Шкалы линейные и линейные

В обсуждении прошлой статьи проскочило, что понятие линейности не столь очевидно, как об этом принято думать. Действительно, довольно часто случается, говоря про линейность забывают уточнить систему координат, в которой данная линейность наблюдается.

На рисунке справа изображены 4 "линейные" шкалы, покрывающие один и тот же диапазон яркостей (от L=100 до L=11 по шкале L) с проставленными на них метками от шкалы Kodak Q13. Наибольший интерес у фотографов должно вызывать положение метки M, отвечающей полутонам. Метки A и B отвечают светам и теням (с градациями) типичного отпечатка.

Давайте разберем эти 4 линейных шкалы поподробнее:

  1. Шкала Q13 линейна в фотографическом смысле слова: каждый шаг соответствует 1/3eV (таким образом, яркости образуют экспоненциальную кривую). Фотографы думают в этой шкале, свойства классических фотоматериалов дают им это делать. Центральная точка M (полутона) на этой шкале сильно смещена в сторону светов, а шаги в светах кажутся визуально много больше шагов в тенях.
  2. Шкала линейная по L является визуально линейной: шаг в любом месте шкалы воспринимается как имеющий примерно одинаковую величину (в ощущениях). Метка M на этой шкале расположена посередине.
  3. Шкала линейная (точнее, равномерная) в пространстве RGB с значением gamma равным 2.2. Визуально она мало отличима от шкалы по L (которая с большой точностью является степенной функцией с гаммой 2.5), однако средняя точка чуть смещена в сторону теней, света чуть более растянуты, а тени чуть более сжаты, чем в случае визуально-линейной шкалы L.
  4. Линейная шкала в линейном RGB-пространстве (с gamma=1.0). Примерно так видит мир цифровая камера и любое другое CCD-устройство (сканер, видеокамера). Света сильно растянуты, на тени приходится 1/5 от всего диапазона. При гамма-преобразовании (RAW-конверсия или запись JPEG в камере) средние тона, конечно, перетягиваются в середину диапазона, где им и место, но все тени формируются из этой 1/5-й, других данных нет. Конечно, в камере у нас не 20 градаций, а несколько тысяч и более, но принцип не меняется.
    Естественно, для показа на одной картинке со всеми остальными шкалами, данную шкалу пришлось сконвертировать в sRGB с gamma=2.2

Последнюю шкалу хочется дополнить следующим соображением: каждый стоп недодержки цифрового кадра смещает метку M на четвертой шкале еще наполовину вправо. Два стопа недодержки и квадраты M и практически B сольются (в шкале на 20 уровней).

Comments

Я думал на эту тему и решил

Я думал на эту тему и решил так не делать. Выбрать новое окно всегда можно по правой кнопке, а обратное - подавить _new/_blank если они уже стоят - не получится.

Очень интересно,

Очень интересно, спасибо.
много думал по поводу "штатной" экспокорекции в минус на никонах...

Хочу построить характеричстическую кривую Canon EOS 1000D...

Хочу построить характеристическую кривую Canon EOS 1000D, но не знаю как. Точнее, не совсем знаю. Использую для преобразования CR2 файлов нативный dcraw с ключами -T -D -4 Последний, как написано в manpage, эквивалентен -6 -W -g 1 1, то есть никакой гамма- коррекции.
Означает ли это, что сигнал с пикселя теперь прямо пропорционален энергии (кол-ву света, интенсивности и т.д.) в обычном, математическом смысле слова (до области насыщения и после области noise floor)? Или он всё-таки пропорционален логарифму экспозиции?
Сам искал ответ тут: http://www.dpreview.com/learn/?/Glossary/Camera_System/sensor_linearity_...
И тут: http://www.dpreview.com/reviews/canoneos1000d/page21.asp
Но во втором случае вообще неясно, что по оси х - если экспозиция, то как это согласуется с тем, что написано по первой ссылке, если логарифм - то почему измеряется в эВ?
Пожалуйста, помогите найти ответ на вопрос. Диплом висит.

Хочу построить характеристическую кривую...

...для Canon EOS 1000D.
Снимаю объектив. Беру разных нейтральных светофильтров, монохроматическое излучения и dcraw -T -D -4. Последний ключ эквивалентен -6 -W -g 1 1, то есть никакой гамма-коррекции быть не должно. Пропорционален ли сигнал с пикселя после такой обработки экспозиции в обычном математическом смысле? Или всё-таки пропорционален логарифму экспозиции? В сети видел два противоречащих ответа на эти вопросы. Помогите, пожалуйста.

Хочу построить характеристическуб кривую...

... для фотоаппарата еос тысяча от кэнон (не знаю, как ещё написать, чтоб спам-фильтр пропустил). Снимаю объектив, беру разных нейтральных светофильтров и монохроматическое излучение. Использую dcraw -T -D -4. Последнее эквивалентно -6 -W - g 1 1, то есть никакого ББ и гамма-коррекции, как я понимаю.
Пропорционален ли сигнал с пикселя матрицы экспозиции при такой обработке в обычном математическом смысле? Или всё-таки он пропорционален логарифму оной?
Очень нуждаюсь в ответе. Спасибо.

Насколько я вижу в исходниках

Насколько я вижу в исходниках dcraw, в document_mode (-D) исходные сырые данные умножаются на цветовую матрицу камеры ("из камеры в выходной профиль"). Других существенных преобразований нет.

То есть если нужен именно "сырой отклик", то, на мой личный вкус, проще использовать 4channels из LibRaw - и по отдельным каналам все разложат и отскалируют линейно (или не отскалируют - если не нужно) и черный вычтут или не вычтут и никаких цветов не преобразуют.

Берут тут: тут качают LibRaw, бинарники под Win32 готовые есть.

Для линейного отклика нужно гамма-коррекцию не включать, а вычитание черного - включать.

Чтобы спам-фильтр пропускал легче - лучше зарегистрироваться (что вы и сделали :)

Спасибо,

а всё-таки сигнал пропорционален энергии или её логарифму? И расскажите, пожалуйста, нубу, что за цветовая матрица? Из полученных TIFF-файлов вынимаю только красный канал.

Если мы удваиваем экспозицию

Если мы удваиваем экспозицию (и не попадаем в насыщение) - удваивается сигнал (после линеаризации т.е. вычитания черного/dark current).
Т.е. - пропорционален энергии.

Как в двух словах рассказать про "цветовую матрицу" - не знаю. Задам направление для рассуждений: представим себе два цветных монитора с разным цветом чистых цветов (R,G,B). Очевидно, что при подаче на них одинакового сигнала (скажем, 70, 133, 250) - цвет получится разным. И есть обратная задача - какой сигнал подать на второй монитор, чтобы получить цвет близкий/идентичный к первому.

Я думал, что...

...эта проблема решается гамма-коррекцией и форматом PNG?..

Кстати, про удваивающийся сигнал, это Вы случайно не с dpreview взяли?

В смысле, с

В смысле, с dpreview?

Возьмите и сами померьте. 4channels дает вам именно что сигнал с матрицы (ну, точнее, из RAW-данных, что там с ними камера делала - конечно, вопрос).

Я не понял, что должно

Я не понял, что должно получиться.

Но в некоторых пределах - получится. Снизу шум, сверху растекание заряда.

Ссылку запостить

должно было получиться. Спасибо, попробую эту программу.