Dynamikumfang, Log-Kodierung Flashcards
Wie groß ist der Dynamikumfang des Szenenkontrasts, wie hoch ist der Aufnahmekontrast (Blendenkontrast) für Fernsehen und Kino?
Szenenkontrast:
20+ Blendenstufen
Fernsehen Blendenkontrast:
6 (maximal 7-8)
Blendenstufen Kino:
10 Blendenstufen
Wir können als Mensch mit dem Auge ungefähr 13 Blendenstufen ohne Adaption wahrnehmen.
Erklären Sie den Begriff Log E.
Der Begriff log E ist eine relative Belichtungseinheit. Jedes Mal, wenn sich die Belichtung verdoppelt, nimmt log E um 0,3 Einheiten zu.
Während die Belichtung durch Multiplikation eines Faktors ansteigt, steigt der log E durch Addition an.
=> Logarithmische Zahlen stellen den proportionalen Anstieg mit linearen Zahlen dar
Was ist der Dynamikumfang und wodurch wird er begrenzt?
Er repräsentiert den Unterschied zwischen dem dunkelsten und dem hellsten Tonwert, der während einer einzelnen Belichtung auf einem System aufgezeichnet werden kann (Belichtungsspielraum).
Er wird durch die maximale Ladungsaufnahme eines Sensors, bis das Clipping in den Lichtern erreicht begrenzt und dem Signal über dem Grundrauschen (Noise) eines Sensors in den Schatten.
=> Der Dynamikumfang eines Bildgebenden Systems ist insgesamt abhängig von der Beschaffenheit des Sensors, des optischen Systems und des Imageprocessings (z.B. Gammakodierung, Noisereduction,…).
Was ist die sogenannte Signal to Noise Ratio (Rauschabstand)?
Die SNR gibt in dB innerhalb des Dynamikumfangs das Nutzsignal eines Sensors an:
Von max. Ladungsaufnahme bis zu reiner Schwarzwiedergabe (ohne Rauschanteil!).
Rauschabstand/Störabstand = Maß für technische Qualität des Nutzsignals
Wie nehmen die Augen Helligkeit wahr, wie nehmen Sensoren Helligkeit wahr, was besagt das Weber-Fechner Gesetz?
Elektronische Sensoren nehmen Licht linear auf, aber das menschliche Auge logarithmisch.
Das Weber Fechner Gesetz besagt, dass sich die subjektive empfundene Stärke von Sinneseindrücken proportional zum Logarithmus der objektiven Intensität des physikalischen Reizes verhält.
Was ist Clipping, was folgt daraus für die Belichtungseinstellung?
Beispiel:
Überbelichteter Himmel mit Clipping in den Wolken
=> Unwiederbringlicher Informationsverlust durch Clipping
Waveformmonitor zeigt Clipping in Bereichen als abgeschnittene Bereiche am oberen Ende der Darstellung.
=> Belichtung wird daher grundsätzlich nach den Lichtern empfohlen: „Expose to the Highlights!“
Wodurch sind digitale Kameras im Belichtungsspielraum in den Schatten begrenzt?
Durch Bildrauschen
=> fällt zu wenig Licht auf einen Sensor, fallen Ladungsunterschiede einzelner Fotozellen sichtbar als Rauschen auf, (Farbrauschen) anstelle von z.B. der Wiedergabe eines homogenen Schwarzwerts.
Bildrauschen (Noise) ist speziell in Schatten sichtbar und stellt dort die Begrenzung für den belichtungsspielraum („Exposure Latitude“) dar.
Ist jedoch auch subjektiv bewertbar, wird unterschiedlich akzeptiert.
Was bezeichnet das sogenannte „Banding“?
Unzureichende Bittiefe für Helligkeits- und Farbverlaufsdarstellungen lassen diskrete Werte = Stufen erkennen.
=> Je mehr diskrete Signale zur Verfügung stehen, desto Helligkeits- und Farbverläufe visuell dargestellt werden.
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Beispiel:
2 Bit => nur 4 Codevalues pro Farbkanal: starkes Banding,
6 Bit => 64 CVs pro Farbkanal: quasi kein Banding
Wie muss der Sensor Helligkeitsstufen abbilden, um Codevalues sinnvoll zu verteilen?
Um mit einem linear arbeitenden Sensor Helligkeitsstufen in Blendenstufen abbilden zu können, müssen Codevalues entsprechend der logarithmischen Helligkeitswahrnehmung verteilt werden.
=> Auf diese Weise sieht die Helligkeitszunahme für unser visuelles System (HVS) gleichmäßig aus
Erklären Sie warum eine lineare Codierung von CVs nicht sinnvoll ist.
Es kommt zu einer ungünstigen Verteilung der Codevalues.
Beispiel:
Helligkeitsschritt von 6% zu 3% ist durch nur 8 Schritte (CVs) unzureichend repräsentiert => besonders kritischer Bereich in menschlicher Helligkeitswahrnehmung; Schatten und mittleres Grau
=> ca. 60-70 CVs reichen aus um den Helligkeitsverlauf einer Blende Licht ohne sichtbare Quantisierungsstufen abbilden zu können.
Lineare Codierung (8-bit): Codevalues (diskrete Helligkeitsschritte) werden von max. Ladungskapazität (1) pro Blendenschritt halbiert => 8 Blendenstufen (theoretisch!) \_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_\_
Schaut man es in logarithmischer Darstellung an:
Problem:
Es gibt zwar mehr als genügend CVs um die erste Blendenstufe (Lichter) zu repräsentieren, aber zu wenige CV um die Helligkeitsunterschiede in den Schatten ausreichend zu repräsentieren (Zugriffsmöglichkeit zu gering in kritischen Bereichen, nur in groben Schritten möglich).
Es herrscht also eine ungünstige Verteilung der Codevalues in Bezug auf menschliche Hellempfindlichkeit.
Bei höheren Bittiefen:
12-bit-linear coding:
=> bietet im Bereich von 6% - 3% (1 Blende) bereits 128CVs und ist damit in diesem Bereich unter der Wahrnehmungsgrenze in der Bittiefe aufgelöst, hat also eine ausreichende Auflösung (16mal mehr als 8bit), jedoch herrscht trotzdem Ungleichgewichtung der CVs in Lichtern und Schatten.
16-bit-linear coding:
=> ausreichende CVs um unsichtbare Quantisierungsschritte abbilden zu können. 16-bit-lin reichen aus um diskrete Schritte einer Szenenluminaz von 9 Blendenstufen der Quantisierung visuell unsichtbar zu machen, brauchen aber viel zu viel Speicherplatz und die CVs werden immer noch ineffizient verwendet!
Die ineffiziente Verteilung von CVs zur Abbildung von Helligkeit in log Blendenstufen besteht bei linearer Kodierung grundsätzlich, unabhängig von der Sampling-Rate.
Wie löst man das Problem, das sich bei linearer Kodierung der Codevalues ergibt?
- Gammakorrektur für Videosignale (Gamma bezeichnet Kontrastverhalten)
=> Durch Umrechnung des Gammawertes kann man das Kontrastverhalten in digitalen Bildern steuern
- Systemgamma (Vorentzerrung in den Kameras), (Systemgamma eines Monitors, die Gammakorrektur sorgt dafür, dass wir eine Szene wie sie aufgenommen wurde wieder möglichst gut reproduzieren)
- Lineare Gammakodierung mit Gammakorrektur
=> Verteilung von Blendenstufen in gleichmäßige Helligkeitsschritte (für menschliche Wahrnehmung): Untere Stufen werden nicht genutzt um ausreichende CVs pro Blendenstufe zu haben.
=> 8-bit Gamma 1/2:2: spezielle Verbesserung für niedrige Lichtmengen, „Schatten“ noch nicht ausreichend
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- Logarithmische Gammakodierung!
- Für menschliche Helligkeitswahrnehmung optimierte Schritte
- Durch die logarithmische Gammacodierung liegen die CVs visuell besser verteilt vor
=> Optimierte Verteilung der CVs in alle Bereiche des Kontrasts einer Szene (ca. 60-70 CVs) - bessere Möglichkeit für Colorgrading, da in allen Helligkeitsstufen ausreichend CVs vorhanden sind um Tonwertverläufe visuell artefaktfrei abbilden zu können
=> Visueller Gewinn von Dynamikumfang bei reduziertem Datenaufkommen!
Was ist bei dem Monitoring bei log Bilderfassung zu beachten?
What you see is NOT what you get!
Vergleich Monitoring visuell – Histogramm und RGB-Waveform bei log-Kodierung:
=> gestauchte Werte bei log-Kodierung
