¿Cómo se implementa ISO en las cámaras digitales?

1~2 y 3. En los CCD, el amplificador está efectivamente en la esquina del sensor, pero en CMOS, hay un amplificador integrado en cada sitio de fotos, disperso por todo el sensor. Ver aquí _

Como mencioné en una cosa que descubrí recientemente , la mayoría de las DSLR tienen un amplificador antes del ADC (conversión analógica a digital). Tienden a un máximo de 800 o 1600 ISO y luego son todas amplificaciones digitales. Los siguientes párrafos asumen una cámara que maximiza su amplificación analógica en 1600:

Desafortunadamente, los archivos RAW de 12 o 14 bits le impiden hacer lo que describe. La amplificación digital tiene lugar antes de que se almacenen los archivos RAW. Hay un valor máximo que se puede almacenar, por lo que cuando dispara 4 pasos sobreexpuestos, aunque el ADC no esté saturado, el archivo RAW probablemente se recortará. Sin embargo, la técnica que sobreexpone tanto como para no recortar los reflejos es efectiva para reducir el ruido y se conoce como ETTR (Exponer a la derecha).

Sí, debido a la amplificación analógica, los archivos RAW con ISO más altos contienen más detalles. Sin embargo, ISO 1600 e ISO 12800 deben contener la misma cantidad de detalles de sombras (a menos que haya algún procesamiento especial adicional O el ADC tenga efectivamente más precisión que cualquier profundidad de bits en la que estén almacenados sus archivos RAW).

Aunque el n.º 3 es cierto por encima de ISO 1600, un ISO 1600 RAW puede contener más información sobre las luces porque aún se pueden recortar a través del proceso de amplificación digital. Por esta razón y tal vez por otras (duración de la batería, tamaño de búfer efectivo), al disparar en RAW, puede ser beneficioso disparar en ISO 1600 y simplemente realizar el procesamiento posterior más tarde. Nuevamente, no he probado esto, y si la profundidad de bits efectiva del ADC es mayor que la profundidad de bits del formato RAW, no será cierto.

Sí, la configuración ISO afecta los datos de imagen almacenados en el archivo RAW. Aquí hay dos imágenes, tomadas al mismo tiempo/lugar (casi, esta fue tomada a pulso, sin mucha atención a la composición), con la misma apertura (f/2.8) y velocidad de obturación (1/100).

Esta primera imagen se tomó con ISO 100 y se ajustó +2 pasos en ACR a un ISO efectivo de ~400. Todos los ajustes además de la exposición se pusieron a cero (sin reducción de ruido, nitidez, ajustes de contraste, etc.)

Esta imagen se tomó con ISO 1600 y se ajustó -2 paradas en ACR a un ISO efectivo de ~400. Una vez más, todos los ajustes se pusieron a cero.

Fíjate en los reflejos quemados en la segunda imagen. La misma cantidad de luz que golpea el sensor cada vez, pero diferente información registrada en el archivo RAW.

Sí. La configuración ISO es la sensibilidad del sensor; en la práctica, la cantidad de amplificación aplicada a la señal del píxel en el sensor para obtener un resultado real.

En teoría, podría publicar el proceso para producir un resultado similar al de un ISO más bajo o más alto usando la compensación de exposición. Siempre he encontrado que tengo resultados mucho mejores disparándolo bien "en la cámara", lo que me lleva a creer que la amplificación se realice de forma analógica antes de la digitalización.

La lente de la cámara proyecta una imagen en miniatura del mundo exterior sobre la superficie de un sensor de imagen sensible a la luz ubicado dentro y en la parte trasera de la cámara. Este sensor de imagen está cubierto con millones de fotositos. La mayoría de los sitios de fotos están superpuestos con filtros rojos, verdes o azules. Durante la exposición, la luz de la escena se reproduce en los fotositos. Estos reciben impactos de fotones en proporción al brillo de la escena.

Los impactos de fotones generan una carga eléctrica dentro del fotosito. La fuerza de esta carga es proporcional al número de impactos de fotones. El recuento de aciertos es una combinación de cuánto tiempo permanece abierto el obturador y el brillo de la escena y el diámetro de trabajo de la lente (apertura). Si el brillo de la escena es débil, la automatización de la cámara o el fotógrafo aumenta la apertura de trabajo o la velocidad del obturador se ralentiza. Si se elige una velocidad de obturación rápida, se debe aumentar la apertura de trabajo, etc.

En todos los casos, la magnitud de la carga al final de la exposición es insignificante. La lógica integrada en el chip convierte la carga en una señal analógica débil que luego se amplifica y se convierte en una señal digital. Es la aplicación de amplificación sobre la que está preguntando.

Si la carga es débil, se debe aumentar la amplificación. La carga será débil si la escena está mal iluminada. La carga será débil si la velocidad de obturación utilizada es súper rápida. Abrimos el diámetro de trabajo de la lente, ya que esto permite que entre más energía luminosa. Podemos aplicar luz artificial si es necesario reforzar el brillo de la escena.

Hablemos de amplificación: La amplificación en la cámara digital corresponde a subir el volumen de una radio o TV. En la cámara digital, cuanto mayor sea la amplificación, mayor será la oportunidad de tomar fotografías en escenas poco iluminadas y/o altas velocidades de obturación. El aumento de la amplificación se clasifica como una configuración ISO alta. ISO significa Organización Internacional para la Estandarización. Son responsables de estandarizar la sensibilidad a la velocidad de la película fotográfica y la industria de las cámaras digitales ha adoptado el método ISO de etiquetado de sensibilidad.

El aumento de ISO tiene un precio: para la mayoría de los sensores de imágenes, cada sitio de fotos tiene su propio amplificador. Es probable que cada uno amplifique un poco diferente que su vecino. Cuando la amplificación es demasiado alta, las miras que deberían reproducirse en negro a menudo se registran en gris oscuro. Esto envía información falsa que llamamos ruido. Además, si la amplificación es demasiado alta, parte de la carga puede filtrarse en los fotositos adyacentes, lo que llamamos floración. Sí, un ISO alto puede degradar y de hecho lo hace, pero también permite la fotografía en condiciones difíciles. La tecnología avanza en los nuevos chips de imágenes y el software de la cámara para mitigar mejor el ruido y la floración.

Si el n.º 3 es cierto, entonces podría tomar una imagen RAW sobreexpuesta de 4 pasos a ISO 1600 y luego, en el posprocesamiento, producir un JPEG a ISO 100 que sería el mismo que si la foto original se hubiera tomado a ISO 100.

No. Si toma una foto con la configuración ISO 100, obtiene una exposición diferente (más luz en el chip) que con la configuración ISO 1600. No importa cómo se logre la amplificación (en hardware o software), su imagen ISO 1600 tendrá más ruido que una imagen ISO 100.

Advertencia: mi respuesta es 100% anecdótica y se basa en los resultados de una Panny FZ-28, que muy posiblemente no maneja RAW de la misma manera que una DSLR.

Habiendo dicho eso, he tenido problemas con los niveles de ruido en condiciones de poca luz desde el día 1 con esta cámara. Hay un límite de rendimiento que se puede extraer de un sensor pequeño, pero probé varias cosas para tratar de obtener los mejores resultados posibles.

Dado que veo un aumento bastante dramático en el ruido a medida que aumento el ISO, generalmente trato de mantener el ISO fijo en 100 o cerca. Sin embargo, una de las cosas que probé fue disparar RAW en ISO 100 con la toma subexpuesta para mantener el obturador velocidad que quería. El posprocesamiento me permite corregir la exposición (hasta cierto punto), pero cuando lo hago, capto una cantidad de ruido que parece ser casi la misma que si hubiera configurado un ISO más alto para empezar. Veo un nivel de ruido muy similar cuando aumento el ISO y la exposición (para no tener que aumentar la exposición en el procesamiento posterior), lo que me lleva a creer que hay poco o ningún espacio para "engañar al sistema" de esta manera.

No he hecho ninguna lectura para respaldar esto, pero según lo que he visto, me inclinaría a creer que el n. ° 1 o el n. ° 2 (personalmente, creo que es el n. ° 1) anteriores son verdaderos.

RAW es prácticamente un volcado directo de la salida del sensor al almacenamiento, por lo que el n. ° 1 y / o el n. ° 2 son las opciones obvias (aunque creo que Canon manipula los datos antes de escribir su RAW, y tal vez también lo hagan otros).

Una buena manera de aumentar la sensibilidad de un sensor es aumentar el voltaje que se le aplica. Esto aumenta la salida para una entrada determinada y aumenta el ruido (lo cual, de hecho, se observa que sucede al aumentar el EI en una cámara digital).

Tengo dificultades para imaginar cómo aplicaría algún tipo de amplificación de luz antes del sensor, aunque eso se puede ajustar sobre la marcha (los sensores tienen microlentes sobre cada elemento para recolectar luz en ese elemento, lo que determina el tamaño del elemento y tiene un efecto pequeño, pero fijo).

La opción 3 modificaría los datos RAW después de la recopilación, que es lo mismo que modificar el archivo RAW después de leerlo de la cámara. Algunas cámaras (ver arriba) pueden intentar esto, especialmente para filtrar el ruido. La mayoría no lo hará y lo dejará en manos del operador del usuario (de hecho, hace años hubo una batalla entre Canon y Nikon en la que Canon parecía producir imágenes mucho más vibrantes en comparación con Nikon, que se descubrió que eran causadas por Canon aplicando manipulación en la cámara a los datos RAW, que causó bastante revuelo entre los usuarios que no querían que sus cámaras hicieran eso).

Tenga en cuenta que todo esto es para DSLR de gama media / alta, con modelos de nivel de entrada probablemente haya una gran cantidad de filtrado y mejora en la cámara, pero las personas que los usan no suelen disparar en RAW y sus modos RAW también pueden estar limpios.