Neuigkeiten im Hause Nikon (D3, D300)

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Moderator: donholg

Arjay
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Beitrag von Arjay »

vdaiker hat geschrieben:
Arjay hat geschrieben: Ein Sensor - so habe ich das mal vor Jahren an der Uni gelernt - hat einen Dynamikbereich, und der ist definiert durch seinen technischen Aufbau. Dieser Dynamikbereich auf analoger Ebene wird per Analog/Digitalwandler in ein digitales Signal umgewandelt. Sinnvollerweise muss der Wandler natürlich an den Dynamikbereich des Sensors angepasst sein, denn sonst würde er einen wertvollen Teil dieser Dynamik verschenken, was technisch unsinnig wäre. Die Auflösung des umgewandelten Digitalsignals hängt nun aber primär nicht vom Sensor selbst, sondern von den Eigenschaften des A/D-Wandlers ab. Dieser Wandler nämlich bestimmt die Auflösung - nicht der Sensor.
Ist das wirklich so ?
Ich dachte der Sensor waere der limitierende Faktor, denn A/D Wandler mit mehr als 12 Bit sind ja technisch kein Problem (wenngleich natuerlich teurer).
Ich habe das Ganze so interpretiert: bislang wuerde der Sensor eh nicht mehr Information liefern als 12 Bit und von daher wuerde es keinen Sinn machen teure 14 Bit Wandler einzusetzen. Erst die neuen CMOS Sensoren liefern tatsaechlich mehr Informationen so dass es Sinn macht, einen 14 Bit Wandler einzusetzen.
Ist aber nur meine Interpretation. Nur, wenn dem nicht so ist, weshalb hatten die frueheren Nikon Profi-Cams keine 14 Bit Wandler ? Wenn es um das Optimum geht bei den High-End Modellen sollte der Preisunterschied zwischen 12 und 14 Bit Wandlern doch nicht der entscheidende Faktor sein.
Nochmal: Der Dynamikbereich - also der Unterschied zwischen dem dunkelsten Bildbereich, der noch Zeichnung hat und dem hellsten Bildbereich, der ebenfalls noch Zeichnung hat, hat zunächst mal nichts mit dem A/D-Wandler zu tun.

Der Wandler teilt diesen Dynamikbereich in einzelne (kanalbezogene) "Helligkeitsstufen" auf. Diese Helligkeitsstufe bildet einen kleinen Bereich unterschiedlicher analoger Helligkeitswerte in einer einzigen, diesem Teilbereich entsprechenden Zahl für einen diskreten Helligkeitswert ab. Das heißt, ein analoger Helligkeitsbereich wird umgewandelt in eine feste Helligkeitsstufe, die einem bestimmten Zahlenwert entspricht.

Diese Stufen-Umwandlung hat womöglich jeder von uns schon einmal bei der Bildbearbeitung erlebt: Wenn man ein Foto mit einem klaren Himmel hat, sieht man bei korrekter Belichtung einen sanften Farbverlauf von Dunkel- über Hellblau bis zu weiß. Verändert man nun den Kontrast eines solchen Bildes, so verwandelt sich der Farbverlauf ab einer bestimmten (Extrem-) Einstellung in eine Farbtreppe mit stufenweise sich ändernden Farben an Stelle eines stetigen Farbverlaufs. Diese Stufen sind praktisch die Visualisierung der zuvor erläuterten Farbstufen.

Die Größe und Anzahl dieser Helligkeitsstufen hängt ab von der Auflösung des Wandlers: Ein 12-Bit Wandler löst den verfügbaren Dynamikbereich in 2 hoch 12 = 4096 Helligkeitsstufen pro Farbkanal auf. Bei 14 Bit Auflösung würde der gleiche Dynamikbereich einfach feiner aufgelöst - also in 16.384 Stufen pro Farbkanal. Das bedeutet, dass bei höherer Auflösung erst mal ganz einfach die Helligkeit/Farbe eines Bildes feiner aufgelöst wird, was sich z.B. an sanften Helligkeits/Farbverläufen zeigt.

Wenn nun ein besserer Sensor einen größeren Dynamikbereich liefert und der A/D-Wandler daran angepasst wird, dann liefert das gesamte, aus Sensor und Wandler bestehende Bauteil genau so viele Helligkeitsstufen wie durch die Wandler-Auflösung definiert, nur der Stufenumfang ("Treppenhöhe") bezogen auf den Gesamt-Dynamikbereich wird entsprechend des Zuwachses an Gesamtdynamik auch größer. Insofern macht es durchaus Sinn, einen Sensor mit besserem Dynamikbereich mit einem höher auflösenden Wandler auszustatten, denn das sichert auch bei größerem Dynamikbereich sanfte Helligkeitsübergänge.

Will sagen, aus technischer Sicht ist es durchaus sinnvoll, einen höheren Dynamikumfang mit höherer Wandler-Auflösung zu paaren. Allerdings besteht zwischen Dynamikbereich und Wandler-Auflösung kein zwingender, physikalischer Zusammenhang.
Gruß Timo.

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Arjay
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Beitrag von Arjay »

Dengold hat geschrieben:...A/D-Wandler ist diesen Auflösung verantwortlich. Aber idealerweise müssten das inlinearen Form anpassen, weil die Sensor (normalerweise) zu linear arbeitet. Seit vor paar Jahren haben (leider) auch C****, Stanford-Uni und einigen Herstellern eine inlinearen Sensor entwickeln, z.B. jeden Pixel haben "Reservekammer" für überladenden Lichtmenge eingebaut, zum Beispiel ! So kann Dynamikumfang erweitern und müssen aber auch A/D-Wandler richtig anpassen und auch feineren Bittiefe hat.
Sprichst Du von der Linearität der Wandlerkurve? Klar - das ist dann die nächste Komplexitäts-Stufe in der technischen Beschreibung.

Wir alle wissen, dass der analoge Film wesentlich mehr Toleranz gegen Über- und Unterbelichtung hat als unsere heutigen digitalen Bildsensoren. Diesen Toleranzeffekt kann man durch eine nichtlineare Wandlerkurve bei Digtalkameras nachbilden:

Wenn man die Schrittweite von einer Helligkeitsstufe zur nächsten nicht mehr gleich lässt, sondern am dunklen wie auch am hellen Ende des Dynamikbereichs feiner, dafür aber im mittleren Bereich etwas gröber macht (merke: Die Anzahl der Schritte muss entsprechend der Auflösung gleich bleiben, und der umzuwandelnde Dynamikbereich soll ebenfalls unverändert bleiben), dann erhält man eine "nicht-lineare" Wandlerkurve. Diese Wandlerkurve arbeitet also an beiden Enden des Dynamikbereichs mit vergrößerter Auflösung, so dass der Übergang zwischen korrekter und Unter- bzw. Überbelichtung (gekennzeichnet durch Verlust der Zeichnung), dann kann man sich näher an die Extremwerte herantasten bevor man eine echte Fehlbelichtung erhält.

Diese nicht-lineare Wandlerkurve hilft also, den Dynamikbereich besser auszunutzen, sie vergrößert den Dynamikbereich aber immer noch nicht, denn der effektive Gewinn dieser Maßnahme liegt nicht in einer Ausweitung des Dynamikbereichs, sondern in einem sanfteren Übergang von (korrekt belichteten) Lichtern zu (überbelichteten, ausgefressenen) Spitzlichtern. Eine "Reservekammer" wird damit nicht eröffnet.

Dengold, vielleicht weißt Du ja noch etwas, was wir anderen nicht wissen ...
Zuletzt geändert von Arjay am Mo 3. Sep 2007, 11:32, insgesamt 1-mal geändert.
Gruß Timo.

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Beitrag von zappa4ever »

Danke Timo für deine ausführlichen Erklärungen. So wird es auch mir klar und ebenfalls, dass die Vorredner anscheinend aneinander vorbeigeredet hatten.

Die Auflösung ist erst einmal unabhängig von der Dynamik, allerdings macht es nat. Sinn bei höherer Dynamik die Auflösung zu erhöhen um die Größe der Treppen beizubehalten, oder gar zu erhöhen.

Übrigens passt das Treppenbeispiel sehr gut. Die Dynamik ist gleichzusetzen mit der Höhe der Treppe, die Auflösung mit der Anzahl (und damit der Höhe) der Stufen.

Mehr Auflösung bei gleicher Dynamik bedeutet kleinere Stufen.
Mehr Dynamik bei gleicher Auflösung bedeútet größere Stufen.

Das alles war mir schon vorher klar, aber nicht die Zuordnung der Dynamik an den Sensor und der Auflösung an den A/D wandler.
Gruß Roland...
Dengold
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Beitrag von Dengold »

Arjay hat geschrieben: Sprichst Du von der Linearität der Wandlerkurve? Klar - das ist dann die nächste Komplexitäts-Stufe in der technischen Beschreibung.

Wir alle wissen, dass der analoge Film wesentlich mehr Toleranz gegen Über- und Unterbelichtung hat als unsere heutigen digitalen Bildsensoren. Diesen Toleranzeffekt kann man durch eine nichtlineare Wandlerkurve bei Digtalkameras nachbilden:

Diese nicht-lineare Wandlerkurve hilft also, den Dynamikbereich besser auszunutzen, sie vergrößert den Dynamikbereich aber immer noch nicht, denn der effektive Gewinn dieser Maßnahme liegt nicht in einer Ausweitung des Dynamikbereichs, sondern in einem sanfteren Übergang von (korrekt belichteten) Lichtern zu (überbelichteten, ausgefressenen) Spitzlichtern. Eine "Reservekammer" wird damit nicht eröffnet.

Dengold, vielleicht weißt Du ja noch etwas, was wir anderen nicht wissen ...
Das Problem ist, dass ich niemals richtigen Satz schreibe, wie ich es wünschten. Das kann ich einfach nicht.

Fakt ist, dass die licht-linearen Wandlerkurve ist eine Tricks! Das nutzt besonders bei dunkleren Bereich aus! Aber nicht in helleren Bereich! Das ist schon längst bekannt!

Wie ich eben geschrieben, über die helleren Bereich eine Problem hat. Weil die Sensor nicht vor Überstrahlung "geschützt" zu können.

Eine "Reservekammer" hat nichts Wandler damit zu tun! Sondern es ist interne Einbau der Sensor!
Es schützt vor "Überfüllung" die Lichtmenge, es funktioniert wirklich!
Erste Beispiel, bei Experimentiererei bei Stanford-Uni, dass diesen System hilft, dass die technisch etwa 1:100.000 (etwa 16,5 Blenden) machbar ist. Das funktioniert, stell dir mal vor, wie eine "Wasserhahn", die die Licht rauslässt, damit die Eingang (wie Becken) nicht überfüllt.
Aber es ist noch Experiment, diesen Sensor hat viel mehr Transistorschaltungen pro Pixel als heutigen Sensor.

Eigentlich ist, dass die Sensor wesentlich mehr machbar als vielen dachten, wenn die Transistorvorschaltungen ("Tricks") das einbaut. Sehr bald werden die Analogfilm ziemlich alt aussehen!

Grüße Dengold
Ich bin Gehörlos! Und Grammatikschwäche dabei! :-D Meine Fotoapparat sind Ex-F100, Ex-F5, Ex-D70 und D300 :)
Dengold
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Beitrag von Dengold »

Ich habe noch vergessen, dazu schreiben.

Diesen "Reservekammer" ist problematisch, weil die Tonabstufung gefälscht werden könnten! Sonst werden die Bild falschen Farbe/Kontrast wirkt.

Der Entwickler müssen die ganzen Pixel "miteinander vernetzt", sodass die Infos die Pixel zu Pixel übergeben (wie eine Warnung oder zum Ausgleich) muss. Das sind wie eine interne Korrektur/Fehlermeldung. Nur so etwa vorstellen.
Das ist äußerst kompliziert, noch Zukunftsmusik. Naja.

Nur so, ist einzigen Möglichkeiten die CMOS-Sensor, die die Dynamik steigern zu können.

Grüße Dengold
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Beitrag von vdaiker »

OK, ihr habt ja Recht.

Stellen wir die Frage anders: warum hat Nikon die 14 Bit Wandler eingefuehrt ?
Hat der CMOS Sensor einen erhoehten Dynamikumfang und damit eine hoehere Treppe und bei gleicher Stufenhoehe brauche ich mehr Stufen, oder wollte Nikon "nur" die Treppenstufen feiner machen ?

Volker
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Beitrag von Andreas H »

Volker, das ist die spannende Frage die wohl erst in den ersten richtigen Tests beantwortet wird.

Grüße
Andreas
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Beitrag von Suermel »

Andreas H hat geschrieben:Volker, das ist die spannende Frage die wohl erst in den ersten richtigen Tests beantwortet wird.

Grüße
Andreas
Dazu kann ich sagen: soviel Zeit hab ich. :)

Gruß
Suermel
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Beitrag von zappa4ever »

Andreas H hat geschrieben:Volker, das ist die spannende Frage die wohl erst in den ersten richtigen Tests beantwortet wird.

Grüße
Andreas
Nachdem ja seit Jahren umstritten ist, ob die Fujis nun einen höheren Dynamikumfang haben oder nicht, stellt ich mir das nicht so einfach vor. Sonst wäre es ja definitv erwiesen. Viele schreiben es ja, aber einen wirklich sorgfältigen Beweis haben wir doch noch nicht gesehen, oder ?

War da nicht noch was von Holger und piedpiper, die wollten doch ihre Ergebnisse zeigen.
Anscheinend stellt ja die Messmethode schon ein Problem dar, und auch was ich vergleiche.
Gruß Roland...
piedpiper
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Beitrag von piedpiper »

zappa4ever hat geschrieben:Nachdem ja seit Jahren umstritten ist, ob die Fujis nun einen höheren Dynamikumfang haben oder nicht, stellt ich mir das nicht so einfach vor. Sonst wäre es ja definitv erwiesen. Viele schreiben es ja, aber einen wirklich sorgfältigen Beweis haben wir doch noch nicht gesehen, oder ?
Dass die Fujis (S3/S5) einen höheren Dynamikumfang (im 400%-Modus) haben als eine D200/D2X ist - durch diverse Fachtests belegt - mittlerweile wohl unbestritten! :arrgw:
zappa4ever hat geschrieben:War da nicht noch was von Holger und piedpiper, die wollten doch ihre Ergebnisse zeigen. Anscheinend stellt ja die Messmethode schon ein Problem dar, und auch was ich vergleiche.
Yep! Hatten wir vor - allerdings hatte ich meine S5 nach wenigen Tagen wegen Ankündigung der D3 zurückgegeben (drei Kameras brauche ich nun wirklich nicht) ... :cool:
Gruss, Andreas
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