Come viene implementato l'ISO nelle fotocamere digitali?

Se cambio le impostazioni ISO sulla mia fotocamera, ovviamente il guadagno del sistema aumenta, amplificando il segnale dal sensore. Ciò che non è chiaro per me è dove avviene l'amplificazione. Vedo diverse possibilità:

1. Nel sensore, aumentando la tensione o qualche altro meccanismo
2. Tramite un amplificatore analogico esterno al sensore
3. Digitalmente, dopo che il segnale è stato digitalizzato, ma prima di memorizzare i dati nel file RAW
4. Come parametro applicato esclusivamente nella creazione di un'immagine da RAW

Se il numero 4 è vero, allora potresti scattare una foto RAW sovraesposta di 4 stop a ISO 1600, e quindi in post elaborazione produrre un JPEG a ISO 100 che sarebbe lo stesso come se la foto originale fosse stata scattata a ISO 100.

Se il numero 1 o il numero 2 è vero, un file RAW girato a ISO 1600 conterrebbe effettivamente più informazioni sulle ombre e un ISO 100 RAW conterrebbe più informazioni sui punti salienti.

1 ~ 2 e 3. Sui CCD, l'amplificatore si trova effettivamente nell'angolo del sensore, ma su CMOS è presente un amplificatore incorporato in ciascun photosite, disperso in tutto il sensore. Vedi qui .

Come accennato in una cosa che ho scoperto di recente , la maggior parte delle DSLR ha un amplificatore prima dell'ADC (conversione da analogico a digitale). Tendono al massimo a 800 o 1600 ISO e successivamente sono tutte amplificazioni digitali. I seguenti paragrafi presuppongono una telecamera che massimizzi la sua amplificazione analogica a 1600:

Sfortunatamente, i file RAW a 12 o 14 bit ti impediscono di fare ciò che descrivi. L'amplificazione digitale ha luogo prima della memorizzazione dei file RAW. Esiste un valore massimo che può essere memorizzato, quindi quando si scatta sovraesposto di 4 stop, anche se l'ADC non è saturo, il file RAW verrà probabilmente troncato. Tuttavia, la tecnica che sovraesposta tanto quanto non tagliare i punti salienti è efficace nel ridurre il rumore e nota come ETTR (Expose To The Right).

Sì, a causa dell'amplificazione analogica, i file RAW con ISO più elevato contengono più dettagli. Tuttavia, ISO 1600 e ISO 12800 dovrebbero contenere la stessa quantità di dettagli ombra (a meno che non ci sia qualche elaborazione speciale aggiuntiva O l'ADC abbia effettivamente più precisione rispetto alla profondità di bit in cui sono archiviati i file RAW).

Anche se il n. 3 è vero al di sopra di ISO 1600, un RAW ISO 1600 può contenere più informazioni sui punti salienti perché possono ancora essere tagliati attraverso il processo di amplificazione digitale. Per questo motivo e forse altri (durata della batteria, dimensioni effettive del buffer), quando si scatta RAW, può essere utile scattare ISO 1600 e semplicemente postare il processo in seguito. Ancora una volta, non l'ho testato e se la profondità di bit ADC effettiva è superiore alla profondità di bit del formato RAW, non sarà vero.

Sì, l'impostazione ISO influisce sui dati di immagine memorizzati nel file RAW. Ecco due immagini, scattate nello stesso momento / luogo (quasi - questa è stata scattata a mano, senza molta attenzione alla composizione), con la stessa apertura (f / 2.8) e la velocità dell'otturatore (1/100).

Questa prima immagine è stata scattata a ISO 100 e regolato +2 stop in ACR a un ISO effettivo di ~ 400. Tutte le regolazioni oltre all'esposizione sono state azzerate (nessuna riduzione del rumore, nitidezza, regolazioni del contrasto, ecc.)

Questa immagine è stata scattata a ISO 1600 e regolata -2 stop in ACR su un ISO effettivo di ~ 400. Ancora una volta, tutte le regolazioni sono state azzerate.

Notare i punti salienti spenti nella seconda immagine. Stessa quantità di luce che colpisce il sensore ogni volta, ma informazioni diverse registrate nel file RAW.

Sì. L'impostazione ISO è la sensibilità del sensore - in pratica la quantità di amplificazione applicata al segnale dal pixel sul sensore per ottenere un risultato reale.

In teoria, potresti pubblicare il processo per produrre un risultato simile a quello di un ISO inferiore o superiore usando la compensazione dell'esposizione - ho sempre scoperto di avere risultati molto migliori scattandolo proprio "in-camera", il che mi porta a credere che l'amplificazione viene eseguita in modo analogo prima della digitalizzazione.

Se il numero 3 è vero, allora potresti scattare una foto RAW sovraesposta di 4 stop a ISO 1600, e quindi in post elaborazione produrre un JPEG a ISO 100 che sarebbe lo stesso come se la foto originale fosse stata scattata a ISO 100.

No. Se si scatta una foto con l'impostazione ISO 100, si ottiene un'esposizione diversa (più luce sul chip) rispetto all'impostazione ISO 1600. Indipendentemente da come viene raggiunta l'amplificazione (in hardware o software), l'immagine ISO 1600 trasporterà più rumore di un'immagine ISO 100.

L'obiettivo della fotocamera proietta un'immagine in miniatura del mondo esterno sulla superficie di un sensore di immagine sensibile alla luce situato all'interno e sul retro della fotocamera. Questo sensore di immagine è coperto da milioni di fotositi. La maggior parte dei fotositi sono sovrapposti con filtri rossi, verdi o blu. Durante l'esposizione la luce della scena viene riprodotta sui fotositi. Questi ricevono colpi di fotoni in proporzione alla luminosità della scena.

I colpi di fotone generano una carica elettrica all'interno del fotosite. La forza di questa carica è proporzionale al numero di colpi di fotone. Il conteggio dei colpi è una combinazione di quanto tempo rimane aperto l'otturatore e la luminosità della scena e il diametro di lavoro dell'obiettivo (apertura). Se la luminosità della scena è fragile, l'automazione della fotocamera o il fotografo ingrandisce l'apertura di lavoro e la velocità dell'otturatore viene rallentata. Se si sceglie una velocità dell'otturatore elevata, è necessario aumentare l'apertura di lavoro, ecc.

In ogni caso, l'entità della carica alla fine dell'esposizione è scadente. La logica integrata nel chip converte la carica in un segnale analogico debole che viene quindi amplificato e convertito in un segnale digitale. È l'applicazione dell'amplificazione di cui stai chiedendo.

Se la carica è debole, l'amplificazione deve essere aumentata. La carica sarà debole se la scena è scarsamente illuminata. La carica sarà debole se la velocità dell'otturatore utilizzata è superveloce. Apriamo il diametro di lavoro dell'obiettivo in quanto ciò consente più energia luminosa. Possiamo portare la luce artificiale se la luminosità della scena ha bisogno di essere rafforzata.

Parliamo di amplificazione: l'amplificazione nella fotocamera digitale corrisponde all'aumento del volume di una radio o TV. Nella fotocamera digitale, maggiore è l'amplificazione, aumenta l'immagine sfruttando opportunamente scene scarsamente illuminate o velocità dell'otturatore elevate. L'amplificazione aumentata è classificata come un'impostazione ISO elevata. ISO è l'acronimo di International Organization for Standardization. Sono responsabili della standardizzazione della sensibilità alla velocità delle pellicole fotografiche e l'industria delle fotocamere digitali ha adottato il metodo ISO di etichettatura della sensibilità.

L'aumento dell'ISO ha un prezzo: per la maggior parte dei sensori di imaging, ogni fotosite ha il proprio amplificatore. Ognuno probabilmente amplificherà un po 'diversamente rispetto al suo vicino. Quando l'amplificazione è troppo alta, i visi che dovrebbero riprodursi in nero spesso si registrano in grigio scuro. Questo invia informazioni false che chiamiamo rumore. Inoltre, se l'amplificazione è troppo elevata, parte della carica può fuoriuscire nei fotositi adiacenti, la chiamiamo fioritura. Sì, un ISO elevato può degradare ma consente anche la fotografia in condizioni difficili. La tecnologia marcia sui nuovi chip di imaging e sul software della fotocamera per mitigare meglio il rumore e la fioritura.

Avvertenza: la mia risposta è aneddotica al 100% e si basa sui risultati di un Panny FZ-28, che molto probabilmente non gestisce RAW come una DSLR.

Detto questo, ho lottato con i livelli di rumore in condizioni di scarsa luminosità dal primo giorno con questa fotocamera. Ci sono così tante prestazioni che puoi strappare da un piccolo sensore, ma ho provato diverse cose per cercare di ottenere i migliori risultati possibili.

Dato che vedo un aumento piuttosto drammatico del rumore all'aumentare dell'ISO, di solito cerco di mantenere l'ISO appuntato a circa 100 o vicino. Una delle cose che ho provato, però, è stato scattare RAW a ISO 100 con lo scatto sottoesposto per mantenere l'otturatore velocità che volevo. La post-elaborazione mi consente di correggere l'esposizione (in una certa misura), ma quando lo faccio, raccolgo una quantità di rumore che sembra essere quasi uguale a se avessi appena impostato ISO più alto per cominciare. Vedo un livello di rumore molto comparabile quando aumento l'ISO e l'esposizione (in modo da non dover aumentare l'esposizione in post-elaborazione), portandomi a credere che non ci sia spazio per "ingannare il sistema" in questo modo.

Non ho fatto alcuna lettura per supportare questo, ma in base a quello che ho visto, sarei propenso a credere che il numero 1 o il numero 2 (personalmente, credo che sia il numero 1 sopra) siano veri.

RAW è praticamente un dump diretto dell'output del sensore per l'archiviazione, quindi # 1 e / o # 2 sono le scelte ovvie (anche se penso che Canon faccia qualche manipolazione dei dati prima di scrivere il loro RAW, e forse anche altri).

Un buon modo per aumentare la sensibilità di un sensore è aumentare la tensione applicata su di esso. Ciò aumenta l'output per un determinato input e aumenta il rumore (che si osserva effettivamente accadendo quando si aumenta l'EI su una fotocamera digitale).

Ho difficoltà a immaginare come applicare un qualche tipo di amplificazione della luce prima che il sensore possa essere regolato al volo (i sensori hanno microlenti su ogni elemento per raccogliere la luce su quell'elemento, che determina la dimensione dell'elemento e ha un piccolo, ma fisso, effetto).

L'opzione 3 modifica i dati RAW dopo la raccolta, il che equivale a modificare il file RAW dopo averlo letto dalla fotocamera. Alcune fotocamere (vedi sopra) potrebbero tentare, in particolare per filtrare il rumore. La maggior parte non lo lascerà e lo lascerà all'operatore dell'utente (in effetti anni fa c'è stata una battaglia tra Canon e Nikon in cui Canon sembrava produrre immagini molto più vibranti rispetto a Nikon, che sono state trovate essere causate da Canon applicando i dati RAW, che hanno causato un po 'di clamore da parte degli utenti che non volevano che le loro telecamere lo facessero).

Ricorda che tutto questo è per DSLR di fascia medio / alta, con i modelli entry-level probabilmente c'è un sacco di filtri e miglioramenti nella fotocamera in corso, ma le persone che usano quelli non sono tipicamente sparatutto RAW e le loro modalità RAW potrebbero anche essere pulite.