Jak implementuje się ISO w aparatach cyfrowych?

Jeśli zmienię ustawienia ISO w moim aparacie, oczywiście wzmocnienie systemu wzrośnie, wzmacniając sygnał z czujnika. Nie jest dla mnie jasne, gdzie odbywa się wzmocnienie. Widzę kilka możliwości:

1. W czujniku, poprzez zwiększenie napięcia lub inny mechanizm
2. Przez wzmacniacz analogowy na zewnątrz czujnika
3. Cyfrowo po digitalizacji sygnału, ale przed zapisaniem danych w pliku RAW
4. Jako parametr stosowany wyłącznie przy tworzeniu obrazu z RAW

Jeśli # 4 jest prawdą, możesz zrobić 4-stopniowe prześwietlone zdjęcie RAW przy ISO 1600, a następnie w przetwarzaniu końcowym wygenerować JPEG przy ISO 100, który byłby taki sam, jak gdyby oryginalne zdjęcie zostało zrobione przy ISO 100.

Jeśli nr 1 lub 2 jest prawdą, plik RAW zarejestrowany w ISO 1600 zawierałby więcej informacji o cieniach, a RAW ISO 100 zawierałby więcej informacji o światłach.

1 ~ 2 i 3. Na matrycach CCD wzmacniacz znajduje się efektywnie w rogu czujnika, ale w CMOS wzmacniacz jest wbudowany w każdą stronę, rozproszoną w czujniku. Zobacz tutaj .

Jak wspomniano w jednej z rzeczy, które niedawno odkryłem , większość lustrzanek cyfrowych ma wzmacniacz przed ADC (konwersja analogowo-cyfrowa). Mają tendencję do maksimum przy 800 lub 1600 ISO i wszystkie są później cyfrowymi wzmocnieniami. W poniższych akapitach założono, że kamera osiąga maksymalne wzmocnienie analogowe przy 1600:

Niestety 12 lub 14-bitowe pliki RAW uniemożliwiają robienie tego, co opisujesz. Cyfrowe wzmocnienie odbywa się przed zapisaniem plików RAW. Istnieje maksymalna wartość, którą można zapisać, więc jeśli wykonasz prześwietlenie o 4 stopnie, nawet jeśli ADC nie jest nasycony, plik RAW prawdopodobnie zostanie przycięty. Jednak technika, która prześwietla tyle, co nie przycinanie podświetleń, skutecznie redukuje szumy i jest znana jako ETTR (Expose To The Right).

Tak, ze względu na wzmocnienie analogowe, pliki RAW o wyższym ISO zawierają więcej szczegółów. Jednak ISO 1600 i ISO 12800 powinny zawierać tę samą ilość szczegółów cienia (chyba że istnieje jakieś dodatkowe specjalne przetwarzanie LUB ADC ma efektywnie większą precyzję niż głębokość bitowa, w której przechowywane są pliki RAW).

Mimo że nr 3 jest prawdą powyżej ISO 1600, RAW ISO 1600 może zawierać więcej informacji na temat świateł, ponieważ nadal można je obciąć w procesie cyfrowego wzmocnienia. Z tego powodu i być może innych (żywotność baterii, efektywny rozmiar bufora), podczas fotografowania RAW, może być korzystne zarejestrowanie ISO 1600 i po prostu późniejsze przetworzenie. Ponownie nie testowałem tego, a jeśli efektywna głębia bitowa ADC jest większa niż głębia bitowa formatu RAW, nie będzie to prawdą.

Tak, ustawienie ISO wpływa na dane obrazu zapisane w pliku RAW. Oto dwa zdjęcia, zrobione w tym samym czasie / miejscu (prawie - to zostało zrobione z ręki, bez większego zainteresowania kompozycją), z tą samą przysłoną (f / 2.8) i czasem otwarcia migawki (1/100).

Ten pierwszy obraz został sfotografowany przy ISO 100 i skorygowany o +2 stopnie w ACR do efektywnego ISO ~ 400. Wszystkie korekty oprócz ekspozycji zostały wyzerowane (brak redukcji szumów, wyostrzania, regulacji kontrastu itp.)

Ten obraz został sfotografowany przy ISO 1600 i dostosowany o -2 stopnie w ACR do efektywnego ISO ~ 400. Ponownie wszystkie korekty zostały wyzerowane.

Zwróć uwagę na rozjaśnione obszary na drugim zdjęciu. Ta sama ilość światła padająca na czujnik za każdym razem, ale inne informacje zapisane w pliku RAW.

Tak. Ustawienie ISO to czułość czujnika - w praktyce ilość wzmocnienia zastosowanego do sygnału z piksela na czujniku, aby uzyskać prawdziwy wynik.

Teoretycznie można postprocesować w celu uzyskania wyniku podobnego do tego przy niższym lub wyższym ISO za pomocą kompensacji ekspozycji - zawsze zauważyłem, że mam o wiele lepsze wyniki, kręcąc to dokładnie „w aparacie”, co prowadzi mnie do przekonania że amplifikacja odbywa się analogicznie przed digitalizacją.

Jeśli # 3 jest prawdą, możesz zrobić 4-stopniowe prześwietlone zdjęcie RAW przy ISO 1600, a następnie w wyniku przetwarzania wygenerować JPEG przy ISO 100, który byłby taki sam, jak gdyby oryginalne zdjęcie zostało zrobione przy ISO 100.

Nie. Jeśli zrobisz zdjęcie z ustawieniem ISO 100, uzyskasz inną ekspozycję (więcej światła na chipie) niż przy ustawieniu ISO 1600. Bez względu na to, w jaki sposób osiąga się wzmocnienie (sprzętowe lub programowe), obraz ISO 1600 będzie nosił więcej szumów niż obraz ISO 100.

Obiektyw aparatu wyświetla miniaturowy obraz świata zewnętrznego na powierzchni sensora światłoczułego umieszczonego wewnątrz i z tyłu aparatu. Ten czujnik obrazu jest pokryty milionami stron internetowych. Większość zdjęć jest nałożona na filtry czerwone, zielone lub niebieskie. Podczas ekspozycji światło ze sceny jest odtwarzane na stronach internetowych. Odbierają one uderzenia fotonów proporcjonalnie do jasności sceny.

Uderzenia fotonów generują ładunek elektryczny w obrębie strony internetowej. Siła tego ładunku jest proporcjonalna do liczby trafień fotonów. Liczba trafień to kombinacja czasu otwarcia migawki oraz jasności sceny i średnicy roboczej obiektywu (przysłony). Jeśli jasność sceny jest słaba, automatyzacja aparatu lub fotograf powiększa roboczą przysłonę lub czas otwarcia migawki jest spowolniony. W przypadku wybrania krótkiego czasu otwarcia migawki należy zwiększyć aperturę roboczą itp.

W każdym przypadku wielkość ładunku na końcu ekspozycji jest niewielka. Logika wbudowana w układ przekształca ładunek w słaby sygnał analogowy, który jest następnie wzmacniany i przetwarzany na sygnał cyfrowy. O zastosowanie wzmocnienia, o które pytasz.

Jeśli ładunek jest słaby, należy zwiększyć wzmocnienie. Ładunek będzie słaby, jeśli scena będzie słabo oświetlona. Ładunek będzie słaby, jeśli zastosowany czas otwarcia migawki będzie super szybki. Otwieramy roboczą średnicę obiektywu, ponieważ pozwala to na uzyskanie większej ilości energii świetlnej. Możemy wytworzyć sztuczne światło, jeśli jasność sceny wymaga wzmocnienia.

Porozmawiajmy o wzmocnieniu: wzmocnienie w aparacie cyfrowym odpowiada zwiększeniu głośności radia lub telewizora. W aparacie cyfrowym wyższe wzmocnienie zwiększa szansę na zrobienie słabo oświetlonych scen i / lub krótsze czasy otwarcia migawki. Zwiększone wzmocnienie jest klasyfikowane jako wysokie ustawienie ISO. ISO oznacza Międzynarodową Organizację Normalizacyjną. Są odpowiedzialni za standaryzację czułości fotograficznej prędkości filmu, a przemysł aparatów cyfrowych przyjął metodę znakowania czułości ISO.

Zwiększona czułość ISO ma swoją cenę: w przypadku większości czujników obrazowania każda strona ma własny wzmacniacz. Każdy z nich może się wzmocnić nieco inaczej niż jego sąsiad. Gdy wzmocnienie jest zbyt wysokie, celowniki, które powinny być reprodukowane jako czarne, często rejestrują się jako ciemnoszare. To wysyła fałszywe informacje, które nazywamy hałasem. Dodatkowo, jeśli wzmocnienie jest zbyt duże, część ładunku może wyciekać do sąsiednich stron zdjęciowych, nazywamy to kwitnieniem. Tak, wysoka czułość ISO może i ulega degradacji, ale umożliwia także fotografowanie w trudnych warunkach. Technologia wprowadza nowe chipy obrazowe i oprogramowanie aparatu, aby lepiej ograniczać hałas i kwitnienie.

Ostrzeżenie: moja odpowiedź jest w 100% anegdotyczna i opiera się na wynikach z Panny FZ-28, który bardzo prawdopodobnie nie obsługuje RAW tak samo jak DSLR.

Powiedziawszy to, zmagałem się z poziomem hałasu w warunkach słabego oświetlenia od pierwszego dnia z tym aparatem. Jest tylko tyle wydajności, którą można wycisnąć z małego czujnika, ale próbowałem wielu rzeczy, aby uzyskać jak najlepsze wyniki.

Ponieważ widzę dość dramatyczny wzrost szumów wraz ze wzrostem czułości ISO, zwykle staram się utrzymać wartość ISO na poziomie zbliżonym do 100 lub mniej. Jedną z rzeczy, które próbowałem, było jednak zrobienie zdjęcia RAW z czułością ISO 100 z niedoświetleniem zdjęcia, aby utrzymać migawkę prędkość, której chciałem. Przetwarzanie końcowe pozwala mi na ustalenie ekspozycji (do pewnego stopnia), ale kiedy to robię, wychwytuję hałas, który wydaje się być mniej więcej taki sam, jakbym na początku ustawił wyższą wartość ISO. Widzę bardzo porównywalny poziom hałasu, gdy zwiększam czułość ISO i ekspozycję (aby nie musiałem zwiększać ekspozycji w trakcie przetwarzania), co prowadzi mnie do przekonania, że ​​nie ma miejsca na „oszukiwanie systemu” w ten sposób.

Nie zrobiłem żadnego czytania, aby to poprzeć, ale na podstawie tego, co widziałem, skłonny byłbym wierzyć, że albo # 1 albo # 2 (osobiście uważam, że to # 1) powyżej są prawdziwe.

RAW jest prawie bezpośrednim zrzutem danych wyjściowych czujnika do pamięci, więc # 1 i / lub # 2 są oczywistymi wyborami (choć myślę, że Canon dokonuje pewnych manipulacji danymi przed zapisaniem swojego RAW, a może i inne).

Dobrym sposobem na zwiększenie czułości czujnika jest zwiększenie napięcia przyłożonego do niego. Zwiększa to zarówno moc wyjściową dla danego wejścia, jak i zwiększa szumy (które rzeczywiście zaobserwowano, gdy występują przy podwyższeniu EI w aparacie cyfrowym).

Trudno mi wyobrazić sobie, jak zastosujesz jakieś wzmocnienie światła przed czujnikiem, które można regulować w locie (czujniki mają mikrosoczewki nad każdym elementem, aby gromadzić światło do tego elementu, co określa rozmiar elementu i ma mały, ale naprawiony efekt).

Opcja 3 zmodyfikowałaby dane RAW po zebraniu, co jest równoznaczne z modyfikacją pliku RAW po odczytaniu go z aparatu. Niektóre kamery (patrz wyżej) mogą próbować tego dokonać, szczególnie w celu odfiltrowania szumu. Większość tego nie zrobi i pozostawi to operatorowi (tak naprawdę lata temu między Canon i Nikon toczyła się bitwa, w której Canon wydawał się wytwarzać znacznie bardziej żywe obrazy w porównaniu do Nikona, które zostały spowodowane przez Canon, który zastosował manipulację w aparacie do dane RAW, które wywołały spore zamieszanie wśród użytkowników, którzy nie chcieli, aby ich kamery to robiły).

Pamiętaj, że wszystko to dotyczy lustrzanek średnich i wyższych, w modelach podstawowych prawdopodobnie dzieje się dużo filtrowania i ulepszania w aparacie, ale ludzie używający ich zwykle nie są strzelankami RAW, a ich tryby RAW również mogą być czyste.