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D300 und ISO
- Ersteller Panopeeper
- Erstellt am
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C
cgraaf
Guest
....sorry, aber die Sinnhaftigkeit Deines Beitrages, respektive Deiner Fragen erschließt sich mir (noch) nicht.
Geht es etwas konkreter ?
Carsten
Geht es etwas konkreter ?
Carsten
Kommentar
D
D200User
Guest
So, die Neugierde ist erfolgreich geweckt...
"bitte referieren Sie und lassen Sie uns teilhaben an Ihrem Wissen"
Helmut
Kommentar
Stimmt,
habe hier mitgekriegt das zumindest was < 200 und grösser 3200
gepusht ist.
Heist für ISO 100 dass es tatsächlich keinen Gewinn an Dynamik und Abnahme des Rauschens verbunden ist.
Finde ich schade - weil damals z.b. der Kodachrome 64 ein absolut detailreicher Film war.
Weiss eigentlich nicht warum nach unten gepusht wird.
cu Karl
habe hier mitgekriegt das zumindest was < 200 und grösser 3200
gepusht ist.
Heist für ISO 100 dass es tatsächlich keinen Gewinn an Dynamik und Abnahme des Rauschens verbunden ist.
Finde ich schade - weil damals z.b. der Kodachrome 64 ein absolut detailreicher Film war.
Weiss eigentlich nicht warum nach unten gepusht wird.
cu Karl
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Ich würde mal die Beiträge in genau diesem Forum, die um den 26.11.2007 eingestellt wurden, ansehen! Damals ging es um (fast) nichts Anderes. Untermauert wurden diese Aussagen von unzähligen Weihnachtmarktbildern.
Mein Therapeut wird sich bald mit seinen Kollegen wieder austauschen, dass der Weihnachtsmarktbildphobiker von letztem Jahr schon wieder auf seiner Couch liegt. Diesmal ist es aber schlimmer, wir haben Sommer!
Kommentar
Es ist wohl allgemein bekannt, dass die Sensoren keine wählbare "Empfindlichkeit" haben wie Filme; doch man kann aus mehreren ISO-Einstellungen wählen. Was steckt hinter dieser Auswahl?
Die Brunnen auf dem Sensor sammeln die Photonen in Form von elektrischen Ladungen; jede Ladung wird dann in eine Zahl umwandelt durch den A/D Konverter; die resultierende Zahlen representieren die Beleuchtung der Brunnen. Diese Umwandlung kann mit unterschiedlichen "Feinheitsstufen" erfolgen.
Beispiel: die Umwandlung kann eine Zahl zwischen 0 und 49 erzeugen, d.h. zwischen 50 Stufen der Beleuchtung unterscheiden. Aber der Brunnen kann Tausende, ja Zehntausende Photonen gesammelt haben und wir sind nicht glücklich mit nur 50 unterschiedlichen Werten. So, wir verlangen, dass die Ladung in kleineren Einheiten "gezählt" wird und das Ergebnis als eine Zahl zwischen 0 und 199 liegt. Aber das Ergebnis ist immer noch eine relative kleine Zahl, wenn die Belichtung schwach ist, so wie verlangen dass die Ladung noch genauer ermittelt wird.
Dies könnte so weiter und weiter gehen, bis das Ergebnis der Konvertierung die Zahl der erfassten Photonen ist. Allerdings, als die Zählung in kleineren und kleineren Einheiten erfolgt, wird sie weniger zuverlässig, beeinflußt durch technischer Unvollkommenheiten; dies wird durch Geräusch sichtbar.
Diese hohen Zahlen (bis in die Zehntausende) per Pixel verlangen zu viel Speicher und Verarbeitungszeit von den digitalen SLRs, von denen ja erwartet wird, dass die mehrere Bilder per Sekunde erstellen und Hunderte auf einer Speicherkarte ablegen.
Daher schränken die DSLR Kameras die numerischen Ergebnisse auf viel kleinere Werte ein, z.B. auf 4095 (12-bit depth) oder auf 16383 (14-bit depth).
Die drastische Einschränkung der numerischen Pixelwerte zwingt den Photographer zu wählen zwischen "groben" Pixelwerte, die das gesamte Spektrum abdecken, und "feinen" Pixelwerte, die aber möglicherweise abgeschnitten werden. Die groben Pixelwerte werden duch die Einstellung niedriger "ISO Empfindlichkeit" gewählt; die hohen ISO-Einstellungen resultieren in feine Werte, die weniger zuverlässig (mehr geräuschig) sind.
Die Folge der "Feineinstellung" ist, dass stärkere Belichtung nicht wiedergeben werden kann; der maximale Pixelwert wird erreicht auch, wenn ein Brunnen nur zur Hälfte, zum Viertel oder noch weniger gefüllt is. Diese Tatsache wird berücksichtigt durch die niedrigere Beleuchtung bei höheren ISO Einstellungen; doch es kann passieren, dass trotz der niedrigeren Beleuchtung Bereiche überbelichtet erschienen, obwohl die Brunnen sehr weit von der vollen Kapazität sind. Daran ist nicht zu helfen mit diesen Kameras.
All das obige bezieht sich auf die Fälle von "echten" ISO-Werte, die unterschiedliche Ausbeutung der Ladung ergeben (ISO gain). Die meisten gängigen DSLRs bieten solche ISO Einstellungen an, die keine unterschiedliche Ausbeutung ergeben (von einer "echten" ISO Einstellung), sondern nur numerische Manipulation in der Kamera oder in der Nachbearbeitung veranlassen.
Das folgende Bild zeigt die Histograms der Rawdatei einer ISO 200 Bild (fürchterlich unterbeleutet):
(Dies und die folgenden sind von 14-bit verlustfreien Aufzeichnungen, denn die representieren den Sachverhalt besser, als die 12-bit Versionen.)
Die x-Achse ist linear, die y-Achse ist logarihtmisch. Es sind 512 Spalten, jede Spalte representiert 32 Pixelwerte. Dies ist nicht fein genug, schauen wir eine genaue Version an; jeder Pixelwert wird durch eine Spalte representiert (aber nur ein 512 weiter Ausschnitt ist dargestellt):
Die schwarzen Balken/Lücken zeigen, dass bestimmte Pixelwerte nicht vorkommen im ganzen Bild. Dies zeigt, dass der A/D Konverter weniger, als 16383 unterschiedliche Werte erzeugt (offensichtlich abhängig vom Kanal, ich kann dies nicht erklären). Dies ist kein Problem, 13600 Werte sind mehr als genug. Die Bilddaten aller ISO Einstellungen bis zu 1600 siehen genau so aus. (Man kann die Histograms von einer Menge unterschiedlichen ISO Einstellungen und von unterschiedlichen Kameras anschauen hier.)
Aber bei ISO 3200 passiert etwas interessantes:
und ISO 6400 ist noch mehr interessant:
ISO 3200 und 6400 haben keine zusätzliche Ausbeutung ergeben (im Vergleich zu ISO 1600). Die Pixelwerte sind aufgedünnt oder gestreckt.
Die Folge ist, dass clipping bei viel weniger Beleuchtung entsteht als mit ISO 1600, ohne, dass ein Gewinn in den darken Bereichen realisiert wäre. In anderen Worten: ISO 3200 verringert den dynamischen Bereich (was ist dynamic range auf Deutsch?) um einen Stop, und ISO 6400 um zwei Stops.
Man könnte denken, dass dies kein Problem darstellt, denn so hohe ISO Einstellungen werden nur bei sehr schlechter Beleuchtung verwendet; aber auch unter solchen Umständen können manche stärker beleuchtete Bereiche/Objekte vorhanden sein: das Fenster eines Zimmers, eine Lampe auf der sonst darken Straße, etc. Diese könnten möglicherweise gerettet werden bei ISO 1600, aber ISO 3200 kann all das vernichten.
(Wenn jemand JPEG erstellt in der Kamera, hat man keine Wahl - dies ist auch ein Argument für Rawdateiaufzeichnung.)
------------------
Nun, es ist bald Mitternacht hier, ich gehe schlafen. Falls dies gewünscht wird, kann ich noch auf die Zwischenstop-ISOs (wie 500, 640, etc.) eingehen. ISO 100 ist ein gänzlich unterschiedliches Thema.
_______________________________________
Bemerkung: die meisten digitalen Mittelformats (MFDBs) speichern 16 Bits per pixel, immer in der "feinsten Einstufung", ohne ISO Auswahl (die bieten zwar ISO Auswahl an, aber sie beeinflußt nur die Nachbearbeitung). Diese Kameras können selten mehr als ein Bild per Sekunde erstellen, die Dateien sind sehr groß, und die Kameras sind sehr schwer (und ein bißchen teurer als z.B. ein D300).
Die Brunnen auf dem Sensor sammeln die Photonen in Form von elektrischen Ladungen; jede Ladung wird dann in eine Zahl umwandelt durch den A/D Konverter; die resultierende Zahlen representieren die Beleuchtung der Brunnen. Diese Umwandlung kann mit unterschiedlichen "Feinheitsstufen" erfolgen.
Beispiel: die Umwandlung kann eine Zahl zwischen 0 und 49 erzeugen, d.h. zwischen 50 Stufen der Beleuchtung unterscheiden. Aber der Brunnen kann Tausende, ja Zehntausende Photonen gesammelt haben und wir sind nicht glücklich mit nur 50 unterschiedlichen Werten. So, wir verlangen, dass die Ladung in kleineren Einheiten "gezählt" wird und das Ergebnis als eine Zahl zwischen 0 und 199 liegt. Aber das Ergebnis ist immer noch eine relative kleine Zahl, wenn die Belichtung schwach ist, so wie verlangen dass die Ladung noch genauer ermittelt wird.
Dies könnte so weiter und weiter gehen, bis das Ergebnis der Konvertierung die Zahl der erfassten Photonen ist. Allerdings, als die Zählung in kleineren und kleineren Einheiten erfolgt, wird sie weniger zuverlässig, beeinflußt durch technischer Unvollkommenheiten; dies wird durch Geräusch sichtbar.
Diese hohen Zahlen (bis in die Zehntausende) per Pixel verlangen zu viel Speicher und Verarbeitungszeit von den digitalen SLRs, von denen ja erwartet wird, dass die mehrere Bilder per Sekunde erstellen und Hunderte auf einer Speicherkarte ablegen.
Daher schränken die DSLR Kameras die numerischen Ergebnisse auf viel kleinere Werte ein, z.B. auf 4095 (12-bit depth) oder auf 16383 (14-bit depth).
Die drastische Einschränkung der numerischen Pixelwerte zwingt den Photographer zu wählen zwischen "groben" Pixelwerte, die das gesamte Spektrum abdecken, und "feinen" Pixelwerte, die aber möglicherweise abgeschnitten werden. Die groben Pixelwerte werden duch die Einstellung niedriger "ISO Empfindlichkeit" gewählt; die hohen ISO-Einstellungen resultieren in feine Werte, die weniger zuverlässig (mehr geräuschig) sind.
Die Folge der "Feineinstellung" ist, dass stärkere Belichtung nicht wiedergeben werden kann; der maximale Pixelwert wird erreicht auch, wenn ein Brunnen nur zur Hälfte, zum Viertel oder noch weniger gefüllt is. Diese Tatsache wird berücksichtigt durch die niedrigere Beleuchtung bei höheren ISO Einstellungen; doch es kann passieren, dass trotz der niedrigeren Beleuchtung Bereiche überbelichtet erschienen, obwohl die Brunnen sehr weit von der vollen Kapazität sind. Daran ist nicht zu helfen mit diesen Kameras.
All das obige bezieht sich auf die Fälle von "echten" ISO-Werte, die unterschiedliche Ausbeutung der Ladung ergeben (ISO gain). Die meisten gängigen DSLRs bieten solche ISO Einstellungen an, die keine unterschiedliche Ausbeutung ergeben (von einer "echten" ISO Einstellung), sondern nur numerische Manipulation in der Kamera oder in der Nachbearbeitung veranlassen.
Das folgende Bild zeigt die Histograms der Rawdatei einer ISO 200 Bild (fürchterlich unterbeleutet):
(Dies und die folgenden sind von 14-bit verlustfreien Aufzeichnungen, denn die representieren den Sachverhalt besser, als die 12-bit Versionen.)
Die x-Achse ist linear, die y-Achse ist logarihtmisch. Es sind 512 Spalten, jede Spalte representiert 32 Pixelwerte. Dies ist nicht fein genug, schauen wir eine genaue Version an; jeder Pixelwert wird durch eine Spalte representiert (aber nur ein 512 weiter Ausschnitt ist dargestellt):
Die schwarzen Balken/Lücken zeigen, dass bestimmte Pixelwerte nicht vorkommen im ganzen Bild. Dies zeigt, dass der A/D Konverter weniger, als 16383 unterschiedliche Werte erzeugt (offensichtlich abhängig vom Kanal, ich kann dies nicht erklären). Dies ist kein Problem, 13600 Werte sind mehr als genug. Die Bilddaten aller ISO Einstellungen bis zu 1600 siehen genau so aus. (Man kann die Histograms von einer Menge unterschiedlichen ISO Einstellungen und von unterschiedlichen Kameras anschauen hier.)
Aber bei ISO 3200 passiert etwas interessantes:
und ISO 6400 ist noch mehr interessant:
ISO 3200 und 6400 haben keine zusätzliche Ausbeutung ergeben (im Vergleich zu ISO 1600). Die Pixelwerte sind aufgedünnt oder gestreckt.
Die Folge ist, dass clipping bei viel weniger Beleuchtung entsteht als mit ISO 1600, ohne, dass ein Gewinn in den darken Bereichen realisiert wäre. In anderen Worten: ISO 3200 verringert den dynamischen Bereich (was ist dynamic range auf Deutsch?) um einen Stop, und ISO 6400 um zwei Stops.
Man könnte denken, dass dies kein Problem darstellt, denn so hohe ISO Einstellungen werden nur bei sehr schlechter Beleuchtung verwendet; aber auch unter solchen Umständen können manche stärker beleuchtete Bereiche/Objekte vorhanden sein: das Fenster eines Zimmers, eine Lampe auf der sonst darken Straße, etc. Diese könnten möglicherweise gerettet werden bei ISO 1600, aber ISO 3200 kann all das vernichten.
(Wenn jemand JPEG erstellt in der Kamera, hat man keine Wahl - dies ist auch ein Argument für Rawdateiaufzeichnung.)
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Nun, es ist bald Mitternacht hier, ich gehe schlafen. Falls dies gewünscht wird, kann ich noch auf die Zwischenstop-ISOs (wie 500, 640, etc.) eingehen. ISO 100 ist ein gänzlich unterschiedliches Thema.
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Bemerkung: die meisten digitalen Mittelformats (MFDBs) speichern 16 Bits per pixel, immer in der "feinsten Einstufung", ohne ISO Auswahl (die bieten zwar ISO Auswahl an, aber sie beeinflußt nur die Nachbearbeitung). Diese Kameras können selten mehr als ein Bild per Sekunde erstellen, die Dateien sind sehr groß, und die Kameras sind sehr schwer (und ein bißchen teurer als z.B. ein D300).
Kommentar
V
volkerm
Guest
Yep. Ich habe allerdings den Verdacht, daß du daraus die falschen Schlüsse ziehst. Hast du mal kontrolliert, wie viele LSB pro Lichtquant überhaupt zu erwarten sind bei ISO6400 und 14 bit?
Kommentar
Erstmal klasse Analyse. Das hat mich wieder schlauer gemacht!
Ich denke schon, denn so holt man doch das "letzte" an möglichen Bildinformationen heraus, die man in CNX oder ACR dann tunen kann. Und erst später wandelt man um. Somit hat man doch zum Entwickeln die höchstmögliche Qualität und beschränkt sich nicht sofort!
Oder habe ich da jetzt auch was falsch verstanden?
VG, backes
Ich denke schon, denn so holt man doch das "letzte" an möglichen Bildinformationen heraus, die man in CNX oder ACR dann tunen kann. Und erst später wandelt man um. Somit hat man doch zum Entwickeln die höchstmögliche Qualität und beschränkt sich nicht sofort!
Oder habe ich da jetzt auch was falsch verstanden?
VG, backes
Kommentar
und genau da vermute ich dass das nur so ein soft-switch bei der firmware ist;
IF ( MODEL = 'D3' ) THEN
ENABLE_FULL_ISO_RANGE(); -- 200-6400!!
ELSE -- D300
ENABLE_PSEUDO_ISO_RANGE(); -- 200-1600 :-(
END IF;
denn der Chip ist ja der gleiche?
Grüsse
Karl
Kommentar
V
volkerm
Guest
Ich beantworte meine Frage selbst. Deine Schlussfolgerungen, was die Wertelücken angeht, sind falsch.
Die D300 hat laut dieser Quelle eine full well capacity von ca. 42.000 Elektronen. Bei 14 bit haben wir 16.384 mögliche ADC-Werte. Wenn wir von Basis-ISO 200 auf ISO 6400 pushen um 5 Blenden, dann haben wir 2^5= 32x weniger Elektronen zur Verfügung als die full well capacity, also 1312 Elektronen.
Wir haben also 1312 Elektronen = 1312 mögliche Werte, die der Sensor liefern kann bei ISO 6400. Es können aufgrund der Quantennatur des Lichtes nur diese Werte angenommen werden, aber keine Zwischenwerte. Trivial gesagt: es kommen keine halben Photonen zum Sensor. Bei 16.384 möglichen ADC-Werten kommen also nicht alle möglichen ADC Werte vor, es entstehen dann Lücken zwischen den Werten, logisch. Das ist aber kein Fehler der Kamera, sondern die Begründung liegt in der Quantennatur des Lichtes.
Kommentar
Hier wurden auch einige Dinge besprochen:
http://www.dpreview.com/reviews/nikond300/page18.asp
http://www.dpreview.com/reviews/nikond300/page19.asp
http://www.dpreview.com/reviews/nikond300/page20.asp
Vor allem "ISO Sensitivity and Dynamic Range" auf der letzen Seite zeigt, wie sich ISO 3200 und ISO 6400 auswirken - und das mit mehr Angaben zum dynamischen Range bei den Highlights (gut bei ISO 200 bis 1600) und den Shadows (gut bei ISO 400 bis 800):
Insgesamt haben ISO 400 bis 800 den groessten dynamischen Range, wobei die Shadows nur bei ISO 100 noch ein bisschen besser sind.
Deine Analyse, dass ISO 3200 den Verlust einer Blende und ISO 6400 den Verlust zweier Blenden beim dynamischen Range bedeuten, wird dort nicht bestaetigt - er reduziert sich von 9.2 auf 8 bei ISO 3200 und auf 7,6 bei ISO 6400 - vor allem bei den Shadows, weniger bei den Highlights.
Ausserdem ist die D300 top bei den Highlights, aber verglichen mit einigen anderen Kamers nur das Schlusslicht bei den Shadows:
Nur, falls jemand diese Seite noch nicht kannte ...
http://www.dpreview.com/reviews/nikond300/page18.asp
http://www.dpreview.com/reviews/nikond300/page19.asp
http://www.dpreview.com/reviews/nikond300/page20.asp
Vor allem "ISO Sensitivity and Dynamic Range" auf der letzen Seite zeigt, wie sich ISO 3200 und ISO 6400 auswirken - und das mit mehr Angaben zum dynamischen Range bei den Highlights (gut bei ISO 200 bis 1600) und den Shadows (gut bei ISO 400 bis 800):
Code:
Sensitivity Shadow range Highlight range Usable range
ISO 100* -5.2 EV 3.3 EV 8.5 EV
ISO 200 -4.7 EV 4.1 EV 8.8 EV
ISO 400 -5.1 EV 4.1 EV 9.2 EV
ISO 800 -5.1 EV 4.1 EV 9.2 EV
ISO 1600 -4.3 EV 4.1 EV 8.4 EV
ISO 3200 -4.0 EV 4.0 EV 8.0 EV
ISO 6400* -3.7 EV 3.9 EV 7.6 EVInsgesamt haben ISO 400 bis 800 den groessten dynamischen Range, wobei die Shadows nur bei ISO 100 noch ein bisschen besser sind.
Deine Analyse, dass ISO 3200 den Verlust einer Blende und ISO 6400 den Verlust zweier Blenden beim dynamischen Range bedeuten, wird dort nicht bestaetigt - er reduziert sich von 9.2 auf 8 bei ISO 3200 und auf 7,6 bei ISO 6400 - vor allem bei den Shadows, weniger bei den Highlights.
Ausserdem ist die D300 top bei den Highlights, aber verglichen mit einigen anderen Kamers nur das Schlusslicht bei den Shadows:
Code:
Camera
Shadow range
Highlight range
Usable range
Nikon D300 (ISO 200) -4.7 EV 4.1 EV 8.8 EV
Sony DSLR-A700 (ISO 200) -4.9 EV 3.9 EV 8.8 EV
Canon EOS 40D (ISO 100) -5.7 EV 3.4 EV 9.1 EV
Olympus E-3 (ISO 100) -5.7 EV 3.0 EV 8.8 EV
Nikon D200 (ISO 100) -5.0 EV 3.2 EV 8.2 EVNur, falls jemand diese Seite noch nicht kannte ...
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V
volkerm
Guest
@TJA: Die Zahlen von dpreview sind in diesem Zusammenhang wenig hilfreich, weil da die je nach ISO unterschiedliche Rauschreduzierung die Ergebnisse verfälscht. Selbstverständlich sinkt der real nutzbare Dynamikbereich bei hohen ISO, weil das Rauschen in den Schatten zunimmt. Das kommt bei dem dpreview Testverfahren nur nicht zum Tragen, weil dort die Rauschreduzierung die Ergebnisse glattbügelt, zu Lasten von Details.
Kommentar
P
Photoauge
Guest
Ohweh, das ist ja höchsttechnisch.
Kann man sagen, dass man die besten Ergebnisse mit den "echten" ISO´s erreicht? D.h. 200, 400, 800, 1600? Und alles was da drunter, da zwischen und darüber liegt vermieden werden sollte?
Kann man sagen, dass man die besten Ergebnisse mit den "echten" ISO´s erreicht? D.h. 200, 400, 800, 1600? Und alles was da drunter, da zwischen und darüber liegt vermieden werden sollte?
Kommentar
V
volkerm
Guest
T'schuldigung. Ich wollte eigentlich nur zeigen, daß Panopeeper sich ein wenig verrannt hat mit seinen "unechten" hohen ISO. Was er da an Wertelücken sind, das ist einfach nur Physik und keine spezielle Eigenschaft der D300.
Anders sieht es aus bei ISO100: das ist bei der D300 und D3 in Wirklichkeit nur ein ISO200 Bild, das um 1 Blende überbelichtet und in der Kamera dann um -1 korrigert wird. Das verhält sich vom Rauschen wie echte ISO100, aber die Reserven in den Spitzlichtern sind entsprechend geringer.
Kommentar
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