Digitális fényképezőgépek fényérzékenysége

A digitális fényképezőgép fényérzékenysége a digitális fényképezőgép jellemzője  , amely meghatározza az általa létrehozott digitális kép numerikus paramétereinek függését a fényérzékeny mátrix által kapott expozíciótól . A digitális fényképezőgépek fényérzékenységét általában a zselatin -ezüst emulziók ISO érzékenységének megfelelő mértékegységben fejezik ki [1] . Ez lehetővé teszi a klasszikus filmfotózásban rejlő expozíciómérési módszerek használatát .

A digitális fényképezőgépek fényérzékenységének fogalmának azonban az érzékenységmérő törvényeinek alkalmatlansága miatt semmi köze a hagyományos fényképészeti anyagokhoz , és csak közvetetten tükrözi a mátrix érzékenységét. Ellentétben a fényképészeti anyagok fényérzékenységével, amely csak az alkalmazott fényképészeti emulzióhoz kapcsolódik, a digitális fényképezésben a fényérzékenység alatt a teljes rendszer átviteli funkcióját értjük , beleértve a mátrixot, az előerősítőt és az ADC algoritmusokat is . Digitális videokamerák és hasonló mátrixokon alapuló sugárzó televíziós kamerák esetében nem használnak ISO-egységeket, és a fényérzékenységet a téma minimális megvilágításában fejezik ki lux -ban, ami lehetővé teszi elfogadható zajszintű kép készítését [2] [3] . Egyes esetekben a videokamerák érzékenységét a minimális megvilágítás fejezi ki egy bizonyos jelerősítési szint decibelben [4] .

A rendkívül speciális videoeszközök, például a videorögzítők fényérzékenységét gyakran nem szabványos egységekben jelzik, figyelembe véve a mereven beépített objektív rekeszértékét . A legtöbb esetben azonban az ilyen eszközök fényérzékenységét a mátrix analóg kimenetén kapott , voltban kifejezett elektromos feszültséghez viszonyítva fejezik ki 550 nanométeres hullámhosszú sugárzás hatására , amelyet a maximális spektrális érzékenységnek tekintünk. emberi látás . Ennek az értéknek semmi köze az ISO-egységekhez.

Egyenértékű fényérzékenység

Az azonos expozícióval rendelkező digitális fényképezőgépek a színtérben azonos képpontok különböző koordinátáival készíthetnek fájlokat . Kijelzőn megjelenítve vagy nyomtatva az ilyen képek olyan fényesek, mintha másképp lettek volna megvilágítva. Ezt úgy érik el, hogy megváltoztatják a fényérzékeny mátrix elektromos jeleinek előzetes erősítését , valamint a későbbi analóg-digitális átalakítás algoritmusait egy adott színtérre, például az sRGB -re [1] .

A digitális berendezések gyártói rögzített kapcsolatot hoznak létre a mátrixjelek értékei és a megfelelő színtér koordinátái között, amelyet az EI expozíciós indexnek tekintenek. A legtöbb digitális fényképezőgép több EI értékkel rendelkezik, ezek közötti váltás lehetővé teszi, hogy megtalálja a legelfogadhatóbb kompromisszumot a gyors záridővel történő fényképezés képessége és a képen megjelenő zaj intenzitása között . Az EI értékeket úgy választják meg, hogy az eredményül kapott digitális kép összehasonlítható legyen az azonos ISO-érzékenységű, azonos expozíciós paraméterekkel rendelkező filmen kapott képpel. Ezért a mindennapi életben a digitális fényképezőgépek EI értékeit „egyenértékű ISO érzékenységként” szokás emlegetni. Ez a paraméter azonban csak közvetetten kapcsolódik a mátrix érzékenységéhez, és csak a hagyományos fényképezésben alkalmazott klasszikus expozíciómérési módszerek kényelmét szolgálja, és csak a filmérzékenységi egységekben van kifejezve.

Egyes gyártók lehetőséget biztosítanak a fényerő-paraméterek egy EI-értéken belüli beállítására a kamerabeállítások vagy a „nyers” RAW -fájlok konvertálására szolgáló beállítások további menüpontjaként . A modern digitális fényképezőgépek fényérzékenységükben sokszorosan felülmúlják a fényképészeti anyagokat, és ezzel egyenértékű ISO-egységben 4 560 000-es értéket érnek el, ami az ezüsthalogenid emulziók számára elérhetetlen [5] . A zajcsökkentési algoritmusok fejlesztése lehetővé teszi, hogy elfogadható minőségű képet kapjunk ilyen EI értékek mellett.

A fényérzékenység különböző mértékegységeinek összehasonlítása

A táblázat az ISO és APEX fényérzékenységi mérőrendszerek összehasonlító értékeit , valamint a digitális fényképezőgépek gyártói által választott ekvivalens fényérzékenységi értékeket mutatja be skáláik ISO12232:2006 szabvány szerinti osztályozására. Látható, hogy az ISO 20 000-et meghaladó értékek a meglévő fényképészeti anyagokra nem vonatkoznak, és csak a 2000-es évek második fele óta gyártott digitális fényképezőgépek rögzítési képességét tükrözik .

Fényképészeti anyagok és digitális fényképezőgépek fényérzékenységének összehasonlítása
APEX Sv_ _ ISO
aritmus./logaritmus.°
A digitális fényképezőgépek ISO megfelelője		 Példa egy
ilyen fényérzékenységű filmre vagy fényképezőgépre
2 12/12° Gevacolor 8 mm megfordítható, később Agfa Dia-Direct , " Svema " KN-1
16/13° Agfacolor 8mm megfordítható
20/14° Adox CMS 20
3 25/15° régi Agfacolor , Kodachrome II és Kodachrome 25 , Efke 25 , " Tasma " TsO-22D
32/16° Kodak Panatomic-X , " Svema " DS-5M, Photo-32
40/17° Kodachrome 40 (film)
négy 50/18° ötven Fuji RVP , Ilford Pan F Plus , Kodak Vision2 50D 5201 (mozifilm), AGFA CT18 , Efke 50
64/19° Kodachrome 64 , Ektachrome-X , ORWOCOLOR NC-19
80/20° Ilford Commercial Ortho , Svema Photo-65
5 100/21° 100 Kodacolor Gold , Kodak T-Max , Provia , Efke 100 , " Svema " KN-3
125/22° Ilford FP4+ , Kodak Plus-X Pan , Svema Photo-130
160/23° Fujicolor Pro 160C/S , Kodak High-Speed ​​Ektachrome , Kodak Portra 160NC és 160VC
6 200/24° 200 Fujicolor Superia 200 , Agfa Scala 200x , Svema OChT-180, Tasma OCh-180, TsO-T-180L
250/25° " Tasma " Photo-250
320/26° Kodak Tri-X Pan Professional
7 400/27° 400 Kodak T-Max , Tri-X 400 , Ilford HP5+ , Fujifilm Superia X-tra 400 , Konica VX-400 " Svema " RMB-V
500/28° Kodak Vision3 500T 5219 (film), " Tasma " Panchrome type-17
640/29° Polaroid 600
nyolc 800/30° 800 Fuji Pro 800Z
1000/31° Kodak P3200 TMAX , Ilford Delta 3200
1250/32° Kodak Royal-X Panchromatic
9 1600/33° 1600 Fujicolor 1600 , Kodak Ektapress 1600 , " Tasma " Isopanchrome type-42
2000/34°
2500/35°
tíz 3200/36° 3200 " Tasma " Panchrome type-13, fotókészletek azonnali fotózáshoz Polaroid type-107 [6] , Fujifilm FP-3000b
4000/37°
5000/38° " Tasma " Isopanchrome type-24
tizenegy 6400/39° 6400
8000/40°
10000/41°
12 12500/42° 12800
16000/43°
20000/44° Fotókészletek azonnali fotózáshoz Polaroid type-612 [6]
13 25000/45° 25600 Az első sorozatgyártású digitális fényképezőgép ezzel az ISO-egyenértékkel: Canon EOS 5D Mark II (2008)
32000/46°
40000/47°
tizennégy 50000/48° 51200
64000/49°
80000/50°
tizenöt 100000/51° 102400 Az első sorozatgyártású digitális fényképezőgépek ezzel az ISO-egyenértékkel: Nikon D3S és Canon EOS-1D Mark IV (2009)
125000/52°
160000/53°
16 200000/54° 204800 Az első sorozatgyártású digitális fényképezőgépek ezzel az ISO-egyenértékkel: Canon EOS-1D X (2011), Nikon D4 (2012)
250000/55°
320000/56°
17 400000/57° 409600 Az első sorozatgyártású digitális fényképezőgépek ezzel az ISO-egyenértékkel: Nikon D4s és Sony α -7S (2014)
500000/58°
620000/59°
tizennyolc 800000/60° 819200
1000000/61°
1250000/62°
19 1600000/63° 1638400
2000000/64°
2500000/65°
húsz 3200000/66° 3280000 Az első sorozatgyártású digitális fényképezőgép ezzel az ISO-egyenértékkel: Nikon D5 [7] (2016)
4000000/67°
4600000/68° 4560000 Az első sorozatgyártású kamera ezzel az ISO-egyenértékkel: Canon ME20F-SH [5] (2015)
Megjegyzések a táblázathoz : A vastagon szedett APEX és ISO ISO értékek megfelelnek a gyártók által meghatározott fényképészeti anyagokhoz használt tényleges értékeknek. Az összes többi érték ugyanazon progresszió alapján kerül kiszámításra, mint a meglévő skálák matematikai extrapolációja.

ISO 12232:2006

1998 óta létezik egy ISO szabvány [8] , amely összefüggést állapít meg a mátrixjelek nagysága és a specifikus expozíciós indexek (EI) között [9] . Ez a szabvány öt lehetséges módot kínál a digitális fényképezőgépek gyártóinak konkrét EI-értékek meghatározására, amelyek közül három 1998 óta létezik, kettő pedig 2006 -ban jelent meg a Japan Imaging Systems által javasolt CIPA DC-004 [10] ajánlásoknak megfelelően. Szabványügyi Szövetség ( eng.  Standard of the Camera & Imaging Products Association, CIPA ). Az EI expozíciós index a választott technikától függően a mátrix fényérzékenységétől és önzaj szintjétől, valamint a kapott kép jellemzőitől függ. Az ISO-szabvány a kamera teljes megjelenítési csatornájának fényérzékenységét határozza meg, nem pedig az egyes komponenseinek, ahogyan azt a Kodak javasolta 2001 - ben két saját érzékelőjére [11] .

Az ISO 12232:2006 [12] legújabb verziójában bevezetett Recommended Exposure Index (REI) módszertan lehetővé teszi a hardvergyártók számára, hogy saját nézetük alapján állítsák be saját EI-értékeiket annak alapján, hogy milyen EI-értékek produkálnak megfelelően exponált képeket. Ez az egyetlen technika, amely az sRGB-től eltérő színteret használó képformátumokhoz és mátrix mérési mód használata esetén alkalmazható .

A Standard Output Sensitivity ( SOS )  technika a legújabb szabványban is megjelent, és azon a feltételezésen alapul, hogy az sRGB kimeneti kép átlagos fényerejét 18%-os fényvisszaverő képességű szürke kártya felvételekor kell elérni, ha expozíciót expozíciómérő rendszerrel mérünk. ISO 2721 szerint kalibrálva, expozíciókompenzáció nélkül . Mivel a méréseket az sRGB színtérben kell elvégezni, a technika csak az ebben a térben készült fényképekre alkalmazható - főleg JPEG formátumban , RAW formátumú fényképekre nem . Ezenkívül a technika elfogadhatatlan a mátrix mérési mód használata esetén.

A telítési pont technika hasonló az SOS technikához, de nem 18%-os szürke térképen, hanem 100%-os fényerőn alapul, amelynél a csúcsfények részletei kezdenek eltűnni . Az ezzel a módszerrel kapott expozíciós index értékei 0,704-gyel magasabbak az előzőeknél. Az előző SOS-módszerhez hasonlóan a telítettségi pont módszere is az sRGB színtérben végez méréseket, és nem alkalmazható RAW-fájlokra.

Néha két zajalapú technikát alkalmaznak a fogyasztói digitális fényképezőgépek EI-tartományának meghatározására. Ebben az esetben meghatározzák az EI szélső értékeit, amelyeknél a képek "kiválónak" vagy "elfogadhatónak" tekinthetők a legalacsonyabb és a legmagasabb egyenértékű fényérzékenységhez.

Az expozíciós indexek kiszámításának módszerei

A digitális fényképezőgépek egyenértékű ISO-érzékenységének értékei az érzékelő tulajdonságaitól és a kapott kép digitális feldolgozásának algoritmusaitól függenek a fényképezőgépben. Ez az érték a mátrix által kapott H expozícióval fejezhető ki , lux per másodpercben. Egy átlagos objektív esetében, amelynek f gyújtótávolsága sokkal kisebb, mint a téma távolsága, az expozíció a következő:

ahol L  a tárgy fényereje kandelában per négyzetméter , t  a zársebesség másodpercben, N  a rekesznyílás értéke . Ekkor a q együtthatót az egyenlőség határozza meg:

Ez az érték a lencse T áteresztőképességétől , a v ( θ ) vignettálási tényezőtől és a lencse optikai tengelyéhez viszonyított θ szögtől függ . Leggyakrabban q = 0,65, feltéve, hogy θ = 10°, T = 0,9 és v = 0,98 [8] .

Telítettségi pont

A telítési pont által meghatározott fényérzékenységet a következő egyenlet segítségével számítjuk ki:

hol  van az a maximális expozíció, amely nem vezet „törött” információktól mentes területek megjelenéséhez. Általában az ilyen érzékenység alsó határa a mátrix tulajdonságaitól függ, de ha a jelét felerősítik az ADC előtt, az ekvivalens fényérzékenység növekszik. A 78-as tényezőt azért alkalmazzák, mert a fénymérők kalibrálása egy 18%-os visszaverőképességű szürke kártya mérésén alapul. Egy ilyen objektum a telítettségi szint 18%-a / √2 = 12,7%-os fényerőt ad a képnek. A √2 tényező fél stop margót biztosít, amely figyelembe veszi a téma csúcsfényeinél világosabb fénypontokat [12] .

Meghatározás zaj alapján

A zajmérési módszerrel meghatározott fényérzékenység az egyes pixeleken egy bizonyos jel-zaj arány eléréséhez szükséges expozíciótól függ. Két arányt használnak: 40:1 ("kiváló kép") és 10:1 ("elfogadható minőség"). Ezek az arányok egy 70 képpont/centiméter felbontású kép szubjektív észlelésének felelnek meg , 25 centiméter távolságból nézve. A zajszint az egyes képpontok fényerejének és színének szórása . Az ezzel a módszerrel meghatározott fényérzékenység a legnagyobb mértékben a mátrix minőségétől, sokkal kisebb mértékben az előerősítő zajától függ.

Normál kimeneti érzékenység

A fényérzékenység meghatározására leírt módszerek mellett az ISO 12232:2006 szabványos kimeneti érzékenységi módszert biztosít, amely a képpixelek számértékeinek a vett expozíciótól való függésén alapul. A technika az egyenlőségen alapul:

amelyben az expozíciót tükrözi, 118-as értéket adva egy 8 bites sRGB képen, ami egy szürke kártya 18%-ának 2,2 -es gamma-korrekcióval való megjelenítésének felel meg [12] .

ISO módszertanok alkalmazhatósága

A szabvány meghatározza, hogy a fényérzékenység meghatározására szolgáló módszerek közül melyik előnyösebb különböző helyzetekben. Ha a 40:1 jel/zaj arány alapján kiválasztott érzékenység („kiváló minőség”) meghaladja a telítési pontból kapott értéket, akkor a két érték közül az első a szabvány legközelebbi alacsonyabb értékére kerekítve. skála van kiválasztva. Ennek a választásnak az az oka, hogy a magasabb ISO alapján számított alacsonyabb expozíció szándékosan rosszabb képet ad. Ezenkívül az érzékenységi értékek tartományának alsó végét a telítési pont alapján választják ki, a felsőt pedig a legrosszabb eset jel-zaj aránya, 10:1 („elfogadható minőség”) alapján. . Abban az esetben, ha a 40:1-es jel-zaj arány kisebb, mint a telítési pontból számított érték, vagy erős zaj miatt nem határozták meg, az utolsó, a standard skála legközelebbi felső értékére kerekítve, olvasásra kerül, mivel a „zaj” érzékenység használata késleltetéshez vezet. A fényképezőgép fényérzékenysége egyedileg is meghatározható a standard kimeneti érzékenység alapján, amelyet a legközelebbi standard értékre kerekítenek.

Tegyük fel, hogy egy kameraérzékelő a következő jellemzőkkel rendelkezik: 40:1-107 jel/zaj arány érzékenység, 10:1-1688 érzékenység és 49 "telítettségi pont". Ekkor a szabványnak megfelelően a kamerának a következő skálaértékekkel rendelkezik:

nappali fényben - ISO 100; értéktartomány - ISO 50-1600; szabványos kimeneti érzékenység ISO 100.

A standard érzékenység testreszabható. Zajosabb érzékelővel rendelkező kameráknál ugyanezek az értékek rendre 40, 800 és 200 lehetnek. Ebben az esetben a rendszert ISO 200-ra kell állítani, ami megfelel a felhasználó szabványos kimeneti érzékenységének [12] .

Annak ellenére, hogy a szabvány részletes utasításokat tartalmaz az ekvivalens fényérzékenység meghatározására szolgáló egyik vagy másik módszer alkalmazására, a kamerák utasításai nem tükrözik, hogy milyen módszerrel jelölték skáláikat.

Lásd még

Jegyzetek

  1. ↑ 1 2 Expozíció a digitális fényképezésben, 2008 , p. tizennyolc.
  2. ↑ Televízió, 2002 , p. 105.
  3. ↑ V.P. Mayorov, L.F. Ovchinnikov, M.S. Semin. Oktatás a televíziós kamerákról  // Computerra  : magazin. - 1998. - 14. sz . — ISSN 0815-2198 . Archiválva az eredetiből 2013. július 6-án.
  4. ↑ Nyikolaj Milenin, Leonyid Csirkov. Televíziós kamerák: merre vezet a fejlődés?  // "625" : log. - 1993. - 4. sz . — ISSN 0869-7914 . Az eredetiből archiválva: 2012. március 12.
  5. ↑ 1 2 Sándor Budik. Canon ME20F-SH: Full HD kamera ISO 4 000 000 érzékenységgel . Hardver hírek . 3D Hírek (2015. augusztus 1.). Letöltve: 2016. november 18. Az eredetiből archiválva : 2016. november 19.
  6. ↑ 1 2 Martin (Marty) Kuhn. Filmindex  (angol)  (nem elérhető link) . film . A földek listája. Letöltve: 2014. március 10. Az eredetiből archiválva : 2003. december 15..
  7. ↑ D5  . _ DSLR fényképezőgépek . Nikon USA. Letöltve: 2016. január 7. Az eredetiből archiválva : 2017. augusztus 10..
  8. ↑ 1 2 ISO 12232:  1998 . Fényképészet – Elektronikus állóképkamerák – ISO-érzékenység meghatározása . ISO (2006. április 20.). Letöltve: 2012. november 11. Az eredetiből archiválva : 2013. január 13..
  9. ↑ Fényérzékenység . Kérdések és válaszok . Zenith kamera. Letöltve: 2015. október 24. Az eredetiből archiválva : 2016. március 4..
  10. ↑ Szabványügyi Bizottság. Digitális fényképezőgépek érzékenysége  (angol)  (hivatkozás nem érhető el) . CIPA DC-004 . A Camera & Imaging Products Association szabványa (2004. július 27.). Letöltve: 2012. november 11. Az eredetiből archiválva : 2013. január 13..
  11. ↑ Kodak képérzékelők ISO mérése  . Verzió 5.0 MTD/PS-0234 . Kodak (2009. szeptember 28.). Letöltve: 2012. november 11. Az eredetiből archiválva : 2013. január 13..
  12. ↑ 1 2 3 4 ISO 12232:  2006 . Fényképezés – Digitális fényképezőgépek – Az expozíciós index, az ISO-érzékenység, a szabványos kimeneti érzékenység és az ajánlott expozíciós index meghatározása . ISO (2011. október 4.). Letöltve: 2012. november 11. Az eredetiből archiválva : 2013. január 13..

Irodalom