Digitaliseren


Fotografie » TechTalk » Fysica » Digitaliseren

Het electrisch signaal van de fotosites moet omgezet worden naar digitale waarden om opgeslagen te kunnen worden op de geheugenkaart.

Het dynamisch bereik
Het dynamisch bereik van een fototoestel komt overeen met de dynamiek van een CD speler of versterker. De constructie van de sensor bepaalt uiteindelijk zijn dynamisch bereik die aan één kant beperkt wordt door de ruis (bij lage helderheidswaarden) en aan de andere kant door de clipping van de sensor (oversturing).

Het digitaliseren van de sensordata
Hier wordt het electrisch signaal afkomstig van de fotosites omgezet naar digitale waarden. Vanaf hier zal het beeld enkel nog in digitale vorm bestaan. Dit heeft als groot voordeel dat er geen kwaliteitsverlies is bij de copie (cfr. de copie van een geluidsbandje).

Het RAW formaat
Bij het raw formaat ondergaat het gedigitaliseerd signaal afkomstig van de sensor geen behandeling; men kan daardoor de verminkingen veroorzaakt door het JPEG formaat opvangen.

Bitdiepte en dynamiek

Men gebruikt de bitdiepte vaak als verkoopsargument (zoals men het aantal megapixels ook als verkoopsargument gebruikt).

A/D omzetting
#bits#stappen
12
24
416
8256
101024
124096
1416384
1665536
De omzetter in het voorbeeld (3 bits) zet het signaal om in 8 discrete niveaus.
De bitdiepte komt niet overeen met het dynamisch bereik.

De bitdiepte geeft het aantal bits weer waarover het systeem beschikt om een afbeelding te coderen, en dus over het aantal discrete stappen dat het digitaal signaal kan aannemen.

Bij het opslaan van een afbeelding op een geheugenkaart wordt het analoog beeld (rechtsboven) omgezet in een digitaal signaal. Een kenmerk ervan is dat het signaal discontinu geworden is, het bestaat uit kleine trapjes.

De bitdiepte bepaalt het aantal trapjes dat het signaal kan aannemen tussen absoluut zwart en wit. In de meeste formaten zoals JPEG worden er 8 bits voorzien (dus 256 stapjes). Voor de meeste toepassingen zijn deze 8 bits voldoende.

Men kan de stapjes zeer klein maken, waardoor de gradaties zeer nauwkeurig worden, maar waarbij de dynamiek relatief laag is. Of men kan de stapjes groter maken, waardoor het verschil tussen twee opeenvolgende trappen groter wordt, maar waarbij ook de dynamiek groter wordt.

Dit is wat er gebeurt met de twee voorstellingen van het JPEG formaat: in sRGB (normaal) of aRGB (hogere dynamiek). Deze kleurruimtes worden hier verder uitgelegd.

De dynamiek van een beeld wordt eerst beperkt door de constructie van de sensor (nog voor dat het beeld gedigitaliseerd wordt). Heldere beeldelementen sturen de fotosite in saturatie (de fotosite wordt verblind door het licht) terwijl dondere beeldelementen ruis vertonen. De dynamiek van een sensor is ongeveer 10 stops, die is groter bij de grote sensoren die in full frame spiegelreflexen gebruikt wordt en kleiner bij compact fototoestellen.

Bij het digitaliseren van het beeld wordt er een omzetter van bijvoorbeeld 14 bits gebruikt. De onderste bits stellen eigenlijk enkel ruis voor en de hogere bitwaarden worden veroorzaakt door een gesatureerde sensor.

Natuurlijk wordt de A/D omzetter aangepast aan het signaal dat de sensor levert, zodat het maximaal signaal dat de sensor kan leveren voor de oversturing overeenkomt met de hoogste bitwaarde. Zo gaat er geen dynamiek verloren bij de digitalisering.

Bij het omzetten van digitaal signaal naar het gangbare JPEG formaat worden daarom de helderste en de donkerste bits gecomprimeerd, terwijl er relatief meer bits voorzien voor de midtones. Dit is de bekende transfertcurve in S-vorm.


De respons van een sensor naargelang de belichting.
De respons is gegeven in millivolts, niet in bits!

Het dynamisch bereik is aan één kant beperkt door de ruis,
aan de andere kant door de oversturing van de sensor.

Het dynamisch bereik bedraagt hier 9 stops.

Paginas die volgens Google je zouden kunnen interesseren