увеличаването

ISO е един от трите върха на триъгълника на експозицията на цифров фотоапарат. От трите (време на експозиция, бленда и ISO) може би ISO е най-малко разбран. Дори по-малко от откриването. Всъщност често срещано заблуждение е, че колкото по-висока е стойността на ISO, изображенията стават „по-шумни“.

В тази статия ще видим, че високите ISO настройки сами по себе си не увеличават шума на изображението. Нещо повече, по-високо ISO може дори да бъде от полза за фотография при слаба светлина.

В цифровата фотография ISO е стандарт (по-специално ISO 12232: 2006) за яркост на експозицията, разработен от Международната организация за стандартизация (ISO). Различните модели сензори на камерата имат различна чувствителност, така че трябва да ги съпоставим по някакъв начин, така че експозициите да се създават като акценти.

Знак

Сигналът е частта от снимката, която искаме. Светлината е сигнал. Сигналът е изображението. Без сигнала (без светлина) не можем да имаме никакво изображение. Колкото повече светлина можем да съберем, толкова повече сигнал ще имаме. Като цяло, колкото повече сигнал, толкова по-високо е качеството на снимката.

Шум

Шумът е частта от фотографията, която не искаме. Шумът е интерференция, която се появява като петнисто зърно, което закрива сигнала и следователно детайлите на снимката. Шумът обикновено се генерира от топлина или несъвършенства в поведението на електрониката на нашите цифрови фотоапарати. Някои шумове са произволни при всеки изстрел (шум от изстрел) и сензорът на камерата произвежда последователен шум (шум при четене нагоре по веригата) или се произвежда от електрониката, след като сигналът на сензора е усилен (шум при четене). Като цяло, колкото повече шум, толкова по-ниско е качеството на снимката.

Съотношение сигнал/шум (SNR)

SNR е съотношението сигнал/шум в изображение. Колкото по-висок е SNR, толкова по-високо е качеството на изображението. Повече светлина = повече сигнал → добър. Повече шум → лошо. Събирането на повече светлина е най-добрият начин за увеличаване на SNR.

Динамичен обхват

Това е диапазонът на яркост на сцена, от най-тъмната до най-ярката. Сцената с висок динамичен обхват ще има едновременно изключително високи светлини (като слънцето) и изключително тъмни петна (като напълно засенчена черна скала). Сцената с нисък динамичен обхват има относително еднаква светлина в цялата сцена, където най-ярките части на изображението не са много по-ярки от най-тъмните части. Камерите улавят само ограничен динамичен обхват на светлината. Ако динамичният обхват на сцена е достатъчно висок, всичко извън обхвата на сензора на камерата ще бъде изхвърлено в чисто бяло (в случай на много ярки области) или смачкано в чисто черно (в случай на много тъмни области). Като цяло е за предпочитане сензор на камерата, способен да улавя по-голям динамичен обхват на светлината.

ISO е усилване или усилване

Доста често срещано заблуждение е, че увеличаването на ISO увеличава чувствителността на сензора на камерата. ISO не променя чувствителността. Увеличаването на ISO просто увеличава яркостта на снимка чрез усилване на сигнала на сензора. В света на електрониката усилването понякога се нарича „печалба“. Точно както можем да „натрупаме“ тегло, ако увеличим диетата си, можем да „придобием“ блясък, ако увеличим ISO.

ISO не влияе по никакъв начин на количеството сигнал (светлина), което сензорът може да събере. Ако наистина искаме повече чувствителност с камера, трябва да увеличим времето на експозиция или блендата на диафрагмата (намалете f/числото).

По-високите ISO не увеличават шума

Това може да противоречи на това, което вероятно смятате, че знаете за ISO, но истината е, че ако всичко останало (скорост на затвора и бленда) остане същото, по-високо ISO ще направи следното:

  • Осветлете изображението.
  • Намалете общия динамичен обхват на изображението.
  • В много случаи (като астрофотография) намалете видимия шум.

С оглед на това, човек може да се чуди как така, когато използвам по-високо ISO, получавам повече шум? Ето защо:

В полуавтоматични режими на експонация P (Програма), S/Tv (Приоритет на скоростта на затвора) или A/Av (Приоритет на блендата), използването на по-високо ISO ще доведе до изображение с по-относителен шум. Това, което повечето не осъзнават, е, че увеличаването на шума не се дължи на увеличаването на ISO. Увеличението на относителния шум в полуавтоматичните режими на експонация всъщност се дължи на реципрочното намаляване на времето на затвора или блендата. Повечето погрешно приписват повишен шум на ISO, когато всъщност се дължи на по-нисък SNR, тъй като по-малко светлина влиза в сензора при тези условия.

Когато е зададен по-висок ISO в един от тези полуавтоматични режими на експонация, камерата ще се опита да компенсира това повишено ISO с намаляване на количеството светлина, постъпващо в камерата. Това намаляване на светлината се извършва автоматично чрез намаляване на времето за експозиция (когато е в режим A/Av), намаляване на размера на блендата (когато е в режим S/Tv) или чрез комбинация от двете (когато е в режим P).

Намаляването на входа на светлина, поради която и да е от изброените причини, е причината изображението да изглежда по-шумно. И това не е заради по-високото ISO. Това намаляване на количеството светлина, достигащо до сензора, води до намаляване на сигнала и намаляването на сигнала води до по-ниско SNR и следователно по-шумно изображение.

Как шумът варира в зависимост от блендата, скоростта на затвора и ISO

Едно просто сравнение може да покаже, че относителните нива на шум се влияят главно от скоростта на затвора и блендата и почти не се влияят от ISO. В следващите тестове всички настройки остават идентични с изключение на тази, която искаме да тестваме, която се настройва в две стъпки. След това при последваща обработка изображенията се изравняват по яркост и се сравняват.

По-долу е пробният изстрел, който ще използваме в тази статия. Това е RAW кадър, направен с Nikon D7000 и 50 mm обектив Nikon:

За да оценим по-подробно как промяната на параметрите влияе на шума, ще вземем за ориентир увеличението на фрагмент от изображението. Ще зададем 2 от 3-те параметъра (ISO, бленда, време на експозиция) и ще наблюдаваме как шумът влияе върху него чрез промяна на третия параметър.

Ще направим 4 снимки за всеки случай и след това, в постпродукцията, ще компенсираме излишъка (дефекта) на светлината, като извадим (добавим) съответните стъпки на експозицията на светлината.

• Как шумът варира в зависимост от времето на експозиция

Правени са четири изображения с посочените параметри. Времето на експонация се намалява наполовина за всяко изображение, така че количеството на постъпващата светлина е точно наполовина. За да се реши проблемът със светлината, съответната компенсация на експозицията се извършва в постпродукцията.

  • 8s, f/4, ISO 3200
  • 4s, f/4, ISO 3200 (+1 светлинна стъпка в публикацията)
  • 2s, f/4, ISO 3200 (+2 светлинни спирания на пост)
  • 1s, f/4, ISO 3200 (+3 светлинни спирачки на пост)

Завършеност: колкото по-кратко е времето на експозиция, толкова по-малко светлина (сигнал) влиза в сензора. Това прави SNR по-нисък и изображението "по-шумно".

• Как шумът варира в зависимост от блендата (f/брой)

Правени са четири изображения с посочените параметри. Във всяко изображение диафрагмата се намалява с пълен път на светлината, така че количеството светлина, което постъпва, е точно наполовина. За да се реши проблемът с липсата на светлина, съответната компенсация на експозицията се извършва в постпродукцията.

  • 8s, f/4, ISO 3200
  • 8s, f/5.6, ISO 3200 (+1 светлинна стъпка в публикацията)
  • 8s, f/8, ISO 3200 (+2 светлинни спирания на пост)
  • 8s, f/11, ISO3200 (+3 светлинни спирачки на пост)

Завършеност: колкото по-високо е f/числото, толкова по-малка е блендата и по-малко светлина влиза в сензора. Подобно на предишния случай, SNR също ще бъде по-нисък и изображението ще бъде "по-шумно".

• Как шумът варира в зависимост от ISO

Правени са четири изображения с посочените параметри. Във всяко изображение ISO се увеличава до два пъти предишната стойност, така че количеството светлина, необходимо за образуване на изображението, е точно наполовина. За да се реши проблемът с липсата на светлина, съответната компенсация на експозицията се извършва в постпродукцията.

  • 1s, f/4, ISO 3200 (-3 светлинни спирания на пост)
  • 1s, f/4, ISO 6400 (-2 светлинни спирачки на пост)
  • 1s, f/4, ISO 12800 (-1 светлинна стъпка в пост)
  • 1s, f/4, ISO 25600

Завършеност: Запазването на останалите параметри фиксирани, увеличаването на ISO не внася повече относителни шумове в изображението.

От трите теста, извършени на моя Nikon D7000, скоростта на затвора и блендата очевидно пряко влияят на очевидните нива на шум в изображението, докато ISO почти няма ефект. Това е напълно различно поведение от това, което много хора очакват, когато мислят за по-високо ISO.

При фотографията при слаба светлина има един аспект на ISO, който може значително да повлияе на количеството възприеман шум за всяка дадена настройка на ISO: присъщият електронен шум.

Завършеност

Това, което всъщност се случва в примерите по-горе, е, че когато по-малко светлина достигне сензора (или поради по-кратко време на експозиция, или по-малък диаметър на диафрагмата), по-малко сигнал също достига до него и, следователно, намалява сигнала към шума съотношението и нивото на шума се увеличават.

Противно на общоприетото схващане, по-високият ISO не създава повече шум и използването на по-високо ISO може да се окаже наистина полезно при снимане при сценарии с ниска осветеност. Изпълнете тест за неизменност ISO на вашия фотоапарат, за да определите най-добрата настройка на ISO, която да използвате при заснемане на астрофотография. Поведението на ISO варира за всеки модел камера и тестването на всяка настройка на ISO може да помогне да се определи най-доброто ISO за използване за най-добро представяне на шума в астрофотографията.

Подобни публикации:

  • Как работи подреждането на изображения (в очакване)
  • Премахване на шума от изображения чрез подреждане в GIMP (в очакване)
  • Съотношение сигнал/шум (наклон)