Question:
Comment étendre une scène à plage dynamique faible, dans le domaine analogique, lors de la prise de vue?
gman
2013-10-12 21:46:28 UTC
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J'étais sur une plate-forme d'observation pour prendre des photos d'une ville, c'est une journée nuageuse et l'air est brumeux. Les images sortent et en regardant l'histogramme, tout est groupé au centre.

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L'image représente ce que j'ai vu avec mes yeux mais j'aimerais pouvoir dire à la caméra de capturer autant de données que possible, en d'autres termes si en regardant cet histogramme j'aimerais pouvoir le dire "utiliser le capteur de telle manière que la portée est comprise entre ~ 0,4 et ~ 0,8 pour l'ensemble de la plage et l'agrandir pour l'adapter. Je ne suis pas sûr que cela ait un sens. Oui, j'ai l'image brute, mais une grande partie de la résolution des couleurs a déjà été supprimée.

un moyen de dire à l'appareil photo d'élargir une plage plus petite jusqu'à la plage complète. J'espère que lors de la lecture du capteur (donc j'obtiens le plus de données), pas en interpolant numériquement (où les données sont simplement constituées, de même et en augmentant le contraste dans Photoshop )

REMARQUE: je cherche un moyen d'amener la caméra à étendre le signal (ou à interpréter le signal) au niveau analogique , avant de le convertir en numérique. les données sont numériques toutes les extensions ion ne fait que créer des données (comme le zoom numérique). Je ne cherche explicitement PAS une solution numérique.

Si vous voulez une solution analogique, utilisez un film à contraste élevé. Toutes les données d'un capteur numérique doivent être traitées avant de devenir une image visible. Que la conversion soit effectuée dans l'appareil photo ou après l'appareil photo en données de fichier RAW, l'effet est le même. Toutes les décisions prises avant que le WB, le contraste, la luminosité, etc. ne soient `` intégrés '' par la conversion en jpeg ne subiront aucun type de dégradation analogue à l'utilisation du `` zoom numérique '', qui n'est qu'une autre façon de dire `` recadrage et remappage '' .
Selon votre définition, toute image numérique produite par dématriçage des données d'un capteur filtré Bayer (l'écrasante majorité de tous les appareils photo numériques couleur de la planète) «ne fait que créer des données». Le "Zoom numérique" n'est pas vraiment un zoom du tout, il s'agit simplement de recadrer puis éventuellement de remapper pour étendre la résolution à une valeur prédéterminée. Ce n'est pas parce que le "zoom numérique" donne moins de détails par rapport à une image réalisée en utilisant une distance focale plus longue que tout type de traitement "numérique" doit nécessairement le faire!
Sept réponses:
Olin Lathrop
2013-10-13 18:38:07 UTC
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Je ne pense pas qu'une caméra commune vous donne ce genre de contrôle. Le mien ne l'est certainement pas.

Le problème de base est qu'un fort niveau de biais est ajouté au noir. Les capteurs numériques sont fondamentalement linéaires, donc même si l'image est exposée de manière à ce que le plus fort le surligne juste à l'extrémité supérieure de la plage du capteur, l'extrémité inférieure de la plage en dessous du décalage noir ne sera pas utilisée.

Je viens d'analyser votre image et le niveau de noir est de .363, .376, .406. Pour preuve, voici votre image avec cette valeur utilisée comme niveau de noir:

Cela gaspille au plus 0,4 de la portée de votre capteur, ce qui est inférieur à un bit de résolution.

Le niveau de blanc dans votre original est de .852, .856, .910. Cela représente une plage de capteurs inutilisée petite mais raisonnable dans le haut de gamme. Voici votre image avec à la fois le noir et le blanc étendus aux extrémités de la plage:

Notez qu'en considérant à la fois les extrémités en noir et blanc de la plage, vous avez perdu environ 1 bit de résolution du capteur. Si vous avez un capteur 14 bits, par exemple, cette image a en fait 13 bits de résolution de luminosité. Pour un capteur 12 bits, vous avez fini avec 11 bits.

Même seulement 11 bits est encore suffisant car la plupart des façons d'afficher l'image ne seront pas bonnes à plus de 8 bits environ. Cela laisse une surcharge de résolution de 8 (3 bits) pour des choses comme les ajustements de luminosité non linéaires et d'autres effets que vous voudrez peut-être ajouter. Le fait est que perdre 1 bit par rapport à la plage maximale du capteur est parfaitement normal et normal, c'est le genre de chose à laquelle vous devez vous attendre et, en fin de compte, ne nuit pas à votre image. Vous vous retrouveriez avec le même détail capturé si les parties les plus sombres de l'image étaient vraiment noires mais que vous les sous-exposiez d'un diaphragme. Encore une fois, 1 bit de perte de plage dynamique devrait être conforme aux attentes et à ce que vous pouvez gérer dans votre flux de travail normal.

Merci pour cette réponse. Vous avez raison, je n'ai perdu que ~ 1 bit, donc le fichier RAW est assez large.
BTW, il devrait être écrit «perdant», ce n'est pas «lâche», après tout. J'ai essayé de corriger l'erreur d'orthographe mais ce site ne me permettra pas de corriger les fautes de frappe à moins que je ne change quelque chose de plus: (Réponse utile dans l'ensemble, cependant.
jrista
2013-10-13 21:20:06 UTC
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Étant donné que le cœur de votre question est de «développer le signal analogique dans le matériel», alors ce que vous voulez vraiment, c'est augmenter le réglage ISO. À 100 ISO, une caméra enregistrera le signal d'image en utilisant la plage maximale disponible. Dans une scène comme vous l'avez décrit, qui est naturellement à faible contraste, si la plage dynamique totale de votre capteur est d'environ 11 bits de données, lorsque la scène ne contient que 4 bits, vous vous retrouverez avec la plupart de ces informations regroupées en un seul. zone ou l’autre.

Vous avez effectivement un problème de plage dynamique, bien qu'un peu différent de ce que la plupart des photographes rencontrent: vous en avez trop. Pour chaque arrêt d'augmentation de l'ISO, la plage dynamique diminue d'environ un facteur de deux. Si vous utilisez la moitié de votre plage dynamique disponible à 100 ISO, augmenter l'ISO à 200 réduirait la plage dynamique utile d'un facteur deux, en fonction de vos besoins. De même, si vous utilisez 1/4 de votre plage dynamique disponible à 100 ISO, augmenter l'ISO à 400 réduirait la plage dynamique utile d'un facteur quatre, toujours en fonction de ce dont vous avez besoin.

Ceci C'est parce que l'appareil photo change le point blanc, ou "niveau de saturation", lorsque vous changez ISO. Changer l'ISO n'augmente pas la sensibilité de la caméra, c'est simplement un changement d'instructions à l'amplificateur analogique. Si le niveau de charge maximum par pixel de votre caméra (FWC, pleine capacité du puits) est de 60 000 électrons et qu'une charge «saturée» de 60 000 électrons est convertie en une unité numérique de 2 ^ 14 (16 384), augmenter à 200 ISO signifie que le La charge maximale autorisée par pixel est de 30 000. Désormais, une charge "saturée" de 30 000 électrons est convertie en 16 384 DU. De même, augmenter ISO à 400 signifie qu'une charge «saturée» de 15 000 électrons est convertie en 16 384 DU.

Lorsque vous augmentez l'ISO, vous devez ajuster votre exposition pour compenser. Vous devrez «adapter» l'exposition à la plage dynamique disponible. Augmentez l'ISO suffisamment et vos noirs atteindront finalement le plancher de bruit, et vos blancs commenceront à se couper ... vous avez effectivement utilisé toute votre plage dynamique, le tout dans l'appareil photo, ne changeant rien d'autre que l'amplification analogique. Il convient de noter qu'à des réglages ISO très élevés, généralement supérieurs à 1600 ISO (bien que les nouveaux appareils photo Canon devraient être bons jusqu'à 6400 ISO), l'augmentation de l'ISO entraîne un mélange d'ampli par pixel, d'ampli en aval et peut-être même d'ampli numérique simultanément .

Merci pour cette explication technique. Cela a du sens. Un filtre ND et une exposition plus longue fonctionneraient-ils? Le filtre ND abaisserait ce que la caméra considère comme noir. Est-ce que cela aiderait ou est-ce que j'obtiendrais simplement la même image, mais cela a pris deux fois plus de temps à faire? En fait, cela n'a aucun sens. Je suppose qu'un filtre ND (pour réduire le noir) et un ISO plus élevé élargiraient la plage, mais toujours uniquement numériquement. Idéalement, j'aurais besoin d'une sorte de contrôle de sensibilité pour le capteur plutôt que d'un réglage de diviseur (votre explication de l'ISO) qui, je suppose, n'existe pas.
@gman Vous vous rendez compte que l'augmentation ISO, et le niveau d'exposition inférieur résultant utilisé pour prendre la photo, augmentera le bruit dans l'image (un * rapport signal / bruit plus faible *)? La réduction de bruit nécessaire dégradera le résultat final de la même manière que le "Zoom numérique" que vous êtes obsédé par le fait d'éviter: cela réduira la quantité de détails dans l'image.
@MichaelClark: Pas nécessairement de vrai bruit RE. Le bruit est la conséquence de moins de lumière, pas parce que l'ISO a été augmenté. Tant que la même quantité de lumière est collectée pendant l'exposition, le bruit doit rester le même. Maintenant, si la vitesse d'obturation doit rétrécir ou que l'ouverture s'arrête pour adapter l'exposition dans la plage dynamique la plus faible d'une sensibilité ISO plus élevée, alors oui, le bruit augmenterait probablement ... mais c'est UNIQUEMENT si moins de lumière au total est collectée. Si l'exposition réelle (quantité de lumière dans le temps) est la même, le bruit sera le même.
Compte tenu de l'histogramme d'origine, il semble que les blancs les plus brillants se terminent au moins un arrêt en dessous de la saturation maximale, et probablement plus près de deux arrêts. Pousser ISO avec le même obturateur et la même ouverture entraînerait effectivement une poussée de l'exposition vers la droite (ETTR), sans couper les hautes lumières. Vous vous retrouveriez avec une exposition plus lumineuse avec un bruit identique, ce qui permettrait à une exposition post-processus de se corriger en post.
Pour utiliser la gamme complète de DR avec rien d'autre qu'une amplification analogique, gman devrait très probablement augmenter l'ISO de plusieurs arrêts (800-1600), ce qui forcerait également une augmentation de la vitesse d'obturation ou de l'ouverture pour assombrir l'exposition et l'ajustement. dans le DR moindre disponible, et cela entraînerait plus de bruit.
@gman: Concernant l'utilisation d'un filtre ND. Cela réduirait non seulement le niveau de noir, mais aussi toute l'exposition. Si vous n'augmentez pas l'ISO, tout ce qu'un filtre ND servirait à faire est de déplacer votre histogramme vers la gauche, rien de plus. Vous utiliseriez toujours une partie limitée de votre plage dynamique disponible et le contraste serait toujours faible. Cela dépend vraiment de ce que vous voulez faire, mais je suggère d'abord d'essayer la même exposition à un ISO deux arrêts plus élevé. Vous obtiendrez une exposition plus lumineuse, l'histogramme décalé plus à droite, mais il utilisera toujours plus de votre DR. Pour obtenir un résultat idéal directement ...
... de l'appareil photo, vous devrez également réduire l'exposition. Je laisserais tomber l'obturateur d'un arrêt, augmenterais l'ISO de deux arrêts et verrais à quoi cela ressemble. Si vous n'êtes toujours pas satisfait, laissez tomber l'obturateur de deux arrêts, augmentez l'ISO de trois et voyez à quoi ressemblent les choses. À ce stade, peu importe ce que vous faites, vous allez probablement voir une augmentation du bruit, malgré le fait que vous exposez à droite. Si le bruit n'est pas un problème, alors votre GTG, sinon, il vous suffira de corriger l'exposition en post pour obtenir les meilleurs résultats.
@jrista C'est pourquoi mon commentaire incluait la clause * et le niveau d'exposition inférieur résultant utilisé pour prendre la photo *. Il y a des limites au nombre d'arrêts que la plupart des convertisseurs RAW vous permettront d'augmenter / diminuer l'exposition. Et comme le questionneur d'origine semble obsédé par le fait de ne pas "modifier numériquement" l'image, il pourrait bien s'opposer au réglage de l'exposition pendant la conversion RAW.
Désolé, mais je pense que vous manquez le vrai problème du PO. Il a posé des questions sur l'élargissement de la plage, mais son vrai problème est que sa scène avait un décalage significatif sur le niveau de noir. Aucune manipulation de gain, qui est vraiment tout ce que les paramètres ISO et l'exporsure manipulent, ne peut récupérer la plage dynamique perdue à un décalage noir. Cela nécessiterait une * soustraction * à huis clos du niveau de noir mesuré. Je ne connais aucune caméra dotée de cette capacité. En d'autres termes, sans ajustement * offset *, que les caméras n'ont pas, il y aura toujours un espace à gauche de l'histogramme.
@jrista - pouvez-vous fournir des images avec leurs histogrammes pour valider votre réponse? Je suis sur la clôture à ce sujet, mais penché pour être en désaccord. Si vous avez quelques exemples à montrer ici, ils vous aideront. Je l'examinerai plus en détail lorsque je serai absent du bureau et je partagerai mes propres conclusions (à moins que certains exemples ne valident votre réponse).
@Olin: Je comprends de quoi vous parlez ... un décalage de biais. Cependant, c'est un facteur électronique qui est intégré dans la conception du capteur / ADC. Sauf erreur de ma part, le décalage de polarisation est toujours pris en compte dans la lecture du capteur. Comme j'ai compris l'OP, le faible contraste était dû à un mauvais éclairage de la scène et à beaucoup de brume. L'image est telle qu'elle est parce que c'est à quoi elle ressemblait, pas à cause d'un facteur ou d'un défaut de l'appareil photo. Les appareils photo Canon, par exemple, utilisent un décalage de polarisation, mais il ne s'est JAMAIS présenté dans aucun processeur RAW sauf Iris lors du chargement des données RAW directes sans ...
... en appliquant l'étalonnage et le recadrage du point noir nécessaires. Je suppose qu'il est possible que l'OP ait utilisé Iris, mais il a été rendu avec ACR / Lightroom, Aperture, DarkTable, RawThearapy ou quelque chose comme ça, je pense qu'il est très douteux que le problème soit un point noir ignoré. Je pense que le problème est clairement et simplement le fait qu'il y avait une brume importante dans le ciel, sous un puits de lumière sombre et couvert. Il était clairement indiqué que la photo reproduisait ce que le photographe avait vu de ses propres yeux (ce qui ne serait pas vrai si le point noir n'avait pas été réglé correctement.)
Techniquement parlant, non, ma "solution" ne "élargit" pas la plage dynamique, rien ne peut faire cela, sauf les prises de vue bracketing et certains mélanges post-processus de quelque sorte (HDR, EF ou même juste un peu de tonemapping.) penser à «étirer» virtuellement l'histogramme dans l'appareil photo consiste à augmenter l'ISO et à raccourcir le temps d'exposition. Vous n'obtenez pas plus de plage dynamique ... mais vous réduisez la quantité de tons discrets et augmentez ainsi la probabilité que votre photo couvre toute la plage de valeurs ADU discrètes (avec la conséquence supplémentaire du bruit à moins que vous ne soyez d'accord avec ETTR et correction pp.
Qu'entendez-vous par "Lorsque vous augmentez l'ISO, vous devez ajuster votre exposition pour compenser"? J'ai supposé que vous vouliez augmenter la vitesse d'obturation pour compenser, mais lorsque je fais cela, l'histogramme semble pratiquement identique à l'ISO inférieur. Ce que je ne compense pas, en gardant le même f-stop et la même vitesse d'obturation, l'histogramme se déplace vers la droite, élargit la queue des sombres pour la plupart inexistants d'environ 50%, mais n'élargit pas les 99% restants d'une quantité notable.
James Snell
2013-10-13 18:15:38 UTC
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Dans cette situation, vous avez affaire à de la lumière qui est diffusée et c'est ce qui réduit la clarté et la plage dynamique. L'application d'une sélection de type «niveaux» avant la conversion a / n ne vous donnera pas des résultats radicalement différents que l'application de ces mêmes modifications à un fichier brut.

Sans post-traitement pour obtenir la meilleure image possible -appareil photo, vous aurez besoin de regarder les filtres. Plus précisément un filtre polarisant circulaire. Cela s'adapte à l'avant de votre objectif et vous pouvez l'ajuster pour réduire la brume et obtenir plus de plage dynamique de votre scène. Cela ne l'éliminera pas complètement, mais c'est la seule option qui aura un impact sans être quelque chose qui ne pourrait pas être reproduit en post-traitement.

Bien que non spécifique à votre scène de rue, cette image Flickr devrait vous donner une bonne démonstration de la façon dont un polariseur coupe le bruit.

Il existe des filtres «UV / Haze» mais ils ne sont vraiment utiles que pour filmer.

Michael C
2013-10-13 00:09:41 UTC
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Vous auriez beaucoup plus de contrôle sur l'expansion si vous enregistriez l'image en tant que fichier RAW et que vous la faisiez ensuite après avec un convertisseur RAW tel que ceux de Lightroom, Aperture ou le convertisseur RAW propriétaire de votre appareil photo. À huis clos, le mieux que vous puissiez faire est d'augmenter un peu le contraste et peut-être de saturer les couleurs un peu plus que les paramètres par défaut. Une légère sous-exposition peut également aider dans des conditions brumeuses, mais je ne ferais que le faire ceci si je n'avais pas l'intention de traiter le fichier RAW plus tard, car la sous-exposition augmentera également le bruit.

Je pense que je n'ai peut-être pas été clair. J'ai mentionné que j'avais l'image brute. Ce n'est pas ce que je recherche. Je cherche un moyen d'amener la caméra à étendre le signal (ou à interpréter le signal) au niveau analogique, avant de le convertir en numérique.
Vous vous rendez compte que le signal n'est même pas une image jusqu'à ce qu'il soit converti des signaux électriques analogiques de chaque photosite en une matrice de valeurs numériques pour la valeur R, V et B pour chaque pixel? Un fichier RAW est essentiellement un enregistrement numérique des valeurs électriques et doit être converti numériquement avant que les données ne représentent une image, même à distance. Vous pouvez laisser l'appareil photo effectuer cette conversion en fonction d'un profil générique créé pour s'adapter au plus grand nombre de cas d'utilisation potentiels possible, ou vous pouvez créer un profil pour s'adapter aux conditions de votre image avant que les données RAW ne soient converties en fichier image.
Oui, je m'en rends compte. Je me rends également compte qu'il est possible électroniquement d'augmenter et d'étendre les signaux dans le domaine analogique, donc avec le bon circuit, il devrait être possible de décider quelle «plage» de l'analogique je veux convertir en numérique. Peut-être qu'aucune caméra n'est conçue de cette façon, mais c'est pourquoi j'ai posé la question.
Étant donné que l'effet serait exactement le même que l'application de la modification lorsque le signal est converti en numérique, les fabricants n'ont aucun intérêt à inclure une telle fonctionnalité. Augmenter un signal électrique analogique après qu'il se détache du capteur d'un facteur * x * n'est pas différent du changement de la table qui convertit une tension spécifique en une valeur numérique numérique spécifique (ce que fait un changement de réglage ISO). Pour faire ce que vous désirez au niveau analogique lui-même, il faudrait une conception de capteur différente avec une sensibilité de plage dynamique native inférieure, ce qui est exactement le contraire de ce que le marché exige.
redreggae
2013-10-13 04:16:12 UTC
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Vous pouvez tester les différents modes de mesure sur votre appareil photo ou effectuer un bracketing d'exposition. Vous pouvez également essayer un filtre polarisant qui devrait vous donner plus de contraste.

Mais aussi dans Photoshop j'obtiens un bon résultat avec la fonction "Niveaux automatiques":

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Merci pour la réponse, mais comme je l'ai dit, je n'essaye pas de le réparer numériquement. J'essaye de le réparer dans le domaine analogique. J'ajouterai cela à ma question pour clarifier les choses
@gman Je vous ai donné 3 options pour le domaine analogique.
@gman Toute photo prise avec un capteur de motif Bayer standard est «corrigée numériquement» juste pour vous donner une couleur au lieu d'une image monochrome. Si vous ne voulez pas «le réparer numériquement», utilisez un film. Mais vous ne comprenez pas ce que fait le traitement numérique. Il convertit simplement les données RAW du capteur, où chaque pixel est un niveau de luminance de gris filtré par un masque rouge, vert ou bleu. Le dématriçage prend ces données monochromes et interpole les couleurs à partir des différences entre les pixels adjacents en fonction des différences entre les niveaux des pixels filtrés par le vert, par le rouge et par le bleu.
@regreggae, vous avez raison. Pardon. Le bracketing d'exposition ne semble pas être une option car les choses bougent. J'utilisais un polariseur à l'époque. Je ne sais pas comment les modes de mesure aident. Supposons que je suis sur le manuel.
fortran
2013-10-13 18:07:44 UTC
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En général, les caméras ont des paramètres pour étendre la plage dynamique, pas pour la réduire. Mais vous obtenez généralement la plage la moins dynamique avec le réglage ISO le plus élevé de votre appareil photo (ce qui n'est pas utile car vous perdez la profondeur de bits utile en raison du bruit supplémentaire).

Pour ce type d'images, vous avez besoin d'un appareil photo avec une plage dynamique faible et une profondeur de bits élevée pour pouvoir l'étendre en minimisant la perte de détails. Les caméras de format moyen ont généralement une plage dynamique modérée (environ 12,5 EV) et une profondeur de couleur très élevée (environ 25 bits), mais vous connaissez le prix ...

Dans ce cas particulier, vous êtes plutôt confiné à poster -En traitement; peut-être essayer avec un filtre de brume (qui ne fonctionne pas très bien ou pas du tout malgré les affirmations du fabricant).

Si vous pouvez contrôler votre environnement, vous pouvez essayer de bloquer une partie de la lumière et d'utiliser des stroboscopes.

Pour les sujets stationnaires, vous pouvez prendre un tas d'images, puis des résultats moyens pour obtenir le minimum de bruit, puis vous pouvez augmenter le contraste avec peu de perte.

Chaque appareil photo numérique que j'ai vu a la plage dynamique la plus élevée en ISO native. Pour la plupart des caméras, il s'agit du niveau ISO le plus bas ou très proche. À mesure que le niveau ISO augmente, la plage dynamique est réduite car le niveau de blanc est réduit de sorte que la moitié du signal électrique du capteur est interprétée comme une saturation complète pour chaque arrêt de l'ISO augmenté.
doh, tu as raison, je ne sais pas à quoi je pensais ... je vais le réparer
Olly
2013-10-14 00:53:32 UTC
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  • Surexposez l'image, puis tirez-la vers le bas dans la publication.
  • Gardez un œil sur l'histogramme pour savoir que vous ne coupez pas les hautes lumières.
  • Cela réduira le bruit et augmentera les détails capturés dans les ombres.
  • Il semblera plat, augmentez donc à nouveau le contraste au goût.


Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 3.0 sous laquelle il est distribué.
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