В моем понимании настройки ISO на цифровых камерах, в отличие от пленочных камер, изменение ISO не вызывает каких-либо физических изменений в камере. Скорее, она 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 файлы RAW хранят фактические считанные значения напряжения, прежде чем произойдут какие-либо изменения яркости, значения в файле RAW будут одинаковыми независимо от настройки ISO. 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 высоким ISO совершенно маркетинговый трюк) .
Однако этот пост с высоким рейтингом противоречит этому. Это показывает следующее изображение:
которое утверждает, что настройка ISO действительно влияет на вывод RAW! † В нем также говорится, что «чтобы минимизировать шум, пропустите как можно больше света в камеру, а затем используйте самый высокий из возможных ISO без переэкспонирования».
Если я правильно понимаю, все изображения с одинаковой выдержкой будут одинаковыми (RAW), независимо от настроек ISO. Однако, если объяснение в вышеприведенном посте верное, (RAW) изображения, снятые с неправильно выставленной настройкой ISO, не могут быть исправлены в программном обеспечении без внесения дополнительного шума. (Я нашел эту ветку в Интернете, в которой несколько «экспертов» спорят о том, какое понимание является правильным, но никогда не приходят к выводу)
Чтобы понять, какое понимание правильное, я попытался снять изображение с различными значениями ISO и выдержками в режиме RAW + JPEG. Затем я загрузил файлы RAW в Photoshop и применил автокоррекцию в «Camera Raw» (до преобразования JPEG) .
Это были результаты (нажмите, чтобы увеличить) :
(Все снимки сделаны с помощью цифровой зеркальной фотокамеры Sony a390. Диафрагма f / 5,6, зум-объектив 18–55 мм установлен на 55 мм)
И для сравнения, здесь были JPEG-файлы, созданные для тех же снимков камерой (без коррекции Photoshop):
Похоже, мы оба не правы (Что!?! ?? !!?) . Настройка ISO определенно имела существенное различие в окончательном RAW-изображении, но кажется, что даже когда она вызывает недостаточную экспозицию, использование самого низкого значения ISO по-прежнему приводит к наименьшему количеству шума !!
Я предполагаю, что, чтобы понять, почему это так, мне нужно точно знать , как работает настройка ISO в DLSR. Может кто-нибудь объяснить мне это? Является ли датчик физически более чувствительным или это просто цифровое (или, возможно, аналоговое) усиление сигнала напряжения? Или это работает по-разному на разных камерах (у меня довольно низкоуровневая DLSR) ? Если датчик физически не становится более чувствительным, почему настройка ISO влияет на изображение RAW? Почему недоэкспонированное изображение ISO100 приводит к меньшему шуму (после коррекции фотошопа), чем то же изображение с той же диафрагмой / затвором при (правильно экспонированном) ISO3200?
† (По крайней мере, я думаю, что это то, что он говорит. В посте есть неоднозначная информация о том, была ли выполнена автокоррекция к RAW или файлу JPEG. Я просто предполагаю, что это было сделано с RAW, хотя и делаю это для JPEG было бы просто глупо - он усиливал бы шум сжатия + квантования, а не шум камеры, что делало бы весь пост некорректным)
источник
Ответы:
Было бы неправильно думать, что увеличение ISO вообще не приводит к физическим изменениям в камере. Проблема с ISO состоит в том, что люди часто называют это чувствительностью . Это на самом деле неправильно ... чувствительность является фиксированным атрибутом любого датчика, и его нельзя изменить.
Чувствительность действительно больше синонимична с квантовой эффективностью фотодиодов, учитывая процентное содержание света, отфильтрованного фильтром отсечки ИК, фильтром низких частот и массивом цветных фильтров. Вообще говоря, в наши дни большинство зеркальных фотоаппаратов на самом деле имеют «чувствительность» к свету 13–18%… это означает, что только около 13–18% света, проходящего через линзу, фактически достигает фотодиода и фактически испускает электрон. Приблизительно 60% или более света фильтруется набором фильтров и CFA, и квантовая эффективность фотодиодов (скорость фотонных ударов до высвобождения электронов) в современных датчиках составляет от ~ 45% до ~ 60%.
ISO на самом деле является просто инструкцией для электроники камеры, чтобы изменить способ усиления электронного заряда, аналогового сигнала, хранящегося в датчике, для получения правильной экспозиции. В этом смысле, есть «физическое» изменение в том, что фактически происходит с сигналом изображения в электронике датчика. Определенное усиление применяется к исходному сигналу в датчике при считывании. Увеличение ISO изменяет этот коэффициент усиления, что приводит к все большему усилению сигнала.
Ваш вопрос: имеет ли значение увеличение ISO и влияет ли изменение ISO на RAW? Ответ ДА и ДА! Если вы снимаете все при ISO 100 и меняете «усиление» в цифровом виде в посте, тогда ваши изображения будут намного шумнее, чем если бы вы использовали наиболее подходящие настройки в вашей камере. Механизмы усиления сигнала изображения, выполняемые камерой, значительно превосходят ваш базовый цифровой прирост ISO с помощью некоторого инструмента постобработки, такого как Lightroom. Образец изображения от Мэтта Грума, на который вы ссылаетесь из исходного поста, должен быть идеальным примером этого. Обратите внимание, насколько хуже шум в цифровом увеличенном изображении ISO 100, чем в образе ISO 1600? Существует много синего цветового шума, начинают появляться полосы и наблюдаются потери детализации. Камера показала себя намного лучше, когда ей сказали использовать ISO 1600 ... там меньше шума, больше деталей, четкость деталей.
Причина, по которой усиление ISO в камере лучше, заключается в том, что он работает с оригинальным исходным сигналом прямо с датчика, прежде чем любая последующая электроника получит дополнительный шум. В CMOS Image Sensor (CIS) каждый пиксель имеет встроенную схему шумоподавления (CDS, коррелированная двойная выборка ...), которая измеряет заряд темнового тока в пикселе во время «сброса» и запоминает его так, чтобы он может быть вычтено при считывании), а также встроенный усилитель. Когда каждый столбец пикселей считывается, заряд пикселя сначала обесценивается схемой CDS, и этот «чистый» заряд затем непосредственно усиливается перед отправкой в схему считывания, отправленную вне кристалла. Аналогово-цифровое преобразование, или АЦП, происходит вне сенсорной матрицы в микросхеме DSP в большинстве камер (есть некоторые исключения, больше в данный момент).
АЦП обычно параллельны, их может быть восемь, шестнадцать, а может и больше в данной камере. Несмотря на параллельность, 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 является основным источником цветовых и полосовых шумов в большинстве зеркалок, которые демонстрируют такие. Изображение ISO 100, которое было увеличено в посте, также усиливает этот дополнительный шум пост-чтения, который вводится ниже по потоку от сенсора .
Увеличивая ISO в камере, вы непосредственно усиливаете сигнал изображения, и любые дополнительные нисходящие источники шума влияют только на нижнюю часть сигнала. Это сохраняет отношение изображения к электронному шумовому сигналу. Существует дополнительный источник шума, который не имеет ничего общего с электроникой. Случайная природа самого света приводит к пуассоновскому распределению фотонных ударов. При меньшем общем освещении, попадающем на датчик, шум Пуассона будет выше. Если бы у вас был бесшумный датчик, который вообще не создавал какого-либо собственного электронного шума ... тогда использование ISO 1600 было бы таким же, как использование ISO 100 и увеличение экспозиции на четыре ступени в посте. Количество шума на обоих изображениях будет одинаковым, и все это будет шумом, который возникает в результате случайной физической природы света.
Сегодня на рынке есть один датчик, который практически бесшумный. Sony Exmor датчик использует высокоразвитые, колонок-параллельно, на кристалле Цифрового АЦП / CDS считывание дизайна. В отличие от большинства датчиков, которые поддерживают аналоговый сигнал на всем протяжении конвейера от датчика к DSP (до момента сразу после АЦП), Exmor выполняет как CDS, так и АЦП в режиме реального времени, и цифровым способом. Вместо того, чтобы каждый пиксель имел аналоговую схему CDS для измерения темнового тока на пиксель, Exmor выполняет считывание сброса, а считывание сброса немедленно преобразуется в цифровой и сохраняет весь заряд «темнового тока» датчиков в виртуальном изображении с отрицательными значениями. Когда выполняется экспозиция, сигнал изображения считывается, преобразуется в цифровой, и отрицательное изображение сброса применяется к положительному изображению экспозиции.
Поскольку в Exmor имеется один АЦП на столбец, а не один АЦП на десятки столбцов, они могут работать с меньшей частотой. Между использованием цифровых CDS, АЦП для каждого столбца и низкочастотных компонентов Exmor вводит практически нулевой шум , не вносит никаких видимых полосовых или шаблонных шумов, и для всех намерений и целей может считаться «бесшумным» датчиком.Шумы по-прежнему присутствуют, и достаточное усиление воздействия на посту в конечном итоге приведет к тому, что шум станет видимым. Можно, однако, сделать снимок при ISO 100, поднять его на четыре ступени и сделать так, чтобы он выглядел примерно так же, как снимок, сделанный при ISO 1600. На самом деле, в случае Exmor ... это Точно случай! Все «усиления» в Exmor по своей природе являются цифровыми, хотя электроника сенсора, как правило, лучше, чем ручное снятие экспозиции с поста, с небольшим запасом.
Также важно понимать, что увеличение ISO само по себе фактически не добавляет шума. ISO не является источником шума! Предполагая, что датчик без шума, если вы выставляете статическую сцену так, что вы достигаете правильной экспозиции при ISO 100, и выставляете ту же статическую сцену, чтобы вы получали правильную экспозицию при ISO 3200, последний будет иметь больше шума. Почему ты спрашиваешь? Причиной является пуассоновский шум, чаще называемый шумом фотонного выстрела, или шум, вызванный случайной природой света. На правильно экспонированном изображении ISO 100 вы используете либо более широкую диафрагму, либо более длинный затвор, либо и то, и другое. Предположим, ради обсуждения, мы только меняем выдержку, чтобы поддерживать DOF и получать точно такую же сцену как при ISO 100, так и при ISO 3200. Разница в скорости затвора составляет пять ступеней. Это разница в 32 раза в количестве света на датчике! Чем больше света у вас будет, тем меньше будет шум фотонного выстрела ... отношение сигнал / шум (SNR) изображения к собственному естественному шуму выше при правильно экспонированном изображении ISO 100 и намного ниже при правильно выставленное изображение ISO 3200.
Если мы используем Nikon D800 (в котором используется датчик Sony Exmor), снимаем изображение, недоэкспонированное на пять ступеней при ISO 100, и другое изображение, должным образом экспонированное при ISO 3200, и усиливаем изображение ISO 100, оно будет немного более шумным, чем ISO 3200 изображение. Он эффективно имеет такое же отношение сигнал / шум по сравнению с шумом фотонного выстрела и будет иметь очень небольшой вклад шума считывания, который будет усиливаться вместе с остальной частью изображения.
Ну, вы попросили точно знать, как работает ISO в современной цифровой камере. Это не полное объяснение, и разные производители по-разному обрабатывают определенные высокие значения ISO. Например, датчики Canon будут только усиливать сигнал изображения непосредственно с датчика до определенной точки, а затем будут использовать дополнительный выходной усилитель между датчиком и АЦП для достижения пары верхних ступеней (т. Е. В камере, которая идет в ISO 6400, ISO 1600 - это максимальная «изначально усиленная» настройка, а ISO 3200 и 6400 предусматривают дополнительное нисходящее, но все же аналоговое усиление.) Настройки «расширенного ISO» также являются специальными для большинства камер, поскольку все, что они есть на самом деле, это цифровое повышение. Таким образом, любая настройка, называемая HI или H1, H2 и т. Д., Не является истинной настройкой ISO ... это поддельная настройка ISO.
источник
Изменение настройки ISO влечет за собой изменение в камере , оно влияет на усиление микросхемы. Напряжения, создаваемые входящим светом, усиливаются до оцифровки. Причина этого заключается в том, что аналоговый сигнал улавливает шум на пути к АЦП (аналого-цифровой преобразователь). За счет усиления слабого сигнала сначала эффекты этого шума уменьшаются по сравнению с оцифровкой слабого сигнала, а затем математическим применением усиления к оцифрованным значениям (что и делает Photoshop в вашем примере), поскольку это усиливает шум чтения.
Причина, по которой вы не испытываете такого же эффекта при использовании Sony a390, заключается в том, что модель оснащена запатентованной технологией Sony, предназначенной для значительного снижения уровня шума при чтении на пути к АЦП. Единственное преимущество использования настройки ISO в камере - это уменьшение шума квантования, который может возникнуть, если не хватает цифровых значений для представления небольших изменений в слабом сигнале. Кроме того, ISO почти избыточен (или, что еще хуже, это контрпродуктивно, так как при неправильном измерении изображение с высоким ISO может обрезаться, а изображение с низким ISO - нет).
источник
Это предположение неверно. Установки ISO в цифровых камерах изменяют величину усиления аналогового напряжения от каждого датчика (в пикселях) до считывания сигнала, тем более преобразуя его в цифровую информацию.
В необработанных файлах записываются значения усиленного аналогового сигнала, преобразованного в цифровую информацию. Причина этого заключается в том, что в электронных трактах между датчиком и цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП) добавляется дополнительный шум. Если аналоговые напряжения от каждого датчика не будут усилены перед считыванием, они будут настолько слабыми, что шум темнового тока, добавляемый на пути между датчиком и ЦАП, будет подавлять все сигналы, кроме самых сильных (например, все, кроме изображений которые были захвачены в очень ярком свете и / или в течение очень длительных периодов времени).
Поскольку ваша исходная предпосылка, приведенная выше, неверна, из этого следует, что заключение, основанное на этой неверной предпосылке, в равной степени неверно. На то, что преобразуется АЦП и записывается в необработанные данные изображения, существенно влияет встроенное усиление аналогового напряжения от каждого датчика.
Совет в ответе, на который есть ссылка в начале вопроса, следует понимать как «... дайте достаточному количеству света в камеру, а затем используйте самое высокое значение ISO, которое не приводит к засветке. Если в для камеры этот идеальный ISO вполне может быть минимальным значением 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 Предотвращение смазывания движущегося объекта дает совет увеличить ISO до максимального значения, которое не переэкспонирует блики, и становится применимым к значению ISO, превышающему базовый ISO камеры.
источник
Датчики нельзя сделать более или менее чувствительными. Они просто реагируют на фотографии, освобождая электрический заряд, который накапливается на каждом фотосайте.
Этот заряд является аналоговой величиной. Технически, это дискретно на атомном уровне, но рассматривается как аналоговое значение. Когда ISO установлен на камере, то изменяется точка насыщения, которая отображается на максимально возможное цифровое значение. Более низкие заряды пропорционально отображаются с помощью аналого-цифрового преобразователя, поэтому вы получаете одинаковую битовую глубину на пиксель при всех нормальных значениях ISO. В отличие от расширенных ISO, которые чаще всего обрабатываются в цифровой форме.
Выход RAW записывает цифровые значения и поэтому подвержен влиянию ISO. Если вы умножите сигнал в цифровой форме для эмуляции ISO, вы потеряете битовую глубину и умножите любой шум, присутствующий в аналоговом сигнале.
источник
Я считаю, что ваше предположение неверно. Хотя, возможно, в некоторых камерах может быть фиксированное усиление, а ISO - это чисто цифровая фильтрация (которую можно сделать в автономном режиме так же легко), я считаю, что на многих камерах настройка ISO фактически контролирует аналоговое усиление детектора.
Более высокое значение ISO нежелательно, поскольку большее усиление означает больше шума.
В любой аналоговой системе усиления регулировка усиления важна для получения наилучшего сигнала. В фотографической системе нашим первым преимуществом является способность линзы собирать свет. Второе усиление - это чувствительность пленки или фактическое 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 высокое значение ISO) в детекторе является «необходимым злом» для условий слабой освещенности или когда короткие экспозиции необходимы для устранения размытости при движении, или необходима низкая диафрагма для глубины резкости.
Т.е. выбор ISO в основном определяется другими параметрами: доступной освещенностью / диафрагмой и выдержкой.
источник
Хотя само по себе это утверждение не является неправильным, утверждение в этом ответе сбивает с толку.
Ответ не сравнивает шум при различных настройках ISO, а сравнивает разницу между аналоговым и цифровым усилением. При установке более высокого значения ISO используется аналоговое усиление, поэтому оно работает лучше, чем при экспонировании изображения и компенсации при постобработке, так как при этом используется цифровое усиление.
Более полезное утверждение будет:
Если вы хотите минимизировать шум, вы должны использовать минимально возможную настройку ISO. Вы должны использовать более высокое значение ISO, только если оно необходимо для получения правильной экспозиции, когда вы не можете получить больше света в камеру.
источник
Чтобы свести к минимуму шум, вы хотите, чтобы на сенсоре было как можно больше света, при условии (1) не срезания бликов, в которых вы хотите сохранить детали, (2) установки диафрагмы для желаемой глубины резкости и (3) установки затвора скорость для желаемого размытия в движении (объект и камера) или отсутствие размытия в движении.
Поможет ли увеличение ISO, если вы сделаете все вышеперечисленное и все еще находитесь ниже желаемых основных моментов? Если увеличение ISO уменьшает шум чтения, это может помочь. Это зависит от датчика в вашей камере. В некоторых датчиках вы получаете меньше шума при чтении, если вы увеличиваете ISO, по крайней мере, до определенного уровня. В другом датчике (иногда называемом ISO-меньше) шум считывания не увеличивается с ISO.
Это предполагает, что вы стреляете в сыром виде.
источник
Я смотрел на проблему, заключающуюся в том, что вы видите больше шума в шоу с высоким ISO, чем на снимке Iso 100, хотя все говорят вам, что должно быть наоборот. Люди говорят вам, почему все должно быть наоборот, а Джриста рассказала вам, почему эффект не так очевиден для вашей камеры, как, например, для камер Canon (почти равных). Но вы заметили, что в iso 100 после усиления было меньше шума и он не равен или больше шума все еще остается.
Я пошел дальше, глядя на ваш результат. Вывод из оригинальной демонстрации Мэтта предполагает, что конечный результат - это то же изображение из тех же условий, где вы затем повышаете ISO против повышения Экспозиции в посте, чтобы правильно выставить. Т.е. та же яркость @ тот же самый входящий свет. Итак, я сравнил вашу гистограмму строки 0,01 с iso 100 против iso 3200 и обнаружил, что вы не подняли iso 100 так сильно, как iso 3200. Разница составляет около 40%.
Если мы увеличим изображение ISO 100, чтобы оно лучше соответствовало ISO 3200, давайте посмотрим на результат:
Теперь, если посмотреть на мощность шума, все выглядит примерно одинаково, поэтому Джриста прав в своем почти идеальном датчике. Возможно, текстуры в темноте немного лучше с ISO 3200, и голубоватые зерна кажутся больше, но трудно сделать вывод о качестве шума на этих изображениях, преобразованных в сеть. нам нужно увидеть результаты по сырью.
источник
Очень быстрый ответ: повышая настройку ISO, вы применяете большее усиление к сигналу. Это означает, что вы умножаете «аналоговым» способом (усиливая ток), а не «цифровым» способом (умножая число на 2, на 4 .... и т. Д., Что соответствует вашей ментальной модели ).
В последние годы набирает популярность термин (я не думаю, что он выбран особенно удачно), который описывает датчик, который работает так, как вы себе представляете, и это «камера без изотопов».
источник
Прежде чем принять ответ, я просто хотел добавить краткое изложение того, что я узнал из всех этих замечательных ответов и нескольких других источников. Я видел, как некоторые пользователи рекомендуют «использовать самый высокий ISO, какой только можно, без переэкспонирования», без каких-либо дополнительных пояснений или уточнений, что совершенно неверно.
Я делаю это вики-сообществом, так что не стесняйтесь добавлять к нему или исправлять любые ошибки.
Шпаргалка ISO для цифровой камеры
Использование самого низкого значения ISO (для данной экспозиции, а это означает, что вам также придется изменить диафрагму или выдержку) всегда даст вам наименьший шум; однако, это не всегда даст вам лучшую картину .
Например, медленная скорость затвора при ISO 100 может привести к тому, что изображение будет немного размытым, в то время как более высокая скорость затвора при ISO 400, несмотря на больший шум, может выглядеть лучше из-за отсутствия размытия (а шум может не даже быть видимым) .
Нет хорошего правила знать, когда это произойдет. Вы должны много экспериментировать, чтобы получить эту интуицию.
Значения ISO, которые не
some-power-of-2 * 100
могут быть исключением из этого правила, возможно, предпочтительнее более низких значений ISO. Смотрите, например, здесь .Вопреки этому ответу , при прочих равных настройках и без отсечения все настройки ISO будут почти эквивалентны с точки зрения автоматически исправленного изображения RAW. Разница в том, что при более низком значении ISO будет меньше контраста / шума квантования из-за потери информации (потому что коррекция экспозиции выполняется цифровым, а не аналоговым) , но на самом деле общий шум будет немного меньше , потому что усилители используемые более высокие значения ISO создают некоторый шум, а поскольку более высокие значения ISO более чувствительны к шуму выстрела .
Это именно то, что я заметил на изображениях в вопросе.
Для некоторых датчиков увеличение ISO может снизить шум при считывании, по крайней мере, до определенного уровня. Смотрите http://www.sensorgen.info/
Если размер диафрагмы или скорость затвора являются гибкими для снимка, который вы хотите сделать (то есть не вызовет размытия, не поставит под угрозу ваше художественное зрение и т. Д.) , Используйте комбинацию, которая позволяет получить минимально возможный ISO , все еще имея надлежащую выдержку, чтобы минимизировать шум.
Если размер диафрагмы и скорость затвора являются жесткими и неизменными, выберите ISO, который обеспечивает надлежащую экспозицию, чтобы минимизировать шум.
Если размер диафрагмы и скорость затвора являются жесткими и неизменными, выберите ISO, который обеспечивает результаты с наименьшим шумом при чтении, при условии, что вы не обрезаете блики, в которых вы хотите сохранить детали, и отрегулировать яркость в посте.
Больше информации
Значения датчиков камеры являются аналоговыми, но их необходимо преобразовать в цифровые для использования компьютером. Любое усиление этих значений должно быть выполнено до аналого-цифрового преобразования, чтобы избежать потери информации (шум квантования) . Настройка ISO в камере контролирует объем аналогового усиления. Вот почему настройка ISO влияет на вывод RAW.
Параметр «Авто-ISO» на многих камерах не будет превышать определенный ISO (чтобы избежать шума) , даже если этот ISO необходим для правильной экспозиции. В этих случаях вам придется установить ISO вручную.
Измеритель экспозиции не всегда корректен, поэтому для нахождения правильной экспозиции могут потребоваться некоторые эксперименты.
Изображения иногда преднамеренно передержаны, чтобы уменьшить шум и получить как можно большую полезную битовую глубину из выходного файла RAW. Это называется разоблачением справа (ETTR) ( см. Также ) . В этом случае все вышеупомянутые правила Шпаргалки все еще применяются; просто замените фразу «правильная экспозиция» на «максимальная неэкспонированная передержка».
источник