Habilidades fotográficas de sensibilidad ISO en fotografía digital.
Una breve discusión sobre las técnicas de disparo de sensibilidad ISO en fotografía digital
¿Cómo se llama sensibilidad ISO junto con la apertura y el obturador? ¿Triángulo de exposición? . Juntos determinan la exposición de la foto.
Si alguna vez has usado película, es posible que hayas notado un número marcado en el exterior de cada caja de película, que indica la sensibilidad de la película a la luz. ¿Cuánto cuesta esta película? ISO? . Cuanto mayor sea el valor ISO, más sensible será la película a la luz.
ISO juega el mismo papel en la fotografía digital. Es decir: el número ISO mide la sensibilidad del sensor de la cámara a la luz. Asimismo, cuanto mayor sea el número, más sensible será el sensor a la luz.
El valor ISO de la película o sensor lo determina el fabricante. La Organización Internacional de Normalización (ISO) ha desarrollado una serie de normas pertinentes según las cuales los fabricantes determinan el valor ISO de una película o sensor. El propósito de estos estándares es proporcionar un marco unificado para determinar los valores ISO. Para las cámaras digitales, estos estándares garantizan que los sensores con el mismo ISO y película tendrán la misma sensibilidad a la luz. Esto significa que todas las tablas de exposición y técnicas de exposición que funcionan para la fotografía cinematográfica también funcionan para la fotografía digital.
Una breve introducción histórica
La definición de ISO en realidad tiene dos escalas, una es una escala lineal y la otra es una escala logarítmica, ¿es decir? ¿Asa? Entonces qué. ¿ESTRUENDO? . La sensibilidad ISO se estableció en 1987, combinando estas dos escalas antiguas en una. ¿Para qué sirve el ISO lineal? ¿Asa? ¿Escala mientras se usa ISO logarítmico? ¿ESTRUENDO? escala.
¿Se necesita una barra cuando aparecen dos números? /? separado, debe agregar la unidad de grado al valor. Por ejemplo:? ¿ISO 200/24? . Si solo se escribe un número, siempre representa una escala lineal. Por ejemplo:? ¿ISO 200? .
En la escala ISO logarítmica la diferencia de sensibilidad es de 3 por cada dos niveles, sin embargo, en la escala ISO lineal la diferencia de sensibilidad es el doble por cada dos niveles;
De hecho, el ISO logarítmico ya no se utiliza. Entonces, en este artículo ignoraremos esta escala y solo discutiremos ISO lineal.
Ya sabemos que la escala ISO lineal cambia exponencialmente. En otras palabras, ISO 200 es dos veces más sensible a la luz que ISO 100.
Valor ISO y rango ISO
Cuando se trata de ISO, en realidad hay dos opiniones: valor ISO y rango ISO. El primero denota una sensibilidad concreta, que es lo que solemos llamar ? ¿Cuánto cuesta ISO? ;Este último representa un rango de sensibilidad. ¿Cómo es la calidad de la imagen dentro de este rango ISO? ¿Es aceptable? .
El rango ISO determina el rango de valores ISO que se pueden utilizar.
Para película, cambiar el valor ISO requiere cambiar el revelador, la temperatura o el tiempo de revelado. Si el valor ISO aumenta, se llama. ¿Prisa forzada? ;Si el valor ISO disminuye, se llama. ¿Te sientes deprimido? .
En el caso de los sensores, el valor ISO se consigue mediante amplificación analógica o digital. A continuación, analizamos en detalle este método de amplificación y sus resultados.
ISO de película
Antes de discutir los números, mencionemos brevemente cómo se determina el ISO de una película.
Los principios que definen la ISO de películas están documentados en tres normas distintas: ISO 6:1993, ISO 2240:2003 e ISO 5800:1987. Son adecuados para negativos en blanco y negro, películas reversibles en color y negativos en color, respectivamente.
El proceso documentado en la norma consiste en iluminar la película que se va a probar con una serie específica de luces y luego revelar la película con un revelador específico a un nivel específico. En esta serie de películas, el valor ISO de la película se determina según la norma cuando se produce la densidad mínima especificada. Este es el ISO base para películas.
El ISO de la película se puede subir o bajar aumentando o disminuyendo la sensibilidad. La sensibilización reducirá el contraste de la película y aumentará el rango dinámico; el revelado forzado tendrá el efecto contrario y aumentará el grano visible.
ISO Digital
Se expone y desarrolla película para determinar el ISO. Lamentablemente, este método no se puede utilizar con sensores. El ISO numérico debe determinarse mediante otros métodos.
El método específico para determinar el ISO digital está documentado en la norma "Técnica de fotografía". cámara digital. "Determinación del índice de exposición, valor de calibración de sensibilidad ISO, sensibilidad de salida estándar e índice de exposición recomendado ISO 12232:2006
Al igual que la película, los sensores también tienen un ISO base. Para los sensores modernos suele ser ISO 100 o. ISO 200. ¿El ISO de referencia suele ser el mejor para el rendimiento del sensor, es decir, el que tiene el mayor rango dinámico y el menor ruido?
¿Canon nunca ha publicado un ISO de referencia para sus sensores, pero los primeros usuarios de Canon creen? eso. Algunas DSLR de Canon tienen el mayor rango dinámico y el menor ruido en ISO 100, mientras que los modelos posteriores funcionan mejor en ISO 200.
En sus primeros años, Nikon publicó un ISO básico de sensores DSLR a continuación. Las marcas de sensibilidad ISO son L0.3, L0.7 y L1.0. El ISO base para la mayoría de los modelos publicados por Nikon es ISO 200. A partir de algunos modelos nuevos (D3100 y D7000), Nikon ya no lo usa, pero. simplemente marque el ISO más bajo como ISO 100. Después de las pruebas, el rango dinámico de estas cámaras es menor en ISO 100 que en ISO 200. Parece que Nikon ha comenzado a seguir a Canon y ya no publica el ISO de referencia /p>
Las cargas acumuladas en la trampa de fotones se pueden convertir en voltajes a través de un convertidor analógico a digital (convertidor A/D) para generar datos sin procesar. en píxeles, se forma una foto.
La imagen de arriba es una trampa de fotones que genera datos durante todo el proceso de exposición en un convertidor A/D de 12 bits (el lado izquierdo del gráfico comienza desde 0). No hay fotones que lleguen al sensor), el lado derecho indica que el sensor detecta una gran cantidad de fotones. El área azul en la figura indica la señal de ruido. Tenga en cuenta que las abscisas y las ordenadas son logaritmos. El proceso es lineal, pero hay un límite. Cuando la carga acumulada en un fotón excede bien el límite (la posición de la línea verde en la figura), si continúa sintiendo más luz, se desbordará e incluso afectará a los adyacentes. píxel (halo del sensor) El ISO de referencia está determinado por la capacidad de recolección actual de la trampa de fotones y la eficiencia cuántica de referencia (la relación de tiempo entre los fotones incidentes y los fotoelectrones) * * * Además de la señal efectiva, también se produce. una señal ruidosa. ¿Se incluye este ruido? La corriente oscura (hay corriente en el sensor incluso cuando no hay luz), el ruido de salida y el ruido térmico se muestran en el área sombreada más oscura de la imagen de arriba (a la izquierda). figura), ha surgido ruido, ahogando la señal. A medida que la señal se vuelve más fuerte, comienza a ahogar el ruido. ¿Cómo llamamos la capa de ruido?
Observe que los pozos de fotones que varían linealmente están cubiertos. tanto en el extremo izquierdo como en el derecho. ¿fecha de expiración? Sí. A la izquierda, la señal es cortada por la capa de ruido y a la derecha, se desborda. Es muy diferente a las películas. La respuesta de la película a la luz incidente es una curva en forma de S. Esto significa que la película tiene una tolerancia considerable tanto a la subexposición como a la sobreexposición. Los programas de conversión RAW a menudo utilizan de forma predeterminada el mapeo de tonos de curva S para simular el rendimiento de la película, pero el mapeo de tonos no puede recuperar la señal perdida en áreas no lineales (como señales por debajo de los niveles de ruido o desbordamiento).
Rango dinámico y rango tonal
El rango dinámico de un sensor se refiere al rango desde la señal izquierda hasta la señal derecha. El rango de tono se refiere a la cantidad de bits disponibles para representar diferentes niveles de brillo.
El rango dinámico y el rango tonal están relacionados y en ocasiones son intercambiables. Sin embargo, como se muestra en la imagen siguiente, son independientes entre sí. Podemos obtener datos de imagen de alto o bajo rango dinámico y datos de alto o bajo rango tonal, y pueden ocurrir dos combinaciones cualesquiera al mismo tiempo (alto rango dinámico y alto rango tonal, alto rango dinámico y bajo rango tonal, bajo rango dinámico y alto rango tonal), rango dinámico bajo y rango tonal bajo).
El rango dinámico es una medida de cuánta información se puede registrar desde la más oscura a la más brillante. Generalmente expresado en EV, 1EV adyacente significa que el brillo aumenta en 1.
El rango de tono mide las transiciones cuando los tonos del mundo real se asignan a un medio de grabación.
La transición de los datos del rango agudo es muy suave; la transición de los datos del rango bajo es muy rígida. ¿Puedes verlo claramente en la foto? ¿Cinta? .
Ajustar el ISO digital
Para poder cambiar el ISO de una película, toda la película debe estar expuesta al mismo ISO.
Todo usuario de una cámara digital sabe que el ISO de una cámara digital se puede ajustar individualmente para cada fotografía. De hecho, la mayoría de las cámaras digitales permiten a los fotógrafos utilizar ISO inferiores o superiores al ISO base. Cuando cambia el ISO, la cámara también ajusta su procesamiento interno para adaptarse al nuevo ISO.
Cuando estableces un ISO superior a la base, el sistema de medición de la cámara determinará la exposición en función de esto. Los datos digitales sin procesar también se verán afectados. (Generalmente se implementa a través de un circuito de amplificación, que se ubica antes del convertidor A/D, es decir, la señal de voltaje se amplifica primero y luego se digitaliza. Por ejemplo, el voltaje de ISO 100 es de 100 mV, y cuando se ajusta a ISO 200, el el voltaje se convierte en 200 mV, el voltaje ISO A de 1600 se convierte en 1600 mV, y así sucesivamente)
La idea de diseño de permitir a los fotógrafos ajustar ISO es utilizar completamente el rango de voltaje de entrada completo del convertidor A/D. . Aprovechando al máximo la profundidad de bits del convertidor A/D, puede obtener el rango de sonido más alto. Sin embargo, la sensibilidad del sensor a la luz no se ha mejorado sustancialmente. La cámara sólo amplifica la señal generada por el sensor. Cuando amplificamos la señal, el ruido también se amplifica, por lo que perdemos algo de calidad de imagen. Esto es algo similar al resultado de la laminación.
Si bien establecer un ISO alto no cambiará el ISO de referencia del sensor, también afectará los datos sin procesar generados por el convertidor A/D. El impacto exacto varía según el modelo, pero para la mayoría de las cámaras, disparar con un ISO más alto generará menos ruido y un rango dinámico más alto que disparar con un ISO estándar y luego aumentar la exposición mediante software.
La siguiente imagen ilustra este problema. Ambas fotografías fueron tomadas con una Nikon D700, usando la misma apertura y obturador (1/40s, f/5.6). La foto de la izquierda fue tomada en ISO 3200 sin posprocesamiento (convertida directamente de RAW a JPG usando ACR). La imagen de la derecha se tomó con ISO 200 (el ISO base de D700, subexpuesta en 4 pasos) y luego usó ACR para aumentar la exposición en 4 pasos. A continuación se muestran capturas de pantalla 100% de ambas fotos.
La comparación de este grupo de fotos muestra que ¿aumenta la adquisición de ISO? ¿Está bien? En la exposición, hay menos ruido que ceñirse al disparo ISO base (y luego aumentar el brillo más tarde).
Cuando revelamos película, el ruido añadido a veces crea un mejor efecto visual. Pero el ruido que se produce al aumentar el ISO de una cámara digital no lo hará. Sin embargo, las últimas cámaras digitales ya tienen un excelente rendimiento de control de ruido y una mejor calidad de imagen de alta sensibilidad.
Básicamente, no tiene sentido utilizar un ISO inferior al de referencia. Debido a la demanda generalizada de ISO bajo en el mercado, la mayoría de las cámaras ofrecen un ISO más bajo que el estándar. Sin embargo, no recomendamos a los usuarios que utilicen estas configuraciones, lo que resultará en una pérdida de rango dinámico.
Aquí explicamos que cuando estableces un ISO más bajo que la línea base, la carga generada por la trampa de fotones todavía está determinada por la cantidad de luz incidente, pero para simular el efecto ISO bajo, la señal necesita ser atenuado. Esto no cambia el ruido de fondo, por lo que el sensor produce el mismo ruido que el ISO de referencia, pero la señal efectiva se reduce. En otras palabras, usar un ISO más bajo que el de referencia no aporta ningún beneficio (pero le brinda más opciones para la velocidad de obturación).
La elección del ISO que ofrecen las cámaras digitales la determina el fabricante. El fabricante intentará controlar el ruido dentro de un rango aceptable. El ISO de referencia suele tener el menor ruido.
En cuanto al rango ISO, el límite superior del valor ISO viene determinado por el nivel de ruido máximo aceptable, y el límite inferior está determinado por la pérdida de rango dinámico que el fabricante considera aceptable.
Debido a que el tiempo de exposición, la temperatura y la humedad afectan la calidad de la imagen, cada uno está estandarizado en el estándar ISO. En operaciones reales, dispararemos en entornos muy cambiantes, independientemente de las condiciones experimentales controladas en los estándares, pero el valor ISO (obtenido en el laboratorio) todavía tiene un valor de referencia para la calidad de la imagen.
Utiliza un conversor A/D de bits altos.
Durante mucho tiempo, los convertidores A/D de 12 bits se han utilizado ampliamente en las cámaras digitales. Además de utilizar circuitos de amplificación analógicos, también se pueden utilizar convertidores A/D de dígitos más altos para aumentar el ISO. 1 bit en el convertidor A/D representa 1 multiplicación.
Si tenemos un sensor basado en ISO 100, se puede aumentar la sensibilidad hasta ISO 1600 utilizando un conversor A/D de 16 bits sin necesidad de utilizar un circuito amplificador. Algunas cámaras utilizan esta tecnología para proporcionar un ISO alto, mientras que otras combinan convertidores A/D de alto nivel con circuitos amplificadores.
Usar un conversor A/D de 16 bits no reduce el ruido porque el ruido también se multiplica cuando se multiplican los números, igual que el resultado del circuito de amplificación. Sin embargo, se pueden utilizar otras técnicas de reducción de ruido con flujos de señales digitales no amplificadas, lo que algunos creen que puede dar como resultado un mejor control del ruido.
ISO digital y ruido
Así como algunas películas de inversión de color ISO 400 tendrán mejor calidad de imagen que otras películas ISO 400, a un ISO determinado, algunos sensores también tendrán mejor calidad de imagen que otras películas ISO 400. Otros sensores tienen mejor calidad de imagen. En términos generales, una trampa de fotones de gran tamaño puede producir una señal fuerte (obteniendo una mejor relación señal-ruido).
En la imagen superior, el pozo de fotones se compara con un cubo que recoge agua de lluvia. Un cubo vacío representa todo negro y un cubo lleno representa todo blanco. Durante la exposición, la persiana se abre y el cubo comienza a recoger agua de lluvia. Al medir la cantidad de agua de lluvia recogida en el cubo, podemos determinar el nivel de gris del cubo/píxel.
Como se muestra en la imagen de arriba, el balde pequeño y el balde grande reciben agua a la misma velocidad. Pero cuanto mayor sea la superficie del cubo, más agua de lluvia se podrá recoger en un periodo de tiempo determinado.
Al recolectar fotones, una trampa de fotones con una superficie pequeña es como un cubo pequeño, y una trampa de fotones con una superficie grande es como un cubo grande. La cantidad de agua representa la intensidad de la señal generada por cada trampa de fotones. Un cubo más grande recoge más agua, lo que significa que un pozo de fotones más grande puede producir simultáneamente una señal más fuerte con una mejor relación señal-ruido.
El tamaño físico de la trampa de fotones está determinado por dos factores principales: el tamaño físico del sensor y el número de trampas de fotones en el sensor. Los sensores de mayor tamaño obviamente tienen más superficie. El área de superficie de cada trampa de fotones también se puede aumentar colocando menos trampas de fotones en el sensor del mismo tamaño. En un sensor de matriz Bayer, cada pozo de fotones puede verse aproximadamente como un píxel.
Con los mismos píxeles, cuanto mayor sea el tamaño físico del sensor, mayor será la trampa de fotones. Esta es la razón por la que las cámaras DSLR de fotograma completo pueden obtener fotografías nítidas con ISO 1600, mientras que las cámaras compactas tienen una calidad de imagen deficiente con ISO 1600.
Con el mismo tamaño de sensor se puede obtener una trampa de fotones más grande con menos píxeles. Por eso la Nikon D3S (12 millones de píxeles) tiene mejor calidad de imagen que la D3X (24 millones de píxeles). Mirando la imagen 100% original, el ruido de la D3 a ISO 1600 es equivalente al ruido de la D3x a un nivel ISO 400.
Pero si reducimos las fotos de la D3x de 24 millones de píxeles a 12 millones de píxeles, que es la misma resolución que las D3, entonces, bajo el mismo ISO, el ruido de las dos cámaras será similar. Reducir la resolución reduce el ruido porque mejora la información (señal efectiva) en cada píxel que determina el brillo y el color.
Si bien el tamaño del sensor y el número de píxeles son los dos factores principales que determinan los niveles de ruido, existen otros parámetros que también afectan los niveles de ruido.
Por ejemplo, los sensores necesitan electricidad para funcionar. Si la electrónica está ubicada en la superficie del sensor, ocupará parte de la superficie, reduciendo el espacio disponible para la trampa de fotones. Al diseñar estos circuitos en la parte posterior del sensor o reducir el volumen del circuito, se puede aumentar el área de superficie de la trampa de fotones, lo que da como resultado una señal más fuerte. Sin aumentar el tamaño físico de la trampa de fotones, el uso de microlentes permite que la superficie de la trampa de fotones recolecte luz con el mismo efecto (esto es como agregar un embudo con una abertura grande a un cubo pequeño). Además, diseñar mejores sistemas de procesamiento de señales también puede mejorar la relación señal-ruido. Actualmente, el nivel de diseño de los sensores y sistemas de procesamiento de señales está mejorando y veremos mejores capacidades de control de ruido en los nuevos sensores.
Prueba la calidad de imagen ISO
Es posible que desees probar tu cámara para ver la calidad de imagen en diferentes ISO.
Graba la misma escena con diferentes ajustes ISO y comprueba qué tan alto es el ISO y aún así obtienes una calidad de imagen aceptable.
Muchas cámaras digitales tienen funciones integradas de reducción de ruido de alta sensibilidad, pero también pueden perder detalles y hacer que las fotos parezcan falsas. Si es así, se debe probar con la reducción de ruido ISO activada y desactivada.
Conocer las limitaciones de tu cámara puede evitar que tomes un montón de fotos inútiles por mala calidad después de un evento importante.
Disparar con un ISO alto aumentará el ruido, usar la función de reducción de ruido perderá detalles y usar el obturador durante mucho tiempo aumentará el riesgo de vibración. Necesita encontrar el equilibrio que funcione mejor para usted mediante pruebas.