Auge und Kontrastumfang?

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Elfe ImElfenland Elfe ImElfenland Beitrag 1 von 3
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Guten Abend liebe Fotocommunity,

überall finde ich Angaben zum Kontrastumfang eines menschlichen Auges, er liegt laut verschieden Quellen angeblich bei 1:1000000.
Kann mir das bitte jemand mathematisch erläutern? Was bedeutet 1 zu x?
Irgendwie steh ich auf dem Schlauch.
Und vor allem wo finde ich dazu eine seriöse Quelle (also nicht Wikipedia ;)?
Hab schon in der Bibo gestöbert und bin nicht fündig geworden, wahrscheinlich ist meine Frage zu spezifisch für nur ein Buch.

LG Elfe
Ralf M. Eberle Ralf M. Eberle Beitrag 2 von 3
3 x bedankt
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Hallo!

Bei der 1000000 von 1:1000000 (Eins zu einer Million) mußt Du umrechnen: Wieviele Bit braucht man, um eine Million darstellen zu können? Diese Zahl kannst Du dann auch als Blendenstufen verstehen.

Ich habe schon vor längerem recherchiert und bin auf einen Wert von 20 Blendenstufen für das menschliche Auge gekommen. Diese Zahl darf man aber nicht als Fixwert betrachten, es ist um einiges komplizierter.

Man findet auch Werte von 15-16 Blenden unter Zuhilfenahme der Iris bekannt, z.B. bei http://www.bet.de/lexikon/begriffe/Auge.htm.
Mit Langzeitadaption sollen es sogar 36 Blenden sein.
Dabei treten die genannten Helligkeitsunterschiede aber nicht innerhalb eines Bildes auf. Es handelt sich also um die Interszenendynamik.

Interessant ist im Vergleich zur Photographie vor allem die Intraszenen-Dynamik, also die Helligkeitsunterschiede innerhalb einer Szene. Wenn wir jetzt annehmen, daß die auszuwertenden größten Helligkeitsunterschiede räumlich so nahe beienander sind, daß sie immer im gleichen Blickfeld sind, kann die Iris nichts zur Dynamiksteigerung des Auges beitragen.

Dann ist die verbleibende Dynamik des Auges (hier der Netzhaut) sicher kleiner. Laut http://www.hdrsoft.com/resources/dri.html und http://www.anyhere.com/gward/papers/cic98.pdf wären das ca. 1:10.000 oder 80dB oder 13,3 Blenden.

Ok, nun geht es etwas in die Tiefe:

Vorab:
Intraszenendynamik - Tonwertumfang innerhalb eines Bildes
Interszenendynamik - Tonwertumfang bei verschiedenen Bildern, die dann auch mit unterschiedlicher Blende gemacht werden können.

Wenn sich das Auge nicht bewegt und sich auch die Iris nicht verändert, dann kann die Netzthaut nach der englischen Wikipedia einen Tonwertumfang (Dynamik) von 100:1 auflösen, das sind 40 dB oder 6,6 Blendenstufen. Das wäre der Fall, wenn man direkt neben einer (entfernten) Lichtquelle eine dunkle Region hat in der man noch Kontrastunterschiede erkennen will.
Übertragen auf die Photographie müßte man damit den Tonwertumfang des Filmes oder des Imager-Chips damit vergleichen.

Wenn der dunkelste und der hellste Punkt räumlich weit genug voneinander getrennt sind, hilft die Blickbewegung des Auges, die die Szene abscannt. Dabei wird die Irisblende angepaßt und damit der Tonwertumfang erweitert. Das Bild wird dann im Gehirn zusammengesetzt.

Das würde ganz grob gesagt einem Panoramaphoto entsprechen, bei dem man die Kamera schwenkt und die Blende der jeweiligen Situation anpaßt. Wenn das eine Nachtaufnahme mit einer Lichtquelle wäre, dann würde man bei dem Bild mit der Lichtquelle abblenden und könnte unmittelbar neben der Lichtquelle nicht viel in der Dunkelheit unterscheiden. In einem Photo, welches nur die Dunkelheit und nicht die Lichtquelle abbildet, würde man die Blende weiter öffnen und würde damit auch in dukleren Bereichen noch Tonwerte unterscheiden können. Durch ein geeignetes Stitchen der Bilder wird der gesamte abgedeckte Tonwertumfang innerhalb des Bildes größer.

Vermutlich ist das der in anderen Quellen erwähnte Tonwertumfang von 10.000:1. Da unser Auge nur innerhalb von 2 Grad richtig scharf sieht, unser Blickfeld aber ca. 200 Grad umfaßt, setzt diese Blickbewegung recht früh ein.

Wenn man jetzt die Lichtquelle nicht mehr im direkten Blickfeld hat, adaptiert sich das Auge. Dazu scheint es mehrere Prozesse zu geben. Die Anfangsadaptation, die nach wenigen Sekunden erlangt ist und die volle Adaptation, die nach ca. 30 min erreicht wird.

Laut englischem Wiki hat das Auge dann einen gesamten Tonwertumfang von 1.000.000 :1 (120 dB, 20 Blendenstufen). Andere Quellen sprechen ja von 15 bis zu 32 Blendenstufen.

Für eine Kamera ist die Intraszenendynamik (innerhalb eines Bildes) rel. einfach zu bestimmen: Der maximale Tonwertumfang, der mit einer festen Blende vom Film oder dem Imager abgedeckt werden kann, ohne daß Sättigung auftritt.

Bei der Interszenendynamik kann ich den gesamten (evtl auch lückenhaft) abgedeckten Tonwertumfang durch die Kamerablende erweitern.

Bei dem menschlichen Auge ist das aufgrund der Blickbewegung wohl schwieriger anzugeben, worauf auch die inkonsistenten Zahlen hindeuten. Vielleicht kann da ein Mediziner weiterhelfen oder vielleicht steht ja auch ein ophthalmologisches Buch bei jemandem in der Bibliothek.

Gruß,

Ralf
Elfe ImElfenland Elfe ImElfenland Beitrag 3 von 3
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Oh Himmel Ralf, Du hast Dir ja eine Arbeit gemacht, das muß ich erstmal alles in Ruhe durchlesen, vielen lieben Dank, wenn ich Fragen hab, nerv ich Dich nochmal ;) !
LG Elfe
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