다이나믹 레인지가 어떻게 센서 비트 깊이보다 클 수 있습니까?

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나를 혼란스럽게하는 것을 발견했기 때문에 여기의 군중이 카메라 관련 기술과 동시에 기술에 대해 대답 할 수 있다고 생각했습니다.

누군가 펜탁스 K-5에 대한 DXOMark 결과를 보냈는데, 이는 최저 ISO에서 14.1 EV의 다이내믹 레인지를 보여줍니다. 그러나 센서가 14 비트라는 점에서 이것은 직관에 맞지 않습니다. CMOS 센서와 같은 선형 장치가 비트보다 많은 DR을 캡처 할 수있는 것은 이상합니다. 중간에 EV를 건너 뛰고 스파 스 다이나믹 레인지가 있습니까?

sensor dynamic-range bit-depth

— 이타이
소스

인쇄 탭 아래의 다이내믹 레인지에 대한 DxO 마크 점수 는 실제 측정이 아니라 보간 된 이론적 점수입니다. 점수와 계산 방법이 설명 된 사이트의 페이지를 읽으십시오. 화면 탭 아래의 DR 은 14 비트 센서에 대한보다 실제적인 숫자입니다 : 13.44 EV.

— Michael C

이 답변과 의견을 참조하십시오 : photo.stackexchange.com/a/47512/15871

— Michael C

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컬러의 케임브리지는 이것에 대해 아주 좋은 기사 를 가지고 있습니다. 센서에 선형 A / D 변환기가있는 경우 비트 깊이는 이론적 한계로 14 EV에서 동적 범위를 제한합니다. 그러나 비선형 인 경우 비트 깊이가 반드시 상관되지는 않습니다. 이를 통해 K-5의 센서에 선형 A / D 변환기가없는 것으로 판단 할 수 있습니다.

개인적인 경험으로 볼 때,이 센서는 확실히 다이나믹 레인지가 있습니다. K-5에서 노출 부족으로 8 스탑에 가까운 이미지 를 복구 했습니다.

— 존 캐번
소스

나머지 시간에 촬영 한 ISO16000이 아닌 ISO1600이 아니 었습니까? 이로 인해 이미지가 8 개가 아닌 4 개 이상의 노출 과다 노출이되고 ACR에서 +4의 노출 보정을 사용한 사실없이 상관됩니다. 여전히 인상적입니다. 숫자가 올바른지 확인하고 싶습니다.

— 매트 그럼

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그렇습니다 .16000이었습니다. 참조를 위해 동일한 조리개와 셔터 속도로 시퀀스 (및 피사체)의 다른 이미지가 있습니다 (포스트 게시했지만 집에 있지는 않습니다). ACR은 노출에 대한 4 스톱 조정 만 허용하므로, 필 디테일을 높이려면 필 라이트를 100으로 밀어야했습니다. 흠, 아마도 중간 단계로 기사를 업데이트해야 할 것입니다. 나는 의도적으로 10 스탑 아래에서 비슷한 예를 보았고 1 월이 아닌 지금 업그레이드를 시작했습니다. :)

— John Cavan

+1, Cambridge in Color 기사가 우수합니다. 더 큰 포토 사이트의 가치 (더 깊은 "웰")와 다이내믹 레인지에 어떻게 영향을 미치는지 설명하는 훌륭한 작업입니다. 또한 대부분의 센서는 완전히 선형이 아니며 대부분 감쇠 된 A / D 전환이 있습니다. 그림자와 하이라이트의 극한에 도달하면 곡선 (S- 곡선). RAW에서 디지털 센서는 기사에서 설명한 것처럼 나중에 복구 할 수있는 많은 데이터를 캡처 할 수 있습니다.

— jrista

@jrista-Cambridge in Color는 dSLR 촬영을 시작했을 때 처음으로 촬영 한 사진 사이트 중 하나였습니다. 나는 글을 잘 쓰고 따르기 쉬운 것들로 계속 돌아가고 있습니다.

— John Cavan

@ 존 : 합의. CinC는 훌륭한 사이트이며 초보자와 숙련 된 사진가 모두에게 유용한 수준으로 작성되었습니다. 어려운 일입니다.

— jrista

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다이나믹 레인지가 어떻게 센서 비트 깊이보다 클 수 있습니까?

다이나믹 레인지는 감성 곡선의 선형 부분 에서 가장 밝은 강도 와 가장 어두운 강도 의 비율의 로그입니다 . 다른 정의가있을 수 있지만 일반적으로 장면의 객관적인 물리적 특성 인 두 가지 강도의 비율에서 파생됩니다. 실수입니다.

비트 심도는 연속 변수를 양자화하는 데 사용되는 채널당 비트 수입니다. 비트 심도가 많을수록 더 뚜렷한 회색 음영이 나타납니다. 컴퓨터 메모리에서 이미지가 어떻게 표현되는지에 대한 문제입니다.

동적 범위는 센서가 등록 할 수있는 대비의 정도를 나타냅니다. 비트 심도는 카메라가“이름을 부여”할 수있는 고유 한 색상 수를 나타냅니다. 또는 카메라가 범위를 나눌 수있는 조각 수로. 카메라가 눈금자 인 경우 동적 범위는 눈금자의 (로그) 길이가되고 비트 심도는 가장자리를 따라 표시되는 (의 로그 수)가됩니다. 길이를 원하는만큼 나눌 수 있습니다. 마찬가지로 비트 심도는 다이나믹 레인지와 같을 필요는 없습니다.

다이나믹 레인지가 S EV이고 비트 깊이가 n 이면 카메라는 최소한 콘트라스트가 큰 장면을 등록 할 수 있습니다.

$I_{max}/I_{min} = 2^S$

(센서 응답 곡선의 비선형 부분도 사용하는 경우 실제로 조금 더). 이론적으로는 구별 할 수 있습니다

$N=2^n$

회색 음영.

12 비트 RAW를 쓸 수있는 소형 카메라를 소유하고 있습니다. 높은 비트 심도에도 불구하고 동적 범위는 매우 적당합니다. 센서가 노출 과다 및 노출 부족없이 고 대비 장면을 등록 할 수있는 경우 반대 상황을 이미징 할 수 있지만 비트 심도가 낮은 경우 해당 장면은 중간 색상으로 거의 표현되지 않습니다.

— 사스 타닌
소스

+1, 좋은 답변입니다. 한 가지 팁 : "discretize"대신 필요한 단어는 "quantize"라고 생각합니다. Quantize-verb : Math, Physics. (가변 수량) 연속 값 세트가 아닌 이산 값 으로 제한 합니다.

— jrista

고맙습니다. 내 영어는 완벽과는 거리가 멀다하지만, 컴퓨팅 및 수학의 세계에서 보인다 분리 (Discretize)가 연속 공간이 계산의 목적을 위해 이에 상응하는 별도의 공간으로 대체 될 때 더 적합 en.wiktionary.org/wiki/discretize (예 : 실제 IEEE 부동 소수점 값을 가진 숫자 또는 정수). 이산화는 소프트웨어 엔지니어링 결정입니다. 대신 정량화 된 변수는 일부를 제외하고 모든 값이 금지되는 변수입니다. 따라서 "양자화 된"소리는 물리적 인 제약처럼 들립니다. 그러나 당신이 옳을 수도 있습니다.

— sastanin

기술적으로 말하자면, 센서는 빛을 특정한 물리적으로 제한된 "버킷"으로 "양자화"합니다. 12 비트 RAW 이미지를 가정 할 경우 '분산'할 수있는 4096 개의 개별 "quanta"가 있습니다. 이산 (discretize)은 센서를 사용하여 실제 공간을 가변 수의 개별 공간으로 조정할 수 있다는 것을 의미하지만, 이산 공간은 고정되어 있으며 아날로그 공간으로 변환 할 수있는 4096 개의 특정 이산 값만 있습니다. 논란의 여지가 있지만 여기에서 양자화가 더 적용 가능하다고 생각합니다. ;)

— jrista

승인. 확신합니다.

— 사스 타닌

@jrista 우리가 영어를 논의하는 동안, 당신이 원하는 단어는 "discreet"가 아니라 "discrete"입니다.

— coneslayer

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우선, 다이내믹 레인지는 노이즈와 반비례 관계에 있습니다. 노이즈가 적 으면 (동일한 경우) 다이내믹 레인지가 커집니다. 노이즈는 주로 센서 전자 장치 (판독 노이즈, 암전류 노이즈), 불연속 광 특성 (광자 / 샷 노이즈) 및 아날로그에서 디지털로 변환 (양자화 노이즈)에서 비롯됩니다.

DXO 마크 다이나믹 레인지 스코어는 센서를 포화시키는 데 필요한 빛의 강도와 SNR이 1 : 1에 도달하는 빛의 강도 (신호가 잡음과 같은 지점)의 차이에 기초합니다.

샷 노이즈 및 판독 노이즈가 없을 경우 선형 응답을 갖는 센서의 DR이 비트 깊이와 같을 것으로 예상 할 수 있습니다. 이러한 노이즈 소스가있을 때 K-5의 점수가 주어지면 이미지 파이프 라인의 중간 정도의 비선형 성 (모든 센서에 고유 한 비선형 성이 있음)이있을 수 있습니다.

비선형 성은 비트 심도 한계를 피하고 톤 커브의 다른 곳에서 잃어버린 그림자에서 그라데이션으로 얻는 것을 비트합니다. 무료 점심 식사는 없습니다!

K-5와 관련하여 ISO 감도가 낮은 클래스는 주로 읽기 노이즈에 의해 결정됩니다. 제조업체가이 영역에 관심을 돌리는 것을 보는 것은 정말 좋습니다.하지만 더 높은 ISO 감도의 다이내믹 레인지는 더 많은 빛을 포착하여 카운터되는 광자 노이즈에 의해 좌우되므로 큰 센서는 항상 이점이 있습니다. . 일부 사람들은 주로 ISO400 이상을 촬영하므로이를 염두에 두어야합니다!

— 맷 그럼
소스

ISO80에서 K-5는 놀랍고 ISO 범위가 낮은 중간 형식과 풀 프레임으로 잘 쌓입니다. ISO가 뛰기 시작하면 리드를 잃기 시작합니다. 그러나 그것은 여전히 매우 가깝게 유지되므로 Sony (센서를 만드는 사람)와 Pentax (구현 한 사람)에게는 상당한 성과입니다. D7000은 동일한 센서의 변형이며 Nikon이 구현에 매우 훌륭하게 적용되었다는 점을 감안할 때 매우 유사한 특성을 가지고 있습니다.

— John Cavan

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"동적 범위"(DR)는 절대적인 특성이 아닙니다.

DR의 가장 대략적인 정의는 "센서가 정확하게 기록 할 수있는 가장 밝은 회색 강도와 가장 어두운 회색 강도 사이의 비율"입니다.

디지털 센서의 DR은 두 가지 측정에서 파생됩니다.

주어진 색온도에서 [가장 민감한 채널의 경우] 클리핑 강도 (DxO는 아마도 D65를 사용하고있을 것입니다);
노이즈의 경 계량을 생성하는 강도입니다 (즉, 어두울 경우 노이즈가 허용되지 않음).

그런 다음 디지털 이미지의 DR을 계산하는 두 가지 방법이 있습니다.

벙어리 방식은 픽셀 데이터를 사용하여 노이즈를 계산합니다 (DxO 사이트의 "스크린"측정). 이런 식으로 X 비트 ADC로 선형 센서의 DR을 계산하면 X EV보다 클 수 없습니다.
스마트 방식 (다른 해상도로 카메라의 사진을 비교할 수있는 유일한 방법)은 노이즈를 계산할 때 해상도를 고려하는 것입니다 (DxO의 "인쇄"측정). DR은 이런 식으로 ADC에 의해 제한되지 않으며, 더 큰 센서와 동일한 ADC로 카메라를 만들 수 있으며 인식되는 다이나믹 레인지가 더 큽니다.

따라서 EV로 표현 된 "스크린"DR이 비트로 표현 된 ADC 해상도를 초과하는 카메라는 없습니다.

다른 답변에 대한 의견 :

이를 통해 K-5의 센서에 선형 A / D 변환기가없는 것으로 판단 할 수 있습니다.

비선형 A / D 변환이 개발 된 단일 디지털 센서는 없습니다. 카메라가 수행하는 모든 톤 변환 (특히 시네마 카메라의 특수 출력 모드 및 Sony A7 시리즈 포함)은 이산 데이터를 사용하여 수행됩니다.

Kodak DCS Pro 14n에는 이중 슬로프 ADC 작동 모드가있어 출력이 부분적으로 선형입니다.

이러한 노이즈 소스가있을 때 K-5의 점수가 주어지면 이미지 파이프 라인의 중간 정도의 비선형 성을 나타냅니다

K-5는 완벽하게 평평한 반응을 보입니다 (Kodak DCS Pro 만 제외 할 수있는 다른 카메라). 나는 그것을 스스로 측정했다.

참고 : DxO Labs는 "인쇄"측정을 위해 크기를 조정하거나 인쇄하지 않고 공식에서 분해 계수를 사용합니다. 참고 :이 게시물에서 "선형"은 "논리"가 아닙니다.

— 유린 핀 홀로 우
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