Buzzword „Dual Conversion Gain“

[mjh]

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In meinem Mittwochs-Blog bei DOCMA habe ich es im Zusammenhang von Sony-Kameras erklärt, aber das Prinzip ist ja universell: https://www.docma.info/blog/buzzword-lexikon-dual-conversion-gain.

[Gast]

Was zum Teufel ist ein Butzwort?

Hier im Badischen kenne ich Butzlumbe.

 

Gesendet von meinem GT-I9195 mit Tapatalk

[wildlife]

sehr gut und verständlich beschrieben!

Nur die Vorstellung wie Michael in der Badewanne plantscht, muss ich jetzt wieder aus dem Kopf bekommen!  

[Rico Pfirstinger]

In meinem Mittwochs-Blog bei DOCMA habe ich es im Zusammenhang von Sony-Kameras erklärt, aber das Prinzip ist ja universell: https://www.docma.info/blog/buzzword-lexikon-dual-conversion-gain.

 

 

DCG Bringt bei den aktuellen Fuji-Kameras mit APS-C etwa 1/3 EV weniger (bzw. hübscheres) Rauschen ab ISO 800, den die Mehrzahl der RAW-Workshop-Teilnehmer sogar im Blindtest mit zwei einmal mit und einmal ohne DGC verstärkten ISO 1600-Aufnahmen erkennt. Man muss allerdings schon recht genau hingucken.

bearbeitet 7. Juni 2017 von flysurfer

[Rico Pfirstinger]

Nur die Vorstellung wie Michael in der Badewanne plantscht, muss ich jetzt wieder aus dem Kopf bekommen!

 

Schon lustig, wie sich jeder Beispiele aus seiner Lebenswelt zimmert. Von einer Badewanne kann man hier im Prekariat nur träumen, dafür ist in meinen Erklärbeispielen von großen und kleinen Wassereimern die Rede – eben Dinge aus meiner eigenen Lebenswelt, weil hier aufgrund des undichten Daches immer Eimer an der Decke hängen.

[Fanimus]

guten Tag Michael
Über den Thread mit den Kirchenfenstern bin ich auf deinen hervorragenden Artikel gestossen, dank welchem ich endlich weis, wie DCG funktioniert. Super, Danke.

Ich habe mir nach vielen Jahren mit Canon, Nikon und Lumix nun gerade eben eine X-S20 gegönnt.
Natürlich möchte ich nun gerne wissen in welchem ISO-Bereich dieser Sensor umgeschaltet wird ?
So dass ich künftig den optimalen Belichtungsbereich wählen kann.

Eventuell kanst du uns da aufklären? Schonmal ein herzliches Dankeschön.
LG Bruno

 

[mjh]

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vor 5 Stunden schrieb Fanimus:

Natürlich möchte ich nun gerne wissen in welchem ISO-Bereich dieser Sensor umgeschaltet wird ?

Meines Wissens bei ISO 500 (wie beim Vorgängermodell X-S10).

[Fanimus]

guten Abend Michael
Vielen Dank für deine klärende Antwort.

Noch eine kleine Zusatzfrage.

Heisst das:
 a) ab ISO 500 steht die grössere Pixelfläche zur Verfügung welche von den Photonen voll geladen wird ?
 b) für DR 200% oder DR-P SCHWACH
       - verwende ich Vorzugsweise ISO 500 ? (und nicht ISO 640 oder 320 ? )
       - Basis ISO der X-S20 ist ja 160.
       - ISO 320 scheint mir da ungünstiger zu sein als ASA 500. Richtig ?

Zurzeit fotografiere ich ausschliesslich in Jpg ohne Bildbearbeitung.

Ich hoffe meine Schlussfolgerungen sind richtig ?

freundliche Grüsse
Bruno

[mjh]

vor 18 Stunden schrieb Fanimus:

Heisst das:
 a) ab ISO 500 steht die grössere Pixelfläche zur Verfügung welche von den Photonen voll geladen wird ?

Nein, es ist umgekehrt. Zunächst einmal bleibt die Pixelfläche immer gleich, also die Fläche, auf der auftreffende Photonen absorbiert werden und mit ihrer Energie Elektronen freigesetzen, die dann im Ladungsspeicher des Pixels gesammelt werden. Verkleinert wird allein dieser Ladungsspeicher, und das passiert wenn man den ISO-Wert über eine bestimmte Schwelle heraufsetzt. Bei einer Grundempfindlichkeit von ISO 160 ist die Kapazität des Ladungsspeichers maximal und ab ISO 500 wird er verkleinert. (Bei ISO-Werten unter der Grundempfindlichkeit – also 80, 100 und 125 – wird der Ladungsspeicher leider nicht noch größer, weshalb diese nur eingeschränkt nützlich sind.)

 

vor 18 Stunden schrieb Fanimus:

b) für DR 200% oder DR-P SCHWACH
       - verwende ich Vorzugsweise ISO 500 ? (und nicht ISO 640 oder 320 ? )
       - Basis ISO der X-S20 ist ja 160.
       - ISO 320 scheint mir da ungünstiger zu sein als ASA 500. Richtig ?

Mit den DR-Einstellungen wird die Sache noch etwas komplizierter …

Wichtig ist erst einmal, dass die Einstellung eines ISO-Werts eine einzige Hauptaufgabe hat, aus der sich alles andere ergibt: Sie teilt der Belichtungsautomatik mit, für wie viel Licht sie sorgen soll, und zwar für um so mehr, je kleiner der ISO-Wert ist. Das ist ganz genauso wie bei analogen Kameras, bei denen die Filmempfindlichkeit ja allein vom Filmmaterial abhängt, nicht vom mit dem ISO-Rad eingestellten Wert, der nur der Automatik mitteilt, was für einen Film man eingelegt hat. Der ISO-Wert sagt also, wie viel Licht gesammelt werden soll, und die Belichtungsmessung, wie hell es ist; daraus berechnet die Belichtungsautomatik dazu passende Werte von Blende und/oder Verschlusszeit.

Wenn es nun schon dämmert, also nicht viel Licht verfügbar ist, würde die Automatik eine sehr lange Belichtungszeit und/oder eine große Blende wählen, was einem vielleicht nicht gefällt – für die lange Belichtungszeit fehlt einem das Stativ, oder die Motive bewegen sich dafür zu schnell, und man möchte wegen der Schärfentiefe vielleicht stärker abblenden. Dann stellt man einen höheren ISO-Wert ein, und die Belichtungsautomatik sagt „Prima, wenn ich nicht so viel Licht sammeln soll, dann kann ich auch eine kürzere Belichtungszeit oder eine kleinere Blende wählen.“

Damit wäre das Belichtungsproblem gelöst, aber da die Kamera nun weniger Licht sammelt, käme ein entsprechend dunkleres Bild dabei heraus, und das will man ja nicht. Hier gibt es verschiedene Abhilfen: Die Kamera kann die aus den Sensorpixeln ausgelesenen Spannungen verstärken, bevor sie digitalisiert werden. Sie kann auch die Ladungsspeicher verkleinern, weil die ausgelesene Spannung (also der Conversion Gain) dann bei gleicher gesammelter elektrischer Ladung steigt: Wenn der Ladungsspeicher nur noch ein Viertel der Kapazität hat, steigt die Spannung auf das Vierfache (wie ich im DOCMA-Blog erklärt hatte: Je weniger Wasser in die Wanne passt, desto höher ist der Wasserspiegel bei gleicher Wassermenge, und mit desto größerem Druck strömt das Wasser durch den Abfluss). Schließlich kann man auch die bereits digitalisierten Werte noch im Nachhinein aufhellen, indem man sie mit einem entsprechenden Faktor multipliziert. In der Praxis wendet die Kamera eine Kombination einiger oder aller verfügbaren Methoden an, und am Ende erhält man ein ausreichend helles Bild. Idealerweise werden die verschiedenen Aufhellungsverfahren dabei so kombiniert, dass das Rauschen im Bild möglichst niedrig bleibt.

Setzt man nun allerdings den DR-Wert mit DR200, DR400 oder DR-P herauf, verschiebt sich das ganze. Ein höherer DR-Wert erfordert einen im gleichen Maße vergrößerten ISO-Wert, für DR200 also ISO 320 und für DR400 ISO 640. Dieser ISO-Wert bewirkt nun das, was er immer bewirkt und was, wie gesagt, seine Hauptaufgabe ist: Er sagt der Belichtungsautomatik, dass sie weniger Licht sammeln soll. Der Hintergrund der ISO-Erhöhung ist nun aber ein anderer als oben beschrieben: Das zu lösende Problem ist nicht, dass es für einen kleineren ISO-Wert zu dunkel wäre, sondern dass der Szenenkontrast sehr hoch ist und helle (aber noch bildwichtige) Lichter die Sensorpixel überzubelichten drohen: Es würden an einigen Stellen im Bild mehr Elektronen freigesetzt, als der Ladungsspeicher eines Pixels dort speichern kann, und der Überschuss fließt dann gleich in den Abfluss. Um das zu verhindern und die Lichter zu retten, muss man knapper belichten, also weniger Licht sammeln, und das erreicht man, indem man einen höheren ISO-Wert wählt.

Normalerweise würde das Bild danach aufgehellt (wie oben beschrieben), aber in diesem Fall wäre das kontraproduktiv. Der Sensor hätte die Lichterzeichnung zwar noch bewahrt, aber eine analoge Verstärkung würde höhere Spannungen erzeugen, als der Analog/Digital-Wandler verarbeiten kann, und eine nachträgliche Anhebung der digitalen Werte würde Zahlen erzeugen, mit denen die interne Bildverarbeitung nicht mehr umgehen kann. Eine Umschaltung des Conversion Gain würde die Lichterrettung gar von vornherein verhindern, denn die Lichter würden den verkleinerten Ladungsspeicher trotz der knapperen Belichtung überfließen lassen.

Während die ISO-Einstellung also weiterhin ihre Hauptaufgabe erfüllt, nämlich die Belichtungsautomatik zu informieren, für wie viel Licht sie sorgen soll, passiert alles andere nicht: Trotz beispielsweise ISO 640 (für DR400) werden weder der Conversion Gain umgeschaltet noch die Spannungen verstärkt. Die digitalisierten Werte werden auch nicht einfach mit einem festen Faktor 4 multipliziert. Trotzdem muss das Bild nach der knapperen Belichtung wieder aufgehellt werden; daran hat sich nichts geändert. Diese (digitale) Aufhellung muss sich aber auf die Schatten und Mitteltöne beschränken, während in den Lichtern lediglich der Kontrast reduziert wird. Auf diese Weise erhält man ein helles Bild, in dem die Lichterzeichnung bewahrt bleibt.

Wenn Du mit höheren DR-Werten arbeitest, brauchst Du Dir also erst einmal keine Gedanken über die Umschaltung des Conversion Gain zu machen, denn bei DR400 und ISO 640 (und ebenso bei DR-P) findet trotz des heraufgesetzten ISO-Werts noch keine Umschaltung statt. Das passiert dann erst bei noch höheren ISO-Werten – um so höher, je höher der DR-Wert ist.

Tatsächlich gilt, dass ISO-Werte knapp vor dem Umschaltpunkt des Conversion Gain eher suboptimal sind; statt ISO 400 nimmt man besser gleich ISO 500 und erfreut sich beispielsweise noch kürzerer Verschlusszeiten. Aber bei höheren DR-Werten als DR100 verschiebt sich dieser Umschaltpunkt.

bearbeitet 6. September 2024 von mjh

[Fanimus]

guten Abend Michael
Deine ausführlichen Antworten auf meine Fragen sind sehr hilfreich. Vielen lieben Dank dafür.

Wir waren dieses Wochenende einige Tage in den Alpen und ich konnte mit meiner neuen X-S20 viel üben.
Das war für mich sehr lehrreich.
Ich bin begeistert von den technischen Möglichkeiten, welche mir die neue Fujifilm Kamera bietet.

freundliche Grüsse
Bruno

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