Sẽ là sai lầm khi nghĩ rằng việc tăng ISO không dẫn đến thay đổi "vật lý" trong máy ảnh. Vấn đề với ISO là mọi người thường gọi nó là độ nhạy . Đó thực sự là một cách hiểu sai ... độ nhạy là một thuộc tính cố định của bất kỳ cảm biến nào và nó không thể thay đổi.
Độ nhạy thực sự đồng nghĩa hơn với hiệu suất lượng tử của photodiod, bao gồm phần trăm ánh sáng được lọc ra bởi bộ lọc cắt IR, bộ lọc thông thấp và mảng bộ lọc màu. Nói chung, hầu hết các máy ảnh DSLR ngày nay thực sự có độ nhạy 13-18% với ánh sáng ... điều đó có nghĩa là chỉ có khoảng 13-18% ánh sáng đi qua ống kính thực sự chạm tới photodiode và thực sự giải phóng một electron. Khoảng 60% ánh sáng trở lên được lọc bởi ngăn lọc và CFA, và hiệu suất lượng tử của photodiodes (tốc độ tấn công photon để giải phóng electron) trong các cảm biến hiện đại nằm trong khoảng từ ~ 45% đến ~ 60%.
ISO thực sự chỉ là một hướng dẫn cho thiết bị điện tử của máy ảnh để thay đổi cách sạc điện tử, tín hiệu tương tự, được lưu trữ trong cảm biến được khuếch đại để tạo ra mức phơi sáng thích hợp. Theo nghĩa đó, có sự thay đổi "vật lý" trong những gì thực sự xảy ra với tín hiệu hình ảnh trong thiết bị điện tử của cảm biến. Một mức tăng nhất định được áp dụng cho tín hiệu gốc trong cảm biến khi đọc. Việc tăng ISO làm thay đổi mức tăng này, dẫn đến sự khuếch đại tín hiệu ngày càng lớn hơn.
Câu hỏi của bạn là, việc tăng ISO có quan trọng không và việc thay đổi ISO có ảnh hưởng đến RAW không? Câu trả lời là CÓ và CÓ! Nếu bạn chụp mọi thứ ở ISO 100 và thay đổi "khuếch đại" kỹ thuật số trong bài, thì hình ảnh của bạn sẽ nhiễu hơn nhiều so với khi bạn sử dụng cài đặt phù hợp nhất trong máy ảnh của mình. Các cơ chế khuếch đại tín hiệu hình ảnh được thực hiện bởi máy ảnh vượt trội hơn rất nhiều so với tăng ISO kỹ thuật số cơ bản của bạn với một số loại công cụ xử lý bài như Lightroom. Hình ảnh mẫu từ Matt Grum mà bạn đã tham chiếu từ bài đăng gốc phải là một ví dụ lý tưởng về điều đó. Lưu ý rằng nhiễu trong ảnh ISO 100 được tăng cường kỹ thuật số tệ hơn nhiều so với ảnh ISO 1600? Có rất nhiều nhiễu màu xanh lam, các mẫu dải bắt đầu xuất hiện và mất chi tiết. Máy ảnh đã làm tốt hơn rất nhiều khi được yêu cầu sử dụng ISO 1600 ... có ít nhiễu hơn, chi tiết hơn, chi tiết sắc nét hơn.
Lý do thúc đẩy ISO trong máy ảnh tốt hơn là nó hoạt động với tín hiệu gốc, gốc ngay từ cảm biến trước khi bất kỳ thiết bị điện tử xuôi dòng nào có cơ hội đưa ra tiếng ồn bổ sung. Trong Bộ cảm biến hình ảnh CMOS (CIS), mỗi pixel đều có mạch giảm nhiễu tích hợp (CDS, lấy mẫu kép tương quan ... điều này đo điện tích tối trong pixel ở "thời gian đặt lại" và ghi nhớ nó để nó có thể được trừ khi đọc) cũng như bộ khuếch đại tích hợp. Khi mỗi cột pixel được đọc ra, điện tích của pixel sẽ được khử nhiễu đầu tiên bởi mạch CDS và điện tích "sạch" đó sau đó được khuếch đại trực tiếp trước khi được gửi đến mạch đọc ra được gửi đi. Chuyển đổi tương tự sang số, hoặc ADC, xảy ra tắt cảm biến chết trong chip DSP trong hầu hết các máy ảnh (có một số trường hợp ngoại lệ, nhiều hơn trong một khoảnh khắc).
ADC thường song song vừa phải, có thể có tám, mười sáu, có thể nhiều hơn trong một máy ảnh nhất định. Mặc dù là song song, mỗi người vẫn phải xử lý hàng trăm nghìn nếu không phải là hàng triệu pixel trong một phần của giây. Điều đó đòi hỏi tần số hoạt động cao, có xu hướng giới thiệu thêm tiếng ồn. Đây là nguồn chính của màu sắc và nhiễu dải trong hầu hết các máy DSLR thể hiện như vậy. Hình ảnh ISO 100 được tăng cường trong bài cũng đang tăng thêm tiếng ồn sau khi đọc được đưa xuống từ cảm biến .
Bằng cách tăng ISO trong máy ảnh, bạn khuếch đại tín hiệu hình ảnh trực tiếp và bất kỳ người đóng góp nào ở phía dưới gây nhiễu chỉ ảnh hưởng đến đầu dưới của tín hiệu. Điều này bảo tồn hình ảnh tỷ lệ tín hiệu nhiễu điện tử. Có một đóng góp bổ sung cho tiếng ồn không liên quan đến điện tử. Bản chất ngẫu nhiên của ánh sáng dẫn đến sự phân bố Poisson của các xung photon. Với tổng ít ánh sáng chiếu vào cảm biến, nhiễu Poisson sẽ cao hơn. Nếu bạn có một cảm biến không gây ồn, một cảm biến hoàn toàn không gây ra tiếng ồn điện tử nào ... thì việc sử dụng ISO 1600 sẽ giống như sử dụng ISO 100 và tăng cường độ phơi sáng thêm bốn điểm dừng. Lượng nhiễu trong hai hình ảnh sẽ giống hệt nhau và tất cả sẽ là nhiễu xuất phát từ bản chất vật lý ngẫu nhiên của ánh sáng.
Có một cảm biến trên thị trường hiện nay gần như không gây ồn ào. Các Sony Exmor cảm biến sử dụng rất tiên tiến, cột dây song song, ON-DIE Digital ADC / CDS đọc ra thiết kế. Không giống như hầu hết các cảm biến, duy trì tín hiệu tương tự trong suốt đường ống từ cảm biến đến DSP (cho đến ngay sau ADC), Exmor thực hiện cả CDS và ADC khi chết, và theo cách thức kỹ thuật số. Thay vì mỗi pixel có mạch CDS tương tự để đo dòng pixel tối trên mỗi pixel, Exmor thực hiện đọc lại, đọc lại đó ngay lập tức được chuyển đổi thành kỹ thuật số và lưu trữ toàn bộ cảm biến "dòng điện tối" trong một hình ảnh ảo của các giá trị âm. Khi thực hiện phơi sáng, tín hiệu hình ảnh được đọc ra, chuyển đổi thành kỹ thuật số và hình ảnh đặt lại âm được áp dụng cho hình ảnh phơi sáng dương.
Vì có một ADC trên mỗi cột trong Exmor, thay vì một ADC trên hàng chục cột, chúng có thể hoạt động ở tần số thấp hơn. Giữa việc sử dụng CDS kỹ thuật số, ADC trên mỗi cột và các thành phần tần số thấp hơn, Exmor giới thiệu độ nhiễu gần như bằng 0 , không đưa ra bất kỳ nhiễu dải có thể nhìn thấy hoặc nhiễu nào, và đối với tất cả các ý định và mục đích có thể được coi là cảm biến "không ồn ào".Vẫn còn một số tiếng ồn, và việc tăng cường phơi sáng trong bài sẽ đủ để dẫn đến tiếng ồn đó trở nên rõ ràng. Tuy nhiên, người ta có thể chụp ảnh ở ISO 100, nâng nó lên bốn điểm dừng và trông nó cũng đẹp như ảnh chụp ở ISO 1600. Thực tế, trong trường hợp của Exmor ... đó là Chính xác là trường hợp! Tất cả "khuếch đại" trong Exmor đều là kỹ thuật số, mặc dù các thiết bị điện tử cảm biến có xu hướng tốt hơn so với nâng thủ công trong bài, bằng một lề nhỏ.
Điều quan trọng nữa là phải nhận ra rằng việc tăng ISO tự nó không thực sự gây thêm nhiễu. ISO không phải là một nguồn gây nhiễu! Giả sử cảm biến không nhiễu, nếu bạn phơi sáng một cảnh tĩnh sao cho bạn đạt được mức phơi sáng thích hợp ở ISO 100 và phơi sáng cùng một cảnh tĩnh để bạn đạt được mức phơi sáng thích hợp ở ISO 3200, thì cảnh sau sẽ có nhiều nhiễu hơn. Lý do tại sao bạn hỏi? Tiếng ồn Poisson, thường được gọi là tiếng ồn Photon Shot, hoặc tiếng ồn do bản chất ngẫu nhiên của ánh sáng, là nguyên nhân. Trong ảnh ISO 100 được phơi sáng chính xác, bạn đang sử dụng khẩu độ rộng hơn, sử dụng màn trập dài hơn hoặc cả hai. Giả sử vì mục đích thảo luận, chúng tôi chỉ thay đổi tốc độ màn trập, để duy trì DOF và có được cảnh chính xác giống nhau ở cả ISO 100 và ISO 3200. Sự khác biệt về tốc độ màn trập là năm điểm dừng. Đó là sự khác biệt ba mươi hai lần về lượng ánh sáng ở cảm biến! Bạn càng có nhiều ánh sáng, nhiễu hạt photon sẽ càng rõ ràng ... tỷ lệ tín hiệu / nhiễu (SNR) của hình ảnh với độ nhiễu tự nhiên của nó cao hơn với hình ảnh ISO 100 được phơi sáng chính xác và thấp hơn nhiều với phơi sáng đúng hình ảnh ISO 3200.
Nếu chúng ta sử dụng Nikon D800 (sử dụng cảm biến Sony Exmor), chụp ảnh bị thiếu sáng bởi năm điểm dừng ở ISO 100 và một điểm khác được phơi sáng chính xác ở ISO 3200 và khuếch đại hình ảnh ISO 100, nó sẽ trở nên hơi ồn hơn so với Hình ảnh ISO 3200. Nó thực sự có cùng SNR so với nhiễu bắn photon, và sẽ có một phần rất nhỏ của nhiễu đọc cũng sẽ được khuếch đại cùng với phần còn lại của hình ảnh.
Vâng, bạn đã hỏi để biết chính xác ISO hoạt động như thế nào trong một máy ảnh kỹ thuật số hiện đại. Đây không phải là một lời giải thích hoàn chỉnh và các nhà sản xuất khác nhau xử lý các cài đặt ISO cao nhất định khác nhau. Ví dụ: các cảm biến Canon sẽ chỉ khuếch đại tín hiệu hình ảnh trực tiếp ra khỏi cảm biến đến một điểm nhất định và sau đó sẽ sử dụng bộ khuếch đại hạ lưu bổ sung giữa cảm biến và ADC để đạt được một số điểm dừng hàng đầu (ví dụ: trong máy ảnh đi đến ISO 6400, ISO 1600 là cài đặt "khuếch đại nguyên bản" tối đa và ISO 3200 và 6400 liên quan đến việc khuếch đại bổ sung, nhưng vẫn tương tự, khuếch đại.) Các cài đặt "ISO mở rộng" cũng đặc biệt trên hầu hết các máy ảnh. tăng kỹ thuật số. Vì vậy, bất kỳ cài đặt nào được gọi là HI, hoặc H1, H2, v.v., không phải là cài đặt ISO thực sự ... đó là cài đặt ISO giả.