Logarithmisch arbeitende Sensoren?

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  • cauchy
    Free-Member
    • 21.10.2005
    • 1631

    #1

    Logarithmisch arbeitende Sensoren?

    Hallo!

    Ich grüble schon seit einiger Zeit warum es bisher keine logarithmisch arbeitenden Sensoren für Digitalkameras gibt.
    Menschliches sehen beruht auf logarithmischem Response, ebenso analoger Film. Für den Fall von Film heißt das beispielsweise dass eine bestimmte Region umso weniger Licht aufnimmt je heller sie schon belichtet ist.

    Digitale Photographie hingegen reagiert linear auf Helligkeit und das bringt einige Qualitätsnachteile mit sich: die Daten müssen nachträglich per Gamma Kurve auf logarithmische Darstellung gebracht werden (was bedeutet dass die Tiefe und Mitten stark angehoben werden), was in einem Rauschverhalten resultiert, das offenbar weniger ästhetisch und in jedem Fall anders ist als man es von analogem Film gewohnt ist (Rauschen ist in dunklen Partien exponentiell stärker als in hellen). Weiter "fressen" Spitzlichter schneller aus.

    Die Frage ist nun folgende: Wäre es nicht möglich während einer Belichtung die Daten des Sensors kontinuierlich (oder in bestimmten Intervallen) auszulesen und quasi in einem Speicher zu sammeln. Je mehr Licht ein bestimmter Pixel schon gesammelt hat, umso weniger nimmt er weiterhin auf (die neu hinzugefügte Helligkeit könnte z.B. durch einen Faktor dividiert werden, der proportional zur bereits angesammelten Helligkeit ist).

    Was spricht gegen eine solche Technik? Ist es überhaupt möglich CMOS und CCD Sensoren während der Belichtung kontinuierlich auszulesen?


    Wer kennt sich da aus, wer will Licht in meine Unwissenheit führen?


    Danke schonmal, bin gespannt auf eure Antworten!
  • DerWoodstock
    Free-Member
    • 26.10.2009
    • 29

    #2
    AW: Logarithmisch arbeitende Sensoren?

    Zitat von cauchy Beitrag anzeigen

    Danke schonmal, bin gespannt auf eure Antworten!
    Hi!
    Ich weiss zwar nicht, ob es möglich ist, Sensoren während der Belichtung auszulesen, aber angenommen, es ist möglich:

    Dann hättest Du, würde Dein Vorschlag so umgesetzt, ein nahezu einheitliches Bild eines bestimmten Schwarz- Weiss- oder Grauwertes.
    In anderen Worten, was Du beschreibst, ist ein typischer Dynamikkompressor

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    • cauchy
      Free-Member
      • 21.10.2005
      • 1631

      #3
      AW: Logarithmisch arbeitende Sensoren?

      Dynamikkompressor sicher, nahezu einheitlich wäre es sicher nicht.

      Hast du schonmal ein Digitalphoto in der linearen Darstellung gesehen?

      Kommentar

      • Stefan Keller
        Free-Member
        • 17.01.2007
        • 895

        #4
        AW: Logarithmisch arbeitende Sensoren?

        Canon macht das ja bereits ansatzweise mit der "Highlight Tone Priority"
        Das bringt halt bisher erst eine Blende...

        Stefan

        Kommentar

        • cauchy
          Free-Member
          • 21.10.2005
          • 1631

          #5
          AW: Logarithmisch arbeitende Sensoren?

          Hmmm, bin mir jetzt nicht ganz sicher ob das das Gleiche ist...

          Aber es geht zumindest in die Richtung. Wobei da werden halt die Tiefen mehr oder weniger hochgezogen...

          Kommentar

          • fjheimann
            Free-Member
            • 21.04.2009
            • 921

            #6
            AW: Logarithmisch arbeitende Sensoren?

            Nach meinem Verständnis gäbe es einen deutlich verringerten Dynamikumfang.
            fjh

            Kommentar

            • cauchy
              Free-Member
              • 21.10.2005
              • 1631

              #7
              AW: Logarithmisch arbeitende Sensoren?

              Zitat von fjheimann Beitrag anzeigen
              Nach meinem Verständnis gäbe es einen deutlich verringerten Dynamikumfang.
              fjh
              Von welcher Definition von Dynamikumfang sprichst du da? (Gibt ja offenbar verschiedene Auffassungen von dem Begriff)

              Kommentar

              • PeterD
                Free-Member
                • 11.08.2007
                • 4402

                #8
                AW: Logarithmisch arbeitende Sensoren?

                Zitat von fjheimann Beitrag anzeigen
                Nach meinem Verständnis gäbe es einen deutlich verringerten Dynamikumfang.
                fjh
                Nein, genau das Gegenteil wäre der Fall. Zumindest in dem Bereich, dem das Auge oder das Gehirn die höchste Gewichtung empfindet - im Mittenbereich.

                Ich finde den Ansatz von @cauchy nicht so verkehrt, Ähnliches haben sich schon die allerersten Digitalfotografen durch den Kopf gehen lassen, die mit der linearen Belichtung vom Sensor konfrontiert waren - und die nicht-lineare vom Film im Hinterkopf hatten.

                Allerdings glaube ich nicht, dass das hardwaretechnisch lösbar ist. Deswegen ist ja auch ein Unterschied zwischen Chemie und Physik. Aber die Software macht das alles wieder wett. Der Dynamikumfang eines moderenen CCD oder CMOS muss sich nicht mehr verstecken und der Prozessor dahinter rechnet das schon so um, wie man es gerne hätte. Und zwar digital, mit einer Handvoll Rechenkünstlern und nicht mit einer Horde an Chemikern, die jahrzehntelang an noch besseren Rezepten für Filme köcheln.

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                • cauchy
                  Free-Member
                  • 21.10.2005
                  • 1631

                  #9
                  AW: Logarithmisch arbeitende Sensoren?

                  Andererseits wird der Sensor für Filmen und Liveview ja dann doch kontinuierlich ausgelesen, also ich sehe momentan einfach keinen Grund das NICHT zu machen

                  Kommentar

                  • ehemaliger Benutzer

                    #10
                    AW: Logarithmisch arbeitende Sensoren?

                    wieso das?
                    da wird er doch auch bild für bild mit einer gewissen framerate ausgelesen, oder nicht?
                    ist doch auch nur ein daumenkino auf dem display.

                    Kommentar

                    • cauchy
                      Free-Member
                      • 21.10.2005
                      • 1631

                      #11
                      AW: Logarithmisch arbeitende Sensoren?

                      Naja, jetzt liest man halt z.B. 30 mal pro Sekunde aus. Nehmen wir eine 1s belichtung, dann könnte der Sensor beispielsweise entsprechend obiger Vorgehensweise 30mal ausgelesen werden und man hätte logarithmische Daten für die 1s Belichtung zur Verfügung.

                      Kommentar

                      • ehemaliger Benutzer

                        #12
                        AW: Logarithmisch arbeitende Sensoren?

                        neee. dann hättest du ja nicht ein bild, das mit 1s belichtet wurde, sondern 30 mit 1/30s.
                        der film hat aber ein logarithmisches bild, das ingesamt eine sekunde belichtet wurde oder nicht?
                        und wenn ein auto durchs bild fährt hättest du das 30 mal auf dem bild hinterher. nur unterschiedlich belichtet oder wie?

                        ich verstehs nicht so ganz.

                        Kommentar

                        • cauchy
                          Free-Member
                          • 21.10.2005
                          • 1631

                          #13
                          AW: Logarithmisch arbeitende Sensoren?

                          Hast du meinen ersten Post gelesen?

                          Die Rate mit der weiterhin "Helligkeit aufgenommen" wird hängt ab von der bereits für den jeweiligen Pixel vorhandenen Helligkeit. Je heller er schon ist, umso schwerer ist es für ihn weiter belichtet zu werden -> logarithmische Empfindlichkeit.

                          Müsste doch so klappen vom Prinzip her, oder?

                          Kommentar

                          • Bernhard Hartl
                            Free-Member
                            • 18.12.2003
                            • 3758

                            #14
                            AW: Logarithmisch arbeitende Sensoren?

                            Zitat von cauchy Beitrag anzeigen
                            Naja, jetzt liest man halt z.B. 30 mal pro Sekunde aus. Nehmen wir eine 1s belichtung, dann könnte der Sensor beispielsweise entsprechend obiger Vorgehensweise 30mal ausgelesen werden und man hätte logarithmische Daten für die 1s Belichtung zur Verfügung.
                            Wenn Du das so machen würdest dann hätte die Kamera bei Langzeitbelichtungen eine andere Charakteristik als bei kurzzeit-Belichtungen mit einem fliessenden Übergang zwischendrin
                            SEHR schwer einzuschätzen für den Fotografen
                            und in Av wirds dann richtig lustig...

                            Wenn logarithmieren - dann müsst das direkt auf dem Sensor-Chip vor dem A/D-Wandler passieren.
                            Hieße aber dass je Pixel ein logarithmischer Integrierer eingebaut werden müsste und kein linearer. Ich wage zu bezweifeln das sich das auf der kleinen Chipfläche zwischen den Photodioden in der nötigen Präzision machen lässt
                            Das ist alles andere als einfach...
                            Das Problem wäre dass diese analogen Logarithmierer sehr genau sein müssten da es sonst zu Abweichungen von einem Pixel zum anderen kommt (da ist unser Auge sehr empfindlich). Und die beiden Forderungen wiedersprechen sich dann schon deutlich - hoche Packungsdichte zum einen und minimale Streuung zum anderen. Und das ganze dann auch noch auf CMOS-Basis. Die Teile müssten ja zudem noch ziemlich schnell sein und auch bei 1/8000s noch super präzise arbeiten...
                            Lineare Integrierer sind wesentlich einfacher und präziser zu realisieren.
                            Bei der 14 oder 16bit Auflösung die mittlerweile Standard ist sehe ich ehrlich gesagt nicht mehr viel Sinn darin die Logarithmierung ausserhalb der Software zu machen. Das erhöht die Komplexität des Sensors erheblich und bringt im Endeffekt nicht wirklich viel für den Endanwender
                            Zudem hätten dann die RAW-Converter-Entwickler ihre wahre Freude...
                            Sie müssten dann von den verschiedenen Sensoren die Logarithmierungskennlinie wissen um sie wieder rausrechnen zu können...

                            im übrigen hat Canon genau solch einen Ansatz schon mit der HighTonePriority realisiert
                            Das passiert auf Sensor-Ebene
                            Die wussten schon warum sie das nicht weiter treiben

                            ich empfinde es ehrlich gesagt als Wunderwerk was die Canon Ingenieure hier mittlerweile aus den Kameras gezüchtet haben. Darin steckt SEHR viel Liebe zum Detail und Etwicklungsarbeit vom Feinsten

                            Bernhard

                            Kommentar

                            • cauchy
                              Free-Member
                              • 21.10.2005
                              • 1631

                              #15
                              AW: Logarithmisch arbeitende Sensoren?

                              Danke für den Einblick! Macht Sinn so wie du das schilderst.

                              Ad Aufnahmecharakteristik: Aber genau das ist ja dann schon bei Analogfilm der Fall oder irre ich? Bzw. war das mit den 1/30s nur ein Beispiel um zu verdeutlichen was ich meinte.

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