Почему уровень ISO на большинстве цифровых камер не может быть установлен ниже 80?

Почему уровень ISO на большинстве цифровых камер не падает ниже ISO 80?

Я понимаю (смутно), что датчики регулируют усиление для достижения эквивалента пленки с высоким ISO, и я понимаю, почему существует ограничение для этого, но не понимаю, почему было бы так сложно сделать датчик менее чувствителен к свету?

Есть два способа уменьшить базовое значение ISO (минимальная настройка, возможная для камеры). Один из них - сделать датчик менее эффективным, чтобы захватывать меньше входящего света. Легко увидеть, как это снижает чувствительность. Однако, как уже говорилось в других ответах, это было бы полезно только тем меньшинствам, которые регулярно находят, что у них слишком много света, тогда как большинство фотографов борются с недостатком света по большей части!

Однако есть другой способ уменьшить базовый ISO, а именно увеличить емкость каждого пикселя (называемого глубиной скважины), чтобы он мог хранить больше заряда (и, следовательно, больше света), прежде чем станет насыщенным. Этот метод имеет реальное преимущество при любой чувствительности.

Немного сложнее увидеть, как это влияет на базовый ISO, однако вы должны помнить, что любые показания, которые делает датчик, в конечном итоге отображаются в диапазоне 0-255 либо камерой, либо человеком во время необработанного преобразования (или 0-65536 для 16-битные изображения). Представьте себе два датчика A и B, у которых удвоенная емкость на пиксель. Когда вы снимаете изображение с А со скоростью затвора 1/30 с, блики вот-вот обрезаются. Теперь, когда вы используете B, вы должны использовать 1/60 из-за уменьшенной емкости - если вы использовали 1/30, вы бы переэкспонировали изображение.

Какие бы значения не записывались датчиками в точке насыщения, они все равно отображаются на 255, поэтому будут выглядеть одинаково. Учитывая, что с B вы получаете то же изображение, но с половиной времени экспозиции (при прочих равных условиях) это означает, что B имеет более высокую чувствительность. Если базовая чувствительность камеры B равна ISO100, то базовая чувствительность A составляет ISO50.

Смысл всего этого в том, что если вы можете уменьшить базовый ISO путем увеличения емкости пикселей, то это хорошо, так как позволяет снизить уровень шума и увеличить динамический диапазон. Чтобы понять, почему это так, вы должны сначала отказаться от идеи, что увеличение настройки ISO увеличивает шум, это просто неправда, вот ответ, который я написал на эту тему: Что такое «ISO» на цифровой камере?

Короче говоря, шум возникает в основном из-за недостатка света (чем меньше у вас света, тем больше случайных изменений излучения фотонов появляется на изображении, см. Http://en.wikipedia.org/wiki/Shot_noise ), это просто происходит что если вы увеличиваете настройку ISO вашей камеры, другие настройки должны измениться, в результате чего вы получите меньше света и больше шума при съемке. Отсутствие света вызывает шум, а не усиление сигнала.

Таким образом, даже несмотря на то, что мы должны использовать усиление для получения ISO100 из камеры A, мы пропускаем то же количество света, что и камера B, снимающая при ISO100, и, таким образом, можем ожидать того же уровня шума! Таким образом, камера A не хуже, однако у нас есть возможность перейти на ISO50, пропуская больше света и, таким образом, получая меньше шума при съемке!

У нас также есть возможность использовать ISO50, но с теми же настройками камеры, что и B, чтобы снимать при ISO100, мы пропускаем такое же количество света, поэтому можем ожидать тот же уровень шума, но если сцена внезапно становится ярче B с клипом сигнал, в то время как A будет продолжать свою глубину, таким образом, имея более высокий динамический диапазон.

Эти примеры являются упрощением, есть и другие источники шума, но, как правило, наличие «менее чувствительного» датчика может быть полезным. Однако сложно спроектировать более глубокие электронные ямы, поэтому вы не видите, чтобы камеры опускались ниже ISO50. Вы видите разницу в глубине скважины, хотя, например, самый низкий ISO, доступный для 35-мм сенсора Canon 5D, - это ISO50, тогда как у датчика APS-C того же поколения в Canon 30D самый низкий ISO - 100, это связано с дополнительной емкостью в большем пикселей 5D.

Если производитель хотел сделать это, они могли бы.

При этом все датчики имеют собственную чувствительность, обычно ISO 100, 160 или 200. Усиление используется для достижения более высокой чувствительности путем умножения базового сигнала. Это вносит больше шума, поэтому, если базовый ISO был ниже, их вам нужно было бы использовать больше усиления для достижения более высокой чувствительности, и вы получите больше шума.

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

Наконец, нет особой причины разрабатывать датчики с более низкой чувствительностью, поскольку легко использовать ND-фильтр для уменьшения входящего света без влияния на динамический диапазон. Несколько камер от Canon, Nikon и Fuji имеют встроенный фильтр ND с 2 или 3 ступенями для этого эффекта. На DSLR вы можете купить фильтры ND с переменной силой, что делает вещи очень гибкими.

но не понимаю, почему так сложно сделать датчик менее чувствительным к свету?

Это почти противоречит концепции фотографии, которая, в конце концов, касается захвата света. Сказав это, CCD / CMOS будет иметь естественное основание для захвата света, так что меньше, чем это потребует преднамеренного отбрасывания информации, что, в общем, вероятно, не будет сделано для удовлетворения фотографов. , Программное обеспечение, которое будет делать это, всегда будет компромиссом по различным факторам.

В любом случае, как отметил Итай, есть и другие способы уменьшения света. Вы можете использовать ND-фильтры, меньшие значения диафрагмы, более высокие скорости затвора и т. Д. Если вы снимаете в сыром виде, вы можете еще больше манипулировать экспозицией. Чистый эффект, идущий ниже ISO 80, вряд ли будет того стоить производителям, они гораздо больше заинтересованы в другом конце диапазона.

Ничто не мешает программисту встроенного программного обеспечения реализовать более низкие значения «ISO» путем усреднения нескольких кадров. Например, если базовая чувствительность была определена как «80 ISO». «40 ISO» может быть реализовано путем усреднения двух кадров.