Czy naprawdę należy preferować wyższe ISO (wszystkie inne rzeczy są równe)?

44

Rozumiem ustawienie ISO w aparatach cyfrowych, że w przeciwieństwie do kamer filmowych zmiana ISO nie wywołuje żadnej fizycznej zmiany w aparacie. Zamiast tego po prostu nakazuje kamerze pomnożenie napięć analogowych odczytywanych z czujników przez stałą liczbę, co zwiększa jasność tego piksela na wyjściowym obrazie JPEG. A ponieważ pliki RAW przechowują rzeczywiste odczytane napięcia, zanim nastąpi jakakolwiek zmiana jasności, wartości w pliku RAW będą takie same, niezależnie od ustawienia ISO. Dlatego, jeśli robisz zdjęcia tylko w formacie RAW, ustawienie ISO absolutnie nic nie robi (oznaczałoby to również, że aparaty cyfrowe z wyższymi ISO są całkowicie chwytem marketingowym) .

Jednak ten wysoko głosowany post zaprzecza temu. To pokazuje następujący obraz:
Hałas przy ustawieniach ISO
który twierdzi, że ustawienie ISO ma wpływu na wyjście RAW! † Stwierdzono również, że „aby zminimalizować szumy, należy uzyskać jak najwięcej światła do aparatu, a następnie stosować najwyższą możliwą czułość ISO bez prześwietlania”.

Jeśli moje rozumowanie jest prawidłowe, wszystkie zdjęcia z tym samym czasem otwarcia migawki skutkują tym samym obrazem (RAW), niezależnie od ustawienia ISO. Jeśli jednak wyjaśnienie w powyższym poście jest prawidłowe, zdjęć (RAW) wykonanych z nieprawidłowo naświetlonym ustawieniem ISO nie można poprawić w oprogramowaniu bez dodatkowego szumu. (Znalazłem ten wątek online, w którym kilku „ekspertów” spiera się w tę i z powrotem o to, które zrozumienie jest prawidłowe, ale nigdy nie dochodzi do wniosku)


Aby dowiedzieć się, które zrozumienie jest prawidłowe, próbowałem wykonać zdjęcie z różnymi czułościami ISO i czasami otwarcia migawki w trybie RAW + JPEG. Następnie załadowałem pliki RAW do Photoshopa i zastosowałem automatyczną korektę w „Camera Raw” (przed konwersją JPEG) .

Były to wyniki (kliknij, aby powiększyć) :

Obrazy RAW z automatyczną korekcją PS
(Wszystkie zdjęcia zrobione lustrzanką Sony a390. Przysłona f / 5.6, obiektyw zmiennoogniskowy 18–55 mm ustawiony na 55 mm)

I dla porównania, oto pliki JPEG utworzone dla tych samych zdjęć przez aparat (bez korekty Photoshopa):

Obrazy JPEG z automatyczną korekcją PS

Wygląda na to, że oboje się mylimy (Co!?! ?? !!?) . Ustawienie ISO zdecydowanie miało znaczną różnicę w końcowym obrazie RAW, ale wydaje się, że nawet jeśli powoduje niedoświetlenie, użycie najniższego ustawienia ISO nadal powoduje najmniejszy szum!

Zakładam, że aby zrozumieć, dlaczego tak jest, muszę dokładnie wiedzieć , jak działa ustawienie ISO w DLSR - czy ktoś mógłby mi to wyjaśnić? Czy czujnik jest w jakiś sposób fizycznie bardziej czuły, czy jest to zwykłe cyfrowe (lub ewentualnie analogowe) wzmocnienie sygnału napięcia? A może działa inaczej w różnych aparatach (mój jest raczej niskopoziomowym DLSR) ? Jeśli czujnik nie staje się fizycznie bardziej czuły, dlaczego ustawienie ISO wpływa na zdjęcie RAW? Dlaczego niedoświetlony obraz ISO100 spowodował mniej szumów (po korekcji w Photoshopie) niż ten sam obraz z tą samą przysłoną / migawką przy (prawidłowo naświetlonej) ISO3200?


(Przynajmniej myślę, że tak właśnie mówi. Post jest niejednoznaczny, czy automatyczna korekta została wykonana w pliku RAW, czy w pliku JPEG. Po prostu zakładam, że zrobiono to w RAW na JPEG byłby po prostu głupi - wzmocniłby kompresję + szum kwantyzacji, a nie szum aparatu, co spowodowałoby, że cały post byłby nieprawidłowy)

BlueRaja - Danny Pflughoeft
źródło
1
Świetne pytanie. Od jakiegoś czasu mam ten sam „model mentalny” ISO, choć rozumiem, że rzeczywista wydajność wydaje się nie do końca pasować do tego modelu.
D. Lambert
1
Nie pomaga to w porównywaniu wydajności modelu 30D z rocznika 2006 i modelu α390 z rocznika 2010. Głębia bitowa i „szerokość” zmieniło się wiele na przestrzeni lat, do punktu, w którym jesteś w istocie porównującego Kodachrome (a raczej wybredny Slide film) do Kodacolor (tyle swobody dla aparatów jednorazowych).
1
Tak, nie duplikat po edycji.
mattdm
1
Możliwe, że stwierdzenie, że nie ma różnicy między wartościami ISO w trybie RAW, jest niepoprawne, jeśli istnieje prawdopodobieństwo, że na algorytmy automatycznej ekspozycji negatywnie wpływa hałas związany z wyższą wartością ISO, co pozwala na dłuższy czas otwarcia migawki.
2
@BBking: Tak, w końcu z tego też wyszedłem. Właśnie przeczytałem z wypowiedzi Matta bardzo szokujące stwierdzenie „Właściwie wysokie ISO jest dobre!” podczas gdy brakuje ukrytego podtekstu „… dobry w porównaniu do zwiększenia jasności w poście, ale wciąż nie tak dobry, jak zwiększenie przysłony, czasu otwarcia migawki lub oświetlenia!”
BlueRaja - Danny Pflughoeft

Odpowiedzi:

55

Błędem byłoby myśleć, że zwiększenie czułości ISO w ogóle nie powoduje żadnych „fizycznych” zmian w kamerze. Problem z ISO polega na tym, że ludzie często nazywają to wrażliwością . To naprawdę błędne określenie ... czułość jest stałym atrybutem danego czujnika i nie można go zmienić.

Czułość jest tak naprawdę bardziej synonimem wydajności kwantowej fotodiod, biorąc pod uwagę procent światła odfiltrowanego przez filtr odcięcia podczerwieni, filtr dolnoprzepustowy i układ filtrów kolorów. Ogólnie rzecz biorąc, większość lustrzanek ma obecnie „czułość” 13–18% na światło… oznacza to, że tylko około 13–18% światła przechodzącego przez obiektyw faktycznie dociera do fotodiody i uwalnia elektron. Około 60% światła lub więcej jest filtrowane przez stos filtrów i CFA, a wydajność kwantowa fotodiod (szybkość uderzenia fotonu w uwalnianie elektronów) w nowoczesnych czujnikach wynosi od ~ 45% do ~ 60%.

ISO jest tak naprawdę instrukcją dla elektroniki aparatu, aby zmienić sposób wzmocnienia ładunku elektronicznego, sygnału analogowego, przechowywanego w czujniku, aby uzyskać odpowiednią ekspozycję. W tym sensie istnieje „fizyczna” zmiana tego, co faktycznie dzieje się z sygnałem obrazu w elektronice czujnika. Pewne wzmocnienie jest stosowane do oryginalnego sygnału w czujniku podczas odczytu. Zwiększenie czułości ISO zmienia to wzmocnienie, powodując coraz większe wzmocnienie sygnału.

Twoje pytanie brzmi: czy zwiększenie ISO ma znaczenie i czy zmiana ISO wpływa na RAW? Odpowiedź brzmi TAK i TAK! Jeśli sfotografowałeś wszystko z czułością ISO 100 i zmieniłeś cyfrowo „wzmocnienie” pocztą, Twoje zdjęcia będą znacznie głośniejsze niż w przypadku użycia najbardziej odpowiedniego ustawienia w aparacie. Mechanizmy wzmacniania sygnału obrazu wykonywane przez kamerę są znacznie lepsze niż podstawowe cyfrowe wzmocnienie ISO za pomocą pewnego rodzaju narzędzia do obróbki końcowej, takiego jak Lightroom. Przykładowy obraz Matta Gruma, do którego odwoływałeś się z oryginalnego postu, powinien być idealnym tego przykładem. Zauważ, o ile gorszy jest szum na cyfrowo wzmocnionym obrazie ISO 100 niż na obrazie ISO 1600? Jest dużo szumu w kolorze niebieskim, zaczynają się pojawiać wzory pasków i następuje utrata szczegółów. Aparat wykonał znacznie lepszą robotę, gdy kazano mu korzystać z ISO 1600 ... jest mniej hałasu, więcej szczegółów, ostrzejsze szczegóły.

Powodem, dla którego zwiększenie czułości ISO w kamerze jest lepsze, jest to, że działa ona z oryginalnym, natywnym sygnałem bezpośrednio z czujnika, zanim jakakolwiek elektronika znajdująca się za nim będzie mogła wprowadzić dodatkowy szum. W CMOS Image Sensor (CIS) każdy piksel ma wbudowany obwód redukcji szumów (CDS, skorelowane podwójne próbkowanie ... to mierzy ładunek ciemnego prądu w pikselu w „czasie resetowania” i zapamiętuje go, aby był można odjąć podczas odczytu), a także wbudowanego wzmacniacza. Kiedy każda kolumna pikseli jest odczytywana, ładunek piksela jest najpierw denominowany przez zespół obwodów CDS, a ten „czysty” ładunek jest następnie bezpośrednio wzmacniany, zanim zostanie wysłany do obwodu odczytu wysłanego z matrycy. Konwersja analogowo-cyfrowa (ADC) zachodzi poza matrycą czujnika w układzie DSP w większości kamer (są pewne wyjątki, więcej za chwilę).

ADC są zwykle umiarkowanie równoległe, w danym aparacie może być osiem, szesnaście, może więcej. Mimo że są równoległe, każdy z nich musi przetwarzać setki tysięcy, jeśli nie miliony pikseli w ułamku sekundy. Wymaga to wysokiej częstotliwości roboczej, która ma tendencję do wprowadzania dodatkowego hałasu. Jest to główne źródło szumu kolorów i pasm w większości lustrzanek cyfrowych, które je wykazują. Obraz ISO 100, który został wzmocniony w trybie post, zwiększa również ten dodatkowy szum po odczycie, który jest wprowadzany za czujnikiem .

Zwiększając czułość ISO w kamerze, bezpośrednio wzmacniasz sygnał obrazu, a wszelkie dodatkowe czynniki przyczyniające się do powstawania szumu wpływają tylko na dolny koniec sygnału. Pozwala to zachować stosunek obrazu do szumu elektronicznego. Istnieje dodatkowy czynnik powodujący hałas, który nie ma nic wspólnego z elektroniką. Losowa natura samego światła powoduje rozkład Poissona uderzeń fotonów. Z mniejszą ilością światła padającego na czujnik, hałas Poissona będzie wyższy. Jeśli posiadasz czujnik bezszumowy, który w ogóle nie wprowadziłby własnego elektronicznego szumu ... wówczas użycie ISO 1600 byłoby tym samym, co użycie ISO 100 i zwiększenie ekspozycji o cztery stopnie na post. Ilość szumu na dwóch obrazach byłaby identyczna i wszystkie byłyby hałasem wynikającym z losowej natury światła.


Na rynku jest dziś jeden czujnik, który jest prawie bezgłośny. Czujnik Sony Exmor wykorzystuje wysoce zaawansowany, równolegle do kolumny, cyfrowy układ odczytu ADC / CDS ON-DIE. W przeciwieństwie do większości czujników, które utrzymują sygnał analogowy w rurociągu od czujnika do DSP (do tuż po ADC), Exmor wykonuje zarówno CDS, jak i ADC na matrycy, i to w sposób cyfrowy. Zamiast każdego piksela posiadającego analogowy obwód CDS do pomiaru ciemnego prądu na piksel, Exmor wykonuje reset-odczyt, który to reset jest natychmiast konwertowany na cyfrowy i przechowuje ładunek „ciemnego prądu” z czujników na wirtualnym obrazie wartości ujemnych. Po naświetleniu sygnał obrazu jest odczytywany, przetwarzany na cyfrowy, a obraz z zerowym resetem jest stosowany do obrazu o dodatniej ekspozycji.

Ponieważ w Exmor jest jeden ADC na kolumnę, a nie jeden ADC na kilkadziesiąt kolumn, mogą one działać z niższą częstotliwością. Pomiędzy wykorzystaniem cyfrowego CDS, ADC na kolumnę i komponentów o niższej częstotliwości, Exmor wprowadza prawie zerowy szum , nie wprowadza żadnego widocznego pasma lub szumu wzorcowego i dla wszystkich celów i celów można go uznać za „bezszumowy” czujnik.Nadal występuje pewien hałas, a wystarczające zwiększenie ekspozycji na stanowisku ostatecznie spowoduje, że hałas stanie się widoczny. Można jednak zrobić zdjęcie przy ISO 100, podnieść go o cztery stopnie i sprawić, by wyglądało prawie tak dobrze, jak zdjęcie zrobione przy ISO 1600. W rzeczywistości w przypadku Exmor ... to znaczy DOKŁADNIE sprawa! Całe „wzmocnienie” w Exmorze ma z natury charakter cyfrowy, chociaż elektronika czujnika jest w tym lepsza niż ręczne podnoszenie ekspozycji na stanowisku, z niewielkim marginesem.


Ważne jest również, aby zdawać sobie sprawę, że sam wzrost ISO nie powoduje samego hałasu. ISO nie jest źródłem hałasu! Zakładając, że czujnik jest bezszumowy, jeśli wystawisz scenę statyczną tak, aby uzyskać właściwą ekspozycję przy ISO 100 i wystawisz taką samą scenę statyczną, aby uzyskać odpowiednią ekspozycję przy ISO 3200, ta druga będzie miała więcej szumu. Dlaczego pytasz? Przyczyną jest hałas Poissona, częściej nazywany szumem Photon Shot lub hałasem powodowanym przez losową naturę światła. Na odpowiednio naświetlonym obrazie ISO 100 używasz szerszej przysłony, dłuższej migawki lub obu. Załóżmy, że dla celów dyskusji zmieniamy tylko czas otwarcia migawki, aby utrzymać DOF i uzyskać dokładnie tę samą scenę zarówno dla ISO 100, jak i ISO 3200. Różnica w czasie otwarcia migawki wynosi pięć stopni. To trzydziestokrotna różnica w ilości światła na czujniku! Im więcej masz światła, tym mniej szumu fotonowego będzie widoczny ... stosunek sygnału do szumu (SNR) obrazu do jego naturalnego szumu jest wyższy przy odpowiednio naświetlonym obrazie ISO 100 i znacznie niższy przy prawidłowo naświetlony obraz ISO 3200.

Jeśli użyjemy Nikona D800 (który korzysta z czujnika Sony Exmor), zrobienia zdjęcia niedoświetlonego o pięć stopni przy ISO 100 i kolejnego odpowiednio naświetlonego przy ISO 3200 i wzmocnienia obrazu ISO 100, będzie on zawsze nieco głośniejszy niż Obraz ISO 3200. Skutecznie ma ten sam współczynnik SNR w stosunku do szumu fotonu i będzie miał bardzo niewielki udział szumu odczytu, który zostanie wzmocniony wraz z resztą obrazu.


Poprosiłeś o dokładne sprawdzenie, jak działa ISO w nowoczesnym aparacie cyfrowym. To nie jest pełne wyjaśnienie, a różni producenci różnie traktują niektóre wysokie ustawienia ISO. Na przykład czujniki Canon wzmacniają sygnał obrazu bezpośrednio z czujnika do określonego punktu, a następnie wykorzystują dodatkowy wzmacniacz w dół od czujnika do przetwornika ADC, aby osiągnąć górną parę przystanków (tj. W kamerze, która przechodzi do ISO 6400, ISO 1600 to maksymalne ustawienie „natywnie wzmocnione”, a ISO 3200 i 6400 obejmują dodatkowe wzmocnienie, ale nadal analogowe.) Ustawienia „Rozszerzonego ISO” są również specjalne w większości kamer, ponieważ tak naprawdę są cyfrowy impuls. Tak więc każde ustawienie o nazwie HI lub H1, H2 itd. Nie jest prawdziwym ustawieniem ISO ... jest to fałszywe ustawienie ISO.

jrista
źródło
1
Możesz także zwiększyć czułość ISO, jeśli fotografujesz w słabym świetle, na przykład podczas uprawiania sportu w pomieszczeniu. Ponownie, niekoniecznie chodzi o „ekspozycję” ... technicznie rzecz biorąc, ekspozycja dotyczy ilości światła na czujniku, na którą wpływa wyłącznie przysłona i migawka. Ponownie, w sporcie ... potrzebujesz wystarczająco wysokiej migawki, aby odpowiednio zamrozić ruch u graczy. W przypadku fotografii na nocnym niebie wysokie ISO może w końcu stać się „ekspozycją” ... ale nie zawsze. Mogę odsłonić nocne niebo przez 45 sekund przy 400 ISO bez wystrzeliwania, ale przy strzelaniu do meteorów znów jest ...
jrista
1
... niekoniecznie o ekspozycji. Chcę określonego stosunku jasności między meteorami a gwiazdami. Długie ekspozycje zbyt mocno zwiększają współczynnik jasności, co powoduje bardzo słabe meteory. Krótsze ekspozycje przy wyższym ISO powodują podobny „czas na pikselach”, co pozwala mi zmniejszyć stosunek gwiazd do meteorów, dzięki czemu meteory są stosunkowo jaśniejsze i ciekawsze. Jeśli chcę więcej „ekspozycji”, użyję obiektywu z szerszym otworem, który dosłownie dostanie więcej światła na czujnik ... jednak nadal użyłbym wyższego ISO, aby znormalizować czas na pikselach podczas opadów deszczu.
jrista
1
Po pierwsze, nie jestem pewien, w jaki sposób aparat może mieć „bazową” czułość ISO wynoszącą 400, jeśli robi to również ISO 100. Zwykle ISO 100 to ustawienie, które umożliwia „pełne wykorzystanie” czujnika. Jeśli FWC wynosi 60 000 elektronów, wówczas ISO 100 zagwarantuje, że maksymalne nasycenie elektronami wynosi 60 000, i zastosuje niezbędne wzmocnienie, aby upewnić się, że ładunek o wartości 60 000 elektronów przekształci się w maksymalną jednostkę cyfrową (zakładając brak przesunięcia polaryzacji, w 14 -bitowy czujnik, który wynosiłby 2 ^ 14 lub 16384.) ISO 400 wymagałby wzmocnienia, aby zapewnić, że maks. sob. z 15 000 konwertuje na jednostkę cyfrową 16384 itd.
jrista
1
W sieci pojawiło się wiele komentarzy na temat Canona stosującego bazową czułość ISO 160. Jest to również błędem, ponieważ ludzie bezpośrednio wiążą nieco szum i czułość ISO. Canon korzysta z mechanizmu ISO dziwnej piłki. Ich wzmacniacze są w stanie wykonywać tylko stopnie pełnego zatrzymania, więc wszelkie ustawienia trzeciego lub pół-stopu muszą być „wypchnięte” lub „wyciągnięte” z natywnego ustawienia pełnego zatrzymania. ISO 125 to przesunięcie o 1/3 stopnia ISO 100 wykonywane przez wzmacniacz końcowy (post-sensor / pre-ADC). ISO 160 to 1/3 zatrzymania w dół od ISO 200. To samo dotyczy 250/320, 500/650, 1000/1250 itp. Podstawowa ISO to wciąż 100.
jrista
2
Ekspozycje wypychane mają więcej szumów niż ustawienia, na których są oparte. ISO 125, 250, 500 i 1000 mają więcej szumów niż ich macierzyste ISO 100, 200, 400 i 800. I odwrotnie, ekspozycje ciągłe mają mniej hałasu niż ustawienie, na którym są oparte. ISO 160, 320, 640 i 1250 mają mniej hałasu niż ich macierzyste ISO 200, 400, 800 i 1600. Różnica w hałasie jest często dość widoczna i dlatego tak wiele osób uważa, że ​​Canon stosuje bazową ISO 160, ponieważ często wygląda na czystszego niż ISO 100. Baza ISO jest naprawdę dobrze i naprawdę 100, ale czasami takie mity są trudne do obalenia.
jrista
4

Zmiana ustawienia ISO wywołuje zmianę w kamerze , zmienia wzmocnienie na chipie. Napięcia wytwarzane przez przychodzące światło są wzmacniane przed digitalizacją. Powodem tego jest to, że sygnał analogowy wychwytuje szum w drodze do ADC (przetwornik analogowo-cyfrowy). Najpierw wzmacniając słaby sygnał, efekty tego szumu są redukowane w porównaniu do digitalizacji słabego sygnału, a następnie matematycznie stosując wzmocnienie do zdigitalizowanych wartości (co w tym przykładzie robi Photoshop), ponieważ zwiększa to szum odczytu.

Powodem, dla którego nie odczuwasz tego samego efektu podczas korzystania z Sony a390, jest to, że model ten posiada opatentowaną technologię Sony zaprojektowaną w celu radykalnego ograniczenia narastania szumu odczytu w drodze do ADC. Jedyną zaletą korzystania z ustawienia ISO w kamerze jest zmniejszenie szumu kwantyzacji, który może powstać, jeśli nie ma wystarczającej liczby wartości cyfrowych, aby przedstawić niewielkie zmiany w słabym sygnale. Poza tym ISO jest prawie zbędne (lub, co gorsza, przynosi efekt przeciwny do zamierzonego, jak gdyby pomiary były nieprawidłowe, obraz o wysokiej ISO może zostać przycięty, a obraz o niskiej ISO nie).

Matt Grum
źródło
Wzmocnienie analogowe wcale nie zmniejszyłoby szumów - w rzeczywistości wzmacniacz zawsze wprowadza niewielką ilość własnego szumu. Nadal byłoby to jednak lepsze niż wzmocnienie po konwersji analogowo-cyfrowej, ponieważ spowodowałoby to utratę danych o najniższej wartości bitów (powodując utratę jakości obrazu - to właśnie oznacza kwantyzacja hałas) . ... Pomyśl o tym, to wyjaśnienie wyjaśni, dlaczego ISO3200 miał wyższy szum na moich zdjęciach powyżej - zastanawiam się, czy to jest właściwy / jedyny powód?
BlueRaja - Danny Pflughoeft
@ BlueRaja-DannyPflughoeft Na każdym etapie procesu powstaje dodatkowy szum „ciemnego prądu”. Właśnie dlatego analogowa wartość napięcia dla każdego czujnika jest wzmacniana na matrycy na poziomie czujnika, zanim jeszcze zostanie odczytana (dla czujników CMOS). Wzmocnienie analogowego nie zmniejsza „foton” hałasu powodowanego przez losowy charakter światła, które wpływa na gęstość fotonów w danym momencie w polu światła, ale z pewnością nie osłabiać działanie odczytu hałas (a / k / a prąd ciemny hałasu ), który jest dodawany między każdym sensel a DAC.
Michael C
4

A ponieważ pliki RAW przechowują rzeczywiste odczytane napięcia, zanim nastąpią jakiekolwiek zmiany jasności, wartości w pliku RAW będą takie same, niezależnie od ustawienia ISO.

To założenie jest nieprawidłowe. Ustawienia ISO w aparatach cyfrowych zmieniają wzmocnienie amplitudy napięcia analogowego z każdego czujnika (studnia pikseli) przed odczytaniem sygnału, a tym bardziej konwersji na informację cyfrową.

W surowych plikach zapisywane są wartości wzmocnionego sygnału analogowego przekształconego na informację cyfrową. Powodem tego jest dodatkowy szum generowany przez ścieżki elektroniczne między czujnikiem a przetwornikiem cyfrowo-analogowym (DAC). Jeśli napięcia analogowe z każdego czujnika nie zostaną wzmocnione przed odczytem, ​​byłyby tak słabe, że szum „ciemnego prądu” dodawany przez ścieżkę między czujnikiem a przetwornikiem cyfrowo-analogowym przytłoczyłby wszystkie oprócz najsilniejszych sygnałów (np. Wszystko oprócz obrazów które zostały uchwycone w bardzo jasnym świetle i / lub przez bardzo długi czas).

Tak więc, jeśli robisz zdjęcia tylko w formacie RAW, ustawienie ISO absolutnie nic nie robi (oznaczałoby to również, że aparaty cyfrowe o wyższych ISO są całkowicie chwytem marketingowym).

Ponieważ Twoja pierwotna przesłanka, cytowana powyżej, jest nieprawidłowa, wynika z tego, że wniosek oparty na tej nieprawidłowej przesłance jest równie błędny. Na to, co jest przetwarzane przez ADC i rejestrowane w surowych danych obrazu, ma istotny wpływ wzmocnienie wzmacniacza napięcia analogowego z każdego czujnika.

Porada zawarta w odpowiedzi na początku pytania powinna być rozumiana jako „... wpuść wystarczającą ilość światła do kamery, a następnie zastosuj najwyższą wartość ISO , która nie spowoduje rozjaśnienia świateł . Jeśli wystarczająca ilość światła zostanie wpuszczona aparat, ta idealna czułość ISO mogłaby być minimalnym ustawieniem ISO aparatu. Tylko wtedy, gdy ogranicza nas ilość dostępnego światła, maksymalna szerokość przysłony / ustawienie przysłony potrzebne do uzyskania żądanej głębi ostrości lub czasu migawki potrzebnego do zapobieganie rozmazaniu poruszającego się obiektu radzi, aby zwiększyć czułość ISO do najwyższego ustawienia, które nie prześwietla, rozjaśnienia mają zastosowanie do ustawienia ISO wyższego niż wyjściowy ISO aparatu.

Michael C.
źródło
3

Czujniki nie mogą być bardziej lub mniej czułe. Po prostu reagują na zdjęcia, uwalniając ładunek elektryczny, który gromadzi się na stronie.

Opłata ta jest wielkością analogową . Technicznie dyskretnie na poziomie atomowym, ale jest traktowany jako wartość analogowa. Po ustawieniu ISO w kamerze zmienia się punkt nasycenia, który jest mapowany na najwyższą możliwą wartość cyfrową. Niższe ładunki są proporcjonalnie odwzorowywane przez konwerter A / D, dlatego wciąż uzyskuje się taką samą głębię bitów na piksel przy normalnym ISO. W przeciwieństwie do rozszerzonego ISO, które są najczęściej przetwarzane cyfrowo.

Dane wyjściowe w formacie RAW rejestrują wartości cyfrowe i dlatego podlegają wpływowi ISO. Jeśli zwielokrotnisz sygnał cyfrowo w celu emulacji ISO, utracisz głębię bitową i wielokrotność wszelkich szumów obecnych w sygnale analogowym.

Itai
źródło
2
Jeśli wzmacniasz sygnał analogowy, to również zwielokrotniasz szum obecny w sygnale, klucz ten wzmacnia sygnał, zanim nagromadzi się zbyt dużo szumu.
Matt Grum,
Ta odpowiedź potwierdziła to, co już założyłem w pytaniu - ale to nie wyjaśnia, dlaczego ISO3200 miałby więcej szumów przy prawidłowej ekspozycji niż ISO100 przy tej samej wartości przysłony / czasu otwarcia migawki lub dlaczego moje wyniki różniłyby się od Matta
BlueRaja - Danny Pflughoeft
3

Uważam, że twoje założenie jest błędne. Chociaż być może w niektórych kamerach może występować ustalone wzmocnienie, a ISO jest filtrowaniem czysto cyfrowym (co może być wykonane równie łatwo offline), uważam, że w wielu kamerach ustawienie ISO faktycznie kontroluje wzmocnienie analogowe detektora.

Wyższe ISO nie jest pożądane, ponieważ większy zysk oznacza więcej szumu.

W każdym analogowym systemie wzmocnienia stopniowanie wzmocnienia jest ważne, aby uzyskać najlepszy sygnał. W systemie fotograficznym naszym pierwszym zyskiem jest zbieranie światła przez obiektyw. Drugim wzmocnieniem jest czułość filmu lub rzeczywiste wzmocnienie elektroniczne detektora, zależnie od przypadku.

Najmniej hałaśliwe wyniki uzyskuje się, jeśli wpuścisz wystarczającą ilość światła i używasz tylko umiarkowanego wzmocnienia.

Zastosowanie większego wzmocnienia (wyższe ISO) w detektorze jest „złem koniecznym” w warunkach słabego oświetlenia lub gdy potrzebne są krótkie ekspozycje, aby wyeliminować rozmycie ruchu, lub wymagana jest niska wartość przysłony dla głębi ostrości.

Tj. Wybór ISO zależy w zasadzie od innych parametrów: dostępnego światła / przysłony i czasu otwarcia migawki.

Zaraz
źródło
1

Chociaż samo w sobie nie jest niepoprawne, stwierdzenie w tej odpowiedzi jest mylące.

Odpowiedź nie polega na porównywaniu szumów przy różnych ustawieniach ISO, lecz na porównywaniu różnicy między wzmocnieniem analogowym i cyfrowym. Ustawienie wyższego ISO wykorzystuje wzmocnienie analogowe, dzięki czemu działa lepiej niż niedoświetlanie obrazu i kompensacja w przetwarzaniu końcowym, ponieważ wykorzystuje ono wzmocnienie cyfrowe.

Bardziej użytecznym stwierdzeniem byłoby:

Jeśli chcesz zminimalizować hałas, powinieneś użyć najniższego możliwego ustawienia ISO. Wyższego ustawienia ISO należy używać tylko wtedy, gdy jest to potrzebne do uzyskania prawidłowej ekspozycji, gdy nie można uzyskać więcej światła do aparatu.

Guffa
źródło
1

Aby zminimalizować szum, potrzebujesz jak największej ilości światła na czujniku, z zastrzeżeniem (1) nie przycinania świateł, w których chcesz zachować szczegóły, (2) ustawiania przysłony dla żądanej głębi ostrości i (3) ustawienia migawki prędkość żądanego rozmycia w ruchu (obiekt i aparat) lub brak rozmycia w ruchu.

Czy zwiększenie ISO pomoże, jeśli wykonasz powyższe czynności i nadal nie przycinasz pożądanych elementów? Jeśli zwiększenie ISO zmniejsza szum odczytu, może to pomóc. To zależy od czujnika w aparacie. W niektórych czujnikach zmniejsza się szum odczytu, jeśli zwiększysz ISO, przynajmniej do pewnego momentu. W innych czujnikach (czasem nazywanych mniej ISO) szum odczytu nie zwiększa się wraz z ISO.

Zakłada się, że strzelasz na surowo.

pianka
źródło
1

Patrzyłem na problem polegający na tym, że widzisz więcej szumu w programie High ISO niż na zdjęciu ISO 100, mimo że wszyscy mówią ci, że powinno być odwrotnie. Ludzie mówią ci, dlaczego powinno być odwrotnie, a Jrista powiedziała ci, dlaczego efekt nie jest tak widoczny w twoim aparacie, jak np. W aparatach Canon (prawie równych). Ale zauważasz, że wydawało się, że jest mniej hałasu w iso 100 po wzmocnieniu i nie jest równy lub więcej szumu nadal trwa.

Poszedłem dalej, sprawdzając twój wynik. Wnioski z oryginalnej demonstracji Matta zakładają, że końcowym rezultatem jest ten sam obraz z tych samych warunków, w których następnie podnosisz ISO w porównaniu do podwyższenia Ekspozycji w celu prawidłowego naświetlenia. To jest ta sama jasność @ to samo światło przychodzące. Porównuję więc twój histogram ISO 100 rzędu 0,01 vs ISO 3200 i stwierdziłem, że nie podniosłeś ISO 100 tak bardzo jak ISO 3200. Różnica wynosi około 40%.

iso3200 40 procent jaśniejszy

Jeśli poprawimy obraz ISO 100, aby lepiej pasował do ISO 3200, spójrzmy na wynik:

więcej doładowania do ISO 100

Teraz wygląda dość równo, jeśli spojrzysz na moc hałasu, więc Jrista ma rację co do twojego prawie idealnego czujnika. Być może tekstury w ciemności są nieco lepsze w przypadku ISO 3200, a niebieskawe ziarna wydają się większe, ale trudno jest określić jakość szumu w tych konwertowanych obrazach. musimy zobaczyć wyniki na surowcach.

Michael Nielsen
źródło
0

Bardzo szybka odpowiedź: podnosząc ustawienie ISO, przykładasz większe wzmocnienie do sygnału. Oznacza to, że mnożymy w sposób „analogowy” (wzmacniając prąd), a nie w sposób „cyfrowy” (mnożąc liczbę przez 2, przez 4 .... i tak dalej, co odpowiadałoby twojemu modelowi mentalnemu ).

W ostatnich latach popularność zyskuje termin (nie sądzę, aby był szczególnie dobrze dobrany), który opisuje czujnik, który działa tak, jak sobie wyobrażasz, i jest to „kamera bez izolacji”.

Francesco
źródło
0

Zanim zaakceptuję odpowiedź, chciałem tylko dodać podsumowanie tego, czego się nauczyłem ze wszystkich tych wspaniałych odpowiedzi i kilku innych źródeł. Widziałem kilku użytkowników, którzy zalecają „stosowanie najwyższego możliwego ISO bez prześwietlania”, bez żadnych dodatkowych wyjaśnień lub kwalifikacji, co jest całkowicie błędne.

Tworzę ją wiki-społeczność, więc dodaj ją lub popraw błędy.


Ściągawka ISO aparatu cyfrowego

  • Użycie najniższego ISO (dla danej ekspozycji, co oznacza, że ​​będziesz musiał zmienić zarówno przysłonę, jak i czas otwarcia migawki) zawsze zapewni najmniejszy szum; jednak nie zawsze daje to najlepszy obraz .

    Na przykład dłuższy czas otwarcia migawki przy ISO 100 może spowodować, że obraz będzie nieco rozmazany, a krótszy czas otwarcia migawki przy ISO 400, pomimo większego szumu, może wyglądać lepiej z powodu braku rozmycia (a szum może nie być nawet być widoczne) .

    Nie ma dobrej zasady, aby wiedzieć, kiedy to nastąpi. Powinieneś dużo eksperymentować, aby zdobyć tę intuicję.

    • Wartości ISO, które nie some-power-of-2 * 100są wyjątkami, mogą być wyjątkiem od tej reguły, być może preferowanym nad niższymi wartościami ISO. Zobacz na przykład tutaj .

    • W przeciwieństwie do tej odpowiedzi , wszystkie pozostałe ustawienia są równe i bez przycinania, wszystkie ustawienia ISO będą prawie równoważne pod względem automatycznie korygowanego obrazu RAW. Różnica polega na tym, że niższe ustawienie ISO będzie miało mniejszy kontrast / szum kwantyzacji, z powodu utraty informacji (ponieważ korekcja ekspozycji jest wykonywana cyfrowo, a nie analogowo) , ale faktycznie będzie miała nieco mniejszy ogólny szum, ponieważ wzmacniacze używane przez wyższe ISO powodują hałas, a ponieważ wyższe ISO są bardziej wrażliwe na hałas strzału .

      Właśnie to zaobserwowałem na zdjęciach w pytaniu.

    • W przypadku niektórych czujników zwiększenie czułości ISO może obniżyć szum odczytu, przynajmniej do pewnego momentu. Zobacz http://www.sensorgen.info/

  • Jeśli rozmiar przysłony lub czas otwarcia migawki są elastyczne dla zdjęcia, które chcesz zrobić (tj. Nie spowoduje rozmycia, nie pogorszy twojej artystycznej wizji itp.) , Użyj kombinacji, która pozwala uzyskać najniższą możliwą czułość ISO , jednocześnie zachowując odpowiednią ekspozycję, aby zminimalizować hałas.

    • Jeśli rozmiar przysłony lub czas otwarcia migawki są elastyczne dla zdjęcia, które chcesz zrobić (tj. Nie spowoduje rozmycia, nie wpłynie na twoje artystyczne widzenie itp.) , Użyj kombinacji, która daje najwięcej światła na matrycy , o ile nie przycinasz wyróżnień, w których chcesz zachować szczegóły.
  • Jeśli rozmiar przysłony i czas otwarcia migawki są sztywne i niezmienne, wybierz ISO zapewniające odpowiednią ekspozycję w celu zminimalizowania szumu.

    • To nie zawsze jest możliwe. Jeśli musisz wybierać pomiędzy niższym ISO, które jest niedoświetlone, a wyższym ISO, które jest prześwietlone, ogólnie lepiej jest wybrać wyższy ISO i ustawić ekspozycję na stanowisku.
  • Jeśli zarówno rozmiar przysłony, jak i czas otwarcia migawki są sztywne i niezmienne, wybierz ISO zapewniające najniższy poziom szumów odczytu, o ile nie przycinasz świateł, w których chcesz zachować szczegóły, i dostosuj jasność w poście.


Więcej informacji

  • Wartości z czujników kamery są analogowe, ale muszą zostać przekonwertowane na cyfrowe, aby mogły być używane przez komputer. Każde wzmocnienie tych wartości należy wykonać przed konwersją analogowo-cyfrową, aby uniknąć utraty informacji (szum kwantyzacji) . Ustawienie ISO w kamerze kontroluje stopień wzmocnienia analogowego. Właśnie dlatego ustawienie ISO wpływa na wynik RAW.

  • Ustawienie „Auto-ISO” w wielu aparatach nie przekroczy pewnego poziomu ISO (aby uniknąć szumu) , nawet jeśli ten ISO jest niezbędny do prawidłowej ekspozycji. W takich przypadkach konieczne będzie ręczne ustawienie ISO.

  • Miernik ekspozycji nie zawsze jest prawidłowy, więc znalezienie właściwej ekspozycji może wymagać pewnych eksperymentów.

  • Czasami obrazy są celowo prześwietlane, aby zredukować szumy i uzyskać jak najwięcej użytecznej głębi bitowej z pliku wyjściowego RAW. Nazywa się to Expose To The Right (ETTR) ( patrz także ) . W takim przypadku nadal obowiązują wszystkie powyższe zasady ściągawki; wystarczy zastąpić wyrażenie „właściwą ekspozycją” z „najwyższej zakaz obcinania prześwietlenie.”

    • Nadmierne naświetlanie spowoduje obcięcie wartości (maksimum, ponieważ są wyższe niż czujnik może obsłużyć) . Dlatego nie można przywrócić zdjęć ISO 800 i ISO 3200 po lewej stronie obrazu w pytaniu.
BlueRaja - Danny Pflughoeft
źródło
Uważam, że „właściwa ekspozycja” jest „najwyższą ekspozycją bez przycinania”, a często nawet „najwyższą ekspozycją przycinającą tylko podświetlenia”, ponieważ „niski kontrast” jak w przykładzie rzadko się zdarza, a prześwietlenie jest z definicji czymś więcej, co oznacza klip jeszcze więcej.
Michael Nielsen
„... a ponieważ wyższe czułości ISO są bardziej wrażliwe na hałas strzału”. Tylko jeśli ilość przechwyconego światła jest mniejsza! Szum wystrzelony jest wynikiem losowego rozkładu fotonów w polu świetlnym. Podobnie jak w przypadku wszystkiego, na co wpływa losowość, im większy rozmiar próbki, tym mniejsze odchylenie od normy w wartości średniej. Im mniejsza wielkość próby, tym większe będzie odchylenie standardowe od normy.
Michael C
„Właśnie to zaobserwowałem na zdjęciach w pytaniu”. Zauważyłeś, że twoje oprogramowanie do konwersji nie „automatycznie podbijało” obrazu ISO do tej samej jasności, co obraz ISO 3200. Proszę zobaczyć odpowiedź na @MichaelNielsen.
Michael C