Как реализована ISO в цифровых камерах?

1~2 и 3. На ПЗС-матрицах усилитель фактически находится в углу сенсора, а на КМОП усилитель встроен в каждый фотосайт, рассредоточенный по всему сенсору. Смотрите здесь .

Как упоминалось в одной вещи, которую я недавно обнаружил , большинство зеркальных фотокамер имеют усилитель перед АЦП (аналогово-цифровое преобразование). Они имеют тенденцию достигать максимума при 800 или 1600 ISO, а затем все они являются цифровыми усилениями. В следующих абзацах предполагается, что камера максимально использует аналоговое усиление при 1600:

К сожалению, 12- или 14-битные файлы RAW не позволяют вам делать то, что вы описываете. Цифровое усиление происходит перед сохранением файлов RAW. Существует максимальное значение, которое можно сохранить, поэтому, когда вы снимаете с передержкой на 4 ступени, даже если АЦП не насыщен, файл RAW, вероятно, будет обрезан. Тем не менее, метод, который переэкспонирует столько же, сколько не обрезает блики, эффективен для уменьшения шума и известен как ETTR (экспозиция вправо).

Да, из-за аналогового усиления файлы RAW при более высоких значениях ISO содержат больше деталей. Тем не менее, ISO 1600 и ISO 12800 должны содержать одинаковое количество деталей в тенях (если нет какой-либо дополнительной специальной обработки ИЛИ АЦП имеет более высокую точность, чем любая битовая глубина, в которой хранятся ваши файлы RAW).

Несмотря на то, что № 3 верен выше ISO 1600, RAW ISO 1600 может содержать больше информации о светлых участках, поскольку они все еще могут быть обрезаны в процессе цифрового усиления. По этой и, возможно, другим причинам (время работы от батареи, эффективный размер буфера) при съемке в формате RAW может быть выгодно снимать с ISO 1600 и просто выполнять постобработку позже. Опять же, я не проверял это, и если эффективная разрядность АЦП выше разрядности формата RAW, это будет неверно.

Да, настройка ISO влияет на данные изображения, хранящиеся в файле RAW. Вот два снимка, снятых в одно и то же время/место (почти - это было снято с рук, без особого внимания к композиции), с одинаковой диафрагмой (f/2.8) и выдержкой (1/100).

Это первое изображение было снято с ISO 100 и скорректировано +2 ступени в ACR до эффективного ISO ~400. Все настройки, кроме экспозиции, были обнулены (без шумоподавления, повышения резкости, настройки контрастности и т. д.)

Это изображение было снято с ISO 1600 и скорректировано на -2 ступени в ACR до эффективного ISO ~400. Опять же, все настройки были обнулены.

Обратите внимание на размытые блики на втором изображении. Каждый раз на датчик попадает одинаковое количество света, но в файл RAW записывается разная информация.

Да. Настройка ISO — это чувствительность сенсора — на практике величина усиления, применяемая к сигналу от пикселя на сенсоре для получения реального результата.

Теоретически вы можете постобработать, чтобы получить результат, аналогичный результату более низкого или более высокого ISO, используя компенсацию экспозиции — я всегда обнаруживал, что получаю гораздо лучшие результаты, снимая прямо «в камеру», что наводит меня на мысль. что усиление выполняется аналоговым способом до оцифровки.

Объектив камеры проецирует миниатюрное изображение внешнего мира на поверхность светочувствительного датчика изображения, расположенного внутри и сзади камеры. Этот датчик изображения покрыт миллионами фотосайтов. Большинство фотосайтов покрыты красными, зелеными или синими фильтрами. Во время экспозиции свет от сцены играет на фотосайтах. Они получают фотонные попадания пропорционально яркости сцены.

Попадания фотонов генерируют электрический заряд внутри фотосайта. Сила этого заряда пропорциональна количеству попаданий фотонов. Счетчик попаданий представляет собой комбинацию того, как долго затвор остается открытым, яркости сцены и рабочего диаметра объектива (диафрагмы). Если яркость сцены слабая, автоматика камеры или фотограф увеличивает рабочую диафрагму и/или замедляет выдержку. Если выбрана короткая выдержка, необходимо увеличить рабочую диафрагму и т. д.

В любом случае величина заряда в конце экспозиции ничтожна. Логика, встроенная в чип, преобразует заряд в слабый аналоговый сигнал, который затем усиливается и преобразуется в цифровой сигнал. Вы спрашиваете о применении усиления.

Если заряд слабый, усиление необходимо увеличить. Заряд будет слабым, если сцена плохо освещена. Заряд будет слабым, если используется сверхкороткая выдержка. Мы открываем рабочий диаметр линзы, так как это пропускает больше световой энергии. Мы можем использовать искусственный свет, если яркость сцены нуждается в поддержке.

Давайте поговорим об усилении: усиление в цифровой камере соответствует увеличению громкости радио или телевизора. В цифровой камере более высокое усиление увеличивает возможность съемки плохо освещенных сцен и/или высокой скорости затвора. Повышенное усиление относится к категории высоких значений ISO. ISO означает Международная организация по стандартизации. Они несут ответственность за стандартизацию светочувствительности фотопленки, а индустрия цифровых камер приняла метод маркировки чувствительности ISO.

Повышение ISO имеет свою цену: для большинства датчиков изображения каждый фотосайт имеет собственный усилитель. Каждый из них, вероятно, будет усиливать немного иначе, чем его сосед. Когда усиление слишком высокое, прицелы, которые должны воспроизводиться как черные, часто регистрируются как темно-серые. Это отправляет ложную информацию, которую мы называем шумом. Кроме того, если усиление слишком велико, часть заряда может просочиться в соседние фотосайты, мы называем это цветением. Да, высокое значение ISO может и ухудшает качество, но оно также позволяет фотографировать в сложных условиях. Технологии продвигаются вперед: новые чипы для обработки изображений и программное обеспечение для камер лучше подавляют шумы и размытие изображения.

Если № 3 верно, то вы можете сделать снимок RAW с передержкой на 4 ступени при ISO 1600, а затем при постобработке создать JPEG с ISO 100, который будет таким же, как если бы исходная фотография была снята с ISO 100.

Нет. Если вы сделаете снимок с настройкой ISO 100, вы получите другую экспозицию (больше света на чипе), чем с настройкой ISO 1600. Независимо от того, как достигается усиление (аппаратное или программное), ваше изображение с ISO 1600 будет содержать больше шума, чем изображение с ISO 100.

Предупреждение: мой ответ на 100% анекдотичен и основан на результатах Panny FZ-28, которая, вполне возможно, не обрабатывает RAW так же, как DSLR.

Сказав это, я боролся с уровнем шума в условиях низкой освещенности с первого дня работы с этой камерой. Из маленького сенсора можно выжать не так много производительности, но я перепробовал несколько способов, чтобы добиться наилучших результатов.

Поскольку я вижу довольно резкое увеличение шума при увеличении ISO, я обычно стараюсь удерживать значение ISO на уровне 100 или близком к нему. Тем не менее, я пробовал снимать в формате RAW с ISO 100 с недоэкспонированием снимка, чтобы сохранить выдержку. скорость которую я хотел. Постобработка позволяет мне исправить экспозицию (в некоторой степени), но когда я это делаю, я улавливаю количество шума, которое кажется примерно таким же, как если бы я просто установил более высокое значение ISO для начала. Я вижу очень сопоставимый уровень шума, когда я увеличиваю ISO и экспозицию (чтобы мне не приходилось увеличивать экспозицию при постобработке), что заставляет меня поверить, что таким образом практически нет места для «обмана системы».

Я не читал, чтобы подтвердить это, но, основываясь на том, что я видел, я был бы склонен полагать, что либо № 1, либо № 2 (лично я считаю, что № 1) выше верны.

RAW — это в значительной степени прямой сброс выходных данных датчика в хранилище, поэтому № 1 и / или № 2 — очевидный выбор (хотя я думаю, что Canon выполняет некоторые манипуляции с данными перед записью своего RAW, и, возможно, другие).

Хороший способ повысить чувствительность датчика — увеличить приложенное к нему напряжение. Это одновременно увеличивает выходной сигнал для заданного входа и увеличивает шум (что действительно наблюдается при увеличении EI на цифровой камере).

Мне трудно представить, как можно применить какое-то усиление света перед датчиком, хотя это можно настроить на лету (датчики имеют микролинзы над каждым элементом для сбора света на этот элемент, который определяет размер элемента и имеет небольшой, но постоянный эффект).

Вариант 3 изменяет данные RAW после сбора, что аналогично изменению файла RAW после его считывания с камеры. Некоторые камеры (см. выше) могут попытаться это сделать, особенно для фильтрации шума. Большинство из них этого не сделает и предоставит это оператору-пользователю (фактически много лет назад между Canon и Nikon произошла битва, когда Canon, казалось, производила гораздо более яркие изображения по сравнению с Nikon, что, как выяснилось, было вызвано тем, что Canon применяла манипуляции в камере для данные в формате RAW, что вызвало недовольство пользователей, которые не хотели, чтобы их камеры делали это).

Имейте в виду, что все это предназначено для зеркальных фотокамер среднего и высокого класса, с моделями начального уровня, вероятно, происходит много фильтрации и улучшения в камере, но люди, использующие их, обычно не снимают RAW, и их режимы RAW также могут быть чистыми.