¿Cómo se implementa ISO en las cámaras digitales?

Si cambio la configuración ISO en mi cámara, obviamente la ganancia del sistema aumenta, amplificando la señal del sensor. Lo que no está claro para mí es dónde tiene lugar la amplificación. Veo varias posibilidades:

1. En el sensor, al aumentar el voltaje o algún otro mecanismo
2. A través de un amplificador analógico fuera del sensor
3. Digitalmente, después de que la señal ha sido digitalizada, pero antes de almacenar datos en el archivo RAW
4. Como parámetro aplicado únicamente en la creación de una imagen desde RAW

Si el # 4 es verdadero, entonces podría tomar una imagen RAW sobreexpuesta de 4 paradas a ISO 1600, y luego en el procesamiento posterior producir un JPEG a ISO 100 que sería lo mismo que si la foto original hubiera sido tomada en ISO 100.

Si el n. ° 1 o n. ° 2 es verdadero, un archivo RAW capturado en ISO 1600 realmente contendría más información sobre sombras, y un ISO 100 RAW contendría más información sobre reflejos.

1 ~ 2 y 3. En los CCD, el amplificador está efectivamente en la esquina del sensor, pero en CMOS, hay un amplificador integrado en cada fotosite, disperso por todo el sensor. Ver aquí .

Como se mencionó en una cosa que descubrí recientemente , la mayoría de las DSLR tienen un amplificador antes del ADC (conversión analógica a digital). Tienden a un máximo de 800 o 1600 ISO y son todas amplificaciones digitales después. Los siguientes párrafos suponen una cámara que maximiza su amplificación analógica a 1600:

Desafortunadamente, los archivos RAW de 12 o 14 bits le impiden hacer lo que describe. La amplificación digital tiene lugar antes de que se almacenen los archivos RAW. Hay un valor máximo que se puede almacenar, por lo que cuando dispare 4 paradas sobreexpuestas, aunque el ADC no esté saturado, el archivo RAW probablemente se recortará. Sin embargo, la técnica que sobreexpone tanto como para no recortar reflejos es efectiva para reducir el ruido, y se conoce como ETTR (Exponer a la derecha).

Sí, debido a la amplificación analógica, los archivos RAW a ISO más altos contienen más detalles. Sin embargo, ISO 1600 e ISO 12800 deben contener la misma cantidad de detalles de sombra (a menos que haya algún procesamiento especial adicional O el ADC tiene efectivamente más precisión que la profundidad de bits en la que se almacenan sus archivos RAW).

A pesar de que el n. ° 3 es verdadero por encima de ISO 1600, un RAW ISO 1600 puede contener más información sobre aspectos destacados porque aún se pueden recortar a través del proceso de amplificación digital. Por esta razón y quizás otras (duración de la batería, tamaño efectivo del búfer), cuando se dispara RAW, puede ser beneficioso disparar ISO 1600 y simplemente publicar el proceso más tarde. Una vez más, no he probado esto, y si la profundidad de bits ADC efectiva es mayor que la profundidad de bits del formato RAW, no será cierto.

Sí, la configuración ISO afecta los datos de imagen almacenados en el archivo RAW. Aquí hay dos imágenes, tomadas al mismo tiempo / lugar (casi - esto se tomó con la mano, sin prestar mucha atención a la composición), con la misma apertura (f / 2.8) y velocidad de obturación (1/100).

Esta primera imagen se tomó con ISO 100 y se ajustó +2 paradas en ACR a un ISO efectivo de ~ 400. Todos los ajustes, además de la exposición, se pusieron a cero (sin reducción de ruido, nitidez, ajustes de contraste, etc.)

Esta imagen se tomó con ISO 1600 y se ajustó -2 paradas en ACR a un ISO efectivo de ~ 400. Nuevamente, todos los ajustes fueron puestos a cero.

Observe los reflejos apagados en la segunda imagen. La misma cantidad de luz golpea el sensor cada vez, pero se registra información diferente en el archivo RAW.

Si. La configuración ISO es la sensibilidad del sensor: en la práctica, la cantidad de amplificación aplicada a la señal del píxel en el sensor para obtener un resultado real.

En teoría, podría publicar un proceso para producir un resultado similar al de un ISO más bajo o más alto utilizando la compensación de exposición: siempre he encontrado que tengo resultados mucho mejores disparándolo correctamente "en la cámara", lo que me lleva a creer que la amplificación se realiza de manera analógica antes de la digitalización.

Si el n. ° 3 es verdadero, entonces podría tomar una imagen RAW sobreexpuesta de 4 paradas a ISO 1600, y luego en el procesamiento posterior producir un JPEG a ISO 100 que sería lo mismo que si la foto original hubiera sido tomada a ISO 100.

No. Si toma una fotografía con la configuración ISO 100, obtendrá una exposición diferente (más luz en el chip) que con la configuración ISO 1600. No importa cómo se logre la amplificación (en hardware o software), su imagen ISO 1600 transportará más ruido que una imagen ISO 100.

La lente de la cámara proyecta una imagen en miniatura del mundo exterior en la superficie de un sensor de imagen sensible a la luz ubicado en el interior y en la parte posterior de la cámara. Este sensor de imagen está cubierto con millones de fotosites. La mayoría de las fotosites están superpuestas con filtros rojos, verdes o azules. Durante la exposición, la luz de la escena se reproduce en las fotos. Estos reciben impactos de fotones en proporción al brillo de la escena.

Los impactos de fotones generan una carga eléctrica dentro del fotosito. La fuerza de esta carga es proporcional al número de impactos de fotones. El recuento de visitas es una combinación de cuánto tiempo permanece abierto el obturador y el brillo de la escena y el diámetro de trabajo de la lente (apertura). Si el brillo de la escena es frágil, la automatización de la cámara o el fotógrafo amplía la apertura de trabajo y la velocidad de obturación se reduce. Si se elige una velocidad de obturación rápida, se debe aumentar la apertura de trabajo, etc.

En todos los casos, la magnitud de la carga al final de la exposición es insignificante. La lógica integrada en el chip convierte la carga en una señal analógica débil que luego se amplifica y se convierte en una señal digital. Es la aplicación de amplificación lo que estás preguntando.

Si la carga es débil, se debe aumentar la amplificación. La carga será débil si la escena está mal iluminada. La carga será débil si la velocidad de obturación utilizada es súper rápida. Abrimos el diámetro de trabajo de la lente ya que esto permite que entre más energía luminosa. Podemos aportar luz artificial si el brillo de la escena necesita refuerzo.

Hablemos de amplificación: la amplificación en la cámara digital corresponde a subir el volumen de una radio o TV. En la cámara digital, cuanto mayor sea la amplificación, aumenta la oportunidad de tomar imágenes con escenas tenuemente iluminadas o altas velocidades de obturación. El aumento de amplificación se clasifica como una configuración ISO alta. ISO significa Organización Internacional de Normalización. Son responsables de estandarizar la sensibilidad a la velocidad de las películas fotográficas y la industria de las cámaras digitales ha adoptado el método ISO de etiquetado de sensibilidad.

El aumento de ISO tiene un precio: para la mayoría de los sensores de imágenes, cada fotosite tiene su propio amplificador. Es probable que cada uno se amplifique un poco diferente que su vecino. Cuando la amplificación es demasiado alta, las imágenes que deberían reproducirse como negras a menudo se registran como gris oscuro. Esto envía información falsa que llamamos ruido. Además, si la amplificación es demasiado alta, parte de la carga puede filtrarse en las fotosites adyacentes, a esto le llamamos floración. Sí, el ISO alto puede degradarse, pero también permite la fotografía en condiciones difíciles. La tecnología avanza en los nuevos chips de imágenes y el software de la cámara para mitigar mejor el ruido y la floración.

Advertencia: mi respuesta es 100% anecdótica, y se basa en los resultados de un Panny FZ-28, que muy posiblemente no maneja los RAW lo mismo que una DSLR.

Dicho esto, he luchado con los niveles de ruido en condiciones de poca luz desde el día 1 con esta cámara. Solo hay tanto rendimiento que puede extraer de un sensor pequeño, pero he intentado varias cosas para tratar de obtener los mejores resultados que pueda.

Como veo un aumento bastante dramático en el ruido a medida que aumento el ISO, generalmente trato de mantener el ISO fijado a 100 o cerca. Sin embargo, una de las cosas que intenté fue disparar RAW a ISO 100 con el disparo subexpuesto para mantener el obturador Velocidad que quería. El procesamiento posterior me permite corregir la exposición (hasta cierto punto), pero cuando hago eso, recojo una cantidad de ruido que parece ser casi lo mismo que si hubiera establecido un ISO más alto para empezar. Veo un nivel de ruido muy comparable cuando aumento el ISO y la exposición (para no tener que aumentar la exposición en el procesamiento posterior), lo que me hace creer que hay poco o ningún espacio para "engañar al sistema" de esta manera.

No he leído nada para apoyar esto, pero en base a lo que he visto, me inclinaría a creer que ya sea # 1 o # 2 (personalmente, creo que es el # 1) anterior son ciertas.

RAW es prácticamente un volcado directo de la salida del sensor al almacenamiento, por lo que las opciones obvias son el n. ° 1 y / o n. ° 2 (aunque creo que Canon realiza alguna manipulación de datos antes de escribir su RAW, y tal vez lo hagan otros).

Una buena manera de aumentar la sensibilidad de un sensor es aumentar el voltaje aplicado sobre él. Esto aumenta la salida para la entrada dada y aumenta el ruido (que se observa que ocurren cuando se sube la EI en una cámara digital).

Tengo dificultades para imaginar cómo aplicaría algún tipo de amplificación de luz antes del sensor, aunque eso se puede ajustar sobre la marcha (los sensores tienen microlentes sobre cada elemento para recoger la luz de ese elemento, que determina el tamaño del elemento y tiene un pequeño, pero fijo, efecto).

La opción 3 modificaría los datos RAW después de la recopilación, que es lo mismo que modificar el archivo RAW después de leerlo desde la cámara. Algunas cámaras (ver arriba) pueden intentar esto, especialmente para filtrar el ruido. La mayoría no lo hará y lo dejará al operador del usuario (de hecho, hace años hubo una batalla entre Canon y Nikon en la que Canon parecía producir imágenes mucho más vibrantes en comparación con Nikon, que se descubrió que eran causadas por Canon al aplicar la manipulación en la cámara a los datos RAW, que causaron un gran alboroto por parte de los usuarios que no querían que sus cámaras hicieran eso).

Tenga en cuenta que todo esto es para DSLR de gama media / alta, con los modelos de nivel de entrada probablemente hay una gran cantidad de filtros y mejoras en la cámara, pero las personas que los usan no son típicamente disparadores RAW y sus modos RAW también pueden estar limpios.