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Dynamikumfang bei Kamerasensoren

.....

Beim Dynamikumfang hoffe ich auf die nächsten Sensoren von Canon. Die Canon C300 II soll 15 Blendenstufen haben. Im Test wurde zwar gezeigt, dass es doch nicht so viel ist, aber sie sind auf dem gleichen Niveau wie die Sensoren von Sony in dem Bereich.


Da wäre ich skeptisch. Dynamik war noch nie eine Stärke der Canon-Sensoren, dafür aber viel MP und recht angenehme Farben. Die Canon 70D soll sich auf dem Niveau der Nikon D200 bewegen, nebenbei ist die 70D in der Beziehung angeblich nicht besser als die 40D von 2007. (DxO)

Meine persönlichen Erfahrungen: Aus den Sony/Nikon-Sensoren hole ich mehr raus als den Canonsensoren bei gleicher Licht/Motivlage. Über die Fuji S5 reden wir besser nicht :rolleyes:;)
 
Kann man mit einem einfachen Tool den Dynamikbereich eines Fotos selbst ermitteln? Im Photoshop kann man mit einer Pipette auf dunklere oder hellere Bereiche klicken und dann wird ja der RGB-Farbwert angezeigt. Man erhält aber nur RGB Werte in 8 bit Auflösung, obwohl das Bild pro Kanal 16 bit Auflösung hat.

16 bit hat übrigens nur das wirklich gute Mittelformat - der Rest bewegt sich zwischen 10 und 14Bit. Und du musst natürlich das Raw direkt auslesen und keinen Konverter dazwischen schalten. Mit etwas Programmierkenntnissen und der libraw ist das Spielerei, magst du es komfortabler, nimmst du den RawDigger:

http://www.rawdigger.com/

Für die reine Dynamikermittlung brauchst du kein spezielles Target. Es genügt, wenn du die Kamera auf eine neutral und gleichmässig belichtete Fläche richtest, eine mittlere Blende einstellst, etwas unscharf fokussierst und eine komplette Belichtungsreihe in Drittelstufen abarbeitest. Hast du die Zielfläche richtig gewählt, erreichst du in dieser Reihe einmal den Sättigungslevel- der ist leicht zu erkennen. Beim Schwarzpunkt wirds schwieriger. Hier musst du im zunehmenden Rauschen ein Limit setzen, das für dich und die Welt sinnvoll ist. Du kannst dich aber an den DxO-Vorgaben orientieren. Die Differenz zwischen Schwarz- und Weisspunkt (in Belichtungsstufen) ist die Dynamik.

Aber ehe du deine Ergebnisse womöglich veröffentlichst, bedenke eines: Wer solche simplen Messverfahren nicht selber durchführt, sondern lieber aus dem Internet zitiert, ist tendenziell autoritätsgläubig und kann sehr sauer werden, wenn sein Weltbild angezweifelt wird....
 
Da werden bestimmt gleich einige Experten haarsträubende Verschwörungstheorien ausbreiten. Man darf aber auch einfach annehmen, dass deren Analyse-Software nur mit Bayer-Filtern klarkommt und guckt dann einfach woanders.

Aber Dynamik sollte doch nicht so schwer zu messen sein. Die Testmethode sollte unabhängig vom Sensortyp sein. Irgendwann gibt es keine Details mehr und da endet die Dynamik.

blackjack01: Hier ist der Test und Vergleich mit Sony
https://www.cinema5d.com/canon-c300-mark-ii-review-dynamic-range/
 
Aber Dynamik sollte doch nicht so schwer zu messen sein. Die Testmethode sollte unabhängig vom Sensortyp sein. Irgendwann gibt es keine Details mehr und da endet die Dynamik.

Wenn man gar nicht so genau weiß, was Dynamik denn eigentlich bedeutet und welche Definition man anwenden will, kann es noch so einfach sein, es führt zu nichts.

"Irgendwann keine Details mehr" ist bspw. keine sinnvolle Metrik, um die Untergrenze zu bestimmen. DxOMark benutzt den Rauschabstand 0dB, andere nutzen andere Grenzen. Und sogar die Obergrenze ist nicht soooo trivial. Bei Bill Claff findet man z.B. als Definition der Obergrenze den (Belichtungs-) Punkt mit der größten absoluten (und aus der Summe der Fehlerquadrate berechneten) Standardabweichung, und das ist nicht die Sättigung.
 
Der Dynamikumfang ist nur eines von vielen Kriterien. Objektive und Zubehör sind weitere und eigentlich sind es nur Canon und Nikon, die einen so umfangreichen Objektiv- und Zubehörpark haben, so dass andere Marken trotz vielleicht eines etwas besseren Sensors für mich einfach nicht in Frage kommen.

Wenn man nun z.B. viele Objektive und Zubehör von Canon hat und sich an die Bedienung einer Canon gewöhnt hat, macht es keinen Sinn, alles zu verkaufen und auf eine andere Marke umzusteigen, denn die Unterschiede beim dynamic range sind für normale Motive bzw. Photographen eher marginal.

Etwas anderes ist es, wenn man völlig neu anfängt, aber dann hat man noch nicht so viel Wissen und Erfahrung, um eine sachkundige Entscheidung unter Beachtung vieler Kriterien zu treffen.

Eine Entscheidung, die heute logisch ist, kann morgen falsch gewesen sein, wenn beim Wettbewerb mal wieder ein anderer die Nase vorn hat. M.E. gibt es bei den Objektiven mehr Entwicklungspotential als bei den Bildsensoren und es ist eine Binsenweisheit, dass gute Objektive wichtiger sind als der Typ des Bodys. Bei Objektiven hat Canon genug Innovationspower, nur ist die Preispolitik bei neuen Objektiven verfehlt, sonst hätten die Fremdhersteller keine guten Karten. Die Preise sind nicht durch Entwicklungs- oder Fertigungskosten bedingt, sondern "politische" Preise.

Bei Canon und Nikon kann man sich sicher sein, dass diese auch noch in Jahrzehnten am Markt sind, was man bei einem "kleineren" Hersteller nicht weiß. Der Weltmarkt bei Digitalkameras ist seit Jahren stark rückläufig, auch bei den DSLR und irgendwann lohnt sich das Geschäft für "kleinere" Hersteller nicht mehr.

Ich persönlich glaube, dass Canon noch eine Weile seine veraltete Mikroelektroniktechnologie behält. Es ist schon erstaunlich, was Canon da noch alles heraus holt, z.B. bezüglich Megapixel, aber eigentlich gehört da nicht so viel dazu, wie viele denken, denn die Pixelgröße bei KB und Crop ist sehr groß im Vergleich zur Pixelgröße bei einer Kompaktkamera und bei diesen reicht auch die alte Technologie.

Der eigentliche technologische Sprung ist also nicht die kleinste Strukturgröße wie bei einem Mikroprozessor oder einem RAM, denn so etwas wie eine 14 nm-Technologie wie bei Intel wird bei einem Bildsensor gar nicht benötigt. Was die Strukturgröße betrifft, reicht eine Technologie, die 3 bis 4 Generationen zurück liegt.

Entscheidend für den dynamic range ist m.E., welches Metalloxid bei den MOS-Transistoren verwendet wird (MOS= metal oxide semiconductor). Dieses Metalloxid ist entscheidend dafür, wie viele Elektronen in Sperrrichtung noch fließen und das ist entscheidend für das Rauschen, denn Rauschen bedeutet, dass die Signalhöhe durch die eingefangenen Photonen in der selben Größenordnung wie das Grundrauschen liegt und genau das passiert bei wenig Licht. Bei einer Verstärkung in Form einer ISO-Erhöhung wird nicht nur das Nutzsignal verstärkt, sondern auch das Grundrauschen.

Bei einer älteren Mikroelektroniktechnologie wird als Metalloxid = Isolator einfach Siliziumdioxid verwendet, denn das lässt sich einfach prozessieren. Modernere Technologien verwenden Hafnium- oder Wolframoxid, aber diese sind schwer beherrschbar und können in alten Anlagen nicht prozessiert werden.

Für Canon bedeutet das, entweder viel Geld in die Hand zu nehmen, um ein Werk auf aktueller Technologie zu bauen (5...7 Mrd. Dollar) oder die Bildsensoren künftig bei einem geeigneten Lohnfertiger wie Global Foundries herstellen zu lassen. Wegen dem schrumpfenden Weltmarkt für DSLR und Kompaktkameras lohnt sich so eine Investition nicht, aber Canon stellt ja nicht nur Kameras her.

Vielleicht geschieht auch ein Wunder, dass Canon eine technologische Innovation gelingt, seine alte Technologie demgemäß aufzurüsten.

Ich möchte behaupten, dass 95 % der DSLR-Besitzer nicht durch die Technik von Body und Objektiven davon abgehalten wird, bessere Fotos zu machen. In der Regel ist der Fotograf der Flaschenhals und es ist ein verbreiteter Irrtum, dass teure Technik durch noch teurere Technik ersetzt werden muss, um endlich bessere Fotos zu machen. Viele User hier sind viel zu techniklastig und vernachlässigen, den Fotografen zu "qualifizieren".
 
Beim Schwarzpunkt wirds schwieriger. Hier musst du im zunehmenden Rauschen ein Limit setzen, das für dich und die Welt sinnvoll ist. Du kannst dich aber an den DxO-Vorgaben orientieren. Die Differenz zwischen Schwarz- und Weisspunkt (in Belichtungsstufen) ist die Dynamik.

Der "Schwarzpunkt" ist was anderes, aber davon mal abgesehen: Wie findet man denn die akzeptable Rauschgrenze? In einem entwickelten sRGB-Bild auf dem Bildschirm? Wenn die Grenze 10LW und mehr (wir reden ja über 14LW Dynamik!) unter der Sättigung liegt? Und in welcher Größe betrachtet/beurteilt? Oder aus den Raw-Daten, indem man einfach einen Rauschabstand festlegt (rät)? Und wie hängt das denn eigentlich von der Beleuchtung und dem Weißabgleich ab?
 
Ich habe mal für mich einen Test gemacht.
Der Testaufbau sah folgendermaßen aus. Die Lichtquelle für den Colorcheckers war ein Nordfenster. Eine Belichtungsmessung mittels Graukarte um den "0-Wert" festzulegen. Dann mittels Belichtungszeit bis zu 10 Blenden unterbelichtet und 4 Blenden Überbelichtet. Anschließend mittels LR(Teilweise 2.stufig*) die Bilder auf "0-Wert" aufgehellt.
Das Verfahren mag nicht zu 100% wissentschaftlich sein, man sieht aber doch ganz gut das die >13 Blendenstufen bei den Sony-Sensoren nicht ganz aus der Luft gegriffen sind. Leider ist dieses Verfahren nicht ganz ohne Adobe LR-Voodo.

Hier zur größeren Datei:
https://www.dropbox.com/s/5c41lkzdh67vw35/Dynamikumfang_D800_Test.jpg?dl=0

Auf Wunsch stelle ich auch gerne die einzelnen Nefs und TIFs zur Verfügung.




(*5 Blenden aufgehellt ->Tif erstellt -> bis auf "0-Wert" aufgehellt)

*PS Man sieht ausserdem das der Dynamikumfang eine definitionssache ist.
 

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  • Dynamikumfang_D800_Test1200.jpg
    Exif-Daten
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Der "Schwarzpunkt" ist was anderes, aber davon mal abgesehen: Wie findet man denn die akzeptable Rauschgrenze? In einem entwickelten sRGB-Bild auf dem Bildschirm? Wenn die Grenze 10LW und mehr (wir reden ja über 14LW Dynamik!) unter der Sättigung liegt? Und in welcher Größe betrachtet/beurteilt? Oder aus den Raw-Daten, indem man einfach einen Rauschabstand festlegt (rät)? Und wie hängt das denn eigentlich von der Beleuchtung und dem Weißabgleich ab?

Über solche Peanuts können wir uns gerne unterhalten, wenn du meiner Basisthese zustimmst: Die Messwerte von DxO sind für die Tonne.

Als Beleg häng ich mal eine analog meines obigen Vorschlags erstellte Belichtungsreihe mit der E-M5 an - ganze Stufen in einer eher warmen Lichtsituation. Die Stufen finden sich auf der x-Achse der Grafik. Aus einem zentralen 400X400-Senselbereich der Raws habe ich die Werte des Rot- Blau- und beider Grünkanäle jedes Bildes ausgelesen, gemittelt und auf der y-Achse angetragen.

Bis zur Stufe zwei tut sich gar nix (Oly-Raws fangen bei 256 an). Bei Stufe elf setzt zweifelsfrei Clipping ein. Dazwischen liegen maximal neun Stufen- bei einer Kamera, deren Sensor DxO eine Dynamik von über 12 Stufen unterstellt.

Die Auflösung des Rätsels findet sich z.B. in Iliah Borgs (zur Zeit leider bilderlosen) Artikel: "Dynamic Range: Your Fair Share of Flare and Glare"

http://www.rawdigger.com/howtouse/Dynamic-range-fair-share-of-flare-and-glare

Dort wird nachgewiesen, dass die Objektive den eigentlichen Flaschenhals bei Dynamikmessungen darstellen; selbst ein Zeiss 2,0/100 Makro kann allenfalls 10,5 Stufen Lokalkontrast übertragen. DxO unterschlägt diese Modulationswirkung der Optik und setzt den Realkontrast des Motivs mit dem Ergebnis auf dem Sensor gleich.

Das wäre weniger tragisch, wenn DxO bei allen Kameras ein identisches Objektiv eingesetzt hätte - dann gäbe es immerhin Vergleichbarkeit. Leider wird auch dieser Aspekt missachtet; bei der gegebenen Versuchsanordnung wird ein Sensor umso bessere Werte liefern, je schlechter die davor sitzende Optik ist. Damit sind die Messungen m.E. wertlos.

Ich hatte schon vor einiger Zeit hier im Forum auf diese Probleme hingewiesen. Ich wiederhol mich ungern und werde das nicht nochmal tun.
 

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Dort wird nachgewiesen, dass die Objektive den eigentlichen Flaschenhals bei Dynamikmessungen darstellen; selbst ein Zeiss 2,0/100 Makro kann allenfalls 10,5 Stufen Lokalkontrast übertragen. DxO unterschlägt diese Modulationswirkung der Optik und setzt den Realkontrast des Motivs mit dem Ergebnis auf dem Sensor gleich.

Aber hier geht es doch nicht um lokale Kontraste.
 
Die Auflösung des Rätsels....

Dir ist aber hoffentlich bewusst, dass diese "Auflösung" nicht mal ansatzweise Deine "Messwerte" erklären könnte, denn Du hast keine Mikrokontraste ausgewertet, sondern große unterschiedlich belichtete Flächen. Ebensowenig belegt sie, dass die DxOMark-Messwerte "für die Tonne" sind, denn auch die werten keine Mikrokontraste aus.

Das verwendete Objektiv ist dabei vollkommen nebensächlich. Ich wüsste jedenfalls keines, dessen Transmission und MTF nicht unabhängig von der Helligkeit wäre. Natürlich führt Streulicht innerhalb des Objektivs dazu, dass helle Bildflächen auch großflächig in dunklere ausstrahlen und die dann heller werden. Aber diese Situation testet DxOMark nicht, denn die ist objektiv- und nicht sensorabhängig. Und Du hast die erst recht nicht "getestet". Die Transmission des Objektivs ist nur für die Kalibrierung der "measured ISO" relevant.
 
a) Dynamikumfang in einem Bild eines entsprechend hoch kontrastierenden Testtargets (meist trans-illuminiert)
b) Dynamikumfang bei push-pull-Belichtungsserien von Testtargets
c) Dynamikumfang bei Belichtungsreihe einer homogen weißen/grauen Fläche, ...

jeder hat seine Methode oder sein Methödchen. Jede dieser Methoden hat wiederum ihre spezifischen Einschränkungen: Objektiv-Streulicht in Methode a), evtl. lange Belichtungszeiten mit Dunkelstrom-Überlagerung in Methode und oftmals eine fehlende Berücksichtigugn des Eingangskontrastes am Target in b), Schwierigkeiten in der Definition des Weißpunkts (erste saturierte Pixel oder komplett saturierte Fläche?) in c), unterschiedliche Feldgrößen in der Mittelwertbildung bei jeder der möglichen Methoden. Eine oftmals recht willkürliche Definition des Schwarzpunktes mit Rausch-Clipping ist ebenfalls bei allen Methoden möglich. Nicht dass jeder jeden Fehler beginge, aber irgend ein Makel ist fast immer auszumachen oder man glaubt zumindest, einen solchen entdeckt zu haben, auch wenn es teile eigene Missverständnisse sein können. Daher wird ja in Threads wie diesem unentwegt über Dynamikumfänge und den "wahren Weg" zu deren Erfassung disputiert.

Nicht umsonst gibt es eine technische Definition des Dynamikumfanges und diese lautet ganz simpel: FWC / RON (full well capacity / read-out noise).

Hierüber müssten sich die Hersteller wiederum zu ihren weiteren Sensorspezifikationen bekennen, nämlich eben jenen Werten von FWC und RON. Das wiederum bringt uns zurück auf die Eingangsfrage: warum werden diese Werte nicht durch die Hersteller ausgewiesen?

So aber bleibt uns nur der Weg, besseren oder schlechteren Verfahren der nachträglichen Bestimmung zu folgen bzw. sie selbst zur Anwendung zu bringen. Letzteres ergibt ohne fundiertes Fachwissen zu Fallstricken in der praktischen Durchführung meist mehr Fehlerpotentiale als Wahrheiten.
 
Nicht umsonst gibt es eine technische Definition des Dynamikumfanges und diese lautet ganz simpel: FWC / RON (full well capacity / read-out noise).

Hervorhebung von mir. Es gibt aber eben auch andere Definitionen. Und solange man klar definiert, was man mit "Dynamik" meint, ist das ja auch ok, bloß eben für ein paar Leute etwas undurchsichtig.

Edit: Und eine ganz andere Frage ist, wie man die einmal definierte Dynamik dann misst und welche (systematischen) Fehler man sich damit einhandelt.
 
Zuletzt bearbeitet:
Als Beleg häng ich mal eine analog meines obigen Vorschlags erstellte Belichtungsreihe mit der E-M5 an - ganze Stufen in einer eher warmen Lichtsituation. Die Stufen finden sich auf der x-Achse der Grafik. Aus einem zentralen 400X400-Senselbereich der Raws habe ich die Werte des Rot- Blau- und beider Grünkanäle jedes Bildes ausgelesen, gemittelt und auf der y-Achse angetragen.

Bis zur Stufe zwei tut sich gar nix (Oly-Raws fangen bei 256 an). Bei Stufe elf setzt zweifelsfrei Clipping ein. Dazwischen liegen maximal neun Stufen- bei einer Kamera, deren Sensor DxO eine Dynamik von über 12 Stufen unterstellt.

Als "Beleg", dass die Messwerte von DxOMark "für die Tonne" sind, ist diese Darstellung völlig ungeeignet, selbst wenn die Testmethode geeignet sein sollte (darüber mache ich mir jetzt lieber noch keine Gedanken). Wenn die Raw-Daten von Olympus einen Offset von 256 haben ("fangen bei 256 an"?), dann subtrahiert man den natürlich als allererstes von allen Messwerten. Das Ergebnis stellt man dann selbstverständlich logarithmisch dar. Und dann wird man erkennen, dass die Kurve (hoffentlich) von der Sättigung am rechten Rand nach links linear fällt, mit einer Halbierung des Messwerts pro LW-Schritt. Nach links wird die Kurve immer zackeliger, denn der Fehler (das Rauschen) wird immer größer.

An welcher Stelle aber die Grenze SNR=0dB (oder eine andere, je nach Definition) erreicht ist, kann man daraus nicht ablesen, denn die Standardabweichung wurde nicht bestimmt. Und wenn sie bestimmt worden wäre, müsste das Ergebnis noch auf die DxOMark-üblichen 8MP ("print") skaliert werden, um überhaupt ein vergleichbares Ergebnis zu erhalten. Ob es dann wirklich vergleichbar ist, hängt aber von der Testmethode und -durchführung ab, Und das ist dann, wie gesagt, eine ganz andere Geschuchte.
 
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