Was ist Bildqualität?

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1. Was ist Bildqualität?

Sprechen wir heute über Sensor- und Pixelgröße, Auflösung, Dynamikbereich, Rauschen und Signal-Rausch-Verhältnis sowie Kontrast, oder anders gesagt, Bildqualität.

Was bedeutet Bildqualität?

Für den Hobbyfotografen bedeutet eine gute Bildqualität vor allem ein scharfes, helles Bild mit hohem Kontrast. In der industriellen Bildverarbeitung geht die Definition von Bildqualität jedoch weit über Helligkeit und Schärfe hinaus. Stellen Sie sich vor, Sie finden zwei Kameramodelle, die für Ihre Anforderungen interessant sein könnten.

1. Woher wissen Sie, welches die besseren Bilder für Ihre Anwendung aufnimmt?

Schauen wir uns die EMVA1288-Datenblätter genauer an.

Der EMVA1288-Standard wurde von der European Machine Vision Association mit dem Ziel entwickelt, Bildqualitäts- und Empfindlichkeitsmessungen für Bildverarbeitungskameras und -sensoren zu standardisieren. Sie sehen viele Daten und Begriffe. Viele der Werte in den Tabellen variieren stark.

Aber bedeuten höhere Werte auch bessere Bilder für Ihre Anwendung?

Ein wichtiger Faktor bei Ihrer Überlegung sind die Sensor- und Pixelzahlen. Der Sensor ist das Herzstück der Kamera und damit ihr wichtigster Bestandteil. Der Sensor besteht aus Pixeln mit Fotodioden, die die Energie der einfallenden Photonen in elektrische Ladung umwandeln. Diese elektrische Ladung wird dann umgewandelt und verarbeitet, um das Bild zu erzeugen. Die Anzahl der Elektronen pro Photonen ist ein Verhältnis.

das nennt man Quanteneffizienz.

Offensichtlich gilt: Je größer die Anzahl der pro gegebenen Elektronen erzeugten Elektronen. Je höher die Quanteneffizienz. Je höher die Quanteneffizienz, desto mehr Informationen sind in einem Bild verfügbar. Stellen Sie sich eine DSLR-Kamera mit Vollformatsensor vor und vergleichen Sie sie mit einer Kompaktkamera mit einem kleineren Sensor. Unter perfekten Bedingungen liefern beide Kameras gute Bilder. Wenn es dunkler wird, werden Sie feststellen, dass die DSLR-Kamera deutlich bessere Bilder liefert.

Es verfügt über einen größeren Sensor und kann daher viel mehr Licht einfangen, um mehr Informationen zu sammeln. Die Kompaktkamera hingegen aktiviert den Blitz schnell, um die reduzierte Menge an Szenenlicht auszugleichen.

Hier sehen Sie einige der gängigsten Sensorgrößen.

1. Allerdings spielt in diesem Zusammenhang nicht nur die Sensorgröße, sondern auch die Anzahl der Pixel und deren Größe auf der Sensorfläche eine entscheidende Rolle. Stellen Sie sich die DSLR-Kamera mit großem Sensor und die Kompaktkamera mit kleinerem Sensor vor, die beide eine Auflösung von 15 Megapixeln haben
2. Es liegt auf der Hand, dass bei nicht vergrößerter Sensorgröße die Pixel auf dem Sensor der Kompaktkamera kleiner sein müssen, um die gleiche Auflösung zu erhalten.
3. Befinden sich jedoch zu viele Pixel auf der Sensoroberfläche, kommt es auch zu einem höheren Rauschen und einer geringeren Lichtempfindlichkeit, was wiederum die Bildqualität beeinträchtigt. Die tatsächliche Auflösung wird jedoch immer durch das Zusammenspiel von Sensor, Objektiv und Entfernung zum Objekt bestimmt.
4. Die Größe eines Pixels ist wichtig im Hinblick auf die Lichtmenge, die er sammeln kann. Man könnte diesen Prozess mit Millionen winziger Eimer vergleichen, die Regenwasser sammeln.
5. Je heller der erfasste Bereich, desto mehr Photonen werden gesammelt. Nach der Belichtung wird dem Füllstand in jedem Eimer ein diskreter digitaler Wert zugewiesen. In einem System, in dem wir 256 verschiedene Grauwerte haben, ist ein Wert „0“ und „255“ reines Weiß, wie es vom Sensor wahrgenommen wird.

Sobald die Eimer – die Pixel – voll sind, laufen sie über.

Was überfließt, geht verloren und die Werte dieser Eimer werden alle 255, obwohl sie eigentlich unterschiedlich sein sollten.

Mit anderen Worten: Die Bildinformationen gingen verloren. In diesem Bild wurde der Schattenbereich auf Kosten des helleren Bereichs erfasst. Die Schatteneimer benötigen eine lange Belichtungszeit, um ausreichend Photonen zu sammeln.

Die Folge ist, dass die Eimer für den helleren Bereich überlaufen.

• Wenn Sie andererseits die Belichtungszeit reduzieren, hatten viele der Pixel, die den dunkleren Bereichen der Szene entsprechen, möglicherweise nicht genug Zeit, um überhaupt Photonen einzufangen.
• Sie können alle den Wert Null haben, während es in Wirklichkeit Unterschiede gibt. Nun ist es leicht zu verstehen, warum die DSLR eine bessere Bildqualität liefert. Praktischerweise sind Kameras mit großen Pixeln in der Lage, sowohl helle als auch dunkle Bilddetails zu erfassen.
• Wie gut oder schlecht eine Kamera beide Arten von Details im selben Bild einfängt, wird als Dynamikumfang bezeichnet.
• In diesem Beispiel ist der Dynamikbereich der Kamera groß genug, um sowohl dunkle als auch helle Details korrekt erfassen zu können. Eine typische Bildverarbeitungsanwendung, die einen großen Dynamikbereich erfordert, wäre eine Verkehrskamera, die Raser aufspürt.
• Das Nummernschild ist meist sehr hell, wohingegen der Bereich um den Fahrer meist eher dunkel ist.

Ein großer Dynamikumfang ermöglicht es, die Details im hellen Bildteil genauso gut darzustellen wie im dunklen Bildteil. Ein kleinerer Dynamikbereich würde nur bei einem von ihnen gute Details liefern. Rauschen ist ein weiterer wichtiger Faktor für die Bildqualität.

Sehen Sie die Körnigkeit im Bild?

Das ist Lärm.

Da es aus der Grundphysik hervorgeht, ist es immer präsent.

Das Signal-Rausch-Verhältnis oder SNR misst die Beziehung zwischen dem Signal und dem i

Magier

- und der Lärm

Stellen Sie sich vor, Sie sitzen in Ihrem Auto und hören Radio.

• Wenn Sie die Musik deutlich hören, bedeutet das ein hohes SNR und geringes Rauschen. Je schlechter das Tonsignal der Musik wird, desto geringer wird das SNR. Das Tonsignal ist zu schwach, um den Lärm zu überwinden.
• Erinnern Sie sich nun an unser Beispiel.
• Beim Signal-Rausch-Verhältnis hat die DSLR-Kamera allerdings einen klaren Vorteil: Sie sammelt mehr Licht und erzeugt weniger Rauschen. Je höher das Signal-Rausch-Verhältnis im Datenblatt ist, desto weniger Störungen sehen Sie in Ihrem Bild und desto besser ist die Bildqualität. Auch die Sensorik spielt eine entscheidende Rolle.
• CMOS-Sensoren haben in den letzten Jahren einen großen technologischen Fortschritt gemacht. Sie sind sehr leistungsstark, empfindlich, schnell und erschwinglich. B
• Doch nur wenn der Kamerahersteller auf viele entscheidende Details geachtet hat, können Sie das volle Potenzial eines CMOS-Sensors ausschöpfen. Bei der Bildqualität geht es nicht nur um all diese technologischen Kamera- und Sensoreigenschaften, die wir gerade beschrieben haben. Es ist auch das visuelle System als Ganzes, das berücksichtigt werden muss.

Was braucht man mehr von einem guten Image?

Natürlich muss es scharf und kontrastreich sein.

Stellen Sie sich vor, Sie betreiben eine Verpackungsanwendung, bei der Ihre Kamera Barcodes lesen muss. Je besser Sie den Übergang von den dunklen zu den hellen Bereichen erkennen können, desto höher ist der Kontrast und desto schärfer erscheint das Bild. Unabhängig von Ihren Anforderungen müssen Sie darauf achten, vergleichbare Bedingungen zu schaffen, wenn Sie zwei oder mehr verschiedene Kameras bewerten möchten. Gut gerüstet ist man, wenn die Sensorgrößen der Kameras gleich sind.

Damit haben Sie eine ideale Vergleichsbasis.

Es gibt jedoch noch einige weitere Bedingungen, die berücksichtigt werden müssen.

Sie müssen ähnliche Bedingungen in Bezug auf schaffen

1. Das Objekt, das Sie einfangen möchten – die Beleuchtung
2. Der Abstand zwischen Kamera und Objekt – die gewählte Belichtungszeit
3. Das Objektiv – und die Blendenzahl des Objektivs.

Wenn die Sensoren der Kameras, die Sie vergleichen möchten, unterschiedlich groß sind, ist die Sache nicht so einfach.

Dann müssen Sie entweder den Abstand zwischen Kamera und Objekt, das Objektiv oder den interessierenden Bereich ändern. Wenn Sie also zwei Kameramodelle vergleichen, fragen Sie Ihren Anbieter nach den EMVA 1288-Datenblättern und testen Sie die Kameraleistung unter realen Bedingungen für Ihr System.

Alle diese Kriterien, die wir gerade besprochen haben, sollen Ihnen einen Überblick darüber geben, wie Sie an die Aufgabe herangehen, die Bildqualität verschiedener Kameras zu beurteilen. Natürlich gibt es noch andere Tools und Methoden zur Beurteilung der Bildqualität.

Aber mit Hilfe dieser wesentlichen Kriterien Helligkeit, Sensor- und Pixelgröße, Schärfe, Quanteneffizienz, Auflösung, Rauschen und Signal-Rausch-Verhältnis sowie Kontrast haben Sie einen nützlichen Datensatz zur Hand, um gut von schlecht zu unterscheiden Bild

Answer 2

Die Bildqualität (oder kurz IQ) hat – trotz aller Versuche, sie technisch zu definieren – hauptsächlich damit zu tun, wie ansprechend das resultierende Bild beim Betrachten ist (normalerweise, wenn es ausgedruckt und an die Wand gehängt wird). „Ansprechend“ bedeutet natürlich, dass nichts in den Bilddaten ablenkt. Der Grund dafür, dass diese Definition besser ist als die meisten anderen, liegt darin, dass der Prozess des Druckens des Bildes leicht alle Fehler im Bild aufdeckt (oder auch nicht). Fakt ist: Wenn Sie ein Bild in der gewünschten Größe ausdrucken können und es für die große Mehrheit der Betrachter gut aussieht, dann haben Sie einen guten IQ erreicht. Wenn andererseits das Rauschen, die mangelnde Schärfe, die Streifenbildung, der Mangel an Details, die matten Farben oder was auch immer das Bild beeinträchtigt, dann zeigt sich ein schlechter IQ.

Nachdem wir das geklärt haben, haben überraschend viele Bilder, die zur Berücksichtigung in Fotoshows eingereicht werden, einen schlechten IQ (unabhängig von den Qualitäten der Komposition, der Beleuchtung, der Schärfe, des Rauschens, der Technik oder was auch immer).

Das heißt: Wenn ich eine Show beurteile, ziehe ich Punkte ab, wenn ich das Gefühl habe, dass ein offensichtlich schlechter IQ ein ansonsten bemerkenswertes Foto beeinträchtigt hat. Gute Bildkomposition + schlechter IQ = schlechtes Foto. Schlechte Bildkomposition + guter IQ = schlechtes Foto. Wirklich einfach. Gott steckt im Detail.

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