Sollten höhere ISOs wirklich bevorzugt werden (alle anderen Dinge sind gleich)?

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Mein Verständnis der ISO-Einstellung bei Digitalkameras ist, dass eine Änderung der ISO im Gegensatz zu Filmkameras keine physische Änderung der Kamera hervorruft. Sie weist die Kamera lediglich an, die von den Sensoren gelesenen Analogspannungen mit einer konstanten Zahl zu multiplizieren, wodurch die Helligkeit dieses Pixels im ausgegebenen JPEG-Bild erhöht wird. Und da die RAW-Dateien die tatsächlich gelesenen Spannungen speichern, bevor Änderungen an der Helligkeit vorgenommen werden, sind die Werte in der RAW-Datei unabhängig von der ISO-Einstellung gleich. So wenn Sie nur Bilder im RAW - Format schnappen, hat die ISO - Einstellung absolut nichts (Auch wäre es Digitalkameras bedeutet mit höherer ISOs vollständig ein Marketing - Gag ist) .

Dieser hoch gewählte Posten widerspricht dem jedoch. Es zeigt folgendes Bild: in
Rauschen bei ISO-Einstellungen
dem behauptet wird, dass die ISO - Einstellung wird die RAW - Ausgabe beeinflussen! † Außerdem heißt es: "Um das Rauschen so gering wie möglich zu halten, bringen Sie so viel Licht wie möglich in die Kamera und verwenden Sie dann die höchste ISO, die Sie können, ohne zu überbelichten."

Wenn ich das richtig verstehe, werden alle Bilder mit derselben Verschlusszeit unabhängig von der ISO-Einstellung zum selben (RAW-) Bild führen. Wenn die Erklärung im obigen Beitrag jedoch korrekt ist, können (RAW-) Bilder, die mit einer falsch belichteten ISO-Einstellung aufgenommen wurden, in der Software nicht ohne zusätzliches Rauschen korrigiert werden. (Ich habe diesen Thread online gefunden, in dem sich mehrere 'Experten' darüber streiten, welches Verständnis richtig ist, aber nie zu einer Schlussfolgerung gelangen.)


Um herauszufinden, welches Verständnis richtig ist, habe ich versucht, ein Bild mit verschiedenen ISO-Werten und Verschlusszeiten im RAW + JPEG-Modus aufzunehmen. Ich habe dann die RAW-Dateien in Photoshop geladen und in "Camera Raw" (vor der JPEG-Konvertierung) automatisch korrigiert .

Dies waren die Ergebnisse (zum Vergrößern anklicken) :

RAW-Bilder mit automatischer PS-Korrektur
(Alle Aufnahmen mit der Sony A390 DSLR. Blende f / 5.6, 18-55 mm Zoomobjektiv auf 55 mm eingestellt)

Und zum Vergleich: Hier sind die JPEGs, die von der Kamera für dieselben Aufnahmen erstellt wurden (ohne Photoshop-Korrektur):

JPEG-Bilder mit automatischer PS-Korrektur

Es scheint, dass wir beide falsch liegen (Was!?! ?? !!?) . Die ISO-Einstellung hatte definitiv einen großen Unterschied im endgültigen RAW-Bild, aber es scheint, dass selbst wenn es zu einer Unterbelichtung kommt , die niedrigste ISO-Einstellung immer noch das geringste Rauschen zur Folge hat !!

Ich gehe davon aus, dass ich, um zu verstehen, warum das so ist, genau wissen muss , wie die ISO-Einstellung in DLSRs funktioniert. Könnte mir das bitte jemand erklären? Ist der Sensor physikalisch empfindlicher oder handelt es sich um eine einfache digitale (oder möglicherweise analoge) Verstärkung des Spannungssignals? Oder funktioniert es bei verschiedenen Kameras anders (meine ist eine eher untergeordnete DLSR) ? Wenn der Sensor physikalisch nicht empfindlicher wird, warum wirkt sich die ISO-Einstellung auf das RAW-Bild aus? Warum führte ein unterbelichtetes ISO100-Bild (nach Photoshop-Korrektur) zu weniger Rauschen als dasselbe Bild mit derselben Blende / demselben Verschluss bei (korrekt belichtetem) ISO3200?


(Zumindest denke ich, das ist es, was er sagt. Der Beitrag ist zweideutig, ob die Autokorrektur an der RAW- oder der JPEG-Datei vorgenommen wurde. Ich gehe nur davon aus, dass dies an der RAW getan wurde auf das JPEG wäre nur doof - er würde das Komprimierungs- + Quantisierungsrauschen verstärken, nicht das Kamerarauschen, was den gesamten Beitrag falsch machen würde)

BlueRaja - Danny Pflughoeft
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Gute Frage. Ich habe selbst eine Weile das gleiche "mentale Modell" von ISO gehabt, obwohl ich verstanden habe, dass die tatsächliche Leistung nicht ganz mit diesem Modell übereinstimmt.
D. Lambert
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Es hilft nicht, dass Sie die Ausgabe eines 2006-Jahrgangs 30D und eines 2010-Jahrgangs α390 vergleichen. Bit - Tiefe und „Breite“ haben eine veränderte Menge im Laufe der Jahre, bis zu dem Punkt , wo Sie im Wesentlichen Kodachrome (ein ziemlich pingelig Diafilm) zu Kodacolor (genügend Spielraum für Einwegkameras) zu vergleichen.
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Ja, kein Duplikat nach der Bearbeitung.
Mattdm
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Es ist möglich, dass die Aussage, dass es im RAW-Modus keinen Unterschied zwischen den ISO-Werten gibt, falsch ist, wenn die Wahrscheinlichkeit besteht, dass die automatischen Belichtungsalgorithmen durch Rauschen beeinträchtigt werden, das auf einen höheren ISO-Wert zurückzuführen ist und eine längere Verschlusszeit ermöglicht.
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@ BBking: Ja, das ist es, was ich endlich auch daraus gemacht habe. Ich hatte gerade aus Matts Beitrag die höchst schockierende Aussage gelesen: "Eigentlich ist hohe ISO gut!" während der versteckte Subtext "..good im Vergleich zur Erhöhung der Helligkeit in der Post, aber immer noch nicht so gut wie die Erhöhung der Blende, Verschlusszeit oder Beleuchtung!"
BlueRaja - Danny Pflughoeft

Antworten:

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Es wäre falsch zu glauben, dass eine Erhöhung des ISO-Werts überhaupt keine "physischen" Änderungen an der Kamera zur Folge hat. Das Problem mit ISO ist, dass die Leute es oft Empfindlichkeit nennen . Das ist wirklich eine Fehlbezeichnung. Die Empfindlichkeit ist ein festes Attribut eines bestimmten Sensors und kann nicht geändert werden.

Die Empfindlichkeit ist wirklich gleichbedeutend mit der Quanteneffizienz der Fotodioden, wobei der Prozentsatz des Lichts berücksichtigt wird, der durch das IR-Sperrfilter, das Low-Passe-Filter und das Farbfilter-Array herausgefiltert wird. Im Allgemeinen haben die meisten DSLRs heutzutage eine "Lichtempfindlichkeit" von 13 bis 18%. Dies bedeutet, dass nur etwa 13 bis 18% des durch das Objektiv geleiteten Lichts tatsächlich die Fotodiode erreicht und tatsächlich ein Elektron abgibt. Ungefähr 60% des Lichts oder mehr werden durch den Filterstapel und die CFA gefiltert, und die Quanteneffizienz von Photodioden (die Rate der Photonenstöße zur Elektronenfreisetzung) in modernen Sensoren reicht von ~ 45% bis ~ 60%.

ISO ist eigentlich nur eine Anweisung an die Elektronik der Kamera, um zu ändern, wie die im Sensor gespeicherte elektronische Ladung, das analoge Signal, verstärkt wird, um eine ordnungsgemäße Belichtung zu erzielen. In diesem Sinne gibt es eine "physikalische" Änderung dessen, was tatsächlich mit dem Bildsignal in der Elektronik des Sensors geschieht. Beim Auslesen wird eine bestimmte Verstärkung auf das Originalsignal im Sensor angewendet. Durch Erhöhen der ISO wird diese Verstärkung geändert, was zu einer immer stärkeren Verstärkung des Signals führt.

Ihre Frage ist, spielt das Erhöhen der ISO eine Rolle, und wirkt sich das Ändern der ISO auf die RAW aus? Die Antwort lautet JA und JA! Wenn Sie alles mit ISO 100 aufgenommen und die "Verstärkung" in der Post digital geändert haben, sind Ihre Bilder viel rauschintensiver als wenn Sie die am besten geeignete Einstellung in Ihrer Kamera verwenden. Die von der Kamera durchgeführten Mechanismen zur Verstärkung des Bildsignals sind Ihrer grundlegenden digitalen ISO-Anhebung mit einer Art Nachbearbeitungstool wie Lightroom weit überlegen. Das Beispielbild von Matt Grum, auf das Sie im Originalbeitrag verwiesen haben, sollte ein ideales Beispiel dafür sein. Beachten Sie, wie viel stärker das Rauschen im digital verstärkten ISO 100-Bild ist als im ISO 1600-Bild? Es gibt viel blaues Farbrauschen, Streifenmuster tauchen allmählich auf und es kommt zu Detailverlusten. Die Kamera hat eine viel bessere Arbeit geleistet, als ihr gesagt wurde, dass sie ISO 1600 verwenden soll ... es gibt weniger Rauschen, mehr Details, schärfere Details.

Der Grund, warum ISO in der Kamera verstärkt wird, ist, dass es mit dem ursprünglichen, nativen Signal direkt vor dem Sensor funktioniert, bevor eine nachgeschaltete Elektronik die Möglichkeit hat, zusätzliches Rauschen einzuführen. In einem CMOS-Bildsensor (CIS) ist in jedem Pixel eine Rauschunterdrückungsschaltung (CDS, Correlated Double Sampling) eingebaut. Diese misst die Dunkelstromladung im Pixel zum "Rücksetzzeitpunkt" und speichert sie so kann beim Auslesen subtrahiert werden) sowie ein eingebauter Verstärker. Wenn jede Pixelspalte ausgelesen wird, wird die Ladung des Pixels zuerst durch die CDS-Schaltung entgiftet, und diese "saubere" Ladung wird dann direkt verstärkt, bevor sie zu der vom Chip gesendeten Ausleseschaltung gesendet wird. Die Analog-Digital-Umwandlung (ADC) erfolgt bei den meisten Kameras außerhalb des Sensorchips in einem DSP-Chip (es gibt einige Ausnahmen, mehr gleich).

ADCs sind normalerweise mäßig parallel, es können acht, sechzehn oder mehr in einer bestimmten Kamera sein. Trotz der Parallelität muss jeder Hunderttausende, wenn nicht Millionen von Pixeln in einem Bruchteil einer Sekunde verarbeiten. Dies erfordert eine hohe Betriebsfrequenz, die zu zusätzlichen Geräuschen neigt. Dies ist die Hauptquelle für Farb- und Streifenrauschen in den meisten DSLRs, die solche Störungen aufweisen. Das ISO 100-Image, das nach dem Lesen verstärkt wurde, verstärkt auch dieses zusätzliche Rauschen nach dem Lesen, das nach dem Sensor auftritt .

Durch Erhöhen der ISO-Empfindlichkeit in der Kamera wird das Bildsignal direkt verstärkt, und alle weiteren nachgeschalteten Störfaktoren wirken sich nur auf das untere Ende des Signals aus. Dadurch bleibt das Verhältnis von Bild zu elektronischem Rauschsignal erhalten. Es gibt einen zusätzlichen Störfaktor, der nichts mit der Elektronik zu tun hat. Die Zufälligkeit des Lichts selbst führt zu einer Poisson-Verteilung der Photonenstöße. Wenn weniger Gesamtlicht auf den Sensor fällt, ist das Poisson-Rauschen höher. Wenn Sie einen rauschfreien Sensor hätten, der überhaupt kein elektronisches Rauschen verursacht ... dann wäre die Verwendung von ISO 1600 dasselbe wie die Verwendung von ISO 100 und die Erhöhung der Belichtung um vier Nachstopps. Die Menge an Rauschen in den beiden Bildern wäre identisch, und es wäre alles Rauschen, das sich aus der zufälligen physikalischen Natur des Lichts ergibt.


Es gibt heute einen Sensor auf dem Markt, der nahezu geräuschlos ist. Der Sony Exmor- Sensor verwendet ein hochmodernes, spaltenparalleles ON-DIE-Digital-ADC / CDS-Auslesedesign. Im Gegensatz zu den meisten Sensoren, die ein analoges Signal über die gesamte Pipeline vom Sensor zum DSP (bis kurz nach dem ADC) aufrechterhalten, führt Exmor sowohl CDS als auch ADC On-Die und auf digitale Weise durch. Anstatt jedes Pixel mit einer analogen CDS-Schaltung zur Messung des Dunkelstroms pro Pixel führt Exmor einen Reset-Lesevorgang durch, wobei der Reset-Lesevorgang sofort in digital umgewandelt wird und die gesamte Dunkelstromladung des Sensors in einem virtuellen Bild mit negativen Werten speichert. Bei einer Belichtung wird das Bildsignal ausgelesen, in ein digitales umgewandelt und das negative Rücksetzbild auf das positive Belichtungsbild angewendet.

Da es in Exmor einen ADC pro Spalte gibt und nicht einen ADC pro Dutzend Spalten, können sie mit einer niedrigeren Frequenz arbeiten. Zwischen der Verwendung von digitalem CDS, spaltenweisem ADC und niederfrequenten Komponenten führt Exmor fast kein Rauschen ein , führt keine sichtbaren Streifen oder Musterrauschen ein und kann in jeder Hinsicht als "rauschfreier" Sensor angesehen werden.Es ist immer noch etwas Lärm zu hören, und eine ausreichende Erhöhung der Postexposition führt letztendlich dazu, dass dieser Lärm sichtbar wird. Man könnte jedoch ein Foto mit ISO 100 aufnehmen, es um vier Stufen anheben und es ungefähr so ​​gut aussehen lassen wie ein Foto mit ISO 1600. Tatsächlich, im Fall von Exmor ... das ist GENAU der Fall! Alle "Verstärkungen" in Exmor sind von Natur aus digital, obwohl die Sensorelektronik in der Regel besser darin ist, als die Belichtung in der Post manuell um einen kleinen Abstand anzuheben.


Es ist auch wichtig zu wissen, dass die Erhöhung der ISO selbst selbst kein Rauschen verursacht. ISO ist keine Rauschquelle! Unter der Annahme eines rauschfreien Sensors ist bei Belichtung einer statischen Szene mit ISO 100 und Belichtung derselben statischen Szene mit ISO 3200 das Rauschen höher. Warum fragst du? Ursache ist das Poisson-Rauschen, besser bekannt als Photon-Shot-Rauschen oder Rauschen, das durch die zufällige Natur des Lichts verursacht wird. Im korrekt belichteten ISO 100-Bild verwenden Sie entweder eine größere Blende, einen längeren Verschluss oder beides. Nehmen wir zur Diskussion an, wir ändern nur die Verschlusszeit, um den DOF beizubehalten und bei ISO 100 und ISO 3200 genau die gleiche Szene zu erzielen. Der Unterschied in der Verschlusszeit beträgt fünf Blendenstufen. Das ist ein zweiunddreißigfacher Unterschied in der Lichtmenge am Sensor! Je mehr Licht Sie haben, desto weniger Rauschen tritt auf. Das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) des Bilds zum eigenen natürlichen Rauschen ist bei einem korrekt belichteten ISO-100-Bild höher und bei einem wesentlich niedriger korrekt belichtetes ISO 3200-Bild.

Wenn wir die Nikon D800 (die einen Sony Exmor-Sensor verwendet) verwenden, ein um fünf Stufen unterbelichtetes Bild bei ISO 100 und ein ordnungsgemäß belichtetes Bild bei ISO 3200 aufnehmen und das ISO 100-Bild verstärken, wird es noch etwas rauschiger als das ISO 3200-Image. Es hat effektiv das gleiche SNR im Verhältnis zum Photonenrauschen und wird auch einen sehr kleinen Beitrag zum Leserauschen haben, der zusammen mit dem Rest des Bildes verstärkt wird.


Nun, Sie wollten genau wissen, wie ISO in einer modernen Digitalkamera funktioniert. Dies ist keine vollständige Erklärung, und verschiedene Hersteller behandeln bestimmte hohe ISO-Einstellungen unterschiedlich. Beispielsweise verstärken Canon-Sensoren das Bildsignal direkt vom Sensor nur bis zu einem bestimmten Punkt und verwenden dann einen zusätzlichen nachgeschalteten Verstärker zwischen dem Sensor und dem ADC, um die obersten Stopps zu erzielen (dh in einer Kamera, zu der sie gehen) ISO 6400, ISO 1600 ist die maximale "nativ verstärkte" Einstellung, und ISO 3200 und 6400 beinhalten eine zusätzliche nachgeschaltete, aber immer noch analoge Verstärkung digitaler Boost. Eine Einstellung mit der Bezeichnung HI oder H1, H2 usw. ist also keine echte ISO-Einstellung. Es handelt sich um eine gefälschte ISO-Einstellung.

jrista
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Möglicherweise möchten Sie auch die ISO-Empfindlichkeit erhöhen, wenn Sie bei schlechten Lichtverhältnissen fotografieren, z. B. beim Sport in Innenräumen. Auch hier geht es nicht unbedingt um "Belichtung" ... technisch gesehen handelt es sich bei der Belichtung um die Lichtmenge am Sensor, die ausschließlich von Blende und Verschluss beeinflusst wird. Auch beim Sport ... benötigen Sie einen ausreichend hohen Verschluss, um die Bewegungen der Spieler angemessen einzufrieren. Bei Nachtaufnahmen kann es bei hohen ISO-Werten schließlich zur "Belichtung" kommen ... aber nicht immer. Ich kann den Nachthimmel 45 Sekunden lang bei 400 ISO belichten, ohne dass ein Anlauf erfolgt, aber beim Schießen von Meteoren ist es wieder ...
jrista
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... nicht unbedingt über Belichtung. Ich möchte ein bestimmtes Helligkeitsverhältnis zwischen den Meteoren und den Sternen. Langzeitbelichtungen erhöhen das Helligkeitsverhältnis zu sehr, was zu sehr dunklen Meteoren führt. Kürzere Belichtungszeiten bei höheren ISO-Werten führen zu einer ähnlichen "Zeit auf Pixeln". Dadurch kann ich das Verhältnis zwischen Sternen und Meteoren verringern, was die Meteoren relativ viel heller und interessanter macht. Wenn ich mehr "Belichtung" will, verwende ich ein Objektiv mit einer größeren Blende, wodurch der Sensor im wahrsten Sinne des Wortes besser beleuchtet wird. Allerdings würde ich immer noch einen höheren ISO-Wert verwenden, um die Zeit auf Pixeln für Meteoritenschauer zu normalisieren.
jrista
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Erstens bin ich mir nicht sicher, wie Ihre Kamera eine "Basis" ISO von 400 haben könnte, wenn sie auch ISO 100 hat. Normalerweise ist ISO 100 die Einstellung, die den Sensor "voll ausnutzt". Wenn FWC 60.000 Elektronen beträgt, stellt ISO 100 sicher, dass die maximale Sättigung in Bezug auf Elektronen 60.000 beträgt, und wendet die erforderliche Verstärkung an, um sicherzustellen, dass Ladungen im Wert von 60.000 Elektronen in die maximale digitale Einheit konvertiert werden (unter der Annahme, dass kein Bias-Offset vorliegt, in einem 14 -bit-Sensor, der 2 ^ 14 oder 16384 wäre.) ISO 400 würde eine Verstärkung erfordern, um sicherzustellen, dass eine max. saß. von 15.000 konvertiert in eine digitale Einheit von 16384 usw.
jrista
1
Es gab viele Kommentare im Internet zu Canon, die eine ISO-Basis von 160 verwendeten. Das ist auch ein Trugschluss, da Rauschen und ISO ein wenig zu sehr miteinander in Beziehung gesetzt werden. Canon verwendet einen seltsamen ISO-Mechanismus. Ihre Verstärker sind nur in der Lage, Vollstopp-Schritte auszuführen. Daher müssen alle Einstellungen für Drittstopp oder Halbstopp von einer nativen Vollstopp-Einstellung aus "gedrückt" oder "gezogen" werden. ISO 125 ist ein 1/3-Stop-Push von ISO 100, der vom nachgeschalteten Verstärker (Post-Sensor / Pre-ADC) ausgeführt wird. ISO 160 ist ein 1 / 3. Haltestelle nachgelagerten Pull von ISO 200. Das Gleiche gilt für 250/320, 500/650, 1000/1250, usw. Basis ISO ist noch 100.
jrista
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Push-Belichtungen haben mehr Rauschen als die Einstellung, auf der sie basieren. ISO 125, 250, 500 und 1000 weisen alle ein höheres Rauschen auf als die übergeordneten ISO 100, 200, 400 und 800. Umgekehrt weisen gezogene Belichtungen ein geringeres Rauschen auf als die Einstellung, auf der sie basieren. ISO 160, 320, 640 und 1250 weisen ein geringeres Rauschen auf als die übergeordneten ISO 200, 400, 800 und 1600. Der Unterschied im Rauschen ist häufig deutlich, weshalb so viele Leute glauben, Canon verwende eine ISO-Basis von 160, da Es sieht oft sauberer aus als ISO 100. Basis-ISO ist wirklich gut und wirklich 100, aber manchmal sind solche Mythen schwer zu entlarven.
jrista
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Durch Ändern der ISO-Einstellung wird eine Änderung der Kamera ausgelöst und die On-Chip-Verstärkung geändert . Die vom einfallenden Licht erzeugten Spannungen werden vor der Digitalisierung verstärkt. Der Grund dafür ist, dass das analoge Signal auf dem Weg zum ADC (Analog-Digital-Wandler) Rauschen aufnimmt. Indem Sie zuerst ein schwaches Signal verstärken, werden die Auswirkungen dieses Rauschens im Vergleich zum Digitalisieren des schwachen Signals und zum anschließenden mathematischen Anwenden der Verstärkung auf die digitalisierten Werte (wie in Ihrem Beispiel in Photoshop) verringert, da hierdurch das Leserauschen verstärkt wird.

Der Grund, warum Sie mit Ihrem Sony a390 nicht den gleichen Effekt erzielen, ist die patentierte Sony-Technologie, die die Entstehung von Lesegeräuschen auf dem Weg zum ADC drastisch reduziert . Der einzige Vorteil der ISO-Einstellung in der Kamera besteht darin, das Quantisierungsrauschen zu reduzieren, das auftreten kann, wenn nicht genügend digitale Werte vorhanden sind, um kleine Änderungen in einem schwachen Signal darzustellen. Abgesehen davon ist die ISO nahezu redundant (oder, was noch schlimmer ist, es ist kontraproduktiv, als ob die Messung falsch wäre. Ein Image mit hoher ISO kann abgeschnitten werden, ein Image mit niedriger ISO hingegen nicht).

Matt Grum
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Eine analoge Verstärkung würde das Rauschen überhaupt nicht reduzieren - in der Tat wird der Verstärker immer einen geringen Eigenrauschanteil verursachen. Dies ist jedoch der Verstärkung nach der Analog-Digital-Wandlung vorzuziehen , da dadurch die Daten mit den niedrigsten Bitwerten verloren gehen (was zu einem Qualitätsverlust des Bildes führt - das ist mit Quantisierung gemeint) Lärm) . ... Wenn ich es mir überlege, würde diese Erklärung erklären, warum ISO3200 in meinen Bildern oben ein höheres Rauschen aufweist - ich frage mich, ob dies der richtige / einzige Grund ist.
BlueRaja - Danny Pflughoeft
@ BlueRaja-DannyPflughoeft Jeder Schritt im Prozess fügt zusätzliches Dunkelstromrauschen hinzu. Aus diesem Grund wird der analoge Spannungswert für jeden Sensor vor dem Auslesen (für CMOS-Sensoren) auf Sensorebene auf dem Chip verstärkt. Analog Verstärkung verringert nicht „Photon“ Rauschen durch die zufällige Natur des Lichts verursacht , die die Dichte der Photonen zu einem bestimmten Zeitpunkt innerhalb eines Lichtfeldes beeinflusst, aber es sicher tut den Effekt der Verringerung Leserauschen (a / k / a Dunkelstromrauschen ), die zwischen jedem Sensor und dem DAC hinzugefügt wird.
Michael C
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Und da die RAW-Dateien die tatsächlich gelesenen Spannungen speichern, bevor Änderungen an der Helligkeit vorgenommen werden, sind die Werte in der RAW-Datei unabhängig von der ISO-Einstellung gleich.

Diese Annahme ist falsch. ISO-Einstellungen in Digitalkameras ändern die Stärke der Verstärkung der analogen Spannung von jedem Sensor (Pixelfeld) vor dem Auslesen des Signals, geschweige denn die Umwandlung in digitale Informationen.

In Rohdateien werden die Werte des verstärkten analogen Signals aufgezeichnet, das in digitale Informationen umgewandelt wurde. Der Grund dafür ist, dass durch die elektronischen Pfade zwischen dem Sensor und dem Digital-Analog-Wandler (DAC) zusätzliches Rauschen entsteht. Wenn die analogen Spannungen von jedem Sensor vor dem Auslesen nicht verstärkt werden, sind sie so schwach, dass das vom Pfad zwischen Sensor und DAC hinzugefügte Dunkelstromrauschen alle bis auf die stärksten Signale (z. B. alles außer Bildern) überwältigen würde die bei sehr hellem Licht und / oder für sehr lange Zeiträume aufgenommen wurden).

Wenn Sie also Bilder nur im RAW-Format aufnehmen, hat die ISO-Einstellung absolut nichts zu bedeuten (Digitalkameras mit höheren ISO-Werten sind auch ein Marketing-Gimmick).

Da Ihre oben zitierte ursprüngliche Prämisse falsch ist, folgt daraus, dass die Schlussfolgerung, die auf dieser falschen Prämisse basiert, ebenso falsch ist. Was vom ADC konvertiert und in den Rohbilddaten aufgezeichnet wird, wird wesentlich durch die On-Die-Verstärkung der analogen Spannung von jedem Sensor beeinflusst.

Der Rat in der Antwort, auf den am Anfang der Frage verwiesen wird, ist zu verstehen als "... lassen Sie genug Licht in die Kamera und verwenden Sie dann den höchsten ISO - Wert , der nicht zu geblasenen Lichtern führt. Wenn genug Licht in die Kamera gelassen wird Kamera, diese ideale ISO-Einstellung könnte durchaus die minimale ISO-Einstellung der Kamera sein. Nur wenn wir durch die Menge des verfügbaren Lichts, die maximale Blendenbreite / die Blendeneinstellung der Kamera, die erforderlich ist, um eine gewünschte Schärfentiefe zu erhalten, oder die erforderliche Verschlusszeit begrenzt sind Verhindern Sie das Verwischen eines sich bewegenden Motivs. In diesem Fall wird empfohlen, die ISO-Empfindlichkeit auf die höchste Einstellung zu erhöhen, ohne dass die Glanzlichter überbelichtet werden.

Michael C
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3

Sensoren können nicht empfindlicher oder unempfindlicher gemacht werden. Sie reagieren einfach auf Fotos, indem sie eine elektrische Ladung freisetzen, die sich pro Fotosite ansammelt.

Diese Gebühr ist eine analoge Menge. Technisch gesehen ist es auf atomarer Ebene diskret, wird aber als analoger Wert behandelt. Wenn ISO auf der Kamera eingestellt ist, ändert sich der Sättigungspunkt, der auf den höchstmöglichen Digitalwert abgebildet wird. Geringere Ladungen werden vom A / D-Wandler proportional abgebildet, weshalb Sie bei allen normalen ISO -Werten immer noch die gleiche Bittiefe pro Pixel erhalten . Im Gegensatz zu erweiterten ISO, die am häufigsten digital verarbeitet werden.

Die RAW-Ausgabe zeichnet die digitalen Werte auf und wird daher von ISO beeinflusst. Wenn Sie das Signal digital multiplizieren, um ISO zu emulieren, verlieren Sie die Bittiefe und multiplizieren das im analogen Signal vorhandene Rauschen.

Itai
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Wenn Sie das analoge Signal verstärken, multiplizieren Sie auch das im Signal vorhandene Rauschen. Diese Taste verstärkt das Signal, bevor sich zu viel Rauschen angesammelt hat.
Matt Grum
Diese Antwort bestätigte, was ich in der Frage bereits vermutet hatte - dies erklärt jedoch nicht, warum ISO3200 bei korrekter Belichtung bei gleicher Blende / Verschlusszeit mehr Rauschen aufweist als ISO100, oder warum meine Ergebnisse von den Ergebnissen von Matt
BlueRaja - Danny Pflughoeft vom
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Ich glaube, Ihre Annahme ist falsch. Obwohl es bei einigen Kameras möglicherweise eine feste Verstärkung gibt und es sich bei der ISO um eine rein digitale Filterung handelt (die genauso einfach offline durchgeführt werden kann), glaube ich, dass bei vielen Kameras die ISO-Einstellung tatsächlich die analoge Verstärkung des Detektors steuert.

Ein höherer ISO-Wert ist nicht wünschenswert, da ein höherer Gewinn ein höheres Rauschen bedeutet.

In jedem analogen Verstärkungssystem ist die Verstärkungsstufe wichtig, um das beste Signal zu erhalten. Im fotografischen System ist unser erster Gewinn die Lichtsammelkraft des Objektivs. Die zweite Verstärkung ist die Empfindlichkeit des Films bzw. die tatsächliche elektronische Verstärkung des Detektors.

Die Ergebnisse mit dem geringsten Rauschen werden erzielt, wenn Sie genügend Licht einlassen und nur eine moderate Verstärkung verwenden.

Die Verwendung von mehr Verstärkung (höherer ISO) im Detektor ist ein "notwendiges Übel" bei schlechten Lichtverhältnissen oder wenn kurze Belichtungszeiten erforderlich sind, um Bewegungsunschärfen zu vermeiden, oder wenn für die Schärfentiefe eine niedrige Blende erforderlich ist.

Die Wahl des ISO wird im Wesentlichen von den anderen Parametern bestimmt: verfügbares Licht / Blende und Verschlusszeit.

Anon
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Obwohl nicht per se falsch, ist die Aussage in dieser Antwort verwirrend.

Die Antwort besteht nicht darin, Rauschen bei verschiedenen ISO-Einstellungen zu vergleichen, sondern den Unterschied zwischen analoger und digitaler Verstärkung. Wenn Sie einen höheren ISO-Wert einstellen, wird eine analoge Verstärkung verwendet, sodass die Leistung besser ist als bei der Unterbelichtung und Kompensation bei der Nachbearbeitung, da hier eine digitale Verstärkung verwendet wird.

Eine nützlichere Aussage wäre:

Wenn Sie das Rauschen minimieren möchten, sollten Sie die niedrigstmögliche ISO-Einstellung verwenden. Sie sollten eine höhere ISO-Einstellung nur verwenden, wenn Sie eine korrekte Belichtung benötigen, wenn Sie nicht mehr Licht in die Kamera bringen können.

Guffa
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1

Um das Rauschen zu minimieren, möchten Sie so viel Licht wie möglich auf dem Sensor haben, vorausgesetzt, (1) Sie beschneiden keine Glanzlichter, bei denen Details erhalten bleiben sollen, (2) Sie stellen die Blende für die gewünschte Schärfentiefe ein und (3) Sie stellen den Verschluss ein Geschwindigkeit für die gewünschte Bewegungsunschärfe (Motiv und Kamera) oder fehlende Bewegungsunschärfe.

Hilft das Erhöhen der ISO, wenn Sie das oben Gesagte tun und die gewünschten Höhepunkte immer noch unterschritten haben? Wenn eine Erhöhung der ISO das Lesegeräusch verringert, kann dies Abhilfe schaffen. Dies hängt vom Sensor in Ihrer Kamera ab. Bei einigen Sensoren treten weniger Lesegeräusche auf, wenn Sie die ISO mindestens bis zu einem Punkt erhöhen. Bei anderen Sensoren (manchmal als ISO-weniger bezeichnet) nimmt das Leserauschen nicht mit der ISO zu.

Dies setzt voraus, dass Sie roh schießen.

Schaumbildung
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1

Ich habe mir das Problem angeschaut, dass in der High-ISO-Show mehr Rauschen zu sehen ist als in der Iso-100-Aufnahme, obwohl alle sagen, dass das Gegenteil der Fall sein sollte. Die Leute sagen dir, warum es umgekehrt sein sollte und Jrista hat dir gesagt, warum der Effekt bei deiner Kamera nicht so offensichtlich ist wie bei z. B. Canon-Kameras (fast gleich). Aber Sie bemerken, dass es bei ISO 100 nach dem Boosten anscheinend weniger Rauschen gibt und dass das Rauschen immer noch nicht gleich oder größer ist .

Ich habe Ihr Ergebnis untersucht. Die Schlussfolgerung der Matt-Originaldemonstration geht davon aus, dass das Endergebnis dasselbe Bild unter denselben Bedingungen ist, unter denen Sie dann die ISO erhöhen und die Belichtung in der Nachbearbeitung erhöhen, um eine ordnungsgemäße Belichtung zu erzielen. Dh gleiche Helligkeit bei gleichem einfallendem Licht. Ich vergleiche also Ihr Histogramm mit 0,01 Zeilen ISO 100 mit ISO 3200 und stelle fest, dass Sie die ISO 100 nicht so stark angehoben haben wie die ISO 3200. Es gibt einen Unterschied von etwa 40%.

iso3200 40 Prozent heller

Wenn wir Ihr ISO 100-Image verbessern, um es besser an die ISO 3200 anzupassen, sehen wir uns das Ergebnis an:

mehr Boost auf ISO 100

Jetzt sieht es ziemlich gleich aus, wenn Sie die Stärke des Rauschens betrachten, also hat Jrista Recht mit Ihrem nahezu perfekten Sensor. Vielleicht sind die Texturen im Dunkeln bei ISO 3200 etwas besser und die bläulichen Körner scheinen größer zu sein, aber es ist schwierig, die Qualität des Rauschens in diesen webkonvertierten Bildern zu bestimmen. Wir müssen die Ergebnisse auf den Rohstoffen sehen.

Michael Nielsen
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Eine sehr schnelle Antwort: Wenn Sie die ISO-Einstellung erhöhen, wird das Signal stärker verstärkt. Dies bedeutet, dass Sie auf "analoge" Weise multiplizieren (einen Strom verstärken) und nicht auf "digitale" Weise (eine Zahl mit 2 multiplizieren, mit 4 ... usw., was Ihrem mentalen Modell entsprechen würde ).

In den letzten Jahren hat ein Begriff an Popularität gewonnen (ich glaube nicht, dass er besonders gut gewählt ist), der einen Sensor beschreibt, der so funktioniert, wie Sie es sich vorstellen, und der "isoless camera" ist.

Francesco
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0

Bevor ich eine Antwort akzeptiere, möchte ich nur eine Zusammenfassung dessen hinzufügen, was ich aus all diesen tollen Antworten und verschiedenen anderen Quellen gelernt habe. Ich habe gesehen, dass mehrere Benutzer empfehlen, "die höchste ISO zu verwenden, die Sie ohne Überbelichtung verwenden können", ohne zusätzliche Erklärungen oder Qualifikationen, was völlig falsch ist.

Ich mache es Community-Wiki, also fühle dich frei, es zu ergänzen oder Fehler zu korrigieren.


Digitalkamera ISO Spickzettel

  • Wenn Sie den niedrigsten ISO-Wert verwenden (für eine bestimmte Belichtung müssen Sie entweder die Blende oder die Verschlusszeit ändern) , erhalten Sie immer das geringste Rauschen. Sie erhalten jedoch nicht immer das beste Bild .

    Beispielsweise kann eine lange Verschlusszeit bei ISO 100 dazu führen, dass das Bild ein wenig unscharf wird, während eine kürzere Verschlusszeit bei ISO 400 trotz des stärkeren Rauschens aufgrund fehlender Unschärfe besser aussieht (und das Rauschen möglicherweise nicht) sogar sichtbar sein) .

    Es gibt keine gute Regel zu wissen, wann dies der Fall sein wird. Sie sollten viel experimentieren, um diese Intuition zu erlangen.

    • ISO-Werte, die keine some-power-of-2 * 100Ausnahme darstellen, werden möglicherweise niedrigeren ISO-Werten vorgezogen. Siehe zum Beispiel hier .

    • Im Gegensatz zu dieser Antwort sind alle anderen Einstellungen gleich und ohne Übersteuerung sind alle ISO-Einstellungen im Hinblick auf das automatisch korrigierte RAW-Bild nahezu gleich. Der Unterschied besteht darin, dass die niedrigere ISO-Einstellung aufgrund von Informationsverlusten (da die Belichtungskorrektur eher digital als analog erfolgt) weniger Kontrast- / Quantisierungsrauschen aufweist , die Verstärker jedoch tendenziell etwas weniger Rauschen aufweisen Bei höheren ISO-Werten tritt Rauschen auf, und höhere ISO-Werte reagieren empfindlicher auf Bildrauschen .

      Genau das habe ich in den Bildern in der Frage beobachtet.

    • Bei einigen Sensoren kann durch Erhöhen des ISO-Werts das Leserauschen zumindest bis zu einem gewissen Punkt verringert werden. Siehe http://www.sensorgen.info/

  • Wenn entweder die Blendengröße oder die Verschlusszeit für die Aufnahme, die Sie machen möchten, flexibel sind (dh keine Unschärfe verursachen, Ihre künstlerische Sicht nicht beeinträchtigen usw.) , verwenden Sie die Kombination, die es Ihnen ermöglicht, die niedrigstmögliche ISO zu erzielen , während immer noch die richtige Belichtung, um das Rauschen zu minimieren.

    • Wenn entweder die Blendengröße oder die Verschlusszeit für die Aufnahme, die Sie machen möchten, flexibel sind (dh keine Unschärfe verursachen, Ihre künstlerische Sicht nicht beeinträchtigen usw.) , verwenden Sie die Kombination, die das hellste Licht auf dem Sensor erzeugt , solange Sie keine Glanzlichter ausschneiden, bei denen Sie Details beibehalten möchten.
  • Wenn die Blendengröße und die Verschlusszeit fest und unveränderlich sind, wählen Sie die ISO, die die richtige Belichtung bietet, um das Rauschen zu minimieren.

    • Dies ist möglicherweise nicht immer möglich. Wenn Sie zwischen einer niedrigeren ISO, die unterbelichtet ist, und einer höheren ISO, die überbelichtet ist, wählen müssen, ist es im Allgemeinen besser, die höhere ISO zu wählen und die Belichtung nachträglich festzulegen.
  • Wenn die Blendengröße und die Verschlusszeit sowohl starr als auch unveränderlich sind, wählen Sie die ISO, die das geringste Lesegeräusch liefert, solange Sie keine Glanzlichter ausschneiden, bei denen Sie Details erhalten möchten, und die Helligkeit nachträglich anpassen.


Mehr Info

  • Die Werte der Kamerasensoren sind analog, müssen jedoch in digitale Werte umgewandelt werden, damit sie von einem Computer verwendet werden können. Eine Verstärkung dieser Werte muss vor der Analog-Digital-Wandlung erfolgen, um Informationsverlust (Quantisierungsrauschen) zu vermeiden . Die ISO-Einstellung in der Kamera steuert, wie viel analoge Verstärkung durchgeführt wird. Aus diesem Grund wirkt sich die ISO-Einstellung auf die RAW-Ausgabe aus.

  • Die Einstellung "Auto-ISO" bei vielen Kameras überschreitet eine bestimmte ISO nicht (um Rauschen zu vermeiden) , auch wenn diese ISO für eine ordnungsgemäße Belichtung erforderlich ist. In diesen Fällen müssen Sie die ISO manuell einstellen.

  • Der Belichtungsmesser ist nicht immer korrekt. Das Ermitteln der korrekten Belichtung erfordert daher möglicherweise einige Experimente.

  • Bilder werden manchmal absichtlich überbelichtet, um das Rauschen zu verringern und eine möglichst nützliche Bittiefe aus der RAW-Ausgabedatei zu erhalten. Dies wird als Expose To The Right (ETTR) bezeichnet ( siehe auch ) . In diesem Fall gelten weiterhin alle oben genannten Regeln für Spickzettel. Ersetzen Sie einfach den Ausdruck "richtige Belichtung" durch "höchste Überbelichtung ohne Beschneiden".

    • Wenn Sie zu viel überbelichten, werden die Werte abgeschnitten (maximal, weil sie höher sind, als der Sensor verarbeiten kann) . Aus diesem Grund konnten die ISO 800- und ISO 3200-Aufnahmen links im Bild nicht wiederhergestellt werden.
BlueRaja - Danny Pflughoeft
quelle
Ich würde "richtige Belichtung" als "höchste Belichtung ohne Überbelichtung" und oft sogar als "höchste Belichtungsbeschneidung nur Spitzlichter" bezeichnen, da "geringer Kontrast" wie im Beispiel selten vorkommt und Überbelichtung definitionsgemäß mehr ist als das, was es bedeutet schneide noch mehr.
Michael Nielsen
"... und weil höhere ISO-Werte empfindlicher auf Bildrauschen reagieren." Nur wenn die aufgenommene Lichtmenge geringer ist! Das Schussrauschen ist das Ergebnis der zufälligen Verteilung von Photonen innerhalb eines Lichtfeldes. Wie bei allem, was von der Zufälligkeit betroffen ist, ist die Abweichung des Durchschnittswertes von der Norm umso geringer, je höher die Stichprobengröße ist. Je kleiner die Stichprobengröße ist, desto größer ist die Standardabweichung von der Norm.
Michael C
"Genau das habe ich in den Bildern in der Frage beobachtet." Sie haben festgestellt, dass Ihre Konvertierungssoftware das ISO-Image nicht automatisch auf die gleiche Helligkeit wie das ISO-3200-Image angehoben hat. Bitte siehe @MichaelNielsen Antwort.
Michael C