Было бы неправильно думать, что увеличение ISO вообще не приводит к физическим изменениям в камере. Проблема с ISO состоит в том, что люди часто называют это чувствительность . Это на самом деле неправильно ... чувствительность является фиксированным атрибутом любого датчика, и его нельзя изменить.
Чувствительность действительно больше синонимична квантовой эффективности фотодиодов, учитывая процентное содержание света, отфильтрованного фильтром отсечки ИК, фильтром низких частот и массивом цветных фильтров. Вообще говоря, в наши дни большинство зеркальных фотоаппаратов на самом деле имеют «чувствительность» к свету 13–18%… это означает, что только около 13–18% света, проходящего через линзу, фактически достигает фотодиода и фактически испускает электрон. Приблизительно 60% света или более фильтруется с помощью набора фильтров и CFA, а квантовая эффективность фотодиодов (скорость фотонных ударов до высвобождения электронов) в современных датчиках варьируется от ~ 45% до ~ 60%.
ISO - это всего лишь инструкция для электроники камеры, чтобы изменить способ усиления электронного заряда, аналогового сигнала, хранящегося в датчике, для получения правильной экспозиции. В этом смысле, есть «физическое» изменение в том, что фактически происходит с сигналом изображения в электронике датчика. Определенный коэффициент усиления применяется к исходному сигналу датчика после считывания. Увеличение ISO изменяет этот коэффициент усиления, что приводит к все большему усилению сигнала.
Ваш вопрос: имеет ли значение увеличение ISO и влияет ли изменение ISO на RAW? Ответ ДА и ДА ! Если вы снимаете все при ISO 100 и меняете «усиление» в цифровом виде в посте, тогда ваши изображения будут намного шумнее, чем если бы вы использовали наиболее подходящую настройку в вашей камере. Механизмы усиления сигнала изображения, выполняемые камерой, значительно превосходят ваш базовый цифровой прирост ISO с помощью некоторого инструмента постобработки, такого как Lightroom. Образец изображения от Мэтта Грума, на который вы ссылаетесь из исходного поста, должен быть идеальным примером этого. Обратите внимание, насколько хуже шум в цифровом увеличенном изображении ISO 100, чем в образе ISO 1600? Существует много синего цветового шума, начинают появляться полосы и наблюдаются потери детализации. Камера показала себя намного лучше, когда ей сказали использовать ISO 1600 ... там меньше шума, больше деталей, четкость деталей.
Причина, по которой усиление ISO в камере лучше, заключается в том, что он работает с оригинальным исходным сигналом прямо с датчика, прежде чем любая последующая электроника сможет внести дополнительный шум. В CMOS Image Sensor (CIS) каждый пиксель имеет встроенную схему шумоподавления (CDS, коррелированная двойная выборка ...), которая измеряет заряд темнового тока в пикселе во время «сброса» и запоминает его так, чтобы он может быть вычтено при считывании), а также встроенный усилитель. Когда каждый столбец пикселей считывается, заряд пикселя сначала обесценивается схемой CDS, и этот «чистый» заряд затем непосредственно усиливается перед отправкой в схему считывания, отправленную вне кристалла. Аналогово-цифровое преобразование, или АЦП, происходит вне сенсорной матрицы в микросхеме DSP в большинстве камер (есть некоторые исключения, больше в данный момент).
АЦП обычно параллельны, их может быть восемь, шестнадцать, а может и больше. Несмотря на параллельность, каждый из них должен обрабатывать сотни тысяч, если не миллионы пикселей за долю секунды. Это требует высокой рабочей частоты, которая имеет тенденцию вносить дополнительный шум. Это является основным источником цветовых и полосовых шумов в большинстве зеркалок, которые демонстрируют такие. Изображение ISO 100, которое было увеличено в посте, также усиливает этот дополнительный шум пост-чтения, который вводится ниже по потоку от сенсора .
Увеличивая ISO в камере, вы усиливаете сигнал изображения напрямую, а любые дополнительные нисходящие источники шума влияют только на нижнюю границу сигнала. Это сохраняет отношение изображения к электронному шумовому сигналу. Существует дополнительный источник шума, который не имеет ничего общего с электроникой. Случайная природа самого света приводит к распределению Пуассона фотонных ударов. При меньшем общем освещении, попадающем на датчик, шум Пуассона будет выше. Если бы у вас был бесшумный датчик, который вообще не создавал какого-либо собственного электронного шума ... тогда использование ISO 1600 было бы таким же, как использование ISO 100 и увеличение экспозиции на четыре ступени в посте. Количество шума на двух изображениях будет одинаковым, и все это будет шумом, возникающим из-за случайной физической природы света.
Сегодня на рынке есть один датчик, который практически бесшумный. Датчик Sony Exmor использует усовершенствованный дизайн для считывания цифровых АЦП / CDS ON-DIE. В отличие от большинства датчиков, которые поддерживают аналоговый сигнал на всем протяжении конвейера от датчика к DSP (до момента сразу после АЦП), Exmor выполняет как CDS, так и АЦП в режиме реального времени, и цифровым способом. Вместо того, чтобы каждый пиксель имел аналоговую схему CDS для измерения темнового тока на пиксель, Exmor выполняет считывание сброса, считывание сброса немедленно преобразуется в цифровой и сохраняет весь заряд «темнового тока» датчиков в виртуальном изображении с отрицательными значениями. Когда выполняется экспозиция, сигнал изображения считывается, преобразуется в цифровой, и отрицательное изображение сброса применяется к положительному изображению экспозиции.
Поскольку в Exmor имеется один АЦП на столбец, а не один АЦП на десятки столбцов, они могут работать с более низкой частотой. Между использованием цифровых CDS, АЦП для каждого столбца и низкочастотных компонентов Exmor вводит почти нулевой шум , не вносит никаких видимых полос или шаблонных шумов, и для всех намерений и целей можно считать «бесшумный» датчик. Шум по-прежнему присутствует, и достаточное усиление экспозиции в посте в конечном итоге приведет к тому, что шум станет видимым. Можно, однако, сделать снимок при ISO 100, поднять его на четыре ступени и сделать так, чтобы он выглядел почти так же хорошо, как снимок, сделанный при ISO 1600. На самом деле, в случае Exmor ... это Точно случай! Все «усиления» в Exmor по своей природе являются цифровыми, хотя электроника сенсора, как правило, лучше, чем ручное снятие экспозиции с поста, с небольшим отрывом.
Также важно понимать, что увеличение ISO само по себе фактически не добавляет шума. ISO не является источником шума! Предполагая, что датчик без шума, если вы выставляете статическую сцену так, что вы достигаете правильной экспозиции при ISO 100, и выставляете ту же статическую сцену, чтобы вы получали правильную экспозицию при ISO 3200, последний будет иметь больше шума. Почему ты спрашиваешь? Причиной является пуассоновский шум, чаще называемый шумом фотонного выстрела, или шум, вызванный случайной природой света. На правильно экспонированном изображении ISO 100 вы используете либо более широкую диафрагму, либо более длинный затвор, либо и то, и другое. Предположим, ради обсуждения, мы только меняем выдержку, чтобы поддерживать DOF и получать точно такую же сцену как при ISO 100, так и при ISO 3200. Разница в скорости затвора составляет пять ступеней. Это разница в 32 раза в количестве света на датчике! Чем больше света у вас будет, тем меньше будет шум фотонного выстрела ... отношение сигнал / шум (SNR) изображения к собственному естественному шуму выше при правильно экспонированном изображении ISO 100 и намного ниже при правильно выставленное изображение ISO 3200.
Если мы используем Nikon D800 (в котором используется датчик Sony Exmor), снимаем изображение, недоэкспонированное на пять ступеней при ISO 100, и другое, должным образом экспонированное при ISO 3200, и усиливаем изображение ISO 100, оно будет очень незначительным шумнее, чем образ ISO 3200. Он эффективно имеет такое же отношение сигнал / шум по отношению к шуму фотонного выстрела и будет иметь очень небольшой вклад шума считывания, который будет усиливаться вместе с остальной частью изображения.
Ну, вы попросили точно знать, как работает ISO в современной цифровой камере. Это не полное объяснение, и разные производители по-разному обрабатывают определенные высокие значения ISO. Например, датчики Canon будут только усиливать сигнал изображения непосредственно с датчика до определенной точки, а затем будут использовать дополнительный выходной усилитель между датчиком и АЦП для достижения пары верхних ступеней (т. Е. В камере, которая идет в ISO 6400, ISO 1600 - это максимальная «изначально усиленная» настройка, а ISO 3200 и 6400 предусматривают дополнительное нисходящее, но все же аналоговое усиление.) Настройки «расширенного ISO» также являются специальными для большинства камер, поскольку все, что они есть на самом деле, это цифровое повышение. Таким образом, любая настройка, называемая HI или H1, H2 и т. Д., Не является истинной настройкой ISO ... это поддельная настройка ISO. Вы можете достичь аналогичных или лучших результатов, недоэкспонировав в RAW при максимальном реальном значении ISO и выполнив такое же увеличение экспозиции в посте.