Як реалізується ISO у цифрових камерах?

Якщо я зміню налаштування ISO на своїй камері, очевидно, посилення системи збільшується, посилюючи сигнал від датчика. Що мені незрозуміло - це те, де відбувається посилення. Я бачу кілька можливостей:

1. В датчику, збільшуючи напругу або якийсь інший механізм
2. Через аналоговий підсилювач поза датчиком
3. Цифрово, після оцифрування сигналу, але перед збереженням даних у файлі RAW
4. Як параметр, що застосовується виключно при створенні зображення з RAW

Якщо №4 відповідає дійсності, ви можете сфотографувати 4-стопну переекспоновану RAW-картинку в ISO 1600, а потім після обробки обробити JPEG з ISO 100, що було б таким же, як якщо б оригінальна фотографія була знята в ISO 100.

Якщо №1 або №2 вірно, то файл RAW, знятий на ISO 1600, насправді міститиме більше інформації про тіні, а ISO 100 RAW міститиме більше інформації про яскраві моменти.

1 ~ 2 і 3. На ПЗЗ підсилювач ефективно знаходиться в куті датчика, але на CMOS є підсилювач, вбудований у кожен фотосайт, розсіяний по всьому датчику. Дивіться тут .

Як було сказано в одній з нещодавно відкритих нами даних, більшість DSLR мають підсилювач перед АЦП (аналого-цифрове перетворення). Вони мають тенденцію до максимуму 800 або 1600 ISO, і все це цифрові посилення згодом. У наступних параграфах передбачається камера, яка збільшує аналогове посилення на 1600:

На жаль, 12 або 14 бітові файли RAW заважають робити те, що ви описуєте. Цифрове підсилення відбувається до зберігання файлів RAW. Існує максимальне значення, яке може бути збережене, тому, коли ви знімаєте 4-стопну переекспонованість, навіть якщо АЦП не насичений, файл RAW, ймовірно, буде вирізаний. Однак техніка, яка перекриває стільки, скільки не підкреслює виділення, ефективна для зменшення шуму, і відома як ETTR (Expose the Right).

Так, завдяки аналоговому посиленню файли RAW при більш високій ISO містять більше деталей. Однак ISO 1600 та ISO 12800 повинні містити однакову кількість тіньових деталей (якщо тільки немає додаткової спеціальної обробки АБО АЦП має ефективнішу точність, ніж будь-яка бітова глибина, в якій зберігаються ваші файли RAW).

Навіть незважаючи на те, що №3 відповідає стандарту ISO 1600, RAW ISO 1600 може містити більше інформації про яскраві моменти, оскільки вони все ще можуть бути вирізані в процесі цифрового підсилення. З цієї причини та, можливо, інших (час роботи акумулятора, ефективний розмір буфера) під час зйомки RAW може бути корисним знімати ISO 1600 та просто опублікувати процес згодом. Знову ж таки, я цього не перевіряв, і якщо ефективна бітова глибина ADC перевищує бітову глибину формату RAW, це не буде правдою.

Так, налаштування ISO впливає на дані зображення, що зберігаються у файлі RAW. Ось два зображення, зняті одночасно / на місці (майже - це було знято вручну, без особливої ​​уваги до композиції), з однаковою діафрагмою (f / 2.8) та швидкістю затвора (1/100).

Це перше зображення було знято при ISO 100 та відрегульовано +2 зупинки в ACR до ефективного ISO ~ 400. Всі корективи, крім експозиції, були нульовими (відсутність зменшення шуму, різкості, регулювання контрасту тощо)

Це зображення було знято на ISO 1600 і налаштувало -2 зупинки в ACR до ефективного ISO ~ 400. Знову всі корективи були нульовими.

Зверніть увагу на видуті виділення на другому зображенні. Одна і та ж кількість світла щоразу потрапляє на датчик, але різну інформацію записує у файл RAW.

Так. Налаштування ISO - це чутливість датчика - на практиці кількість посилення, поданого на сигнал від пікселя на датчику, щоб отримати реальний результат.

Теоретично, ви можете опублікувати процес, щоб отримати аналогічний результат, ніж результат нижчого або більш високого рівня ISO, використовуючи компенсацію експозиції - я завжди вважав, що я маю набагато кращі результати, знімаючи його прямо "в камеру", що змушує мене повірити що ампліфікація проводиться аналогічно до оцифрування.

Якщо №3 відповідає дійсності, то ви можете зробити 4-стопну переекспоновану RAW-картинку в ISO 1600, а потім після обробки обробити JPEG з ISO 100, що було б таким же, як якби оригінальна фотографія була знята в ISO 100.

Ні. Якщо ви сфотографуєтесь із налаштуванням ISO 100, ви отримаєте іншу експозицію (більше світла на мікросхемі), ніж при встановленні ISO 1600. Незалежно від того, яким чином досягнуто посилення (апаратного чи програмного забезпечення), ваш малюнок ISO 1600 несе більше шуму, ніж зображення ISO 100.

Об'єктив камери проектує мініатюрне зображення зовнішнього світу на поверхню світлочутливого датчика зображення, розташованого всередині і ззаду камери. Цей датчик зображень покритий мільйонами фотосайтів. Більшість фотосайтів перекриті червоними, зеленими або синіми фільтрами. Під час експозиції на фотосайтах грає світло зі сцени. Вони отримують хіти фотонів пропорційно яскравості сцени.

Фотонні хіти генерують електричний заряд всередині фотосайту. Сила цього заряду пропорційна кількості ударів фотона. Кількість ударів - це комбінація того, як довго затвор залишається відкритим, яскравість сцени та робочий діаметр об'єктива (діафрагма). Якщо яскравість сцени є слабкою, автоматизація камери або фотограф збільшує робочу діафрагму, або швидкість затвора сповільнюється. Якщо обрана швидка затримка, робочу діафрагму необхідно збільшити і т.д.

У кожному випадку величина заряду в кінці опромінення є невимовною. Логіка, вбудована в мікросхему, перетворює заряд на слабкий аналоговий сигнал, який потім підсилюється і перетворюється в цифровий сигнал. Про це ви питаєте саме про додаток посилення.

Якщо заряд слабкий, посилення потрібно збільшити. Заряд буде слабким, якщо сцена погано освітлена. Заряд буде слабким, якщо швидкість, що використовується затвора, є надто швидкою. Ми відкриваємо робочий діаметр об'єктива, оскільки це дозволяє більше енергії світла. Ми можемо принести штучне світло, якщо яскравість сцени потребує посилення.

Поговоримо про посилення: посилення в цифровій камері відповідає збільшенню гучності радіо або телевізора. У цифровій камері вища посилення збільшує зображення, використовуючи слабко освітлені сцени та / або високі витримки. Посилене посилення віднесено до категорії високих параметрів ISO. ISO розшифровується як Міжнародна організація зі стандартизації. Вони відповідають за стандартизацію чутливості до швидкості фотоплівки, а галузь цифрових фотоапаратів прийняла метод маркування чутливості ISO.

Підвищений ISO приходить за ціною: Для більшості датчиків зображення кожен фотосайт має власний підсилювач. Кожен, швидше за все, посилиться дещо інакше, ніж сусід. Коли посилення занадто велике, приціли, які повинні відтворюватися як чорні, часто реєструються як темно-сірі. Це посилає помилкову інформацію, яку ми називаємо шумом. Крім того, якщо посилення занадто велике, частина заряду може просочитися до сусідніх фотосайтів, ми називаємо це цвітінням. Так, високий рівень ISO може і деградує, але він також дозволяє фотографувати в складних умовах. Технологія рухається на новіших мікросхемах зображень та програмному забезпеченні для камер, які краще зменшують шум і цвітіння.

Попередження: Моя відповідь на 100% анекдотична, і ґрунтується на результатах Panny FZ-28, який, можливо, не обробляє RAW такий самий, як DSLR.

Сказавши це, я боровся з рівнем шуму в умовах слабкої освітленості з першого дня за допомогою цієї камери. У вас є лише стільки продуктивності, яку ви можете вивести з маленького датчика, але я спробував декілька речей, щоб спробувати досягти найкращих результатів.

Оскільки я бачу досить різке збільшення шуму, коли я збільшую ISO, я зазвичай намагаюся утримувати ISO, зафіксований на рівні 100, або біля нього. Одне з речей, яке я намагався, - це відстріл RAW на ISO 100, коли постріл був нерозкритим, щоб підтримувати затвор. швидкість, яку я хотів. Пост-обробка дозволяє мені виправити експозицію (певною мірою), але коли я це роблю, я піднімаю кількість шуму, яка, здається, приблизно така сама, як якщо б я просто встановив ISO вище для початку. Я бачу дуже порівнянний рівень шуму, коли збільшую ISO і експозицію (так що мені не доведеться підвищувати експозицію в процесі післяобробки), що призводить до того, що я вважаю, що "обдурити систему" таким чином мало місця.

Я не робив жодного читання, щоб підтримати це, але грунтуючись на побаченому, я схиляюся до того, що або №1, або №2 (особисто я вважаю, що це №1) вище - це правда.

RAW в значній мірі є прямим скиданням датчиків на зберігання, тому №1 та / або №2 є очевидним вибором (хоча я думаю, що Canon робить деякі маніпулювання даними перед тим, як записати RAW, а може, так і інші).

Хорошим способом підвищення чутливості датчика є підвищення напруги, прикладеної до нього. Це і збільшує вихід для заданого входу, і збільшує шум (що, як насправді, спостерігається, коли відбувається підвищення ЕІ на цифровій камері).

Мені складно уявити, як ви застосовуватимете якесь посилення світла перед датчиком, хоча це можна регулювати на ходу (датчики мають мікролензи над кожним елементом, щоб збирати світло до цього елемента, який визначає розмір елемента та має невеликий, але фіксований ефект).

Варіант 3 модифікує дані RAW після збору, що є тим самим, що і модифікацію файлу RAW після зчитування з камери. Деякі камери (див. Вище) можуть спробувати це, особливо для фільтрації шуму. Більшість не буде і залишає це користувачеві-оператору (адже років тому між Canon і Nikon відбулася битва, де Canon, здавалося, створював набагато яскравіші зображення в порівнянні з Nikon, які були спричинені тим, що Canon застосовував маніпуляції в камері для дані RAW, що викликало досить багато заворушень у користувачів, які не хотіли, щоб їх камери робили).

Пам'ятайте, що все це стосується DSLR середніх / високих частот, у моделях початкового рівня, мабуть, багато вбудованої фільтрації в камери і вдосконалення, але люди, які використовують, як правило, не є стрільцями RAW, і їхні режими RAW також можуть бути чистими.