Динамический диапазон

Динамический диапазон сенсора

Динамический диапазон сенсора определяется отношением максимального и минимального сигнала, которые он может генерировать. Максимальный сигнал прямо пропорционален полной емкости пикселя. Минимальный сигнал является уровнем шума, когда на сенсор не падает свет, и называется также "порогом шума".

На практике камеры с большим динамическим диапазоном способны запечатлеть больше деталей в тенях и на ярком свету. Не путайте динамический диапазон с тональным диапазоном.

Динамический диапазон изображения

При сохрани снимков в формате JPEG высоки шансы, что кривые тонального контраста камеры могут обрезать детали в тенях и на ярком свету из RAW-данных. RAW-изображения сохраняют динамический диапазон сенсора, позволяя вам позже правильно сжать динамический и тональный диапазоны в соответствии с настроенными кривыми, что поможет передать изображение на экране и печати более качественно. Это напоминает экстремальный пример из статьи про тональный диапазон, который показывает компрессию большого динамического и тонального диапазонов изображения в формате 32 бита с плавающей точкой.

Размер пикселей и динамический диапазон

Мы уже знаем, что сенсор цифровой камеры имеем миллионы пикселей, собирающих фотоны во время экспонирования сенсора. Это можно наглядно представить как миллионы маленьких ведерок, собирающих дождевую воду. Чем ярче снимаемый участок, тем больше фотонов с него будет собрано. По окончании экспонирования уровню каждого ведерка назначается дискретное значение, как это объясняется в статье преобразование аналоговой информации в цифровую. Пустым и полным ведеркам присваиваются соответственно значения "0" и "255", что означает чисто черный и чисто белый цвета, принятые сенсором. Приведенная ниже модель сенсора имеет всего 16 пикселей. Пиксели, принимающие яркие части изображения, заполняются очень быстро.

Когда они заполняются доверху, начинает происходить переполнение (что также приводит к цветению). Переполняющая информация просто теряется, что показано красными уровнями, и значения всех таких пикселей становятся равными 255, хотя на самом деле они были разными. Другими словами, мы потеряли детали. Из-за этого произошла обрезка бликов, как объясняется в статье про гистограммы. С другой стороны, если вы уменьшите время экспонирования, чтобы избежать переполнения, то многие пиксели, отвечающие за темные участки, могут не успеть получить вообще ни одного фотона и останутся с нулевыми значениями (тут мы подходим к определению термина «обрезка теней», поскольку все пиксели получили значение 0, тогда как в реальной жизни между ними были небольшие различия).
Одной и причин большего динамического диапазона цифровых зеркалок является больший размер пикселей их сенсоров. При прочих равных параметрах (в частности, уровня наполнения, глубины "ведерка" и времени экспонирования), пиксели с большей площадью могут собрать больше фотонов в тенях, чем маленькие пиксели за то время, которое нужно для предотвращения переполнения ярких пикселей.
Т.е. большие пиксели успевают собрать больше фотонов в тенях до того, как у ярких пикселей начнется переполнение.

Примеры динамического диапазона

Динамический диапазон камеры оказался способным запечатлеть динамический диапазон сцены. Гистограмма показывает, что сняты как тени, так и яркий участки.
Здесь динамический диапазон камеры оказался меньше, чем динамический диапазон сцены. Гистограмма показывает, что часть деталей в тенях и на ярком свету была потеряна.
Ограниченный динамический диапазон этой камеры был использован для передачи деталей на свету за счет потери деталей в тенях. Короткая выдержка, необходимая для предотвращения переполнения ярких пикселей, не дала времени многим пикселям в тенях получить ни одного фотона.
Ограниченный динамический диапазон этой камеры был использован для передачи деталей в тенях за счет потери деталей на ярком свету. Длительная выдержка, необходимая для сбора фотонов пикселями в тенях, привела к переполнению ярких пикселей.
Здесь динамический диапазон у сцены меньше, чем у камеры, что типично для съемок с воздуха. Гистограмма может быть растянута для охвата всего тонального диапазона и получения более контрастного изображения, но может случиться постеризация.

Back to top