디지털 카메라에서 ISO는 어떻게 구현됩니까?


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카메라의 ISO 설정을 변경하면 시스템의 게인이 증가하여 센서의 신호가 증폭됩니다. 분명하지 않은 것은 증폭이 일어나는 곳입니다. 몇 가지 가능성이 있습니다.

  1. 센서에서 전압 또는 다른 메커니즘을 증가시켜
  2. 센서 외부의 아날로그 증폭기를 통해
  3. 신호가 디지털화 된 후 RAW 파일에 데이터를 저장하기 전에 디지털로
  4. RAW에서 이미지를 만들 때만 적용되는 매개 변수

# 4가 맞으면 ISO 1600에서 4 노출 과다 노출 된 RAW 사진을 촬영 한 후 사후 처리에서 원본 사진이 ISO 100으로 촬영 된 것과 같은 ISO 100으로 JPEG를 생성 할 수 있습니다.

# 1 또는 # 2가 true 인 경우 ISO 1600에서 촬영 한 RAW 파일에는 실제로 그림자에 대한 추가 정보가 포함되고 ISO 100 RAW에는 하이라이트에 대한 추가 정보가 포함됩니다.

답변:


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CCD의 경우 앰프는 센서의 모서리에 효과적으로 있지만 CMOS에는 각 포토 사이트에 내장 된 앰프가 센서 전체에 분산되어 있습니다. 여기를 참조 하십시오 .

내가 최근에 발견 한 것에서 언급했듯이 대부분의 DSLR에는 ADC (아날로그-디지털 변환) 이전에 증폭기가 있습니다. 그것들은 800 또는 1600 ISO에서 최대가되는 경향이 있으며 이후에는 모든 디지털 증폭입니다. 다음 단락은 1600에서 아날로그 증폭을 최대화하는 카메라를 가정합니다.

불행히도, 12 비트 또는 14 비트 RAW 파일은 설명 된 작업을 수행하지 못하게합니다. RAW 파일이 저장되기 전에 디지털 증폭이 수행됩니다. 저장할 수있는 최대 값이 있으므로 ADC가 포화 상태가 아니더라도 4 스탑 과다 노출을 촬영하면 RAW 파일이 잘릴 수 있습니다. 그러나 하이라이트를 클립하지 않는만큼 노출을 과다하게 노출시키는 기술은 노이즈를 줄이는 데 효과적이며 ETTR (Expose To The Right)이라고합니다.

예. 아날로그 증폭으로 인해 ISO가 높은 RAW 파일에는 더 자세한 내용이 포함되어 있습니다. 그러나 ISO 1600과 ISO 12800에는 동일한 양의 섀도우 디테일이 포함되어야합니다 (추가 특수 처리가 없거나 ADC가 RAW 파일이 저장된 비트 심도보다 효과적으로 더 정밀하지 않은 경우).

# 3이 ISO 1600 이상인 경우에도 ISO 1600 RAW에는 여전히 디지털 증폭 프로세스를 통해 클리핑 될 수 있으므로 하이라이트에 대한 자세한 정보가 포함될 수 있습니다. 이런 이유로 그리고 아마도 다른 것들 (배터리 수명, 유효 버퍼 크기)로 RAW를 촬영할 때는 ISO 1600을 촬영하고 나중에 포스트 프로세스를하는 것이 좋습니다. 다시 한 번, 나는 이것을 테스트하지 않았으며 유효 ADC 비트 깊이가 RAW 형식의 비트 깊이보다 높으면 사실이 아닙니다.


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Canon 카메라에는 "확장"ISO 설정 (H) 및 (L)이 있습니다. 나는 디지털 방식으로 증폭 된 확장 된 설정일 뿐이며 모든 "정상"ISO 설정은 아날로그 증폭기로 수행되었다고 생각했습니다. 즉, 대부분의 고급 (및 최신) 캐논의 경우 실제 ISO 범위는 최대 3200 이상입니다. 1D Mk IV의 표준 ISO 범위는 100-12800이며 50, 25600, 51200, 102400은 디지털 방식으로 향상되었습니다. 실제로는 그렇지 않습니까?
jrista

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실제 숫자 대신 L 및 Hx를 사용하는 이유 중 하나는 적어도 일반적인 ISO 값뿐만 아니라 교정되지 않았기 때문입니다. 회의론의 건전한 복용으로 복용해야합니다.
Karel

@ jrista, (내 회사에 의해 확인되지 않은) 나의 결론은 (L)은 진지하고 (H)는 마케팅 용어입니다 (다른 것과 동일하지만 나쁘게 보이므로 분리 할 것입니다). 확장 모드가 실제로 증폭 방법 사이의 선이라고 주장하는 문헌의 어느 곳도 보지 못했습니다. 다음은 Pentax, 1600 정도의 아날로그에 대한 연구 결과이며, 그 결과 모호합니다. forums.dpreview.com/forums/… forums.dpreview.com/forums/…
Eruditass

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다양한 센서 기술에 증폭이 어떻게 설정되어 있는지 설명하고 있었기 때문에 ISO 성능에 일반적인 차이가 있습니다.
Eruditass

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# 4에서도 일부 카메라는 전체 ISO 범위 또는 일부 ISO 설정에 대해 태그로 ISO를 갖습니다 (원시 데이터는 동일 함).
Iliah Borg 2009

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예, ISO 설정은 RAW 파일에 저장된 이미지 데이터에 영향을줍니다. 다음은 동일한 조리개 (f / 2.8)와 셔터 속도 (1/100)로 동일한 시간 / 장소에서 촬영 한 이미지입니다 (거의 대부분은 구도에 많은주의를 기울이지 않고 핸드 헬드로 촬영 한 것임).

이 첫 번째 이미지는 ISO 100으로 촬영되었으며 ACR에서 +2 스탑을 유효 ISO ~ 400으로 조정했습니다. 노출 이외의 모든 조정은 제로화되었습니다 (노이즈 감소, 선명 화, 대비 조정 등 없음)

대체 텍스트

이 이미지는 ISO 1600에서 촬영되었으며 ACR에서 -2 스탑을 유효 ISO ~ 400으로 조정했습니다. 다시 모든 조정은 제로화되었습니다.

대체 텍스트

두 번째 이미지에서 강조 표시된 부분을 확인하십시오. 매번 센서에 같은 양의 빛이 닿지 만 RAW 파일에는 다른 정보가 기록됩니다.


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예. ISO 설정은 센서의 감도입니다. 실제로 실제 결과를 얻기 위해 센서의 픽셀 신호에 적용되는 증폭량입니다.

이론적으로 노출 보정을 사용하여 ISO가 낮거나 높은 결과와 유사한 결과를 생성하는 프로세스를 게시 할 수 있습니다. 항상 "카메라 내"에서 촬영하는 훨씬 더 나은 결과를 얻었습니다. 증폭은 디지타이징 전에 아날로그 방식으로 수행된다.


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나는 당신 말이 맞아 믿는다 : 내 캐논 DSLR에, ISO1600와 RAW 파일이 많은 소음 얻을 수 있습니다
대니 T.

@Alan 카메라 내에서 바로 얻을 수 있습니다. RAW는 화이트 밸런스 문제에 적합하지만 결과가 결코 좋지 않기 때문에 노출 / 측광에 의존하지 않습니다.
Rowland Shaw

"이론적으로 프로세스를 게시하여 ISO가 낮거나 높은 결과와 유사한 결과를 얻을 수 있습니다"... 확실하지 않습니까? 더 높은 ISO로 생성 된 노이즈는 취소 할 수 없습니다.
AJ Finch

@ AJ 나는 그만하거나 교정 할 생각을하고 있었지만 노출을 바로 얻는 것을 이길 수는 없습니다.
Rowland Shaw

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@Rowland 나는 당신의 의견을 완전히 이해하지는 못하지만 그렇습니다. 장면의 유형이 노출 결정에 크게 영향을 줄 것입니다. -포스트-시프트가 반드시 최선의 선택입니다. 나는 처음부터 일을하는 것이 바람직하지만, 노출에 관해서는 "올바른"것이 없다고 생각합니다. 노이즈 등을 줄이기 위해 하이라이트 디테일 설정을 유지하는 설정이 있습니다. 포스트에서 노출을 조정할 수있는 것은 "실수"를 교정하는 것이 아니라 유용한 도구입니다.
매트 그럼

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# 3이 true 인 경우 ISO 1600에서 4 스탑 과다 노출 된 RAW 사진을 촬영 한 후 사후 처리에서 원본 사진이 ISO 100으로 촬영 된 것과 동일한 ISO 100으로 JPEG를 생성 할 수 있습니다.

아닙니다. ISO 100 설정으로 사진을 촬영하면 ISO 1600 설정과 다른 노출 (칩에 더 많은 빛이 비침)을 얻습니다. 어떻게 증폭 (하드웨어 또는 소프트웨어에서)을 달성하든 ISO 1600 사진은 ISO 100 이미지보다 더 많은 노이즈를 전달합니다.


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동일한 조리개와 노출 시간으로 동일한 장면에서 두 장의 사진을 촬영하고 ISO 만 변경하면 각 사진 동안 동일한 양의 빛이 센서에 닿게됩니다. ISO 1600 캡처로 생성 된 사진은 ISO 100에서 1 개이므로 "4 스톱 과다 노출"입니다.
Evan Krall

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ISO는 센서에 닿는 빛의 양에 영향을 미치지 않습니다. ISO는 디지털 변환 전 또는 후에 증폭 되었든 결과 디지털 이미지 밝기에 영향을줍니다. 그러나 ISO 100 구절 ISO 1600으로 동일한 노출을 촬영한다는 것은 본질적으로 센서에 더 많은 빛이 있어야한다는 것을 의미합니다.
Nick Bedford

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카메라 렌즈는 외부 세계의 소형 이미지를 카메라의 내부와 후면에있는 감광성 이미지 센서의 표면에 투사합니다. 이 이미지 센서는 수백만 개의 포토 사이트로 덮여 있습니다. 대부분의 포토 사이트에는 빨강, 녹색 또는 파랑 필터가 겹쳐져 있습니다. 장면에서 노출되는 빛은 포토 사이트에서 재생됩니다. 이들은 장면 밝기에 비례하여 광자 타격을받습니다.

광자 히트는 포토 사이트 내에서 전하를 생성합니다. 이 전하의 강도는 광자 히트 수에 비례합니다. 적중 횟수는 셔터가 열려있는 시간과 장면 밝기 및 렌즈의 작동 직경 (조리개)의 조합입니다. 화면 밝기가 약하면 카메라 자동화 또는 사진 작가가 작업 공간을 확대하거나 셔터 속도가 느려집니다. 빠른 셔터 속도를 선택하면 작업 조리개 등을 늘려야합니다.

모든 경우에 노출이 끝날 때 전하의 크기는 겁이납니다. 칩에 내장 된 로직은 전하를 약한 아날로그 신호로 변환 한 다음 증폭하여 디지털 신호로 변환합니다. 당신이 요구하는 것은 증폭의 적용입니다.

전하가 약하면 증폭을 늘려야합니다. 장면의 조명이 어두우면 충전량이 약합니다. 사용 된 셔터 속도가 초고속이면 충전량이 약합니다. 더 많은 빛 에너지를 허용하기 때문에 렌즈의 작업 직경을 엽니 다. 장면 밝기가 강화되어야하는 경우 인공 조명을 사용할 수 있습니다.

증폭에 대해 이야기합시다 : 디지털 카메라의 증폭은 라디오 나 TV의 볼륨을 높이는 것에 해당합니다. 디지털 카메라에서 증폭이 높을수록 조명이 희미한 장면이나 셔터 속도가 빨라질 수 있습니다. 증폭 증가는 높은 ISO 설정으로 분류됩니다. ISO는 국제 표준화기구 (International Organization for Standardization)의 약자입니다. 그들은 사진 필름 속도 감도를 표준화 할 책임이 있으며 디지털 카메라 산업은 ISO 라벨링 방법을 채택했습니다.

증가 된 ISO는 가격으로 제공됩니다. 대부분의 이미징 센서의 경우 각 포토 사이트에는 자체 앰프가 있습니다. 각각은 이웃과 약간 다르게 증폭 될 수 있습니다. 증폭이 너무 높으면 검은 색으로 재현되어야하는 광경이 종종 어두운 회색으로 등록됩니다. 이것은 우리가 잡음이라고하는 잘못된 정보를 보냅니다. 또한 증폭이 너무 높으면 일부 전하가 인접한 포토 사이트로 누출 될 수 있습니다. 그렇습니다. 높은 ISO는 성능이 저하 될 수 있지만 열악한 조건에서도 사진을 찍을 수 있습니다. 최신 이미징 칩과 카메라 소프트웨어의 기술은 노이즈와 블루밍을 더 잘 완화시킵니다.


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앨런, 대단한 답변이지만, 가능하다면 서명을 남겨 주시기 바랍니다.
John Cavan

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경고 : 내 대답은 100 % 일화이며 Panny FZ-28의 결과를 기반으로하며 RAW는 DSLR과 동일하게 처리 할 수 ​​없습니다.

그 말을하면서, 나는이 카메라로 1 일 이후 저조도 환경에서 노이즈 레벨로 어려움을 겪었습니다. 작은 센서에서 얻을 수있는 성능은 매우 많지만 가능한 최고의 결과를 얻기 위해 여러 가지 시도를했습니다.

ISO를 높이면 노이즈가 상당히 급격히 증가하는 것을 볼 수 있기 때문에 보통 ISO를 100 또는 그 근처에 고정하려고합니다.하지만 시도한 것 중 하나는 셔터를 유지하기 위해 노출 부족으로 ISO 100에서 RAW를 촬영하는 것이 었습니다. 내가 원하는 속도. 포스트 프로세싱을 통해 노출을 어느 정도 고칠 수 있지만 그렇게 할 때 ISO를 더 높게 설정하여 시작하는 것과 같은 노이즈 양을 선택합니다. ISO와 노출을 증가시킬 때 (후 처리에서 노출을 늘릴 필요가없는) 매우 비슷한 소음 수준을 보게되므로 이런 방식으로 "시스템을 속이는"공간이 거의 없다고 믿게되었습니다.

나는 이것을 뒷받침하기 위해 어떤 독서도하지 않았지만, 내가 본 것에 기초하여, 위의 # 1 또는 # 2 (개인적으로, 나는 그것이 # 1이라고 믿는다)는 사실이라고 믿는 경향이 있습니다.


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RAW는 스토리지에 센서 출력을 직접 덤프하는 것이므로 # 1 및 / 또는 # 2가 확실한 선택입니다 (Canon이 RAW를 작성하기 전에 데이터를 약간 조작하고 다른 사람들도 그렇게 생각합니다).

센서의 감도를 높이는 좋은 방법은 적용된 전압을 높이는 것입니다. 이것은 주어진 입력에 대한 출력을 증가시키고 노이즈를 증가시킵니다 (실제로 디지털 카메라에서 EI를 올릴 때 발생하는 것으로 관찰됩니다).

센서 전에 빛 증폭을 적용하는 방법을 구상하기가 어려웠습니다.하지만 센서를 즉시 조정할 수 있습니다 (센서에는 각 요소 위에 마이크로 렌즈가있어 해당 요소에 빛을 수집하여 요소 크기를 결정하고 작지만 고정 된 효과).

옵션 3은 수집 후 RAW 데이터를 수정합니다. 이는 카메라에서 RAW 파일을 읽은 후 수정하는 것과 같습니다. 일부 카메라 (위 참조)는 특히 노이즈를 걸러 내기 위해이를 시도 할 수 있습니다. 캐논과 니콘 사이에 캐논이 니콘에 비해 훨씬 더 생생한 이미지를 생성하는 것처럼 보였으며 캐논은 카메라 조작을 적용하여 발생하는 것으로 밝혀졌습니다. RAW 데이터로 인해 카메라를 원하지 않는 사용자들로부터 많은 소란이 발생했습니다).

엔트리 레벨 모델을 사용하면 카메라 내부 필터링 및 향상이 많이 진행될 수 있지만 일반적으로 RAW 슈터가 아니며 RAW 모드도 깨끗할 수 있습니다.

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