Implementación de software ISO

En general, llamaría a este artículo "¿Trampa ISO de software o hardware?"

Tomamos y dibujamos iso programáticamente. La magia especial del ADC

Tomamos y dibujamos iso programáticamente. La magia especial del ADC

La matriz de la cámara es un dispositivo complejo. La matriz lee la luz (radiación del espectro visible) que la lente proyecta sobre ella. El diafragma sirve como dosificador de luz y extracto. Pero la exposición general del cuadro también se ve afectada por el valor ISO, que a menudo se pasa por alto en el par de apertura del obturador.

Cómo aumenta o disminuye el tiempo extractos – se puede expresar en segundos y sus fracciones. Abrir o cerrar la apertura se puede expresar como una relación entre el diámetro y la distancia focal. En todo caso cambia extractos y los diafragmas se pueden ver, escuchar, en otras palabras, son visibles a simple vista. Y aqui esta el cambio ISO es magia en la cámara. Cómo los fotones se convierten en señales eléctricas, cómo las señales se digitalizan y se convierten en bits, Jpeg y Raw bytes, los mortales comunes nunca han visto.

En general, existe la opinión de que la matriz de la cámara funciona de la siguiente manera: los fotones (luz que ha pasado a través de la lente) caen sobre el sensor. Los fotones eliminan electrones en cada uno de los subpíxeles de la matriz, el voltaje en las celdas aumenta a partir del número de electrones. El voltaje se mide usando un convertidor de analógico a digital (ADC), que convierte una señal de voltaje analógico en una secuencia digital de unos y ceros. Además, el procesador central toma la secuencia digital y codifica la imagen final a partir de los datos. La codificación se refiere a la gran cantidad de cómputo que finalmente produce un archivo de imagen JPEG y/o RAW. Después de eso, el archivo se escribe en la tarjeta de memoria. Es posible que el procesador central no procese mucho los datos, sino que simplemente los escriba en formato RAW sin procesar (no procesado). De hecho, RAW son los datos después del trabajo del ADC.

La pregunta es, ¿dónde en toda esta secuencia cambia la ISO y, de hecho, a qué debería vincularse? En general dicen que ISO se encarga de amplificar el nivel de la señal de lectura para leer información de la matriz. Cuanto más fuerte sea el estrés, más probable es que se obtengan datos inexactos, y en la imagen esto se expresará como ruido, pero puede que no sea así. La segunda versión es que no hay amplificación de voltaje y el ADC simplemente multiplica la señal de lectura por algún coeficiente, que se toma como ISO.

Me inclino más por la segunda opción, al menos para matrices de tipo CCD según el experimento a continuación.

La primera foto fue tomada con exposición normal a ISO 100, 1/10s. Para obtener la misma exposición en ISO 1600 con la misma apertura, debe reducir la velocidad de obturación 16 veces, es decir, luego extracto en ISO 1600 será 1/160. Exposición para ISO 100, F2.0, 1/10s e ISO 1600, F2.0, 1/160 será el mismo.

Foto normal, ISO 100, sin compensación de exposición

Foto normal, ISO 100, sin compensación de exposición

La segunda foto también fue tomada en ISO 100, pero con resistencia 16 veces más corto de lo normal - 1/160 y aumento exposición 4 pasos (los demás ajustes son automáticos). La tercera foto fue tomada en ISO 1600 y también con resistencia 1 \ 160.

La misma exposición y casi la misma calidad de foto a diferentes valores ISO y la misma apertura y velocidad de obturación

lo mismo exposición y casi la misma calidad de foto a diferentes valores ISO y la misma apertura y velocidad de obturación

La idea es esta: el ADC no cambia el voltaje para leer la señal de la matriz, sino que simplemente multiplica el nivel de la señal por un factor que depende de ISO. Si disparamos en RAW, entonces, en teoría, podemos hacer la misma multiplicación de señal cuando disparamos en formato RAW, solo se puede realizar la "multiplicación" en una computadora usando la corrección exposición. Si corrige ISO 100 en 4 paradas (el equivalente a cambiar extractos o ISO 16 veces), entonces deberíamos obtener la misma imagen que toma la cámara a ISO 1600 con la misma velocidad de obturación, lo cual, de hecho, se confirmó.

Recortes de las dos fotos anteriores. Cosecha 1 a 1. Calidad 100%

Recortes de las dos fotos anteriores. Cosecha 1 a 1. Calidad 100%

Después de ejecutar el experimento, el resultado muestra que la hipótesis es casi cierta, ya que ambas imágenes (subexpuesta mejorada a ISO 100 y normal a ISO 1600) son casi idénticas (ver dimensiones 1:1 arriba).

La conclusión se sugiere a sí misma: cuanto menor sea el ISO, mejor, ya que la cámara no aumenta el ISO en el hardware, sino que solo hace trampa en el software al convertir a ADC. Exactamente, el software engaña a ISO en la dirección de valores más bajos en algunas cámaras; puede consultar mi artículo sobre ISO Lo1.

Tenga en cuenta que llegué a una conclusión solo sobre la base de la matriz CCD de mi Nikon D200. Pero lo mismo se puede repetir fácilmente con matrices CMOS, por ejemplo para Nikon D90. Y en cualquier caso, la cámara hará todo con mayor precisión al codificar una imagen a ISO altos que al "tirar" de RAW. Puedes consultar otro artículo interesante: sacando fotos - RAW VS JPEG.

Conclusión:

Muchas cámaras no tienen una implementación de hardware para cambiar el valor ISO, y la matriz brinda el mejor resultado solo con el valor ISO "nativo" mínimo. Por lo tanto, disparar con ISO bajo sigue siendo la regla de oro hasta el día de hoy.

Gracias por la atención. Arkadi Shapoval.

Añadir un comentario: Michael

 

 

Comentarios: 75, sobre el tema: Implementación de software de ISO

  • Alejandro

    Tengo una observación sobre este tema.
    si la matriz funciona a ISO máximo durante mucho tiempo, entonces su temperatura aumenta significativamente (un par de exposiciones de 30 segundos a ISO máximo son suficientes para un calentamiento notable), y a ISO mínimo casi no hay calentamiento
    La salida para ISO es responsable de Matrix y no del procesador.
    (al menos en nikon d5200)

  • vencedor

    Siempre te he tenido respeto. Pero en este caso, eres solo un aficionado. No comprende profundamente cómo se forma la señal en la fotomatriz y, lo que es más importante, cómo se capta la señal. No se ofenda: su conocimiento es de aficionado, al nivel de una revista científica popular en tecnología joven. Eres un buen fotógrafo, pero no un ingeniero. Mi base es el Instituto de Ingeniería de Radio, Electrónica y Automatización de Moscú, Facultad de RTS. Soy ingeniero electronico. En un artículo en una hoja, no es realista describir los principios de operación y captación de señales. Demasiado necesario al menos conocimientos básicos. Ahora las cámaras utilizan masivamente matrices CMOS. Son fundamentalmente diferentes en la formación y eliminación de la señal de las antiguas matrices CCD (dispositivos acoplados por carga). Y trató de describir exactamente el CCD. Sí, e incluso eso no tuvo éxito. En el D200, parece que todavía había un CCD. Nada se dice sobre cuál es la función de trabajo y cómo se relaciona con la sensibilidad principal de la matriz CCD. No estaría mal explicar qué es el ruido térmico intrínseco de la matriz y su efecto en DD. En realidad, del nivel normalizado de una salida aleatoria de electrones (este es el ruido de la matriz) y el electrón más energético, después del cual ya hay una pérdida de información en blanco, esto es DD. Por lo tanto, no puede calentar la matriz en LV, a veces incluso es útil enfriar la cámara en el refrigerador en un recipiente hermético antes de disparar de noche. Y cómo se forma ISO, lo dices suavemente ... No sé qué tan simple es ... En la propia matriz del mismo CCD, existe generalmente una masa de electrodos de servicio para cada celda. Diré esto, de una manera más simple, es en el CCD que ISO no cambia PROGRAMA, ¡sino HARDWARE! Cambiando el nivel de eliminación de información útil en relación con el nivel de ruido para un tipo dado de matriz, aplicando un voltaje de control (¡no amplificador!) a cada celda elemental. Esto está muy simplificado. Y en CMOS, en general, todo con la eliminación de información es diferente. Este es un gran tema separado. Aún así, sus experimentos descritos anteriormente no son del todo correctos. Especialmente el tercer cuadro, donde aplicaste +4EV, experimentó repetidamente. Sí, a +4EV, terminas con la misma exposición. Pero no fueron hasta el final, lo que hice hace mucho tiempo. Lance los dos últimos fotogramas al editor y amplíe mucho las áreas más oscuras y vea cuán diferente es la estructura del ruido. Todo se te aclarará inmediatamente. En la D700, experimenté durante mucho tiempo con L1 (100). Aquí tienes razón, todo es programático. Pero qué algoritmo usan los ingenieros de Nikon no está claro. Todo esto es especulación, especialmente si no hay educación. No he encontrado ninguna información de dominio público y solo puedo adivinar. Una vez más sobre la D700. Realmente me frustra que esta cámara sea muy mala para reproducir la gama de colores con poca luz, incluso con ISO200 en los medios tonos más oscuros. Incluso la barata D3100 reproduce mejor el color (docenas de tristes experimentos), aunque la D3100 tiene un ruido cromático muy fuerte, ¡mientras que la D700 no los tiene en absoluto! Y con un ISO alto de 800-1600, la D700 se convierte en una cámara en blanco y negro durante las tomas nocturnas, lamentablemente... Pero aquí hay una nota: con el programa ISO L1 (100), la D700 mejora notablemente la elaboración del color en medios tonos oscuros e incluso medios. en tiro nocturno. Y donde la D3100 ya pierde el componente de color, solo queda el blanco y negro, la D700 sigue transmitiendo transiciones de color. Sin conocer los algoritmos de Nikon, es difícil de explicar.

    • Arkadi Shapoval

      Gracias por la información. En el artículo tengo una idea, un experimento y conclusiones. Este no es el último dogma, trátalo de esa manera :)

      • vencedor

        Arkady, siempre leo tus opiniones expertas sobre las células con atención y respeto. Me enseñaron cuando era estudiante: cualquier conclusión sobre el funcionamiento del sistema solo se puede hacer sobre la base de un experimento y, lo que es más importante, sobre la repetibilidad del resultado. Quiero pedirle algunos deseos: está realizando pruebas de prueba en condiciones estándar y sujeto a alguna iluminación estándar condicional. Pero en tales condiciones, incluso 3100 en presencia de Nikkor 50 mm 1.4 mostrará muy buenos resultados. En presencia de dicho vidrio, incluso 3xxx le permitirá disparar sin ruido al anochecer. Me gustaría que mostrara las pruebas de la cámara en las condiciones límite de uso: con luz de fondo (rango dinámico) y sistemas de disparo nocturno (¡y también hay DD! ¡Ruido! y su estructura). Y con una copa de 50-1.4 es muy difícil comprobar algo para muchos en vuestro foro. Yo uso D700 D3 D3100. ¡Buena suerte!

      • Alexey

        Entonces, boyardo, te escribo, usando el ejemplo de canon, ¿cómo funciona el cambio de ISO? No en todos los detalles, porque no puedo por razones legales, pero ¿un poco más que la verdad? :)

        • Arkadi Shapoval

          Escribe quién te lo prohíbe. Y no solo a mí, sino a todos los que estén interesados ​​en este tema. El conocimiento es luz, ¡tráelo rápido!

          • Alexey

            Un poco sobre cómo la cámara cambia el valor ISO.

            Creo que mucha gente sabe que para cambiar el valor ISO, el procesador de la cámara cambia la ganancia de los amplificadores ubicados entre la matriz y el ADC. Este es el llamado cambio ISO analógico.
            Además, en algunos casos, el procesador cambia el valor ISO multiplicando o dividiendo los datos recibidos del ADC por ciertos coeficientes. Este es el llamado cambio ISO digital.
            Sin embargo, en la prensa general hay muy pocos datos precisos en los que se utiliza este o aquel método de cambio de valores ISO. Todo ello está en numerosas patentes, pero su escasa disponibilidad para un amplio círculo del público fotográfico no permite arrojar luz sobre esta información.
            Sin embargo, su importancia no puede ser subestimada. Ya que al aumentar el ISO de forma analógica, el ruido contenido en la señal de la matriz se amplifica (aumenta) en menor medida que al multiplicar directamente los datos del ADC, por lo que es mejor evitar valores ISO. obtenidos de esta manera, mientras que los valores ISO obtenidos al dividir los datos del ADC, tienen un nivel de ruido más bajo.

            A continuación se muestra una tabla obtenida utilizando el firmware ML para la cámara Canon 60D, para otras cámaras esta información será similar o muy similar y cada uno puede realizar este estudio por su cuenta.

            La primera columna es el valor ISO establecido por el usuario en la cámara.
            La segunda columna es el valor ISO "honesto" obtenido por ganancia analógica.
            La tercera columna es el factor de multiplicación, si es “+”, o el factor de división, si es “-“, que el procesador de la cámara aplica a los datos recibidos del ADC. En otras palabras, este es el cambio ISO “digital”.

            Si analizamos los datos, podemos sacar algunas conclusiones.

            1. El valor máximo de ISO “honesto” para esta cámara es 3200 (para otras, especialmente para FF, compruébalo tú mismo), los valores por encima de este valor se obtienen por software y tienen un nivel de ruido sobreestimado. En otras palabras, si por algún motivo necesita un valor ISO superior a 3200, tiene sentido no aumentarlo en la cámara, sino disparar con un valor de 3200 y, durante el procesamiento posterior en una computadora, aumentar el brillo al requerido, que se puede hacer con mayor precisión y con menos ruidos.

            2. Los valores ISO ​​con "+" en la tercera columna también deben evitarse para no tener un mayor nivel de ruido, pero si son necesarios, tome un cuadro con un valor ISO anterior ligeramente más bajo y lleve la exposición. al requerido durante el procesamiento. Por ejemplo, es mejor elegir 200, no 250.

            3. Los valores ISO con “-” en la tercera columna tienen un nivel de ruido más bajo, y se pueden usar cuando se necesita un valor ISO más alto, pero existe el temor de que aumente el ruido. Por ejemplo, si necesita ISO 400, puede configurar 320, esto no es mucho menos de 400, pero habrá menos ruido. Del mismo modo, es mejor preferir 640 que 800. Bueno, es mejor elegir 2500 como límite ISO, no 3200.

            100 100 0
            125 100 +0.3EV
            160 200 -0.3EV
            200 200 0
            250 200 +0.3EV
            320 400 -0.3EV
            400 400 0
            500 400 +0.3EV
            640 800 -0.3EV
            800 800 0
            1000 800 +0.3EV
            1250 1600 -0.3EV
            1600 1600 0
            2000 1600 +0.3EV
            2500 3200 -0.3EV
            3200 3200 0
            4000 3200 +0.3EV
            5000 3200 +0.6EV
            6400 3200 +1EV
            12800 3200 +2EV

            2 Part.

            En la primera parte, se consideró el mecanismo de cambio de ISO en condiciones normales, más precisamente, con el modo de prioridad de tonos destacados desactivado.

            Si lo enciende, cambiar el ISO es completamente diferente. A continuación se muestran los resultados del estudio de este problema utilizando la Canon 60D como ejemplo.

            La primera columna es el valor ISO establecido por el usuario en la cámara.
            La segunda columna es el valor ISO "honesto" obtenido por ganancia analógica.
            La tercera columna es el factor de multiplicación, si es “+”, o el factor de división, si es “-“, que el procesador de la cámara aplica a los datos recibidos del ADC. En otras palabras, este es el cambio ISO “digital”.

            200 100 +1EV
            250 100 +1.3EV
            320 200 +0.6EV
            400 200 +1EV
            500 200 +1.3EV
            640 400 +0.6EV
            800 400 +1EV
            1000 400 +1.3EV
            1250 800 +0.6EV
            1600 800 +1EV
            2000 800 +1.3EV
            2500 1600 +0.6EV
            3200 1600 +1EV
            4000 1600 +1.3EV
            5000 3200 +0.6EV
            6400 3200 +1EV
            12800 3200 +2EV

            Después de analizar estos datos, podemos llegar a una conclusión muy decepcionante: en el modo de prioridad de tonos destacados, el ISO aumenta mediante programación en todos los casos, mientras que, por supuesto, también aumenta el ruido, que, sin embargo, se mencionó vagamente en las instrucciones de la cámara. manual. ¡Es importante entender que este aumento en ISO y aumento en el ruido afecta lo que se guardará en el archivo RAW! Por lo tanto, se puede sacar una conclusión simple: ¡el modo de prioridad de tonos destacados no debe activarse bajo ninguna circunstancia!

            • Pokemon

              Gracias, curioso!

        • Iskander

          Así que escribe a todos, aquí todos están interesados ​​en la verdad, y nada más que la verdad, y especialmente según Canon, por lo que he dado los resultados de mi experimento a continuación.

    • Sergei

      Yo uso Nikon d80.
      Me pregunto. Al disparar en condiciones de poca luz (digamos al anochecer, con una apertura de f/3.5), ¿cuál es mejor en términos de calidad?
      1. Subexponer la foto, dejar el ISO en valores extremadamente bajos. Y luego, en el editor, realice la compensación de exposición mientras lucha con todo tipo de ruido, etc.
      2. Realice la compensación de exposición directamente en la cámara. Nuevamente, intente eliminar el ruido resultante en el editor.

      • Maxxx

        Haz un experimento similar. No es dificil. Las preguntas desaparecerán. Haz -5EV.
        Hice esto en el d610 hace tres años. Y ahora encontré accidentalmente este artículo ...

      • Michael

        dependiendo de donde criar. en general, mejor en la cámara: la imagen será un poco más limpia

      • Iskander

        También me interesó esta pregunta, así que realicé un experimento con la Canon 100D. Primero, tomé una escena en RAW a ISO 1600 con una exposición normal, luego a 800, 400, 200, 100, sin cambiar la velocidad de obturación y la apertura. Se activó la cancelación de ruido de la cámara. Luego, en su desarrollador nativo de Canon, DPP abrió imágenes en 1600 y en 400. La foto subexpuesta en ISO 400 fue sacada por el control deslizante de brillo (su rango en DPP + - 2 paradas), como la de ISO 1600. El ruido en ¡ISO 400 resultó ser incluso un poco más fuerte que en 1600! También noté que los controles deslizantes de reducción de ruido en diferentes imágenes están en diferentes posiciones, es decir, la reducción de ruido en la cámara en ISO altos funciona de manera más agresiva. Cuando la reducción de ruido se puso a cero, resultó un horror silencioso: surgieron ruido y píxeles calientes.
        ¿Por qué elegí ISO 400? Porque en este modelo, “nativo”, los ISO óptimos son de 100 a 400, entonces hay una fuerte pérdida de DD y ruidos.
        Hay dos conclusiones: 1) Dispara con la exposición correcta. 2) La reducción del ruido dentro de la cámara es buena. Si esto es malo, siempre puedes desactivarlo en el desarrollador.
        Me gustaría realizar un experimento similar con la sobreexposición, ya que existe la opinión de que los ruidos se notan menos durante la sobreexposición.

        • Iskander

          Realicé un experimento similar, pero con un aumento de ISO, con sobreexposición. Empecé con ISO 400, luego 800, luego 1600 con la misma velocidad de obturación y apertura, la reducción de ruido activada. Comparé 400 con 1600, bajando la exposición de este último con el control deslizante de "brillo" en DPP. El nivel de ruido es casi el mismo, pero salió un tinte rosa en las áreas claras, que no se elimina ajustando el balance de blancos, y apareció un tinte púrpura en las oscuras.
          En general, mi opinión es que los japoneses bailan estos bailes con pandereta desde hace mucho tiempo.

        • Alexey

          Como referencia, el supresor de ruido en la cámara está en el kenon, en el nikon y en el sony; en principio, no se puede apagar. Y el hecho de que supuestamente se pueda desactivar en el menú, digamos, es un poco de picardía. En realidad, los coeficientes de reducción de ruido solo cambian un poco :) Y sí, la imagen se graba en RAW después de la reducción de ruido. Es imposible conseguirlo en su forma virgen.

          • Iskander

            Estoy de acuerdo en que incluso desactivar la reducción de ruido sigue aplastando tanto RAW como Jpeg, pero dentro de pequeños límites, por así decirlo, de forma predeterminada, y no se puede hacer nada al respecto. Pero lo que está por encima del valor predeterminado se puede restablecer en el desarrollador de DPP nativo. O correcto.
            ¿Quién tiene otros desarrolladores que le permitan aumentar la exposición en más de 2 paradas? Pruébelo y cancele la suscripción, por favor.

            • Michael

              Lo mismo sucederá. En la cámara un poco mejor, en un barranco alargado, un poco peor.

            • Alexey

              Lea arriba, escribió sobre cambiar ISO.

    • Malestar_muerte

      hola mireashniki, por cierto
      aunque estoy con TI, no con RTS, pero es bueno ver mi pantano nativo aquí
      gracias por el comentario, fue interesante leer

  • Oleg

    Creo que es una cuestión de algoritmos de procesamiento y todo eso. Cada píxel dará un voltaje diferente. Con ISO bajos, entra suficiente luz en la matriz y los algoritmos emiten el voltaje normal. Cuando la luz disminuye, muchos píxeles se hunden y luego el ruido sube a través del algoritmo de adición. Esto es equivalente al hecho de que si la imagen se reduce bilinealmente, bicúbicamente en tamaño, se vuelve de mejor calidad. Y ahora intenta ampliar la imagen, aquí está la conclusión. ¿Cómo sabe alguien que la grabación se lleva a cabo no en una instantánea, sino en 10 a la vez, pero 1 en la salida?
    Y es lógico que cuanto mejor sea el procesador, mejor será la imagen. Qué opina lo mismo la tecnología de fabricación de matrices.

    • Oleg

      A partir de ahí, resta de fotogramas negros, y promedia 10 tomas en chdk

    • Michael

      A partir de ahí, que el obturador haga clic una vez y que exista en absoluto. El obturador electrónico dará una persiana enrollable. Global aún no se ha hecho.

  • Марк

    ¿Qué tan relevante es esto hoy?
    ¿O todavía no es tan simple y es hora de dejar de "sacar" la exposición de mi pentax k10d?

    • Michael

      Woz sigue ahí

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Versión en inglés de este artículo https://radojuva.com/en/2012/02/iso-boost-detect/?replytocom=338899

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