Quanti bit di dati vengono in genere effettivamente catturati da un sensore per fotocamera digitale?

In un commento su questa domanda qualcuno ha suggerito che i sensori della fotocamera in genere producono solo 12-14 bit di dati. Sono rimasto sorpreso perché ciò significherebbe che 24 bit di colore sono utili solo per la manipolazione di foto (in cui i bit aggiunti riducono il rumore che si raccoglie dall'interpolazione dei valori medi ripetutamente facendo più manipolazioni).

Qualcuno sa abbastanza sul sensore della fotocamera per essere in grado di rispondere in modo autorevole alla richiesta di 12-14 bit? In tal caso, quali sono le codifiche tipiche?

I fotositi di un sensore digitale sono in realtà dispositivi analogici . Non hanno davvero un po 'di profondità. Tuttavia, per formare un'immagine digitale, un convertitore da analogico a digitale (convertitore A / D) campiona il segnale analogico a una data profondità di bit. Questo è normalmente pubblicizzato nelle specifiche di una fotocamera - ad esempio, la Nikon D300 ha un convertitore A / D a 14 bit .

Ma tieni presente che questo è per canale , mentre il colore a 24 bit di solito significa 8 bit per canale. Alcuni formati di file - e spazi di lavoro - usano invece 16 bit per canale (per un totale di 48 bit), e alcuni ne usano ancora di più.

Ciò è in parte dovuto al fatto che la precisione aggiuntiva può ridurre gli errori di arrotondamento accumulati (come si nota nella domanda), ma è anche perché la visione umana non è lineare e quindi gli spazi cromatici che utilizziamo tendono a non esserlo neanche. Il passaggio da una curva lineare a "gamma compressa" è un'operazione con perdita di dati (vedere una delle numerose domande sui file non elaborati ), quindi avere più bit significa semplicemente meno perdita, il che è meglio se cambi idea su esposizione / curve e don non hai più accesso al file RAW.

La maggior parte dei chip dei sensori registra solo un componente di colore per pixel, quindi un pixel può contenere ad esempio 14 bit di dati per l'intensità del verde.

I pixel sono disposti in una griglia in cui il 50% dei pixel registra dati verdi, 25% rosso e 25% blu:

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Quando questi dati vengono convertiti in RGB, due componenti di colore per pixel vengono interpolati dalle informazioni nei pixel circostanti. Un pixel che contiene informazioni verdi, ad esempio, ha due pixel adiacenti che contengono dati rossi e due che contengono dati blu, che vengono utilizzati per creare il valore RGB.

Pertanto, 14 bit per pixel di dati RAW producono 42 bit per pixel di dati RGB. Naturalmente, i dati interpolati sono meno precisi, ma di solito li elaborate fino a RGB a 24 bit comunque.

Fare attenzione a non confondere la profondità di bit per pixel e la profondità di bit per componente.

L'uscita dei sensori digitali è quasi sempre compresa tra 10 e 14 bit per componente su una scala lineare. Ciò darebbe tra 30 bit di colore (1 miliardo) e 42 bit (4 trilioni) per pixel.

Il sito DXOMark misura questo usando una scala normalizzata (spiegata nel loro white paper) e pubblica la profondità di bit per pixel che tiene conto del rumore che tende a distruggere i bit di ordine inferiore. Sulla base dei risultati ottenuti a pieno formato, le DSLR possono raggiungere i 24,7 bit per pixel mentre le fotocamere di medio formato raggiungono i 26 bit. Per le fotocamere con sensore ritagliato, l'attuale valore massimo è 23,8 bit.

Le attuali fotocamere DSLR completano con output a 14 bit. Alcune fotocamere di medio formato dichiarano un output a 16 bit, ma è stato sostenuto da varie persone ( come il sito dpBestflow dell'ASMP ) che l'aumento della profondità tra 14 e 16 bit produce effettivamente un'immagine migliore.