Många (flera) pixlar inte alltid bara onödigt

[Photocon]

elbe skrev:
Hej Lennart!

En 10D på 6 Mpix från 2004 är bättre än en "binnad" FZ50 ?? Mpix på från 2006.

Ta hem den här bilden från sidan två i denna tråd och skriv ut bilderna till höger så ser du.

Tack Leif!

Jo, resultatet på utskrifterna blev som jag förväntat och som du sade.

Jag letar efter en D3 bild på 3200 iso tagen i DX-läge (5.1mp) som interpolerats till 10mp körd mot
D200. Vet inte vilken mapp jag lagt bilderna i. Vill minnas att skillnaden på skärmen inte var så väldigt dramatisk. Skulle vilja skriva ut dem.

Nu har ju Jeppe gjort en liknande test i denna tråds början (D3 vs D60). Så för er andra på tråden är det kanske inte så intressant, men för mig är det så eftersom de bilderna aldrig skrevs ut.

DÄREMOT gjorde jag ett basisotest mellan D200 och 1DsMkII förra sommaren. D200-bilden interpolerades till 16,7 mp (ekvivalent med 1DsMkII) och en crop på motsvarande ett A4 skrevs ut. D200:an gjorde inte bort sig. Man fick hålla bilderna ganska nära snoken för att se lite mer dramtiska skillnader.

Tidsaxeln, och denna tråd har väl därmed lärt mig att de små pixlarna är rejält vassa vid god belysning och lägre ison, men att de större fortfarande är att föredra vid högisosituationer och lämnar bättre DR.

Jag skriver "fortfarande" eftersom jag betraktade "större är bättre" som en absolut sanning ganska långt in på tråden. Som situationen är idag anser jag det fortfarande vara sant, men det som väntar bak hörnet verkar vända upp och ned på många föreställningar man har.

Mycket tacksam för denna tråd.

Mvh/Lennart

 

[photodo]

Min binning funkade inte

Nu har jag provbinnat med min Canon 5D. Jag ställde kameran på 1600 och fotograferade några svarta kameraväskor under mitt skrivbord. Manuell inställning och stegvis minskande exponering. Både jpeg och RAW.
Sedan öppnade jag en underexponerad bild i ACR, ökade exponeringen med +1 och öppnade bilden som 16 bit tiff. Slutligen minskade jag bildstorleken till hälften linjärt. Om all teori skulle stämma, skulle jag nu vinna en bit = ett steg i DR. Min förhoppning var att jag skulle kunna gräva fram lite mer mörka detaljer.
Så öppnade jag för jämförelsen en jpeg av bilden som var exponerad ett steg mer. Den har märkbart bättre skuggteckning! Och då talar jag inte om fina detaljer som skulle gå förlorade av nedskalningen av den binnade bilden.
Är det någon som har kommentarer till mitt testförfarande?

 

[joand]

Re: Min binning funkade inte

photodo skrev:
Är det någon som har kommentarer till mitt testförfarande?

Nu är det sent och jag borde redan ligga och sova, men om jag förstår saken rätt så har du skalat ner en en bild och jämfört den med en annan icke nedskalad bild?

Jag tror inte du kan göra så. Rent matematiskt så måste dynamiken öka när du skalar ner bilden eftersom brusgolvet sjunker, men jag tror inte du får fram fler detaljer på det sättet. Det vore som att man skulle se mer bara för att man ställer sig längre bort. Det vore lite för magiskt.

Jag vet ungefär vad du fiskar efter, men just nu kommer jag inte på något bra experiment för att visa det. Kanske när jag har sovit på det.

 

[joand]

Re: Re: Min binning funkade inte

joand skrev:
Rent matematiskt så måste dynamiken öka när du skalar ner bilden eftersom brusgolvet sjunker

Det finns många fallgropar i det här ämnet. Jag måste precisera mig. Dynamiken per pixel ökar när man skalar ner bilden. Däremot tror jag inte att man kan säga att den totala dynamiken i hela bilden ökar. Det är därför man inte ser fler detaljer.

Vill du visa att binning ökar dynamiken så får du göra på något liknande sätt som jag gjorde på sidan 71. I det exemplet skulle man kunna underexponera bilden med fler pixlar två steg. När man sedan skalar ned den bilden till en fjärdedel (linjärt) så bör bruset och detaljnivån bli ungefär likadant som i den andra bilden. Hoppas jag.

Om det nu var något sådant du var ute efter. Jag kan ju ha missförstått.

NU ska jag sova.

 

[photodo]

Re: Re: Re: Min binning funkade inte

joand skrev:
Om det nu var något sådant du var ute efter. Jag kan ju ha missförstått.

Du har inte missförstått och jag är tacksam för dina kommentarer John. Jag har återigen tittat på dina exempel från sid 71. Jag tycker att de är mycket illustrativa när det gäller brusreducering. Däremot visar inte den binnade bilden tecken på bättre återgivning av skuggdetaljer. Om du hade haft en bild tagen med 70 mm som var två steg mer exponerad så är jag övertygad om att den skulle innehålla mer information från skuggorna.
Din binnade bild borde ge två bitar högre sensor-DR. Min binnade bild borde ge en bit högre sensor-DR. Hur bär jag mig åt för att använda dessa extrabitar till att ge mig bättre skuggteckning? Eller har vi en hake här någonstans?

 

[photodo]

Det teoretiska resonemanget längs denna tråd har gått ut på att det är sensorstorleken och inte pixelstorleken som är avgörande. Små pixlar kompenseras av ett större antal. Om vi nu med relevanta bildexperiment kan visa att fler pixlar av samma storlek inte ger användbart utökat sensor-DR, då borde vi även kunna utgå från att många mindre pixlar på samma yta heller inte skulle ge sådana fördelar.

joand skrev:
Dynamiken per pixel ökar när man skalar ner bilden. Däremot tror jag inte att man kan säga att den totala dynamiken i hela bilden ökar. Det är därför man inte ser fler detaljer.

Att dynamiken per pixel ökar är även jag övertygad om. Då måste rimligen även sensor-DR öka. Varför kan vi då inte visa detta i bild?

 

[photodo]

Nu har jag gjort ett experiment liknande det du gjorde John. 75 mm / 300 mm objektiv. samma fotograferingsavstånd och samma bländare. ISO 1600 på kameran. Ur bilden tagen med 75 mm har jag beskurit till det utsnitt som 300 gav. Bilden tagen med 300 mm är nerskalad med faktor 4 för att bli lika liten som den beskurna.
Man ser tydligt att 75 mm objektivet endast är utnyttjat 1/16 av 300 mm (1/4 linjärt) och tappar mycket i detaljåtergivning. Om vi hade haft en sensor med 16 ggr fler pixlar på samma yta så hade denna skillnad inte funnits.
Slutsats: Bruset reduceras dramatiskt. Öppna bilden i PS och dra i levels så ser man det ännu tydligare. Skuggteckningen har förbättrats, men endast marginellt. Enligt min bedömning helt klart mindre än ett steg, kanske 0,5 steg. Vi har alltså förlorat 1,5 steg.

 

[photodo]

Samma bilder men denna gång körda genom ACR och +1 i exponering. Jag upplever ungefär samma skillnad som när man plåtade med Tri-X småbild och Tri-X 9x12. Renare, mindre brusigt och mer detaljerat. Men inte särskilt mycket mer skuggdetaljer.

 

[photodo]

Notera att den vänstra binnade bilden inte belastats med sämre fillfactor som förmodligen varit fallet om vi hade plockat in 16 ggr fler pixlar samma yta.

 

[joand]

photodo skrev:
Att dynamiken per pixel ökar är även jag övertygad om. Då måste rimligen även sensor-DR öka. Varför kan vi då inte visa detta i bild?

Nej, om dynamiken per pixel dubbleras men antalet pixlar i bilden minskar med en faktor fyra så blir bildens totala dr oförändrad.

Nu har jag också suttit hela förmiddagen och experimenterat. Det är inte så enkelt. När jag exponeringskompenserar en underexponerad bild i RAW-programmet så får jag t.ex. ett rödskift jämfört med den icke-underexponerade bilden som jag inte vet var det kommer ifrån. Det tyder på att det finns faktorer som inte är under kontroll. Hur som helst så ser resultatet ut så här:

http://www.lysator.liu.se/~john/ex1.jpg
http://www.lysator.liu.se/~john/ex2.jpg
http://www.lysator.liu.se/~john/ex3.jpg

Bild 1 är underexponerad två steg och nedskalad linjärt en faktor två.

Bild 2 är varken underexponerad eller nedskalad. Bild 1 och bild 2 borde alltså ha samma dynamik.

Bild 3 är inte underexponerad men nedskalad en faktor två. Denna bild borde ha två exponeringsstegs högre dynamik än de två andra.

Att bild 3 har högre dynamik än de två andra tycker jag nog man kan säga, men bild 1 och 2 har inte samma dynamik. Bild 2 ligger någonstans mitt emellan 1 och 3. Vad det beror på vet jag inte.

Som sagt finns det bevisligen faktorer här som inte är under kontroll. Jag har gjort bilderna svartvita för att ta bort det störande färgskiftet. Jag har också varit tvungen att använda levels för att få svartnivåerna likadana i bilderna. Det blir svårt att jämföra skuggorna annars när de ser så olika ut. Det här är nog tyvärr så långt jag kommer.

 

[photodo]

joand skrev:
Nej, om dynamiken per pixel dubbleras men antalet pixlar i bilden minskar med en faktor fyra så blir bildens totala dr oförändrad.

Visst är det väl så att om vi har en yta med 4 ggr fler pixlar (2 ggr linjärt) så ökar dynamiken med en bit per pixel.
Antag att vi har en sensor på 2k x 2k (=4 MP). Vi tar en bild av vårt testmotiv. Sedan byter vi brännvidd till något som är hälften så långt och tar en ny bild. Vi beskär den andra bilden så att vi får samma utsnitt som i den första. Den andra bilden är nu på 1 MP. Slutligen drar vi ner den första bilden med faktor två linjärt och vinner då en bit. Vi har reducerat pixelmängden och vunnit dynamik. Så som jag utnyttjar sensorytan till första bilden borde jag väl ha vunnit ett steg i sensor-DR.

 

[joand]

photodo skrev:
Visst är det väl så att om vi har en yta med 4 ggr fler pixlar (2 ggr linjärt) så ökar dynamiken med en bit per pixel.
Antag att vi har en sensor på 2k x 2k (=4 MP). Vi tar en bild av vårt testmotiv. Sedan byter vi brännvidd till något som är hälften så långt och tar en ny bild. Vi beskär den andra bilden så att vi får samma utsnitt som i den första. Den andra bilden är nu på 1 MP. Slutligen drar vi ner den första bilden med faktor två linjärt och vinner då en bit. Vi har reducerat pixelmängden och vunnit dynamik. Så som jag utnyttjar sensorytan till första bilden borde jag väl ha vunnit ett steg i sensor-DR.

Ja, vi är nog överens tror jag. Jag kanske missförstod tidigare.

Angående det du sade tidigare: "Bruset reduceras dramatiskt. Öppna bilden i PS och dra i levels så ser man det ännu tydligare. Skuggteckningen har förbättrats, men endast marginellt. Enligt min bedömning helt klart mindre än ett steg,"

Jag har legat ute på gräsmattan i två timmar och har haft tid att fundera. Även om jag har de teoretiska grundkunskaperna så är det inte alltid så lätt att greppa intiutivt.

Vi måste komma ihåg vad dynamik i det här sammanhanget är för något. Det är när detaljer försvinner i brusgolvet, och detta är helt beroende på storleken på de detaljer man observerar. Små detaljer försvinner först. Ju mer bruset ökar desto större detaljer försvinner. Bruset i ditt exempel är ju helt tydligt påverkat av nedskalningen. Om du inte ser någon skillnad i dynamik så beror det bara på att bilden inte har tillräckligt små detaljer för att det skall märkas. Detta är också anledningen till att en bild som är nedskalad i Photoshop har samma total dynamik som originalbilden. Bruset har minskat, men detaljerna har samtidigt blivit mindre.

En bra testbild skall alltså ha små detaljer av varierande storlek och liten kontrastskillnad. Av en slump finns det lite av det i min testbild, men det var inte medvetet. Dessutom måste man underexponera kraftigt så att man ser brusgolvet tydligt.

När det gäller mina exempel så har jag funderat på varför det är större skillnad mellan bild 1 och bild 2 än det borde vara. En förutsättning för att mitt exempel skall fungera är att signalnivån i bilderna är linjär mot exponeringen.

Nu råkar det vara så att Nikon tydligen av någon anledning klipper skuggorna i rådatat. Det är alltså inte rådata från sensorn man får, utan de har subtraherat en konstant från detta värde. Detta skulle kunna vara en del av förklaringen. Jag vet att astrofotografer retar sig på detta, eftersom det gör det svårare att stacka bilder och få fram detaljer. Canon gör inte så. Tyvärr har jag ingen Canon att testa med.

 

[ibbe76]

läste detta häromdagen om det har något som hör till.
http://astrosurf.com/buil/nikon_test/test.htm

 

[photodo]

joand skrev:
Vi måste komma ihåg vad dynamik i det här sammanhanget är för något. Det är när detaljer försvinner i brusgolvet, och detta är helt beroende på storleken på de detaljer man observerar. Små detaljer försvinner först. Ju mer bruset ökar desto större detaljer försvinner. Bruset i ditt exempel är ju helt tydligt påverkat av nedskalningen. Om du inte ser någon skillnad i dynamik så beror det bara på att bilden inte har tillräckligt små detaljer för att det skall märkas. Detta är också anledningen till att en bild som är nedskalad i Photoshop har samma total dynamik som originalbilden. Bruset har minskat, men detaljerna har samtidigt blivit mindre.

Jag tror att du blandar ihop två saker här. Sett i ett större dynamiskt perspektiv (10-12 steg) så är brusgolvet mycket tunt. De fina detaljer du talar om som försvinner i bruset har egentligen inte med dynamiken att göra. När vi mäter upp den verkliga dynamiken använder vi betydligt grövre motivdetaljer, exempelvis ett gråkort som exponeras i olika steg.

Jag tror inte att det går att utöka sensor-DR genom att binna i PS. Vi kan reducera brus, men inte vinna DR, något som våra bildexempel visat. Eller som du själv uttryckte det för ett dygn sedan: "Det vore som att man skulle se mer bara för att man ställer sig längre bort. Det vore lite för magiskt."
Däremot tror jag att det skulle kunna fungera med analog binning innan ADC och motsvarande förstärkning. Jag är övertygad om att det krävs en avancerad dedicerad kamera för att klara detta.
Tills vi har denna kamera så regerar de större pixlarna tacka vare sin överlägsna DR. Oavsett sensorstorlek.

 

[photodo]

Ytterligare en kommentar till bestämning av sensor-DR och därmed ISO speed. Det är väldigt enkelt att bestämma en negativ films känslighet enligt ISO: den exponering som ger 0,10 i density över bas+slöja vid en definierad framkallad kontrast. Att göra motsvarande sak med digitalkameror är inte lika enkelt även om det är ISO:s intention att det skall vara likvärdigt. Eftersom det är brusgolvet som sätter gränsen, skulle kameror med aggressiv förstörande brusreducering gynnas i form av högre "användbart" ISO-tal. Därför lämnar man i ISO 12232 inga rekommendationer för hur man bestämmer noise-based ISO speed för digitalkameror med brusreducering. Det blir då upp till var och en att avgöra vad som är acceptabelt i form av högsta användbara ISO för dessa kameror. Med vissa kameror försvinner fina motivdetaljer i bruset, med andra försvinner de i brusreduceringen.

 

[macrobild]

'Don't take anything away that we already have,' particularly in terms of dynamic range."
"Dynamic range is essentially signal-to-noise ratio, which is just signal divided by noise." the company said: "Going to a smaller pixel you get less signal so, to retain dynamic range, we need to drop noise."

är vi då tillbaka till vad kodak skriver om sin nya 50 mpixel sensor

 

[joand]

photodo skrev:
Jag tror att du blandar ihop två saker här. Sett i ett större dynamiskt perspektiv (10-12 steg) så är brusgolvet mycket tunt. De fina detaljer du talar om som försvinner i bruset har egentligen inte med dynamiken att göra. När vi mäter upp den verkliga dynamiken använder vi betydligt grövre motivdetaljer, exempelvis ett gråkort som exponeras i olika steg.

Vad är det i så fall som begränsar dynamiken för dessa grövre motivdetaljer, under förutsättning att vi pratar om sensorer (inte film)? Den enda möjligheten jag kan se för att detta skall kunna inträffa är att sensorn, eller något efter sensorn, inte beter sig linjärt, dvs när ljuset minskar med hälften så är utsignalen oförändrad. Var sker denna tröskling?

 

[photodo]

macrobild skrev:
'Don't take anything away that we already have,' particularly in terms of dynamic range."
"Dynamic range is essentially signal-to-noise ratio, which is just signal divided by noise." the company said: "Going to a smaller pixel you get less signal so, to retain dynamic range, we need to drop noise."

är vi då tillbaka till vad kodak skriver om sin nya 50 mpixel sensor

Nu blandar du ihop två olika resonemang. Kodak är ute efter DR och upplösning. Kärnfrågan i denna tråd är om man kan ersätta en stor pixels höga DR med fyra små pixlars begränsade DR.

 

[macrobild]

photodo skrev:
Nu blandar du ihop två olika resonemang. Kodak är ute efter DR och upplösning. Kärnfrågan i denna tråd är om man kan ersätta en stor pixels höga DR med fyra små pixlars begränsade DR.

du missuppfattar vad jag menar, antag att nya bakstycket hade samma egenskaper som det äldre 39mpixel bakstycket, med resonemanget att egenskaper är desamma så har ändå det nya 50 Mpixelbakstycket samma DR egenskaper men med fler pixlar. (enligt sheehy mfl)

 

[joand]

Frågan är alltså: Med små pixlar med mycket brus och lite signal, går det att öka dynamiken med medelvärdesbildning t.ex. i Photoshop?

Jag har tagit en bild mot ett skåp innehållande svart fotoutrustning med tiden 1/1000, bländare 8 och ISO 1600. Underexponeringen är ca 7.5 steg.

Så här ser det ut:
http://www.lysator.liu.se/~john/dr1.jpg
Denna bild är exponeringskompenserad +2 steg i raw-programmet.

Så här ser det ut efter ytterligare justering av nivåerna i Photoshop:
http://www.lysator.liu.se/~john/dr2.jpg

En delförstoring av en detalj i 100% skala:
http://www.lysator.liu.se/~john/dr3.jpg

Sedan tog jag 900 bilder (vad gör man inte för vetenskapen). Medelvärdesbildning av dessa skall teoretiskt motsvara en förbättring av dynamiken med ca 5.5 exponeringssteg. Det fattas alltså ändå två steg upp till 7.5. Det skulle ha behövts omkring 4000 bilder, men det finns gränser för vad jag gör.

Så här blev resultatet efter medelvärdesbildningen:
http://www.lysator.liu.se/~john/dr4.jpg

Inte så illa eller hur? Detta skall alltså teoretiskt motsvara en bild tagen med ISO 1600 underexponerad två steg. Det ser väl inte så osannolikt ut.

Ett problem med att medelvärdesbilda samma pixel flera gånger som jag gjort här istället för att medelvärdesbilda flera intilliggande pixlar som man gör vid vanlig binning eller skalning är att konstanta fel i pixlarna förstärks. Det kan i bilden ovan ses som linjer och lysande pixlar.

Jag drar alltså slutsatsen att det är bruset som begränsar dynamiken, och att medelvärdesbildning (t.ex. binning) av pixlar fungerar för att minska bruset och öka dynamiken.