[ang. Dynamic Range]

----- R E K L A M A -----

Dynamika, z definicji to stosunek największych wartości chwilowych (np. wartości amplitudy) do wartości najmniejszych.

DR = S_MAX / S_MIN

Dynamikę można też przedstawić jako maksymalną wartość stosunku sygnału do szumu:

SNR_max= Sygnał / Szum

Jako, że wartość dynamiki jest bezwymiarowa, zwykło się ją przedstawiać w decybelach lub stopniach (ekspozycji lub bitach informacji):

[dB] = 20 × log₁₀(SNR_max).
[EV] = log₂(SNR_max).

Aby mówić o dynamice w aspekcie fotografii cyfrowej musimy uściślić, czy mówimy o dynamice sceny, dynamice matrycy, dynamice przetwornika analogowo-cyfrowego czy też całego toru przetwarzania (czyli systemowej). Mimo, że obliczenia bazując na każdej z tych definicji mogą dać inny wynik, należy pamiętać, że całkowita dynamika tonalna jest równa dynamice tonalnej najsłabszego ogniwa w całym łańcuchu przetwarzania: scena - aparat - prezentacja.

Dynamika tonalna sceny:

Dla każdej fotografowanej sceny możemy określić jej dynamikę tonalną. Czyli jej zakres tonów, od najciemniejszego (typowo: cień) do najjaśniejszego (np śnieg, niebo). Sceny mogą być o dużej dynamice, gdzie histogram rozkłada się na całej szerokości tonów od ciemnych do jasnych:



lub o małej dynamice, gdzie histogram jest skupiony wokół średniej jasności sceny:

Jak zmierzyć dynamikę sceny?
Ustawmy w aparacie punktowy pomiar światła, ustawmy tryb M z parametrami f/8 i ISO200. Kierujemy obiektyw na najjaśniejsze miejsce i tak długo korygujemy wartość czasu migawki, by światłomierz wskazywał „0”. Następnie kierujemy aparat na najciemniejsze miejsce i tak długo zmieniamy czas, licząc poszczególne kroki, aż światłomierz znów wskaże „0”. Ilość wykonanych zmian przemnożona przez krok zmiany (1, ½ lub ⅓) jest rozpiętością tonalną sceny, czyli jej dynamiką.

Dynamika matrycy:

Dynamika matrycy jest miarą jej zdolności do jednoczesnej rejestracji obszarów jasnych (high lights) i głębokich cieni (dark shadows). Jest ona zdefiniowana jako różnica między wartością prądu odpowiadającą poziomowi bliskiemu pełnej saturacji (czyli wartości pojemności studni potencjałów) do najmniejszej, rejestrowalnej wartości prądu, definiowanej zwykle jako odchylenie standardowe szumu własnego (przy braku oświetlenia). Na tym etapie jest tylko sygnał analogowy – a więc z natury rzeczy o nieskończonej rozdzielczości w porównaniu do sygnału cyfrowego - tak więc matryca jako taka nie wykazuje cech posteryzacji.

Dynamika przetwornika ADC:

Przetwornik analogowo-cyfrowy przetwarza sygnał analogowy, znajdujący się w zakresie ograniczonym od góry wartością prądu odpowiadającą maksymalnej wartości cyfrowej (zależnej od ilości bitów przetwornika) oraz od dołu wartością prądu równą szumowi kwantyzacji (czyli błędu wynikającego z zaokrąglania wartości sygnału analogowego do najbliższej dyskretnej wartości cyfrowej). Dynamikę przetwornika analogowo-cyfrowego można wyliczyć korzystając z prostej zależności:
SNR_max [dB] = 6,02 × n +1,76, gdzie n jest ilością bitów.

Pamiętać też należy o tym, że rozdzielczość warunkowana jest poziomem sygnału. To znaczy im niższy prąd, tym mniejsza ilość bitów opisuje ilość dyskretnych poziomów kwantyzacji.

Przykład: 14-bitowy przetwornik rejestruje sygnał o maksymalnej dynamice:

SNR_max [dB] = 6,02 ×14 + 1,76 = 86,04.

Dynamika tonalna aparatu fotograficznego:

Poprzez dynamikę tonalną aparatu fotograficznego rozumiemy miarę zdolności rejestracji obszarów jasnych oraz głębokich cieni w ujęciu systemowym, począwszy od matrycy światłoczułej, poprzez układy kondycjonujące sygnał analogowy, aż po przetwornik analogowo-cyfrowy i zapisane dane w pliku RAW. Poziom najjaśniejszy definiowany jest jako poziom całkowitej saturacji inaczej zwany poziomem bieli (White Level) natomiast poziom najciemniejszy ograniczony jest wartością szumu przetwarzania (która to zależna jest od użytej czułości ISO).

Przykład: aparat korzystając z 14-bitowego przetwornika rejestruje poziom bieli jako wartość 13000, jednocześnie posiadając szum przetwarzania równy 2,5.

SNR_max [dB] = 20 × log₁₀(13000/2,5) = 74,32.

Dynamika użyteczna:

Pod tą nazwą kryje się taki zakres tonów, który jest użyteczny w dalszej obróbce zdjęcia. Jak wiadomo nie wszystko to, co matematycznie jest większe od zera, jest użyteczne w praktyce. Problemem jest to, że dla każdego człowieka poziom najmniejszego, akceptowalnego kontrastu będzie inny – jest to czynnik bardzo subiektywny, zależny w równym stopniu od percepcji wzroku jak również jakości drukarki czy monitora, na którym zdjęcie oglądamy. W tym ujęciu dynamika aparatu fotograficznego to stosunek wartości jasności najjaśniejszego elementu obrazu (ale nie białego) do najciemniejszego (rozpoznawalnego, ale nie czarnego).