Почему уровень ISO на большинстве цифровых камер нельзя установить ниже 80?

Есть два способа уменьшить базу родного ISO (самое низкое значение, возможное на камере). Один из них заключается в том, чтобы сделать датчик менее эффективным, чтобы улавливалась меньшая часть входящего света. Легко видеть, как это снижает чувствительность. Однако, как уже говорилось в других ответах, это будет полезно только для меньшинства людей, которые регулярно обнаруживают, что у них слишком много света, тогда как большинство фотографов по большей части борются с недостатком света!

Однако есть еще один способ уменьшить базовый ISO, а именно увеличить емкость каждого пикселя (называемую глубиной лунки), чтобы он мог накапливать больше заряда (и, следовательно, больше света), прежде чем станет насыщенным. Этот метод действительно имеет реальное преимущество при любой чувствительности.

Немного сложнее увидеть, как это влияет на базовое значение ISO, однако вы должны помнить, что любые показания датчика в конечном итоге сопоставляются с диапазоном 0-255 либо камерой, либо человеком во время необработанного преобразования (или 0-65536 для необработанного преобразования). 16-битные изображения). Представьте себе два датчика A и B, A имеет вдвое большую емкость на пиксель. Когда вы снимаете изображение с A при выдержке 1/30 с, яркие моменты вот-вот обрежутся. Теперь, когда вы используете B, вы должны использовать 1/60 из-за уменьшенной емкости — если вы использовали 1/30, вы бы переэкспонировали изображение.

Какие бы значения датчики ни записывали в точке насыщения, они все равно сопоставляются с 255, поэтому будут выглядеть одинаково. Учитывая, что с B вы получаете то же изображение, но с вдвое меньшей выдержкой (при прочих равных условиях), это означает, что B имеет более высокую чувствительность. Если базовая чувствительность камеры B равна ISO100, то базовая чувствительность камеры A равна ISO50.

Смысл всего этого в том, что если вы можете уменьшить базовое значение ISO за счет увеличения емкости пикселей, то это хорошо, поскольку позволяет снизить уровень шума и расширить динамический диапазон. Чтобы понять, почему это так, сначала нужно отказаться от мысли, что увеличение значения ISO увеличивает шум, это просто неправда, вот ответ, который я написал на эту тему: Что такое «ISO» на цифровой камере?

Короткая версия заключается в том, что шум в основном вызван недостатком света (чем меньше у вас света, тем больше случайных вариаций в излучении фотонов проявляется на изображении, см. http://en.wikipedia.org/wiki/Shot_noise ) . что, если вы увеличите настройку ISO вашей камеры, другие настройки должны измениться, что приведет к тому, что вы получите меньше света и больше шума от выстрела. Шум возникает из-за отсутствия света, а не из-за усиления сигнала.

Таким образом, несмотря на то, что мы должны использовать усиление, чтобы получить ISO100 из камеры A, мы пропускаем такое же количество света , как и камера B, снимающая с ISO100, и, следовательно, можем ожидать такой же уровень шума! Таким образом, камера А ничем не хуже, однако у нас есть возможность перейти на ISO50, пропуская больше света и, таким образом, получая меньше дробового шума!

У нас также есть возможность использовать ISO50, но с теми же настройками камеры, которые B использует для съемки с ISO100, мы пропускаем такое же количество света, поэтому можем ожидать тот же уровень шума, но если сцена внезапно становится ярче B с клипом сигнал, тогда как A будет продолжаться с дополнительной глубиной, таким образом, имея более высокий динамический диапазон.

Эти примеры являются упрощением, есть и другие источники шума, но в целом иметь «менее чувствительный» датчик может быть хорошо. Однако трудно спроектировать более глубокие электронные ямы, поэтому вы не видите, чтобы камеры опускались ниже ISO50. Однако вы видите различия в глубине лунки, например, самый низкий ISO, доступный для 35-мм сенсора Canon 5D, составляет ISO50, тогда как для сенсора APS-C того же поколения в Canon 30D самый низкий ISO составляет 100, это связано с дополнительной емкостью в большем пикселей 5D.

Если бы производитель захотел это сделать, он бы смог.

При этом все датчики имеют исходную чувствительность, обычно ISO 100, 160 или 200. Усиление используется для достижения более высокой чувствительности путем умножения базового сигнала. Это приводит к большему количеству шума, поэтому, если базовый ISO был ниже, вам нужно было бы использовать большее усиление для достижения более высокой чувствительности, и вы получили бы больше шума.

Чтобы получить более низкие значения ISO без изменения базовой настройки, вы в основном делите базовый сигнал. Это приводит к уменьшению динамического диапазона, поэтому вы редко видите значения ISO менее 50. Если базовое значение ISO разделить на больший коэффициент, будет потерян слишком большой динамический диапазон.

Наконец, нет особых причин для разработки датчиков с более низкой чувствительностью, поскольку можно легко использовать фильтр нейтральной плотности для уменьшения входящего света, не влияя на динамический диапазон. Несколько камер от Canon, Nikon и Fuji имеют встроенный 2- или 3-ступенчатый фильтр нейтральной плотности для этого эффекта. На DSLR вы можете купить фильтры нейтральной плотности с переменной силой, что делает вещи очень гибкими.

но не понимаю, почему было бы так сложно сделать сенсор менее чувствительным к свету?

Это почти противоречит концепции фотографии, которая, в конце концов, связана с захватом света. Сказав это, ПЗС / КМОП будет иметь естественный уровень для захвата света, поэтому любое меньшее, чем это, потребует преднамеренного отбрасывания информации, что, в общем, вероятно, не будет сделано к удовлетворению фотографов. . Программное обеспечение, которое будет делать это, всегда будет компромиссом по различным факторам.

В любом случае, как заметил Итай, есть и другие способы уменьшить свет. Вы можете использовать фильтры нейтральной плотности, меньшую диафрагму, более короткую выдержку и т. д. Если вы снимаете в необработанном виде, вы можете еще больше манипулировать экспозицией. Чистый эффект от снижения ISO ниже 80 вряд ли будет стоить производителям, они гораздо больше заинтересованы в другом конце диапазона.

Ничто не мешает программисту микропрограммы реализовать более низкие значения «ISO» путем усреднения нескольких кадров. Например, если базовая чувствительность была определена как «80 ISO». «40 ISO» можно реализовать усреднением двух кадров.