Динамический диапазон матрицы: Динамический диапазон матрицы. Цифровая фотография. Трюки и эффекты

Содержание

Динамический диапазон матрицы. Цифровая фотография. Трюки и эффекты

Динамический диапазон матрицы. Цифровая фотография. Трюки и эффекты

ВикиЧтение

Цифровая фотография. Трюки и эффекты
Гурский Юрий Анатольевич

Содержание

Динамический диапазон матрицы

Динамический диапазон светочувствительной матрицы – это ее способность воспринимать градации каждого из цветов. Говоря проще, динамический диапазон определяет, сколько ступеней разности контраста может увидеть и зафиксировать матрица. Идя от аналогии с фотографической пленкой, можно сказать, что динамический диапазон сенсора соответствует показателю фотографической широты пленки. Измеряется динамический диапазон в условных единицах, а для наглядности может быть определен как отношение сигнала к шуму. В качестве эталонного показателя динамического диапазона приняты градации нейтрального серого цвета. При современном уровне цифровой фототехники динамический диапазон самого совершенного сенсора лишь приближается к динамическому диапазону фотопленки.

Динамический диапазон связан с другим показателем – глубиной цвета, или его разрядностью. Глубиной цвета называется количество бит, описывающих цвет одного пиксела.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Динамический пул потоков

Динамический пул потоков Динамический пул потоков не является каким-то специфическим механизмом, продиктованным именно микроядерной архитектурой QNX. Это удачная искусственная конструкция, все определения которой размещены в файле <sys/dispatch.h>. Удивительно не то, что в

Проверка попадания в диапазон.

Предикат BETWEEN.

Проверка попадания в диапазон. Предикат BETWEEN. Предикат BETWEEN проверяет, попадают ли значения проверяемого выражения в диапазон, задаваемый пограничными выражениями, соединяемыми служебным словом AND. Естественно, как и для предиката сравнения, выражения в предикате BETWEEN

8.1.8. Реализация разреженной матрицы

8.1.8. Реализация разреженной матрицы Иногда бывает нужен массив, в котором определена лишь небольшая часть элементов, а остальные не определены вовсе или (даже чаще) равны 0. Подобная разреженная матрица потребляет так много памяти зря, что были найдены способы более

9.4.1. Реализация графа в виде матрицы смежности

9.4.1. Реализация графа в виде матрицы смежности Нижеприведенный пример основан на двух предыдущих. В листинге 9.

3 неориентированный граф реализован в виде матрицы смежности с помощью класса ZArray (см. раздел 8.1.26). Это нужно для того, чтобы новые элементы по умолчанию получали

11.14. Реализация динамической матрицы

11.14. Реализация динамической матрицы ПроблемаТребуется реализовать числовые матрицы, размерности которых (количество строк и столбцов) неизвестны на этапе компиляции.РешениеВ примере 11.28 показана универсальная и эффективная реализация класса динамической матрицы,

11.15. Реализация статической матрицы

11.15. Реализация статической матрицы ПроблемаТребуется эффективно реализовать матрицу, когда ее размерность (т.е. количество строк и столбцов) постоянна и известна на этапе компиляции.РешениеКогда размерность матрицы известна на этапе компиляции, компилятор может легко

Динамический блок

Динамический блок Для обеспечения регулировки состояния блока по месту его расположения создаются динамические блоки. Они определяются путем указания настраиваемых свойств. Динамический блок должен содержать хотя бы один параметр и одну связанную с ним операцию.

Динамический блок

Динамический блок Для обеспечения регулировки состояния блока по месту его расположения создаются динамические блоки. Они определяются путем указания настраиваемых свойств. Динамический блок должен содержать хотя бы один параметр и одну связанную с ним операцию.

Разрешение матрицы

Разрешение матрицы Мы знаем, что матрица состоит из мельчайших светочувствительных элементов. Количество таких элементов в матрице – это и есть ее разрешение. Разрешение матрицы получают умножением количества элементов по горизонтали и вертикали. Самые

Физический размер матрицы

Физический размер матрицы Выбирая цифровую камеру, неплохо поинтересоваться физическим размером ее матрицы, ведь именно эта характеристика определяет качество камеры. Чем сенсор больше, тем больше он содержит ПЗС-элементов, тем выше его разрешение и, следовательно,

Облет повисшего объекта, или Эффект «Матрицы»

Облет повисшего объекта, или Эффект «Матрицы» Несмотря на современные достижения компьютерной техники, для получения некоторых визуальных эффектов используются старые проверенные методы фотографии. Казалось бы, что общего может иметь фотография с таким современным

Статический тип, динамический тип

Статический тип, динамический тип Название последнего свойства предполагает различение «статического типа» и «динамического типа». Тип, который используется при объявлении некоторого элемента, является статическим типом соответствующей ссылки. Если во время выполнения

Чистка матрицы зеркальной камеры

Чистка матрицы зеркальной камеры У владельцев зеркальных камер к радости от возможности смены объективов прибавляется забота о чистоте матрицы. Что делать, если вы заметили на снимках ровной светлой поверхности соринки и пятна? В некоторых моделях зеркальных камер

Чистка матрицы зеркальной камеры

Чистка матрицы зеркальной камеры В зеркальной камере, в отличие от компактной, приходится чистить матрицу. Хотите вы или нет, но рано или поздно на матрицу попадает пыль, мелкие соринки. Насколько скоро это произойдет, зависит от частоты смены объективов, условий

ТЕМА НОМЕРА: Реформирование матрицы

ТЕМА НОМЕРА: Реформирование матрицы Автор: Леонид Левкович-МаслюкГде-то в конце 1980-х или начале 1990-х я читал в «Независимой газете» обзор событий в мире книг. Автор отмечал, что на прилавках появилось оригинальнейшее сочинение по истории древнего мира, которое написал

Динамический диапазон / Просто о фото / G-Foto.

ДД фотокамеры — это предел, в котором она ещё может снимать без искажений.

Ограничен он снизу (в тенях) шумом самой матрицы фотоаппарата, когда шум выше сигнала получаемого извне на матрицу, тогда просто фотоаппарат показывает этот шум, то есть тёмное изображение по всему объёму, а не то, что фотографируем.

А сверху (в светах), ограничен перенасыщением сигнала, получаемого извне на матрицу, то есть когда света поступает так много, что он просто становится одинаковым на всех частях матрицы. В этом случае, так же фотаппарат показывает не то что фотографируем, а белую засвеченную массу.

Динамический диапазон принято выражать в (EV), то есть в единицах освещённости.

  • В два раза светлее: 2 (EV)
  • В три раза светлее: 3 (EV)
  • в четыре раза светлее: 4 (EV)

В разделе HDR диапозон мы рассматривали, что такое ДД (динамический диапазон), например, у человека он равен 14(EV).

Посмотрим чему он равен у фотоаппаратов.

Есть расхожее мнение, что он зависит, от того в какой битности файлами мы будем снимать, в 12бит, 14бит или 16бит. Некоторые считают, что ДД равен именно этим цифрам, то есть снимаем 12бит RAW, значит ДД будет 12 стопов (12EV). Это не так. И ДД вообще не зависит от того в каких мы снимаем форматах. ДД фотоаппарата — это предел самой техники.

Чем же определяется этот предел? Он определяется тремя параметрами:

  • Размером пикселя, чем больше Пиксель матрицы, тем больше на него попадает СВЕТА, а значит тем больше можно извлечь из этого информации.
  • Размером матрицы, чем больше сама Матрица фотоаппарата, тем больше на неё попадает света, а значит тем больше можно извлечь из этого информации.
  • Процессором фотоаппарата, чем лучше конструкторы поставили на аппарат процессор, тем он круче обработает то, что дали ему каждый Пиксель матрицы и сама Матрица.

Из практики так же мы знаем, что ДД фотоаппаратов на данный момент не ниже, чем 6 и не выше чем 15.

То есть, самая плохая мыльница снимает с ДД равным 6 стопов (6EV), а самые крутые Среднеформатные камеры с ДД равным 15 стопов (15EV).

Nikon D1H12.2 микрона
Canon 1D11.1 микрона
Canon D3010.3 микрона
Smart Huawei P30 pro0.7 микрона
Smart Huawei P20 pro0.7 микрона

Мы привели лучшие и худшие камеры по параматру размер пикселя. Он равен у лучших 9.7 микрона, а худшие камеры из нашей базы имеют размер пикселя 1.2 микрон. Посмотреть, как мы находили размер пикселя камеры можно на страничке Предел дифракции.

1. Размер пикселя

Итак, попробуем определить ДД камеры лишь по Размеру Пикселя. Возьмём обычную зеркалку 20 Мп и будем снимать в 14-ти битном RAW.

Тогда, выведем формулу для нахождения ДД такой фотокамеры, это будет нелинейная формула, в которой самые плохие фотоаппараты не могут иметь ДД ниже, чем 6EV, а самые крутые не выше 12EV. Для этих камер это предельная величина.

Это функция — арктангенс, кому интересно может сам её посмотреть, мы же приводим саму функцию. $F — это переменная размер пикселя камеры. $DD — это полученный из формулы Динамический диапазон матрицы фотоаппарата.

$x1= 1.2 худший размер пикселя
$y1= 6 худший Динамический Диапазон
$x2= 9.7 лучший размер пикселя
$y2= 12 лучший Динамический Диапазон
$pi= 3.14 Пи
$Ky= ($y2-$y1)/$pi Коэфф увеличения по Y
$Noll_x= ($x2+$x1)/2Ноль отсчет по X
$F= $F-$Noll_x Скорректированный $F
$DD= арктангенс($F) Подставляем его в формулу
$DD= $y1+ ($Ky*($DD+($pi/2)))находим ДД камеры

Ниже из таблицы видны возможные значения ДД фотокамеры. Видно, что самые худшие не могут стать хуже, чем 6 стопов, а лучшие 12 стопов, худшая камера в нашей базе имела размер пикселя 1.2 микрон, а лучшая 9.7 микрон.

X Close

График функции ДД камер

Получилась нелинейная функция для фотоаппаратов с размером матрицы 20Мп и 14бит RAW, в котрой ДД зависит от размера Пикселя.

Что можно сказать, поглядев на график? При размере пикселя до 5 мкм ничего не меняется и ДД камеры остаётся минимальным (6EV).

С шести до восьми микрон ДД камеры вырастает резко, почти до 11EV, а с рамера пикселя 11 микрон и далее ДД камеры остаётся на уровне 12EV.

Выкладки сделаны для камер с размером матрицы 20Мп и 14бит RAW. Если снимки будем делать в 12бит RAW они непеременно приведут к потере Динамического Диапазона.

Тогда в функцию, приведённую выше внесём поправку на битность:

  • для 16бит RAW арктангенс($F-0)
  • для 14бит RAW арктангенс($F-1)
  • для 12бит RAW арктангенс($F-3)
  • для 10бит RAW арктангенс($F-4)
  • для 8 бит JPEG арктангенс($F-6)

То есть, ДД будет меньше на выходе в тех камерах, которые снимают в худших по битности форматах. 12бит — минус 3 пункта, 8-битный JPEG, вообще минус 6.

2. Размер матрицы

Есть матрицы 100Мп. На такую попадает света в 5 раз больше, чем на 20Мп обычную матрицу. Конечно, Динамический Диапазон таких камер выше.

Производители таких камер пишут в спецификации чему равен ДД фотоаппарата, потому как, это почти основной параметр, по котрому такие камеры покупают.

Мы сразу знаем ДД такой камеры. 100 Мп — 15EV.

Тогда, в нашу формулу добавим одну строку
Поправка = 3 + ( (Матрица — 20) / 18 )

если матрица 20 Мп — добавка +3
если матрица 100 Мп — добавка +7.4

Взято импирическим путём. При таких формулах у камер 100 МП, динамический диапазон получается 15EV, у остальных увеливается на 3EV, учитывая RAW, что из него как минмум три ступени можно вытянуть.

3. Процессор фотоаппарата

Невозможно учесть работу процессора, посчитать то, что придумали вчера и придумают изобретатели завтра, а потому можно просто сказать, что чем новее фотоаппарат, тем при других равных условиях у него будет Динамический Диапазон выше.

4. Выводы

ТО есть, мы никак не можем учесть последний параметр в своих формулах. И, зачастую, результат ниших формул будет отличаться сильно от реальности. Однако, по болшинству камер их ДД РЕАЛЬНЫЙ, данные мы взяли на нескольких сайтах, которые утверждают, что провели испытания по определению ДД этих камер.

Формулы, приведённые выше, УЧИТЫВАЮТ реальные данные и можно спокойно сранвивать фотокамеры по параметру ДД на этом сайте.

Итак, осталось лишь определить ДД вашего фотоаппарата. Посмотреть какой у вашего аппарата ДД можно в общем списке, столбец ДД камеры.

Лучшие фотоаппараты приведём в следующем списке.

Посмотреть лучшие фотаппараты по критерию «Динамический диапазон».

Предыдущая Следующая

 

Добавить сообщение

 

 

Динамический диапазон в фотографии — Anatoly Skoblov — LiveJournal

Первая часть текста про Динамический диапазон и HDR. Продолжение будет в этом посте и в новых статьях в ЖЖ, ссылки на которых будут добавляться сюда. Эта часть статьи распространяется по GNU Free Documentation License, продолжения — нет.

Динамический диапазон в фотографии

Динамический диапазон (далее — ДД) — одна из основных характеристик фотографических материалов (плёнка, фотобумага) и матриц цифровых фотоаппаратов, показывающая максимальный диапазон яркостей объекта съёмки, которые могут быть переданы матрицей или фотоматериалом (при правильной экспозиции).

В фотографии принято измерять динамический диапазон в единицах экспозиции (шаг, стоп, EV), т.е. логарифмом по основанию 2, реже — десятичным логарифмом (обозначается буквой D). 1EV = 0,3D.

Характеристика <динамический диапазон> также используется для форматов файлов, используемых для записи фотографий. В этом случае он назначется авторами конкретного формата, исходя из тех целей, для которых это формат будет использоваться. Например, ДД JPEG определяется стандартом sRGB и равен 11,7EV (из них лишь 8-9EV реально полезны), а ДД файлов Radiance HDR — 256EV.

Термином <динамический диапазон> иногда неверно называют любое отношение яркостей в фотографии:

  • отношение яркостей самых светлых и тёмных объектов съемки
  • максимальное диапазон яркостей монитора/фотобумаги, отношение яркостей белого и чёрного цветов на мониторе/фотобумаге (верный английский термин conrast ratio)
  • диапазон оптических плотностей плёнки
  • другие, ещё более экзотические варианты

Динамический диапазон современных цифровых фотоаппаратов на начало 2008 года составляет от 7-8 EV у компактных камер до 10-12 EV у цифровых зеркальных камер (см. тесты совремных камер на http://dpreview.com). При этом необходимо помнить, что матрица передает объекты съемки с разным качеством, детали в тенях искажаются шумами, в светах — передаются очень хорошо. Максимальный ДД зеркалок доступен только при съемке в RAW, при конвертации в JPEG камера обрезает детали, сокращая диапазон до 7,5-8,5 стопов (в зависимости от настроек контраста камеры).

Динамический диапазон файлов и матриц фотоаппаратов часто путают с количеством бит, используемых для записи информации, однако прямой связи между этими величинами нет. Поэтому, например, ДД Radiance HDR (32 бита на пиксель) больше, чем 16-битного RGB TIFF (48 битов на пиксель).

Для характеристики динамического диапазона пленок обычно используют понятие фотографическая широта (фотоширота), показывающая тот диапазон яркостей, который пленка может передать без искажений, с равным контрастом (диапазон яркостей линейной части характеристической кривой плёнки). Полный ДД плёнки обычно несколько шире фотошироты и виден на графике характеристической кривой плёнки.

Фотоширота слайда составляет 5-6EV, профессионального негатива — около 9EV, любительского негатива — 10EV, киноплёнки — до 14EV.

Расширение динамического диапазона

Динамического диапазона современных камер и пленок недостаточно для того, чтобы передать любой сюжет окружающего мира. Особенно это заметно при съемке на слайд или компактную цифровую камеру, которые зачастую не могут передать даже яркий дневной пейзаж в средней полосе России, если там есть объекты в тени (а диапазон яркостей ночного сюжета с искусственным освещением и глубокими тенями может доходить до 20EV). Эта проблема решается двумя путями:

  • увеличение динамического диапазона камер (видеокамеры для систем наблюдения имеют заметно больший динамический диапазон, чем фотокамеры, однако это достигается путем ухудшения других характеристик камеры; каждый год выходят новые модели профессиональных камер с лучшими характеристиками, при этом их динамический диапазон медленно растет)
  • комбинирование изображений, снятых с разной экспозицией (технология HDR в фотографии), в результате которого возникает единое изображение, содержащее все детали из всех исходных изображений, как в крайних тенях, так и в максимальных светах.

Оба пути требуют решения двух проблем:

  • Выбор формата файла, в который можно записать изображение с расширенным диапазоном яркостей (обычные 8-битные sRGB файлы для этого не подходят). На сегодня самыми популярным форматами для HDR-изображений являются Radiance HDR, Open EXR, а так же Microsoft HD Photo, Adobe Photoshop PSD, RAW-файлы зеркальных цифровых камер с большим динамическим диапазоном.
  • Отображение фотографии с большим диапазоном яркостей на мониторах и фотобумаге, имеющих существенно меньший максимальный диапазон яркостей (contrast ratio). Данная проблема решается с помощью одного из двух методов:
    • тональная компрессия, при которой большой диапазон яркостей уменьшается в небольшой диапазон бумаги, монитора или 8-битного sRGB-файла путем уменьшения контраста всего изображения, единым образом для всех пикселей изображения;
    • тональное отображение (tone mapping, тонмаппинг), при котором производится нелинейное изменение яркостей пикселей, на разную величину для разных областей изображения, при этом сохраняется (или даже увеличивается) оригинальный контраст, однако тени могут выглядеть неестественно светлыми, и на фотографии могут появиться ореолы на границах областей с разным изменением яркости.

Пример изображения, созданного по технологии HDR из трех исходников, и исходных фотографий к нему, можно посмотреть здесь:
http://skoblov. livejournal.com/4190.html

Тонмаппнг также может использоваться и для обработки изображений с небольшим диапазоном яркостей для повышения локального контраста.

Из-за способности тонмаппинга выдавать «фантастические» картинки в стиле компьютерных игр, и массового представления таких фотографий с вывеской «HDR» (даже полученных из одного изображения с небольшим диапазоном яркостей) у большинства профессиональных фотографов и опытных любителей выработалось стойкое отвращение к технологии расширения динамического диапазона из-за неверного мнения о том, что она нужна для получения таких картинок (приведенный выше пример показывает использование методов HDR для получения нормального реалистического изображения).

Ссылки

  • БСЭ, статья <фотографическая широта>
  • Горохов П. К. <Толковый словарь по радиоэлектронике. Основные термины> — М.: Рус. яз., 1993
  • http://www.kodak.com/US/en/motion/products/negative/tech5219.jhtml
  • http://www.kodak. com/global/en/professional/support/techPubs/e4035/e4035.jhtml?id=0.2.26.14.7.16.12.4&lc=en
  • http://www.fujifilmusa.com/JSP/fuji/epartners/bin/AF3-0221E2Velvia50PIB.pdf
  • http://www.dpreview.com/reviews/fujifilms5pro/page18.asp
  • http://www.anyhere.com/gward/hdrenc/hdr_encodings.html
  • http://brucelindbloom.com/index.html?ColorCalculator.html
  • Tags:Фототеория

Что такое динамический диапазон, и какое отношение он имеет к фотографии

 

Динамический диапазон — характеристика устройства или системы, предназначенной для преобразования, передачи или хранения некой величины (мощности, силы, напряжения, звукового давления и т. д.), (Википедия, Динамический диапазон).

Применительно к фотографии, чаще всего имеется в виду величина между крайними значениями светлого и темного и вся информация, которая находится между этими двумя крайними значениями. Определяет способность светочувствительного материала, или матрицы в цифровой фотографии, правильно передавать яркость снимаемого объекта. Но это так называемый технический диапазон, на практике фотограф часто не использует весь отрезок, а только какую-то его часть и тогда применяют термин «полезный динамический диапазон».

Динамический диапазон есть у человеческого глаза, у матрицы цифрового фотоаппарата, у дисплея, монитора, и даже файла, в котором вы сохраняете свои фотографии.

 

Разберемся подробнее.

В данной статье мы будем говорить о цифровой фотографии, и соответственно о Динамическом диапазоне применительно к ней.

В пленочной фотографии термин был другим, употребляли словосочетание «Фотографическая широта фотоматериала», а уже в цифровых технологиях стали применять термин «Динамический диапазон».

Как не трудно догадаться у динамического диапазона есть нижняя и верхняя границы. Нижняя граница динамического диапазона задана уровнем собственного шума матрицы.

Данный шум генерирует сам фото сенсор, даже тогда когда на него не попадает ни одного фотона света.

Чтобы на снимке появилось, сколько-нибудь различимые детали нужно, чтобы уровень полезного сигнала превысил уровень шума.

Это значит что нижний порог чувствительности матрицы, и соответственно нижний порог динамического диапазона, можно определить как уровень выходного сигнала, при котором отношение сигнал-шум больше единицы.

Верхняя граница динамического диапазона определяется, максимальной наполненностью  фотодиода.

То есть фотодиод рассматривается как некая емкость определенной вместимости, ее постепенно наполняют фотоны света, как только фотоны наполнять эту емкость до краев, данный фотодиод будет восприниматься как абсолютно белый, и ни какую информацию мы в него уже поместить не сможем, описанное явление, с переполненным фотодиодом, называется «клиппинг».

Соответственно, чем более емким будет фотодиод, тем больший сигнал он может дать на выходе, до полного насыщения.

Надо понимать что клиппинг, это резкая граница, за которой нет деталей, а вот нижняя граница, не так резка, детали тонут в шумах, но какие-то остатки информации еще остаются даже за границей.

Отсюда распространенное мнение многих фотографов, что провалы в тенях не так страшны, как провалы в светах, это мнение сложилось также и из-за некоторых особенностей полиграфического процесса, и напрямую связано с клиппингом. То есть провалы в светах в полиграфии называются полиграфической дыркой, и они просто не печатаются, то есть краска не покрывает данное место, мы видим цвет бумаги, визуально это выглядит не очень эстетично и считается браком. Важно понимать, что чем ближе к нижней границе, тем больше шума, если важно чтобы фото было менее шумным то все-таки старайтесь держать полезный динамический диапазон ближе к верхней границе, не забывая при этом о клиппинге.

Также не надо забывать, что динамический диапазон человеческого глаза значительно шире, чем диапазон самой лучшей камеры. Потому любой фотограф всегда встречается с проблемой как в меньшее поместить большее. Для решения данной задачи человечеством потрачено немало сил, и еще до изобретения фотографии с данным явлением сталкивались художники, и разрабатывали разные способы решения данной проблемы. Именно они открыли правило «Больше света меньше цвета» то есть Клиппинг хотя о фотографии, а тем более цифровой, тогда даже самые смелые умы и мечтать не решались.

Так вот расширение динамического диапазона это, по сути, способ решения данной проблемы, то есть сохранение детализации во всем видимом диапазоне.

Понаблюдайте за своим зрением, и сравните с картинкой, которую дает ваша камера. Часто и, как правило, вы видите снимаемую сцену со всеми деталями и в тенях и в светах даже при слабом и даже очень слабом освещении, а камера даже очень хорошая такой широтой похвастаться не может, приходится прибегать ко всяким хитростям, например, дополнительно освещать, снимаемый объект.

И хотя многие художники, а за ними некоторые фотографы, не парились по данному поводу, и превращали провалы в тенях и цветах в художественный прием. Или придумывали для изображаемого мира свои законы с массой условностей, например, фактуру рисовали только на границе тени и света, в полу тенях, тем самым передавая текстуру объекта без передачи деталей в тенях и цветах. Но все же погоня за детализацией продолжается до сих пор, и надо сказать результаты впечатляют, хороший и очень показательный пример это снимки космоса, сделанные с телескопа Хаббл и ему подобных космических аппаратов, когда из практически, казалось бы, пустого пространства вытаскивается масса очень детальной информации.

Но тут мы встречаемся еще с одной проблемой дело в том, что динамический диапазон средств просмотра фотографий не позволяет нам просматривать фотографии, сделанные в том расширенном диапазоне, которого можно достичь по средствам все возможных технологий и даже сохранить в файле. Но просмотреть его в такой широте мы не можем, потому что наталкиваемся на ограниченные возможности мониторов или фотобумаги, и полиграфические  технологии нас тоже не балуют.

И часто, когда вам говорят о фотографиях с расширенным динамическим диапазоном, на самом деле говорится о его сужении до диапазона средств просмотра, при сохранении детализации, которая присутствовала в файле с действительно расширенным диапазоном.

То есть когда вам говорят о том, что по средствам, например HDR фотографии можно значительно расширить динамический диапазон то надо понимать что речь, по сути, идет о еще одном способе как избежать клиппинга и повысить детализацию в светах и тенях, а динамический диапазон все равно будет ограничен средствами просмотра.

И в данном контексте уместнее говорить не о диапазоне камеры, монитора или фотоматериала, а о диапазоне всего фотографического процесса в целом, который в конечном итоге все равно вынужден, равняется на средства просмотра.

Надо сказать и о том, что технологии на месте не стоят, и все возможные производители постоянно анонсируют разнообразные технологии, с помощью которых можно будет просматривать изображения со значительно более широким динамическим диапазоном.

Часто данным термином называют величину допустимого отклонения экспозиций при съемке в определенных условиях с сохранением детализации в светах и тенях (полезный динамический диапазон). То есть в данном случае речь идет не о расширении диапазона, а об использовании имеющихся возможностей, которые предоставляет фотоматериал или матрица, и в данных пределах добиться максимальной детализации.

И также надо понимать, что в процессе обработки снимка, с файлом, полученным в процессе фотографирования, происходят разнообразные изменения, что в свою очередь тоже влияет на динамический диапазон. Можно расширить, а можно сузить. Формат, в котором сохраняются кадры, тоже влияет на диапазон, RAW файл сохраняет больше информации, чем JPG, и значит, имеет больший диапазон, и при обработке данное качество очень помогает, больше информации больше возможностей при ее обработке. При использовании HDR технологии, когда совмещается в одном файле несколько с разной экспозицией, получаются снимки с очень большим динамическим диапазоном.  Но сохраняется фотография для просмотра, как правило, в JPG формате который не может похвастаться такой широтой, но более удобен как конечный файл. И, следовательно, мы опять упираемся в проблему сохранения большего в меньшем, и ограничения которые накладывают на весь прочес особенности конечного файла.

Вы спросите, а на кой тогда производители стараются расширять диапазон камеры, и фотографы так носятся с идеей повышения данного показателя, если все равно выше конечного файла и средств просмотра не прыгнешь. Да не прыгнешь, но повысить качество фотографии можно и чем больше у вашей камеры, и всех остальных составляющих фотографического прочеса динамический диапазон тем потенциально более качественный продукт они могут выдавать в конечном итоге.

Измеряется динамический диапазон в тех же единицах что и экспозиция, то есть в EV (на фото жаргоне стоп, или шаг), то есть двоичный логарифм, иногда меряют десятичным логарифмом (D), 1EV=0,3D. Реже меряют линейно, например 1:1000, 1:1000 соответствует 3D и почти равно 10EV.

Почему самое распространенная единица это EV во многом по тому, что это двоичный логарифм. Суть в том, что для зрения, как и для некоторых других органов чувств, величина ощущения пропорциональна логарифму воздействия. И когда, например освещенность возрастает или падает на одно деление по логарифмической шкале согласно двоичному логарифму, то есть удваивается, то человечек своим зрением это воспринимает как изменение в одно значение по линейной шкале.

Разрядность или глубина цветности это показатель определяющий количество оттенков цвета, то есть чем больше разрядность, тем больше оттенков цвета, измеряется в «битах». Есть два вида разрядности на канал «бит на канал» и на пиксел, это сумма числа бит по всем трем каналам, которая представляет собой общее кол-во цветов в одном пикселе.

Оба показателя тесно связаны с динамическим диапазоном, но разрядность пикселов это показатель которым описывают, как правило, свойства аппаратуры, то есть матрицы.

А по канальная глубина цветности это показатель, с помощью которого чаше всего описывают свойства файлов определенных форматов.

В формате RAW эти показатели наиболее высоки, потому что данный формат это не обработанная информация, снятая с матрицы. И когда вы фотографируете, то побеспокойтесь, чтобы на вашей камере было установлена максимальная разрядность, если конечно у вас присутствуют такие настройки.

Разрядность современных камер может быть достаточно высокой в среднем 12 и 14 бит, но разрядность JPG файла всего 8 бит, и, как правило, фотографы и ретушеры стараются сохранять изображения в других форматах с большей разрядностью для обработки, а уже полностью обработанное изображение переводить в разрядность 8 бит.

ISO и динамический диапазон, это еще одна дилемма, которая иногда встает перед фотографом, суть в том, что с повышением ISO понижается диапазон, связано это с возрастанием уровня шума. С увеличением ISO вдвое, например со 100 до 200, вдвое сокращается и емкость фотодиода, потому что верхняя граница не куда не делась, она не изменено стоит на своем месте, потому что объем диода не изменен,  а вот нижняя с шумами подтянулась вверх. И фотограф вынужден выбирать, что для него в данном конкретном случае важнее, широкий диапазон, или высокие ISO.

Подведем итог, что может сделать фотограф, чтобы повысить качество фотографии, опираясь на знания о динамическом диапазоне;

  • Снимайте в формате RAW, это позволит иметь в исходнике наибольший динамический диапазон, который можно выжать из данной камеры.
  • Используйте наибольшую разрядность из имеющихся в вашем распоряжении, и только после окончательной обработки, в файле, предназначенном для просмотра переводите в меньшую.
  • Снимайте на меньшие ISO, чтобы избежать сужения динамического диапазона.
  • Думайте, в каких пределах вам держать полезный динамический диапазон, чтобы избежать клиппинга, и не свалится в шумы.
  • Если требуется, используйте HDR технологии, они действительно иногда помогают, улучшит качество снимков.

Надо сказать, что помимо HDR технологий есть масса способов как в процессе обработки фотографий повысить качество и в частности детализацию, об этих способах мы поговорим, когда речь пойдет о практических приемах обработки фотографии.

Данная статья на ЯндексДзен.

Дмитрий Бодяев.

Динамический диапазон в цифровой фотографии

Динамический диапазон в фотографии описывает соотношение между максимальной и минимальной измеримой интенсивностью света (белым и чёрным, соответственно). В природе не существует абсолютно белого или чёрного — только различные степени интенсивности источника света и отражательной способности предмета. В силу этого концепция динамического диапазона усложняется и зависит от того, описываете ли вы записывающий прибор (такой как камера или сканер), воспроизводящий (такой как отпечаток или дисплей компьютера) или собственно предмет.

Как и при управлении цветом, каждое устройство в приведенной выше цепи передачи изображения имеет свой собственный динамический диапазон. В отпечатках и дисплеях ничто не может стать ярче, чем белизна бумаги или максимальная интенсивность пикселя, соответственно. По сути, ещё один прибор, который не был упомянут выше, это наши глаза, у которых тоже есть свой собственный динамический диапазон. Передача информации из изображения между устройствами таким образом может повлиять на его воспроизведение. Следовательно, концепция динамического диапазона полезна для относительного сравнения исходной сцены, вашей камеры и изображения на вашем экране или на отпечатке.

Влияние света: освещённость и отражение

Интенсивность освещения может быть описана в терминах падающего и отражённого света; каждый из них вносит свою лепту в динамический диапазон сцены (см. статью «Как цифровые камеры замеряют экспозицию»).

Сильное отражение Неравномерно падающий свет

Сцены с высокими вариациями яркостей отражённого света, например, содержащие чёрные объекты вдобавок к сильным отражениям, могут в действительности иметь более широкий динамический диапазон, чем сцены с большой вариативностью падающего света. В любом из этих случаев фотографии могут запросто превысить динамический диапазон вашей камеры, особенно если не следить за экспозицией.

Точное измерение интенсивности света, или освещённости, следовательно, является критическим для оценки динамического диапазона. Здесь мы используем термин «освещённость», чтобы определить исключительно падающий свет. Как освещённость, так и яркость обычно измеряются в канделах на квадратный метр (кд/м2). Приблизительные значения для часто встречающихся источников освещения приведены ниже.

Здесь мы видим, что возможны большие вариации в падающем свете, поскольку вышеприведенная диаграмма отградуирована в степенях десяти. Если сцена неравномерно освещена как прямым, так и рассеянным солнечным светом, одно это может невероятно расширить динамический диапазон сцены (как видно из примера с закатом в каньоне с частично освещённой скалой).

Цифровые камеры

Несмотря на то, что физический смысл динамического диапазона в реальном мире — это всего лишь соотношение между наиболее и наименее освещёнными участками (контраст), его определение становится более сложным при описании измерительных приборов, таких как цифровые камеры и сканеры. Вспомним из статьи о сенсорах цифровых камер, что свет сохраняется каждым пикселем в своего рода термосе. Размер каждого такого термоса, в дополнение к тому как оценивается его содержимое, и определяет динамический диапазон цифровой камеры.

Уровень чёрного
(ограничен шумом)
Уровень белого
(полный термос)
Меньший уровень белого
(термос малого объёма)

Фотопиксели удерживают фотоны, как термосы сохраняют воду. Следовательно, если термос переполняется, вода выливается наружу. Переполненный фотопиксель называют насыщенным, и он неспособен распознать дальнейшее поступление фотонов — тем самым определяя уровень белого камеры. Для идеальной камеры её контраст в таком случае определялся бы числом фотонов, которое может быть накоплено каждым из фотопикселей, поделенным на минимальную измеримую интенсивность света (один фотон). Если в пикселе может сохраниться 1000 фотонов, контрастность будет 1000:1. Поскольку ячейка большего размера может накопить больше фотонов, у цифровых зеркальных камер динамический диапазон обычно больше, чем у компактных камер (в силу большего размера пикселей).

Примечание: в некоторых цифровых камерах существует дополнительная настройка низкого ISO, которая снижает шум, но также и сужает динамический диапазон. Это происходит потому, что такая настройка в действительности переэкспонирует изображения на одну ступень и впоследствии обрезает яркости — увеличивая таким способом светосигнал. Примером могут служить многие камеры Canon, которые имеют возможность снимать в ISO 50 (ниже обычного ISO 100).

В действительности потребительские камеры не могут подсчитать фотоны. Динамический диапазон ограничен наиболее тёмным тоном, для которого более невозможно различить текстуру — его называют уровнем чёрного. Уровень чёрного ограничен тем, насколько точно можно измерить сигнал в каждом фотопикселе и, следовательно, ограничен снизу уровнем шума. В результате динамический диапазон как правило увеличивается при снижении числа ISO, а также у камер с меньшей погрешностью измерения.

Примечание: даже если бы фотопиксель мог подсчитать отдельные фотоны, подсчёт тем не менее был бы ограничен фотонным шумом. Фотонный шум создаётся статистическими колебаниями и представляет теоретический минимум шума. Итоговый шум является суммой фотонного шума и погрешности считывания.

В целом, динамический диапазон цифровой камеры таким образом может быть описан как соотношение между максимальной (при насыщении пикселя) и минимальной (на уровне погрешности считывания) измеримой интенсивностью света. Наиболее распространённой единицей измерения динамического диапазона цифровых камер является f-ступень, которая описывает разницу в освещённости в степенях числа 2. Контраст 1024:1 в таком случае может быть также описан как динамический диапазон из 10 f-ступеней (поскольку 210 = 1024).В зависимости от применения, каждая f-ступень может быть также описана как «зона» или «eV».

Сканеры

Сканеры оцениваются по тому же соотношению насыщенности и шума, как и динамический диапазон цифровых камер, за исключением того, что они описываются в терминах плотности (D). Это удобно, поскольку концептуально аналогично тому, как пигменты создают цвет на отпечатке, как показано ниже.

Слабое отражение
(высокая плотность)
Сильное отражение
(низкая плотность)
Высокая плотность пигмента
(тёмный тон)
Низкая плотность пигмента
(светлый тон)

Общий динамический диапазон в терминах плотности таким образом выглядит как разница между максимальной (Dmax) и минимальной (Dmin) плотностями пигмента. В отличие от степеней 2 для f-ступеней, плотность измеряется в степенях 10 (так же, как и шкала Рихтера для землетрясений). Таким образом, плотность 3.0 представляет контраст 1000:1 (поскольку 103.0 = 1000).

Исходный динамический
диапазон

 
Динамический
диапазон сканера

Вместо указания диапазона плотности производители сканеров обычно указывают только значение Dmax, поскольку Dmax — Dmin обычно приблизительно равно Dmax. Это потому, что в отличие от цифровых камер, сканер контролирует свой источник света, гарантируя минимальную засветку.

Для высокой плотности пигмента к сканерам применимы те же ограничения по шуму, что и для цифровых камер (поскольку оба они используют массив фотопикселей для измерения). Таким образом, измеримая Dmax тоже определяется шумом, присутствующим в процессе считывания светосигнала.

Сравнение

Динамический диапазон варьируется настолько широко, что его часто измеряют логарифмической шкалой, аналогично тому как крайне различные интенсивности землетрясений измеряются одной шкалой Рихтера. Здесь приведен максимальный измеримый (или воспроизводимый) динамический диапазон для различных устройств в любых предпочитаемых единицах (f-ступени, плотность и соотношение контраста). Наведите курсор на каждый из вариантов, чтобы их сравнить.

Выберите единицу измерения:
f-ступени плотность контрастность

Выберите тип диапазона:
Печать Сканеры Цифровые камеры Мониторы

Обратите внимание на огромную разницу между воспроизводимым динамическим диапазоном печати и измеримым сканерами и цифровыми камерами. Сравнивая с реальным миром, это разница между примерно тремя f-ступенями в облачный день с практически ровным отражённым светом и 12 и более f-ступенями в солнечный день с высококонтрастным отражённым светом.

Использовать вышеуказанные цифры следует с осторожностью: в действительности динамический диапазон отпечатков и мониторов сильно зависит от условий освещения. Отпечатки при неверном освещении могут не показать свой полный динамический диапазон, тогда как мониторы требуют практически полной темноты, чтобы реализовать свой потенциал — особенно плазменные экраны. Наконец, все эти цифры являются всего лишь грубыми приближениями; реальные значения будут зависеть от наработки прибора или возраста отпечатка, поколения модели, ценового диапазона и т.д.

Учтите, что контрастность мониторов зачастую сильно завышена, поскольку для них не существует стандарта производителя. Контрастность свыше 500:1 зачастую является результатом очень тёмной чёрной точки, а не более яркой белой. В связи с этим нужно уделять внимание как контрастности, так и яркости. Высокая контрастность без сопутствующей высокой яркости может быть полностью сведена на нет даже рассеянным светом от свечи.

Человеческий глаз

Человеческий глаз может в действительности воспринимать более широкий динамический диапазон, чем это обычно возможно для камеры. Если учитывать ситуации, в которых наш зрачок расширяется и сужается, адаптируясь к изменению света, наши глаза способны видеть в диапазоне величиной почти 24 f-ступеней.

С другой стороны, для корректного сравнения с одним снимком (при постоянной диафрагме, выдержке и ISO) мы можем рассматривать только мгновенный динамический диапазон (при неизменной ширине зрачка). Для полной аналогии нужно смотреть в одну точку сцены, дать глазам адаптироваться и не смотреть при этом ни на что другое. В этом случае существует большая несогласованность, поскольку чувствительность и динамический диапазон наших глаз меняется в зависимости от яркости и контраста. Наиболее вероятным будет диапазон из 10-14 f-ступеней.

Проблема этих чисел в том, что наши глаза исключительно адаптивны. Для ситуаций исключительно неяркого звёздного света (когда наши глаза используют палочки для ночного видения) они достигают даже более широких мгновенных динамических диапазонов (см. «Цветовое восприятие человеческого глаза»).

Глубина цветности и измерение динамического диапазона

Даже если бы чья-то камера могла охватить большую часть динамического диапазона, точность, с которой измерения света преобразуются в цифры, может ограничить применимый динамический диапазон. Рабочая лошадка, которая занимается преобразованием непрерывных результатов измерений в дискретные числовые значения, называется аналогово-цифровым преобразователем (АЦП). Точность АЦП может быть описана в терминах разрядности, аналогично разрядности цифровых изображений, хотя следует помнить о том, что эти концепции неявляются взаимозаменяемыми. АЦП создаёт значения, которые хранятся в файле формата RAW.

Разрядность АЦП Контрастность Динамический диапазон
f-ступени плотность
8 256:1 8 2.4
10 1024:1 10 3.0
12 4096:1 12 3.6
14 16384:1 14 4.2
16 65536:1 16 4.8

Примечание: вышеприведенные значения отражают только точность АЦП и не должны
использоваться для интерпретации результатов для 8 и 16-битных файлов изображений.
Далее, для всех значений показан теоретический максимум, как если бы шум отсутствовал.
Наконец, эти цифры справедливы только для линейных АЦП, а разрядность
нелинейных АЦП необязательно коррелирует с динамическим диапазоном.

В качестве примера, 10 бит глубины цветности преобразуются в диапазон возможных яркостей 0-1023 (поскольку 210 = 1024 уровня). Предполагая, что каждое значение на выходе АЦП пропорционально актуальной яркости изображения (то есть, удвоение значения пикселя означает удвоение яркости), 10-битная разрядность может обеспечить контрастность не более 1024:1.

Большинство цифровых камер используют АЦП с разрядностью от 10 до 14 бит, так что их теоретически достижимый максимальный динамический диапазон составляет 10-14 ступеней. Однако такая высокая разрядность всего лишь помогает минимизировать постеризацию изображения, поскольку общий динамический диапазон обычно ограничен уровнем шума. Подобно тому, как большая разрядность изображения необязательно подразумевает большую глубину его цветности, наличие в цифровой камере высокоточного АЦП необязательно означает, что она в состоянии записать широкий динамический диапазон. На практике динамический диапазон цифровой камеры даже не приближается к теоретическому максимуму АЦП; в основном 5-9 ступеней — это всё, чего можно ожидать от камеры.

Влияние типа изображения и кривая цветности

Могут ли файлы цифровых изображений в действительности записать полный динамический диапазон высококлассных приборов? В интернете наблюдается большое непонимание взаимосвязи разрядности изображения с записываемым динамическим диапазоном.

Для начала следует разобраться, говорим мы о записываемом или отображаемом динамическом диапазоне. Даже обыкновенный 8-битный файл формата JPEG может предположительно записать бесконечный динамический диапазон — предполагая, что во время преобразования из формата RAW была применена кривая цветности (см. статью о применении кривых и динамическом диапазоне), и АЦП имеет требуемую разрядность. Проблема кроется в использовании динамического диапазона; если слишком малое число бит распространить на слишком большой диапазон цвета, это может привести к постеризации изображения.

С другой стороны, отображаемый динамический диапазон зависит от коррекции гаммы или кривой цветности, подразумеваемой файлом изображения или используемой видеокартой и монитором. Используя гамму 2.2 (стандарт для персональных компьютеров), было бы теоретически возможно передать динамический диапазон из практически 18 f-ступеней (об этом расскажет глава о коррекции гаммы, когда будет написана). И даже в этом случае он мог бы пострадать от сильной постеризации. Единственным на сегодня стандартным решением для получения практически бесконечного динамического диапазона (без видимой постеризации) является использование файлов расширенного динамического диапазона (HDR) в Photoshop (или другой программе, например, с поддержкой формата OpenEXR).

Динамический диапазон и его практическое значение

Основы фотографии

Я думаю, что многие, взяв в руки фотоаппарат, не раз замечали, что наш глаз видит совсем иначе, чем камера. Особенно часто это заметно в облачный день: мы видим небо и отдельные облака, а на фотографии просто белое пятно, или наоборот — небо реальное, с текстурой, но все, что внизу, темное как-будто вечером. Этот эффект напрямую зависит от широты динамического диапазона камеры. В сегодняшней статье как раз и попробуем разобраться, что же такое динамический диапазон и сформулируем несколько правил, которые позволят избежать ошибок с ним связанных.

Для начала давайте определимся с самим понятием. Динамический диапазон — это способность камеры одновременно передавать и светлые и темные детали снимаемой сцены. В качестве примера можно представить себе картинку плавно залитую от черного к белому цвету.

Верхняя полоска показывает, как видим мы, вторая, как «видит» сцену камера. Ее динамический диапазон уже, чем у человеческого глаза, и часть темных и светлых деталей будет потеряна, вместо них будет равномерный черный или белый цвет соответственно. Если мы намеренно укажем камере на тени, то динамический диапазон не расширится, он сдвинется за счет увеличения потерь в светах, как на третьей полосе. Если наоборот, попробуем сохранить яркие детали, у нас возрастут потери в тенях (четвертая полоска). Конечно это очень упрощенный вариант, ведь мы видим в цвете, да и способность глаза к адаптации в различных условиях освещения не позволяет напрямую сравнивать его с матрицей камеры, но в целом картинка похожая.

В качестве более реального примера фотография выше. Кадр был сделан в одинадцать часов утра, когда солнце было уже высоко, при почти безоблачном небе, вспышка была направлена в сторону т. е. ее воздействие на освещенность сцены минимально. В результате, из-за нехватки динамического диапазона, мы видим большое светлое пятно на заднем плане, которое осталось практически без деталей, при этом сама фотография получилась темноватой. На самом деле программными средствами этот кадр довольно легко исправить, но пример достаточно показательный.

Хочу отметить, что ширина динамического диапазона камеры зависит от многих параметров, но прежде всего от размера матрицы. Грубо говоря, чем больше матрица фотоаппарата, тем шире ее динамический диапазон. В тенях он ограничен уровнем шума и соответственно алгоритмами шумоподавления. В светах — возможностями матрицы анализировать «количество» света без засветки т.е. ее светочувствительностью. Это можно считать еще одним приемуществом зеркальных камер над мыльницами, можно сказать, что они всегда будут давать картинку с большим количество деталей в светах и тенях. На фотографии слева можно рассмотреть и решетку на окне и складки на одеяле, для большинства мыльниц сохранить эти части изображения было бы непосильной задачей.

Еще одной интересной особенностью современных фотокамер является неравномерность динамического диапазона — он как бы смещен в светлую часть, т.е. камера лучше «видит» светлые детали, чем темные. Это опять же обусловленно появлением цифрового шума на темных областях кадра.

Чем это важно для нас с практической точки зрения? В первую очередь тем, что мы можем сформулировать некоторые правила, которые помогут избежать потери деталей в сложных условиях освещения. при этом не стоит рассматривать потерянные детали как что-то несущественное, они могут координально изменить снимок. Скажем при съемке в солнечный день, в тени, на улице, сохранив небо, мы рискуем получить вместо зданий просто обширную темную область на фотографии. Итак, несколько простых правил, которые помогут избежать самых серьезных ошибок.

  • Лучше сделать снимок более светлым, чем затемнить его. Детали в тенях из-за шума «вытянуть» сложнее, чем в светах. Конечно это верно для более-менее ровной экспозиции, в случае, когда заведомо появятся пересветы (пасмурное небо) при замере экспозиции по темным областям, лучше пожертвовать тенями, но проработать какие-то детали в светах.
  • При большой разнице яркостей фотографируемой сцены нужно или постараться выровнить яркость или замерять экспозицию по темной части.
  • Лучшее время для съемки утро или вечер, в полдень солнце очень яркое, а тени становятся слишком темными и камера не сможет зафиксировать все детали.
  • Для портретной съемки в солнечный день нужно использовать дополнительное освещение или стараться снимать в тени, чтобы избежать излишне жестких теней.
  • При прочих равных лучше пользоваться наименьшим доступным значением ISO.

Эти правила не стоит рассматривать, как жесткие и неизменные, наоборот, в некоторых случаях их нужно применять с точностью до наоборот. Например, вам хочется получить очень контрастный городской пейзаж, как вариант вы можете сделать его как раз в полдень, когда свет наиболее резкий. Но все-таки в большинстве случаев следование им поможет сделать фотографии лучше.

В следующих статьях на эту тему мы поговорим о возможностях расширения динамического диапазона в процессе обработки фотографий и специальных приемах съемки.

Цифровое рентгеновское изображение [Dels, размер матрицы, битовая глубина, динамический диапазон, частота дискретизации] • Как работает радиология

Основные понятия цифровых рентгеновских детекторов рассматриваются, включая важные понятия. Цифровые детекторы разделены на небольшие отдельные компоненты, называемые элементами детектора (DEL), а размер отдельных DEL называется шагом пикселя. Принимая во внимание, что размер матрицы — это количество DEL в каждом направлении на детекторе. Диапазон сигнала, в котором детектор может точно отображать измеренное рентгеновское излучение, называется динамическим диапазоном. Разрядность — это количество отдельных компьютерных битов, используемых при сохранении значения для каждого DEL.

Table Of Contents

  1. Digital X-Ray Imaging Sampling Terminology
    • Detector Elements
    • Matrix Size
    • Sampling Frequency
    • Example Calculations
  2. Digital Sampling Concepts
    • Overview
    • Bit Depth
    • Dynamic Range

Здесь мы обсудим терминологию, относящуюся к размеру каждого элемента детектора, чтобы, когда такие определения, как шаг детектора или доля заполнения, попадались вокруг, вы хорошо понимали их значение.

Детекторные элементы

Как и цифровая фотография, рентгеновские изображения формируются с помощью цифровых элементов (DEL). Когда изображение сохраняется после его получения или когда оно отображается на мониторе, отдельные элементы называются элементами изображения (пикселями).

Просто для ясности мы используем другую терминологию для описания физических элементов детектора (DEL).

Затем шаг детектора определяется как расстояние от конца до конца в пределах DEL. Следовательно, меньший размер DEL даст меньший шаг.

Кроме того, в каждом DEL есть область, которая может обнаруживать рентгеновские лучи, и неактивная область (например, электроника каждого DEL). Область, в которой могут взаимодействовать рентгеновские лучи, называется активной областью. Область, которая не может обнаружить рентгеновские лучи, называется неактивной областью.

Отношение активной площади ДЭС к общему размеру каждого ДЭС называется «фракцией заполнения».

Таким образом, доля заполнения детектора будет представлять собой число от 0 до 1. Чем больше доля заполнения, тем больше рентгеновских лучей будет захвачено при измерениях. Таким образом, более высокая фракция заполнения будет более эффективной по дозе. В общем, по мере того, как размер каждого DEL становится меньше, проблема состоит в том, чтобы гарантировать, что фракция заполнения остается высокой, поскольку для каждого DEL есть связанная электроника.

Rad Take-Home Point : Цифровой рентгеновский детектор можно разделить на детекторные элементы (DEL), и каждый элемент имеет долю заполнения, которая указывает геометрическую эффективность детектора для сбора рентгеновского сигнала.

Размер матрицы

Матрица детектора состоит из множества отдельных DEL. Размер матрицы представляет собой двумерное число. Если размер матрицы 1024 x 1024, это означает, что матрица имеет более одного миллиона DEL.

Существуют также медицинские плоскопанельные детекторы с матрицей 4288×4288.

Мы можем поместить эти числа в контекст, который мы можем сравнить с цифровыми камерами, где размер матрицы обычно указывается в мегапикселях. Детектор 1024×1024 равен 1 мегапикселю. Мегапиксель определяется как 2 20  , что немного превышает 1 миллион. Детектор с разрешением 4288×4288 эквивалентен датчику с разрешением 17,5 мегапикселей с точки зрения количества Del.

Rad Take-home Point : Размер матрицы цифрового рентгеновского детектора указывает количество элементов во всем детекторе.

Частота дискретизации

Еще одной важной характеристикой цифрового плоскопанельного детектора является частота дискретизации в детекторе. Это еще один способ выразить размер каждого Del.

Частота дискретизации обратно пропорциональна шагу пикселя.

Если DEL больше (т.е. имеют больший шаг), то частота дискретизации будет меньше. Чем меньше DEL, тем выше частота дискретизации.

Рад Возьми домой Пункт : Частота дискретизации обратно пропорциональна высоте тона каждого элемента Del.

Пример расчета

Давайте рассмотрим пример, чтобы понять, как рассчитываются эти параметры.

Если представить, что размер нашего детектора 50см х 50см и размер матрицы 1000 х 1000. Значит размер пикселя по формуле будет:

Итак, частота дискретизации будет рассчитываться так:

Мы также может рассчитать коэффициент заполнения для примера случая. Если размер DEL составляет 1 мм x 1 мм, а размер активной области составляет 0,5 мм x 0,5 мм, какой будет активная область?

Этот детектор считается детектором с низкой долей заполнения, поскольку только четверть площади детектора активна и регистрирует рентгеновские лучи.

Rad. Пункт . Как и в случае с цифровой фотографией, существует несколько основных параметров, которые характеризуют цифровой детектор рентгеновского излучения на высоком уровне.

Обзор

Большинство рентгеновских систем в США используют цифровые рентгеновские детекторы (плоские детекторы с непрямым или прямым преобразованием) или так называемую компьютерную рентгенографию, в которой также используется цифровое считывание.

Поскольку вы являетесь радиологическим технологом или студентом и используете или скоро будете использовать эти системы много раз в день, вас, вероятно, интересуют важные концепции формирования цифрового изображения.

Физика различных типов детекторов будет рассмотрена в другом посте, но здесь мы сосредоточимся на общих чертах всех цифровых рентгеновских систем.

R a d Точка возврата : Рентгеновские лучи взаимодействуют с детектором, создавая аналоговый сигнал, который затем преобразуется в цифровой сигнал (номер для каждого элемента детектора) в детекторе.

Битовая глубина

Мы начнем с примера наиболее распространенного рентгеновского детектора, используемого в клинической практике. В детекторе непрямого рентгеновского излучения, когда рентгеновские лучи попадают на детектор, они преобразуются в фотоны видимого света. Эти световые фотоны измеряются фотодиодом, который преобразует их в электроны.

В этом случае количество электронов является аналоговым сигналом и оцифровывается по мере прохождения электронов по цепям, и каждому элементу детектора присваивается одно число.

Цифровая схема преобразует энергию, выделенную детектором, в дискретное (т. е. оцифрованное) число. На рисунке видно влияние количества бинов на оцифровку. Слева истинная энергия. Справа представлены оцифрованные версии сигнала с разной разрядностью.

При оцифровке сигнала каждый бит будет установлен либо в 0, либо в 1. Он устанавливается в 1, если истинный сигнал выше уровня, и в 0, если истинный сигнал ниже уровня.

Количество уровней при оцифровке напрямую связано с тем, сколько разрядов имеет детектор в схеме аналого-цифрового преобразования: количество уровней = 2 N , где N — разрядность.

Таким образом, если мы используем 4-битное преобразование энергии в цифровой сигнал, точность будет намного меньше, чем в случае 8- или 16-битного преобразования. В целом, чем больше у вас уровней (т. е. чем выше битовая глубина), тем более точным будет изображение.

Rad Take-Home Point : Во всех цифровых детекторах рентгеновского излучения аналоговый сигнал преобразуется в цифровой сигнал, и преобразование становится более точным при использовании большей разрядности.

Динамический диапазон

Динамический диапазон также является частью процесса оцифровки и связан с битовой глубиной. Динамический диапазон — это диапазон, в котором сигнал будет должным образом оцифрован. Например, для сигналов, которые выше верхней границы динамического диапазона, считываемый сигнал будет насыщенным, поскольку он не может обрабатывать высокие уровни сигнала.

Как обсуждалось в разделе выше, желательно уменьшить размер каждого бина оцифровки. Это может быть достигнуто путем добавления большего количества бинов, как обсуждалось выше. Длина каждого бина также может быть уменьшена за счет уменьшения поддерживаемого диапазона. Этот диапазон поддерживаемых уровней сигнала называется динамическим диапазоном системы. Высота каждого бина оцифровки определяется просто: Высота цифрового бина = Динамический диапазон / (Количество бинов -1).

На этом рисунке показаны проблемы, которые могут возникнуть, и почему необходимо тщательно выбирать динамический диапазон и битовую глубину. На рисунке динамический диапазон изменен, а битовая глубина остается неизменной.

Если динамический диапазон системы слишком мал, то сигналы с очень высоким уровнем сигнала будут насыщены, и истинное значение не будет записано, а будет использоваться только самое высокое значение, которое система может записать.

С другой стороны, если динамический диапазон слишком велик, при преобразовании будут потеряны биты, которые никогда не используются, и каждый бит будет покрывать больший диапазон сигнала. Поскольку желательно, чтобы каждый бит покрывал меньший диапазон сигнала, слишком большой динамический диапазон также не является оптимальным.

В оптимальном случае динамический диапазон системы будет охватывать почти все уровни сигнала, которые ожидаются в системе, так что не произойдет насыщения, но он не будет настолько большим, чтобы возникали значительные ошибки оцифровки. Когда динамический диапазон выбран правильно, это «хорошо выбранная» область на рисунке.

На клинических изображениях, если детектор не имеет достаточно большого динамического диапазона, значения в областях с очень высоким уровнем сигнала, таких как легкие, будут насыщены, а структурные различия в легочной ткани будут потеряны.

Rad Возвратная точка : Диапазон всех значений, которые должным образом оцифрованы, известен как динамический диапазон детектора, и динамический диапазон должен быть выбран соответствующим образом, чтобы уменьшить размер каждого интервала выборки, но без насыщения.

Эффективные динамические диапазоны стандартной автоматизированной периметрии размеров III и V и периметрии движения и матрицы

Сохранить цитату в файл

Формат: Резюме (текст)PubMedPMIDAbstract (текст)CSV

Добавить в коллекции

  • Создать новую коллекцию
  • Добавить в существующую коллекцию

Назовите свою коллекцию:

Имя должно содержать менее 100 символов

Выберите коллекцию:

Невозможно загрузить вашу коллекцию из-за ошибки
Повторите попытку

Добавить в мою библиографию

  • Моя библиография

Не удалось загрузить делегатов из-за ошибки
Повторите попытку

Ваш сохраненный поиск

Название сохраненного поиска:

Условия поиска:

Тестовые условия поиска

Эл. адрес: (изменить)

Который день? Первое воскресеньеПервый понедельникПервый вторникПервая средаПервый четвергПервая пятницаПервая субботаПервый деньПервый рабочий день

Который день? воскресеньепонедельниквторниксредачетвергпятницасуббота

Формат отчета: SummarySummary (text)AbstractAbstract (text)PubMed

Отправить максимум: 1 штука5 штук10 штук20 штук50 штук100 штук200 штук

Отправить, даже если нет новых результатов

Необязательный текст в электронном письме:

Создайте файл для внешнего программного обеспечения для управления цитированием

Сравнительное исследование

. 2010 май; 128(5):570-6.

doi: 10. 1001/archophthalmol.2010.71.

Майкл Уолл 1 , Кимберли Р. Вудворд, Кэрри К. Дойл, Гидеон Замба

принадлежность

  • 1 Кафедра неврологии, Медицинский колледж, Госпиталь для ветеранов, Университет Айовы, Айова-Сити, IA 52242-1053, США. Майкл-Уолл@uiowa.edu
  • PMID: 20457977
  • DOI: 10.1001/архофтальмол.2010.71

Сравнительное исследование

Michael Wall et al. Арка Офтальмол. 2010 май.

. 2010 май; 128(5):570-6.

doi: 10. 1001/archophthalmol.2010.71.

Авторы

Майкл Уолл 1 , Кимберли Р. Вудворд, Кэрри К. Дойл, Гидеон Замба

принадлежность

  • 1 Кафедра неврологии, Медицинский колледж, Госпиталь для ветеранов, Университет Айовы, Айова-Сити, IA 52242-1053, США. Майкл-Уолл@uiowa.edu
  • PMID: 20457977
  • DOI: 10.1001/архофтальмол.2010.71

Абстрактный

Цели: Установить связи между пороговыми оценками 4 периметрических тестов, а также определить и сравнить эффективные динамические диапазоны тестов.

Методы: Мы обследовали 152 пациента с глаукомой и 80 человек из контрольной группы, используя стандартную автоматизированную периметрию (SAP) с размером стимула III, SAP с размером V, а также периметрию движения и матрицы. Мы исследовали межтестовые ассоциации, используя анализ основных компонентов. Мы определили нижнюю часть эффективного динамического диапазона, используя частоту повторных испытаний с уровнем 0 дБ. Мы определили верхний эффективный динамический диапазон как значение, выше которого в контроле попадает менее 0,5% значений. Мы также рассчитали количество различимых шагов от нормали до минимального значения периметра.

Полученные результаты: Связь между SAP III и V была приблизительно линейной до чувствительности около 20 дБ в обоих тестах и ​​с периметрией движения и матрицы до около 25 дБ от 0 дБ. В то время как верхние границы в тестах были одинаковыми, SAP размера V имел более низкий уровень и более различимые шаги.

Выводы: Эффективный динамический диапазон SAP III существенно меньше его физически испытанных пределов. Стимулы размера V имеют больший эффективный динамический диапазон, чем размер III, примерно на 1 логарифмическую единицу и имеют примерно в два раза больше различимых шагов.

Похожие статьи

  • Повторяемость автоматизированной периметрии: сравнение стандартной автоматизированной периметрии с размером стимула III и V, матрицей и периметрией движения.

    Wall M, Woodward KR, Doyle CK, Artes PH. Уолл М и др. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2009 г., февраль; 50(2):974-9. doi: 10.1167/iovs.08-1789. Epub 2008 24 октября. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2009. PMID: 18952921

  • Пороговые и вариабельные свойства матричной технологии удвоения частоты и стандартной автоматизированной периметрии при глаукоме.

    Artes PH, Hutchison DM, Nicolela MT, LeBlanc RP, Chauhan BC. Artes PH и др. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2005 г., июль; 46 (7): 2451-7. doi: 10.1167/iovs.05-0135. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2005. PMID: 15980235

  • Эффективные динамические диапазоны для прогрессии поля зрения при глаукоме при стандартной автоматизированной периметрии и размерах стимула III и V.

    Wall M, Zamba GKD, Artes PH. Уолл М и др. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2018 1 января; 59 (1): 439-445. doi: 10.1167/iovs.17-22390. Invest Ophthalmol Vis Sci. 2018. PMID: 29356822 Бесплатная статья ЧВК.

  • Обзор современных технологий, используемых для оценки зрительной функции при глаукоме.

    Туральба А.В., Гросскройц К. Туралба А.В. и соавт. Семин Офтальмол. 2010 сен-ноябрь;25(5-6):309-16. дои: 10.3109/08820538.2010.518898. Семин Офтальмол. 2010. PMID: 210

    Обзор.

  • Диагностическое значение автоматической периметрии порога мерцания.

    Рота-Бартелинк А. Рота-Бартелинк А. Курр Опин Офтальмол. 1999 апр; 10 (2): 135-9. дои: 10.1097/00055735-199

    0-00010. Курр Опин Офтальмол. 1999. PMID: 10537764 Обзор.

Посмотреть все похожие статьи

Цитируется

  • Выяснение макулярных структурно-функциональных корреляций при глаукоме.

    Джаммария С., Шарп Г.П., Дячок О., Рафусе П.Е., Шуба Л.М., Николела М.Т., Вианна М.Р., Чаухан Б.К. Джаммария С. и др. Научный представитель 2022 23 июня; 12 (1): 10621. дои: 10.1038/s41598-022-13730-з. Научный представитель 2022. PMID: 35739208 Бесплатная статья ЧВК.

  • Полезность оценки прогрессирования глаукомы с помощью постобработанных данных поля зрения.

    Абу С.Л., Полеон С., Расетт Л. Абу С.Л. и др. Transl Vis Sci Technol. 2022 2 мая; 11(5):5. дои: 10.1167/твст.11.5.5. Transl Vis Sci Technol. 2022. PMID: 35522306 Бесплатная статья ЧВК.

  • Сравнение объективной периметрии, матричной периметрии и региональной толщины сетчатки при диабетическом макулярном отеке легкой степени.

    Рай Б.Б., Мэддесс Т., Карл С.Ф., Рохан Э.М.Ф., ван Клиф Дж.П., Барри Р.К., Эссекс Р.В., Нолан С.Дж., Сабети Ф. Рай Б.Б. и др. Transl Vis Sci Technol. 2021 1 ноября; 10(13):32. doi: 10. 1167/tvst.10.13.32. Transl Vis Sci Technol. 2021. PMID: 34842920 Бесплатная статья ЧВК.

  • Преимущество периметрии размера стимула V для пациентов с плотной центральной скотомой от наследственной оптической нейропатии Лебера.

    Мехиа-Вергара А.Дж., Садун А.А., Чен А.Ф., Смит М.Ф., Уолл М., Каранджия Р. Мехиа-Вергара А.Дж. и соавт. Transl Vis Sci Technol. 2021 4 октября; 10 (12): 31. doi: 10.1167/tvst.10.12.31. Transl Vis Sci Technol. 2021. PMID: 34673906 Бесплатная статья ЧВК.

  • Иерархический цензурированный байесовский анализ развития поля зрения.

    Монтесано Г., Гаруэй-Хит Д.Ф., Ометто Г., Крэбб Д.П. Монтесано Г. и др. Transl Vis Sci Technol. 2021 4 окт;10(12):4. дои: 10.1167/твст.10.12.4. Transl Vis Sci Technol. 2021. PMID: 34609479 Бесплатная статья ЧВК.

Просмотреть все статьи «Цитируется по»

Типы публикаций

термины MeSH

Полнотекстовые ссылки

Информационные системы Silverchair

Укажите

Формат: ААД АПА МДА НЛМ

Отправить по телефону

Обзор Nikon D5100 — замер, экспозиция и динамический диапазон

Замер и экспозиция

Датчик замера в D5100 — тот же 420-пиксельный RGB-сенсор, что и в D90, так что здесь тоже нет сюрпризов. . Матричный замер в большинстве ситуаций достаточно точен, и мне приходилось корректировать экспозицию с помощью кнопки компенсации экспозиции только в очень сложных условиях освещения. Лично я предпочитаю 420-пиксельный датчик RGB на D5100 новому 2016-пиксельному датчику RGB на D7000. Как я уже отмечал в своем обзоре Nikon D7000, с датчиком замера на D7000 может быть сложно работать, особенно при фотографировании людей. Центровзвешенный и точечный замер работают, как и ожидалось, со стандартными предопределенными настройками, поэтому нет возможности изменить размер центрально-взвешенного круга, как это можно сделать на более продвинутых цифровых зеркальных фотокамерах. Диапазон экспозамера стандартный: 0–20 EV для матричного/центрально-взвешенного замера и 2–20 EV для точечного замера.

NIKON D5100 + 24 мм f/1,4 @ 24 мм, ISO 400, 1/1600, f/8,0

Видеосъемка

Хотя я лично не снимаю много видео, я попытался записать несколько видео во время поездки в Йеллоустоун, когда фотографировал дикую природу . Общее качество видео высокой четкости 1080p на Nikon D5100 действительно впечатляет, учитывая, насколько хорошо камера работает при слабом освещении. Обычно я не использую телеконвертеры Nikon TC-17E или TC-20E с моим Nikon 200-400mm f/4 VR, но поскольку разрешение видео намного ниже, чем разрешение фото, я несколько раз использовал этот объектив с этими телеконвертерами, когда нужен был охват. Поскольку в Йеллоустоуне сложно подобраться близко к медведям гризли и волкам, поле зрения 200-400 мм @ 400 мм + TC-20E III x 1,5x кроп = эквивалентное поле зрения 1200 мм было хорошим, чтобы подойти достаточно близко, чтобы увидеть какое-то действие. Хотя мне удалось потерять фотографии волков, бросающихся на какого-то лося, я смог записать немного действий волка на D5100, а также несколько кадров гризли, бродящих по Йеллоустоуну:

Гризли и волки были очень далеко от меня, поэтому они кажутся такими маленькими. Не забудьте переключиться на 1080p и смотрите видео в полноэкранном режиме. Звук из вышеприведенного видео я убрал, ибо кроме проезжающих машин слушать было нечего.

А вот кадры с фейерверка в День независимости США: