Как ISO внедряется в цифровые камеры?

Question

Если я изменю настройки ISO на моей камере, очевидно, что усиление системы увеличивается, усиливая сигнал от датчика. Что мне не понятно, так это где происходит усиление. Я вижу несколько возможностей:

1. В датчике, путем увеличения напряжения или какого-либо другого механизма
2. через аналоговый усилитель вне датчика
3. В цифровом виде после оцифровки сигнала, но до сохранения данных в файле RAW
4. Как параметр, применяемый исключительно при создании изображения из RAW

Если # 4 верно, то вы можете сделать 4-ступенчатую переэкспонированную фотографию в формате RAW при ISO 1600, а затем при постобработке получить JPEG при ISO 100, который будет таким же, как если бы исходная фотография была снята при ISO 100.

Если # 1 или # 2 - true, тогда файл RAW, снятый при ISO 1600, на самом деле будет содержать больше информации о тенях, а RAW ISO 100 будет содержать больше информации о светлых участках.

Answer 1

1 ~ 2 и 3. На ПЗС-усилителях усилитель фактически находится в углу датчика, но на КМОП-усилителе встроен в каждый фотосайт, распределенный по всему датчику. Смотрите здесь .

Как уже упоминалось в одном, что я недавно обнаружил , большинство зеркальных камер имеют усилитель до АЦП (аналого-цифрового преобразования). Они имеют тенденцию к максимальному значению при 800 или 1600 ISO и впоследствии становятся цифровыми усилениями. В следующих параграфах предполагается, что камера имеет максимальное аналоговое усиление при 1600:

К сожалению, 12 или 14-битные файлы RAW не позволяют вам делать то, что вы описываете. Цифровое усиление происходит до сохранения файлов RAW. Существует максимальное значение, которое может быть сохранено, поэтому при съемке с 4-ступенчатой ​​передержкой, даже если АЦП не насыщен, файл RAW, вероятно, будет обрезан. Тем не менее, метод, который переэкспонирует столько же, сколько и не обрезает блики, эффективен для снижения шума и известен как ETTR (Expose To The Right).

Да, из-за аналогового усиления, файлы RAW при более высоком ISO содержат больше деталей. Тем не менее, ISO 1600 и ISO 12800 должны содержать одинаковое количество деталей в тенях (если только нет какой-либо дополнительной специальной обработки ИЛИ АЦП не обладает большей точностью, чем любая разрядность, в которой хранятся ваши файлы RAW).

Несмотря на то, что # 3 имеет значение выше ISO 1600, RAW ISO 1600 может содержать больше информации об основных моментах, потому что они все еще могут быть вырезаны в процессе цифрового усиления. По этой и, возможно, по другим причинам (срок службы батареи, эффективный размер буфера) при съемке в формате RAW может быть выгодно снимать ISO 1600 и просто выполнять последующую обработку. Опять же, я не проверял это, и если эффективная битовая глубина АЦП выше, чем битовая глубина формата RAW, это не будет правдой.

Answer 2

Да, настройка ISO влияет на данные изображения, хранящиеся в файле RAW. Вот два изображения, снятые в одно и то же время / место (почти - это было снято с рук, без особого внимания к композиции), с одинаковой апертурой (f / 2,8) и выдержкой (1/100).

Это первое изображение было снято при ISO 100 и настроено на +2 ступени в ACR до эффективного ISO ~ 400. Все настройки, кроме экспозиции, были обнулены (без шумоподавления, повышения резкости, регулировки контрастности и т. Д.)

Это изображение было снято при ISO 1600 и настроено на -2 ступени в ACR до эффективного ISO ~ 400. Опять все настройки были обнулены.

Обратите внимание на размытые блики на втором изображении. Одинаковое количество света попадает на датчик каждый раз, но в файле RAW записывается различная информация.

Answer 3

Да. Настройка ISO - это чувствительность датчика - на практике величина усиления применяется к сигналу от пикселя на датчике, чтобы получить реальный результат.

Теоретически, вы можете опубликовать процесс для получения результата, аналогичного результату с более низким или высоким ISO, используя компенсацию экспозиции - я всегда обнаруживал, что у меня получаются намного лучшие результаты, если снимать его прямо в камере, что приводит к мне полагать, что усиление выполняется аналоговым способом до оцифровки.

Answer 4

Объектив камеры проецирует миниатюрное изображение внешнего мира на поверхность светочувствительного датчика изображения, расположенного внутри и сзади камеры. Этот датчик изображения покрыт миллионами фотосайтов. Большинство фотосайтов покрыты красными, зелеными или синими фильтрами. Во время экспозиции свет от сцены играет на фотосайтах. Они получают попадания фотонов пропорционально яркости сцены.

Попадание фотона создает электрический заряд в пределах фотосайта. Сила этого заряда пропорциональна количеству попаданий фотонов. Число попаданий - это комбинация того, как долго затвор остается открытым, яркости сцены и рабочего диаметра объектива (диафрагмы). Если яркость сцены слабая, автоматика камеры или фотограф увеличивают рабочую диафрагму и / или скорость затвора замедляется. Если выбрана высокая скорость затвора, необходимо увеличить рабочую диафрагму и т. Д.

В каждом случае величина заряда в конце экспозиции ничтожна. Встроенная в чип логика преобразует заряд в слабый аналоговый сигнал, который затем усиливается и преобразуется в цифровой сигнал. Это вопрос усиления, о котором вы спрашиваете.

Если заряд слабый, усиление необходимо увеличить. Заряд будет слабым, если сцена плохо освещена. Заряд будет слабым, если скорость затвора будет очень быстрой. Мы открываем рабочий диаметр объектива, так как это позволяет увеличить световую энергию. Мы можем использовать искусственный свет, если яркость сцены нуждается в поддержке.

Давайте поговорим об усилении: усиление в цифровой камере соответствует увеличению громкости радио или телевизора. В цифровой камере более высокое усиление увеличивает возможность съемки при слабом освещении сцены или высокой скорости затвора. Увеличенное усиление относится к категории высоких настроек ISO. ISO означает Международная организация по стандартизации. Они несут ответственность за стандартизацию чувствительности фотопленки к скорости, и индустрия цифровых камер приняла метод маркировки чувствительности ISO.

Увеличение ISO идет по цене: для большинства датчиков изображения каждый фотосайт имеет свой собственный усилитель. Каждый, вероятно, усилится немного по-другому, чем его сосед. При слишком сильном усилении прицелы, которые должны воспроизводиться как черные, часто регистрируются как темно-серые. Это посылает ложную информацию, которую мы называем шумом. Кроме того, если усиление слишком велико, часть заряда может просочиться в соседние фотосайты, мы называем это цветением. Да, высокая чувствительность ISO может ухудшаться, но она также позволяет фотографировать в сложных условиях. Технология использует новейшие микросхемы обработки изображений и программное обеспечение камеры, которые лучше смягчают шум и цветение.

Answer 5

Если # 3 верно, то вы можете сделать 4-ступенчатую переэкспонированную фотографию в формате RAW при ISO 1600, а затем при постобработке получить JPEG при ISO 100, который будет таким же, как если бы исходная фотография была снята при ISO 100.

Нет. Если вы делаете снимок с настройкой ISO 100, вы получаете иную экспозицию (больше света на чипе), чем с настройкой ISO 1600. Независимо от того, как достигается усиление (аппаратное или программное), изображение ISO 1600 будет содержать больше шума, чем изображение ISO 100.

Answer 6

RAW - это, по сути, прямой сброс выходных данных датчика в хранилище, поэтому №1 и / или №2 являются очевидным выбором (хотя я думаю, что Canon выполняет некоторые манипуляции с данными перед написанием их RAW, и, возможно, так и делают другие).

Хороший способ увеличить чувствительность датчика - увеличить напряжение, подаваемое на него. Это одновременно увеличивает выходной сигнал для данного входа и увеличивает шум (который действительно наблюдается при повышении EI на цифровой камере).

Мне сложно представить, как вы примените какое-либо усиление света перед датчиком, хотя это можно настроить на лету (датчики имеют микролинзы над каждым элементом, чтобы собирать свет на этот элемент, который определяет размер элемента и имеют небольшой, но фиксированный эффект).

Опция 3 изменяет данные RAW после сбора, что аналогично изменению файла RAW после чтения его с камеры. Некоторые камеры (см. Выше) могут попытаться это сделать, особенно для фильтрации шума. Большинство из них этого не сделают и оставят это на усмотрение оператора-пользователя (на самом деле много лет назад произошла битва между Canon и Nikon, когда Canon, казалось, производила гораздо более яркие изображения по сравнению с Nikon, что, как было установлено, было вызвано тем, что Canon применила манипуляции внутри камеры RAW-данные, которые вызвали немало шума у ​​пользователей, которые не хотели, чтобы их камеры делали это).

Имейте в виду, что все это для средних / высоких зеркальных фотокамер, с моделями начального уровня, вероятно, происходит много фильтрации и улучшений в камере, но люди, использующие их, обычно не являются шутерами RAW, и их режимы RAW вполне могут быть чистыми тоже.

Answer 7

Предупреждение: мой ответ на 100% анекдотичен и основан на результатах Panny FZ-28, который, вероятно, не обрабатывает RAW так же, как DSLR.

Сказав это, я боролся с уровнем шума в условиях низкой освещенности с первого дня работы с этой камерой. Вы можете выжать из маленького датчика только такую ​​производительность, но я попробовал несколько вещей, чтобы добиться наилучших результатов.

Поскольку я вижу довольно резкое увеличение шума при увеличении ISO, я обычно стараюсь удерживать ISO на уровне или около 100. Однако я пытался снимать RAW при ISO 100 с недоэкспонированным снимком поддерживать скорость затвора я хотел. Постобработка позволяет мне исправить экспозицию (до некоторой степени), но когда я это делаю, я улавливаю уровень шума, который кажется примерно таким же, как если бы я просто установил ISO выше для начала. Я вижу очень сравнимый уровень шума, когда я увеличиваю ISO и экспозицию (так что мне не нужно повышать экспозицию при постобработке), что наводит меня на мысль, что практически нет места для «обмана системы» таким образом.

Я не читал, чтобы поддержать это, но исходя из того, что я видел, я склонен полагать, что либо № 1, либо № 2 (лично я считаю, что это № 1) выше, правда.