Apa penyebab fisik kliping?

Apa sebenarnya yang membatasi sensor kamera digital modern dalam menangkap intensitas cahaya di luar titik tertentu?

Apa sebenarnya yang membatasi sensor kamera digital modern dalam menangkap intensitas cahaya di luar titik tertentu?

Dalam hal sifat fisik dari sensor itu sendiri:

Jumlah pemogokan foton dan jumlah elektron bebas yang dihasilkan dari pemogokan foton tersebut hingga tidak ada lagi elektron yang tersedia yang berpotensi untuk dibebaskan dalam setiap photosite (a / k / a sensel, well pixel, dll.) Menentukan dengan lengkapnya. kapasitas. Ini tidak jauh berbeda dari film, di mana saturasi penuh tercapai ketika tidak ada kristal perak halida yang tersisa dalam emulsi yang belum memiliki 'titik sensitivitas' yang cukup untuk ditransformasikan menjadi atom perak oleh pengembang.. Perbedaan utama adalah bentuk kurva respons ketika setiap teknologi mendekati kapasitas penuh. Digital menghasilkan jumlah elektron yang sama per foton yang dilepaskan sampai kapasitas sumur penuh tercapai. Saat film mendekati saturasi penuh, semakin banyak energi cahaya (atau waktu pengembangan) diperlukan untuk mempengaruhi garam perak yang tersisa.

Dalam hal merekam tegangan analog sebagai data digital:

Ketika tegangan analog dari masing-masing photosite (a / k / a 'sensel', 'pixel well', dll.) Dibaca dari sensor, amplifikasi diterapkan pada sinyal. Pengaturan ISO kamera menentukan berapa banyak amplifikasi yang diterapkan. Untuk setiap peningkatan stop ISO, amplifikasi dua kali lipat diterapkan. Jika sensitivitas "dasar" kamera (demi kesederhanaan, sebut ISO 100 amplifikasi sebesar 1,00X di mana tegangan input sama dengan tegangan output) digunakan, maka fotosit yang mencapai kapasitas sumur penuh harus menghasilkan pembacaan tegangan maksimum pada amplifikasi pos. sirkuit analog memberi makan ADC. Jika ISO 200 (amplifikasi 2.0X) digunakan, tegangan dari sensor apa pun yang mencapai satu setengah (1/2) kapasitas sumur penuh atau lebih diperkuat ke tegangan maksimum yang diperbolehkan pada sirkuit pasca amplifikasi.

Amplifikasi apa pun yang lebih besar dari 1,0X akan menerapkan "plafon" lebih rendah dari kapasitas sumur penuh masing-masing foto. Ketika amplifikasi tinggi digunakan, sinyal yang lebih lemah dari kapasitas sumur penuh juga mencapai kapasitas tegangan maksimum sirkuit hilir dari amplifier. Setiap level sinyal pra-diperkuat yang cukup kuat untuk "mematok meter" setelah amplifikasi tidak dapat dibedakan dari tingkat sinyal pra-diperkuat lainnya yang juga akan "mematok meter."

Ketika sinyal analog yang diperkuat ini dikonversi menjadi data digital oleh analog-to-digital converter (ADC), sinyal pada kapasitas tegangan maksimum rangkaian ditetapkan nilai maksimum yang diizinkan oleh kedalaman bit dari konversi analog ke digital. Jika dikonversi ke nilai 8-bit, tegangan diberi nilai dalam biner antara 0-255. Sinyal maksimum yang diizinkan oleh rangkaian analog yang memberi makan ADC akan dicatat sebagai 255. Jika 14-bit, voltase diberi nilai antara 0-16.383 dengan nilai maksimum yang ditetapkan nilai biner 16.383, dan seterusnya.

Bawa ketika Anda benar-benar mengambil foto:

Anda akan mendapatkan paling banyak perbedaan dan jumlah gradasi terbaik antara elemen paling terang dan paling gelap² dalam adegan yang Anda potret ketika amplifikasi berada pada sensitivitas "basis" kamera dan waktu rana dan aperture digabungkan untuk memberikan elemen paling terang dalam pemandangan cukup terpapar pada atau mendekati saturasi penuh. Menggunakan nilai ISO yang lebih tinggi berguna jika tidak mungkin untuk mengekspos selama itu atau dengan aperture yang cukup lebar untuk mendekati saturasi penuh dari highlight dalam adegan untuk gambar yang ingin Anda buat. Tetapi menggunakan ISO yang lebih tinggi harus dibayar. Rentang dinamis total dikurangi dengan penguatan yang lebih tinggi dari sinyal listrik yang keluar dari sensor.

Jadi mengapa kita tidak selalu memotret pada ISO 100, atau apa pun ISO dasar kamera, dan kemudian mendorong eksposur nanti di pos? Karena melakukannya dengan cara itu cenderung memperbesar "noise" pada gambar bahkan lebih daripada memotret pada nilai ISO yang lebih tinggi. Berapa banyak lagi tergantung pada seberapa banyak dan di mana pengurangan noise dilakukan untuk sinyal. Tetapi mengurangi pengaruh kebisingan dengan menerapkan pengurangan kebisingan pada tegangan analog yang keluar dari sensor juga dilengkapi dengan harga - sumber cahaya yang sangat redup sering disaring sebagai "noise". Itulah sebabnya beberapa kamera dengan cahaya rendah / kinerja ISO tinggi, dalam hal pengurangan noise, juga dikenal sebagai "pemakan bintang" oleh para astrofotograf.

_{¹ Ada sedikit variasi energi yang terkandung dalam foton berdasarkan frekuensi berosilasi. Foton yang berosilasi pada frekuensi yang lebih rendah melepaskan sedikit energi ketika memukul sensel daripada foton yang berosilasi pada frekuensi yang lebih tinggi. Tetapi untuk foton yang berosilasi pada frekuensi / panjang gelombang tertentu, jumlah energi yang dilepaskan ketika memukul bagian bawah sumur pixel adalah sama sampai kapasitas sumur penuh tercapai.}

_{² Kami menyebut perbedaan antara elemen paling gelap dan paling terang yang dapat direkam oleh sensor (atau film) rentang dinamis media perekaman. Untuk setiap pemberhentian peningkatan sensitivitas (ISO) dengan kamera digital, perbedaan tegangan linier antara "nol" dan "saturasi penuh" dibelah dua. Ketika dikonversi ke skala logaritmik, seperti 'Ev', menggandakan sensitivitas menghasilkan pengurangan satu 'stop' dari rentang dinamis (semuanya sama, yang jarang terjadi).}

Menambah jawaban Michael Clark yang sangat baik (menggambarkan kliping kapasitas penuh baik dan kliping ADC), ada beberapa poin lain dalam pipa fotografi digital di mana kliping dapat terjadi:

• Untuk gambar non-RAW, selama koreksi warna di perangkat / penyesuaian gamma otomatis sebelum kompresi, dan selama kompresi itu sendiri.

  Saat Anda mengompres gambar sebagai JPEG atau MPEG, perangkat keras memotong kedalaman bit ke apa pun yang didukung oleh media terkompresi, yang biasanya jauh lebih sedikit daripada kedalaman bit perangkat keras. Karena pemotongan itu, nilai-nilai di dekat kedua kecerahan ekstrim hilang.

  Sebelum kompresi, kamera Anda menerapkan koreksi warna dan penyesuaian gamma yang dapat memengaruhi rentang dinamis efektif yang sesuai dengan kedalaman bit terbatas yang disediakan oleh kompresor. Misalnya, saat merekam video dalam mode Log Canon, bagian pemandangan yang paling gelap dan paling terang ditarik secara matematis ke tengah sehingga rentang dinamis efektif meningkat secara signifikan, dan bagian gambar yang lebih sedikit akan terpotong di kedua ujung rentang.

• Selama pasca pemrosesan. Saat melakukan pasca-pemrosesan yang secara signifikan mengubah kecerahan gambar, dimungkinkan untuk tahap awal perhitungan untuk benar-benar menyebabkan nilai melebihi kisaran yang dapat diwakili dengan benar oleh jumlah bit yang digunakan untuk menahannya. Meskipun jarang, ini kadang-kadang terjadi, dan ketika itu terjadi, itu dapat menyebabkan kliping bahkan di area foto yang sebenarnya tidak terpotong pada gambar asli.

• Selama koreksi gamut warna saat mencetak atau menampilkan gambar. Saat melakukan koreksi warna, kadang-kadang Anda bisa mendapatkan nilai yang berada di luar gamut yang dapat direproduksi secara akurat oleh media keluaran. Pada titik itu, mesin warna harus memutuskan apa yang harus dilakukan dengan nilai-nilai out-of-gamut tersebut. Ini juga secara efektif menghasilkan guntingan, meskipun secara visual terlihat agak berbeda dari apa yang kebanyakan orang pikirkan ketika mereka berbicara tentang guntingan, biasanya menghasilkan hal-hal yang keliru.

Penjelasan empiris yang mudah:

Lihatlah bohlam yang sangat terang, jika cahayanya cukup terang Anda tidak akan dapat melihat bagian dalam bohlam karena pupil Anda dapat lebih dekat dan masih ada banyak cahaya yang mengenai retina Anda, menjenuhkannya dan informasi yang mencapai otak Anda terpotong (Anda hanya melihat cahaya terang tetapi tidak detail dalam cahaya). Itulah salah satu alasan mengapa jika Anda mencoba, Anda tidak harus melakukannya, untuk melihat langsung ke matahari yang cerah di tengah hari Anda tidak akan dapat melihat matahari tetapi cahaya yang intens (Waspadalah karena mencoba melakukannya tanpa perlindungan yang tepat sebenarnya dapat membahayakan mata Anda secara permanen atau peralatan fotografi Anda, lensa dan sensor)

Sensor apa pun berperilaku dengan cara yang sama (dari kamera Anda atau lainnya). Setelah sinyal (dalam hal ini cahaya) terlalu tinggi untuk kapasitasnya (mencapai tingkat saturasi), itu akan memotong informasi tambahan, itu tidak dapat melihat lebih banyak sinyal, meneruskan hanya sinyal tinggi datar tanpa informasi berharga di dalamnya.