Mehr Dynamic

Problem:
Das menschliche Auge ist in der Lage auch bei großen Helligkeitsunterschieden sehen zu können. Das liegt an einer eher logarithmischen Empfindlichkeit des Auges. Technisches Filmmaterial und  Bildsensoren wie sie in Digitalenkameras benutzt werden haben zumeist eine lineare Empfindlichkeit und somit große Probleme bei Szenen mit stark unterschiedlichen Helligkeiten. 

Stand der Technik:
Ein technischer Sensor sollte ein großes Signal-Rausch-Verhältnis aufweisen, um das menschliche Auge ersetzen oder übertreffen zu können. Als Maß für die Dynamik eignet sich das logarithmische Maß: Dezibel ( dB ). Die Video- CCD- Kameras der 90-iger Jahre des letzten Jahrhunderts hatten um die 54 dB, was etwa mit 9 Datenbits darstellbar ist. Sony – CCDs heutiger Tage bringen Werte von 66 dB ( 11 Bit ) und Sensoren der Firma Fujifilm erzielen durch die Kombination sehr empfindlicher und unempfindlicher Sensorelementen noch einmal den Faktor 4 im Dynamikbereich, also um die 80 dB ( 13 Bit ).  

Vergleich normale CCD mit Fujifilm Super CCD der 4. Generation mit erweiterter Dynamik;
        Bild Quelle: http://home.fujifilm.com/products/digital/ccd/pdf/web4thsuperccd.pdf

Neue Lösung:    Ln(Soft) / Ln(Hard)
Seit Mitte der 90-iger Jahre gibt es CMOS- Sensoren, deren einzelne Sensorelemente selbst eine logarithmische Empfindlichkeit aufweisen. Die erreichbaren 120 -130 dB ( 20 Bit ) Dynamik übertreffen weit die Möglichkeiten des menschlichen Auges, wobei für die eigentliche Datenübertragung nur 10 Bit notwendig sind. Das Problem dieser interessanten Sensoren liegt in den durch die Herstellung bestimmten starken Unterschieden in der Empfindlichkeits- Kennlinie der einzelnen Sensorelemente. Nur durch Korrekturen für jedes einzelne Sensorelement sind verwertbare, gleichmäßige Bilder erzielbar. Bekannte Korrekturverfahren für derartige logarithmische Sensoren benötigen Model- Annahmen zu den Sensorelementen und sind sehr rechenaufwendig. Nicht so das von der JENTECH engineering GmbH zu Patent angemeldete Verfahren. Ohne Modelle werden mit einer sich selbst einstellenden geringsten Korrekturdatenmenge schnelle und optimale Ergebnisse erzielt. Die Realisierung des Verfahrens durch Software benötigt unter 200 Millisekunden für die Korrektion eines gesamten Bildes mit einer Million Sensorelementen. Eine – im Moment noch kostenintensive  - Realisierung in Hardware würde keine eigentliche Rechenzeit mehr benötigen, sondern den Auslesevorgang lediglich um einige Nanosekunden verzögern. So sind dann Bildraten von mit bis zu  30 Bildern pro Sekunde möglich bei einem Dynamikbereich von 6 bis 7 Dekaden.

Unkorrigiertes Bild                                                         Korrigiertes Bild

Mondaufnahme vom 02.03.2006 aufgenommen mit logarithmierenden Sensor und 400mm Objektiv

                        Logarithmische Kamera (120 dB)                     CCD-Kamera (56 db, 1/1000sec - 1/50sec)

Download Datenblatt:  HDRI_2.pdf (2.54 MB)