Мое понимание настройки ISO на цифровых камерах заключается в том, что, в отличие от пленочных камер, изменение ISO не вызывает никаких физических изменений в камере. Скорее, он просто говорит камере умножать аналоговые напряжения, которые она считывает с датчиков, на постоянное число, что увеличивает яркость этого пикселя в выходном изображении JPEG. А поскольку в файлах RAW хранятся фактически считанные напряжения, до того, как произойдут какие-либо изменения яркости, значения в файле RAW будут одинаковыми независимо от настройки ISO. Таким образом, если вы делаете снимки только в формате RAW, настройка ISO абсолютно ничего не делает (также это будет означать, что цифровые камеры с более высокими значениями ISO являются полностью маркетинговым трюком) .
Однако этот высоко оцененный пост противоречит этому. Он показывает следующее изображение: в
котором утверждается, что настройка ISO влияет на вывод RAW! † В нем также говорится: «Чтобы свести к минимуму шум, направьте в камеру как можно больше света, а затем используйте максимально возможное значение ISO без передержки».
Если я правильно понимаю, все изображения с одинаковой выдержкой дадут одно и то же (RAW) изображение, независимо от настройки ISO. Однако, если объяснение в приведенном выше сообщении верно, изображения (RAW), снятые с неправильно выставленной настройкой ISO, не могут быть исправлены в программном обеспечении без добавления дополнительного шума. (Я нашел эту ветку в Интернете, в которой несколько «экспертов» спорят о том, какое понимание является правильным, но так и не приходят к выводу)
Чтобы выяснить, какое понимание является правильным, я попытался снять изображение с различными значениями ISO и выдержки в режиме RAW+JPEG. Затем я загрузил файлы RAW в Photoshop и применил автокоррекцию в «Camera Raw» (до преобразования в JPEG) .
Вот такие результаты (нажмите, чтобы увеличить) :
(Все снимки сделаны на цифровую зеркальную камеру Sony a390. Диафрагма f/5,6, зум-объектив 18-55 мм установлен на 55 мм)
И для сравнения, вот JPEG, созданные для тех же снимков камерой (без применения фотошопа):
Похоже, мы оба ошибаемся (Что!?!??!!?) . Настройки ISO определенно сильно отличались в конечном RAW-изображении, но кажется, что даже когда они приводят к недодержке, использование самых низких настроек ISO по-прежнему приводит к наименьшему количеству шума!
Я предполагаю, что, чтобы понять, почему это так, мне нужно точно знать, как настройка ISO работает в DLSR - может кто-нибудь объяснить мне это? Датчик как-то физически сделан более чувствительным, или это простое цифровое (а возможно и аналоговое) усиление сигнала напряжения? Или это работает по-разному в разных камерах (у меня DLSR довольно низкого уровня) ? Если датчик физически не становится более чувствительным, почему настройка ISO влияет на изображение в формате RAW? Почему недоэкспонированное изображение ISO100 привело к меньшему шуму (после коррекции в фотошопе), чем то же изображение с той же диафрагмой / затвором при (правильно экспонированном) ISO3200?
† (По крайней мере, я думаю, что это то, что он говорит. Сообщение неоднозначно относительно того, была ли автокоррекция выполнена для файла RAW или файла JPEG. Я просто предполагаю, что это было сделано для RAW, поскольку к JPEG было бы просто глупо - он бы усиливал шум сжатия+квантования, а не шум камеры, что сделало бы весь пост некорректным)
Было бы неправильно думать, что увеличение ISO вообще не приводит к «физическим» изменениям в камере. Проблема с ISO в том, что люди часто называют его чувствительностью . На самом деле это неправильное название... чувствительность — фиксированный атрибут любого датчика, и его нельзя изменить.
Чувствительность на самом деле больше синонимична квантовой эффективности фотодиодов, учитывая процентную долю света, отфильтрованного ИК-фильтром, фильтром нижних частот и массивом цветовых фильтров. Вообще говоря, большинство цифровых зеркальных камер в наши дни на самом деле имеют «чувствительность» к свету 13-18% ... это означает, что только около 13-18% света, проходящего через объектив, действительно достигает фотодиода и фактически испускает электрон. Приблизительно 60% света или более фильтруются набором фильтров и CFA, а квантовая эффективность фотодиодов (скорость фотонов до высвобождения электронов) в современных датчиках колеблется от ~ 45% до ~ 60%.
ISO — это просто инструкция для электроники камеры изменить способ усиления электронного заряда, аналогового сигнала, хранящегося в датчике, для получения правильной экспозиции. В этом смысле ПРОИСХОДИТ «физическое» изменение того, что на самом деле происходит с сигналом изображения в электронике датчика. При считывании к исходному сигналу в датчике применяется определенное усиление . Увеличение ISO изменяет это усиление, что приводит к все большему и большему усилению сигнала.
Ваш вопрос в том, имеет ли значение увеличение ISO, и влияет ли изменение ISO на RAW? Ответ ДА и ДА! Если вы сняли все с ISO 100 и изменили цифровое усиление в постобработке, то ваши изображения будут намного более шумными, чем если бы вы использовали наиболее подходящие настройки в своей камере. Механизмы усиления сигнала изображения, выполняемые камерой, значительно превосходят ваше базовое цифровое повышение ISO с помощью какого-либо инструмента постобработки, такого как Lightroom. Образец изображения от Мэтта Грума, на который вы ссылались в исходном посте, должен быть идеальным примером этого. Обратите внимание, насколько хуже шум на изображении с цифровым усилением ISO 100, чем на изображении ISO 1600? Присутствует много шума синего цвета, начинают проявляться полосатые узоры и происходит потеря деталей. Камера работала намного лучше, когда ей было сказано использовать ISO 1600… меньше шума, больше деталей, более четкие детали.
Причина, по которой повышение ISO в камере лучше, заключается в том, что оно работает с исходным сигналом прямо с сенсора, прежде чем какая-либо последующая электроника сможет внести дополнительный шум. В датчике изображения CMOS (CIS) каждый пиксель имеет встроенную схему шумоподавления (CDS, коррелированная двойная выборка... она измеряет заряд темнового тока в пикселе в «время сброса» и запоминает его, чтобы он можно вычитать при считывании), а также встроенный усилитель. Когда каждый столбец пикселей считывается, заряд пикселя сначала очищается схемой CDS, а затем этот «чистый» заряд непосредственно усиливается перед отправкой в схему считывания, отправленную вне кристалла. В большинстве камер аналого-цифровое преобразование, или АЦП, происходит за пределами кристалла сенсора в чипе DSP (есть некоторые исключения, подробнее об этом чуть позже).
АЦП обычно в меру параллельны, их может быть восемь, шестнадцать, а может и больше в данной камере. Несмотря на то, что они параллельны, 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 основной источник цветового и полосового шума в большинстве цифровых зеркальных фотокамер, которые их демонстрируют. Изображение ISO 100, которое было усилено при постобработке, также усиливает этот дополнительный шум после считывания, возникающий после сенсора .
Увеличивая ISO в камере, вы напрямую усиливаете сигнал изображения, а любые дополнительные шумы в нисходящем направлении влияют только на нижнюю часть сигнала. Это сохраняет отношение сигнала изображения к электронному шуму. Существует дополнительный вклад в шум, который не имеет ничего общего с электроникой. Случайная природа самого света приводит к пуассоновскому распределению фотонных ударов. При меньшем общем количестве света, попадающего на датчик, шум Пуассона будет выше. Если бы у вас был бесшумный датчик, который вообще не создавал никакого собственного электронного шума... тогда использование ISO 1600 было бы таким же, как использование ISO 100 и увеличение экспозиции на четыре ступени в постобработке. Количество шума на двух изображениях будет одинаковым, и все это будет шум, являющийся результатом случайной физической природы света.
Сегодня на рынке есть один датчик, который практически бесшумный. В датчике Sony Exmor используется высокотехнологичная конструкция считывания с параллельными столбцами ON-DIE Digital ADC/CDS. В отличие от большинства датчиков, которые поддерживают аналоговый сигнал на протяжении всего конвейера от датчика до DSP (пока не сразу после АЦП), Exmor выполняет как CDS, так и АЦП на кристалле и в цифровом виде. Вместо того, чтобы каждый пиксель имел аналоговую схему CDS для измерения темнового тока для каждого пикселя, Exmor выполняет считывание со сбросом, это считывание со сбросом немедленно преобразуется в цифровое и сохраняет весь заряд «темнового тока» датчика в виртуальном изображении отрицательных значений. Когда сделана экспозиция, сигнал изображения считывается, преобразуется в цифровой формат, и отрицательное изображение сброса применяется к изображению с положительной экспозицией.
Поскольку в Exmor один АЦП на колонку, а не один АЦП на десятки колонок, они могут работать на более низкой частоте. При использовании цифрового CDS, поколоночного АЦП и низкочастотных компонентов датчик Exmor обеспечивает почти нулевой уровень шума , не вносит никаких видимых полос или характерного шума и во всех отношениях может считаться «бесшумным» датчиком.Некоторый шум все еще присутствует, и достаточное усиление экспозиции в постобработке в конечном итоге приведет к тому, что этот шум станет видимым. Однако можно сделать снимок с ISO 100, поднять его на четыре ступени, и он будет выглядеть примерно так же хорошо, как снимок, сделанный с ISO 1600. На самом деле, в случае с Exmor... ТОЧНЫЙ случай! Все «усиление» в Exmor является цифровым по своей природе, хотя сенсорная электроника, как правило, справляется с этим лучше, чем с ручным увеличением экспозиции в постобработке, с небольшим отрывом.
Также важно понимать, что само по себе увеличение ISO на самом деле не добавляет шума. ISO не является источником шума! Предполагая бесшумный датчик, если вы экспонируете статичную сцену так, чтобы получить правильную экспозицию при ISO 100, и экспонируете ту же статическую сцену так, чтобы получить правильную экспозицию при ISO 3200, последняя будет иметь больше шума. Почему ты спрашиваешь? Причиной является пуассонов шум, чаще называемый фотонным шумом, или шум, вызванный случайным характером света. В правильно экспонированном изображении ISO 100 вы либо используете более широкую диафрагму, либо используете более длинный затвор, либо и то, и другое. Предположим для обсуждения, что мы меняем только скорость затвора, чтобы сохранить глубину резкости и получить одинаковую сцену как при ISO 100, так и при ISO 3200. Разница в скорости затвора составляет пять ступеней. Это 32-кратная разница в количестве света на сенсоре! Чем больше света у вас есть, тем меньше фотонного шума будет заметен... отношение сигнал-шум (SNR) изображения к его собственному естественному шуму выше при правильно экспонированном изображении с ISO 100 и намного ниже при правильно экспонированное изображение ISO 3200.
Если мы используем Nikon D800 (в котором используется датчик Sony Exmor), снимая изображение, недоэкспонированное на пять ступеней при ISO 100, а другое правильно экспонированное при ISO 3200, и усиливаем изображение с ISO 100, оно будет немного более шумным, чем Изображение ISO 3200. Он фактически имеет такое же отношение сигнал-шум по отношению к фотонному дробовому шуму, а также будет иметь очень небольшой вклад шума считывания, который будет усиливаться вместе с остальной частью изображения.
Ну, вы спросили, как именно работает ISO в современной цифровой камере. Это не полное объяснение, и разные производители по-разному обрабатывают определенные высокие значения ISO. Например, датчики Canon будут усиливать сигнал изображения непосредственно с датчика только до определенной точки, а затем будут использовать дополнительный нисходящий усилитель между датчиком и АЦП для достижения верхней пары ступеней (т. е. в камере, которая переходит в ISO 6400, ISO 1600 — это максимальное «естественное усиление», а ISO 3200 и 6400 включают дополнительное нисходящее, но все же аналоговое усиление. цифровое усиление. Таким образом, любая настройка, называемая HI или H1, H2 и т. Д., Не является настоящей настройкой ISO ... это поддельная настройка ISO.
Изменение настройки ISO вызывает изменение в камере , оно изменяет встроенное усиление. Напряжения, создаваемые входящим светом, усиливаются перед оцифровкой. Причина этого в том, что аналоговый сигнал улавливает шум на пути к АЦП (аналогово-цифровой преобразователь). Сначала усиливая слабый сигнал, эффекты этого шума уменьшаются по сравнению с оцифровкой слабого сигнала, а затем математически применяя усиление к оцифрованным значениям (что и делает Photoshop в вашем примере), поскольку это усиливает шум считывания.
Причина, по которой вы не испытываете того же эффекта при использовании Sony a390, заключается в том, что модель оснащена запатентованной Sony технологией, разработанной для значительного уменьшения накопления шума при чтении на пути к АЦП. Единственным преимуществом использования настройки ISO в камере является уменьшение шума квантования, который может возникнуть, если цифровых значений недостаточно для представления небольших изменений слабого сигнала. Кроме того, значение ISO почти избыточно (или, что еще хуже, контрпродуктивно, поскольку при неправильном замере изображение с высоким значением ISO может обрезаться, а изображение с низким значением ISO — нет).
Датчики нельзя сделать более или менее чувствительными. Они просто реагируют на фотографии, высвобождая электрический заряд, который накапливается на фотосайте.
Этот заряд является аналоговой величиной. Технически он дискретен на атомарном уровне, но рассматривается как аналоговое значение. Когда на камере установлено значение ISO, меняется точка насыщения, которая сопоставляется с максимально возможным цифровым значением. Более низкие заряды пропорционально отображаются аналого-цифровым преобразователем, поэтому вы по-прежнему получаете ту же битовую глубину на пиксель при всех нормальных значениях ISO. В отличие от расширенных ISO , которые чаще всего обрабатываются в цифровом виде.
Выход RAW записывает цифровые значения и поэтому зависит от ISO. Если вы умножите сигнал в цифровом виде для эмуляции ISO, вы потеряете битовую глубину и умножите любой шум, присутствующий в аналоговом сигнале.
Я считаю ваше предположение неверным. Хотя, возможно, в некоторых камерах может быть фиксированное усиление, а ISO — это чисто цифровая фильтрация (которую так же легко можно сделать в автономном режиме), я полагаю, что на многих камерах настройка ISO фактически управляет аналоговым усилением детектора.
Более высокое значение ISO нежелательно, потому что большее усиление означает больше шума.
В любой аналоговой системе усиления каскадирование усиления важно для получения наилучшего сигнала. В фотографической системе наша первая выгода — это светосила объектива. Второе усиление — это чувствительность пленки или реальное электронное усиление детектора, в зависимости от обстоятельств.
Наименее шумные результаты получаются, если вы пропускаете достаточно света и используете только умеренное усиление.
Использование большего усиления (более высокого ISO) в детекторе является «неизбежным злом» в условиях низкой освещенности или когда необходимы короткие выдержки для устранения размытости движения или низкая диафрагма необходима для глубины резкости.
Т.е. выбор ISO в основном определяется другими параметрами: доступным светом/диафрагмой и выдержкой.
А поскольку в файлах RAW хранятся фактически считанные напряжения, до того, как произойдут какие-либо изменения яркости, значения в файле RAW будут одинаковыми независимо от настройки ISO.
Это предположение неверно. Настройки ISO в цифровых камерах изменяют величину усиления аналогового напряжения от каждого сенсора (пиксельной лунки) до того, как сигнал будет считан, а тем более преобразован в цифровую информацию.
В необработанные файлы записываются значения усиленного аналогового сигнала, преобразованные в цифровую информацию. Причина этого в том, что между датчиком и цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП) добавляется дополнительный шум. Если аналоговые напряжения от каждого датчика не усиливаются перед считыванием, они будут настолько слабыми, что шум «темнового тока», добавленный путем между датчиком и ЦАП, перекроет все сигналы, кроме самых сильных (например, любые, кроме изображений). которые были сняты при очень ярком свете и/или в течение очень длительного периода времени).
Таким образом, если вы снимаете изображения только в формате RAW, настройка ISO абсолютно ничего не делает (также это будет означать, что цифровые камеры с более высокими значениями ISO являются полностью маркетинговым трюком).
Поскольку ваша первоначальная посылка, процитированная выше, неверна, отсюда следует, что вывод, основанный на этой неверной посылке, также неверен. То, что преобразуется АЦП и записывается в необработанные данные изображения, существенно зависит от встроенного усиления аналогового напряжения от каждого датчика.
Совет в ответе, указанном в начале вопроса, следует понимать как «... впустите в камеру достаточно света, а затем используйте самое высокое значение ISO , которое не приводит к пересветам. Если в камеру попадает достаточно света камеры, этот идеальный ISO вполне может быть минимальной настройкой ISO камеры.Только когда мы ограничены количеством доступного света, максимальной шириной диафрагмы камеры / настройкой диафрагмы, необходимой для получения желаемой глубины резкости, или временем затвора, необходимым для предотвращает размытие движущегося объекта. Совет по увеличению ISO до самого высокого значения, которое не переэкспонирует светлые участки, становится применимым к значению ISO, превышающему базовое значение ISO камеры.
Хотя это и не является неверным само по себе, утверждение в этом ответе сбивает с толку.
Ответ заключается не в сравнении шума при разных настройках ISO, а в сравнении разницы между аналоговым и цифровым усилением. При установке более высокого значения ISO используется аналоговое усиление, поэтому оно работает лучше, чем недоэкспонирование изображения и компенсация при постобработке, поскольку при этом используется цифровое усиление.
Более полезным утверждением было бы:
Если вы хотите свести шум к минимуму, используйте минимально возможное значение ISO. Вы должны использовать более высокое значение ISO только в том случае, если вам нужно получить правильную экспозицию, когда вы не можете получить больше света в камеру.
Чтобы свести к минимуму шум, вы хотите, чтобы на матрицу попадало как можно больше света при условии (1) отсутствия обрезки светлых участков, в которых вы хотите сохранить детали, (2) установки диафрагмы для желаемой глубины резкости и (3) настройки затвора. скорость для желаемого размытия движения (объект и камера) или отсутствия размытия движения.
Поможет ли увеличение ISO, если вы делаете все вышеперечисленное и все еще не обрезаете нужные блики? Если увеличение ISO уменьшает шум при чтении, это может помочь. Это зависит от сенсора в вашей камере. В некоторых датчиках вы получаете меньше шума при чтении, если увеличиваете ISO, по крайней мере, до определенного уровня. В другом датчике (иногда называемом без ISO) шум считывания не увеличивается с увеличением ISO.
Это предполагает, что вы снимаете в сыром виде.
Я рассматривал проблему, связанную с тем, что вы видите больше шума на снимке с высоким ISO, чем на снимке с ISO 100, хотя все говорят вам, что должно быть наоборот. Люди говорят вам, почему это должно быть наоборот, и Джриста объяснил вам, почему эффект не так заметен с вашей камерой, как, например, с камерами Canon (почти равными). Но ваше замечание, что шумов в постбустированном исо 100 вроде стало меньше , а не равных или больше шумов все равно стоит.
Я пошел дальше, глядя на ваш результат. Вывод из оригинальной демонстрации Мэтта предполагает, что конечным результатом является то же изображение из тех же условий, где вы затем увеличиваете ISO вместо увеличения экспозиции в постобработке, чтобы правильно выставить экспозицию. Т.е. та же яркость при том же входящем свете. Итак, я сравниваю вашу гистограмму 0,01 с ISO 100 и ISO 3200 и обнаружил, что вы не поднимаете ISO 100 так сильно, как ISO 3200. Разница составляет около 40%.
Если мы увеличим ваше изображение с ISO 100, чтобы оно лучше соответствовало ISO 3200, давайте посмотрим на результат:
Теперь все выглядит примерно одинаково, если вы посмотрите на мощность шума, так что Джриста прав насчет почти идеального сенсора. Возможно, текстуры в темноте немного лучше с исо 3200, и голубоватые зерна кажутся крупнее, но трудно сделать вывод о качестве шума на этих веб-конвертированных изображениях. нам нужно увидеть результаты на необработанных данных.
Очень быстрый ответ: повышая настройку ISO, вы увеличиваете усиление сигнала. Это означает, что вы умножаете «аналоговым» способом (усиливая ток), а не «цифровым» способом (умножая число на 2, на 4.... и т. д., что соответствовало бы вашей ментальной модели). ).
В последние годы набирает популярность термин (я не думаю, что он особенно удачен), который описывает датчик, который работает так, как вы себе представляете, и это «безизомерная камера».
Прежде чем я приму ответ, я просто хотел добавить краткое изложение того, что я узнал из всех этих замечательных ответов и нескольких других источников. Я видел, как несколько пользователей рекомендовали «использовать максимально возможное значение ISO без передержки» без каких-либо дополнительных объяснений или уточнений, что совершенно неверно.
Я делаю это вики-сообществом, так что не стесняйтесь добавлять или исправлять любые ошибки.
Использование самого низкого значения ISO (для заданной экспозиции, что означает, что вам также придется изменить либо диафрагму, либо скорость затвора) всегда будет давать наименьший шум; однако это не всегда даст вам наилучшее изображение .
Например, длинная выдержка при ISO 100 может привести к тому, что изображение будет немного размытым, в то время как более короткая выдержка при ISO 400, несмотря на большее количество шума, может выглядеть лучше из-за отсутствия размытия (и шум может не смазаться). даже быть видимым) .
Нет хорошего правила, чтобы знать, когда это произойдет. Вы должны много экспериментировать, чтобы обрести эту интуицию.
Значения ISO, которые не some-power-of-2 * 100
соответствуют этому правилу, могут быть исключением из этого правила, возможно, они предпочтительнее более низких значений ISO. См., например , здесь .
Вопреки этому ответу , все остальные настройки равны и без отсечения все настройки ISO будут почти эквивалентны с точки зрения автоматически исправленного изображения RAW. Разница в том, что более низкие настройки ISO будут иметь меньший шум контрастности/квантования из-за потери информации (поскольку коррекция экспозиции выполняется в цифровом, а не аналоговом формате) , но на самом деле будет иметь тенденцию иметь немного меньший общий шум, потому что усилители используемые при более высоких значениях ISO создают некоторый шум, а также потому, что более высокие значения ISO более чувствительны к дробовому шуму .
Это именно то, что я наблюдал на изображениях в вопросе.
Для некоторых датчиков увеличение ISO может снизить шум считывания, по крайней мере, до определенного момента. См. http://www.sensorgen.info/
Если либо размер диафрагмы, либо скорость затвора являются гибкими для снимка, который вы хотите сделать (т. е. не вызовут размытия, не поставят под угрозу ваше художественное видение и т. д.) , используйте комбинацию, которая позволит вам получить минимально возможное значение ISO. , сохраняя правильную экспозицию, чтобы минимизировать шум.
Если размер диафрагмы и скорость затвора являются фиксированными и неизменяемыми, выберите значение ISO, обеспечивающее правильную экспозицию для минимизации шума.
Если размер диафрагмы и скорость затвора являются фиксированными и неизменяемыми, выберите значение ISO, обеспечивающее наименьший шум при чтении, при условии, что вы не отсекаете светлые участки, в которых хотите сохранить детали, и отрегулируйте яркость в постобработке.
Значения датчиков камеры являются аналоговыми, но их необходимо преобразовать в цифровые для использования компьютером. Любое усиление этих значений должно выполняться до аналого-цифрового преобразования во избежание потери информации (шум квантования) . Настройка ISO в камере определяет степень аналогового усиления. Вот почему настройка ISO влияет на вывод RAW.
Настройка «Авто-ISO» на многих камерах не будет превышать определенного значения ISO (во избежание шума) , даже если это значение ISO необходимо для правильной экспозиции. В этих случаях вам придется установить ISO вручную.
Экспонометр не всегда точен, поэтому поиск правильной экспозиции может потребовать некоторых экспериментов.
Иногда изображения намеренно переэкспонируются, чтобы уменьшить шум и получить максимально возможную полезную битовую глубину из выходного файла RAW. Это называется Expose To The Right (ETTR) ( см. также ) . В этом случае все вышеперечисленные правила Шпаргалки остаются в силе; просто замените фразу «правильная экспозиция» на «самая высокая передержка без клиппинга».
Д. Ламберт
Мэтт Грум
BlueRaja - Дэнни Пфлугхофт
пользователь2719
матдм
пользователь3739
BBKing
BlueRaja - Дэнни Пфлугхофт
BBKing
BBKing
Майкл С