Sería un error pensar que el aumento de ISO no produce ningún cambio "físico" en la cámara. El problema con ISO es que las personas a menudo lo llaman sensibilidad . Eso es realmente un nombre inapropiado ... la sensibilidad es un atributo fijo de cualquier sensor dado, y no se puede cambiar.
La sensibilidad es realmente más sinónimo de la eficiencia cuántica de los fotodiodos, teniendo en cuenta el porcentaje de luz filtrada por el filtro de corte IR, el filtro de paso bajo y la matriz de filtros de color. En términos generales, la mayoría de las réflex digitales en estos días en realidad tienen una "sensibilidad" del 13-18% a la luz ... eso significa que solo alrededor del 13-18% de la luz que pasa a través de la lente llega al fotodiodo y libera un electrón. Aproximadamente el 60% de la luz o más se filtra por la pila de filtros y el CFA, y la eficiencia cuántica de los fotodiodos (la tasa de golpes de fotones para la liberación de electrones) en los sensores modernos varía de ~ 45% a ~ 60%.
ISO es realmente solo una instrucción a la electrónica de la cámara para cambiar cómo se amplifica la carga electrónica, la señal analógica, almacenada en el sensor para producir una exposición adecuada. En ese sentido, hay un cambio "físico" en lo que realmente está sucediendo con la señal de imagen dentro de la electrónica del sensor. Una cierta ganancia se aplica a la señal original en el sensor después de la lectura. El aumento de ISO cambia esta ganancia, lo que resulta en una amplificación cada vez mayor de la señal.
Su pregunta es, ¿el aumento de ISO importa y el cambio de ISO afecta a RAW? La respuesta es SI y SI! Si disparó todo a ISO 100 y cambió la "amplificación" digitalmente en la publicación, entonces sus imágenes serán mucho más ruidosas que si usa la configuración más adecuada en su cámara. Los mecanismos de amplificación de la señal de imagen realizada por la cámara son muy superiores a su impulso ISO digital básico con algún tipo de herramienta de procesamiento posterior como Lightroom. La imagen de muestra de Matt Grum a la que hizo referencia en la publicación original debería ser un ejemplo ideal de eso. Observe cuánto peor es el ruido en la imagen ISO 100 digitalmente mejorada que la imagen ISO 1600. Hay mucho ruido de color azul, los patrones de bandas comienzan a aparecer y hay una pérdida de detalles. La cámara hizo un trabajo mucho mejor cuando le dijeron que usara ISO 1600 ... hay menos ruido, más detalles, detalles más nítidos.
La razón por la cual es mejor aumentar el ISO en la cámara es que funciona con la señal original original directamente del sensor antes de que cualquier dispositivo electrónico posterior tenga la oportunidad de introducir ruido adicional. En un sensor de imagen CMOS (CIS), cada píxel tiene un circuito de reducción de ruido incorporado (CDS, muestreo doble correlacionado ... esto mide la carga de corriente oscura en el píxel en el "tiempo de reinicio", y lo memoriza para que se puede restar en la lectura), así como un amplificador incorporado. Cuando se lee cada columna de píxeles, la carga del píxel se elimina en primer lugar por los circuitos CDS, y esa carga "limpia" se amplifica directamente antes de enviarse a los circuitos de lectura enviados fuera del troquel. La conversión de analógico a digital, o ADC, se produce fuera de la matriz del sensor en un chip DSP en la mayoría de las cámaras (hay algunas excepciones, más en un momento).
Los ADC generalmente son moderadamente paralelos, puede haber ocho, dieciséis, tal vez más en una cámara determinada. A pesar de ser paralelos, cada uno debe procesar cientos de miles, si no millones, de píxeles en una fracción de segundo. Eso requiere una alta frecuencia de operación, que tiene la tendencia a introducir ruido adicional. Esta es la fuente principal de ruido de color y bandas en la mayoría de las DSLR que exhiben este tipo de ruido. La imagen ISO 100 que se aumentó en la publicación también está aumentando este ruido adicional posterior a la lectura que se introduce aguas abajo del sensor .
Al aumentar el ISO en la cámara, amplifica la señal de la imagen directamente, y cualquier contribuyente adicional al ruido aguas abajo solo afecta el extremo inferior de la señal. Esto preserva la relación imagen / señal de ruido electrónico. Hay un contribuyente adicional al ruido que no tiene nada que ver con la electrónica. La naturaleza aleatoria de la luz misma da como resultado una distribución de Poisson de los impactos de fotones. Con menos luz total golpeando el sensor, el ruido de Poisson será mayor. Si tuviera un sensor silencioso, uno que no introdujera ningún ruido electrónico propio ... usar ISO 1600 sería lo mismo que usar ISO 100 y aumentar la exposición en cuatro paradas posteriores. La cantidad de ruido en las dos imágenes sería idéntica, y todo sería ruido como resultado de la naturaleza física aleatoria de la luz.
Hay un sensor en el mercado hoy que es casi silencioso. El sensor Sony Exmor utiliza un diseño de lectura ADC / CDS digital ON-DIE digital muy avanzado, paralelo a columna. A diferencia de la mayoría de los sensores, que mantienen una señal analógica a través de una tubería desde el sensor al DSP (hasta justo después de ADC), Exmor realiza CDS y ADC en matriz, y de manera digital. En lugar de que cada píxel tenga un circuito CDS analógico para medir la corriente oscura por píxel, Exmor realiza una lectura de reinicio, esa lectura de reinicio se convierte inmediatamente en digital y almacena la carga de "corriente oscura" completa de los sensores en una imagen virtual de valores negativos. Cuando se realiza una exposición, la señal de la imagen se lee, se convierte en digital y la imagen de reinicio negativo se aplica a la imagen de exposición positiva.
Dado que hay un ADC por columna en Exmor, en lugar de un ADC por docenas de columnas, pueden operar a una frecuencia más baja. Entre el uso de CDS digitales, ADC por columna y componentes de frecuencia más baja, Exmor introduce casi cero ruido , no introduce ningún tipo de ruido visible de bandas o patrones, y para todos los efectos podría considerarse un sensor "sin ruido".Todavía hay algo de ruido, y aumentar la exposición lo suficiente en la publicación finalmente hará que ese ruido se vuelva visible. Sin embargo, se podría tomar una foto en ISO 100, levantarla en cuatro paradas y hacer que se vea tan bien como una foto tomada en ISO 1600. De hecho, en el caso de Exmor ... eso es ¡EXACTAMENTE el caso! Toda la "amplificación" en Exmor es digital por naturaleza, aunque la electrónica del sensor tiende a ser mejor que levantar manualmente la exposición en el poste, por un pequeño margen.
También es importante darse cuenta de que el aumento de ISO en sí mismo no agrega ruido. ¡ISO no es una fuente de ruido! Suponiendo un sensor silencioso, si expone una escena estática de manera que logre una exposición adecuada a ISO 100, y exponga la misma escena estática de manera que logre una exposición adecuada a ISO 3200, esta última tendrá más ruido. ¿Porque preguntas? El ruido de Poisson, más comúnmente llamado ruido de disparo de fotones, o el ruido causado por la naturaleza aleatoria de la luz, es la causa. En la imagen ISO 100 correctamente expuesta, está utilizando una apertura más amplia, un obturador más largo o ambos. Supongamos, por el bien de la discusión, que solo estamos cambiando la velocidad de obturación, para mantener el DOF y obtener exactamente la misma escena tanto en ISO 100 como en ISO 3200. La diferencia en la velocidad de obturación es de cinco paradas. ¡Esa es una diferencia de treinta y dos veces en la cantidad de luz en el sensor! Cuanta más luz tenga, menos ruido de disparo de fotones será evidente ... la relación señal / ruido (SNR) de la imagen a su propio ruido natural es mayor con una imagen ISO 100 expuesta adecuadamente, y mucho menor con un imagen ISO 3200 debidamente expuesta.
Si utilizamos la Nikon D800 (que usa un sensor Sony Exmor), capturando una imagen subexpuesta en cinco paradas a ISO 100, y otra expuesta adecuadamente a ISO 3200, y amplificando la imagen ISO 100, será un poco más ruidosa que la Imagen ISO 3200. Efectivamente tiene la misma SNR en relación con el ruido de disparo de fotones, y también tendrá una contribución muy pequeña de ruido de lectura que se amplificará junto con el resto de la imagen.
Bueno, pediste saber exactamente cómo funcionaba ISO en una cámara digital moderna. Esta no es una explicación completa, y diferentes fabricantes manejan ciertas configuraciones de ISO alto de manera diferente. Por ejemplo, los sensores Canon solo amplificarán la señal de imagen directamente del sensor hasta cierto punto, y luego usarán un amplificador adicional aguas abajo entre el sensor y el ADC para lograr el par superior de paradas (es decir, en una cámara que va a ISO 6400, ISO 1600 es la configuración máxima de "amplificación nativa", e ISO 3200 y 6400 implican una amplificación adicional descendente, pero aún analógica.) La configuración de "ISO ampliado" también es especial en la mayoría de las cámaras, ya que todo lo que realmente es es Impulso digital. Entonces, cualquier configuración llamada HI, o H1, H2, etc., no es una configuración ISO verdadera ... es una configuración ISO falsa.