¿Cambiar el ISO de una cámara digital moderna realmente cambia la ganancia de un amplificador electrónico?

La pregunta ¿Por qué el uso de un ISO más alto y una velocidad de obturación más rápida produce más ruido que el uso de un ISO más bajo y una velocidad de obturación más lenta? actualmente tiene cinco respuestas, y cuatro de ellas contienen la palabra amplificar o amplificador varias veces.

Siempre había pensado que la electrónica entre la matriz CCD y el ADC está bastante bien arreglada, y que los cambios ISO en realidad se implementaron digitalmente, después de la conversión analógica a digital, pero no tengo ninguna base para este pensamiento.

¿Existe realmente un amplificador analógico de ganancia variable antes del ADC o ADC para cámaras de mayor calidad? Esta respuesta incluso sugiere que hay millones de amplificadores.

Realmente me gustaría poder ver un diagrama de bloques de alguna cámara o sensor representativo que muestre la ubicación del amplificador de ganancia variable antes del ADC .

Respuestas (2)

Sí

Aquí viene la definición de Circuitry , de whatdigitalcamera.com

Los sensores CCD y CMOS difieren en cuanto a su construcción. Los CCD recogen la carga en cada fotosito y la transfieren desde el sensor a través de una matriz vertical de píxeles protegidos contra la luz antes de que se convierta en una señal y se amplifique. Los sensores CMOS convierten la carga en voltaje y amplifican la señal en cada ubicación de píxel, por lo que generan voltaje en lugar de carga. Los sensores CMOS también suelen incorporar transistores adicionales para otras funciones, como la reducción de ruido.

Entonces, el proceso de amplificación depende del sensor, CCD o CMOS, pero básicamente, ISO amplifica físicamente un valor analógico .

Para CCD, 1 amplificador ayuda a muchos píxeles , pero para CMOS, 1 píxel = 1 amplificador. Entonces sí, ¡un sensor CMOS de 24 Mp produce la friolera de 24 millones de amplificadores!

Para CMOS, eche un vistazo a estos esquemas, de micro.magnet.fsu.edu :

ingrese la descripción de la imagen aquí

Puede ver que (uno de) el paso de amplificación lo realiza el bloque llamado "Video Amp", que tiene un parámetro de ganancia . Generalmente, esta ganancia está controlada por un voltaje variable o una resistencia variable. La ganancia se establece cambiando físicamente esos parámetros.

Puede ser posible que la ganancia en el sensor sea fija y que la parte variable analógica ocurra solo después del sensor, según lo sugerido por los esquemas CMOS.

En cuanto al CCD, echa un vistazo a la descripción del VSP2230 . Es un procesador de señal CCD para cámara digital de Texas Instrument y presenta este diagrama funcional:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Puede ver que proporciona un "amplificador de ganancia programable" antes de la conversión de analógico a digital.

Si observa la hoja de datos, página 2 , puede ver que la ganancia está programada en un registro digital (dado por el código de ganancia ) a través de una interfaz serial. Puede elegir de -6db a +40db con un valor de 10 bits (1024 posibilidades).

Ahora, si quiere ser técnico, eche un vistazo a http://ece.utdallas.edu/~torlak/courses/ee3311/lectures/ch07.pdf , es una conferencia de la Universidad de Dallas sobre amplificadores CMOS.

Y si realmente le gusta la física y las matemáticas, intente obtener una edición del Manual de imágenes digitales.

También puedes echar un vistazo a ¿Cómo se implementa ISO en las cámaras digitales? , pero faltan algunos enlaces.

Me gustaría agregar que la amplificación analógica ocurre al menos en dos pasos: en el sensor y fuera del sensor. Es posible que las ganancias de esas amplificaciones no siempre sean fijas.

Como nota al margen, generalmente, un sensor DSLR tiene una capacidad limitada para amplificar decentemente una señal analógica. Para un ISO enorme (>3200 por ejemplo), generalmente especificado como un rango ISO extendido , utilizará una ganancia digital.

Para agregar a eso, la razón de esto es que la profundidad de bits de los ADC es lamentablemente insuficiente para representar un rango de valores lo suficientemente amplio como para truncar digitalmente. Si alguna vez ha realizado trabajos de audio, sabe que la grabación de 24 bits es muy superior a la de 16 bits porque el ruido de fondo digital cae por debajo del ruido de fondo analógico y no tiene que preocuparse demasiado por la puesta en escena de la ganancia. Las cámaras modernas suelen utilizar ADC de 12 o 14 bits. Por lo tanto, la puesta en escena de ganancia es mucho más importante que incluso con hardware de audio antiguo/de gama baja.
Corregí el enlace e intenté responder a tu pregunta.
¡Bravo! Esta es una excelente respuesta; gracias por tomarse el tiempo para profundizar y encontrar estos diagramas para matrices CMOS y CCD. Ahora soy creyente :-)

Sí. El sensor son solo cubos que recogen los fotones que entran y no pueden ajustarse para tener una mayor sensibilidad. Los amplificadores pueden.

Gracias, sé que los amplificadores pueden cambiar la ganancia, pero siempre que el ruido LSB esté por debajo del ruido de disparo y el ADC tenga suficiente profundidad, también podría hacerse en el software dependiendo de los detalles. Así que estoy buscando algo concluyente en lugar de simplemente razonado.
Independientemente de si agrega un chip amplificador analógico real o si aumenta el brillo en el software, ambos son amplificación. Ambos elevan más los valores bajos y elevan el nivel de ruido para que sea posiblemente visible. Sin embargo, los aumentos de software se recortarán a 255, pero el analógico no sufre recorte (en un diseño adecuado). Su teoría de que si el nivel de ruido es demasiado bajo para importar no es viable, obviamente sí importa. Y el hecho más simple es que el sensor real no puede hacer nada de eso, solo puede sentarse allí y recolectar una acumulación de fotones. Una mayor exposición podría aumentar los niveles.
¿Cambiar el ISO de una cámara digital moderna realmente cambia la ganancia de un amplificador electrónico?
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