数码相机如何实施ISO?


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如果更改相机上的ISO设置,显然系统的增益会增加,从而放大了传感器的信号。我不清楚是在哪里放大的。我看到几种可能性:

  1. 在传感器中,通过增加电压或其他机制
  2. 通过传感器外部的模拟放大器
  3. 数字化,在信号被数字化之后,但是在将数据存储到RAW文件之前
  4. 作为仅用于从RAW创建图像的参数

如果#4是正确的,那么您可以在ISO 1600下拍摄4档曝光过度的RAW图片,然后在后期处理中以ISO 100生成JPEG,这与原始照片是在ISO 100上拍摄的相同。

如果#1或#2为true,则以ISO 1600拍摄的RAW文件实际上将包含有关阴影的更多信息,而ISO 100 RAW将包含有关高光的更多信息。

Answers:


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1〜2和3。在CCD上,放大器有效地位于传感器的角落,但是在CMOS上,每个光敏元件内置一个放大器,散布在整个传感器中。看这里

正如我最近发现的一件事中提到的那样,大多数数码单反相机在ADC(模数转换)之前都有一个放大器。它们趋向于最大为800或1600 ISO,之后都是数字放大。以下各段假定摄像机在1600的模拟放大倍数最大:

不幸的是,12或14位RAW文件阻止您执行描述的操作。在存储RAW文件之前进行数字放大。有一个最大值可以存储,因此当您拍摄4曝光过度的曝光时,即使ADC没有饱和,RAW文件也可能会被剪切。 但是,过度曝光与不修剪高光一样多的技术可有效减少噪点,被称为ETTR(向右曝光)。

是的,由于模拟放大,所以更高ISO的RAW文件确实包含更多细节。但是,ISO 1600和ISO 12800应该包含相同数量的阴影细节(除非进行一些其他特殊处理,否则ADC将比存储RAW文件的位深度有效地提高精度)。

即使在ISO 1600之上#3是正确的,ISO 1600 RAW可能仍包含有关高光的更多信息,因为它们仍可以通过数字放大过程进行裁剪。由于这个原因,也许还有其他原因(电池寿命,有效的缓冲区大小),在拍摄RAW时拍摄ISO 1600并在以后进行后期处理可能会有所帮助。同样,我还没有对此进行测试,并且如果有效ADC的位深度高于RAW格式的位深度,那将不是事实。


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在佳能相机上,它们具有“扩展”的ISO设置(H)和(L)。我认为只是扩展设置被数字放大了,而所有“正常” ISO设置都是由模拟放大器完成的。这意味着大多数高端(和较新的)佳能相机的真实ISO范围至少达到3200,甚至更高。我认为1D Mk IV的正常ISO范围是100-12800,其中50、25600、51200、102400是数字增强版。实际上不是这样吗?
jrista

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我听说使用L和Hx而不是实际数字的原因之一是,它们没有经过校准,至少没有像普通的ISO值那样好。应采取健康打do的怀疑态度。
卡雷尔2010年

@jrista,我的结论(未得到公司的确认)是(L)可能是真诚的,(H)是一个营销术语(与其他术语相同,但看起来很糟,因此我们将其分开)。在文献中我从未见过任何地方声称扩展模式实际上是扩增方法之间的界线。这里有研究显示在宾得,1600左右,它是模拟的,之后,它是不明确的:forums.dpreview.com/forums/... forums.dpreview.com/forums/...
Eruditass

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我只是在解释如何在不同的传感器技术上进行放大,这确实导致了ISO性能的普遍差异。
Eruditass

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#4同样,某些相机在整个ISO范围或某些ISO设置中都将ISO作为标签(原始数据相同)。
伊利亚·博格

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是的,ISO设置会影响存储在RAW文件中的图像数据。这是两张同时在同一时间/地点拍摄的图像(几乎是手持拍摄的,无需过多注意构图),并且光圈(f / 2.8)和快门速度(1/100)相同。

该第一张图像以ISO 100拍摄,并在ACR中将+2级调整为有效ISO〜400。除曝光以外的所有调整均归零(无降噪,锐化,对比度调整等)

替代文字

此图像以ISO 1600拍摄,并在ACR中将-2级调整为有效的ISO〜400。同样,所有调整都归零。

替代文字

请注意第二张图像中的突出显示高光。每次都有相同数量的光照射到传感器,但是在RAW文件中记录了不同的信息。


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是。ISO设置是传感器的灵敏度-在实践中,对来自传感器像素的信号施加的放大倍数可获得真实结果。

从理论上讲,您可以使用曝光补偿来后期处理,以产生与较低或较高的ISO类似的结果-我一直发现,在“相机内”正确拍摄它的效果要好得多。在数字化之前以模拟方式完成放大。


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我确实相信您是对的:在我的佳能DSLR上,具有ISO1600的RAW文件会产生很多噪音
Danny T.

@Alan您无法击败将其正确安装到相机中。RAW非常适合解决白平衡问题,但我尝试不依赖它进行曝光/测光,因为结果永远不会那么好。
罗兰·肖

“理论上,您可以后期处理以产生与较低或较高的ISO相似的结果” ...当然不是吗?您无法消除较高ISO产生的噪音。
AJ Finch

@AJ我在想停下来纠正一下,但您不能阻止将曝光提前进行。
罗兰·肖

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@Rowland我不确定我是否完全理解您的评论,但是是的,场景的类型会极大地影响您的曝光决定,我的意思是我不相信这样的曝光-所以您不需要-换岗一定是最佳选择。我同意第一次做正确的事是可取的,但是在曝光方面,我认为没有“正确”的事。有一些设置可以保留高光细节设置以减少噪音等。能够在后期调整曝光是一种有用的工具,而不仅仅是纠正“错误”的工具。
Matt Grum

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如果#3是正确的,则可以在ISO 1600下拍摄4档曝光过度的RAW图片,然后在后期处理中以ISO 100生成JPEG,这与原始照片以ISO 100拍摄的相同。

不可以。如果使用ISO 100设置拍摄照片,则曝光会比使用ISO 1600设置得到不同的曝光(芯片上的光线更多)。无论如何实现放大(在硬件或软件中),您的ISO 1600图像都会比ISO 100图像携带更多的噪点。


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如果您使用相同的光圈和曝光时间拍摄同一场景的两张照片,而仅改变ISO,则每张照片中相同的光会照射到传感器上.ISO 1600拍摄的照片比照亮的亮度高4级。一项为ISO 100,因此“四级曝光过度”。
埃文·克拉尔

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ISO对撞击传感器的光量没有影响。无论数字转换之前或之后放大了ISO,ISO都会影响所得的数字图像亮度。使用ISO 100和ISO 1600进行相同的曝光,但是从本质上讲,这意味着您必须在传感器上有更多的光线...
Nick Bedford

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相机镜头将外界的微型图像投射到位于相机内部和背面的光敏图像传感器的表面上。该图像传感器覆盖了数百万个照片站点。大多数照片站点都覆盖有红色,绿色或蓝色的滤镜。在曝光期间,场景中的光线会在光场上播放。这些接收光子命中率与场景亮度成比例。

光子撞击在光站点内产生电荷。这种电荷的强度与光子命中数成正比。命中计数是快门保持打开状态和场景亮度以及镜头(光圈)的工作直径的总和。如果场景亮度不佳,相机自动化或摄影师会放大工作光圈,或者快门速度会降低。如果选择较快的快门速度,则必须增加工作光圈等。

在每种情况下,曝光结束时的电荷量都是微不足道的。芯片内置的逻辑将电荷转换为微弱的模拟信号,然后将其放大并转换为数字信号。这是您所要求的放大应用。

如果电荷微弱,则必须增加放大倍数。如果场景照明不佳,则充电会很弱。如果使用的快门速度超快,则充电将很弱。我们打开了镜头的工作直径,因为这允许更多的光能进入。如果场景亮度需要增强,我们可以带上人造光。

让我们谈谈放大:数码相机中的放大对应于调高收音机或电视的音量。在数码相机中,放大倍数越高,拍照机会就越暗淡,或者快门速度高。增加的放大率归类为高ISO设置。ISO代表国际标准化组织。他们负责使胶卷感光度标准化,并且数码相机行业已采用ISO感光度标签方法。

增加ISO的代价是:对于大多数成像传感器,每个光敏石都有自己的放大器。每一个都可能比其邻居放大一些。当放大倍数过高时,应再现为黑色的视线通常会显示为深灰色。这会发送虚假信息,我们称之为噪声。另外,如果放大倍数过高,一些电荷可能会泄漏到相邻的光点中,我们称其为光晕。是的,高ISO可以而且确实会降低质量,但它也允许在挑战性条件下进行摄影。新的成像芯片和相机软件上的技术进步可以更好地减轻噪声和光晕。


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嗨,艾伦,很好的答案,但如果可以的话,请不要签字,我们将不胜感激。
约翰·卡文

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警告:我的回答是100%轶事,是根据Panny FZ-28的结果得出的,该产品极有可能无法像DSLR一样处理RAW。

话虽如此,自第一天起,我就一直在使用低照度相机来应对噪音水平。可以用一个小型传感器绞尽脑汁的只有这么多性能,但是我已经尝试了很多方法来尽力获得最佳结果。

由于随着ISO的增加,我看到噪点的急剧增加,因此我通常尝试将ISO固定为100或接近100。但是,我尝试的其中一项操作是在RAW下以ISO 100拍摄RAW,但曝光不足以保持快门我想要的速度。后处理可以使我(在某种程度上)解决曝光问题,但是当我这样做时,我会拾取到一些杂讯,这些杂音似乎与我刚开始将ISO设置为更高时差不多。当我增加ISO和曝光量时,我看到了非常可比的噪音水平(这样我就不必在后期处理中增加曝光量),这使我相信几乎没有空间来“欺骗系统”。

我没有做任何阅读来支持这一点,但是基于我所看到的,我倾向于认为上面的#1或#2(个人而言,我认为是#1)都是正确的。


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RAW几乎是传感器输出到存储的直接转储,因此#1和/或#2是显而易见的选择(尽管我认为佳能在写入RAW之前已经对数据进行了一些处理,也许其他人也是如此)。

增加传感器灵敏度的一种好方法是增加施加在其上的电压。这既增加了给定输入的输出,又增加了噪声(在数码相机上调高EI时确实会观察到这两种情况)。

我很难设想您如何在传感器之前应用某种光放大,尽管可以即时调整(传感器的确在每个元素上都有微透镜以收集到该元素的光,这确定了元素的大小并具有一个小但固定的效果)。

选项3将在收集后修改RAW数据,这与从相机读取RAW文件后对其进行修改相同。某些相机(请参见上文)可能会尝试这样做,尤其是为了滤除噪点。大多数人不会这样做,而是留给用户操作员(事实上,几年前,佳能和尼康之间发生了一场争斗,与佳能相比,佳能似乎产生了更加生动的图像,这被发现是由佳能将相机内操作应用于RAW数据,这引起了不希望其相机执行此操作的用户的不满。

请记住,所有这些都是针对中高端DSLR的,入门级型号可能会进行很多相机内过滤和增强功能,但是使用那些相机的人通常不是RAW拍摄者,他们的RAW模式也很干净。

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