¿Cuál es el rango dinámico apropiado de una cámara?
Pregunta 2: ¿Cuál es el rango dinámico de una cámara? Introducción al rango dinámico:
1. El rango dinámico es originalmente el concepto de sistema de señal. El rango dinámico de un sistema de señal se define como la diferencia entre el nivel máximo no distorsionado y el nivel de ruido. En aplicaciones prácticas, los logaritmos y las relaciones se utilizan comúnmente para expresar el rango dinámico de un sistema de señal. Para los escáneres de películas negativas, el rango dinámico se refiere al rango en el que el escáner puede registrar los tonos del original, es decir, la diferencia entre el valor de densidad del punto más oscuro (Dmax) y el punto máximo (Dmin). Para películas y sensores, el rango dinámico se refiere al rango desde "más oscuro" hasta "más brillante" contenido en una imagen. Cuanto mayor sea el rango dinámico, más ricos serán los niveles que se pueden expresar y más amplio será el espacio de color.
2. Cuanto mayor sea el rango dinámico de una cámara digital, más ricos serán los detalles oscuros y los detalles brillantes que se pueden grabar simultáneamente. Tenga en cuenta que el rango dinámico es diferente del rango tonal.
3. Al tomar fotografías en formato JPEG, el procesador de imágenes de la cámara digital registrará la información de la imagen utilizando una curva de tono con una fuerte diferencia entre claro y oscuro. Durante este proceso, el procesador tiende a omitir algunos de los detalles claros y oscuros que se encuentran en los datos sin procesar. Al disparar en formato RAW, se puede mantener el rango dinámico del sensor y los usuarios pueden comprimir el rango dinámico y el rango tonal con una curva de tono adecuada para que las fotografías puedan enviarse a un monitor o imprimirse para obtener un rango dinámico adecuado. .
4. El elemento fotosensible de una cámara digital está compuesto por millones de píxeles. Cuando el píxel está expuesto, absorbe fotones, los convierte en señales digitales y luego crea una imagen. El proceso es como llevar millones de cubos al aire libre para recoger agua de lluvia. Cuanto más brillante es el área fotosensible, más fotones se recogen. Después de la exposición, al elemento fotosensible se le asigna un valor discreto basado en la cantidad de fotones recolectados por cada píxel y se convierte en una señal digital. Los valores de píxeles que no absorben fotones y absorben fotones a plena carga se muestran como 0 y 255 respectivamente, lo que indica negro puro y blanco puro.
5. Una vez que estos píxeles estén llenos, los fotones se desbordarán, provocando que se pierda información (detalle). Tomando el rojo como ejemplo, el resaltado fundido hace que los valores de otros píxeles cerca del píxel relleno de rojo se conviertan en 255, pero sus valores reales no llegan a 255. En otras palabras, la pérdida de detalles de la imagen provocará la pérdida de información en el área resaltada. Si reducimos el tiempo de exposición para evitar el desbordamiento de luces, entonces muchos píxeles utilizados para describir el entorno oscuro no tendrán tiempo suficiente para recibir la cantidad de fotones y el valor del píxel será 0, lo que resultará en una falta de información en la imagen. partes oscuras.
Pregunta 3: ¿Cuál es la diferencia entre los niveles estándar y avanzado de optimización del rango dinámico en las cámaras DSLR? 1. El rango dinámico se refiere a la transición de la escala de grises del blanco al negro en la imagen capturada, comúnmente conocida como tolerancia, que refleja la tolerancia de la imagen del blanco al negro;
2. gran relación de luz (por ejemplo, la escena del agujero bajo el sol), la tolerancia de la cámara no puede reflejar correctamente esta escena con gran relación de luz, por lo que se configura la optimización del rango dinámico y algunas cámaras se abrevian como HDR;
3. Rango dinámico El principio de optimización es que la cámara reduce automáticamente el brillo de las partes brillantes y aumenta el brillo de las partes oscuras para evitar fenómenos de luz negra y luz blanca. El propósito es mantener las luces de una foto sin exponer y retener los detalles en las partes oscuras. Esta es la tecnología HDR;
4. Cuanto mayor sea la configuración de Optimización dinámica, menor será el contraste de la imagen. 5. En circunstancias normales, puede configurar la optimización dinámica en estándar y, para escenas con partes particularmente oscuras y brillantes, configurar la optimización dinámica en avanzada.
Referencia del cartel original.
Pregunta 4: ¿Qué significa el rango dinámico de una cámara? Para películas y sensores, el rango dinámico se refiere al rango desde "más oscuro" hasta "más brillante" contenido en una imagen. Cuanto mayor sea el rango dinámico, más ricas serán las capas que se pueden expresar y más amplio será el espacio de color.
Cuanto mayor sea el rango dinámico de una cámara digital, más ricos serán los detalles oscuros y brillantes que podrá grabar simultáneamente.
Pregunta 5: ¿Cuál es la latitud y el rango dinámico de una SLR digital? La latitud y el rango dinámico representan el rango en el que una cámara digital puede registrar correctamente el brillo de un objeto. Calculado usando la diferencia entre los valores más brillantes y más oscuros, la unidad es el valor de exposición EV.
Por ejemplo, el rango dinámico de la Canon 5D Mark III es de 11,7 EV.
El rango dinámico de una cámara digital no es fijo, cambia a medida que cambia el ISO. En otras palabras, el rango dinámico con valores ISO irrazonables es diferente.
De hecho, la tolerancia y el rango dinámico de una cámara réflex digital significan lo mismo, pero los dos conceptos provienen de campos diferentes. El concepto de tolerancia proviene del rango en el que una película fotográfica puede registrar correctamente el brillo de un objeto en la era de las cámaras de sal plateada, expresado como la relación o diferencia entre lo más brillante y lo más oscuro.
El concepto de rango dinámico surge de la relación o diferencia entre la potencia máxima de salida libre de distorsión de un circuito amplificador y la potencia de ruido estático.
Cuando las cámaras se volvieron digitales, los ingenieros ópticos y los ingenieros electrónicos utilizaron sus conceptos familiares para entender lo mismo. Sabemos que las cámaras digitales primero obtienen imágenes en el sensor óptico CMOS o CCD y luego amplifican la señal a través del circuito. Estrictamente hablando, la tolerancia debería reflejarse en el sensor y el rango dinámico debería reflejarse en el circuito amplificador. De esta forma, el problema se complica. A los consumidores no les importa la conversión interna, solo les importan los resultados, por eso los fabricantes mezclan estos dos conceptos. El resultado final es que los dos conceptos son una sola cosa.
Pregunta 6: ¿Cuál es el rango dinámico de las cámaras industriales? ¿Qué es el amplio rango dinámico? La unidad de amplio rango dinámico es DB. Su algoritmo consiste en dividir la iluminación en un lugar con luz intensa por la iluminación en un lugar con luz débil. Por ejemplo, el rango dinámico amplio máximo del ojo humano es 160 dB, lo que significa que cuando la cámara coincide en que la luz intensa en la imagen es 160 veces la luz débil, se pueden ver ambos lados con claridad. Las cámaras de rango dinámico ultra amplio pueden adaptarse bien a grandes diferencias en la intensidad de la iluminación en diferentes partes de la misma escena y pueden minimizar esta diferencia en la intensidad de la iluminación en el video final para que cada parte del cuadro completo pueda distinguirse claramente.
Pregunta 7: En cuanto al rango dinámico, ¡por favor, aconseja al fotógrafo! Primero, aclaremos dos conceptos: el rango dinámico de una cámara digital y el rango dinámico de un sensor de imagen. Estos dos conceptos son diferentes y están relacionados.
Una cámara digital puede considerarse como un sistema de señal y su rango dinámico se puede dividir en dos partes: rango dinámico óptico y rango dinámico de salida. Rango dinámico óptico = exposición a saturación/exposición al ruido.
Entre ellos, la exposición de saturación se refiere a la exposición cuando el CCD alcanza la capacidad de saturación del pozo de potencial, es decir, por mucho que se aumente la exposición, ya no puede aceptar más electrones. La exposición al ruido es equivalente a la exposición cuando el CCD tiene sólo su propia corriente oscura en un ambiente completamente oscuro.
La salida de una cámara digital todavía está en forma de cantidades digitales, por lo que el rango dinámico de salida está determinado principalmente por el número de bits en el A/D (convertidor analógico/digital). Cuantos más bits haya, mayor será el rango dinámico de salida.
2. La definición del rango dinámico del sensor de imagen (tomando CCD como ejemplo): rango dinámico (db) = 20*log (capacidad de carga completa/capacidad de corriente oscura), es decir, el carga máxima acumulada y relación múltiple de “carga” de ruido mínimo.
3. Podemos ver la diferencia entre dos conceptos: uno es la relación múltiple de "exposición", y el otro es la relación múltiple de "carga".
4. Conexión entre conceptos: El rango dinámico (óptico) de una cámara digital se refiere a la relación de exposición múltiple cuando el sensor de imagen alcanza la carga máxima acumulada y la carga mínima de ruido. Por lo tanto, el rango dinámico óptico de las cámaras digitales está determinado principalmente por sensores de imagen como CCD/CMOS.
5. ¿Es el "área del elemento fotosensible" el factor determinante del rango dinámico?
Cuando buscamos alta resolución, el número de píxeles del CCD aumenta, lo que se traduce en una reducción de la carga máxima que se puede almacenar en el pozo de potencial y una reducción del rango dinámico. Esto puede ilustrar la ventaja del rango dinámico de elementos fotosensibles más grandes. Puedes responder a tu primera pregunta de esta manera: el área del elemento fotosensible es uno de los factores decisivos, solo hay uno, no el único.
Además, el elemento fotosensible de una cámara digital es más grande, lo que significa "más avanzado", por lo que sus dígitos A/D son más altos, el rango dinámico de salida es mayor y se puede utilizar un rango dinámico más alto. ., por lo que el rendimiento general es definitivamente mejor que el de las cámaras digitales de nivel inferior.
2. ¿Qué otros factores afectan el rango dinámico de las cámaras digitales?
Además del elemento fotosensible en sí, el factor que más influye es la aplicación de la "tecnología de imágenes de alto rango dinámico", que en realidad es un término general que abarca una variedad de métodos y tecnologías, tales como:
1. Secuencia de imágenes de exposición múltiple. Mediante un algoritmo de superposición específico, la imagen original se restaura a la escena original de alto rango dinámico.
2. Separación de haces. Utilizando un camino óptico específico, la luz correspondiente al sensor se divide para obtener un conjunto de imágenes con diferentes exposiciones, y luego se obtiene una imagen de alta dinámica mediante un algoritmo específico.
3. Sensor de imagen sensible adaptativo. Se puede controlar la sensibilidad de cada píxel de este sensor (controlando el tiempo de exposición).
4. Método de píxeles de exposición espacialmente variable. Hay cuatro píxeles con diferentes sensibilidades en la matriz de píxeles. El rango dinámico se muestrea mientras la sensibilidad del píxel cambia en el dominio espacial, de modo que la información de los píxeles adyacentes se pueda utilizar para estimar el valor real del píxel actual y obtener un valor alto. Imagen de rango dinámico de la escena real.
Responde la segunda pregunta. La cámara de cine digital Epic roja que mencionaste tiene un tamaño de sensor MYSTERIUM-X de 30 mm × 15 mm y 14 millones de píxeles. Utiliza una tecnología de imágenes de alto rango dinámico llamada "HDRx", donde dos pistas de video separadas recopilan imágenes y luego las fusionan, algo similar a una secuencia de exposiciones múltiples. Gracias a los bajos píxeles por pulgada y la aplicación de tecnología de imagen de alto rango dinámico, el rango dinámico de Red Epic supera el de una DSLR de fotograma completo.
Pregunta 8: ¿Por qué el rango dinámico del ojo humano es mucho mayor que el de una cámara? Personalmente, creo que esta pregunta es una pseudopregunta, porque tal comparación no tiene sentido. Si realmente desea comparar, compare el rango visual del ojo humano con el rango fotosensible del elemento fotosensible, o compare la "visión única" del ojo humano con una fotografía (yo mismo inventé este concepto, así que (entre comillas). Lo que la gente ve es dinámico. El cielo azul, las nubes blancas, el canto de los pájaros y la fragancia de las flores que ves son todos resultados de la integración de información en el cerebro después de la segmentación visual (el proceso es muy rápido, por lo que solo puedes hacerlo). "Véalo de un vistazo" en su conciencia, pero en realidad En su pupila, retina y cerebro, puede utilizar rápidamente el procesamiento HDR de rompecabezas de diferentes aperturas para completar la foto). Si miras solo una escena con un gran contraste de brillo, encontrarás que es difícil captar los detalles de las partes brillantes y oscuras al mismo tiempo sin mover el foco de atención. , tus pupilas Un cambio equivale a ajustar la apertura. En otras palabras, el rango dinámico de su "visión única" no incluye el "cielo azul, las nubes blancas, las flores y los pájaros" completos. La imagen que siente está postprocesada. ¿Cuál es el rango dinámico de la "visión única" de una persona? Lo olvidé, calculo que es el nivel 7, porque la fotografía ha sido diseñada para simular lo que la gente ve desde el principio, y desde la madurez de la tecnología cinematográfica hasta la era digital, nuestra tolerancia fotográfica siempre ha estado alrededor del nivel 7 (tenga en cuenta que este es los resultados finales de la imagen, no el rango dinámico del dispositivo fotosensible). De hecho, el rango dinámico de los elementos electrónicos fotosensibles es mucho más que 7 pasos (de hecho, la película en blanco y negro también tiene 9 pasos, pero cuando revelamos fotografías, a menudo seguimos el principio de "tres y cuatro pasos" y hacer 7 paradas). No es un problema obtener una relación de contraste superior a 10 niveles después de tomar fotografías en bruto. La pregunta es: ¿se ve bien esta imagen? Como se mencionó anteriormente, la fotografía originalmente consistía en simular lo que ve el ojo humano, pero ¿no es un poco extraño cuando miras esas fotografías procesadas en HDR y te maravillas de su magnificencia? ¿Es eso "verdad"? Si miras a simple vista un panorama de alto contraste, ¿puedes ver tanta delicadeza? Cuando muchas personas utilizan una cámara digital por primera vez, sienten que las fotografías tomadas con una cámara digital son más oscuras y grises que las tomadas con película.
¿Por qué? Debido a que a veces la relación de iluminación de la escena que filmamos no es tan grande y la latitud de la cámara es demasiado grande, la imagen que obtenemos es blanca o negra (el ojo y el cerebro humanos también son muy poderosos, porque cuando ves una imagen con Si el contraste es insuficiente, puede mejorarlo automáticamente, por lo que el ojo inexperto a veces no se da cuenta de que una escena tiene un contraste bajo). . . La película de inversión de color se considera más adecuada para tomar fotografías de paisajes porque su latitud suele ser de sólo 5 pasos, por lo que el contraste de la imagen es mayor. Otro problema es que puede grabar más de diez niveles, pero es posible que no pueda mostrarlos ni imprimirlos (por ejemplo, la parte oscura de una foto se ve extremadamente oscura, pero la arrastra a PS y arrastra el color). niveles, ha sacado dos detalles de la parte oscura. Estos dos niveles ya están allí, pero el monitor no puede mostrarlos). La segunda pregunta, sin mencionar si la tecnología puede hacerlo (creo que mientras haya demanda, la tecnología definitivamente lo hará, es solo cuestión de tiempo), ¿cómo se le permite al chip saber cómo dividir el ¿Área para ajustar la sensibilidad? Le dices que "baje la señal en esa parte del cielo", pero no conoce a Dios... A los ojos del sensor de luz, todas las señales son iguales. Luego podemos cambiar el modo de comando y bajar todo el brillo por encima de cierto valor, ¿verdad? Está disponible y existe desde hace mucho tiempo, pero se utiliza principalmente en cámaras. Probablemente debido a las limitaciones de rendimiento de los dispositivos de almacenamiento en los primeros años, las señales capturadas por los elementos fotosensibles no podían registrarse completamente y solo podían precomprimirse en la máquina. Las cámaras de transmisión tienen configuraciones de menú muy detalladas. Puede realizar ajustes no lineales a la curva de niveles de color según las diferentes necesidades de disparo, al igual que ajustar los niveles de color y las curvas de una imagen en PS, pero esto lo decide de antemano y lo ejecuta el procesador de la cámara al disparar. Los archivos de las cámaras digitales no son grandes y todas las señales se almacenan y posprocesan sin estrés. Sin embargo, las cámaras digitales actuales tienen una opción de "estilo de fotografía" para la compresión jpg, que en realidad es una especie de ajuste local.
Pregunta 9: Mejora del rango dinámico El propósito de las imágenes de rango dinámico de la cámara es representar correctamente el amplio rango de brillo en el mundo real, desde la luz solar directa hasta las sombras más oscuras. Las siguientes técnicas pueden mejorar el rango dinámico de su cámara digital. Nombre técnico, función y puntos técnicos para mejorar el rango dinámico de las cámaras digitales. La respuesta logarítmica mejora el rango dinámico del dispositivo de imágenes. Configure un circuito amplificador de video logarítmico. La tecnología de trinchera profunda mejora la eficiencia cuántica de la luz roja manteniendo las ventajas del CCD delgado. El CCD está hecho de silicio de alta resistencia y tiene un grosor de aproximadamente 40 μm. La doble exposición mejora la capacidad del dispositivo de imágenes para adaptarse a los cambios en la intensidad de la luz objetivo y es adecuado para situaciones en las que la intensidad de la luz cambia drásticamente. Configure la exposición del sensor para que adopte automáticamente una exposición larga con poca luz y una exposición corta con luz intensa.
Pregunta 10: ¿Cuál es la tolerancia y el rango dinámico de una DSLR? Es la capacidad de la cámara para registrar los detalles y gradaciones más brillantes y más oscuros. En el mismo entorno, las fotografías tomadas con la misma velocidad de obturación, ISO y apertura tendrán luces más ricas y detalles oscuros, y mayor será la tolerancia.
El rango dinámico representa el rango de una foto desde el más brillante al más oscuro. Cuanto mayor sea el rango dinámico, mayor será la tolerancia y ambos son directamente proporcionales. La proporción de luz describe el contraste entre la luz y la oscuridad en una escena fotografiada.