2. Senselien vasteet

2.1 Kauan sitten tapahtunutta

Keskustelusta kameralaukko.com:ssa:

Katselin mun Canonin 30D ja 7D kameroiden RAW-tiedostoista ylivalottuneiden kuvien saturoitumisarvoja (siis senselien lukemia RAW-tiedostosta) ja olin yllättynyt 7D:n kovasta lukemasta (melkein 2¹⁴, siis 14 bittiä).

Kun RAW-tiedostosta lukee yhden senselin arvon (= A/D-muuntimen lukeman) ylivalottuneesta kuvasta, niin se ei suinkaan ole jokin kahden potenssiin päättyvä. Sain tällaiset lukemat:
• Canon EOS 30D, saturaatio = 3398 ( ln(3398)/ln(2) = 11,73 stoppia)
• Canon EOS 7D, saturaatio = 16378 ( ln(16378)/ln(2) = 13,999 stoppia)

Jos on ollut tekemisissä RAW-kuva-informaation kanssa, niin näkee heti mun unohtaneen mustan offsetin. Dynamiikka-alue ei siis ole suoraan nollasta saturaatiolukemaan, vaan mustan offsetin ja saturaation välinen alue. Eikä sekään suoraan, sillä varsinkin saturaatiopäässä (kirkas pää), signaali menee voimakkasti epälineaariseksi (ja värit vääristyy) jo useita prosentteja ennen saturaatiota.

No muutama viesti eteenpäin toteankin:

Minähän olen jättänyt huomiotta ainakin noin 100 AD-yksikön offsetin mustassa päässä ja mahdollisen epälineaarisen alueen kirkkaassa päässä.

RAW-arvon muunto EV-arvoksi

Lukemat jotka löytyy RAW-tiedostosta senseleiden mittaamina luminansseina ja jotka ovat siis suoraan A/D-muuntimelta saatuja, voidaan muuntaa EV-arvoiksi seuraavasti:

2.2 Resoluutio

2.2.1. Yksinkertaistettu malli

Vaikka väli (saturaatio - mustan offsetti) on senselin dynamiikka-alue, niin kameran A/D-muunnin ei välttämättä anna kaikille välin kokonaisluvuille arvoja. Jos dynamiikka on esimerkiksi (D on kokonaisluku):

ja jos senselistä saadaan erilaisia luminanssiarvoja X kappaletta (X on aina pienempi tai yhtä suuri kuin D), niin (keskimääräinen) resoluutio on:

2.2.2. Huomioidaan mallissa kohina

Jokainen senseli sisältää lämpökohinaa ja lukukohinaa, jonka takia senseleistä saadaan eriäviä arvoja peräkkäisillä valotuksilla, vaikka kaikki parametrit säilyy samoina.

eikä senselien vahvistuskertoimetkaan (A/D-muunnoksen yhteydessä) ole keskenään samat, josta johtuen väritykseltään ja valaistukseltaan tasaisen pinnan kuva antaa tulokseksi senseliarvoja, jotka poikkeavat toisistaan enemmän kuin lämpö- ja lukukohina edellyttää.

 Kesken ..... vois tehdä säveltäen grafiikkaa, mutta ehkä on viisaampi ihan tehdä todellisista mitatuista arvoista käyrät.

2.3 Senselien vasteet

Jotta saisin yhteneväisiä mittaustuloksia, kokeilin Yonguo YN 600EX-RT salaman ominaisuuksia kuvaamalla DATACOR:n SpyderCHECKR 24 kortin kääntöpuolen harmaat ruudut.
Kuva näyttää tältä (olen merkannut ruutujen numerot kuvaan punaisella):

Alla on kuva, johon on mitattu eo. SpyderCHECKR:n (harmaa-)ruudut. Kuvaus on tehty seitsemällä eri salamateholla ja mittaustulokset luettu RAW-kuvan keskeltä alueesta josta tulokseen saa useita satoja senseliarvoja. Kukin tulos on mediaani valituista senseliarvoista.

Abskisslla on esitetty suoraan DATACOR:n SpyderCHECKR 24 kortille ilmoitetut nimellisarvot Adobe RGB väriavaruudessa. Tästä johtuen senselien vasteet näkyvät käyrinä, vaikka ne todellisuudessa ovat hyvin lineaarisia keskiosiltaan, jos esitetään vestaanotettujen fotonien määriin nähden.

Kuva 2:een on piirretty myös leveä harmaa optimikäyrä, jolla kameran AD-muunnos antaa suurimman dynamiikan. Jos kaikki RAW-värikanavat saisi siirrettyä tuon harmaan käyrän sisälle, saataisiin digi-kuvasta eniten erilaisia värejä (resoluutiohan pysyy vakiona):

• • Harmaan optimialueen yläpuolelle jäävät värikanavat leikkaantuvat huipustaan (saturoituvat) melkein kaikki. Tästä seuraa leikkaantuvaan väriin epälineerisuutta ja lopullisessa kuvassa pikselit onkin väärän värisiä.
• • Alapuolelle (harmaan optimialueen) jäävät taas eivät saavuta saturaatiorajaa suurimmillakaan intensiteeteillä ja käyrä leikkaakin ohuella harmaalla pystyviivalla merkittyä suurinta Adobe RGB nimellisarvoa. Nämä värikanavat jäävät siten alle mahdollisen maksimi-dynamiikan, josta seuraa RGB-pikselien värien vähentyminen.

Värikanavien käyrät erovat toisistaan kovasti paljon tällä kameralla - niistä ei muodostu tiivistä kimppua (yhteen kimppuun kuuluu RAW-värikanavat R, G1, G2 ja B). Salaman kaksinkertainen tehokaan ei riitä pitämään saman tehoisia kimppuja erillään toisistaan.

Kun kuvaan ottaa mukaan myös Adobe RGB muodossa olevan gamma-korjatun datan, saadaan käyrät lineaarisiksi:

Kuvasta näkee hyvin kuinka epälineaarisiksi Adobe RGB-käyrät (ylempi rypäs) menee, kun senseli saturoituu RAW-tilassa (alempi rypäs), mikä johtaa myös resoluution heikkenemiseen.
Jos RAW-värikanava ei saavuta suurimmallakaan intensiteeteillä saturaatiotasoa (tai kirkkaan pään epälineaarisuusaluetta), voidaan kanava skaalata RGB-dataan (kuten kuvasta näkyy), mutta resoluution heikentymistä se ei korjaa.