Kompaktes (USB?) Spektrometer gesucht

[mhaardt]

Kurt: Das Photonenrauschen ist die Wurzel der Photonen bzw. Elektronen.  Wenn Du also 10000 Elektronen in einem Pixel hast, liegt die Standardabweichung bei 100 und damit bei 1%.  Wenn Du nur 400 Elektronen hast, ist das Rauschen bei 20 Elektronen und damit bei 5%.  Wenn man die Wurzel der Helligkeit speichert, dann bekommt man in weniger Speicherplatz eine Information, die im gesamten Helligkeitsbereich das gleiche SNR hat.  Die Gammakodierung ist die Wurzel, nur gerne als hoch 0.5 geschrieben, weil der Rückweg zu linear dann hoch 2 ist.  Monitore und Fernseher machen diesen Rückweg.

Mathematiker mal weghören: Wurzel und Logarithmus sind in einem gewissen Bereich ganz ähnlich, denn beide wachsen zunehmend langsamer als linear.  Menschen können darum das absolut gesehen erheblich höhere Photonenrauschen bei großer Helligkeit nicht sehen. Dafür spart man auf dem Sehnerv erheblich Bandbreite, was die Verarbeitung im Gehirn freut, und wer nicht gerade Photometrie macht, wird nichts vermissen.

Nun sehen Menschen nicht streng logarithmisch, also gibt es bessere Dynamikkompressionsverfahren wie BT.709, die erst etwas linear sind und dann in Gammakodierung übergehen.  Fast alle Bildformate gehen von gammakodierten bzw. BT.709-kodierten Helligkeitswerten aus, d.h. 255 ist NICHT doppelt so hell wie 128, sondern viel mehr.  Wir sehen das nur so.

Anschaulich kann man es sich so merken: Was für Menschen additive Stufen der Helligkeit sind, sind in Wahrheit Faktoren.

In einem Spektrometer braucht man die linearen Helligkeitswerte, wie der Sensor sie misst.  Spekulation: Wenn man nun aber ein billiges USB-Kameramodul einbaut, was nur kodierte Werte rausrückt, weil man sich das Geld für ein kleines Extrafeature sparte, um raw Werte zu bekommen, dann versteht der User die Welt nicht mehr.  Wer sowas macht, der kauft das Modul evtl. gleich mit Optik und dazu gehört dann eine Vignettierungskorrektur im Postprocessing, die die Helligkeit ortsabhängig nochmal verändert und damit versteht man es noch weniger.

Alles, was man jetzt noch braucht, ist eine fehlerhafte Belichtungseinstellung, was leider nicht so selten ist.  UVC (der USB Kamerastandard) gibt die Belichtungszeit nämlich in Schritten von 100 us an, was oft nicht reicht, also sind viele Anbieter gezwungen, sich selbst eine neue Interpretation der Werte zu suchen.  Wieder steht der User staunend vor dem Murks.

Letztlich sind das alles Softwareprobleme.  Ich habe ein Kameramodul, wo der Anbieter nur die Beispielapplikation des SDKs vom Hersteller des Bridgechips für USB benutzte, die erfreulicherweise zum Debugging den Zugriff auf die Register von Bridge und Sensor erlaubt.  Damit kann man das billige kleine Mistding in eine hochwertige Farbkamera verwandeln und bekommt erheblich bessere Bilder.

Irgendwie muss ich schon wieder an Heisskleber denken. :-)

Michael

[Stuessi]

Beim TIF und JPG Format besitzt der Bereich der

Hallo Kurt,

Du meinst sicher TIFF aus einer Kamera?!

Wenn ich aus RAW nach TIFF exportiere, dann ist zwischen RAW und TIFF kein Unterschied, wohl aber zwischen TIFF und JPEG.

Hier ein extrem unterbelichtetes Bild:


JPEG:



RAW->TIFF:








Gruß,
Rolf

[Kurt Wirz]

Hallo Rolf

Ich speichere meine Bilder in der Nikon D810 im RAW Format mit 14Bit Farbtiefe ab.
Dann werden die RAW Dateien (bei Nikon mit dem Suffix .NEF) auf den Computer übertragen und mit Camera Raw von Photoshop vorbearbeitet und im 16Bit TIF Format auf dem Computer abgespeichert.
Die weitere Bearbeitung bis zum fertigen Bild, auch die Verkleinerung für Internetbilder und eventuell nötiger Nachbearbeitung der kleineren Bilder mache ich ebenfalls im 16 Bit TIF Format. Erst wenn alles fertig ist, werden die Bilder für das Internet in das JPG Format umgewandelt.
Bin ich mit dem JPG Ergebnis nicht zufrieden, wird die verkleinerte 16Bit TIF Format Bilddatei entsprechend bearbeitet und erneut wieder in das JPG Format umgewandelt, bis ich mit der JPG Datei zufrieden bin.
Dateien im JPG Format bearbeite ich nie!
Das 16 Bit TIF Format hat den Vorteil, dass man die Bilddatei stärker bearbeiten kann, z.B. dunkle Stellen aufhellen, bevor Artefakte auftreten.
Fotografiert im 14 Bit RAW Format und in das 16 Bit TIF Format umgewandelt, besitzt einen höheren Kontrastumfang und viel mehr Tonwertstufen, dies vor allem auch in den Tiefen.
Um dies anschaulich zu sehen, kannst du folgende 16 Bit TIF Datei herunterladen:
www.kurtwirz.ch/Test.tif
Das Bild ist sehr dunkel, man erkennt fast nichts. Dann hellst du das Bild um 6 Blenden auf und erkennst den Kopf der einheimischen Skorpionsfliege in guter Qualität.
Betrachtest du das Histogramm, erkennst du, dass es trotz starker Aufhellung keine Tonwertabrisse besitzt.
Die verwendete Software muss natürlich 16 Bit tauglich sein!
Solche Spielereien und Freiheit in der Bearbeitung, sind mit dem 8 Bit JPG und 8 Bit TIF Format nicht möglich.
Speichere das aufgehellte 16 Bit TIF Bild im JPG Format ab.
Dunkle das JPG Bild um sechs Blenden ab, speichere das dunkle JPG Bild ab.
Öffne das dunkle JPG Bild und helle es um 6 Blenden auf und betrachte auch das Histogramm.
Pop Art hat auch seinen Reitz. 

Kurt

[Holger Adelmann]

Nachdem dieser Riesenthread nunmehr Richtung RAW und JPEG wegdriftet habe ich ihn geschlossen.
In solch langen threads wird es ohnehin schwierig, konkrete Informationen noch zu finden.

Ich danke allen für die rege Beteiligung - ich selbst habe viel über Spektrometer von euch gelernt.
Bei Bedarf wie z. B. RAW / JPEG Fragen oder weiteren gezielten Topics zu Spektrometern bitte einfach einen neuen Thread starten.

Viele Grüße zum Jahreswechsel von Holger