Skarp & lågt brus ISO 12800? Expertfråga!

[SixBySix]

Nu har jag grubblat men insett att jag har kört fast och att jag behöver lite experthjälp. Tänkte också att denna fråga skulle kunna vara av stort allmänintresse varför jag startar en ny diskussion.

Vi är väl flera som snuddat vid tanken på vilka möjligheter ISO 12800 skulle kunna erbjuda. Synnerligen lockande. Med bl 1,2/1,4/1,8 eller 2,0 och relativt korta brännvidder skulle man kunna ta bilder utan blixt i de mest krångliga ljusförhållanden. Bröllop i mörka kyrkor eller utomhus i vinternatten, sport i mörka sporthallar mm.

Nu till själva funderingen. Bruset i en bild är, om inte linjärt, så ändå starkt beroende till den enskilda pixelns storlek. Antag att man med detta i åtanke kan tänka sig att nöja sig med en lägre upplösning i utbyte mot större pixlar.

Flera kompaktkameror har utrustats med denna möjlighet i s k högISO lägen, vilket ibland t o m (sorgligt nog) kallats för bildstabilisering, då högre ISO bidrar till kortare slutartider och därmed mindre skakningsoskärpa. Vad man gör är att två eller fler pixlar läses tillsammans som en pixel = mindre upplösning men högre ISO med lågt brus.

I en Canon 5D med 12Mpix skulle sammanslagning av 2 pixlar ge 6Mpix på ISO 6400 eller 3Mpix på ISO 12800. Faktum är att 3Mpix skulle räcka långt för bröllopsbilder i reportagestil. Men 200dpi printar blir det drygt 18x24cm till förstoringar. De flesta bilder levereras hur som helst i max 13x18cm.

Nu till själva frågan. Går det praktiskt att åstadkomma en brusnivå motsvarande 12Mpix på ISO 3200 genom att man underexponerar 2 steg och räknar om bilden till 3Mpix (=ISO 128000) ?

Den första tanken som slog mig är att man sannolikt får ett dåligt resultat om denna omräkning inte görs direkt i en RAW konverterare. Finns det någon RAWmjukvara som stöder detta förfarande? Om man först räknar fram en 12Mpixbild så skapas en mängd fel som sedan blir svåra att bli av med igen vid en nedräkning till 3Mpix.

Skulle bli väldigt glad om någon av alla ni fotoexperter eller teknikgenier här på fotosidan skulle ha några synpunkter!! MVH, Niclas

 

[Stedtlund]

Hej hej

En liten fundering bara.

Måste inte ihopslagningen av pixlar ske i 2 dimensioner? För att bibehålla bxh-förhållandet. Då blir det ju 3Mpix redan efter första ihopslagningen osv.

/Anders

 

[andgi]

Ihopslagning bör ske i båda dimensionerna, men man behöver ju inte kanske inte nödvändigtvis skala om med en så stor längdfaktor som 2 för att få ner bruset tillräckligt.

Program för att prova detta? Tex dcraw kan spotta ut en linjär 16-bitars ppm-fil (det enda som görs är färginterpoleringen) denna kan sedan skalas ner med tex pnmscale (från netpbm toolkit) och därefter gammajusteras och konverteras till 8-bitar med lämpligt program (här vet jag inte riktigt vad som finns att använda).

Jag gjorde en gång i tiden ett eget program för att konvertera en 16-bitars ppm-fil från dcraw till en 8-bitars gråskalebild med valfri kontrast/översättningskurva för 16->8 bitskonverteringen (gammajustering sker integrerat i det steget). Jag skrev programmet just för att hantera "pressade" RAW-filer från min D30. I s/v blir bruset mycket mindre störande.

Numera erbjuder gimp-pluginen ufraw nästan samma möjligheter (plus en massa annat) så jag har inte använt mitt eget program på ett bra tag.

/Anders G

 

[andgi]

Här är ett exempel (utsnitt) på en D30 bild som konverterats med mitt program. Bilden är tagen med ISO 1600 utan pressning (dock så är ju D30 brusigare än dagens kameror) och utsnittet är nedskalat till ca 2/3 av originalstorleken.

/Anders G

 

[PMD]

Ett problem med din föreslagna metod är väl att signalnivåerna från pixlarna är rätt låga om man underexponerar så kraftigt, vilket gör att man har rätt begränsade data att arbeta med.

Om man hade en 12800-ISO-inställning så skulle ju kameran förstärka signalerna innan de konverterades till digitala data och lagrades.

 

[SixBySix]

Stedtlund -ett exponeringssteg motsvarar en dubblering av mängden ljus. Om exponeringen regleras av bländare, dubblas ljusinsläppet genom reglering av bländare. Med slutare dubbleras tiden. Om exponeringen regleras med ytan per pixel per på sensorn borde det räcka med dublering av ytan i en ledd, eller ökning med faktor 1,41 i två ledder.
Jag misstänker att man med lite räkningstrick kan överkomma parvis sammanslagning som genererar avlånga dubbla pixlar. Finns en digitalkamera (tror det var Nikon D1) som hade avlånga pixlar.

 

[SixBySix]

PDM -Det är just därför som tanken är att läsa ut 2 eller fyra pixlar tillsammans ur rawfilen, och addera dessa värden. Antag att du har 8 bitar i varje färgkanal från en pixel. D v s färginterpoleringen är redan gjord. Decimlat värde är alltså 0-255 per färg (R;G;B). Har du 4 pixlar med värdena 1,1,2 och 2,4,3 och 1,3,2 och fjärde pixeln med 2,2,1, då kan alla dessa adderas till 6,10,8 i RGB. Vips så har vi en förstärkning genom att pixlarna har adderats 4 och 4. Givetvis måste den sammanräknade filen ha minst 10 bitar per färgkanal och senare räknas om till 8 bitar igen (såvida man inte har ett arbetsflöde som stödjer fler bitar. Men det är små teknikaliteter.
Det stora kruxet är att ett bra RAW program gör så mycket mer för att bl a hantera brus, moiré färgåtergivning och detaljskärpa. Antagligen ett helt gäng med genialiska algoritmer i en enda liten RAW konverterare. Därför också min tanke att sammanräkningen görs först av allt, eller åtminstone inbyggt i själva RAW konverteringen.
MVH, Niclas

 

[SixBySix]

Snacka om expertis !!

Jättestort tack till Gidenstam. Jag skall genast ta en titt på de mjukvaror du föreslog. Har hur som helst GIMP. Gillar det programmet starkt förutom lite brister i gränssnittet
Man blir alltid så glad när man om och om igen ser vilken otrolig kompetens som finns bland medlemmar på fotosidan, och vilka dessutom är så hjälpsamma
MVH, Niclas

 

[PMD]

SixBySix skrev:
Det är just därför som tanken är att läsa ut 2 eller fyra pixlar tillsammans ur rawfilen, och addera dessa värden.

Ja, det borde ju bli någon slags förbättring, antar jag, men dynamiken blir väl betydligt sämre än om man förstärker den analoga signalen?

 

[Pupillen]

SixBySix skrev:
Nu till själva funderingen. Bruset i en bild är, om inte linjärt, så ändå starkt beroende till den enskilda pixelns storlek. Antag att man med detta i åtanke kan tänka sig att nöja sig med en lägre upplösning i utbyte mot större pixlar.

Nja, det beror lite på hur vi menar. Så länge vi hela tiden talar om lika stora sensorer, lika stora färdiga förstoringar och lika långt betraktningsavstånd så SKA faktiskt inte pixelstorleken spela någon som helt roll. Detta förutsätter dock att tekniken är så fulländad att allt brus beror på "fotonbrist", idag finns ju fortfarande många andra bruskällor som gör att det säkert finns ett visst samband mellan pixelantal och brusnivå (för lika stora sensorer, förstoringsgrad och avstånd).

SixBySix skrev:
PDM -Det är just därför som tanken är att läsa ut 2 eller fyra pixlar tillsammans ur rawfilen, och addera dessa värden. Antag att du har 8 bitar i varje färgkanal från en pixel. D v s färginterpoleringen är redan gjord. Decimlat värde är alltså 0-255 per färg (R;G;B). Har du 4 pixlar med värdena 1,1,2 och 2,4,3 och 1,3,2 och fjärde pixeln med 2,2,1, då kan alla dessa adderas till 6,10,8 i RGB. Vips så har vi en förstärkning genom att pixlarna har adderats 4 och 4.

Problemet är att dessa värden redan är interpolerade eftersom sensorn (oftast) bara har enfärgspixlar. Den röda informationen har alltså hämtas från bara EN av de fyra ursprungliga pixlarna, den blå från en annan och den gröna från de återstående två. I rött och blått vinner man därför ingenting och i grönt blir det bara en fördubbling. Man måste alltså utnyttja information från ännu fler grannpixlar och då blir ju också konsekvenserna för skärpa o d värre.

Jag vill inte med mina invändningar avskräcka från experiment utan bara dämpa förväntningarna till realistiska nivåer Lite går säkert att vinna i praktiken.

 

[SixBySix]

Varför? ....hmmmm... jag tror inte det. Min tanke bakom samläsningen av pixlar var just att det borde ge exakt samma bildegenskaper på ISO 12800 (3200 -2steg exponering) med 3Mpix, som 12 Mpix på ISO 3200. Med en analog förstärkning blir det ju så småningom så mycket brus att bilddatan är smått oanvändbar. Eller menar du en analog samläsning av pixlarna innan de går genom A/D omvandlaren. Det borde ju förstås vara den optimala lösningen om än omöjlig att genomföra på en kamera som inte är byggd för det eftersom det är en hårdvarulösning och inte går att göra i mjukvara.
Frågan är i vilken utsträckning ett CCD (CMOS) element är är känsligt för en begränsad ljusmängd. D v s om varje pixel har ett effektivt mätområde. Antag att en pixel måste träffas av minst 10 fotoner för att kunna registrera ett värde och för att kunna avläsas. Om dagens ISO 3200 redan är anpassat för att denna mängd så har man ju redan nått lägsta möjliga mätvärde. Om det dock är så att man kan avläsa en pixel redan efter 2 fotoner har träffat den (rent hypotetisk bara för att illustrera resonemanget), så borde samläsningen av pixlar ge ett bra resultat.
Med tanke på hur liten pixelstorleken i kompaktkameror med 10Mpix är, tycker jag det talar för att man borde kunna samläsa pixlar med gott resultat.

PS, Detta inlägg var svar till inlägg om dynamik

 

[andgi]

Pupillen skrev:
Nja, det beror lite på hur vi menar. Så länge vi hela tiden talar om lika stora sensorer, lika stora färdiga förstoringar och lika långt betraktningsavstånd så SKA faktiskt inte pixelstorleken spela någon som helt roll. Detta förutsätter dock att tekniken är så fulländad att allt brus beror på "fotonbrist", idag finns ju fortfarande många andra bruskällor som gör att det säkert finns ett visst samband mellan pixelantal och brusnivå (för lika stora sensorer, förstoringsgrad och avstånd).

Frågan är om inte en verklig sensor + A/D omvandlare också har någon form av bruströskel orsakad av termiskt brus i komponenterna. Om så är fallet bör det löna sig att slå ihop pixlar när signal/bruset förhållandet är litet (under antagandet att bruset är slumpmässigt och oberoende).

/Anders G - som vill ha en kamera utan bayer-filter..

 

[SixBySix]

Lennart -Sant att bruset beror på väldigt mycket annat än fotonbrist och därmed riskerar hela mitt tankeexperiment att falla. Men jag har svårt att förstå att större pixlar inte skulle ge lägre brusnivå vid samma storlek på sensor, men lägre upplösning.

Sedan färginterpolering. I princip borde man vinna stort eftersom en sammanslagen pixel består av en R, två G och en B. D v s man behöver inte interpolera något alls (man kan strunta i det helt och hållet. Istället får man in "Fovenon sensor" som verkligen mäter färg i alla pixlar. Bara det att den inte består av 3 skikt utan 4 intilligande sensorer per utläst pixel. Det borde resultera i väldigt mycket bättre resultatän interpolerade värden.

 

[SixBySix]

Gidenstam -Vad skulle du ha en sådan kamera till, fotografera svartvitt? Eller tänker på Foveon sensorer och nya Sigma SD14 med 4,7Mpix ?
Hmm... undrar just hur mycket ljus som själva bayersensorn filtrerar bord. D v s hur mycket mer känslighet i Sv-V man skulle kunna uppnå utan? Vid goda ljusförhållanden ser jag ingen nytta med kamera utan Bayerfilter. Färginformationen ger ju fantastiska möjligheter att i efterhand konvertera till Sv-V med effekter som rödfilter mm. D v s anpassa den Sv-V "filmens" känslighet för olika färger och därmed bildens karraktär.

 

[andgi]

SixBySix skrev:
Gidenstam -Vad skulle du ha en sådan kamera till, fotografera svartvitt?

För svartvitt och främst i dåligt ljus.
Inte nog med att bayer-filtret stjäl ljus och upplösning (pga den då nödvändiga bayer-interpoleringen), det gör också nerskalning mindre effektiv som brusreducering eftersom de näraliggande pixlarna inte mäter samma sak.

/Anders G

 

[Pupillen]

Mindre pixlar registerar förvisso färre fotoner och bruset på pixelnivå blir därför större, men det spelar ingen roll (så länge vi gör lika stora bilder o s v) eftersom det vägs upp av att lika stora områden på näthinnan kommer att täckas av fler pixlar. Så länge vi bara inte blåser upp bilden så mycket att vi tydligt ser enskilda pixlar kommer därför brusupplevelsen att blir oberoende av pixelstorlekarna. Det vi uppfattar som brus är i allmänhet ljusvariationer över betydligt större områden än en enstaka pixel.

För att få lite perspektiv på detta kan man t ex notera att den etablerade mätmetoden för kornighet på film jämför gråtonsvariationen i ett stort antal mätområden som vart och ett består av en cirkel med 50 mikrometers diameter. Varje sådant mätområde täcker alltså in motsvarande 27-28 pixlar på 5D.

Problemet med Bayermosaiken är att i en fyrpixelstruktur är det t ex bara EN som kan registrera blått ljus så oavsett hur vi gör med den informationen i efterhand så är antalet registrerade fotoner detsamma.

Utan filtren skulle sensorn kunna registrera 4 ggr så många fotoner med röda och blå våglängder och dubbelt så många med gröna så då skulle man vinna 1-2 bländarsteg. Dessutom skulle behovet av AA-filter minska betydligt.

Observera att detta resonemang bygger på att det är ren fotonbrist som är den huvudsakliga bruskällan. I praktiken får vi ju också brus p g a tekniska bristfälligheter och där kan det finnas en del att vinna.

 

[Johannes-S]

Pupillen skrev:
Utan filtren skulle sensorn kunna registrera 4 ggr så många fotoner med röda och blå våglängder och dubbelt så många med gröna så då skulle man vinna 1-2 bländarsteg. Dessutom skulle behovet av AA-filter minska betydligt.

Å andra sidan får man gråskalebilder som beror enbart av sensorns totala spektrala känslighet. Det är lite som att dra ner färgmättnaden i Photoshop till noll och sedan vara nöjd. Vill man kunna variera sina svart-vita bilder måste man laborera med olika färgfilter på objektivet, och förlorar därmed en del ljus.

Johannes

 

[bEPH]

visst vet ni om att det finns/funnits bayerlösa kameror, hyllade av vissa har de gått döden till mötes.

Ett exempel är kodaks 760m(som i monochrome).
Visst ser bilderna rätt sköna ut, men jag misstänker att iso 400 - 800 och en vikt på 1.8 kg utan objektiv gör att fotografen spelar rätt stor roll.


http://www.luminous-landscape.com/reviews/cameras/kodak-760m.shtml

http://www.kodak.com/global/en/prof...specs.jhtml?id=0.2.24.28.3.14.26.18.3.4&lc=en