답변:
현대 디지털 카메라 센서가 특정 지점 이상으로 빛의 세기를 포착하는 데있어 정확히 무엇을 제한합니까?
센서 자체의 물리적 특성 측면에서 :
각 광자 (a / k / sense, 픽셀 우물 등) 내에서 방출 될 수있는 전자가 더 이상 존재하지 않을 때까지 이러한 광자 파업으로 인해 발생하는 광자 파업 수와 자유 전자 수는 전체 우물을 정의합니다. 생산 능력. 에멀젼에 남아있는 할로겐화은 결정 이 아직 남아 있지 않아 현상액에 의해 원 자성은으로 변환되기에 충분한 '감도 반점' 이 없을 때 완전 포화에 도달하는 필름과 크게 다르지 않습니다.. 주요 차이점은 각 기술이 최대 용량에 도달 할 때 응답 곡선의 모양입니다. 디지털은 전체 웰 용량에 도달 할 때까지 광자 당 동일한 수의 전자 ¹를 방출합니다. 필름이 완전 포화에 가까워 질수록 남은 은염에 영향을 미치기 위해 점점 더 많은 빛 에너지 (또는 개발 시간)가 필요합니다.
아날로그 전압을 디지털 데이터로 기록하는 관점에서 :
센서에서 각 포토 사이트 (a / k / a 'sensel', 'pixel well'등)의 아날로그 전압을 읽을 때 신호에 증폭이 적용됩니다. 카메라의 ISO 설정에 따라 적용되는 증폭량이 결정됩니다. ISO의 각 정지 증가에 대해 두 배의 증폭이 적용됩니다. 카메라의 "기본"감도 (간단 함을 위해 입력 전압이 출력 전압과 동일한 1.00X의 증폭을 ISO 100이라고하겠습니다)를 사용하는 경우 최대 용량에 도달 한 포토 사이트는 포스트 증폭에서 최대 전압 판독 값을 가져옵니다 ADC를 공급하는 아날로그 회로. ISO 200 (2.0X 증폭)을 사용하는 경우 1/2 (1/2) 전체 우물 용량 이상에 도달 한 모든 감지 전압이 사후 증폭 회로에 허용 된 최대 전압으로 증폭됩니다.
1.0X보다 큰 증폭은 각 포토 사이트의 전체 우물 용량보다 낮은 "천장"을 적용합니다. 높은 증폭이 사용될 때, 전체 우물 용량보다 약한 신호는 증폭기의 다운 스트림 회로의 최대 전압 용량에 도달합니다. 증폭 후 "미터를 페깅"하기에 충분히 강한 사전 증폭 된 신호 레벨은 "미터를 페깅"할 다른 사전 증폭 된 신호 레벨과 구별 할 수 없습니다.
이러한 증폭 된 아날로그 신호가 아날로그-디지털 변환기 (ADC)에 의해 디지털 데이터로 변환 될 때, 회로의 최대 전압 용량의 신호는 아날로그-디지털 변환의 비트 깊이에 의해 허용되는 최대 값이 할당된다. 8 비트 값으로 변환하면 전압에 0-255 사이의 이진수 값이 할당됩니다. ADC를 공급하는 아날로그 회로에 의해 허용되는 최대 신호는 255로 기록됩니다. 14 비트 인 경우 전압에 0-16,383 사이의 값이 할당되고 최대 값에는 16,383 등의 이진 값이 할당됩니다.
실제로 사진을 찍을 때의 테이크 아웃 :
증폭이 카메라의 "기본"감도에 있고 셔터 시간과 조리개가 결합되어 가장 밝은 요소를 제공 할 때 촬영하는 장면에서 가장 밝고 가장 어두운 ² 요소 사이에서 가장 큰 차이와 가장 큰 그라데이션 수를 얻을 수 있습니다. 완전 포화 상태이거나 거의 포화 상태에이를 정도로 충분한 노출. 더 높은 ISO 값을 사용하면 만들려는 이미지의 장면에서 하이라이트의 전체 채도에 접근 할 수있을 정도로 길거나 충분한 조리개로 노출 할 수없는 경우에 유용합니다. 그러나 더 높은 ISO를 사용하면 가격이 책정됩니다. 전체 다이나믹 레인지는 센서에서 나오는 전기 신호의 증폭이 높을수록 줄어 듭니다.
그렇다면 왜 항상 ISO 100 또는 카메라의 기본 ISO로 촬영 한 다음 나중에 노출을 푸시하지 않습니까? 그렇게하면 ISO 값을 높이는 것보다 이미지에서 "노이즈"가 증폭되는 경향이 있기 때문입니다. 신호에 대한 노이즈 감소의 양과 위치에 따라 달라집니다. 그러나 센서에서 나오는 아날로그 전압에 노이즈 감소를 적용하여 노이즈의 영향을 줄이는 것도 가격과 함께 제공됩니다. 매우 희미한 광원은 종종 "노이즈"로 필터링됩니다. 그렇기 때문에 노이즈 감소 측면에서 조명 / 고 ISO 성능이 매우 우수한 일부 카메라를 천체 사진가는 "스타 먹는 사람"이라고도합니다.
¹ 광자에 포함 된 에너지는 진동하는 주파수에 따라 약간의 변화가 있습니다. 더 낮은 주파수에서 진동하는 광자는 더 높은 주파수에서 진동하는 광자보다 감각을 칠 때 약간 적은 에너지를 방출합니다. 그러나 특정 주파수 / 파장에서 진동하는 광자의 경우, 픽셀 우물을 때릴 때 방출되는 에너지의 양은 전체 우물 용량에 도달 할 때까지 동일합니다.
² 센서 (또는 필름)로 기록 할 수있는 가장 어두운 요소와 가장 밝은 요소의 차이를 기록 매체 의 다이나믹 레인지 라고합니다. 디지털 카메라로 감도 증가 (ISO)가 멈출 때마다 "0"과 "풀 포화"사이의 선형 전압 차이가 절반으로 줄어 듭니다. 'Ev'와 같은 로그 스케일로 변환 할 때 감도를 두 배로 늘리면 동적 범위의 한 번의 '중지'가 줄어 듭니다 (다른 경우는 거의 같지 않음).
Michael Clark의 탁월한 답변 (풀웰 용량 클리핑 및 ADC 클리핑 설명) 외에도 디지털 사진 파이프 라인에는 클리핑이 발생할 수있는 몇 가지 다른 점이 있습니다.
RAW 이미지가 아닌 경우 압축 전 장치 색상 보정 / 자동 감마 조정 및 압축 자체 동안.
이미지를 JPEG 또는 MPEG로 압축하면 하드웨어가 압축 된 매체가 지원하는 것 (일반적으로 하드웨어 비트 깊이보다 훨씬 작음)으로 비트 깊이를 자릅니다. 이 잘림으로 인해 두 가지 밝기 모두에 가까운 값이 손실됩니다.
압축하기 전에 카메라는 색상 보정 및 감마 조정을 적용하여 컴프레서가 제공하는 제한된 비트 심도에 맞는 유효 동적 범위에 영향을 줄 수 있습니다. 예를 들어, Canon Log 모드에서 비디오를 녹화 할 때 장면의 가장 어두운 부분과 밝은 부분이 중앙으로 수학적으로 당겨 지므로 효과적인 다이나믹 레인지가 크게 증가하고 이미지의 일부 부분이 범위의 어느 한 쪽 끝에서 잘립니다.
후 처리 중. 이미지의 밝기를 크게 변경하는 사후 처리를 수행 할 때 계산의 초기 단계에서 실제로 값을 유지하는 데 사용되는 비트 수로 정확하게 표현할 수있는 범위를 초과하는 값이 발생할 수 있습니다. 드물기는하지만 때때로 발생하며 원래 이미지에서 실제로 잘리지 않는 사진 영역에서도 잘릴 수 있습니다.
이미지를 인쇄하거나 표시하는 동안 색상 영역 수정 중. 색상 보정을 수행 할 때 출력 매체에서 정확하게 재현 할 수있는 색 영역을 벗어나는 값을 얻을 수있는 경우가 있습니다. 이 시점에서 색상 엔진은 범위를 벗어난 값으로 수행 할 작업을 결정해야합니다. 이것은 또한 클리핑을 효과적으로 야기하지만, 클리핑에 대해 이야기 할 때 대부분의 사람들이 생각하는 것과 시각적으로 다소 다르게 보이며, 일반적으로 잘못된 색상으로 보입니다.
쉬운 경험적 설명 :
매우 밝은 전구를보십시오. 빛이 충분히 밝 으면 눈동자가 더 가까워 질 수 있고 여전히 너무 많은 빛이 망막에 부딪 히고 포화되어 정보에 도달하기 때문에 전구 내부를 볼 수 없습니다 뇌가 잘립니다 (밝은 빛만 보지만 빛의 세부 사항은 보이지 않습니다). 그것이 당신이 시도한다면, 당신이 그것을해서는 안되는 이유 중 하나입니다. 맑은 하늘 한낮의 태양을 직접 보려고한다면 당신은 태양을 볼 수없고 강렬한 빛을 볼 수 없을 것입니다. 적절한 보호는 실제로 눈이나 사진 장비, 렌즈 및 센서를 영구적으로 손상시킬 수 있습니다)
모든 센서는 카메라와 같은 방식으로 작동합니다. 신호 (이 경우 라이트)가 용량에 비해 너무 높으면 (포화 레벨에 도달) 추가 정보를 잘라 내고 더 많은 신호를 식별 할 수 없어 중요한 정보없이 평평한 높은 신호 만 전달합니다.