Die große Sensorstrecke - 10 - AD-Wandlung 📷 Krolop&Gerst

ich habe ein bisschen Angst Hans ich versuch sie dir zu nehmen Spider steht da und da steht Python 3.8 und ich habe mit pyon nichts am Hut ich k nur Python ja auch nicht gut auch nicht gut aber ich weiß von Dilo dass das eine Programmiersprache ist die er auch verwendet und jetzt ist die Frage was wür warum hast du hier den Rechner ich ma mal hier das Ding hier kleiner haben wir hier wieder wunderschön worum geht's was was willst du mir was willst du uns zeigen ja wir haben jetzt ja viel drüber geredet dass wir irgendwie Elektronen erzeugen Spannung generieren da draus wir wandeln diese Spannung mit einem analog digitalkonverter in digitale zahlen wie muss ich mir das vorstellen wie muss ich mir das vorstellen wie funktioniert ein analog digitalwandner ja ein analog digitalwandner vergleicht ob eine messenspannung oberhalb oder unterhalb eines bestimmten Grenzwertes ist und wenn das der Fall ist sagt er bit an ja also der der der arbeitet sozusagen sich einfach durch die verschiedenen Spannungsbereiche durch und stellt dann irgendwann fest so ist es ja passiert da irgendwie mehr gibt's in dem analog digitalwandler Algorithmen schon enthalten wird da signalprozessverarbeitung gemacht typischerweise nicht okay typischerweise nicht heißt könnte schon sein [Gelächter] wird das generell nein also generell nein erstmal ja also in in unseren Digitalkameras wie wir sie kaufen sind der da ist die Elektronik häufig so hoch integriert dass Wandlertechnik und bildprozessiertechnik und so weiter vielleicht vergossen ist sozusagen in einer Einheit ja eine prozessiereinheit das kann natürlich sein analog digitalwandler und Bildwandler sind unterschiedliche Dinge oder gleiche mein mein gleiche Bildwandler ähm ich denke aber typischerweise sind die eigentlich eher getrennt weil das analog digital wandeln sollte man vielleicht nah am Sensor machen also wirklich örtlich nah am Sensor mm warum damit man keine großen Kabellängen hat die dann hinterher stören Störung einfangen können m und das Ganze bildprozessieren also das digitale weiterverarbeiten der Daten das ist nicht störunfällig das ist nicht so empfindlich gegen einsteuung oder sonst irgendwas kann aber viel Wärme erzeugen und das will man vielleicht auch nicht in der Nähe vom Sensor haben interessant da kommen jetzt wie sieht wie was ist so eine normale Spannung von dem von dem von dem von dem sensel ich kann es nicht genau sagen ich kann sagen ist ein Volt okay dann kommt ein Volt Schiffe versenken 23b 2 Volt liefert dann 0,7 sagen wir mal ja 0,7 genau und warum brauch ich da noch ein digitales Signal ja damit ich die Daten eben verarbeiten kann damit ich sie gut speichern kann auf der Festplatte auch wandle ich sie in digitale Repräsentation und das aber da steht weiterhin drin 0,7 Volt ne steht nicht 0,7 drin sondern da steht eine Zahl von der man weiß dass sie 0,7 repräsentiert also muss ich mir den adwandler so vorstellen dass einfach bis dahin sind noch Elektronen und ab da werden es Tabellenwerte ja das Spannung und ab da nach wden Tabellenwerte genau ja oder aber die Tabellenwerte sind genauso die die repräsentieren die Spannung das ist sozusagen das ist die Spannung ne kann ich ininander umrechnen genau wenn ich dann den Umrechnungsfaktor kenne ja genau okay ja das heißt z.B bei dem Beispiel dass du gesagt hast wenn sozusagen maximalausschlag 1 Volt wenn das 16 Bit entspricht ja das wäre ein schöner analog digitalwandler also einem Signal von 65535 dann wäre eben das Signal 0,7 Volt bei einem linearen Wandler wäre eben 0,7 x 65535 ne und das runden ja noch mal wenn die volle Skala 1 Volt ist ja und 1 Volt entspricht 65535 ja elektronenanzahl das ist der digitalwandler der das als maximale Zahl ausgeben kann ja ähm dann entspricht 0,7 Volt ja entspricht eben den 0,7 fachen von den 65 000 ja und so funktioniert das für alle Zahlen man weiß dann genau wenn ich also die die die Zahlen sind einfach proportional zueinander das glaube ich auch das entscheidende und das Entscheidende ist dass man es schafft sozusagen den die full wellell das Maximum tatsächlich mit dem analog digitalwandler dann auch darzustellen dass man das auch nutzen kann das Signal man muss also den analog digital Wandler so auslegen dass er den Kondensator auch wenn er ganz voll ist ja auslesen kann ja und noch ein verlässliches Signal liefert was schwierig ist ist Abstimmungsarbeit ist gut machbar ist gut machbar also da wird nicht allzu viel sozusagen Headroom gelassen oben nicht so viel Sicherheitsgurt und Hosenträger ja Pixel sensel wird nacheinander pro Zeile ausgelesen über XY Koordinatensystem genau so ne genau also und in der Reihenfolge dann auch gleich gewandelt man hat eine Adresse sozusagen des Pixels wohnt oben links in der Ecke und hat 0,7 Volt Beispiel also alles mit ja diese Information geht direkt in den adwandler ja und wird dann sozusagen Pixel für pixelch genau nacheinander genau also wie schreibm Maschine die alles das die Sekretärin genau da der ruft einer zu 0,7 0,2 0,8 0,2 0,8 und die schreibt mit genau und einfach hintereinander weg ja okay okay möglichst namahm Sensor weil das ist anfällig die Pipeline dorthin während das was danach kommt Hitze generiert durch Mikroprozessoren ne genau ja ja und nicht anfällig ist genau und nicht mehr anfällig ist ab da ist der Sensor dann durch ab da ist der Sensor durch genau ja sobald ich ihn komplett ausgelesen habe und alle Zahlen gewandelt habe in digitale zahlen kann ich losgehen unds nächste Bild vorbereiten aber wenn du jetzt sagst kennen baut schon irgendwelche Sachen Verstärker sonst was in den Sensor ein könnt ihr auch irgendwie noch andere Sachen da reine gebaut werden die so ein bisschen manipulierend sind genau D kenne ich dieses Übersetzungsverhältnis nicht mehr ganz so genau ne sozusagen Elektronen zu digitalzahl das Ken ich nicht mehr so ganz genau aber es ist immer noch ein lineares Verhältnis ne also Verdopplung führt zu einer Verdopplung sind ich meine jetzt habe ich ja bei manchen Kameras irgendwie 12 Bit R 14 Bit RA die Sensoren sind meisten mit 16 Bit die Sensoren selber also die die sensel selber haben das nicht genau aber die die digit die analog digitalwandler die gibt in verschiedenen Formen und Klassen und das hängt auch so ein bisschen davon ab wie viel Elektronen nicht sammeln will wie viel Rechenaufwand ich betreiben kann ne also mehr ist nicht zwangsweise besser mE ist nicht zwangsweise besser genau also wenn ich sowieso sozusagen als kleinste quantlung ein Elektron hab das zu einer bestimmten Spannungsänderung führt dann muss ich nicht viel feiner dazwischen irgendwie noch auflösen ne das ist nicht nötig also bedeutet dass Sensoren die mit wenig Licht zurechtken nicht zwangsweise mehr bit brauchen weil es nicht zwangsweise die Elektronen überhaupt gibt um die aufzuteilen ja ja genau also das das das Verhältnis bestimmt sich eigentlich eher umgekehrt ne also je mehr Elektronen ich sammeln kann desto mehr digitalstufen lohnt es sich dann auch tatsächlich abzutasten das heißt bei einem bei einem keine Ahnung bei 1000 Elektronen würde mir ja 2 hoch 8 2 10 2 10 äh reichen würde reichen genau 10 bitwandler ja würde dann würde ein gutes W schon mehr als ich Elektronen hab ja genau aber man würde vielleicht vielleicht wird man sozusagen eins als Sicherheit anlegen ne dass man die Zwischenwerte nicht aus Versehen so erwischt nicht erwischt aber ja verrückt ja und äh jetzt ist es so dass eben jedes äh jede Zahl die ich produziere wenn ich die eben groß gestalte dann muss ich auch eine große Zahl handhaben beim rechn das kostet Rechenzeit das wieder bit ne das also je größer die Bittiefe desto größer die rechit ne das es ist leider so und ä das heißt die Hersteller gehen nicht von vorne rein einfach auf den 16 bitwandler oder 32 bitwandler wenn Sie den nicht tatsächlich mit Daten füttern die es wert sind kennst du Kameras die mehrere verschiedene adwandler haben die irgendwie ich das ist kenne ich nicht aber es gibt Kameras wo man die Bittiefe umschalten kann ja mechen 12 und 14 16 habe ich gar nicht so 12 14 genau und die Kameras die 16 können die bieten entweder 16 an oder 16 ah die nutzen dann einfach die volle Tiefe ne okay wenn eine Kamera auf 16 Bit optimiert ist dann macht keinen Sinn ja oder vielleicht ich kenne den genauen Grund dahinter nicht man könnte ja auch hier sagen ich spar mir ein bisschen was an an Datenmenge einfach ja aber das habe ich noch nicht gesehen verbietet sich nicht ja wenn man schneller werden will aber vielleicht ist das nicht das Bottleneck dann weißt du das könnte auch sein okay also was aber nichts was man jetzt nicht verwechseln darf ist die Bittiefe des eigentlichen Bildes hinterher ne also mit irgendwie Photoshop 16 Bit 32 Bit 8 Bit TIFF von roh und JPEG und sonst was wir reden jetzt wirklich um pure pure Verdopplung der Datenrate die vom Sensor kommt also Elektronen in in in also voltangaben in Genauigkeiten abstufen genau also wirklich das was man ein Rohbild nennt das ist wirklich sozusagen das Rohbild was wir das bringt uns zu der nächsten Sache was ist ein Rohbild und was ist kein Rohbild mehr ja egal also das was wir jetzt beschrieben haben sozusagen die die Spannungswerte gewandelt in zahlen das ist nach meinem Verständnis einrobelt wird das so überhaupt abgespeichert das wird in den allermeisten Fällen sogar so abgespeichert ja ehrlich ja ja tatsächlich ja ähm es gibt relativ wenig Fälle die ich noch nicht mal dokumentieren könnte jetzt ja wo man das anders macht es passieren manchmal ähm ich sag mal hilfsprozesse um ums platt zu sagen um um doch um Fehler auszumerzen aber das ist dann wirklich ein Fehler auszumerzen welche Fehler z.B diese diese Spannung die man einstellt am Kondensator die dann langsam abgebaut wird wenn ich Elektronen sammel das kann ich da kann ich mich vertunen diese so sogenannte Reset Spannung da kann ich mich vertunen wenn ich die ein bisschen zu hoch oder ein bisschen zu niedrig hab dann belichte ich und lese das wieder ab ja dann will ich ja die Differenz sehen aber wenn ich mich da vertan habe am Anfang dann stim warum sollte ich mich da vertan haben passiert einfach es passiert einfach wie kriege ich es mit und em ich Messer dann muss ich jedes Mal eine Testmessung machen irgendwie und das heißt vor jeder Belichtung checke ich wie viel da drauf ist genau und das ist z.B etwas was vor der der der rohspeicherung passiert dass man diese Differenzbildung macht das ist ein Pro mus Mikroprozessor involvieren wie es genau umgesetzt ist elektronisch kann ich nicht sagen muss ja irgendwie man kann nicht rechnen ohne Mikroprozessor oder vielleicht kann man sogar über elektrischen Vergleich machen dass man diese Spannung sozusagen irgendwo ablegt während die andere runterläuft und dann ein spannungsvergleich sozusagen über so im y macht ne bin ich überfragt ja aber vielleicht kann man sogar rein elektronisch lösen und D hat man sozusagen ist ist es normal dass man die Spannung checkt die man ja eigentlich müss man ne weil so erheblich ist ja wirklich erheblich ne das es kann das kann eben wirklich ein Effekt haben der mehr als zwei Elektronen ausmacht oder sowas ja sag diskueren wir kümmern uns um drei Elektronen die ausgelöst werden und und dann pumpen wir irgendwie voltage in den Kondensator rein und wissen nicht ob pas wissen nicht ob es passt ja genau und das Bauteil ist wahrscheinlich viel kritischer als wir ja okay also genau das ist noch ein Prozess in der Mitte dazwischen ja genau und der läuft aber also vorgelagert ja so dass der analog digitalwandler schon diese bereinigte Zahl Kri wahrscheinlich wie bei dem wie bei dem Automotor dass das einfach wie so im Lauf ist ne so das das ist so betriebsvorgang ne ja okay ja genau andere andere wie sagen manipulations Dinge könnte ich jetzt nicht wirklich knallhart dokumentieren Punkt ja was aber noch gemacht wird ist dass mit diesen Daten die jetzt ausgelesen wurden vom Sensor werden noch Metadaten geliefert was war an der Kamera eingestellt ja manchmal die Fokusentfernung oder was auch immer was waren für ein Weißabgleich eingestellt geht bei Sonik Kamera z.B Korrekturen die man nicht ausschalten kann auch im R nicht und das würde ich gerne tatsächlich mal durchixen ich habe ich habe zwar eine Sony Kamera ja aber ich sehe das dort in den rotdarten nicht vielleicht ist die rx1r da speziell vielleicht ist bei anderen Modellen anders müssen wir ins Studio gehen runter ne müssen mal Studio gehen und mal die riles in Ruhe anschauen ja dauert ein bisschen länger geht nicht so heute Abend können wir vielleicht hinkriegen genau aber du kennst also ermal ist das rild ja das bedeutet aber ich habe 60 Millionen Pixel für jeden Pixelwert lege ich eine voltage an also eine Zahl an also also eine Zahl die die voltage entspricht genau ja die jeweils eben 16 Bit lang ist ja ja ja die sehr sehr lang ist das kommt viel raus genau ja ja m also es ja auf eine Zahl von 1 bis 65 000 das heißt ich müsste ja eigentlich in der Lage sein ein unkompimiertes Rohr in der Dateigröße mir zu rechnen das ist ja ja 60 Millionen mal 16 Bit genau ganz einfach 120 megb ja wenn es nicht und das Sehen nicht auf der Festplatte h doof ne dann ist komprimiert genau weil Komprimierungsalgorithmen drüber liegen ja okay den 60 Megapixel 120 megb Ding das hattest Du jetzt schon vorbereitet oder das hast jetzt nicht im Kopf ausgerechnet oder handwerchzeug leider okay okay alles klar weil jetzt kann ich mir gerade das war so ein Moment wo ich mir gerade sehr dumm vorkam ähm ja genau also wir sehen auf der Festplatte nicht die Dateigröße 120 megb das wäre ja auch ziemlich boah das würde weh tun ne sondern da werden vorher Komprimierungsalgorithmen oder be der Sony ja okay da werden Komprimierungsalgorithmen drüber laufen gelassen die dann beim Speichern schauen gibt es Gruppen von Pixeln Bereiche die so ähnlich sind dass ich sozusagen eine Grundhelligkeit Speicher und nur noch die Änderung auf dieser Grundhelligkeit da muss ich mir vielleicht für diese Bereiche nur noch jeweils 8 Bit merken und die unteren 8 Bit die lege ich fest da gibt's verschiedene Möglichkeiten das war jetzt als Beispiel eines von vielen ja grob ich lass 8 Bit weg weil die Ehe erfüllt sind ich lass sie nicht a weg ich lass sie nicht weg sondern ich merke mir dass für das Feld Koordinate A2 bis A17 ja und dann runter D2 bis D17 da weiß ich dass sie alle sehr hell waren die sind alle so hell dass die unteren acht Bit gefüllt sind und dann merke ich mir nicht das Pixel ist unten angefüllt das ist unten gefüllt das sondern ich merke mir ah bei denen all denen ist es unten gefüllt das heißt ich speicher nur 8 Bit ab das heißt ich speicher nur die koordinatenecken und den Wert dazu ach speicher ich ab und braucht den nicht mehr me zu merken für alle diese Pixel die in bittechnischer Hinsicht nur dann wenn man die Koordinaten sozusagen das sind ja auch wieder vier vier Werte von bis so wenn die koordinatenabspeicherung nicht mehr Daten kostet als die als das Weglassen der Informationen bringt ne genauau richtig genau ja genau so kann man sozusagen Entschuldigung wer macht solche Algorithmen für Komprimierung schlaue Köpper das sind aber nicht die die sitzen nicht bei den kamerersteller die sitzen weltweit einfach das ist bildkomprimierungsalgoritmen die frauenhoferintitut und so oder das ist so das so globale Sachen oder ich würde sagen die sitzen auch bei den kameraherständen really ja ja doch tatsächlich ja gibt genügend findige Köpfe die Methoden adaptieren oder weiterentwickeln und dann auch fir eigene Methoden entwickeln ja deswegen kommen wir ja auch nicht unbedingt an alle rotden so leicht ran mit Photoshop oder sowas ne indem wir das rfile öffnen wir brauchen dann immer ein RAW Converter wo sich wieder ein anderer Kopf Gedanken gemacht hat wie diese Daten zu lesen sindieren wie es zu dekomprimieren s das Ding ist was was mich gerade richtig richtig schockt ist dass wir noch gar nicht wirklich wir haben noch nicht mal den Punkt erreicht wo der Sensor wieder eine Farbe generiert wir sind einfach bei dem Punkt angekommen wo wir mal ein Wert zahlen pro sensel haben pro sensel haben ne noch nicht mal boah das ist echt das ist echt hart und okay jetzt war eigentlich dein Thema du wolltest was machen genau ich hatte gedacht dass ich vielleicht mal zeige wie die welche Schritte man in einer rohprozessierung ab jetzt gehen muss genau jetzt hat man dieses dies diesen Zahlen Fust ja was mache ich mit dem damit da draußen Farbbild wird dass ich mir auf dem Monitor anschauen kann das das machen wir im nächsten Video ja das war jetzt ein sehr interessantes das war verrückt also alles verrückt mit dir ich glaube ja das ist hat nichts mit Glauben zu tun du hast schon so ein bisschen den Türchen offenelassen dass da Hersteller noch ein bisschen vor und hinter und drumherum dem adwandter noch ein bisschen eingreifen können ne ja ja aber aber aber das ist nicht also es ist nur mit sehr viel Aufwand festzustellen und wahrscheinlich ist auch das effektiver dann einfach mit den Werten zu arbeiten die das die der adwandel dann die die die rohei liefert ja ja genau noch hat man nichts verfälscht Dasch kaputt gegangen genau ja ja okay also entweder macht Sinn wirklich ganz am Sensor anzugreifen in elektronischer Hinsicht also in physikalischer Hinsicht und dann macht es eigentlich auf dem Weg dorthin macht nicht mehr viel Sinn ne wobei das widerspricht dann bei dieser Verstärker varariante von der kenen ne ja also dort macht Sinn wenn die sozusagen vielleicht haben s es nicht geschafft sozusagen rauschfrei auszulesen ja also vielleicht ist bei den das Auslese Rauschen also sozusagen das Transportieren das WT zum adwandler vielleicht ist es bei denen so Fehler behaftet dass sie gesagt haben wir unfassbar schnell okay also sie macht ja 193 Bilder pro Sekunde könnte ein Grund sein ne weil um genau zu messen braucht man hohe Spannung ja dann das heißt vielleicht ist das der Grund die Schnelligkeit der Kamera könnte alles alles alles offline ne jetzt nicht offline aber alles das alles Mutmaßung weil wir nicht in den Sensor reingucken können aber das das macht schon Sinn dass man etwas erzeugt indem man was anderes wieder weg lassen muss so ne so wo man ten muss ja man muss gucken wo man die die Optimierung hinlegt ja ja dieses Ende mag etwas extrem und auch krass gewesen sein aber keine Sorge nächste Woche geht's ja schon weiter und an der Stelle möchte ich kurz erklären was wir uns dabei gedacht haben denn so gedankenlos waren auch wir nicht ganz einfach der Hans der hat mit uns zusammen diese Strecke nicht für Youtube konzipiert sondern wir haben genug Probleme gehabt überhaupt mit Inhalt und mit dem ganzen Thema zu kämpfen und wollten eben nicht irgendwie Algorithmus konform alles schön in 10 15 Minuten Häppchen aufteilen und da den Fluss und Ganzen Normalität aus Hans rausnehmen sondern wir haben einfach die Strecke aufgenommen als Gesamt Kunstwerk würde ich jetzt schon fast sagen als Gesamtwerk und deswegen haben wir uns danach entschieden zu sagen wir machen diese krassen cuts nach 15 Minuten und nehmen da eben auf den Inhalt keinen wirklichen Rücksicht man kann sich ja im nachfolgenden das gesamte auch angucken oder aber man wartet eben nicht und geht zu uns auf den Store und holt sich diese gesamte videostrecke eben direkt das ganze ist ja ein Name your price product mit einem Mindestpreis das ist einfach auch so ein bisschen Wertschätzung hoffentlich unsere Arbeit der Tilo hat extrem viel Arbeit reingesteckt das gesamte Team das ganze muss ja auch irgendwie gemacht werden und wir bringen alles wenn jetzt die Kommentare sich weiterhin schön in im im im Riemen halten oder im im Zaum halten alles auf Youtube aber wer eben das ganze ungefiltert und ohne irgendwelche cuts haben möchte der darf gerne uns auch unterstützen mit einem daumchen nach oben und auch mit dem Kauf im Store ansonsten ich freue mich auf nächste Woche und da wird's wieder Köpfe rauchen lassen anstehen mit Hans sch lüter und mir Martin [Musik] kr [Musik]