Действительно ли следует отдавать предпочтение более высоким значениям ISO (при прочих равных условиях)?

BlueRaja - Дэнни Пфлугхофт

Действительно ли следует отдавать предпочтение более высоким значениям ISO (при прочих равных условиях)?

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
Шум на настройках ISO
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) :

Изображения RAW с автокоррекцией PS
(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):

Изображения JPEG с автокоррекцией PS

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)

Д. Ламберт

Отличный вопрос. Некоторое время у меня была такая же «ментальная модель» ISO, хотя я понимал, что фактическая производительность, похоже, не совсем соответствует этой модели.

Мэтт Грум

Изображения были автоматически исправлены после преобразования RAW, так как у меня не было конвертера RAW, который мог бы это сделать. Однако они были загружены в Photoshop как несжатые 16-битные файлы и не сохранены в формате JPEG перед коррекцией, поэтому не было усиления шума квантования или артефактов сжатия.

BlueRaja - Дэнни Пфлугхофт

@mattdm: Этот вопрос отвечает на мой вопрос о том, как работает усиление и почему недоэкспонированное изображение ISO100 можно спасти, а переэкспонированное изображение ISO3200 — нет (значения были обрезаны). Однако это не отвечает на вопрос, почему правильно экспонированное изображение ISO3200 имеет больше шума, чем недоэкспонированное изображение ISO100, или почему этот факт отличается от экспериментов Мэтта Грума. Вместо этого я отредактирую вопрос, чтобы подчеркнуть эти вопросы.

пользователь2719

Не помогает то, что вы сравниваете производительность 30D 2006 года выпуска и α390 2010 года выпуска. Битовая глубина и «широта» сильно изменились за эти годы, до такой степени, что вы, по сути, сравниваете Kodachrome (довольно привередливая слайд-пленка) с Kodacolor (достаточная широта для одноразовых камер).

матдм

Ага, не дубликат после редактирования.

пользователь3739

Возможно, утверждение об отсутствии разницы между значениями ISO в режиме RAW неверно, если существует вероятность того, что на алгоритмы автоматической экспозиции отрицательно влияет шум, связанный с более высоким значением ISO, позволяющим использовать более длинную выдержку.

BBKing

Я думаю, все, что пытался сказать Мэтт Грум, это то, что если вы находитесь в условиях низкой освещенности, лучше увеличить ISO в камере, чем исправлять экспозицию в PP. Конечно, при ISO100 будет меньше шума, но если вы застряли из-за недостатка света, увеличьте ISO. Кроме того, недостаток света создает шум, а не только ISO. Потому что увеличение ISO (в современных камерах) может помочь уменьшить шум. Это все (я думаю. Или моя интерпретация), о которых говорил мистер Грумм.

BlueRaja - Дэнни Пфлугхофт

@BBking: Да, это то, что я наконец-то вынес из всего этого. Я только что прочитал в посте Мэтта крайне шокирующее заявление : «На самом деле высокие значения ISO — это хорошо!» при этом отсутствует скрытый подтекст «... хорошо по сравнению с увеличением яркости в посте, но все же не так хорошо, как увеличение диафрагмы, выдержки или освещения!»

BBKing

Да, точно! Я всегда находил его ответ немного вводящим в заблуждение. Как будто photo.stackexchange нашел нового бога после этого ответа...

BBKing

Я скажу, однако, в вашем вопросе, вы не принимаете во внимание апертуру.

Майкл С

«Почему недоэкспонированное изображение ISO100 привело к меньшему шуму (после коррекции в фотошопе), чем то же изображение с той же диафрагмой / выдержкой при (правильно экспонированном) ISO3200?» Поскольку изображение ISO 100 не было «автоматически усилено» до той же яркости, что и изображение ISO 3200, как указывает @Michael_Nielsen в своем ответе.

джриста

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.

джриста

Я добавил объяснение того, почему правильно экспонированные изображения ISO 100 и 3200 не совпадают, и почему изображение с более высоким ISO будет иметь больше шума.

BlueRaja - Дэнни Пфлугхофт

«Если вы сняли все с ISO 100 и изменили цифровое усиление в посте, то ваши изображения будут намного шумнее, чем если бы вы использовали наиболее подходящие настройки в своей камере» - я все еще читаю ваш ответ, но мои примеры показывают что это утверждение неверно (по крайней мере, для моей камеры) . При заданной диафрагме/выдержке, ISO 100 или ISO 3200 давало правильную экспозицию, использование ISO 100 всегда давало меньше шума в моих примерах!

джриста

Ваши изображения ISO 100 также менее экспонированы, чем ISO 3200, в каждом отдельном случае, когда вы автоматически исправили в PS. Ваша экспозиция не полностью нормализована, а уменьшенная экспозиция, если снимки с ISO 100, снятые цифровым способом, дает им несправедливое преимущество. Есть и другие факторы. Я думаю, что, вероятно, есть лучшая тестовая установка, чем вы используете, поскольку яркое прямое освещение создает другие проблемы с изображениями ISO 3200 и ставит всю сцену в ситуацию, когда ограниченный динамический диапазон более высоких значений ISO может искажать результаты. . Позже я сделаю несколько примеров снимков.

джриста

Еще одно предостережение... Sony не очень известна тем, что производит лучшие «камеры». В то время как датчики в их последних камерах такие же, как в Nikon D800, D600 и D3200, Nikon делает гораздо лучшую работу, используя возможности этих датчиков и максимизируя IQ в RAW. Мне всегда казалось странным, что Nikon может давать гораздо лучшие результаты с теми же датчиками, что и Sony, особенно когда их производит Sony, но, по крайней мере, это нужно учитывать.

BlueRaja - Дэнни Пфлугхофт

Да, я был бы очень заинтересован в некоторых изображениях, особенно если бы вы могли показать, когда следует и не следует использовать более низкие значения ISO. Это только при недодержке, а не при передержке? Или при использовании "яркого прямого освещения"? Или только для моей дрянной зеркальной фотокамеры Sony? :P Или что-то еще?

джриста

ISO не обязательно касается экспозиции. Я занимаюсь фотографией птиц и дикой природы. Я также часто снимаю при довольно хорошем освещении, однако я редко снимаю ниже ISO 800. Обычно я использую ISO 1250 или 1600. Причина? Скорость затвора. Птицам в полете, особенно маленьким птицам в полете или сидящим на насестах, нужна очень высокая скорость затвора. На расстоянии от 400 мм до 600 мм видно каждое крошечное движение объекта или дрожание камеры. Обычно мне нужна минимальная выдержка 1/640 секунды, и я часто использую выдержку 1/2000 или выше. ISO позволяет мне увеличить скорость затвора, чтобы я мог зафиксировать крошечное постоянное движение в моих объектах.

джриста

Вы также можете увеличить ISO, если снимаете при слабом освещении, например, при съемке спортивных соревнований в помещении. Опять же, это не обязательно связано с «экспозицией» ... технически говоря, экспозиция связана с количеством света на датчике, и на него влияют исключительно диафрагма и затвор. Опять же, со спортом... вам нужен достаточно высокий затвор, чтобы адекватно заморозить движение игроков. В случае с фотографией ночного неба высокие значения ISO могут, в конце концов, привести к получению «экспозиции»… но не всегда. Я могу экспонировать ночное небо в течение 45 секунд при 400 ISO без рывков, но при съемке метеоров опять же...

джриста

...не обязательно об экспозиции. Мне нужно определенное соотношение яркости метеоров и звезд. Длинные выдержки слишком сильно увеличивают коэффициент яркости, в результате чего метеоры получаются очень тусклыми. Более короткие выдержки при более высоких значениях ISO приводят к тому же «времени на пиксели», что позволяет мне уменьшить соотношение между звездами и метеорами, делая метеоры относительно намного ярче и интереснее. Если я хочу больше «экспозиции», я буду использовать объектив с более широкой апертурой, который буквально будет получать больше света на датчик ... однако я все равно буду использовать более высокое значение ISO, чтобы нормализовать время на пикселях для метеоритных дождей.

BlueRaja - Дэнни Пфлугхофт

BlueRaja - Дэнни Пфлугхофт

Также у меня есть еще один вопрос: Базовый ISO. Это настройка, при которой камера «наиболее удобна» без добавления каких-либо дополнительных шумов — означает ли это настройку, при которой входное усиление не происходит? У моей камеры базовое значение ISO 400 — означает ли это, что ISO 100 на самом деле является уменьшением входной мощности (они делят значение, скажем, на 4) ?

джриста

Во-первых, я не уверен, как ваша камера может иметь «базовый» ISO 400, если она также делает ISO 100. Обычно ISO 100 — это настройка, которая «полностью использует» сенсор. Если FWC составляет 60 000 электронов, то ISO 100 гарантирует, что максимальное насыщение с точки зрения электронов составляет 60 000, и применит необходимое усиление, чтобы обеспечить преобразование заряда на 60 000 электронов в максимальную цифровую единицу (при условии отсутствия смещения смещения, в 14 -битный датчик, который будет 2 ^ 14 или 16384.) ISO 400 потребует увеличения усиления, чтобы обеспечить макс. сидел. из 15 000 преобразует в цифровую единицу 16 384 и т. д.

джриста

Камеры ничем не "удобны". Они разработаны в соответствии со спецификацией и довольно явно указывают на свои цели. ISO 100 обычно является базовым ISO, потому что он делает максимальное насыщение равным полной емкости лунки и применяет минимальное усиление, чтобы преобразовать этот уровень насыщения в максимальную цифровую единицу для заданной битовой глубины. Любое другое значение ISO будет приводить к большему усилению и теоретически должно приводить к большему шуму.

BlueRaja - Дэнни Пфлугхофт

Извините, я, должно быть, неправильно прочитал руководство. Хотя, согласно этому сообщению , базовый ISO может быть чем-то отличным от 100.

джриста

Иногда настройка с минимальным усилением и без обмана с экспозицией (как обычно происходит с ISO 50) может не быть ISO 100. В прошлом иногда это было ISO 200, а ISO 100 в основном достигалось тем же способом, что и ISO 50 сегодня. Я никогда не слышал о базовом значении ISO 400. Чтобы получить значение ISO 100, потребовались бы значительные хитрости с экспозицией. Вы бы потеряли две ступени динамического диапазона при ISO 100 и одну остановку при ISO 200. Думаю, это возможно. Sony сделала что-то подобное (как я уже сказал, я никогда особо не разбирался в камерах Sony), но это маловероятно.

джриста

В сети было много комментариев о том, что Canon использует базовое значение ISO 160. Это тоже заблуждение, потому что люди слишком сильно связывают шум и ISO напрямую. Canon использует странный механизм ISO. Их усилители способны делать только полные ступени, поэтому любые настройки третьей ступени или половины ступени должны быть «выдвинуты» или «вытянуты» из исходной настройки полной ступени. ISO 125 — это шаг 1/3 ступени ISO 100, выполняемый нисходящим усилителем (после датчика/до АЦП). ISO 160 — это 1/3 ступени ниже ISO 200. То же самое касается 250/320, 500/650, 1000/1250 и т. д. Базовое значение ISO по-прежнему равно 100.

джриста

Выдвинутые экспозиции имеют больше шума, чем настройка, на которой они основаны. ISO 125, 250, 500 и 1000 имеют больше шума, чем их родительские ISO 100, 200, 400 и 800. И наоборот, вытянутые экспозиции имеют меньше шума, чем настройка, на которой они основаны. ISO 160, 320, 640 и 1250 имеют меньше шума, чем их родительские ISO 200, 400, 800 и 1600. Разница в шуме часто весьма заметна, поэтому многие люди думают, что Canon использует базовое значение ISO 160, поскольку это часто выглядит чище, чем ISO 100. Базовое ISO действительно хорошо и действительно 100, но иногда такие мифы трудно развенчать.

Ильмари Каронен

@jrista: Вы знаете, в ваших комментариях выше, вероятно, достаточно полезной информации для довольно хорошего отдельного ответа ...

Мэтт Грум

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).

BlueRaja - Дэнни Пфлугхофт

Аналоговое усиление вообще не уменьшит шум - на самом деле усилитель всегда будет вносить небольшой собственный шум. Это все же было бы предпочтительнее, чем усиление после аналого-цифрового преобразования, поскольку это приведет к потере самых младших битов данных (что приведет к потере качества изображения - это то, что подразумевается под квантованием шум) . ... Если подумать, это объяснение могло бы объяснить, почему при ISO3200 на моих изображениях выше был более высокий уровень шума - интересно, это правильная / единственная причина?

Майкл С

@BlueRaja-DannyPflughoeft Каждый шаг в процессе добавляет дополнительный шум «темного тока». Вот почему аналоговое значение напряжения для каждого датчика усиливается на кристалле на уровне датчика еще до того, как оно будет считано (для датчиков CMOS). Аналоговое усиление не уменьшает «фотонный» шум, вызванный случайным характером света, который влияет на плотность фотонов в любой конкретный момент в пределах светового поля, но, безусловно , уменьшает эффект шума считывания (a/k/ шум темнового тока ). ), который добавляется между каждым датчиком и ЦАП.

Итай

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.

Мэтт Грум

Если вы усиливаете аналоговый сигнал, то вы также умножаете любой шум, присутствующий в сигнале, они усиливают сигнал до того, как накопится слишком много шума.

BlueRaja - Дэнни Пфлугхофт

Этот ответ подтвердил то, что я уже предположил в вопросе, но это не объясняет, почему ISO3200 будет иметь больше шума при правильной экспозиции, чем ISO100 при той же диафрагме/выдержке, или почему мои результаты будут отличаться от результатов Мэтта.

Анон

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.

Майкл С

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.

Гуффа

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.

фьюжн

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.

Майкл Нильсен

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%.

iso3200 на 40% ярче

Если мы увеличим ваше изображение с ISO 100, чтобы оно лучше соответствовало ISO 3200, давайте посмотрим на результат:

еще буст до исо 100

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.

Франческо

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».

BlueRaja - Дэнни Пфлугхофт

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.


Шпаргалка ISO по цифровым камерам

  • 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 * 100соответствуют 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 либо размер диафрагмы, либо скорость затвора являются гибкими для снимка, который вы хотите сделать (т. е. не вызовут размытости, не поставят под угрозу ваше художественное видение и т. д.) , используйте комбинацию, обеспечивающую максимальное попадание света на матрицу. , если вы не вырезаете блики, в которых хотите сохранить детали.
  • Если размер диафрагмы и скорость затвора являются фиксированными и неизменяемыми, выберите значение ISO, обеспечивающее правильную экспозицию для минимизации шума.

    • Это не всегда возможно. Если вам нужно выбирать между более низким значением ISO при недодержке и более высоким значением ISO при передержке, обычно лучше выбрать более высокое значение ISO и исправить экспозицию в постобработке.
  • 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.


Больше информации

  • 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».

    • Слишком большая передержка приведет к тому, что значения будут обрезаны (максимум, потому что они выше, чем может выдержать датчик) . Вот почему снимки с ISO 800 и ISO 3200 слева от изображения в вопросе не могут быть восстановлены.

Майкл Нильсен

Я бы назвал «правильную экспозицию» «самой высокой экспозицией без клиппирования» и часто даже «самой высокой экспозицией клиппирование только подчеркивает», потому что «низкая контрастность», как в примере, встречается редко, а передержка по определению больше, чем это, что означает, что обрежет еще больше.

Майкл С

«... и потому что более высокие значения ISO более чувствительны к дробовому шуму». Только если количество захваченного света меньше! Дробовой шум является результатом случайного распределения фотонов в световом поле. Как и во всем, на что влияет случайность, чем больше размер выборки, тем меньше отклонение от нормы в среднем значении. Чем меньше размер выборки, тем выше будет стандартное отклонение от нормы.

Майкл С

«Это именно то, что я наблюдал на изображениях в вопросе». Вы заметили, что ваше программное обеспечение для преобразования не «автоматически увеличивает» изображение ISO до той же яркости, что и изображение ISO 3200. Пожалуйста, смотрите ответ @MichaelNielsen.