Sensor ISO Variable: ¿Posible y/o Útil?

Esta respuesta a la pregunta sobre cómo se implementa el ISO en las cámaras digitales parece implicar que cada fotosito ( es decir , píxel) puede tener su ISO establecido de forma independiente. Si esto es cierto, entonces pensaría que es teóricamente posible tomar una fotografía en la que ciertos fotositos tengan un ISO diferente al de otros. La primera parte de mi pregunta es: suponiendo que la ISO variable sea posible, ¿sería útil? Me parece que esta podría ser una forma útil de aumentar el rango dinámico del sensor, por ejemplo , eligiendo un ISO alto solo para las regiones de la imagen que están en la sombra. Suponiendo que la ISO variable sería útil, ¿por qué no se ha implementado todavía en las cámaras digitales? (¿O lo tiene?)

Suena técnicamente posible, pero puede requerir demasiados circuitos para hacerlo con precisión de píxel y puede ser difícil de escalar y causar demasiado calor. Además, no está claro que esto funcione mejor que las soluciones actuales, como leer fotositos a mitad de la exposición o tener fotositos de diferentes tamaños, dándoles diferentes sensibilidades nativas.
Hay un pequeño truco: debe configurar ISO antes de leer un valor de píxel, pero sabrá que el píxel pertenece a un área de sombra solo después de leer el valor.
@Soy cierto, pero eso no es necesariamente un problema técnico. Por ejemplo, como mencionó Itai anteriormente, ya existe tecnología para leer los valores de los sitios de fotos a la mitad de la exposición. Los sistemas de medición avanzados también podrían usarse para "adivinar" los valores ISO de las regiones. Finalmente, para tomas fijas como paisajes, se podría usar una exposición de prueba inicial para establecer los valores ISO para una segunda toma.
Cabe señalar que ISO no cambia nada sobre lo que el sensor o el píxel es realmente capaz de hacer. Lo único que hace la configuración ISO es cambiar el punto blanco de una exposición determinada. Los sensores son dispositivos lineales fijos que son capaces de registrar una carga fija (recuento de electrones) en cada píxel, +/- el promedio de ruido electrónico (que en estos días sobre una base normalizada es solo unos pocos electrones). Al aumentar ISO, todos lo que haces es decir que en lugar de que se logre "blanco" a 40,000 electrones, se logra a 20,000 o 10,000, etc.
Lo que ocurre en cada píxel es la activación de fila/columna y la lectura de carga. Durante la lectura, esa carga se amplifica en la cantidad necesaria para "saturar" de acuerdo con la configuración ISO y, al mismo tiempo, también se puede aplicar una variedad de compensación de ruido electrónico (en la D800, hay un montón de circuitos dedicados para mitigar el ruido electrónico, razón por la cual su ISO bajo DR es tan bueno). Lógicamente, no creo que se aplique tal cosa como ISO variable. La solución al ruido de baja SNR es reducir el ruido electrónico... y Sony lo ha logrado en sus sensores Exmor.
Los sensores Exmor son geniales debido a que están "retroiluminados", lo que aumenta su eficiencia cuántica al tener menos material para penetrar. Durante muchos años atrás enfermo. Los CCD han existido a precios PREMIUM (como los equipos de la NASA), lo que hace que sea sorprendente verlo en el mercado de consumo de CMOS.
Que yo sepa, los sensores Exmor no están retroiluminados. Los sensores Exmor actuales que se utilizan en las cámaras DSLR tienen iluminación frontal. La clave de su bajo nivel de ruido son los dos niveles de circuitos de reducción de ruido de lectura (para eliminar el ruido diferencial y de corriente oscura), así como el CP-ADC de Sony, o convertidores analógicos a digitales de columna paralela. Sony utiliza un ADC de menor velocidad por columna de píxel del sensor, lo que les permite paralelizar el ADC en el troquel, al mismo tiempo que ajusta el ADC de cada columna para mitigar el ruido de bandas verticales (razón por la cual la D800 solo tiene bandas horizontales).
Creo que Sony ha mencionado que era posible un diseño de sensor retroiluminado para factores de forma más pequeños, y ciertamente tienen patentes para diseños retroiluminados, sin embargo, ni siquiera creo que tengan un Exmor retroiluminado de factor de forma pequeño todavía. En factores de forma más grandes, la retroiluminación no ofrece casi el beneficio, ya que el cableado de lectura y activación de fila/columna es un porcentaje mucho menor del área de píxeles, y la microlente (doble capa en el caso de Sony) se encarga de eso.

Respuestas (3)

Lo más parecido que sé a lo que estás pensando es lo que está haciendo Fujifilm con el modo DR en sus sensores EXR, como se ve en la X-10 y la X-S1: la mitad de los píxeles están subexpuestos deliberadamente por una parada (o dos). ) y combinado con los píxeles expuestos "normalmente" antes de que se emita la imagen. Para obtener más detalles, consulte la revisión X-10 de DPReview : lo que le interesa aquí es el modo DR de 6 MP, en lugar del modo DR de 12 MP, que es el estándar "subexponer y luego aplicar una curva de tono diferente a toda la imagen " visto en muchas cámaras en estos días y cambia el ruido de las sombras por un mayor rango dinámico. El modo DR de 6 MP es interesante ya que (en teoría) le permite aumentar el rango dinámico mientras mantiene el ruido de sombra como lo haría normalmente, aunque por supuesto

Esencialmente, un sensor como este que tendría exposiciones variables para cada sitio de fotos tendría una imagen que necesita ser mapeada durante el proceso de conversión RAW. Se tendría que enviar más información con cada píxel, y esto aumentaría el tamaño de los datos transmitidos, junto con la potencia de procesamiento requerida en la cámara. Eso es un mero problema técnico, y estoy seguro de que dentro de unos años, eso no será un problema en absoluto.

El mayor dolor de cabeza que veo sería asegurarme de que los populares programas de conversión RAW admitan el proceso de decodificación. Es posible que el archivo RAW resultante deba contener información de color de 32 bits, y en la actualidad existe una compatibilidad muy limitada para operar con imágenes en color de 32 bits. En su mayor parte, primero deben asignarse tonos a 16 bits. Este no es un proceso que produzca grandes resultados si se realiza automáticamente con el software actual.

Realmente no veo a los fabricantes preocupados por semejante quebradero de cabeza. Es por eso que tienen un formato RAW patentado y Fuji nunca dejó de crear arreglos extraños de píxeles con varios tamaños y filtros de color. Si pueden obtener una ventaja de ello, espero que lo hagan. La mayoría de las aplicaciones de procesamiento de imágenes de gama alta, incluidas Lightroom y Bibble (ahora AferShot), ya funcionan internamente en 32 bits. Es más eficiente trabajar en 32 bits linealmente con procesadores modernos. Sin embargo, el primer párrafo que escribiste tiene sentido para mí.

Los sensores CMOS ya son básicamente una matriz de sensores con diferentes ISO, que tienen que compensar. Esto es lo que le da el aspecto plástico a los sensores CMOS, pero también lo que atenúa la floración.

Sin embargo, en realidad ya fabrican chips CMOS con múltiples "ISO" para lograr un rango dinámico más alto, donde el área de tamaño de píxel es el doble para la mitad de los píxeles, o uno de los dos píxeles verdes es el doble de sensible que el otro. El costo es más transistores por píxel, lo que puede causar problemas con el ruido y la sensibilidad general, debido a que deja menos espacio para los fotosensores. Las celdas de integración de luz de píxeles grandes dan como resultado un ruido más bajo (generalmente), por lo que un sensor de 36x24 mm en X Mpixel es mejor que un sensor de 1/3 de pulgada en X MPixel: responden mejor a la luz para superar el ruido de toda la electrónica. .

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