Sarebbe sbagliato pensare che l'aumento dell'ISO non comporti alcun cambiamento "fisico" nella fotocamera. Il problema con ISO è che le persone spesso lo chiamano sensibilità . Questo è davvero un termine improprio ... la sensibilità è un attributo fisso di ogni dato sensore e non può essere modificato.
La sensibilità è davvero più sinonimo dell'efficienza quantica dei fotodiodi, tenendo conto della percentuale di luce filtrata dal filtro cutoff IR, filtro passa-basso e array di filtri colorati. In generale, la maggior parte delle DSLR in questi giorni ha effettivamente una "sensibilità" del 13-18% alla luce ... ciò significa che solo circa il 13-18% della luce che passa attraverso l'obiettivo raggiunge effettivamente il fotodiodo e rilascia effettivamente un elettrone. Circa il 60% della luce o più viene filtrato dalla pila di filtri e dal CFA, e l'efficienza quantistica dei fotodiodi (il tasso di colpi di fotoni al rilascio di elettroni) nei moderni sensori varia da ~ 45% a ~ 60%.
L'ISO è in realtà solo un'istruzione per l'elettronica della fotocamera per modificare il modo in cui la carica elettronica, il segnale analogico, memorizzato nel sensore viene amplificato per produrre una corretta esposizione. In tal senso, c'è un cambiamento "fisico" in ciò che sta realmente accadendo al segnale dell'immagine all'interno dell'elettronica del sensore. Un certo guadagno viene applicato al segnale originale nel sensore al momento della lettura. L'aumento dell'ISO modifica questo guadagno, con conseguente maggiore e maggiore amplificazione del segnale.
La tua domanda è: l'aumento dell'ISO è importante e la modifica dell'ISO influisce sul RAW? La risposta è SÌ e SÌ! Se hai girato tutto a ISO 100 e hai cambiato "amplificazione" digitalmente in post, le tue immagini saranno molto più rumorose rispetto a quando usi l'impostazione più appropriata nella tua fotocamera. I meccanismi di amplificazione del segnale di immagine eseguiti dalla fotocamera sono di gran lunga superiori alla tua spinta ISO digitale di base con una sorta di strumento di post elaborazione come Lightroom. L'immagine di esempio di Matt Grum a cui hai fatto riferimento dal post originale dovrebbe essere un esempio ideale di ciò. Notate quanto peggio è il rumore nell'immagine ISO 100 potenziata digitalmente rispetto all'immagine ISO 1600? C'è un sacco di rumore di colore blu, i motivi a strisce stanno iniziando a comparire e c'è una perdita di dettagli. La fotocamera ha fatto un lavoro molto migliore quando gli è stato detto di usare ISO 1600 ... c'è meno rumore, più dettagli, dettagli più nitidi.
Il motivo per cui l'ISO migliorato nella fotocamera è migliore è che funziona con il segnale nativo originale direttamente dal sensore prima che qualsiasi elettronica a valle abbia la possibilità di introdurre ulteriore rumore. In un sensore di immagine CMOS (CIS), ogni pixel ha un circuito integrato di riduzione del rumore (CDS, doppio campionamento correlato ... questo misura la carica di corrente scura nel pixel al "tempo di ripristino" e lo memorizza in modo tale che può essere sottratto alla lettura) così come un amplificatore incorporato. Quando ogni colonna di pixel viene letta, la carica del pixel viene inizialmente denegata dal circuito CDS, e quella carica "pulita" viene quindi direttamente amplificata prima di essere inviata al circuito di lettura inviato off-die. La conversione da analogico a digitale, o ADC, si verifica fuori dallo stampo del sensore in un chip DSP nella maggior parte delle fotocamere (ci sono alcune eccezioni, più in un momento).
Gli ADC sono di solito moderatamente paralleli, possono esserci otto, sedici, forse più in una data telecamera. Nonostante siano paralleli, ognuno deve ancora elaborare centinaia di migliaia se non milioni di pixel in una frazione di secondo. Ciò richiede un'alta frequenza operativa, che tende a introdurre rumore aggiuntivo. Questa è la fonte principale di rumore cromatico e di bande nella maggior parte delle DSLR che presentano tale. L'immagine ISO 100 che è stata potenziata in post sta aumentando anche questo ulteriore rumore post-lettura che viene introdotto a valle del sensore .
Aumentando l'ISO nella fotocamera, si amplifica direttamente il segnale dell'immagine e qualsiasi ulteriore contributo a valle al rumore influisce solo sull'estremità inferiore del segnale. Ciò preserva il rapporto segnale immagine / rumore elettronico. C'è un ulteriore contributo al rumore che non ha nulla a che fare con l'elettronica. La natura casuale della luce stessa provoca una distribuzione di Poisson degli attacchi di fotoni. Con meno luce totale che colpisce il sensore, il rumore di Poisson sarà più alto. Se avessi un sensore silenzioso, che non presentava alcun rumore elettronico proprio ... allora usare ISO 1600 sarebbe lo stesso che usare ISO 100 e aumentare l'esposizione di quattro stop in post. La quantità di rumore nelle due immagini sarebbe identica e sarebbe tutto il rumore che risulta dalla natura fisica casuale della luce.
Oggi sul mercato esiste un sensore quasi silenzioso. Il sensore Exmor di Sony utilizza un design di lettura ADC / CDS digitale ON-DIE altamente parallelo, a colonna parallela. A differenza della maggior parte dei sensori, che mantengono un segnale analogico attraverso una tubazione dal sensore al DSP (fino a subito dopo l'ADC), Exmor esegue sia CDS che ADC on-die, e in modo digitale. Anziché ogni pixel con circuiti CDS analogici per misurare la corrente scura per pixel, Exmor esegue una lettura di ripristino, la lettura di ripristino viene immediatamente convertita in digitale e memorizza l'intera carica di "corrente oscura" dei sensori in un'immagine virtuale di valori negativi. Quando viene effettuata un'esposizione, il segnale dell'immagine viene letto, convertito in digitale e l'immagine di ripristino negativo viene applicata all'immagine di esposizione positiva.
Poiché esiste un ADC per colonna in Exmor, anziché un ADC per dozzine di colonne, possono operare a una frequenza inferiore. Tra l'utilizzo di CDS digitali, ADC per colonna e componenti a bassa frequenza, Exmor introduce un rumore quasi zero , non introduce alcun rumore visibile di bande o pattern e, a tutti gli effetti, può essere considerato un sensore "silenzioso".C'è ancora un po 'di rumore, e aumentando sufficientemente un'esposizione in post, alla fine si renderà visibile quel rumore. Si potrebbe, tuttavia, scattare una foto a ISO 100, sollevarla di quattro stop e farla sembrare quasi altrettanto bella di una foto scattata a ISO 1600. In effetti, nel caso di Exmor ... cioè ESATTAMENTE il caso! Tutta l '"amplificazione" in Exmor è di natura digitale, sebbene l'elettronica del sensore tenda ad essere migliore rispetto al sollevamento manuale dell'esposizione in post, con un piccolo margine.
È anche importante rendersi conto che l'aumento dell'ISO stesso non aggiunge effettivamente il rumore stesso. ISO non è una fonte di rumore! Supponendo un sensore silenzioso, se si espone una scena statica in modo da ottenere un'esposizione corretta a ISO 100 e si espone la stessa scena statica in modo da ottenere un'esposizione corretta a ISO 3200, quest'ultima avrà più rumore. Perchè lo chiedi? Il rumore di Poisson, più comunemente chiamato rumore di fotone sparato, o rumore causato dalla natura casuale della luce, è la causa. Nell'immagine ISO 100 correttamente esposta, stai usando un'apertura più ampia, usando un otturatore più lungo o entrambi. Partiamo dal presupposto che stiamo solo cambiando la velocità dell'otturatore, per mantenere il DOF e ottenere esattamente la stessa scena sia a ISO 100 che a ISO 3200. La differenza nella velocità dell'otturatore è di cinque stop. Questa è una differenza di trentadue volte nella quantità di luce sul sensore! Maggiore è la luce, minore sarà il rumore del fotone sparato ... il rapporto segnale-rumore (SNR) dell'immagine rispetto al proprio rumore naturale è maggiore con un'immagine ISO 100 correttamente esposta e molto più bassa con un immagine ISO 3200 correttamente esposta.
Se utilizziamo la Nikon D800 (che utilizza un sensore Sony Exmor), riprendendo un'immagine sottoesposta di cinque stop a ISO 100 e un'altra correttamente esposta a ISO 3200 e amplificando l'immagine ISO 100, sarà sempre leggermente più rumorosa della Immagine ISO 3200. Ha effettivamente lo stesso SNR rispetto al rumore dei fotoni, e avrà anche un contributo molto piccolo di rumore di lettura che verrà amplificato insieme al resto dell'immagine.
Bene, hai chiesto di sapere esattamente come funzionava l'ISO in una moderna fotocamera digitale. Questa non è una spiegazione completa e diversi produttori gestiscono in modo diverso alcune impostazioni ISO elevate. Ad esempio, i sensori Canon amplificheranno il segnale dell'immagine direttamente dal sensore fino a un certo punto, quindi utilizzeranno un ulteriore amplificatore a valle tra il sensore e l'ADC per ottenere la coppia superiore di arresti (ovvero in una telecamera che va a ISO 6400, ISO 1600 è l'impostazione massima "nativamente amplificata" e ISO 3200 e 6400 comportano un'ulteriore amplificazione a valle, ma ancora analogica.) Le impostazioni "ISO estese" sono speciali anche sulla maggior parte delle telecamere in quanto tutto ciò che realmente sono è boost digitale. Quindi qualsiasi impostazione chiamata HI, o H1, H2, ecc., Non è una vera impostazione ISO ... è una falsa impostazione ISO.