¿Por qué no se puede establecer el nivel ISO en la mayoría de las cámaras digitales por debajo de 80?


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¿Por qué el nivel ISO en la mayoría de las cámaras digitales no parece ser inferior al ISO 80?

Entiendo (vagamente) que los sensores ajustan la ganancia para lograr el equivalente de una película ISO alta y puedo ver por qué habría una limitación, pero no entiendo por qué sería tan difícil hacer el sensor menos sensible a la luz?


Respuestas:


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Hay dos formas de reducir la base de ISO nativo (la configuración más baja posible en la cámara). Una es hacer que el sensor sea menos eficiente, de modo que se capture la menor cantidad de luz entrante. Es fácil ver cómo esto reduce la sensibilidad. Sin embargo, como ya se dijo en otras respuestas, ¡esto solo sería útil para las personas minoritarias que regularmente encuentran que tienen demasiada luz, mientras que la mayoría de los fotógrafos luchan con la falta de luz en su mayor parte!

Sin embargo, hay otra forma de reducir el ISO base y es aumentar la capacidad de cada píxel (denominado profundidad del pozo) para que pueda almacenar más carga (y, por lo tanto, más luz) antes de saturarse. Este método tiene una ventaja genuina en todas las sensibilidades.

Es un poco más complicado ver cómo esto afecta el ISO base, sin embargo, debe recordar que cualquier lectura que tome el sensor eventualmente se asigna al rango 0-255, ya sea por la cámara o por una persona durante la conversión cruda (o 0-65536 para Imágenes de 16 bits). Imagine dos sensores A y B, A tiene el doble de capacidad por píxel. Cuando toma una imagen con A a una velocidad de obturación de 1/30 s, los reflejos están a punto de recortarse. Ahora, cuando usa B, debe usar 1/60 debido a la disminución de la capacidad; si usa 1/30, sobreexpondrá la imagen.

Cualesquiera que sean los valores que los sensores registran en el punto de saturación, todavía se asignan a 255, por lo que se verán iguales. Dado que con B obtienes la misma imagen pero con la mitad del tiempo de exposición (todo lo demás es igual), esto significa que B tiene una mayor sensibilidad. Si la sensibilidad básica de la cámara B es ISO100, entonces la sensibilidad básica de A es ISO50.

El punto de todo esto es que si puede reducir el ISO base aumentando la capacidad de píxeles, entonces esto es bueno, ya que le permite tener un ruido más bajo y un mayor rango dinámico. Para comprender por qué este es el caso, primero debe dejar de lado la idea de que aumentar la configuración ISO aumenta el ruido, simplemente no es cierto, aquí hay una respuesta que escribí sobre el tema: ¿Qué es "ISO" en una cámara digital?

La versión corta es que el ruido es causado principalmente por la falta de luz (cuanta menos luz tengas, más variaciones aleatorias en la emisión de fotones aparecen en la imagen, ver http://en.wikipedia.org/wiki/Shot_noise ) simplemente sucede que si aumenta la configuración ISO de su cámara, otras configuraciones tienen que cambiar, lo que da como resultado que reciba menos luz y más ruido de disparo. Es la falta de luz lo que produce el ruido, no el acto de amplificar la señal.

Por lo tanto, aunque tenemos que usar la amplificación para sacar ISO100 de la cámara A, ¡permitimos la misma cantidad de luz que la cámara B disparando a ISO100 y, por lo tanto, podemos esperar el mismo nivel de ruido! Por lo tanto, la cámara A no es peor, sin embargo, tenemos la opción de ir a ISO50, dejando entrar más luz y, por lo tanto, menos ruido de disparo.

También tenemos la opción de usar ISO50 pero con la misma configuración de cámara que B usa para disparar a ISO100, dejamos entrar la misma cantidad de luz para que podamos esperar el mismo nivel de ruido, pero si la escena de repente se vuelve más brillante B con clip la señal, mientras que A continuará con su profundidad de pozo adicional, por lo que tiene un rango dinámico más alto.

Estos ejemplos son una simplificación, hay otras fuentes de ruido, pero en general tener un sensor "menos sensible" puede ser algo bueno. Sin embargo, es difícil diseñar pozos de electrones más profundos, por lo que no se ve que las cámaras bajen de ISO50. Sin embargo, sí ve diferencias en la profundidad del pozo, por ejemplo, el ISO más bajo disponible para el sensor Canon 5D de 35 mm es ISO50, mientras que el sensor APS-C de la misma generación en el Canon 30D el ISO más bajo es 100, esto se debe a la capacidad adicional en el más grande píxeles de la 5D.


+1 Buena respuesta (como siempre). Sin embargo, solo para evitar posibles conceptos erróneos de futuros lectores, tenga en cuenta que cuando deja pasar más luz a ISO 50, en realidad obtiene más ruido de disparo en comparación con el sensor ISO 100. El punto es que la cantidad típica de ruido (en la raíz del cuadrado medio) en relación con la cantidad de luz incidente disminuye. (Cuantitativamente, dividir el ISO nativo por 4 reduce el ruido del disparo por un punto con relación a la señal).
whuber

¡Gracias! Cuando digo menos ruido , casi siempre estoy hablando de la relación señal / ruido. Rara vez tiene sentido hablar de niveles de ruido absolutos, y cuando tiene más luz, la relación señal / ruido siempre mejora (todo lo demás es igual)
Matt Grum

Me he estado preguntando durante mucho tiempo sobre esta pregunta exacta. Un amigo me señaló esta respuesta. Sus ejemplos simplificados están muy bien explicados. Votaría dos veces si pudiera :-).
Nikos Alexandris

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Si un fabricante quisiera hacer eso, podrían hacerlo.

Dicho esto, todos los sensores tienen una sensibilidad nativa, generalmente ISO 100, 160 o 200. La ganancia se utiliza para lograr sensibilidades más altas multiplicando la señal base. Esto introduce más ruido, por lo que si el ISO base fuera más bajo, necesitaría usar más ganancia para lograr sensibilidades más altas y obtendría más ruido.

Para obtener ISOs más bajos sin cambiar la configuración base, básicamente divide la señal base. Esto provoca una reducción en el rango dinámico, por lo que rara vez se ven ISOs inferiores a 50. Si el ISO base se dividiera por un factor mayor, entonces se perdería demasiado rango dinámico.

Finalmente, no hay muchas razones para desarrollar sensores de menor sensibilidad ya que es fácil usar un filtro ND para reducir la luz entrante sin afectar el rango dinámico. Varias cámaras de Canon, Nikon y Fuji tienen un filtro ND de 2 o 3 paradas incorporado para ese efecto. En una DSLR, puede comprar filtros ND con fuerza variable que hace que las cosas sean muy flexibles.


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"si el ISO base fuera más bajo, necesitaría usar más ganancia para lograr sensibilidades más altas y obtendría más ruido" esto no es necesariamente cierto: hay dos formas de disminuir la sensibilidad nativa de un sensor, una es reducir eficiencia (para que pasen menos fotones, esencialmente lo mismo que siempre tener un filtro ND), el otro es aumentar la capacidad de cada píxel, permitiendo que entre más luz antes de que ocurran los clips de señal y la sobreexposición. El comentario continúa a continuación ...
Matt Grum

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... continuación Ambas formas de reducir el ISO base requerirán amplificación para decir ISO100, sí, pero aumentar el ISO no introduce ruido (excepto una pequeña cantidad en el proceso de amplificación). El ruido se debe principalmente a la falta de luz que causa la falta de uniformidad de los fotones entrantes. El aumento de ISO solo puede revelar ruido ya presente. Entonces, si tiene un sensor ISO25 con una capacidad súper alta por píxel, registra la misma cantidad de fotones incidentes por píxel que un sensor ISO100, debe amplificar para obtener la misma imagen, pero no tendrá ningún ruido adicional al presionar el sensor ISO25 a ISO100!
Matt Grum

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pero no entiendo por qué sería tan difícil hacer que el sensor sea menos sensible a la luz?

Eso es casi contra-intuitivo al concepto de fotografía que, después de todo, se trata de la captura de luz. Dicho esto, el CCD / CMOS tendrá un piso natural para la captura de luz, por lo que cualquier cantidad menor requerirá el descarte deliberado de información que, en general, probablemente no se hará a satisfacción de los fotógrafos. . El software, que es lo que haría esto, siempre va a comprometer varios factores.

En cualquier caso, como señaló Itai, hay otras formas de reducir la luz. Puede usar filtros ND, aperturas más pequeñas, velocidades de obturación más rápidas, etc. Si dispara sin procesar, puede manipular la exposición aún más. El efecto neto, ir por debajo de ISO 80 simplemente no valdrá la pena para los fabricantes, están mucho más interesados ​​en el otro extremo de la gama.


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No hay nada que impida que el programador de firmware implemente valores "ISO" más bajos promediando múltiples cuadros. Por ejemplo, si se determinó que la sensibilidad base es "80 ISO". Se puede implementar "40 ISO" promediando dos cuadros.

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