Sería un error pensar que el aumento de ISO no produce ningún cambio "físico" en la cámara. El problema con ISO es que la gente a menudo lo llama sensibilidad . Ese 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 DSLR en estos días tienen una "sensibilidad" a la luz del 13-18%... 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 mediante la pila de filtros y el CFA, y la eficiencia cuántica de los fotodiodos (la tasa de impacto de los fotones hasta la liberación de electrones) en los sensores modernos oscila entre ~45 % y ~60 %.

ISO es realmente solo una instrucción para la electrónica de la cámara para cambiar la forma en que 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 le sucede a la señal de imagen dentro de la electrónica del sensor. Una cierta ganancia se aplica a la señal original en el sensor tras la lectura. El aumento de ISO cambia esta ganancia, lo que resulta en una amplificación cada vez mayor de la señal.

Su pregunta es, ¿importa el aumento de ISO y el cambio de ISO afecta el RAW? La respuesta es SI y SI! Si tomaste todo a ISO 100 y cambiaste la "amplificación" digitalmente en la publicación, tus imágenes serán mucho más ruidosas que si usas la configuración más adecuada en tu cámara. Los mecanismos de amplificación de la señal de la imagen realizados 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. ¿Observa cuánto peor es el ruido en la imagen ISO 100 mejorada digitalmente que en la imagen ISO 1600? Hay mucho ruido de color azul, comienzan a aparecer patrones de bandas y hay una pérdida de detalles. La cámara hizo un trabajo mucho mejor cuando se le dijo que usara ISO 1600... hay menos ruido, más detalles, detalles más nítidos.

La razón por la que aumentar el ISO en la cámara es mejor es que funciona con la señal nativa 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), todos y cada uno de los píxeles tienen circuitos de reducción de ruido incorporados (CDS, muestreo doble correlacionado... esto mide la carga de corriente oscura en el píxel en el "tiempo de reinicio" y la 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 primero es eliminada por el circuito CDS, y esa carga "limpia" luego se amplifica directamente antes de enviarse al circuito de lectura enviado fuera de la matriz. La conversión de analógico a digital, o ADC, ocurre fuera del sensor en un chip DSP en la mayoría de las cámaras (hay algunas excepciones, más en un momento).

Los ADC suelen ser moderadamente paralelos, puede haber ocho, dieciséis, tal vez más en una cámara determinada. A pesar de ser paralelo, 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 de introducir ruido adicional. Esta es la fuente principal de ruido de color y de bandas en la mayoría de las DSLR que lo presentan. La imagen ISO 100 que se incrementó en la publicación también está impulsando 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 en sentido descendente solo afecta el extremo inferior de la señal. Esto preserva la relación entre la imagen y la 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 en sí da como resultado una distribución de Poisson de impactos de fotones. Con menos luz total incidiendo en el sensor, el ruido de Poisson será mayor. Si tuviera un sensor silencioso, uno que no introdujera ningún ruido electrónico propio... entonces usar ISO 1600 sería lo mismo que usar ISO 100 y aumentar la exposición en cuatro paradas en la publicación. La cantidad de ruido en las dos imágenes sería idéntica, y todo sería ruido que resulta de la naturaleza física aleatoria de la luz.

Hay un sensor en el mercado hoy en día que es casi silencioso. El sensor Exmor de Sony utiliza un diseño de lectura ADC/CDS digital ON-DIE de columna paralela altamente avanzado. A diferencia de la mayoría de los sensores, que mantienen una señal analógica a lo largo de una tubería desde el sensor hasta el DSP (hasta justo después del ADC), Exmor realiza CDS y ADC en la matriz y de forma 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 toda la carga de "corriente oscura" 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 restablecimiento 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 presenta un ruido casi nulo , no presenta bandas visibles ni patrón de ruido y, a todos los efectos, podría considerarse un sensor "silencioso".Todavía hay algo de ruido, y aumentar lo suficiente una exposición en la publicación finalmente hará que ese ruido se vuelva visible. Sin embargo, uno podría tomar una foto con ISO 100, elevarla cuatro puntos y hacer que se vea tan bien como una foto tomada con 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 la publicación, por un pequeño margen.

También es importante darse cuenta de que el aumento de ISO en sí mismo no agrega ruido en sí mismo. ISO no es una fuente de ruido! Suponiendo un sensor sin ruido, si expone una escena estática de manera que logre una exposición adecuada en ISO 100 y exponga la misma escena estática de manera que logre una exposición adecuada en ISO 3200, esta última tendrá más ruido. ¿Porque preguntas? La causa es el ruido Poisson, más comúnmente llamado ruido Photon Shot, o ruido causado por la naturaleza aleatoria de la luz. En la imagen ISO 100 correctamente expuesta, está utilizando una apertura más amplia, un obturador más largo o ambos. Asumamos por el bien de la discusión que solo estamos cambiando la velocidad de obturación, para mantener DOF y obtener exactamente la misma escena en ISO 100 e ISO 3200. La diferencia en la velocidad de obturación es de cinco pasos. ¡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 correctamente expuesta, y mucho menor con una imagen ISO 3200 correctamente expuesta.

Si usamos la Nikon D800 (que usa un sensor Sony Exmor), tomamos una imagen subexpuesta en cinco paradas a ISO 100, y otra bien expuesta a ISO 3200, y amplificamos la imagen a ISO 100, será un poco más ruidosa que la anterior. Imagen ISO 3200. Efectivamente, tiene la misma SNR en relación con el ruido del 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, usted pidió saber exactamente cómo funcionaba ISO en una cámara digital moderna. Esta no es una explicación completa, y diferentes fabricantes manejan ciertas configuraciones ISO altas de manera diferente. Por ejemplo, los sensores de Canon solo amplificarán la señal de la imagen directamente desde el sensor hasta cierto punto, y luego usarán un amplificador descendente adicional entre el sensor y el ADC para lograr el par de paradas superiores (es decir, en una cámara que va a ISO 6400, ISO 1600 es la configuración máxima "amplificada de forma nativa", e ISO 3200 y 6400 implican una amplificación descendente adicional, pero aún analógica). impulso digital. Entonces, cualquier configuración llamada HI, o H1, H2, etc., no es una configuración ISO verdadera... es una configuración ISO falsa.

Cambiar la configuración ISO invoca un cambio en la cámara , altera la amplificación en el chip. Los voltajes producidos por la luz entrante se amplifican antes de la digitalización. La razón de esto es que la señal analógica capta ruido en su camino hacia el ADC (convertidor analógico a digital). Al amplificar primero una señal débil, los efectos de este ruido se reducen en comparación con la digitalización de la señal débil y luego la aplicación matemática de la amplificación a los valores digitalizados (que es lo que está haciendo Photoshop en su ejemplo), ya que esto amplifica el ruido de lectura.

La razón por la que no experimenta el mismo efecto con su Sony a390 es que el modelo cuenta con tecnología patentada de Sony diseñada para reducir drásticamente la acumulación de ruido de lectura en el camino hacia el ADC. La única ventaja de usar la configuración ISO en la cámara es reducir el ruido de cuantificación que puede surgir si no hay suficientes valores digitales para representar pequeños cambios en una señal débil. Aparte de eso, el ISO es casi redundante (o peor aún, es contraproducente, ya que si la medición es incorrecta, una imagen ISO alta puede recortarse mientras que una imagen ISO baja no).

Los sensores no se pueden hacer más o menos sensibles. Simplemente responden a las fotos liberando una carga eléctrica que se acumula por fotositio.

Esa carga es una cantidad analógica . Técnicamente, es discreto a nivel atómico pero se trata como un valor analógico. Cuando se establece ISO en la cámara, lo que cambia es el punto de saturación que se asigna al valor digital más alto posible. Las cargas más bajas se asignan proporcionalmente por el convertidor A/D, por lo que aún obtiene la misma profundidad de bits por píxel en todos los ISO normales . A diferencia de los ISO ampliados , que con mayor frecuencia se procesan digitalmente.

La salida RAW registra los valores digitales y, por lo tanto, se ve afectada por ISO. Si multiplica la señal digitalmente para emular ISO, perderá profundidad de bits y multiplicará cualquier ruido presente en la señal analógica.

Creo que tu suposición es incorrecta. Aunque tal vez en algunas cámaras puede haber una ganancia fija y el ISO es un filtrado puramente digital (que podría hacerse sin conexión con la misma facilidad), creo que en muchas cámaras, la configuración ISO en realidad controla la ganancia analógica del detector.

Un ISO más alto no es deseable, porque más ganancia significa más ruido.

En cualquier sistema de amplificación analógica, la etapa de ganancia es importante para obtener la mejor señal. En el sistema fotográfico, nuestra primera ganancia es el poder de captación de luz de la lente. La segunda ganancia es la sensibilidad de la película o la ganancia electrónica real del detector, según sea el caso.

Los resultados con menos ruido se obtienen si deja entrar suficiente luz y usa solo una ganancia moderada.

Usar más ganancia (ISO más alto) en el detector es un "mal necesario" para condiciones de poca luz o cuando se necesitan exposiciones cortas para eliminar el desenfoque de movimiento, o se necesita una apertura baja para la profundidad de campo.

Es decir, la elección de ISO depende básicamente de los otros parámetros: luz/apertura disponible y velocidad de obturación.

Y dado que los archivos RAW almacenan los voltajes reales leídos, antes de que se produzcan cambios en el brillo, los valores en el archivo RAW serán los mismos independientemente de la configuración ISO.

Esta suposición es incorrecta. La configuración ISO en las cámaras digitales cambia la cantidad de amplificación del voltaje analógico de cada sensor (píxel bien) antes de que se lea la señal, y mucho menos se convierta en información digital.

Lo que se registra en los archivos sin procesar son los valores de la señal analógica amplificada convertida en información digital. La razón de esto es que hay ruido adicional agregado por las vías electrónicas entre el sensor y el convertidor de digital a analógico (DAC). Si los voltajes analógicos de cada sensor no se amplifican antes de leerlos, serían tan débiles que el ruido de "corriente oscura" agregado por el camino entre el sensor y el DAC abrumaría todas las señales excepto las más fuertes (por ejemplo, cualquier cosa excepto imágenes). que fueron capturados con luz muy brillante y/o durante períodos de tiempo muy largos).

Por lo tanto, si está tomando fotografías solo en formato RAW, la configuración ISO no hace absolutamente nada (también significaría que las cámaras digitales con ISO más altos son completamente un truco de marketing).

Dado que su premisa original, citada anteriormente, es incorrecta, se deduce que la conclusión basada en esa premisa incorrecta es igualmente incorrecta. Lo que convierte el ADC y se registra en los datos de imagen sin procesar se ve afectado materialmente por la amplificación en el dado del voltaje analógico de cada sensor.

El consejo en la respuesta a la que se hace referencia al principio de la pregunta debe entenderse como "... deje que entre suficiente luz en la cámara y luego use el valor ISO más alto que no provoque reflejos quemados. Si se deja entrar suficiente luz en la cámara, ese ISO ideal bien podría ser la configuración ISO mínima de la cámara. Solo cuando estamos limitados por la cantidad de luz disponible, el ancho de apertura máximo de la cámara/la configuración de apertura necesaria para obtener la profundidad de campo deseada, o el tiempo de obturación necesario para Para evitar que un sujeto en movimiento se vea borroso, el consejo de aumentar el valor ISO al valor más alto que no sobreexponga los reflejos se vuelve aplicable a un valor ISO superior al ISO de referencia de la cámara.

Aunque no es incorrecto per se, la declaración en esa respuesta es confusa.

La respuesta no es comparar el ruido en diferentes configuraciones ISO, sino comparar la diferencia entre la amplificación analógica y la digital. Establecer un ISO más alto usa amplificación analógica, por lo que funciona mejor que exponer la imagen y compensar en el procesamiento posterior, ya que usa amplificación digital.

Una declaración más útil sería:

Si desea minimizar el ruido, debe utilizar la configuración ISO más baja posible. Solo debe usar una configuración ISO más alta si la necesita para obtener una exposición correcta, cuando no puede obtener más luz en la cámara.

Para minimizar el ruido, desea la mayor cantidad de luz posible en el sensor, sujeto a (1) no recortar los puntos destacados en los que desea conservar los detalles, (2) configurar la apertura para la profundidad de campo deseada y (3) configurar el obturador velocidad para el desenfoque de movimiento deseado (sujeto y cámara) o falta de desenfoque de movimiento.

¿Ayudará el aumento de ISO si hace lo anterior y todavía está por debajo del recorte de los puntos destacados deseados? Si aumentar ISO disminuye el ruido de lectura, puede ayudar. Depende del sensor de tu cámara. En algunos sensores obtienes menos ruido de lectura si aumentas el ISO, al menos hasta cierto punto. En otros sensores (a veces llamados sin ISO), el ruido de lectura no aumenta con ISO.

Esto supone que está disparando en bruto.

Estuve analizando el problema de que se ve más ruido en la imagen ISO alta que en la imagen Iso 100, aunque todo el mundo dice que debería ser lo opuesto. La gente te dice por qué debería ser opuesto y Jrista te dijo por qué el efecto no es tan evidente con tu cámara como, por ejemplo, con las cámaras Canon (casi igual). Pero su nota de que parecía haber menos ruido en iso 100 posimpulsado y no igual o más ruido sigue en pie.

Seguí adelante investigando tu resultado. La conclusión de la demostración original de Matt asume que el resultado final es la misma imagen en las mismas condiciones, donde luego aumenta el ISO frente al aumento de la exposición en la publicación para exponer correctamente. Es decir, el mismo brillo @ la misma luz entrante. Así que comparé su histograma de fila de 0.01 s iso 100 vs iso 3200 y descubrí que no elevó el iso 100 tanto como el iso 3200. Hay una diferencia de alrededor del 40%.

Si potenciamos su imagen iso 100 para que coincida mejor con la iso 3200, veamos el resultado:

Ahora se ve bastante igual si miras la potencia del ruido, por lo que Jrista tiene razón sobre tu sensor casi perfecto. Quizás las texturas en la oscuridad son un poco mejores con iso 3200, y los granos azulados parecen más grandes, pero es difícil concluir la calidad del ruido en estas imágenes convertidas en web. necesitamos ver los resultados en los raws.

Una respuesta muy rápida: al aumentar la configuración iso, está aplicando una mayor ganancia a la señal. Esto quiere decir que estás multiplicando de forma "analógica" (amplificando una corriente) y no de forma "digital", (multiplicando un número por 2, por 4.... y así sucesivamente, lo que correspondería a tu modelo mental ).

En los últimos años está ganando popularidad un término (no creo que esté muy bien elegido) que describe un sensor que funciona como imaginas, y es "cámara isoless".

Antes de aceptar una respuesta, solo quería agregar un resumen de lo que aprendí de todas estas excelentes respuestas y varias otras fuentes. He visto a varios usuarios recomendar "usar la ISO más alta posible sin sobreexponer", sin ninguna explicación adicional o calificadores, lo cual es completamente incorrecto.

Lo estoy haciendo en un wiki comunitario, así que siéntase libre de agregarlo o corregir cualquier error.

Hoja de referencia ISO para cámaras digitales

• Usar el ISO más bajo (para una exposición dada, lo que significa que también tendría que cambiar la apertura o la velocidad del obturador) siempre le dará el menor ruido; sin embargo, no siempre le dará la mejor imagen .

  Por ejemplo, tener una velocidad de obturación lenta en ISO 100 podría hacer que la imagen se vea un poco borrosa, mientras que tener una velocidad de obturación más rápida en ISO 400, a pesar de tener más ruido, podría verse mejor debido a la falta de desenfoque (y el ruido podría no incluso ser visible) .

  No hay una buena regla para saber cuándo será el caso. Debes experimentar mucho para ganar esta intuición.

  • Los valores ISO que no lo son some-power-of-2 * 100pueden ser una excepción a esta regla, posiblemente prefiriéndose a los valores ISO más bajos. Ver por ejemplo aquí .

  • Al contrario de esta respuesta , todas las demás configuraciones son iguales y sin recorte, todas las configuraciones ISO serán casi equivalentes en términos de la imagen RAW autocorregida. La diferencia es que la configuración ISO más baja tendrá menos ruido de contraste/cuantificación, debido a la pérdida de información (porque la corrección de la exposición se realiza digitalmente, en lugar de analógica) , pero en realidad tenderá a tener un poco menos de ruido general, porque los amplificadores utilizados por los ISO más altos crean algo de ruido, y porque los ISO más altos son más sensibles al ruido de disparo .

    Esto es exactamente lo que observé en las imágenes de la pregunta.

  • Para algunos sensores, aumentar el ISO puede reducir el ruido de lectura, al menos hasta cierto punto. Ver http://www.sensorgen.info/

• Si el tamaño de apertura o la velocidad de obturación son flexibles para la toma que desea tomar (es decir, no causará desenfoque, no comprometerá su visión artística, etc.) , use la combinación que le permita tener el ISO más bajo posible , sin dejar de tener la exposición adecuada, para minimizar el ruido.

  • Si el tamaño de apertura o la velocidad de obturación son flexibles para la toma que desea tomar (es decir, no causará desenfoque, no comprometerá su visión artística, etc.) , use la combinación que resulte en la mayor cantidad de luz en el sensor , siempre que no esté recortando puntos destacados en los que desee conservar los detalles.

• Si el tamaño de apertura y la velocidad de obturación son rígidos e inmutables, elija el ISO que proporcione la exposición adecuada para minimizar el ruido.

  • Esto puede no ser siempre posible. Si tiene que elegir entre un ISO más bajo que está subexpuesto y un ISO más alto que está sobreexpuesto, generalmente es mejor elegir el ISO más alto y corregir la exposición en la publicación.

• Si el tamaño de la apertura y la velocidad del obturador son rígidos e inalterables, elija el ISO que proporcione resultados con el menor ruido de lectura, siempre que no esté recortando los puntos destacados en los que desea conservar los detalles y ajuste el brillo en la publicación.

Más información

• Los valores de los sensores de la cámara son analógicos, pero deben convertirse a digitales para que los use una computadora. Cualquier amplificación de estos valores debe realizarse antes de la conversión analógico-digital, para evitar la pérdida de información (ruido de cuantificación) . La configuración ISO en la cámara controla la cantidad de amplificación analógica que se realiza. Esta es la razón por la cual la configuración ISO afecta la salida RAW.

• La configuración "Auto-ISO" en muchas cámaras no superará un cierto ISO (para evitar el ruido) , incluso si ese ISO es necesario para una exposición adecuada. En esos casos, tendrás que configurar el ISO manualmente.

• El medidor de exposición no siempre es correcto, por lo que encontrar la exposición correcta puede requerir algo de experimentación.

• A veces, las imágenes se sobreexponen intencionalmente para reducir el ruido y obtener la mayor profundidad de bits útil posible del archivo de salida RAW. Esto se llama Expose To The Right (ETTR) ( Ver también ) . En este caso, se siguen aplicando todas las reglas de Cheat-Sheet anteriores; simplemente reemplace la frase "exposición adecuada" con "sobreexposición máxima sin recorte".

  • Sobreexponer demasiado hará que los valores se recorten (máximos porque son más altos de lo que el sensor puede manejar) . Es por eso que las tomas ISO 800 e ISO 3200 a la izquierda de la imagen en la pregunta no se pudieron restaurar.