Dynamikumfang von Digitalkameras

[micropol]

Hallo Zusammen !

Zur Zeit habe ich für meine Fotoaufnahmen im Poldurchlicht von krist. chem. Substanzen die Canon 6D (VF) und 80D (APS-C)

im Einsatz. Der Dynamikumfang könnte noch ein bisschen besser sein ( "Jammern" auf hohem Niveau).Sind euch vor

allem im praktischen Einsatz Modelle bekannt (Spiegelreflex und -lose) mit wesentlich besserem Dynamikumfang ? Danke.

Grüße Hermann

[smashIt]

DXO testet sowas:
https://www.dxomark.com/Cameras/

die werte unter "Landscape" sind der dynamikumfang in blendenstufen.
die Canon EOS 6D kommt da auf 12,1
https://www.dxomark.com/Cameras/Canon/EOS-6D

die Nikon D850 auf 14,8
https://www.dxomark.com/Cameras/Nikon/D850

[Nochnmikroskop]

Hallo Hermann,

eine andere Seite mit Testdaten wäre bei https://www.fotohits.de/bestenliste/
Da werden andere Testkriterien dargestellt, entsprechend variieren auch die Daten des Dynamikumfanges.

Für Aufnahmen mit viel Dynamikumfang verwende ich die Belichtungsreihe, bei den Spiegellosen Kameras verwackelt da nix und es geht sehr schnell. Alternativ gibt es meist auch eine HDR Funktion. Die Bilder können dann schon in der Kamera "zusammengebaut" abgespeichert werden. Meist aber nur als JPG.

Etwas herausholen, bzw. an die Testwerte herankommen kann man wohl nur mit dem richtigen Licht. M.M.n. ist da Blitzlicht, oder LED Licht von Vorteil und zwar Tageslicht (ca. 5500K bis 6500K).

LG Frank

[momotaro]

Hallo Hermann,

für meine Axiocam 208 color gibt es halt leider keine Angabe zum Dynamikumfang.

LG Helmut

[Nochnmikroskop]

Hallo,

bei
https://www.dpreview.com/reviews/image-comparison/fullscreen?attr18=daylight&attr13_0=canon_eos6d&attr13_1=canon_eos80d&attr13_2=nikon_d850&attr13_3=pentax_k1&attr15_0=raw&attr15_1=raw&attr15_2=raw&attr15_3=raw&attr16_0=200&attr16_1=200&attr16_2=200&attr16_3=200&attr126_3=1&normalization=full&widget=1&x=-0.1113483106075171&y=-0.9811154337759135
kann man jeweils 4 Kameras anhand eines Testbildes direkt vergleichen.
Ist nicht nur für Farbwiedergabe und Auflösung, sondern auch, in dunklen Bereichen wie beispielsweise den Weinflaschen, für Dynamikumfang Vergleich interessant. Vergleich von RAW / JPG und auch ISO-Verhalten sind auch interessant.

Die genannten Kameras habe ich mal vorkonfiguriert, verglichen mit der Pentax K1 VF. Die Nikon schneidet natürlich gut dabei ab. 

LG Frank

[momotaro]

Dear All.

https://www.cambridgeincolour.com/tutorials/dynamic-range.htm

BIT DEPTH & MEASURING DYNAMIC RANGE

Even if one's digital camera could capture a vast dynamic range, the precision at which light measurements are translated into digital values may limit usable dynamic range. The workhorse which translates these continuous measurements into discrete numerical values is called the analog to digital (A/D) converter. The accuracy of an A/D converter can be described in terms of bits of precision, similar to bit depth in digital images, although care should be taken that these concepts are not used interchangeably. The A/D converter is what creates values for the digital camera's RAW file format.

Bit Precision
of Analog/Digital Converter   Contrast Ratio   Dynamic Range
f-stops   Density
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
Note: Above values are for A/D converter precision only, and should not be used to interpret results for 8 and 16-bit image files. Furthermore, values shown are a theoretical maximum, assuming noise is not limiting, and this applies only to linear A/D converters.
As an example, 10-bits of tonal precision translates into a possible brightness range of 0-1023 (since 210 = 1024 levels). Assuming that each A/D converter number is proportional to actual image brightness (meaning twice the pixel value represents twice the brightness), 10-bits of precision can only encode a contrast ratio of 1024:1.

Most digital cameras use a 10 to 14-bit A/D converter, and so their theoretical maximum dynamic range is 10-14 stops. However, this high bit depth only helps minimize image posterization since total dynamic range is usually limited by noise levels. Similar to how a high bit depth image does not necessarily mean that image contains more colors, if a digital camera has a high precision A/D converter it does not necessarily mean it can record a greater dynamic range. In effect, dynamic range can be thought of as the height of a staircase whereas bit depth can be thought of as the number of steps. In practice, the dynamic range of a digital camera does not even approach the A/D converter's theoretical maximum; 8-12 stops is generally all one can expect from the camera.

[Aljoscha]

Hallo Hermann,

Die 6D ist nicht gerade ein Dynamik-Wunder. Die 80D ist da etwas besser, wird aber von aktuellen Spiegellosen geschlagen. Bei einer spiegellosen Canon R6 oder R7 hast Du einen deutlichen Gewinn an Dynamik. Auch aktuellere Kameras von Sony und Nikon bieten mehr, als Du derzeit hast.

Da ist also noch was drin. Wunder solltest Du nicht erwarten. Mehr als 1 oder 1,5 Blenden wird Du nicht gewinnen.

Viele Grüße

Alexander

[momotaro]

Dear All,

zum Austoben:
Photons to Photos
https://www.photonstophotos.net/index.htm
Photographic Dynamic Range Chart (2023-02-27)


LG Helmut

[mhaardt]

Der reine Dynamikumfang ist für Einzelbilder nur begrenzt sinnvoll. Ein niedriges Ausleserauschen lässt zwar mehr Dynamikumfang zu, aber das SNR wird durch das Photonenrauschen in den dunklen Bereichen grauenhaft schlecht. Wenn man aber sowieso schon eine Bildserie macht, um ein besseres SNR zu bekommen, dann kann man auch eine Belichtungsreihe machen und damit ist der Dynamikumfang der Kamera in dieser Anwendung egal, weil man sich aussuchen kann, wieviel man braucht.

Michael

[Rawfoto]

Guten Morgen

Der Dynamikumfang ist eine Zahl, die für sich noch nicht viel aussagt, vielmehr ist es doch wichtig wie viel dessen steht mir in den Bilddaten unmittelbar zur Verfügung. Warum, weil nur ein Teil dort zur Verfügung steht. Ein Teil wird ja auch für die Möglichkeit der ISO Verstellbarkeit verwendet. Wenn aber jetzt eine höhere ISO Einstellung verwendet wird sinkt der im Bild zur Verfügung stehende Dynamikumfang weiter ...

Wenn man sich die Frage stellt wie viel mir real zur Verfügung steht muss ich die Testkriterien genau definieren und es gibt Test-Targets die dann bei der Messung helfen. Die Hersteller lassen sich über die Aufteilung ISO zu Bilddaten nicht aus, Betriebsgeheimnis.

Bei Sensornennempfindlichkeit sind, Modellabhängig 7 bis 8 Lichtwerte Dynamikumfang für die RAW Bilddaten da, der Rest geht in Richtung ISO.

Bei der genannten Nikon 850 bleiben für die Bilddaten bei Sensornennempfindlichkeit theoretisch 8 LW über, mit Testtarget ermittelt geringfügig weniger. Wird jetzt die ISO auf 800 erhöht ist man in den Bilddaten schon auf geringfügig unter 7 LW, bei ISO 1600 auf kleiner 6,5 LW.

Die Grenze verändert sich also deutlich ...

Bei der Konstruktion wird also entschieden wo das Einsatzgebiet des Modells liegt, z.B. Sportfotografie, kleinerer Dynamikumfang bei Nennempfindlichkeit, dafür geringerer Abfall der Dynamikumfangs bei Einsatz höherer ISO Einstellung ...

Welche Verschlusszeit bei einer Anwendung zur Verfügung steht ist von der Mikroskopbeleuchtung und den Beleuchtungsverfahren abhängig, z.B.Dunkelfeld, DIC, UV Anregung

Und natürlich davon ob sich das Objekt bewegt oder wie bei einem Pflanzenschnitt unbewegt ist ...

Erst nach diesen Überlegungen kann entschieden werden welches Kameramodell mir einen Vorteil verschafft👍
Liebe Grüße

Gerhard

Ps: das Auto mit 300 und 100 PS ...

[mhaardt]

Der Dynamikumfang hängt in der Tat von ISO/Gain ab, aber die Sache ist bei modernen Sensoren nicht mehr so einfach wie früher. Grundsätzlich ist der Dynamikumfang definiert als der mögliche Bereich geteilt durch das Ausleserauschen, beides linear gemessen. Früher hat ISO das Ausleserauschen mit verstärkt, heute ist das nicht mehr unbedingt so. Die Sache ist allerdings kein Geheimnis und auch nicht schwer selbst zu messen, wenn man keine Kamera hat, wo man sich die Daten einfach z.B. von dxomark besorgen kann.

Hier ein Beispiel der inzwischen veralteten Canon 60D: http://www.astrosurf.com/comolli/strum39.htm

Da ist es noch so, dass ISO 100 den höchsten Dynamikumfang hat, aber man sieht schon, dass das Rauschen bei mehr ISO sinkt, allerdings noch nicht so, dass die Kamera ISO-invariant wäre.

Dennoch muss man sich klarmachen, wie schlecht das SNR durch das Photonenrauschen im dunklen Bereich wird, und das ist bei jeder Kamera so. Wenn man ein gutes Bild bekommen will, muss man hier mit mehr Integration nachhelfen und wie ich schon sagte, kann man auch über Belichtungsreihen integrieren, und kriegt damit jeden Dynamikumfang, den man haben will.

Michael

[Rawfoto]

Hallo Michael
Mir ist die HDR Technik durchaus bewusst, aber, ich hätte in über 30 Jahren Mikrofotografie noch keinen einzigen Anwendungsfall gefunden. Bei Dauerpräparaten liegt der Kontrastumfang bei Max 7LW und überall wo lebend fotografiert wird vollkommen unbrauchbar. Das funktioniert ja bei Bewegung nicht.

Bei Nachtaufnahmen, in der Schmuck- oder in der Astro- mit Nachführung eine Super Sache, in der Mikrofotografie eher nicht?

Übrigens, die Nikon Z9 oder Hasselblad X2D haben die Dynamikverluste bei hoher ISO immer noch, das sind doch neueste Modelle der Profiklasse ...

Ist aber kein Problem und aus meiner Sicht überbewertet, für den Profi hat die Durchlicht- Lichtwerbung den höchste Kontrastumfang von 6 LW, der Offsetdruck ist bei lackierter Oberfläche bei 4LW ...

Liebe Grüße

Gerhard

[mhaardt]

Ich verstand Dich so, als ob heutige Kameras nicht mehr könnten, Du aber mehr wolltest. In der Tat gibt es wenige Szenerien, wo man richtig viel Dynamikumfang braucht.

Mit Pol-Durchlicht von Kristallen habe ich keine Erfahrung, aber wenn man da mehr braucht, wäre HDR die Lösung.

Michael

[TStein]

Hallo in die Runde,

es wurde zwar schon einiges bezügllich Dynamikumpfang gesagt, aber es gibt meiner Ansicht nach noch ein paar Details, welche doch ziemlich wichtig sind. Den eigentlichen Dynamikumpfang kann man auf zwei verschiedene Arten definieren, einmal den generischen DR des Sensors. Dieser ist davon abhängig, wieviele Elektronen der Einzel-Pixel maximal aufnehmen kann (die sogenannte FullWell Capacitance) und wie hoch das minimal erreichbare Ausleserauschen ist. Da erreichen die besten Sensoren eine FWC von  50-100ke-, und 1,5-2e- (rms) Ausleserauschen. Dh. der Sensor DR ist teilweise bei 10000 und bis zu 50000 bei den allerbesten Sensoren. Dh. man könnte prinzipiell fast 16bit erreichen.
Das ist aber leider nur die halbe Wahrheit, die Elektronik macht unter Umständen einen dicken Strich durch die Rechnung.
Die zweite Definition des DR wird auch IntraScene-DR bezeichnet, also wieviel DR im Einzelbild zu erreichen ist. Hier trennt sich nämlich die Spreu vom Weizen. Das niedrigste Ausleserauschen ließ sich bis zur Entwicklung der neuesten Sensorgenerationen (siehe auch COLUMN-ADC) nicht gleichzeitig mit einer maximalen FWC erreichen.
Dh. hohes ISO = niedriges Ausleserauschen, aber kleine FWC oder aber niedrige ISO = hohe FWC aber leider bei hohem Ausleserauschen. Im realen Bild kommen egal was man macht nur ungefähr 10bit an.
Wer sich näher damit beschäftigen will, kurzum die vielen Pixel des Sensors werden bei den alten Sensortechnologien (hauptsächlich hängt dort Canon hinterher) mit wenigen externen, aber mit vielen MHz laufenden Analog-Digital-Wandlern (ADCs) ausgelesen. Diese erreichen aber nur die besagten 10-12bit, eben weil sie so schnell auslesen müssen. Selbst wenn sie als 12bit oder14bit deklariert sind, erreichen sie nur eine begrenzte Genauigkeit, siehe auch ENOB (effective number of bits).   
Die neusten Senorgenerationen (hauptsächlich von SONY) funktionieren aber mit sogenannten Spalten-Analog-Digitalwandlern (Column-ADCs), welche direkt auf dem Sensor integriert sind. Dh. der Sensor hat aufgrund sehr moderner Fertigungstechniken tausende ADCs, welche sehr gemütlich und langsam die Pixel jeweils immer nur einer Spalte auslesen müssen. Sie erreichen daher eine viel höhere Auflösung, mit teilweise echten 16Bit, ohne das man Abstriche bei der Geschwindigkeit machen müsste.
Dh. im Einzelbild landet der komplette DR des Sensors, ohne Abstriche. Siehe auch ISO-Invarianz. Leider ist dann aber auch das RAW-Format Pflicht, wer in JPG aufnimmt, hat eh nur 8-bit pro Farbe zur Verfügung. Deshalb sind hier siet einigen Jahren NIKON, SONY und Pentax obenauf, da diese alle moderne Sony-Sensoren (teilweise auch gute von Panasonic) einbauen. Canon hat schon immer eigene Sensoren gefertigt, aber gegen die Handykamera-Fertigungsplatzhirsche mir Milliardenkapazitäten stinken sie leider immer mehr ab. 
Aber selbst das ist leider nur die eine Hälfte der Medaille. Wie der Michael schon geschrieben hat, die Bildinformation und die Bildqualität hängt eigentlich hauptsächlich vom Signal zu Rauschabstand (SNR) ab, dieser beinhaltet aber zusätzlich das Schrotrauschen, also das grundlegene Rauschen des Lichts, da dieses als Lichtquanten ankommt. Kurzum, wenn 10000 Lichtquanten auf dem Pixel landen, ist ein nicht zu umgehendes Rauschen von sqrt(10000)=100 zu erwarten. Also das Licht schwankt um 100 Photonen (rms), also etwa 1%. Bei niedrigen 10 Photonen rauschts um sqrt(10) also etwa 3Photonen (rms). Also schon sehr deutlich mit 30%. Dieses Rauschen ist prinzipiell nicht zu vermeiden, aber die sogenannte Quanteneffizienz (QE) des Sensors (wie wahrscheinlich die Photonen in Elektronen umgewandelt werden) ist hier von Bedeutung. Hier sollte die QE möglichst nahe 100% betragen.
Dh eine gute DR ist nicht alles, aber doch eine wichtige Voraussetzung für ein gutes Bild.
Vllt. noch eine Bemerkung zur Anwendung. Im klassischen Durchlicht usw für transparente Tümplerproben ists ziemlich egal, wurde ja schon geschrieben. Bei Auflicht, Polarisation und Fluoreszenz ists dagegen schon sehr schön, einen guten DR zu haben, da sind nämlich sehr große Helligkeitsunterschiede eher die Regel. Siehe bspw. hier: https://www.mikroskopie-forum.de/index.php?topic=45776.0
Vg Tino             

[mhaardt]

Der Dynamikumfang muss natürlich immer für eine bestimmte ISO/Gain-Einstellung bestimmt werden und wird normalerweise auch so angegeben. Ich sah noch nie, dass man z.B. full well für ISO 100 und das Rauschen für ISO 3200 miteinander verrechnet.

Möglichst viel QE ist aus Sicht des Dynamikumfangs wünschenswert, aber aus Sicht der Auflösung nicht unbedingt. Man kann mit Mikrolinsen die effektive Pixelfläche sehr steigern, aber die Steigerung erhöht auch die Konvolution, die ein Pixel verursacht. Letztlich muss man erkennen, dass die Auflösung rauschbegrenzt ist. Einige moderne Sensoren von Sony haben weniger QE, als man erwarten könnte, weil man lieber mehr Auflösung wollte und entsprechend ist die Sensor-MTF sehr schön. Umgedreht gibt es Sensoren mit QE bei ca. 90%, deren Sensor-MTF gruselig gering ist.

Handykameras mit ihren kleinen Sensoren und große Sensoren von Systemkameras decken ganz verschiedene Anwendungen ab und sind nur schwer vergleichbar.

Michael