Co jest takiego specjalnego w ISO 1600?

Słyszałem wiele razy, że aby zminimalizować hałas, najwyższy ISO, którego chcesz użyć, to ISO 1600 i że bez względu na to, jakiej kamery lub czujnika używasz, po przekroczeniu tego progu (ISO 1600) hałas rośnie wykładniczo.

Niektórzy twierdzą, że to matematyka, ale niektórzy twierdzą, że ma to związek ze sposobem przetwarzania sygnału, na przykład, jak zastosowanie dużego wzmocnienia w sprzęcie audio spowoduje zniekształcenie.

Zasadniczo twierdzą, że ISO 1600 jest matematycznie najbardziej „ekonomiczną” czułością na redukcję hałasu.

Dlaczego to?

• Co sprawia, że ​​ustawienia ISO wyższe niż 1600 są tak złe?
• Czy kamera stosuje algorytm wykładniczy po przejściu ISO 1600?
• Czy stosunek sygnału do szumu zmienia się dramatycznie po przejściu ISO 1600?

Edytować:

Wiem, że ISO poprawia się, przepraszam, ale to pytanie nie dotyczy tego. Miałem aparat 2,0 megapiksela, a ISO 200 to śmiecie, więc wiem, jak wiele rzeczy się poprawiło i będą się poprawiać.

Po przeanalizowaniu długich odpowiedzi wydaje się, że ISO 1600 jest granicą wzmocnienia sygnału analogowego, przynajmniej w niektórych modelach. Poza ISO 1600, w zależności od marki, stosowane są różne algorytmy cyfrowe w celu wzmocnienia sygnału (push cyfrowy). Ponieważ to cyfrowe push działa na Photon Shoot Noise i Read Noise, ponieważ dzieje się to po ADC, ogólny wynikowy poziom hałasu jest wysoki.

Zrozumiałem to wspólnie z odpowiedziami, nadal jestem trochę zdezorientowany, jeśli dobrze to zrozumiałem, więc popraw mnie.

Nadal zastanawiam się, skąd mam wiedzieć, jaki jest limit wzmocnienia analogowego mojego aparatu? Jeśli chcę wiedzieć, kiedy występuje wypychanie cyfrowe Canon / Nikon, czy takie informacje są dostępne na ich stronach internetowych? Czy to tajemnica?

Nic specjalnego

W ISO 1600 nie ma nic szczególnego , chociaż w niektórych przypadkach ustawienia ISO powyżej 1600 wprowadziły mniej skuteczne i wydajne sposoby wzmacniania sygnału obrazu. Gdy ustawisz ISO w kamerze, to po prostu instruuje kamerę, aby zmieniła maksymalny punkt nasycenia czujnika, z którego sygnał będzie wzmacniany. Zwiększenie ISO zwykle instruuje kamerę, aby wzmocniła sygnał, zanim elektronika znajdująca się za nim doda więcej szumu elektronicznego i kwantyzacji, więc użycie wyższego ISO w aparacie jest zwykle (z zastrzeżeniami) lepsze niż użycie niskiego ISO i zwiększenie ekspozycji na stanowisku, kiedy można „ t wystarczająco dużo światła w dół obiektywu.Nie ma specjalnej matematyki za ISO 1600, która byłaby „najlepszym” ustawieniem wysokiego ISO w celu zminimalizowania szumu we wszystkich przypadkach , jednak mogą istnieć mechanizmy wzmocnienia specyficzne dla marki, które wpływają na jakość szumu przy wysokim ISO w niektórych przypadkach. Hałas jest funkcją dwóch kluczowych czynników: szumu elektronicznego obecnego w obwodzie czujnika i mniejszego wkładu szumu oraz szumu fotonu, zwanego czasem szumem Gaussa, który jest głównym źródłem hałasu. To, w jaki sposób hałas wykazuje się (jakość hałasu), jest czynnikiem metody (metod) wzmocnienia.

Hałas

Hałas jest atrybutem sygnału obrazu i ostatecznie ma związek z budową czujnika, charakterem jego produkcji, stosunkiem sygnału do szumu (S / N) , wzmocnieniem sygnału, wydajnością ADC i wieloma innymi czynnikami. Czynniki te różnią się w zależności od marki, modelu, a pod pewnymi względami nawet od jednego aparatu do drugiego tego samego modelu. Nowsze czujniki generalnie wykazują mniej szumów niż starsze czujniki, niezależnie od zastosowanego rozmiaru pikseli lub ustawienia ISO. Najwyższe użyteczne ustawienie ISO może różnić się od dwóch próbek tego samego aparatu (często reklamowanego w przypadku lustrzanek Canon 7D) oraz od aparatów różnych generacji (takich jak Canon 400D i 650D).

Szum elektroniczny , który może przyjmować różne formy, takie jak stały wzór szumu (FPN), poziomy i pionowy szum pasmowy (HVBN), jest często nienaturalnie ukształtowany, a zatem bardzo niepożądany, ale wpływa tylko na najniższe poziomy sygnału obrazu (tj. głębokie cienie). Wraz ze wzrostem ustawienia ISO szum elektroniczny wykazuje coraz mniej, a ostatecznie jest całkowicie przytłoczony przez szum fotonowy.

Szum fotonowy jest wynikiem losowej natury światła, która podąża za rozkładem Poissona na czujniku. Oznacza to, że fotony przypadkowo trafiają na czujnik, ale przy wystarczająco wysokim poziomie sygnału ich rozkład jest z grubsza równomierny, a zatem szum fotonu wykazuje się w ten sam sposób w dowolnym miejscu na czujniku . Szum fotograficzny stanowi ogromną większość szumów w fotografii cyfrowej, o rząd wielkości większej niż szum elektroniczny (z wyjątkiem niewłaściwie naświetlonych zdjęć, w których sygnał stanowi jedynie niewielki ułamek pełnej pojemności studni lub FWC.)

Istnieje kilka czynników, które wpływają na to, jak znacząco szum fotonowy będzie wykazywał się na zdjęciu. Historycznie, im większy piksel, tym mniej tego rodzaju szumu by się pojawiał . Fotodioda jest wrażliwa na światło nad powierzchnią ... głębokość penetracji fotonu w krzemie fotodiody nie jest czynnikiem nasycenia pikseli. Większe piksele zazwyczaj umożliwiają stosowanie wyższych ustawień ISO, ponieważ wychwytują więcej fotonów na jednostkę czasu. Więcej fotonów na jednostkę czasu oznacza ogółem więcej fotonów dla każdej ekspozycji, co zwiększa S / N. Wyższy sygnał S / N pozwala na użycie większego wzmocnienia (więcej na ten temat za chwilę) podczas konwersji analogowego sygnału czujnika na sygnał cyfrowy (plik RAW), co ostatecznie wykorzystuje się do generowania obrazów JPEG i TIFF z przetwarzaniem końcowym oprogramowanie.

Zdobyć

Wzmocnienie to stosunek konwersji elektronów (e-) do jednostek cyfrowych (DU). Kamera, która konwertuje dokładnie jeden e- na jednego DU ma „wzmocnienie jedności”. Większość kamer osiąga wzmocnienie jedności przy pewnym dokładnym (ale być może nie do wyboru) ustawieniu ISO. Częściej zysk jest ułamkowy, na przykład 5,7 e- dla każdego DU. Z każdym wzrostem czułości ISO zatrzymanie spada o ten sam współczynnik. Jeśli zyskujesz 5,7 e- / DU przy ISO 100, miałbyś 2,85 e- / DU przy ISO 200, 1,425 e- / DU przy ISO 400, .7125 e- / DU przy ISO 800 i 0,35625 e- / DU przy ISO 1600. Wraz ze wzrostem ISO tracisz stosunek sygnału do szumu (S / N). Niższy S / N nigdy nie jest tak naprawdę dobrą rzeczą ... zawsze oznacza większy szum z powodu wzmocnienia mniejszego sygnału. Mniejszy sygnał oznacza mniej wierności kolorów i mniej szczegółów.

Nowsza technologia czujników zwiększa generowanie pełnej wydajności odwiertu z pokolenia na pokolenie, nawet gdy obszar pikseli zmniejsza się dzięki zastosowaniu bardziej skutecznych środków kierowania fotonów na powierzchnię wrażliwą na światło, a nie na powierzchnie i elementy pochłaniające światło. Stosunkowo niedawne wprowadzenie mikrosoczewek do czujników CMOS pomogło skierować fotony na wrażliwą powierzchnię fotodiody, z dala od przewodów do odczytu i innych niewrażliwych powierzchni. Technologia Lightpipe wykorzystuje materiał o wysokim współczynniku załamania światła poniżej specjalnie dostrojonych mikrosoczewek, aby pomóc poprowadzić światło przez kanał okablowania odczytu nad fotodiodą, tak aby więcej z nich docierało do diody zamiast odbijać się od okablowania. Podświetlane czujniki z tyłupo prostu odwróć całą strukturę, wystawiając fotodiodę bezpośrednio na światło, eliminując potrzebę stosowania wszystkich innych struktur. Wszystkie te rzeczy poprawiają „wydajność kwantową” (QE) lub ogólny współczynnik konwersji fotonów na elektrony w czujniku. Czujniki z wyższym QE obsługują wyższe maksymalne stosunki sygnału do szumu, które z kolei obsługują wyższe wzmocnienie ISO 100 ... co dodatkowo wspiera wyższe wzmocnienie przy niższym ISO. Wyższy zysk, więcej elektronów na jednostkę cyfrową, co zmniejsza efekty szumu fotonowego przy każdym ustawieniu ISO.

Mechanizmy wzmocnienia

Spójrzmy teraz na powody, dla których ISO 1600 (w przeszłości) było najwyższym „użytecznym” ustawieniem ISO w wielu przypadkach. Niektóre marki, takie jak Canon, a w niektórych przypadkach Nikon, używają więcej niż jednego mechanizmu do wzmocnienia sygnału wychodzącego z czujnika. W ciągu ostatnich kilku lat ISO 1600 było zwykle ostatnim „ISO wzmocnionym” ustawieniem ISO, powyżej którego zastosowano dodatkowe wzmacniacze, a nawet cyfrowe wzmocnienie, aby osiągnąć następne ustawienie ISO. Canon jest prawdopodobnie najgorszym przestępcąstosować alternatywne mechanizmy wzmocnienia. W swojej ostatniej generacji kamer (7D, 5D II, 1D / s III i wszystkich serii Rebel do 650D) zastosował dodatkowy zysk analogowy w strumieniu pikseli ... po odczytaniu piksela, ale przed ADC (analogowo do -konwersja cyfrowa), aby osiągnąć ustawienia ISO powyżej ISO 1600. Nikon zastosował coś podobnego w czujnikach, które sami wyprodukowali (dowolne aparaty Nikon i, w tym zakresie, inne marki, które używają czujników Sony Exmor stosują zasadniczo zupełnie inne podejście do zarządzania sygnałem , więc nie mają zastosowania tutaj).

Osiągnięcie ISO 3200 w przeszłości wymagałoby standardowego wzmocnienia analogowego na piksel w momencie odczytu piksela dla wszystkich ustawień ISO z pełnym zatrzymaniem aż do ISO 1600, a następnie dodatkowego wzmocnienia analogowego dla strumienia pikseli wychodzącego z czujnika. W niektórych aparatach ISO 6400 używałby tego samego alternatywnego wzmocnienia analogowego po odczycie. Ustawienia ISO powyżej ISO 6400 zwykle wykorzystywały wskazówkę dotyczącą wzmocnienia cyfrowego metadanych, aby poinstruować narzędzia przetwarzania końcowego o zastosowaniu dodatkowego wzmocnienia cyfrowego w celu uzyskania wyższych ustawień ISO. Takie ustawienia były zwykle nazywane „rozszerzonymi” lub „wysokimi” ustawieniami ISO i można je było stosować tylko z przyrostem pełnego zatrzymania powyżej „natywnego” ustawienia ISO aparatu. (Uwaga: Jedyny powód, dla którego naprawdę trzebaużycie rozszerzonego ustawienia ISO w aparacie byłoby, gdyby absolutnie wymagały dłuższego czasu otwarcia migawki, niż można to osiągnąć przy niższym natywnym ustawieniu ISO. W wielu przypadkach nadal wybór niższego ustawienia ISO przy wymaganym czasie otwarcia migawki, który byłby niedoświetlony, może być nadal pożądany, ponieważ ręczne ustawienie ekspozycji na stanowisku zwykle daje lepszy rezultat niż rozwinięty w aparacie ISO.)

Powyższe informacje można zastosować do kamer z ostatnich kilku generacji, nie licząc obecnej generacji. Starsze aparaty firmy Canon zdecydowanie wykorzystują natywne wzmocnienie analogowe, a także dodatkowe wzmocnienie analogowe po odczycie, a także potencjalnie zakodowane na stałe (tj. Nie można konfigurować) +/- 1/3 stop push lub pull wykonywane przez aparat za plecami korekty ekspozycji scen. To push / pull kosztowało cię utratę około 1/3 stopnia zakresu dynamicznego. Aparaty Nikon poprzedniej generacji, które korzystały z czujników zaprojektowanych przez firmę Nikon, również stosowały podobne wysokie wzmocnienie ISO, chociaż wydają się wykorzystywać wzmocnienie analogowe dla wszystkich ustawień ISO(w tym trzeciego zatrzymania), co zwykle skutkowało lepszym IQ przy wysokich ustawieniach trzeciego zatrzymania ISO w stosunku do Canona, bez utraty DR. Obecna generacja aparatów firmy Canon wydaje się stosować lepsze podejście do wzmocnienia ISO w stosunku do nowych wartości maksymalnych (25600 w przypadku linii innych niż 1D i 51200 w przypadku 1D X), z dodatkowym słupkiem - odczyt wzmocnienia jest stosowany tylko dla najwyższych ustawień ISO (przynajmniej, jak wydaje się to wskazywać dotychczasowe testowanie tych kamer).

Oznaczałoby to, że najwyższy możliwy do wykorzystania ISO dla aparatów Canon skoczył z ISO 1600 do ISO 12800 przynajmniej, a być może nawet ISO 25600dla 1D X. Czujniki Sony Exmor, które są obecnie używane przez większość konkurentów firmy Canon, w tym Nikon, wykorzystują zupełnie inny rodzaj czujników i architekturę przetwarzania. Czujniki Exmor uzupełniają się przy natywnym ISO 12800, a wszystkie dalsze ustawienia ISO są rozszerzonym trybem ISO. W porównaniu do ISO 12800 czujniki Sony Exmor działają całkiem dobrze, na równi z 5D III i 1D X. Poza tym jakość szumów zaczyna się dość szybko rozpadać i na ogół nie wytrzymuje wartości Canon ISO 16000, 20000, 25600, 32000, 40000 i 51200. Z drugiej strony Sony Exmor prawie nie ma szumów odczytu i działa znacznie lepiej przy ISO 100, 200, a do pewnego stopnia nawet 400 pod względem zakresu dynamicznego. Exmor DR szybko stał się legendą, a czujnik naprawdę błyszczy w przypadku rodzajów fotografii, które jedzą zakres dynamiczny na śniadanie (takie jak krajobrazy).

Używalny ISO 3200 ... 6400 ... 16000?

Ciągły strumień nowych i ulepszonych technologii ciągle się zmienia. Zaledwie cztery lata temu Canon 450D i 40D ledwo mogły wykonać ISO 800, przy czym ISO 1600 jest w dużej mierze bezużyteczne. Generacja później ISO 1600 stała się bardziej użyteczna, aw przypadku 5D II i 1Ds III, ISO 3200 była nawet „użyteczna” w niektórych okolicznościach. Dzisiaj regularnie słyszę, szczególnie od fotografów sportowych i fotoreporterów, że ISO do 16000, 20000, a czasami nawet 25600 na 1D X jest „w pełni użyteczne”, „nawet do wydrukowania przy niektórych pracach końcowych!” Z matematycznego punktu widzenia, elektronów i jednostek cyfrowych oraz wzmocnienia i tak dalej, niekoniecznie powiedziałbym, że jest coś szczególnego, co woła ISO 1600 jako magiczny numer ISO. Najwyższe użyteczne ISO rosło z pokolenia na pokolenie, zwykle o około jeden przystanek, ale ostatnio dzięki najnowszym czujnikom Canona wzrosło aż o trzy, a może nawet cztery stopnie.

1600 nie jest magiczną liczbą, ale przy dzisiejszej obecnej technologii wiele lustrzanek zwykle daje słabe wyniki powyżej ISO 1600. Z drugiej strony można argumentować, że wielu nadal osiąga dobre wyniki przy 3200 i 6400 - zależy to od odbiorców i technologii są zaznajomieni z. Jeśli czytasz to na forum z wieloma użytkownikami lustrzanek cyfrowych na poziomie konsumenckim, 1600 jest prawdopodobnie bezpiecznym maksimum dla obecnej technologii. Jeśli należałeś do profesjonalistów korzystających z najwyższej klasy sprzętu, takiego jak Nikon D800 lub Canon 5DmkIII, na pewno nie zatrzymają się na ISO 1600.

Spójrz na niektóre obrazy o wysokiej ISO z Canona 5DmkIII tutaj . ISO 12800 wcale mi nie wygląda źle. Porównaj to z ISO 800 w Canon Rebel XT, który kręciłem w poprzednich latach, i są na tym samym boisku. Jest to subiektywne, ale z mojej perspektywy nie ma mowy, żebym zatrzymał się na ISO 1600 na 5DmkIII!

Aby bezpośrednio odpowiedzieć na twoje pytanie - nic nie jest wyjątkowe w ISO 1600. Domyślam się, że po prostu czytasz wiele rzeczy, które akurat wspominają tę postać w tym momencie. Z czasem liczba ta ulegnie zmianie, podobnie jak w przypadku profesjonalnych lustrzanek cyfrowych.

O ile mi wiadomo, to fałszywe twierdzenie. W ISO 1600 nie ma nic stałego poza ISO 1600. Technologia ciągle się zmienia, a ISO 1600 dzisiaj jest znacznie lepszy niż pięć lat temu.

Wydajność ISO jest również silnie skorelowana z rozmiarem czujnika. Spójrz na to porównanie między najnowszymi czujnikami 2X, 1,5X i pełnoklatkowymi z najnowszych aparatów. Fotografuję aparatem Nikon D4 od miesiąca i bez wahania korzystam z ISO 6400. W Pentaxie K-5 zwykle zatrzymuję się przy ISO 1600 i ustawiam K-5 II tak, aby automatycznie osiągał ISO 3200, ale to jest o jeden przystanek lepszy.

Jeśli chodzi o inny aspekt pytania, nie ma czegoś takiego, z czego chciałbyś skorzystać bez szczególnych okoliczności. Chciałem użyć bardzo hałaśliwych ustawień, aby uzyskać ujęcie, którego inaczej nie byłbym w stanie zrobić. Te obrazy mogą mieć dla mnie wartość, mimo że nie byłyby świetnymi wydrukami w formacie plakatu.

ISO to metafora fotografii filmowej, która jest naprawdę kontrolowana przez wzmocnienie czujnika przed konwersją analogowo-cyfrową, aż do pewnego momentu. Ten rodzaj wzmocnienia jest dobry, ponieważ wpływa tylko na niektóre części hałasu, które dobrze wyglądają i zwykle nie są takie złe. Następnie, aby osiągnąć wyższe ISO, „oszukują” i po prostu wykonują cyfrowe przesunięcie, tj. Dla każdego bitu przesuwają „ISO” podwajają się, ale to zwiększa brzydki szum odczytu, tak jak w przypadku niedoświetlenia obrazu i zwiększenia go na komputerze. W generacji kamer, w których mieliśmy pod koniec 2000 roku, wzmocnienie analogowe wynosiło do 1600, a następnie mogliśmy osiągnąć 3200 poprzez ustawienie użytkownika na „wysoki” (3200) - ale to jest cyfrowe wzmocnienie i można zobaczyć na sensorgen.info bezpośredni efekt ma to wpływ na szum odczytu i DR:

http://sensorgen.info/CanonEOS_40D.html

http://sensorgen.info/CanonEOS_5D.html

Znam faceta, który mówi, że niektóre aparaty są jeszcze bardziej skomplikowane - używając kombinacji wzmocnienia analogowego i cyfrowego, zanim przejdą na używanie tylko cyfrowej. Może właśnie to dzieje się tutaj na nikonie, gdzie 100-200 się nie udaje:

http://sensorgen.info/NikonD3100.html

Ale w nowej generacji kamer wydaje się, że ISO 3200 to nowa „1600”:

http://sensorgen.info/CanonEOS_5D_MkIII.html

Używanie maksimum ISO 1600 to okropna zasada, IMO. Tak, wyższe ISO mają znacznie bardziej zauważalny hałas. Jednak w zależności od aparatu / matrycy, sceny i zamierzonego zastosowania założę się, że 3200, 6400, a może nawet wyższe są całkowicie dopuszczalne. Na przykład udostępniając zdjęcie w Internecie, jestem pewien, że możesz uzyskać dobry wynik przy znacznie wyższej czułości ISO. Podobnie, drukując małe 4x6, jestem pewien, że uzyskasz akceptowalny wynik. Drukowanie 16x20 to oczywiście inna historia.

Ilekroć jest to wspomniane, drugą rzeczą, o której zawsze myślę, jest to, że osoba, która to mówi, oczywiście nie ma za dużo historii z fotografią, która używała filmu. Dzisiejszy ISO 1600 jest wyraźnie lepszy niż film ISO 400. Film ISO 400 z pewnością był użyteczny.

Ostatnia kwestia: czy lepiej jest robić hałaśliwe zdjęcie z wysoką czułością ISO, czy w ogóle nie robić zdjęcia? Wiem, które ja wybrałbym - i wybrali, wiele razy.