Comment l'ISO est-il implémenté dans les appareils photo numériques?

Si je modifie les paramètres ISO de mon appareil photo, le gain du système est évidemment augmenté, ce qui amplifie le signal du capteur. Ce qui n'est pas clair pour moi, c'est où se produit l'amplification. Je vois plusieurs possibilités:

1. Dans le capteur, en augmentant la tension ou un autre mécanisme
2. Via un amplificateur analogique extérieur au capteur
3. Numériquement, après que le signal a été numérisé, mais avant de stocker des données dans le fichier RAW
4. En tant que paramètre appliqué uniquement à la création d'une image à partir de RAW

Si la valeur 4 est vraie, vous pouvez alors prendre une photo RAW surexposée à 4 étapes à 1600 ISO, puis générer une image JPEG à 100 ISO en post-traitement, identique à celle obtenue si la photo d'origine avait été prise à 100 ISO.

Si les valeurs n ° 1 ou n ° 2 sont vraies, un fichier RAW créé à l’ISO 1600 contient en réalité davantage d’informations sur les ombres, et un ISO 100 RAW contient davantage d’informations sur les hautes lumières.

1 ~ 2 et 3. Sur les capteurs CCD, l’amplificateur est effectivement dans le coin du capteur, mais sur le CMOS, un amplificateur est intégré à chaque photosite, dispersé dans le capteur. Voir ici .

Comme mentionné dans une chose que j'ai récemment découverte , la plupart des reflex numériques ont un amplificateur avant le convertisseur analogique-numérique (ADC). Ils ont tendance à atteindre un maximum de 800 ou 1600 ISO et sont tous des amplifications numériques par la suite. Les paragraphes suivants supposent une caméra dont l'amplification analogique est maximale à 1600:

Malheureusement, les fichiers RAW 12 ou 14 bits vous empêchent de faire ce que vous décrivez. L'amplification numérique a lieu avant que les fichiers RAW ne soient stockés. Il existe une valeur maximale pouvant être stockée. Par conséquent, lorsque vous photographiez en mode 4-stop surexposé, même si l’ADC n’est pas saturé, le fichier RAW sera probablement tronqué. Cependant, la technique qui surexpose autant que de ne pas couper les hautes lumières est efficace pour réduire le bruit, et connue sous le nom de ETTR (Exposé vers la droite).

Oui, en raison de l’amplification analogique, les fichiers RAW à ISO plus élevé contiennent plus de détails. Cependant, ISO 1600 et ISO 12800 doivent contenir la même quantité de détails dans les ombres (sauf en cas de traitement spécial supplémentaire OU si le CAN a effectivement une plus grande précision que la profondeur de bits dans laquelle vos fichiers RAW sont stockés).

Même si la valeur n ° 3 est supérieure à la norme ISO 1600, une norme ISO 1600 RAW peut contenir davantage d'informations sur les points forts, car ils peuvent toujours être coupés lors du processus d'amplification numérique. Pour cette raison, et peut-être pour d'autres (durée de vie de la batterie, taille de la mémoire tampon efficace), lors de la prise de vue au format RAW, il peut être avantageux de prendre des photos à la norme ISO 1600 et de les post-traiter ultérieurement. Encore une fois, je n’ai pas testé cela, et si la profondeur de bits effective du CAN est supérieure à celle du format RAW, ce ne sera pas vrai.

Oui, le réglage ISO affecte les données d'image stockées dans le fichier RAW. Voici deux images, prises au même moment / au même endroit (presque - cela a été tourné à la main, sans faire très attention à la composition), avec les mêmes ouverture (f / 2,8) et vitesse d'obturation (1/100).

Cette première image a été prise à 100 ISO et ajustée de +2 arrêts dans ACR à un ISO effectif de ~ 400. Tous les réglages en dehors de l'exposition ont été mis à zéro (pas de réduction de bruit, netteté, ajustements de contraste, etc.)

Cette image a été prise à 1600 ISO et ajustée à -2 arrêts dans ACR à une ISO effective de ~ 400. Encore une fois, tous les ajustements ont été mis à zéro.

Notez les reflets dans la deuxième image. La même quantité de lumière frappe le capteur à chaque fois, mais des informations différentes sont enregistrées dans le fichier RAW.

Oui. Le réglage ISO correspond à la sensibilité du capteur - en pratique, l'amplitude appliquée au signal du pixel situé sur le capteur pour obtenir un résultat réel.

En théorie, vous pouvez post-traiter pour obtenir un résultat similaire à celui d'une sensibilité ISO inférieure ou supérieure en utilisant la compensation d'exposition. l'amplification est faite de manière analogique avant la numérisation.

Si la valeur n ° 3 est vraie, vous pouvez prendre une photo RAW surexposée à quatre étapes à 1600 ISO et produire ensuite, en post-traitement, un JPEG à 100 ISO identique à celui obtenu si la photo d'origine avait été prise à 100 ISO.

Si vous prenez une photo avec le réglage ISO 100, vous obtenez une exposition différente (plus de lumière sur la puce) qu'avec le réglage ISO 1600. Quelle que soit la manière dont l'amplification (matérielle ou logicielle) est réalisée, votre image ISO 1600 générera plus de bruit qu'une image ISO 100.

L'objectif de l'appareil photo projette une image miniature du monde extérieur sur la surface d'un capteur d'image sensible à la lumière situé à l'intérieur et à l'arrière de l'appareil photo. Ce capteur d'image est recouvert de millions de photosites. La plupart des photosites sont recouverts de filtres rouges, verts ou bleus. Pendant l'exposition, la lumière de la scène est lue sur les photosites. Celles-ci reçoivent des résultats de photons proportionnels à la luminosité de la scène.

Les photons frappés génèrent une charge électrique dans le photosite. La force de cette charge est proportionnelle au nombre de photons atteints. Le nombre de hits est une combinaison de la durée pendant laquelle l'obturateur reste ouvert et de la luminosité de la scène et du diamètre de travail de l'objectif (ouverture). Si la luminosité de la scène est faible, l'automatisation de l'appareil photo ou le photographe agrandit l'ouverture de travail et / ou la vitesse d'obturation est ralentie. Si vous choisissez une vitesse d'obturation rapide, vous devez augmenter l'ouverture de travail, etc.

Dans tous les cas, l’ampleur de la charge à la fin de l’exposition est médiocre. La logique intégrée à la puce convertit la charge en un signal analogique faible qui est ensuite amplifié et converti en un signal numérique. C'est l'application de l'amplification dont vous parlez.

Si la charge est faible, l'amplification doit être augmentée. La charge sera faible si la scène est mal éclairée. La charge sera faible si la vitesse d'obturation utilisée est ultra-rapide. Nous ouvrons le diamètre de travail de la lentille car cela laisse plus de lumière entrer. Nous pouvons apporter de la lumière artificielle si la luminosité de la scène doit être renforcée.

Parlons de l’amplification: L’amplification dans l’appareil photo numérique correspond à l’augmentation du volume d’une radio ou d’une télévision. Dans l’appareil photo numérique, plus l’amplification est élevée, plus il ya de chances que l’image prenne des scènes faiblement éclairées ou des vitesses d’obturation élevées. L'amplification accrue est classée comme un réglage ISO élevé. ISO signifie Organisation internationale de normalisation. Ils sont responsables de la normalisation de la sensibilité de la vitesse des pellicules photographiques et le secteur des appareils photo numériques a adopté la méthode ISO d'étiquetage de la sensibilité.

L'augmentation de l'ISO a un prix: pour la plupart des capteurs d'imagerie, chaque photosite a son propre amplificateur. Chacun est susceptible d'amplifier un peu différemment de son voisin. Lorsque l'amplification est trop élevée, les vues qui doivent se reproduire en noir apparaissent souvent en gris foncé. Cela envoie de fausses informations que nous appelons du bruit. De plus, si l'amplification est trop élevée, une partie de la charge peut s'infiltrer dans les photosites adjacents, nous appelons cela une floraison. Oui, une sensibilité ISO élevée peut se dégrader et se dégrade, mais elle permet également de photographier dans des conditions difficiles. La technologie embarquée sur les puces d'imagerie et les logiciels de caméra les plus récents permet de mieux atténuer le bruit et les fleurs.

Avertissement: Ma réponse est 100% anecdotique et est basée sur les résultats d'un Panny FZ-28, qui ne traite peut-être pas les mêmes valeurs que les RAW.

Cela dit, je suis aux prises avec des niveaux de bruit dans des conditions de faible luminosité depuis le premier jour avec cet appareil photo. Il n’existe que très peu de performances que l’on peut tirer d’un petit capteur, mais j’ai essayé plusieurs solutions pour obtenir les meilleurs résultats possibles.

Comme je vois une augmentation assez spectaculaire du bruit alors que j'augmente l'ISO, j'essaie généralement de conserver l'ISO épinglé à 100 ou près de 100. Une des choses que j'ai essayée, cependant, était de prendre une photo RAW à 100 ISO avec la photo sous-exposée pour maintenir le déclencheur. la vitesse que je voulais. Le post-traitement me permet de corriger l'exposition (dans une certaine mesure), mais lorsque je le fais, je capte une quantité de bruit qui semble être à peu près la même chose que si je commençais simplement à augmenter l'ISO. Je vois un niveau de bruit très comparable lorsque j'augmente l'ISO et l'exposition (de sorte que je n'ai pas à augmenter l'exposition lors du post-traitement), ce qui me laisse penser qu'il n'y a guère de place pour «tromper le système» de cette façon.

Je n'ai lu aucun texte à l'appui, mais d'après ce que j'ai vu, je serais enclin à croire que le n ° 1 ou le n ° 2 (personnellement, je crois que c'est le n ° 1) ci-dessus sont vrais.

RAW est en quelque sorte un vidage direct de la sortie du capteur vers le stockage. N ° 1 et / ou 2 sont donc des choix évidents (bien que je pense que Canon manipule les données avant d'écrire leur RAW, et peut-être d'autres).

Un bon moyen d'augmenter la sensibilité d'un capteur consiste à augmenter la tension appliquée sur celui-ci. Cela augmente à la fois la sortie pour une entrée donnée et le bruit (ce qui est effectivement le cas lorsqu’on augmente l’IE sur un appareil photo numérique).

J'ai du mal à imaginer comment appliquer une sorte d'amplification de la lumière avant le capteur bien que celle-ci puisse être ajustée à la volée (les capteurs ont des microlentilles sur chaque élément pour capter la lumière de cet élément, ce qui détermine la taille de l'élément et dispose d'un petit, mais fixe, effet).

L'option 3 modifierait les données RAW après la collecte, ce qui revient à modifier le fichier RAW après l'avoir lu à partir de l'appareil photo. Certaines caméras (voir ci-dessus) peuvent tenter cela, en particulier pour filtrer le bruit. La plupart ne le feront pas et le laisseront à l'utilisateur (en fait, il y a quelques années, il y avait eu une bataille entre Canon et Nikon. Canon semblait produire des images beaucoup plus vives que Nikon, qui avaient été causées par l'application par Canon de manipulations internes à l'appareil photo. les données RAW, ce qui a provoqué un tollé chez les utilisateurs qui ne voulaient pas que leurs appareils photo le fassent).

Attention, tout cela concerne les reflex numériques de milieu / haut de gamme. Avec les modèles d'entrée de gamme, il y a probablement beaucoup de filtrage et d'améliorations dans l'appareil photo, mais les utilisateurs de ces appareils ne sont généralement pas des tireurs RAW et leurs modes RAW peuvent également être propres.