Kontrastumfang ?

[dr350s]

Hallo liebe Fotofreunde!

Ich bin bzgl. des Wortes Kontrastumfang und seiner Vielzahl an Verwendungen etwas verwirrt. Vielleicht könnt ihr ja Licht ins Dunkel bringen.

Also:
In einem Motiv messe ich die hellste (z.B. LW 8) und dunkelste (LW 17) Stelle um den Motivkontrast herauszufinden. Dies ergäbe einen Kontrast von 9 Belichtungsstufen, also rein rechnerisch 511:1, richtig?

Gibt es jetz einen unterschied, ob ich das reflektierte Licht messe (z.B. mit dem kamerainternen Belichtungsmesser oder das direkt auf das Objekt treffende Licht mit einem externen Messer, oder kommen am Ende die gleichen Werte heraus?

Angenommen der Kamerasensor hat einen Dynamikumfang von 9 Belichtungsstufen. Wenn ich die Szene als JPEG aufnähme, würden die Lichter ausgefressen und/oder die Tiefen ein einziges schwarz werden.
Würde ich es aber als 12bit-RAW aufnhemen, müssten die Lichter und Tiefen ja erhalten bleiben. Könnte jetz ein Monitor, der einen angegebenen Kontrastumfang von 1000:1 hat (heute ja keine Seltenheit), das Bild auch in vollem Umfang darstellen, oder arbeiten die trotzdem nur mit 8 Bit Farbtiefe?

Nun habe ich z.B: ein Motiv bei dem der Belichtungsmesser sagt, die dunkelste Stelle müsse bei mit f11, 1/3s (ASA 200) und die hellste Stelle mit f11, 1/1250 s belichtet werden.
Rein rechnerisch wäre das LW8,5 und 17,2 .. also ein Kontrast von 8,7 Belichtungsstufen (ca. 415:1) .. zuviel für ein JPEG. Also fertige ich eine Belichtungsreihe an, und füge die Bilder in Photomatix zusammen. Und nun sagt mir das HDR Histogramm, das Bild hätte einen Kontrast von rund 2500:1.

Und es wird noch schlimmer. Ich habe ein Buch mit Beispielbildern auf CD. Dort ist folgende Belichtungsreihe vorhanden: ASA100, f22, 8s bis 1/30 s, Also Lichtwert 6 -14 (ergo Kontrastumfang 8LW= 255:1 ?). In dem Buch ist dann bei dem Bild von einem Helligkeitsspektrum von 15 LW bzw. einem Kontrastverhältnis von 38000:1 die Rede, das HDR-Histogramm in Photomatix zeigt gar Werte jenseits der 100'000:1 an. Wie kann das sein?

Fragen über Fragen .. hoffentlich könnt ihr mir da ein wenig helfen.

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[Nobody]

Linear betrachtet läßt sich die Anzahl nutzbarer Bits je Farbkanal mit gleicher Anzahl EV Dynamik gleichsetzen. JPEG könnte somit nur 8 EV Kontrastumfang speichern. Allerdings habe ich mit dem Wörtchen "linear" begonnen ... und genau aus diesem Grund verpackt eine Fuji S3/5 auf Wunsch locker 11 und mehr EV nicht linear in ein JPEG.

 

[volkerm]

Gibt es jetz einen unterschied, ob ich das reflektierte Licht messe (z.B. mit dem kamerainternen Belichtungsmesser oder das direkt auf das Objekt treffende Licht mit einem externen Messer, oder kommen am Ende die gleichen Werte heraus?

Bei der Objektmessung steckt in dem Ergebnis auch die Helligkeit deines Motivs. Das gleiche Ergebnis wie bei einer Lichtmessung bekommst du nur, wenn das Motiv eine mittlere Helligkeit hat (vergleichbar Graukarte).

Angenommen der Kamerasensor hat einen Dynamikumfang von 9 Belichtungsstufen. Wenn ich die Szene als JPEG aufnähme, würden die Lichter ausgefressen und/oder die Tiefen ein einziges schwarz werden.

Die Gefahr besteht. Für Motive mit großem Kontrastumfang kann man die Tonwertkurve in der Kamera auf minimalen Kontrast einstellen, dann ist der darstellbare Kontrastumfang sichtbar größer als mit den Standardeinstellungen.

Der in einem normalen Bild darstellbare Kontrastumfang ist etwa 5-6 Blenden. Mittelgrau minus 3 Blenden ist fast schwarz, Mittelgrau plus 3 Blenden ist weiß, bei normalen Kontrasteinstellungen.

Würde ich es aber als 12bit-RAW aufnhemen, müssten die Lichter und Tiefen ja erhalten bleiben.

Im prinzip ja, wobei die Reserven da vor allem in den Schatten liegen. In den Lichtern gibt es, gerechnet von 18% Grau, nur etwa 3 Blenden bis die Lichter am Maximalwert anschlagen.

 

[Hans-Peter R.]

Hallo dr350s (?),

ja, zielich viele Fragen. Zunächst mal: Der Dynamikumfang, der von einem Sensor aufgezeichnet werden kann ist eine physikalische Eigenschaft des Sensors und der nachgeschalteten Elektronik - nicht der Bittiefe, mit der der Messwert anschließend kodiert wird - erkennbar schon daran, dass sich der Dynamikumfang eines JPEG-Bildes und eines RAW-Bildes nur marginal unterscheiden. Ich würde an Deiner Stelle für das bessere Verständnis Bittiefe und Dynamik nicht synonym verwenden.

Zweitens: Direktes Licht und reflektiertes Licht macht für den Sensor keinen Unterschied. Wenn der interne Belichtungsmesser den gleichen Ort mit der gleichen Methode mißt wie der externe Belichtungsmesser, kommt auch der gleiche Lichtwert heraus. Der Lichtwert (Exposure Value) beschreibt einen rechnerischen Wert, der einen direkten Zusammenhang von Belichtungszeit, Blende und ISO Wert quantifiziert.

Der Rest der Fragen müßte von Dir mit dem Hintergrund der Unabhängigkeit von Kontrastumfang und Bittiefe noch mal neu überdacht werden. Es ist problemlos möglich, einen Kontrastumfang von 30 Blendenstufen (!) in ein JPEG-File zu packen. Nirgendwo ist definiert, was genau eine LSB-Stufe (= ein Increment des JPEG-Wertes) zu bedeuten hat. Das kann 1/100 Blende sein, aber auch 10 Blendenstufen.

Viel interessanter wird die Betrachtung übrigens, wenn Du die "korrekte" Definition des Dynamikumfangs in Deine Betrachtung berücksichtigst, nämlich den Quotienten aus dem maximalen Kontrast im Bild (Dmax) und dem minimal darstellbaren Kontrast (Dmin).

Viele Grüße
HaPe

 

[dr350s]

Der Rest der Fragen müßte von Dir mit dem Hintergrund der Unabhängigkeit von Kontrastumfang und Bittiefe noch mal neu überdacht werden. Es ist problemlos möglich, einen Kontrastumfang von 30 Blendenstufen (!) in ein JPEG-File zu packen. Nirgendwo ist definiert, was genau eine LSB-Stufe (= ein Increment des JPEG-Wertes) zu bedeuten hat. Das kann 1/100 Blende sein, aber auch 10 Blendenstufen.

Das wäre dann das, was beim Tonemapping eines HDR-Bildes passiert?
Der Kontrast des jpgs bleibt doch dann dann aber trotzdem 255:1.

Und wie kann ich dann von den gemessenen Lichtwerten auf meinen Motivkontrast schließen?

 

[Hans-Peter R.]

Das wäre dann das, was beim Tonemapping eines HDR-Bildes passiert?
Der Kontrast des jpgs bleibt doch dann dann aber trotzdem 255:1.

Und wie kann ich dann von den gemessenen Lichtwerten auf meinen Motivkontrast schließen?

Mapping in jeder erdenklichen Form passiert eigentlich ständig in der Bildverarbeitung - nicht nur bei HDRIs. Die Anwendung der Gamma-LUT vor der JPEG-Generierung ist so gesehen auch nichts anderes.

Wie groß der mögliche Kontrastumfang eines JPEG-Bildes ist, kann ich momentan gar nicht sagen. Ich gehe aber davon aus, dass ein Increment eines einzelnen Farbkanals die Luminanz des Bildes um deutlich weniger als 1:255stel verändert. Insofern ist der Kontrastumfang des Bildes größer als 255:1. Ob Du die PS auf die Straße bekommst (bzw. den Kontrast auf den Monitor / das Papier) ist noch mal eine andere Frage. Der Motivkontrast kann dabei natürlich so groß sein wie er will. Fotografierst Du eine Person gegen die Sonne, ist der Motivkontrast extrem hoch. Im Bild ist das immer noch darstellbar ... nur eben schlecht. Das ist der Grund, auf diesen vielgeschmähte (oben genannte) Dmin bei der Betrachtung des Kontrastes nicht zu vergessen.

Ich vermute fast, Du setzt ein Bit eines 8 Bit-Grauwertes mit einer Blendenstufe gleich. Das ist aus mehreren Gründen nicht richtig. Zum einen ist die Zuordnung (wie oben genannt) beliebig, zum anderen ist die Zuordnung hochgradig nichtlinear. Wie anderers wäre es zu verstehen, dass ein "mittleres" Grau im Bild (RGB-Werte um die 120 bis 160) "nur" einer 18%iges Reflexion des Lichtes entspricht?

Der gemessene Lichtwert der einzelnen Motivteile geben (nach meinem Verständnis) eine direkte Information zum Motivkontrast - aber sehr wenig Informationen zum Bildkontrast. Volker, Burkhard & Co dürfen da gerne korrigieren .

Ciao
HaPe

 

[dr350s]

Der gemessene Lichtwert der einzelnen Motivteile geben (nach meinem Verständnis) eine direkte Information zum Motivkontrast - aber sehr wenig Informationen zum Bildkontrast.

Ja, so habe ich deinen letzen Beitrag auch verstanden.
D.h. der Motivkontrast kann so hoch sein, wie er will. Solange der Dynamikumfang des Sensors mitspielt, werden sowohl Details in den Tiefen als auch in den Lichtern aufgezeichnet.
Und wenn die Kameraelektronik eine anständige Gammakurve nutzt, bzw. man das hinterher per EBV regelt, bekommt man das hinterher auch zu Gesicht.

Ergo hat der Kontrastumfang eines jpegs erst einmal nichts mit dem Motivkontrast am Hut?!
Oder andersrum: die Ursache ausgefressener Lichter z.B. müsste immer beim Sensor liegen. Also wenn mein Motivkontrast 9 Belichtungsstufen beträgt (und der Sensor diese auch zeitgleich aufnehmen könnte) dann bekäme man den Kontrast auch in ein jpeg "gepresst" und es ist nich so, dass man sich entscheiden muss, ob man Details in den Tiefen oder Lichtern sehen will und der Rest reinweiß bzw. -schwarz ist?

 

[Hans-Peter R.]

Hallo,

Ergo hat der Kontrastumfang eines jpegs erst einmal nichts mit dem Motivkontrast am Hut?!

genau. Bestes Beispiel HDR oder andere extreme Belichtungssituationen: Motivkontrast 20 EV, Sensordynamik 9 EV, Papierkontrast 5 EV und trotzdem sieht der Sonnenuntergang hübsch aus.

Oder andersrum: die Ursache ausgefressener Lichter z.B. müsste immer beim Sensor liegen.

oder beim Mapping in den Farbraum bzw. bei der Anwendung allzu heftiger Gamma-LUTs oder Gradationskurven. Tonwertabrisse oder fehlender Motivkontrast in den Lichtern / Schatten können auch lange nach der RAW-Konvertierung per EBV verschlechtbessert werden oder genauso bei der Wahl des Ausgabemediums das feinen Zeichnungen im JPEG aufgrund seines beschränkten Kontrastumfangs einfach nicht mehr differenzieren kann.

Ciao
HaPe

 

[volkerm]

!
Oder andersrum: die Ursache ausgefressener Lichter z.B. müsste immer beim Sensor liegen.

Nein, total falsch.

Der Sensor hat viel mehr Dynamikumfang, als man es mit einer normalen Kontrastkurve im Bild darstellen kann. Das wichtige Schräubchen, an dem man hier drehen kann, ist die Kontrasteinstellung und Tonwertkurve in der Kamera. Nimm ein RAW, dreh am Kontrast und schau dir an, wie sich die ausgefressenen Lichter verhalten.

Die oft gelobte "bessere Dynamikumfang" der D300 ist z.B. vor allem eine andere Kontrastkurve mit helleren Schatten.

 

[dr350s]

Und wie ist das mit der Kontrastangabe beim Monitor zu verstehen?
Gehen wir einmal von Laborbedingungen aus und nehmen an, die Herstellerangabe stimmt.

Sieht ein jpeg auf einem 300:1 Monitor flauer aus als auf einem 2000:1 Monitor? Eigentlich nicht, oder? Hier zählt doch das max. Kontrastverhältnis von 255:1 des jpegs?

Und wie verhält es sich bei einem RAW-Bild? Sieht dieses auf einem "besseren" Monitor kontrastreicher aus?

Ober haben Monitorkontrastverhältnis und Bildkontrast genausowenig gemeinsam wie Motivkontrat und Bildkontrast?

 

[volkerm]

Hier zählt doch das max. Kontrastverhältnis von 255:1 des jpegs?

Auch wenn du diese 255:1 noch ein paar mal wiederholst, so bleiben sie trotzdem falsch. Theoretisch hat das JPG einen unendlichen Kontrastumfang, weil alles vom perfekten Schwarz (0,0,0) bis zum perfekten Weiß (255,255,255) drin ist.

 

[Nobody]

Nein, total falsch.

Der Sensor hat viel mehr Dynamikumfang, als man es mit einer normalen Kontrastkurve im Bild darstellen kann. Das wichtige Schräubchen, an dem man hier drehen kann, ist die Kontrasteinstellung und Tonwertkurve in der Kamera. Nimm ein RAW, dreh am Kontrast und schau dir an, wie sich die ausgefressenen Lichter verhalten.

Die oft gelobte "bessere Dynamikumfang" der D300 ist z.B. vor allem eine andere Kontrastkurve mit helleren Schatten.

Wobei Kurven Stand heutiger Technik nicht mehr alles wären. Active D-Lighting oder wie sich vergleichbare Techniken anderer Hersteller auch immer schimpfen, tun ein weiteres in Sachen visueller Dynamikerweiterung.

 

[Hans-Peter R.]

Hallo

Sieht ein jpeg auf einem 300:1 Monitor flauer aus als auf einem 2000:1 Monitor? Eigentlich nicht, oder? Hier zählt doch das max. Kontrastverhältnis von 255:1 des jpegs?

nein. Schwarz ist auf einem 300:1 Monitor genauso schwarz wie auf einem 2000:1 Monitor. Dito für weiß und dito für alle Graustufen dazwischen. Was sich ändert <Gebetsmühle on>ist das Dmin ... also das Vermögen Graustufen differenziert aufzulösen <Gebetsmühle off>. Auf dem 2000:1 Monitor sind mehr Graustufen zu sehen, weniger Tonwertabrisse (wenn es die Bildquelle hergibt).

Und wie verhält es sich bei einem RAW-Bild? Sieht dieses auf einem "besseren" Monitor kontrastreicher aus?

RAW ist kein Bild. RAW ist eine Parameter-Kolonne, die in einem RAW-Konverter zu einem (RGB-) Bild gerechnet werden muss. Ist das RGB-Bild dann vorhanden läßt sich (erstmal) nicht mehr Kontrast (im Sinne eines Dmax) entnehmen, aber "etwas" mehr Kontrast (im Sinne eines Dmin) also als einer feineren Differenzierung (wenn es das Ausgabemedium zuläßt ... praktisch relevanter aber weniger Tonwertabrisse nach der Bearbeitung des Bildes, weil mehr "Zwischenstufen" vorhanden sind als angezeigt werden können.

Ciao
HaPe

 

[dr350s]

Theoretisch hat das JPG einen unendlichen Kontrastumfang, weil alles vom perfekten Schwarz (0,0,0) bis zum perfekten Weiß (255,255,255) drin ist.

Nein, da es bei jpeg keine Gleitkommaarithmetik gibt.
Es sind 256 Graustufen darstellbar. Nun gilt ja erst die kleinste von schwarz verschiedene Graustufe, also 1 (Das von HaPe gebetsgemahlene Dmin). Danach kommt 2. Dazwischen gibt es keine Werte. Deswegen auch das max. Kontratverhältnis von 255:1.
Bei einem Gleitkomma HDR-Format z.B. Radiance ist der Kontrastumfang theoretisch unendlich groß, da es zwischen dem Tonwert 1 und 2 auch 1,2 oder notfalls 1,4690489023 gibt.

Ist das RGB-Bild dann vorhanden läßt sich (erstmal) nicht mehr Kontrast (im Sinne eines Dmax) entnehmen, aber "etwas" mehr Kontrast (im Sinne eines Dmin) also als einer feineren Differenzierung (wenn es das Ausgabemedium zuläßt ... praktisch relevanter aber weniger Tonwertabrisse nach der Bearbeitung des Bildes, weil mehr "Zwischenstufen" vorhanden sind als angezeigt werden können.

Ahh ok, danke.

 

[volkerm]

Nein, da es bei jpeg keine Gleitkommaarithmetik gibt.

Das ist nicht relevant. Vielleicht solltest du dich in das Thema nochmal gründlich einlesen. Du wirfst hier so ziemlich alles durcheinander.

 

[dr350s]

Vielleicht solltest du dich in das Thema nochmal gründlich einlesen. Du wirfst hier so ziemlich alles durcheinander.

Genau dabei bin ich ja gerade. Und das Problem ist: man hat zwei Bücher und drei verschiedene Meinungen Deswegen frag ich hier nach.

So heißt es z.B. hier:
"Der Dynamikumfang ist der größte im gesamten Bild vorkommende Kontrast [...] Der Quotient gibt das Verhältnis der hellsten zu den dunkelsten Farbwerten an. Allerdings ist Schwarz kein gültiger Wert, da er mit nichts verglichen werden kann. Daher bedeutet der Quotient 500:1, dass innerhalb des Bildes der größte Kontrast 500-mal so groß ist wie der kleinste gerade noch wahrnehmbare Helligkeitsunterschied [...] Es ist wesentlich, dass der Dynamikumfang stets von zwei Faktoren abhängt: dem gesamten belichtungsumfang und der kleinsten Kontraststufe. Demnach ließe sich der Dynamikumfang unseres Testbildes (ein Bild bestehend aus 11 vertikalen Balken von schwarz bis weiß -> Kontrastverhältnis 10:1) entweder durch eine kleinere SChrittweite der Stufen oder durch Hinzufügen eines weiteren Balkens, der weißer, der weißer als das Papier dieses Buches ist, vergrößern"

Daraus leite ich eben ab, dass ein jpeg-Bild einen maximalen Kontrast von 255:1 haben kann, da kleinste Kontraststufe: (1,1,1) und größter Wert (255,255,255).

Der Kontrast ließe sich hier nur doch ein weißeres Weiß (was es nicht gibt) oder kleine Schrittweiten (die eben auch nicht möglich sind) erhöhen.

Wenn ich jetz schonwieder was verwechsle, bin ich irgendwie ganz verwirrt.

 

[Hans-Peter R.]

Hallo,

Schwarz ist auf einem 300:1 Monitor genauso schwarz wie auf einem 2000:1 Monitor. Dito für weiß und dito für alle Graustufen dazwischen.

ich wurde gerade darauf hingewiesen, dass dieses Statement u. U. nicht ganz stimmt. Jetzt bin ich dann doch etwas verwirrt . Wenn Du etwas Zeit hast, werde ich mal versuchen belastbare Aussagen hierfür aufzutreiben.

Viele Grüße
HaPe

 

[dr350s]

Wer hat heutzutage schon noch Zeit?

Wenns Mühe macht, dann brauchste nichts raussuchen, ansonsten immer her damit