The ideal digital SLR

The ideal digital SLR (status as of December, 2005)

The functionality and image quality of existing digital SLR camera equals, without a doubt, the quality of analogue cameras. But there is still some room for improvements.

Live image
Some applications require a live image. For example, when a camera is mounted on a microscope or the “Wolfenbüttel Book Reflector”, it may not be possible to look through the viewfinder. Or, cameras capturing images of a scientific experiment may be located in another room for safety reasons. If a live image were available on the implemented pivoted LCD panel, as well as the video output of the camera, it would help tremendously. From there it is just a small step to enable the camera to provide video capture. Keeping the development in storage capacity of existing storage cards in mind this might replace some of the video cameras in scientific applications.
Other problems occur if the optical view finder is replaced by an electronic viewfinder. It is common knowledge that electronic viewfinders suffer from low resolution and bad visibility under bright lighting conditions. And there is also an issue of low refreshing frequencies, if the camera is set to a burst mode.

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d-SLR Vergleichstest

SLR Kameras im Praxistest

Das Testen digitaler Kameras im Labor ist ein Verfahren, dass mit einem geringen Zeitaufwand und hoher Reproduzierbarkeit die Qualität digitaler Kameras erfassen und in einen messbaren Zusammenhang stellen soll. Dieses erfolgt in unserem Testlabor seit vielen Jahren mit grossem Erfolg. Von Zeit zu Zeit ist es aber notwendig diese Verfahren anhand von Kontrollen mit Bildern aus dem täglichen Leben zu überprüfen, was wir in Auszügen mit drei Spiegelreflexkameras einer Canon EOS 20D, einer Nikon D70 und einer Fujifilm FinePix S3Pro vergleichend getan haben.
Beurteilt wurden die Bilder auf einem kalibrierten und profilierten Monitor der Spitzenklasse. Die Kameras wurden der Vergleichbarkeit wegen alle mit Einzelfeld Autofokus und Programmautomatik im sRGB Modus und der Standardeinstellung betrieben. (Bitte beachten Sie, dass zur eigenen Beurteilung der Bilder ebenfalls ein Öffnen in einem Colormanagement-fähigen Bildbearbeitungsprogramm z.B. Photoshop und ein sauber kalibrierter und profilierter Monitor erforderlich ist.) Es wurden bewusst keine Rohdaten aufgenommen sondern JPEG Bilder in höchster Qualität, weil nur wenige Anwender die Zeit für die Einzelbildbearbeitung aufbringen wollen und deshalb überwiegend mit Jpeg arbeiten. Alle Bilder wurden aus der Hand aufgenommen, um praxisnahe Bedingungen zu schaffen.
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Sensoren

Sensorwirrwarr CCD kontra CMOS

Einige Jahre ist es nun her, dass die CMOS Sensoren als lichtelektrische Wandler Einzug in Digitalkameras hielten. Ende der 90er Jahre lieferten sie eher schlechte Bilder. Heute hat sich das drastisch geändert und diese Sensoren werden unter anderem in professionellen Spiegelreflexkameras wie der Canon EOS 1D Serie und der Nikon D2 Serie eingesetzt.

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Rauschen

Die verschiedenen Arten des Rauschens:

Fixed Pattern noise
Aufgrund von Herstellungstoleranzen weist jedes Pixel eine etwas unterschiedliche Empfindlichkeit auf, was sich bei gleichmäßigen Flächen im Bild durch leichte Schwankungen von Pixel zu Pixel bemerkbar macht.

Photon shot noise
Bei gleicher Beleuchtung besteht eine statistische Abweichung in der Anzahl der dadurch erzeugten freien Elektronen. Dieses macht sich ebenfalls durch leichte Schwankungen von Pixel zu Pixel bemerkbar.

Dark current shot noise
Auch ohne Licht werden temperaturabhängig freie Elektronen in jedem Pixel erzeugt, die das Bild in den dunklen Bereich stören können.

Reset noise

Nach dem Auslesen des Verstärkers, der die Elektronen in elektrische Spannungen umsetzt, muss dieser zurückgesetzt werden, wobei eine gewisse Zahl von Elektronen erzeugt wird. Dieses kann bei CCD Sensoren durch eine geschickte Verschaltung, dem so genannten correlated double sampling korrigiert werden.

Thermal noise
Durch Temperatureinflüsse können an jedem elektronischen Baustein Störungen auftreten, die zusammengefasst als thermal noise bezeichnet werden.

Digitalkameras und Beugung

Beugung
Es gibt Phänomene in einigen Bereichen der Physik, die sich geometrisch nicht erklären lassen. Ein einfaches Beispiel ist, wenn eine Wasserwelle eine Hafeneinfahrt erreicht, Dann entsteht in der Hafeneinfahrt, wenn diese sehr schmal ist, eine Welle die aussieht, als wäre in der Einfahrt ein Stein ins Wasser geworfen worden. Sie können die Welle an Stellen im Hafen sehen, von denen aus Sie das Schiff, dass sie verursacht hat nicht sehen können.
Ähnlich ist es auch mit dem Licht. Wenn Sie sich das Licht als Teilchen vorstellen, das in Richtung auf die Blende einer Kamera abgeschossen wird. Dann sollte sich das Licht geradlinig ausbreiten und hinter der Blende auf den Sensor treffen. Das ist aber nicht der Fall. Das Licht fällt auch in Bereiche, an denen man es nicht finden dürfte, wenn es ein Teilchen wäre, das durch das Objektiv fliegt. Auch bei dem besten Objektiv entsteht deshalb ein so genanntes Beugungsscheibchen, das um so breitet ist, je kleiner die Blende wird.

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Bildsicherheit

Richtlinien für die Erstellung und Verwendung elektronischer Stehbilder (digitaler Fotografien) für gutachterliche, gerichtliche und versicherungstechnische Zwecke.
Es gibt immer wieder eine Reihe von Unklarheiten in der Diskussion, wie digitale Bilder in Gutachten zu verwenden sind. Das Dokument regelt dieses eindeutig und wird in einer Reihe von Punkten auch in den entsprechenden Leitfaden der Bundes- und Landeskrimianlämter übernommen.

Richtlinien.jpg
Hier die Richtlinien zum Download

Hier die fast wichtigere Anleitung zur praktischen Umsetzung der Richtlinien

Auflösungsmessung

Der ISO 12233 Standard befasst sich mit der Auflösung digitaler Kameras. Er beifndet ishc der zeit in der Überarbeitung.
Hierfür habe ich zusammen mit einer Reihe von Kollegen ein neues Verfahren entwickelt, das in Kürze der öffentlichkeit zugänglich gemacht wird. Bis dahin kann das aktuelle Verfahren verwendet werden.

Wer die Auflösung digitaler Kameras nach der aktuellen ISO 1233 messen möchte, der benötigt ein Test Chart, das sich unter Image Engineering IE Testcharts findet.

Auswertesoftware dazu gibt es zum einen von der CIPA als Unterstützung für die visuelle Analyse.

Für die SFR Analyse gibt es ebenfalls eine Freeware als download von der I3A.

Dynamic Range Transformation

It often happens that you get a value for a contrast or a dynamic range in densities. But how do you transform these into the three differnt metrics for the dynamic range?

Here is an Excel Spread sheet you can use to do this.
Altough I have checked the file I have to underline that the use of the spread sheet is at your own risk

Dynamic Range Transformation.jpg