Що саме обмежує сучасні датчики цифрової камери у захопленні інтенсивності світла понад певну точку?
Що саме обмежує сучасні датчики цифрової камери у захопленні інтенсивності світла понад певну точку?
Відповіді:
Що саме обмежує сучасні датчики цифрової камери у захопленні інтенсивності світла понад певну точку?
З точки зору фізичних властивостей самого датчика:
Кількість ударів фотонів і кількість вільних електронів, що виникають в результаті таких ударів фотона, поки не буде більше доступних електронів з потенціалом звільнення в межах кожного фотосайту (а / к / сенсель, піксельна яма тощо) визначають її повну свердловину ємність. Це не сильно відрізняється від плівки, в якій досягається повна насиченість, коли в емульсії немає інших кристалів галогеніду срібла, які вже не мають достатньої кількості «чутливості чутливості», щоб переробник перетворився на атомне срібло.. Основна відмінність полягає у формі кривих реакцій, коли кожна технологія наближається до повної потужності. Цифрові результати випускають однакову кількість електронів на фотон, поки не буде досягнута повна ємність свердловини. Оскільки плівка наближається до повного насичення, для впливу на інші солі срібла потрібно все більше світлової енергії (або часу розробки).
Що стосується запису аналогових напруг як цифрових даних:
Коли аналогова напруга від кожного фотосайту (a / k / a 'sensel', 'pixel well' і т. Д.) Зчитується з датчика, посилення подається на сигнал. Налаштування ISO камери визначає, наскільки застосовано посилення. Для кожного збільшення зупинки ISO застосовується вдвічі більше посилення. Якщо чутливість "базової" камери (для простоти, назвемо ISO 100 підсиленням 1,00X, при якому вхідна напруга дорівнює вихідній напрузі), то фотосайти, які досягли повної потужності свердловини, повинні призвести до максимального зчитування напруги під час посилення аналогова схема подачі АЦП. Якщо використовується ISO 200 (посилення 2.0X), напруга від будь-якого сенсера, який досяг половини (1/2) повної ємності свердловини або більше, підсилюється до максимальної напруги, дозволеної в ланцюзі після посилення.
Будь-яке посилення, що перевищує 1,0X, застосує "стелю" нижчу за повну ємність свердловини кожного фотосайту. Коли використовується велика посилення, сигнали слабкіші за повну ємність свердловини також досягають максимальної напруги напруги ланцюгів нижче від підсилювача. Будь-який попередньо підсилений рівень сигналу, який є достатньо сильним, щоб "прив'язати лічильник" після посилення, не відрізняється від будь-якого іншого попередньо посиленого рівня сигналу, який також "прив'язує вимірювач".
Коли ці посилені аналогові сигнали перетворюються на цифрові дані за допомогою аналого-цифрового перетворювача (АЦП), сигналам при максимальній ємності напруги ланцюга присвоюється максимальне значення, дозволене глибиною біта аналого-цифрового перетворення. Якщо перетворюється на 8-бітні значення, напругам присвоюється значення у двійковій формі між 0-255. Максимальний сигнал, дозволений аналоговим ланцюгом, що подає АЦП, записується як 255. Якщо 14-бітовим напругам присвоюється значення між 0-16,383, а максимальному значенню присвоюється двійкове значення 16,383 тощо.
Виймання, коли ви насправді фотографуєте:
Ви отримаєте найбільшу різницю та найкращу кількість градацій між найяскравішими та найтемнішими елементами на сцені, яку ви фотографуєте, коли посилення знаходиться на «базовій» чутливості камери, а час затвора та діафрагму поєднуються, щоб отримати найяскравіші елементи на сцені достатньо експозиції, щоб бути при повній насиченості або поблизу неї. Використання більш високого значення ISO корисно, якщо неможливо виставити так довго або з достатньо широкою діафрагмою, щоб наблизитись до повної насиченості яскравих моментів на сцені для зображення, яке ви хочете зробити. Але використання вищого ISO виходить ціною. Загальний динамічний діапазон зменшується більш високим посиленням електричних сигналів, що відходять від датчика.
То чому б ми не завжди знімали ISO 100 або будь-яку іншу основу камери ISO, а потім натискали експозицію пізніше на пост? Тому що це робиться, як правило, посилює "шум" в зображенні навіть більше, ніж робить зйомка за більш високими значеннями ISO. Наскільки більше залежить від того, скільки і де відбувається зниження шуму для сигналу. Але зменшення впливу шуму, застосовуючи зниження шуму до аналогових напруг, що відходять від датчика, також має ціну - дуже тьмяні точкові джерела світла часто відфільтровуються як «шум». Ось чому деякі камери з дуже хорошим низьким освітленням / високою продуктивністю ISO, з точки зору зменшення шуму, також відомі астрофотографами як "їдці зірок".
¹ Існує незначна зміна енергії, що міститься у фотоні, залежно від частоти, з якою він коливається. Фотони, що коливаються на нижчих частотах, при ударі по сенсору виділяють трохи менше енергії, ніж фотони, що коливаються на більш високих частотах. Але для фотонів, що коливаються на певній частоті / довжині хвилі, кількість енергії, що виділяється при ударі по дну піксельної свердловини, однакова до досягнення повної ємності свердловини.
² Різницю між найтемнішими та найяскравішими елементами ми називаємо датчиком (або плівкою) динамічним діапазоном носія запису. Для кожної зупинки підвищення чутливості (ISO) за допомогою цифрової камери лінійна різниця напруги між "нулем" і "повною насиченістю" вдвічі зменшується. При перетворенні на логарифмічні шкали, такі як "Ev", подвоєння чутливості призводить до зменшення однієї "зупинки" динамічного діапазону (всі інші рівні, що рідко буває).
Додаючи до відмінної відповіді Майкла Кларка (описуючи відсікання повної свердловини та відсікання ADC), у трубопроводі цифрової фотографії є кілька інших моментів, де може відбуватися відсікання:
Для зображень, що не належать до RAW, під час корекції кольору / автоматичного регулювання гамми перед стисненням та під час самого стиснення.
Коли ви стискаєте зображення у форматі JPEG або MPEG, апаратне обладнання скорочує глибину біту до того, що підтримує стислий носій, який, як правило, набагато менший за апаратну глибину. Через це укорочення втрачаються значення біля обох крайніх рівнів яскравості.
Перед стисненням ваша камера застосовує корекцію кольору та гамма-коригування, які можуть впливати на ефективний динамічний діапазон, який відповідає обмеженій глибині бітів, що надається компресором. Наприклад, під час запису відео в режимі Canon Log найтемніші та найсвітліші частини сцени математично витягуються до центру, так що ефективний динамічний діапазон значно збільшується, і менше частин зображення буде вирізано на будь-якому кінці діапазону.
Під час післяобробки. Виконуючи пост-обробку, яка істотно змінює яскравість зображення, на ранніх етапах обчислення можливо фактично викликати значення, що перевищують діапазон, який може бути правильно представлений кількістю бітів, використаних для їх утримування. Хоча це рідко, це іноді трапляється, і коли це відбувається, це може спричинити відсікання навіть у місцях фотографії, які насправді не вирізані на оригінальному зображенні.
Під час корекції кольорової гами під час друку чи відображення зображення. Виконуючи корекцію кольору, іноді можна отримати значення, що виходять за межі гами, які можуть бути точно відтворені вихідним носієм. У цей момент кольоровий двигун повинен вирішити, що робити з тими значеннями поза гамою. Це також ефективно призводить до відсікання, хоча воно візуально виглядає дещо відмінним від того, про що думає більшість людей, коли вони говорять про відсікання, як правило, у результаті чого речі виглядають неправильного кольору.
Легке емпіричне пояснення:
Подивіться на дуже яскраву лампочку, якщо світло буде достатньо яскравим, ви не зможете побачити внутрішню частину лампочки, тому що ваші зіниці можуть закритися більше, і все ще занадто багато світла вражає вашу сітківку, насичуючи її та інформацію, яка досягає ваш мозок обрізаний (ви бачите лише яскраве світло, але не деталі всередині світла). Це одна з причин, чому, якщо ви намагаєтеся, ви не повинні цього робити, дивлячись прямо на ясне полуденне сонце, ви не зможете побачити сонце, а інтенсивне світло (Остерігайтеся, що намагаються зробити це без належний захист може насправді назавжди завдати шкоди вашим очам чи фотографічному обладнанню, об'єктивам та датчику)
Будь-який датчик поводиться однаково (з камери чи іншим чином). Як тільки сигнал (у цьому випадку світло) буде занадто високим для своєї потужності (досягає рівня насичення), він буде відсікати будь-яку додаткову інформацію, він не зможе розпізнати більше сигналу, передаючи просто плоский високий сигнал без будь-якої цінної інформації в ньому.