Fragen zur AD-Umwandlung in der Kamera

[distagon25]

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Hallo, zusammen.

Ihr mögt vielleicht etwas erstaunt sein, dass ich die folgenden Fragen in diesem speziellen Fuji-Forum stelle. Zum einen arbeite ich mit der X-T1, zum anderen habe ich die Beobachtung gemacht, dass man hier auch sehr gut über die Grundlagen der Digitalfotografie Bescheid weiß. Genau darum geht es, nämlich um einige grundsätzliche, technische Fragen. Ob die Antworten nur für das X-System oder allgemein gelten, ist eher nebensächlich, aber um einen Anlaufpunkt zu haben, beziehe ich meine Frage auf die X-T1.

Was mich beschäftigt, das ist die Umsetzung der Motiv-Helligkeitswerte in digitale RGB-Werte. Der Einfachheit halber möchte ich zunächst alles Details weglassen und sogar davon ausgehen, dass es kaum Unterschiede in den RGB-Kanälen  gibt. Graue Novembersuppe also.

Beispiel: Wir nehmen einen Spot-Belichtungsmesser und messen unser Motiv aus. Dabei stellen wir fest, dass es zwischen hellster und dunkelster Stelle eine Helligkeitsdifferenz von 7 Belichtungsstufen gibt. Da jede Stufe eine Verdopplung bzw. Halbierung bedeutet, können wir auch sagen, dass die hellste Stelle 2^7 = 128 mal so hell ist wie die dunkelste.

"Weiter hinten" in der Kamera wird das Bild digitalisiert, also mit Hilfe eines AD-Wandlers in RGB-Werte umgewandelt. Und auch dabei gilt interessanterweise das Halbierungs-Verdopplungsprinzip, hier in Form von Bits, wobei  alles in ein Fenster von 8 Bit hinein muss (RAW lassen wir noch mal beiseite).

Nun meine erste Frage: Werden die Helligkeitsunterschiede von 7 EV so digitalsiert, dass die RGB-Werte exakt diese 7 Bit wiedergeben? Dann könnte die hellste Stelle den RGB-Wert 255 haben, die dunkelste 2. Oder 128 und 1. Im Umkehrschluss würde das bedeuteten, dass ein 8-Bit-Bild einen Motivkontrast von genau 8 Blendenstufen erfassen kann. Oder anders ausgedrückt: Wenn im Motiv die Stelle A doppelt so hell ist wie die Stelle B, taucht dieser Unterschied auch in den RGB-Werten exakt als Verdopplung auf?

Auf den ersten Blick scheint das plausibel und logisch zu sein, aber der Analog-Digital-Wandler kann ja ganz anders eingestellt sein. Er kann locker 20 Belichtungsstufen in die 8 Bit pressen, dann allerdings mit äußerst grober Abstufung. Oder er nimmt nur 5 EV auf und spreizt diese auf die 8 Bit, dann aber deutlich feiner abgestuft. Einen ähnlichen Sachverhalt haben wir ja bei den Farbräumen sRGB und AdobeRGB. Der größere AdobeRGB-Farbraum bedeutet ja ebenfalls eine Verschiebung und gröbere Abstufung gegenüber sRGB, aber keinesfalls ein Mehr an Tonwerten. Aber das nur am Rande. Was ich sagen will, ist, dass ein Kamerahersteller im Grunde freie Wahl hat, wie weit er den Tonwertbereich fassen und in den 8-Bit-Raum transportieren will. Doch gibt es da verlässliche Normen oder zumindest Absprachen?

Richtig spannend wird es eine Stufe vorher, dort, wo das RAW-Bild abgegriffen wird. Liefert der Sensor Ausgangssignale, die proportional zur Helligkeit der Lichtsignale sind? Werden diese Signale unmittelbar, d.h. ohne weitere Skalierung bzw. Verschiebung, in das RAW-Bild hineindigitalisiert?

Ich muss zugeben, dass ich von den Vorgängen in meiner X-T1 noch zu wenig weiß. Eine Menge habe ich in den "Profitipps" von Rico erfahren, aber Fragen bleiben dennoch. Vielleicht kann jemand helfen.

Ansonsten wünsche ich alles Gute für das noch frische neue Jahr. Und natürlich viele gute Fotos.

Reinhard
 

[mjh]

Die AD-Wandler von Digitalkameras, ob das diskrete Module sind oder, wie heute meist üblich, integrale Bestandteile des Sensorchips, arbeiten linear. Eine doppelte Lichtmenge erzeugt im Sensor eine doppelt so große Ladung und diese wird zu einer doppelt so großen Zahl quantisiert (Rauschen einmal außer Acht gelassen). Dies gilt weitgehend auch für die Raw-Daten. Wenn aus diesen Raw-Daten allerdings ein RGB-Bild berechnet wird, muss dabei eine Gammakurve angewandt werden, um die Tonwerte unserem Helligkeitsempfinden anzupassen, das nicht linear, sondern annähernd logarithmisch ist. Schon deshalb gibt es in einem 8-Bit-JPEG keinen einfachen Zusammenhang zwischen den Zahlenwerten und der Helligkeit mehr. Zudem wird der Kontrast im mittleren Tonwertbereich generell angehoben, der in den Schatten und Lichtern aber reduziert, um den Tonwertumfang in 8 Bit unterzubringen und dennoch knackige Bilder abzuliefern.

[distagon25]

Danke, damit sind auch schon einige Fragen beantwortet, die ich noch in der Hinterhand hatte.

 

Aber ich möchte noch einmal auf RAW zurückkommen.

 

1. Mit viewiel Bit werden die RAW-Dateien der T1 gespeichert? Komischerweise habe ich dazu noch noch nie eine Angabe gefunden.

 

2. Wenn in den RAW-Bildern die liniearen Signale des Sensors in irgendeiner Form gespeichert werden, andererseits das Sehimpfinden unserer Augen eine Gammakorrektur erfordert, dann muss ja jeder (externe) RAW-Konverter diese Korrektur vornehmen. Geschieht das z.B. in Lightroom automatisch? Wenn ich in LR ein Bild ohne weitere Bearbeitung anschaue, habe ich nicht dein Eindruck, dass bezüglich der Tonwertkurve noch viel gemacht werden muss. Ein gut belichtetes Bild (die gibt's ja auch noch) braucht ja überhaupt nicht verändert zu werden.

 

3. Ähnliches für den Weißabgleich. Das RAW-Bild kann ja noch keine entsprechende Farbkorrektur enthalten, dennoch werden im RAW-Konverter die Bilder weitgehend korrekt angezeigt, Ist es so, dass LR die Farbtemperaturdaten aus den Metadaten herausliest und als Voreinstellung benutzt?

 

4. Und wie ist das mit den ISO-Einstellungen bei isolosen Sensoren? Auch Metadaten? Und die DR-Einstellung?

[Rico Pfirstinger]

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