Domanda:
Come si espande una scena a bassa gamma dinamica, nel dominio analogico, quando si scatta una foto?
gman
2013-10-12 21:46:28 UTC
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Ero su un ponte di osservazione a fotografare una città, è una giornata nuvolosa e l'aria è velata. Le immagini vengono fuori e guardando l'istogramma tutto è raggruppato al centro.

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L'immagine rappresenta ciò che ho visto con i miei occhi ma mi piacerebbe poter dire alla fotocamera di catturare quanti più dati possibili, in altre parole se guardando quell'istogramma mi piacerebbe poterlo dire "usa il sensore in questo modo la portata va da ~ 0,4 a ~ 0,8 come l'intera gamma ed espanderla per adattarla. Non sono sicuro che abbia senso. Sì, ho l'immagine grezza ma ancora così tanta risoluzione del colore è stata già scartata.

un modo per dire alla fotocamera di espandere un intervallo più piccolo fino all'intervallo completo. Si spera che durante la lettura del sensore (così ottengo la maggior parte dei dati), non interpolando digitalmente (dove i dati sono solo composti, lo stesso e aumentando il contrasto in Photoshop )

NOTA: Sto cercando un modo per far sì che la fotocamera espanda il segnale (o interpreti il ​​segnale) a livello analogico , prima che lo converta in digitale. Una volta i dati sono digitali qualsiasi espansione ion sta solo inventando dati (come lo zoom digitale). NON sto cercando esplicitamente una soluzione digitale.

Se desideri una soluzione analogica, utilizza una pellicola ad alto contrasto. Tutti i dati di un sensore digitale devono essere elaborati prima che sia un'immagine visualizzabile. Se la conversione viene eseguita nella fotocamera o dopo la fotocamera sui dati del file RAW, l'effetto è lo stesso. Qualsiasi decisione presa prima che il bilanciamento del bianco, il contrasto, la luminosità, ecc. Siano "incorporati" dalla conversione in jpeg non subiranno alcun tipo di degrado analogo all'uso dello "zoom digitale", che è solo un altro modo per dire "ritaglio e rimappatura" .
Secondo la vostra definizione, qualsiasi immagine digitale prodotta dalla demosaicizzazione dei dati da un sensore filtrato Bayer (la stragrande maggioranza di tutte le fotocamere digitali a colori del pianeta) "sta solo inventando dati". "Zoom digitale" non è affatto zoom, ma solo ritaglio e quindi eventualmente rimappatura per espandere la risoluzione a un valore predeterminato. Solo perché "Zoom digitale" produce meno dettagli rispetto a un'immagine realizzata utilizzando una lunghezza focale più lunga per cominciare, non significa che qualsiasi tipo di elaborazione "digitale" debba necessariamente farlo!
Sette risposte:
Olin Lathrop
2013-10-13 18:38:07 UTC
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Non credo che nessuna fotocamera comune ti dia quel tipo di controllo. Il mio certamente no.

Il problema di base è che al nero viene aggiunto un forte livello di bias. I sensori digitali sono fondamentalmente lineari, quindi anche se l'immagine è esposta in modo che la parte più forte la evidenzi solo all'estremità superiore del campo del sensore, non verrà utilizzato il limite inferiore dell'intervallo al di sotto dell'offset del nero.

Ho appena analizzato la tua foto e il livello del nero è .363, .376, .406. A riprova, ecco la tua immagine con quel valore usato come livello del nero:

Questo spreca al massimo .4 del raggio del tuo sensore, che è meno di un bit di risoluzione.

Il livello del bianco nell'originale è .852, .856, .910. Ciò rappresenta una gamma di sensori inutilizzata piccola ma ragionevole nella fascia alta. Ecco la tua immagine con sia il bianco che il nero espansi fino alle estremità dell'intervallo:

Tieni presente che considerando entrambe le estremità in bianco e nero dell'intervallo, hai perso circa 1 bit di risoluzione del sensore. Se si dispone di un sensore a 14 bit, ad esempio, questa immagine ha effettivamente 13 bit di risoluzione della luminosità. Per un sensore a 12 bit, sei arrivato a 11 bit.

Anche solo 11 bit sono ancora sufficienti poiché la maggior parte dei modi di visualizzare l'immagine non va bene per più di 8 bit o giù di lì. Ciò lascia un fattore di risoluzione di 8 (3 bit) in testa per cose come regolazioni della luminosità non lineari e altri effetti che potresti voler aggiungere. Il punto è che perdere 1 bit dalla portata massima del sensore è perfettamente normale e normale, è il tipo di cosa che dovresti aspettarti e alla fine non danneggia la tua immagine. Si otterrebbe lo stesso dettaglio catturato se le parti più scure dell'immagine fossero davvero nere ma la sottoesposte di 1 f-stop. Ancora una volta, 1 bit di perdita della gamma dinamica dovrebbe rientrare nelle aspettative e ciò che puoi gestire nel tuo normale flusso di lavoro.

Grazie per questa risposta. Hai ragione, ho perso solo ~ 1 bit quindi c'è un sacco di portata del file RAW.
A proposito, dovrebbe essere scritto "perdere", non è "sciolto", dopo tutto. Ho provato a correggere l'errore di ortografia, ma questo sito non mi consente di correggere gli errori di battitura a meno che non modifichi qualcosa di più :( Risposta utile in generale, però.
jrista
2013-10-13 21:20:06 UTC
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Dato che il cuore della tua domanda è "Espandere il segnale analogico nell'hardware", quello che vuoi veramente è aumentare l'impostazione ISO. A ISO 100, una fotocamera registrerà il segnale dell'immagine utilizzando la portata massima disponibile. In una scena come quella che hai descritto, una che è naturalmente a basso contrasto, se la gamma dinamica totale del sensore è di circa 11 bit di dati, quando la scena contiene solo 4 bit, ti ritroverai con la maggior parte di quelle informazioni raggruppate in una area o l'altra.

Hai effettivamente un problema di gamma dinamica, anche se leggermente diverso da quello riscontrato dalla maggior parte dei fotografi: ne hai troppe. Per ogni arresto di aumento a ISO, la gamma dinamica diminuisce di circa un fattore due. Se stai usando 1/2 della tua gamma dinamica disponibile a ISO 100, aumentando ISO a 200 ridurrebbe la gamma dinamica utile di un fattore due, in linea con ciò di cui hai bisogno. Allo stesso modo, se utilizzi 1/4 della tua gamma dinamica disponibile a ISO 100, aumentando ISO a 400 ridurrebbe la gamma dinamica utile di un fattore quattro, sempre in linea con ciò di cui hai bisogno.

Questo è perché la fotocamera cambia il punto di bianco, o "livello di saturazione", quando cambi ISO. Cambiare ISO non aumenta la sensibilità della fotocamera, è semplicemente un cambio di istruzioni per l'amplificatore analogico. Se il livello massimo di carica per pixel della fotocamera (FWC, piena capacità del pozzetto) è di 60.000 elettroni e una carica "satura" di 60.000 elettroni viene convertita in un'unità digitale di 2 ^ 14 (16.384), aumentare a ISO 200 significa che la l'addebito massimo consentito per pixel è 30.000. Ora una carica "satura" di 30.000 elettroni viene convertita in DU 16.384. Allo stesso modo, aumentare ISO a 400 significa che una carica "satura" di 15.000 elettroni viene convertita in DU 16.384.

Quando aumenti l'ISO, devi regolare l'esposizione per compensare. Dovrai "adattare" l'esposizione alla gamma dinamica disponibile. Aumenta l'ISO abbastanza in alto e i tuoi neri alla fine raggiungeranno il rumore di fondo ei tuoi bianchi inizieranno a ritagliarsi ... hai effettivamente utilizzato l'intera gamma dinamica, tutto nella fotocamera, cambiando nient'altro che l'amplificazione analogica. Va notato che a impostazioni ISO molto alte, di solito sopra ISO 1600 (sebbene le fotocamere Canon più recenti dovrebbero essere buone fino a ISO 6400) aumentando ulteriormente l'ISO si ottiene un mix di amplificatore per pixel, amplificatore a valle e possibilmente anche amplificatore digitale simultaneamente .

Grazie per questa spiegazione tecnica. Questo ha senso. Un filtro ND e un'esposizione più lunga funzionerebbero? Il filtro ND abbasserebbe ciò che la fotocamera vede come nero. Sarebbe anche utile o avrei semplicemente la stessa foto ma ci è voluto il doppio del tempo per realizzarla? In realtà non ha senso. Immagino che un filtro ND (per ridurre il nero) e un ISO più alto amplierebbe la gamma ma comunque solo digitalmente. Idealmente avrei bisogno di un qualche tipo di controllo della sensibilità per il sensore piuttosto che un'impostazione del divisore (la tua spiegazione dell'ISO) che immagino non esista.
@gman Ti rendi conto che l'aumento dell'ISO e il livello di esposizione inferiore risultante utilizzato per scattare la foto aumenteranno il rumore nell'immagine (un * rapporto segnale / rumore * inferiore)? La conseguente riduzione del rumore necessaria degraderà il risultato finale in un modo simile allo "Zoom digitale" che sei ossessionato dall'evitare: ridurrà la quantità di dettagli nell'immagine.
@MichaelClark: Non necessariamente vero rumore RE. Il rumore è la conseguenza di meno luce, non perché gli ISO siano stati aumentati. Finché la stessa quantità di luce viene raccolta durante l'esposizione, il rumore dovrebbe rimanere lo stesso. Ora, se la velocità dell'otturatore deve ridursi o il diaframma deve diminuire per adattare l'esposizione alla gamma dinamica minore di un ISO più alto, allora sì, il rumore probabilmente aumenterebbe ... ma questo è SOLO se viene raccolta meno luce in totale. Se l'esposizione reale (quantità di luce nel tempo) è la stessa, il rumore sarà lo stesso.
Dato l'istogramma originale, sembra che i bianchi più luminosi finiscano almeno uno stop al di sotto della saturazione massima e probabilmente più vicino a due stop. Spingere ISO allo stesso otturatore e diaframma comporterebbe effettivamente una spinta dell'esposizione a destra (ETTR), senza ritagliare le luci. Si otterrebbe un'esposizione più luminosa con un rumore identico, consentendo quindi una correzione dell'esposizione post-elaborazione da correggere in post.
Per utilizzare l'intera gamma di DR con nient'altro che l'amplificazione analogica, molto probabilmente gman dovrebbe aumentare l'ISO di diversi stop (800-1600), il che potrebbe anche forzare un aumento della velocità dell'otturatore o dell'apertura per scurire l'esposizione e l'adattamento all'interno del DR minore disponibile, e ciò comporterebbe più rumore.
@gman: Per quanto riguarda l'uso di un filtro ND. Ciò non solo abbasserebbe il livello del nero, ma abbasserebbe l'intera esposizione. Se non aumenti gli ISO, tutto ciò che un filtro ND servirebbe a fare è spostare il tuo istogramma a sinistra, niente di più. Utilizzeresti comunque una parte limitata della gamma dinamica disponibile e il contrasto sarebbe ancora basso. Dipende davvero da cosa vuoi fare, ma ti suggerisco di provare prima la stessa esposizione a ISO due stop più alti. Otterrai un'esposizione più luminosa, l'istogramma spostato più a destra, ma continuerà a utilizzare più del tuo DR. Per ottenere un risultato ideale direttamente fuori ...
... della fotocamera, dovrai ridurre anche l'esposizione. Abbasserei l'otturatore di uno stop, aumenterei l'ISO di due stop e vedrei come appare. Se ancora non sei soddisfatto, abbassa l'otturatore di due stop, aumenta l'ISO di tre e guarda come stanno le cose. A quel punto, qualunque cosa tu faccia, molto probabilmente vedrai un aumento del rumore, nonostante il fatto che stai esponendo a destra. Se il rumore non è un problema, allora il tuo GTG, altrimenti, dovrai solo correggere l'esposizione in post per i migliori risultati.
@jrista Ecco perché il mio commento includeva la clausola * e il conseguente livello di esposizione inferiore utilizzato per scattare la foto *. Ci sono limiti al numero di stop che la maggior parte dei convertitori RAW ti consentirà di aumentare / diminuire l'esposizione. E poiché l'interrogante originale sembra ossessionato dal non "alterare digitalmente" l'immagine, potrebbe essere contrario a regolare l'esposizione durante la conversione RAW.
Scusa, ma penso che ti stia perdendo il vero problema dell'OP. Ha chiesto di espandere la gamma, ma il suo vero problema è che la sua scena ha avuto un significativo offset sul livello del nero. Nessuna quantità di manipolazione del guadagno, che è davvero tutto ciò che le impostazioni ISO e l'esportazione manipolano, può recuperare la gamma dinamica persa in un offset del nero. Ciò richiederebbe la * sottrazione * all'interno della fotocamera del livello di nero misurato. Non conosco nessuna telecamera che abbia questa capacità. In altre parole, senza una regolazione * offset *, che le fotocamere non hanno, ci sarà sempre uno spazio a sinistra dell'istogramma.
@jrista - puoi fornire alcune immagini con i loro istogrammi per convalidare la tua risposta? Sono indifferente al riguardo, ma propendo per il disaccordo. Se hai degli esempi da mostrare qui, potrebbero aiutare. Lo esaminerò più in dettaglio quando sarò fuori ufficio e condividerò le mie conclusioni (a meno che alcuni esempi non convalidino la tua risposta).
@Olin: Capisco di cosa stai parlando ... un bias offset. Tuttavia, si tratta di un fattore elettronico integrato nel design del sensore / ADC. A meno che non mi sbagli, l'offset del bias viene sempre preso in considerazione nel sensore letto. Come ho capito l'OP, il basso contrasto era dovuto alla scarsa illuminazione della scena e a molta foschia. L'immagine appare come appare perché è così, non a causa di qualche fattore o difetto della fotocamera. Le fotocamere Canon, ad esempio, utilizzano un offset di polarizzazione, tuttavia non è MAI presentato in alcun processore RAW eccetto Iris quando si carica semplicemente i dati RAW diretti senza ...
... applicando la calibrazione e il ritaglio del punto di nero necessari. Immagino sia possibile che l'OP abbia utilizzato Iris, tuttavia è stato renderizzato con ACR / Lightroom, Aperture, DarkTable, RawThearapy o qualcosa del genere. Penso che sia altamente dubbio che il problema sia un punto nero ignorato. Penso che il problema sia semplice e semplicemente il fatto che c'era una foschia significativa nel cielo, sotto un lucernario cupo e coperto. È stato chiaramente affermato che la foto replicava ciò che il fotografo ha visto con i propri occhi (il che non sarebbe vero se il punto nero non fosse stato impostato correttamente).
Tecnicamente parlando, no, la mia "soluzione" non "espande" la gamma dinamica, niente può farlo tranne scatti con bracketing e alcune miscele post-elaborazione di qualche tipo (HDR, EF o anche solo un po 'di mappatura dei toni). pensare di "allungare" virtualmente l'istogramma nella fotocamera è aumentare gli ISO e ridurre il tempo di esposizione. Non ottieni una gamma più dinamica ... ma riduci la quantità di toni discreti e quindi aumenti la probabilità che la tua foto copra l'intera gamma di valori ADU discreti (con la conseguenza aggiunta del rumore a meno che tu non sia d'accordo con ETTR e correzione pp.
Cosa intendi con "Quando aumenti ISO, devi regolare l'esposizione per compensare"? Pensavo intendessi aumentare la velocità dell'otturatore per compensare, ma quando lo faccio, l'istogramma sembra praticamente identico all'ISO inferiore. Quello che non compenso, mantenendo lo stesso f-stop e la stessa velocità dell'otturatore, l'istogramma si sposta a destra, espande la coda di scuri per lo più inesistenti di circa il 50%, ma non espande il restante 99% in misura notevole.
James Snell
2013-10-13 18:15:38 UTC
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In questa situazione hai a che fare con la luce che viene dispersa ed è quella che riduce la chiarezza e la gamma dinamica. L'applicazione di una selezione del tipo di "livelli" prima della conversione a / d non ti darà risultati radicalmente diversi rispetto all'applicazione delle stesse modifiche a un file raw.

Senza post-elaborazione per ottenere la migliore immagine in -fotocamera dovrai guardare i filtri. Più specificamente un filtro polarizzatore circolare. Si adatta alla parte anteriore dell'obiettivo e puoi regolarlo per ridurre la foschia e ottenere una gamma più dinamica dalla scena. Non lo eliminerà completamente, ma è l'unica opzione che avrà un impatto senza essere qualcosa che non può essere replicato in post-elaborazione.

Sebbene non sia specifico per la tua scena di strada, questa immagine Flickr dovrebbe darti una buona dimostrazione di come un polarizzatore taglia il rumore.

Sono disponibili filtri "UV / Haze" ma sono veramente utili solo per le riprese su pellicola.

Michael C
2013-10-13 00:09:41 UTC
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Avresti molto più controllo sull'espansione se salvassi l'immagine come file RAW e poi lo facessi in post con un convertitore RAW come quelli in Lightroom, Aperture o il convertitore RAW proprietario della tua fotocamera. Nella fotocamera, il meglio che puoi fare è aumentare un po 'il contrasto e forse saturare i colori un po' di più rispetto alle impostazioni predefinite. Una leggera sottoesposizione potrebbe anche aiutare in condizioni di foschia, ma lo farei solo questo se non avessi intenzione di elaborare il file RAW in un secondo momento, poiché anche la sottoesposizione aumenterà il rumore.

Penso di non essere stato chiaro. Ho detto che avevo l'immagine grezza. Non è quello che sto cercando. Sto cercando un modo per far sì che la fotocamera espanda il segnale (o interpreti il ​​segnale) a livello analogico, prima che lo converta in digitale.
Ti rendi conto che il segnale non è nemmeno un'immagine fino a quando non viene convertito dai segnali elettrici analogici di ciascun fotosito in una matrice di valori digitali per il valore R, G e B per ogni pixel? Un file RAW è essenzialmente una registrazione digitale di valori elettrici e deve essere convertito digitalmente prima che i dati rappresentino un'immagine anche in remoto. Puoi lasciare che la fotocamera esegua la conversione in base a un profilo generico creato per adattarsi al maggior numero di potenziali casi d'uso possibile, oppure puoi creare un profilo per adattarlo alle condizioni dell'immagine prima che i dati RAW vengano convertiti in un file immagine.
Sì, me ne rendo conto. Mi rendo anche conto che è possibile aumentare elettronicamente ed espandere i segnali nel dominio analogico, quindi con i circuiti giusti dovrebbe essere possibile decidere quale "gamma" dell'analogico voglio convertire in digitale. Forse nessuna fotocamera è progettata in questo modo, ma è per questo che ho posto la domanda.
Poiché l'effetto sarebbe esattamente lo stesso dell'applicazione della modifica quando il segnale viene convertito in digitale, i produttori non hanno alcun incentivo a includere tale funzione. L'aumento di un segnale elettrico analogico dopo che si stacca dal sensore di un fattore * x * non è diverso dal cambiare la tabella che converte una tensione specifica in un valore numerico digitale specifico (cosa fa una modifica dell'impostazione ISO). Per fare ciò che desideri a livello analogico stesso, richiederebbe un design del sensore diverso con una sensibilità della gamma dinamica nativa inferiore, che è esattamente l'opposto di ciò che il mercato richiede.
redreggae
2013-10-13 04:16:12 UTC
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Potresti testare le diverse modalità di misurazione sulla fotocamera o eseguire un bracketing dell'esposizione. Potresti anche provare un filtro polarizzatore che dovrebbe darti più contrasto.

Ma anche in Photoshop ottengo un bel risultato con la funzione "Livelli automatici":

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Grazie per la risposta ma come ho detto non sto cercando di risolverlo digitalmente. Sto cercando di aggiustarlo nel dominio analogico. Lo aggiungerò alla mia domanda per renderlo più chiaro
@gman Ti ho dato 3 opzioni per il dominio analogico ..
@gman Qualsiasi foto scattata con un sensore di pattern Bayer standard "fissa digitalmente" solo per darti un'immagine a colori anziché monocromatica. Se non vuoi "aggiustarlo digitalmente", usa la pellicola. Ma fraintendi cosa fa l'elaborazione digitale. Converte semplicemente i dati RAW dal sensore, dove ogni pixel è un livello di luminanza di grigio filtrato da una maschera rossa, verde o blu. La demosaicizzazione prende questi dati monocromatici e interpola i colori dalle differenze tra i pixel adiacenti in base alle differenze tra i livelli dei pixel filtrati dal verde, dal rosso e dal blu.
@regreggae, hai ragione. Scusate. Il bracketing dell'esposizione non sembra un'opzione poiché le cose si stanno muovendo. All'epoca stavo usando un polarizzatore. Non sono sicuro di come le modalità di misurazione aiutino. Supponiamo che io sia in manuale.
fortran
2013-10-13 18:07:44 UTC
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Di solito le fotocamere hanno impostazioni per espandere la gamma dinamica, non per ridurla. Ma di solito ottieni la gamma meno dinamica con l'impostazione ISO più alta della tua fotocamera (che non è utile perché perdi utile profondità di bit a causa del rumore aggiunto).

Per quel tipo di immagini, è necessaria una fotocamera con una gamma dinamica bassa e una profondità di bit elevata per poterla espandere riducendo al minimo la perdita di dettagli. Le fotocamere di medio formato di solito hanno una gamma dinamica moderata (circa 12,5 EV) e una profondità di colore molto elevata (circa 25 bit), ma conosci il prezzo ...

In questo caso particolare, sei piuttosto limitato a postare -in lavorazione; magari provare con un filtro per la foschia (che non funziona molto bene o per niente nonostante le affermazioni del produttore).

Se puoi controllare il tuo ambiente, puoi provare a bloccare parte della luce e usare i flash.

Per i soggetti fermi, puoi scattare una serie di immagini e quindi ottenere risultati medi per ottenere la quantità minima di rumore e quindi espandere il contrasto con una perdita minima.

Ogni fotocamera digitale che ho visto ha la più alta gamma dinamica a ISO nativo. Per la maggior parte delle fotocamere questo è il livello ISO più basso o molto vicino ad esso. All'aumentare del livello ISO, la gamma dinamica viene ridotta perché il livello del bianco viene ridotto in modo che metà del segnale elettrico dal sensore venga interpretato come saturazione completa per ogni stop di ISO aumentato.
doh, hai ragione, non so cosa stavo pensando ... lo aggiusterò
Olly
2013-10-14 00:53:32 UTC
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  • Sovraesponi l'immagine, quindi rimuovila in post.
  • Tieni d'occhio l'istogramma in modo da sapere che non stai ritagliando le alte luci.
  • Questo ridurrà il rumore e aumenterà i dettagli catturati nelle ombre.
  • Apparirà piatto, quindi aumenta nuovamente il contrasto a piacere.


Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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