¿Qué es "ISO" en una cámara digital?


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¿Qué es "ISO" en general y cómo se define la escala?

¿Cómo difiere la escala ISO para la velocidad de la película de la sensibilidad ISO como se usa en las cámaras digitales?

¿El ISO más bajo siempre es mejor?


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Me di cuenta de que tenemos excelentes preguntas / respuestas sobre la apertura, decentes sobre las velocidades de obturación, y nada que realmente llegue al corazón de este tercer factor de exposición. Así que, aquí vamos. :)
mattdm

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Hay un cuarto factor de exposición: cantidad de luz. ;)
lindes

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Esa es una cuestión de dónde coloca sus términos. :) Para cualquier escena dada, hay un cierto valor de exposición que grabará una imagen con un cierto valor de brillo promedio. Al ajustar la apertura, el tiempo de exposición o la sensibilidad, cambia el valor de exposición y para una escena constante que cambia la "exposición" de la imagen de salida resultante. Al cambiar la iluminación, cambia la escena en sí, lo que significa que se requerirá un valor de exposición diferente para grabar el mismo brillo en la imagen resultante.
mattdm

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Tradicionalmente, EV es solo Av × Tv. Con la ganancia del sensor bajo un control inmediato fácil, actualmente es eficaz: Av × Tv × Sv = EV. Entonces, EV / iluminación = exposición final.
mattdm

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Vea photo.stackexchange.com/q/2946/378 para una discusión sobre cómo las cámaras digitales implementan ISO.
Evan Krall

Respuestas:


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En fotografía, ISO generalmente se refiere a una medida de " Velocidad de película ", que utilizo, incluida la referencia a la sensibilidad del sensor digital .

En resumen, las letras ISO son un nombre para la Organización Internacional de Normalización (no, oficialmente, un acrónimo; más información aquí ), y en fotografía se refiere a la norma ISO 12232: 2006 y otras normas relacionadas: ISO 12232: 1998, ISO 5800: 1987, ISO 6: 1993 e ISO 2240: 2003. (Enlaces en la página Velocidad de la película.) Históricamente, la película también ha utilizado los estándares ASA y DIN , el primero con el mismo sistema de numeración y el DIN con una escala completamente diferente.

Los estándares para cine y digital son técnicamente diferentes (en formas que no he investigado lo suficientemente cerca como para informar completamente), pero en general son lo suficientemente similares como para fines prácticos, son esencialmente los mismos (a pesar de la falla de reciprocidad , que muchos las películas son bastante propensas, aunque lo digital en general no lo es). Entonces, si mide una exposición con su cámara digital, podría usar esa exposición con una película de la misma clasificación que la configuración ISO que usó en la cámara digital, y esperar obtener una exposición similar (a menos que la velocidad de obturación sea larga o corta suficiente para que no se active la falla de reciprocidad para la película) (también suponiendo un equipo similar de lo contrario, sin diferencias en los filtros, etc.).

Tanto en digital como en película, un número mayor indica mayor sensibilidad. Un número dos veces más alto es dos veces más sensible (por ejemplo, 200 es dos veces más sensible que 100, 400 veces más sensible que 200, etc.). Por lo tanto, cuando se dispara con poca luz y se desea una velocidad de obturación relativamente rápida (por ejemplo, lo suficientemente rápida como para detener el movimiento), será esencial una clasificación de sensibilidad más alta (¡así que no, menor no siempre es mejor!)

En las cámaras digitales (y de manera similar pero diferente en la película), las clasificaciones ISO más altas tienden a crear ruido (el efecto relacionado en la película es una granulación aumentada ). Entonces, aunque no siempre es mejor (eso depende de lo que esté buscando), las clasificaciones ISO más bajas son siempre (o al menos casi siempre) más bajas en ruido, lo que puede ser deseable. (En el caso de la fotografía con poca luz donde la velocidad de obturación no es una preocupación, las exposiciones prolongadas combinadas con clasificaciones ISO más bajas crearán una "mejor" imagen, aunque es concebible que a algunos les gusten los efectos del ruido; ciertamente a veces hay atractivo. para filmar grano.)

En cuanto a cómo se define la escala, se basa en mediciones de una imagen producida en función de un determinado escenario de iluminación . Los detalles son complejos, por lo que dejaré los detalles como un ejercicio para el lector. Un resumen laico es que (para digital) es una medida de qué tan rápido el sensor digital se "satura" de luz. (Para la película, el proceso está relacionado pero es diferente).

En resumen: un ISO más alto es más sensible pero más ruidoso (pero no necesariamente peor), la digital y la película clasificada para el mismo ISO (o ASA para la película) tendrán una sensibilidad similar, y la escala se basa en la rapidez con que se convertirá una imagen " saturado "dada una cierta cantidad de iluminación.


NOTA: Me estoy preparando para hacer algunos experimentos relacionados con la controvertida respuesta de Matt Grum. Con suerte , mis resultados crearán una buena respuesta clara y libre de ruido al importante punto que plantea: que una imagen de alto ISO con una baja cantidad de luz será menos ruidosa que una imagen de bajo ISO con la misma cantidad de luz obtenida al sensor , que luego se amplifica en el procesamiento posterior. Más por venir, con suerte en ... EDITAR: Bueno, no he logrado que esto suceda por un tiempo ahora. Todavía puedo hacerlo en algún momento. Mientras tanto, también señalaré este artículo que habla sobre comparaciones de valores ISO nativos versus no nativos, y cantidades de ruido en ellos, que, aunque el artículo no lo dice exactamente, creo que probablemente esté directamente relacionado con esta pregunta.


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Nunca quise ser controvertido, esta respuesta contiene mucha información útil, solo quería que la gente supiera que la caída de ISO no garantiza un menor ruido, y dar un ejemplo. Pensé que ya era hora de que alguien defendiera al Capitán ISO, en su lucha implacable contra el malvado Doctor Read Noise, por el cual no recibe reconocimiento, ¡todo mientras el Sr. Dim Indoor Lighting se escapa!
Matt Grum

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Las clasificaciones ISO se pueden establecer en una escala lineal (el antiguo estilo de clasificación ASA) o en la escala logarítmica (DIN). Hasta hace relativamente poco, no podía usar el nombre ISO junto con la calificación establecida si no declaraba los valores en ambas escalas, incluso si las curvas de contraste y el desarrollo estaban exactamente de acuerdo con la especificación ISO. En algún momento, alguien (o un comité de alguien) finalmente decidió que hacer malabares con dos clasificaciones intercambiables no estaba haciendo nada por nadie (excepto el Deutsches Institut für Normung), requería demasiados caracteres LCD para mostrar, etc.

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TL; DR:  para minimizar el ruido, obtenga tanta luz como sea posible a través de la lente (ya que el ruido es causado principalmente por niveles bajos de luz) mediante el uso de ajustes de apertura y velocidad de obturación adecuados.

Luego, mientras mantiene esta configuración constante, aumente el ISO tanto como pueda (sin recortes de luz), ya que esto reducirá la proporción de la señal que es ruido de lectura.


¿El ISO más bajo siempre es mejor?

¡No!

Para una cantidad fija de luz que ingresa a la cámara, bajar el ISO no resultará en una reducción de ruido (relación señal / ruido mejorada). La única forma de reducir el ruido es combinar la reducción de ISO con dejar entrar más luz abriendo la abertura o dejando el obturador abierto por más tiempo.

Si la cantidad de luz que puede dejar entrar es limitada (ha alcanzado la apertura máxima y no puede usar una velocidad de obturación más larga sin introducir el desenfoque), usar el ISO más alto posible (sin resaltar los recortes) conducirá al menor ruido en el imagen. Esto parecerá contrario a la intuición e invitará votos negativos (¡siete hasta ahora!), Así que permítame explicarlo (vea mi respuesta a los comentarios al final).

Los valores ISO altos no causan ruido, la falta de luz causa ruido. La razón por la cual las personas asocian ISO altos con ruido es porque cuando aumenta la configuración ISO en el modo de prioridad de obturación o apertura, la cámara cierra la apertura o aumenta la velocidad del obturador para compensar, lo que disminuye la cantidad de luz que ingresa a la cámara.

Aquí hay una explicación de por qué la poca luz produce ruido:

Una fuente importante de ruido en las imágenes surge de la naturaleza aleatoria de la luz y se llama ruido de fotones o ruido de disparo. Los fotones se emiten aleatoriamente desde las fuentes de luz. Si recolecta muchos fotones, la aleatoriedad promedia y obtiene casi exactamente el mismo número emitido en cada dirección. Si recolecta muchos menos fotones, el número recolectado en píxeles vecinos (que debería ver el mismo color) puede diferir dando variaciones de brillo referidas como ruido o grano. Así es como la falta de luz conduce al ruido. Ver Wikipedia: ruido de disparo .

Otra fuente de ruido es el ruido de lectura. El ruido de lectura ocurre cuando las cargas analógicas en el sensor están digitalizadas (leídas). El ruido de lectura es aproximadamente constante con respecto al número de fotones capturados. El aumento de ISO amplifica la señal y, por lo tanto, el ruido de los fotones, pero el ruido de lectura permanece igual.

Si usa un ISO más bajo (con la misma cantidad de luz entrando en su cámara) obtendrá una imagen subexpuesta y cuando la ilumine en la publicación amplificará tanto el ruido de los fotones como el ruido de lectura . Su ruido total será más alto.

Aquí hay un ejemplo de este efecto en la práctica:

Estas imágenes se tomaron con la barra de configuración ISO idéntica y se procesaron exactamente de la misma manera. El inferior es claramente más ruidoso, a pesar de haber recibido un disparo a ISO 100.

Si tuviera que trazar el ruido frente a ISO para cada par de velocidad de obturación / apertura, encontraría que el ruido siempre aumenta (a veces solo ligeramente) a medida que disminuye ISO . Por lo tanto, no veo cómo se puede argumentar que el ISO alto da como resultado imágenes más ruidosas, dado que cuando todo lo demás es igual, ¡los ISO más bajos producen más ruido!


Respuesta a comentarios

Lo sentimos, pero su explicación no cambia el hecho de que su afirmación básica es incorrecta. Lo que normalmente desea usar es el ISO más bajo que proporcionará la exposición adecuada con una combinación utilizable de velocidad de obturación y apertura

El método que utiliza no tiene ninguna consecuencia real, cuando lo piensa usando el modo automático y seleccionando el valor ISO que hace que el obturador / apertura sea tan largo / ancho como sea posible, es equivalente a simplemente configurar el obturador / la apertura debe ser lo más larga / ancha posible en primer lugar y luego configurar el ISO para obtener la exposición correcta.

Sin embargo, no estaba sugiriendo una metodología de disparo, el punto que estaba señalando era que, para minimizar el ruido, desea dejar entrar la mayor cantidad de luz posible, dado que lo ha logrado con obturador / apertura / flash o lo que sea, el ISO debe ser lo más alto posible (antes del clip de resaltado), ya que cualquier otra cosa dará como resultado una subexposición y, por lo tanto, más ruido de lectura.

si realmente cambia la velocidad de obturación y / o la apertura (siguiendo la ley de reciprocidad, como se haría normalmente), entonces adivine qué: obtiene más fotones en el sensor para la misma "exposición" (llámelo EV ajustado a la ISO en cuestión)! Entonces, ¡menos ruido!

Sí, pero no puede aumentar el ISO y al mismo tiempo cambiar la configuración para dejar pasar menos luz y luego concluir que tiene más ruido porque está usando un ISO más alto. ¡Especialmente cuando puede demostrar que si aumenta el ISO por sí solo, disminuye el ruido!

Es como comprar un automóvil con un motor más pequeño para reducir el consumo de combustible, conducir por todas partes con el pie apoyado en el piso y concluir que los motores pequeños aumentan el consumo de combustible. Cambiar una variable a la vez.


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Es decir, suponiendo, todas las demás cosas son iguales. Al presionar la exposición en el procesamiento posterior, se expondrá el ruido, pero si esa toma ISO 100 tuvo una exposición más larga para que se expusiera correctamente, la diferencia de ruido puede no ser tan evidente. Además, los sensores más nuevos hacen que esto sea un poco menos doloroso. :)
John Cavan

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@John Al hacer comparaciones, tiene sentido mantener las otras variables iguales, ¿no? De todos modos, el punto que estoy señalando es que si el disparo ISO100 hubiera sido dos segundos, habría sido menos ruidoso, pero eso sería debido a la luz adicional , no al ISO más bajo, porque cuando la cantidad de luz era la misma, el ISO más bajo no resultó en menos ruido.
Matt Grum

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-1. Lo sentimos, pero su explicación no cambia el hecho de que su afirmación básica es incorrecta. Lo que normalmente desea usar es el ISO más bajo que proporcionará la exposición adecuada con una combinación utilizable de velocidad de obturación y apertura. La subexposición (independientemente de ISO) provocará problemas de ruido, pero el problema es la subexposición, no el bajo ISO.
Jerry Coffin

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¡Buena explicación y una buena forma de pensarlo!
rfusca

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Creo que lo que deduzco de su respuesta y comentarios hasta el momento es que cuando intenta usar un obturador y una abertura específicos , si usa un ISO bajo se obtiene una imagen subexpuesta, y si usa un ISO más alto se obtiene una imagen correctamente expuesta , usar el ISO más alto es mejor. Además, si elige un obturador y una abertura específicos, empujar el ISO al máximo sin recortar los reflejos , y luego reducir la exposición en el procesamiento posterior, dará como resultado una imagen más clara con el menor ruido para el obturador y la abertura en la que eligió disparar . Si entiendo correctamente, ¡estoy totalmente de acuerdo!
jrista

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Con respecto a la declaración:

¿El ISO más bajo siempre es mejor?

Parece que hay una variedad de opiniones sobre este tema, y ​​si bien pueden parecer mutuamente excluyentes, no estoy seguro de que sea así. No hay corte y secado "Sí, la configuración X ISO siempre es mejor". Creo que lo que es mejor depende mucho del contexto ... de qué es lo que estás tratando de disparar y qué tipo de luz está disponible.

Los dos puntos de vista expresados ​​de esta manera incluyen:

  • Use el ISO más alto posible para maximizar la saturación (y por lo tanto minimizar el ruido) sin recortar los reflejos.
  • Use el ISO más bajo posible para minimizar el ruido mientras usa el obturador y la apertura correctos para lograr una exposición adecuada.

El consenso general es que optar por el ISO más bajo posible para lograr una exposición adecuada es el mejor enfoque. Sin embargo, esa declaración está muy cargada de significado oculto, ya que el ISO más bajo posible no necesariamente es ISO 100. Puede verse obligado a usar una velocidad de obturación más alta o una apertura más estrecha para lograr los efectos creativos necesarios que desea, lo que lo obliga a usar Un ISO más alto para mantener una exposición adecuada. También puede enfrentar problemas con la luz disponible y alcanzar los límites de su lente (es decir, la apertura máxima) y verse obligado a usar un ISO más alto para lograr una exposición correcta. Creo que ese es el punto que Matt Grum ha estado tratando de hacer.

Salvo cualquier necesidad creativa específica (es decir, velocidad de obturación que congela la acción o DOF grande a través de una abertura pequeña), la configuración ISO más baja con el obturador y la apertura necesarios para producir una exposición "correcta" (es decir, una exposición que no está sobreexpuesta o subexpuesta, o si sigue ETTR, uno que no ha eliminado ningún punto destacado) es, sin embargo, la mejor práctica. Esto se puede demostrar fácilmente, como lo muestran las siguientes tomas de muestra. Este conjunto de ejemplos se toma con varias cosas en mente:

  1. No se requiere una velocidad de obturación corta, por lo que podría ser el tiempo necesario para obtener una exposición correcta.
  2. No hay requisitos para la profundidad de campo, por lo que la apertura más amplia será suficiente.
  3. La luz disponible es fija y no se puede cambiar.
  4. Se utilizará un trípode y un cable de liberación para eliminar cualquier sacudida de la cámara.

texto alternativo

El disparo más claro es, como puede ver, el disparo ISO 100. En la apertura máxima, ISO 100 requirió un tiempo de exposición de 0.6 segundos. Esto es bastante largo, pero como no hubo movimiento, una exposición prolongada no es un problema. El disparo ISO 1600 todavía está expuesto adecuadamente, y utilizó una velocidad de obturación exactamente cuatro paradas más rápida que el disparo ISO 100. A pesar de estar adecuadamente expuesto, obviamente hay ruido adicional. El disparo final fue otro disparo ISO 100 con la misma configuración que el disparo ISO 1600, con el valor de exposición ajustado en + 4EV en Lightroom. El nivel de ruido en esta toma es obviamente MUCHO más alto que los otros dos, ya que se ha mejorado digitalmente.

Dados estos ejemplos, podemos llegar a algunas conclusiones lógicas:

  • El uso del ISO mínimo para escenas sin movimiento al disparar con un trípode producirá el menor ruido posible.
    • Común para paisajes y escenas de naturaleza muerta.
    • Poco común para deportes, vida silvestre, aves o cualquier otra fotografía de acción.
    • Depende de cosas como las tomas de retratos, sin embargo, dado que generalmente puede controlar la cantidad de luz disponible para los retratos, generalmente debería ser posible un ISO bajo.
  • Usar el ISO mínimo para una escena que le permite exponer correctamente minimizará el ruido, pero puede no ser el ruido más bajo posible.
    • Si necesita congelar la acción con una alta velocidad de obturación, o aumentar su DoF con una apertura estrecha, es posible que necesite aumentar el ISO para mantener la exposición.
  • Disparar con el ISO más bajo independientemente de la situación es una mala idea.
    • Esto a menudo dará como resultado una exposición insuficiente (posiblemente severa) cuando la luz disponible no sea óptima.
    • Esto generará mucho más ruido cuando la exposición se corrija en el procesamiento posterior.

Creo que una buena manera de aprender qué ajustes de ISO son mejores para varias escenas e iluminación es establecer su ISO en Auto, usar el modo manual, tomar algunas fotos y revisar los resultados. La medición de exposición automática de la cámara siempre intentará crear una exposición "adecuada", y cuando tenga una escena con una amplia gama de tonos, debería elegir la configuración correcta la mayor parte del tiempo. También puede intentar configurar manualmente un ISO más alto o más bajo que el que la cámara elige automáticamente, y volver a tomar una foto para ver los resultados. Fuera de la fotografía de paisajes y naturaleza muerta, probablemente no encontrará una sola configuración ISO "correcta" o "mejor". Sin embargo, creo que la regla general será siempre:

Use el ISO más bajo posible mientras mantiene una exposición adecuada para el tipo de toma que está haciendo.

Para la naturaleza muerta, eso probablemente siempre será el ISO nativo mínimo (sin usar ningún tipo de expansión ISO). Para el paisaje, es probable que los ISO sean más bajos, como 100 o 200. Para la fotografía de acción, incluidos los deportes, la vida silvestre, las aves, los niños, etc., el ISO más bajo puede cambiar para cada toma, y ​​puede variar de ISO 200 a ISO 3200 o más allá, y dependerá mucho de la luz disponible. Mucha luz le permitirá usar un ISO más bajo, menos luz dictará un ISO más alto. Independientemente de qué ISO uses para los disparos de acción, otra buena regla general es:

Siempre es mejor obtener una toma que perder una porque no le gustan los ajustes de cámara necesarios para capturarla.

Incluso si tiene que usar ISO 3200 para obtener tomas deportivas decentes en interiores con su lente f / 1.4, al menos obtendrá las tomas. Esos ISO 3200 disparos se tienen menor ruido que las ISO 1600 disparos que underexpose luego corregir mediante el procesamiento posterior, como se muestra en el ejemplo (y no extrema) anterior. Los algoritmos de eliminación de ruido también están bastante avanzados en estos días y pueden reducir en gran medida el nivel de ruido de una toma ISO alta a niveles más aceptables. Una vez más, eso hace que el uso de un ISO más alto que garantice una exposición correcta sea una mejor opción que un ISO más bajo que probablemente subexponga y requiera una corrección posterior al proceso.

EDITAR:

Investigaciones adicionales para cubrir las afirmaciones de Matt sobre ISO han llevado a otra imagen de muestra. La imagen a continuación se divide en cuatro bandas, dos que representan la exposición siguiendo la metodología de Matt y dos que representan la exposición donde el ISO se mantiene lo más bajo posible. La afirmación fue que cuando se intenta exponer una escena, se configura la apertura y el obturador y luego se usa el ISO más alto posible sin apagar los reflejos, y se corrige la exposición a través del procesamiento posterior al reducir el EV, para producir una imagen con el menor ruido. Esto contradice la afirmación normal de que uno debe usar el ISO más bajo y ajustar la apertura y / o el obturador para lograr una exposición correcta para mantener el menor ruido posible.

Prueba de ruido

La primera y la tercera banda de la imagen de arriba se tomaron eligiendo una velocidad de obturación y una abertura específicas, y luego subiendo el ISO lo más posible sin recortar los reflejos. La segunda y cuarta bandas en la imagen de arriba se tomaron eligiendo ISO 100 y una apertura específica, y ajustando la velocidad del obturador para lograr una exposición correcta (sin ETTR). Ambas imágenes se corrigieron en la post producción usando la función "Auto Tone" de Lightroom, lo que provocó una reducción en la exposición de la imagen ISO alta por un poco, y prácticamente dejó la imagen ISO 100 igual.

Hay una diferencia de tres paradas ISO entre estas dos tomas, y el aumento del nivel de ruido de la imagen ISO 800 es muy claro en las sombras. En los tonos medios, se observa un aumento en el ruido en la imagen ISO 800 sobre la imagen ISO 100. En todos los niveles tonales, se han perdido detalles finos en un grado u otro en la imagen ISO 800 frente a la imagen ISO 100. Esto se puede observar examinando el control remoto en su base, los frentes de la palma y en cualquier tono de sombra. En los tonos medios y resaltados, los niveles de ruido no son lo suficientemente altos como para causar una degradación significativa en la impresión. Sin embargo, es probable que el nivel de ruido en tonos medios y sombras se entrometa en detalles finos, como uno que podría captar con fotografía macro o cualquier foto que supere los límites de resolución de una lente o sensor.

Si bien la compensación de exposición negativa en el procesamiento posterior ha reducido el nivel de ruido de la imagen ISO alta a niveles más aceptables, no hay duda de que usar el ISO más bajo posible dará como resultado un ruido más bajo que incluso la compensación de exposición negativa posterior al proceso de un ISO alto imagen.

La verdadera pregunta es, ¿es siempre apropiado usar el ISO más bajo posible? Si puede exponer la escena que está tratando de capturar sin efectos secundarios indeseables, como desenfoque, subexposición, etc., elija el ISO real más bajo que pueda (la configuración ISO expandida generalmente logra una configuración ISO más baja a través de digital, en lugar de analógico, significa ... por lo tanto, debe evitarse la expansión ISO 50, por ejemplo). Si no puede exponga la escena que está tratando de capturar sin efectos secundarios indeseables, lo que podría ser el caso al fotografiar deportes o vida salvaje, fotografiar conciertos o hacer gran parte de cualquier tipo de fotografía en interiores que implique cualquier acción, y luego aumentar el ISO al nivel mínimo aceptable eso le permitirá exponer su escena correctamente (es decir, eliminar el desenfoque de movimiento, exponer en el nivel correcto, etc.) debe elegirse.

Si tiene espacio para la cabeza, la sobreexposición al elegir el ISO máximo que pueda sin recortar los reflejos y aplicar una compensación de exposición negativa en el procesamiento posterior, puede ayudar a mitigar los efectos del ruido de ISO muy alto, y será una mejor opción que elegir un ISO eso es demasiado bajo, luego aplica una compensación de exposición positiva en el procesamiento posterior (lo que aumentará los efectos del ruido).


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Creo que ha tergiversado mi punto de vista al decir Usar el ISO más alto posible para maximizar la saturación (y por lo tanto minimizar el ruido) sin recortar los reflejos. mi punto de vista es: para minimizar el ruido, obtenga tanta luz como sea posible hacia abajo de la lente usando la configuración de apertura y velocidad de obturación. Y luego aumente el ISO tanto como pueda (sin recortes de luz). No sé cómo puedo afirmar que cualquier sugerencia, más claras serían bienvenidos
Matt Grum

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Su ejemplo muestra tres disparos. Pasando de malo a bueno en términos de ruido, tiene ISO bajo, obturador rápido - muy ruidoso, ISO alto, obturador rápido - ruidoso, ISO bajo, obturador lento , limpio. Dado que la única diferencia constante entre los disparos ruidosos y limpios es la velocidad de obturación, ¿no parece lógico concluir que es la velocidad de obturación, no ISO100, la que ha llevado a una imagen más limpia? Esto también encaja con la teoría con respecto al ruido de fotones.
Matt Grum

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¡por cierto +1 por tomarse el tiempo para investigar esto en lugar de simplemente descartarlo! Creo que un punto importante que no mencioné es que una ventaja de usar un ISO más bajo es que puede dejar entrar más luz antes de recortar los reflejos, lo que le permite reducir el ruido (para paisajes, etc.) pero sigo afirmando que el ruido es proporcional a la cantidad de luz que dejas entrar, no a la ISO.
Matt Grum

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@ Matt: Creo que lo has clavado todo en la cabeza: ¡el ruido es proporcional a la cantidad de luz que dejas entrar! Ahora que lo has dicho, entiendo completamente tu perspectiva aquí. Creo que lo que dije es correcto, si es más redondo, ya que si no tiene más opción que exponer con "menos luz", el uso de un ISO más alto producirá una imagen menos ruidosa. Tendré que experimentar empujando ISO al máximo sin recortar, y reducir la exposición durante el procesamiento posterior, y ver los resultados. Todavía no estoy seguro de si eso produciría una imagen con menos ruido que la configuración ISO más baja posible.
jrista

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@jrista Eso es esencialmente todo. La otra cosa clave es que, si bien el ruido de los fotones es proporcional a la cantidad de luz que ingresa, ¡el ruido insidioso de lectura puede hacer que aumente el ruido general cuando baja el ISO! Para probar este aspecto en su segunda y tercera imagen, la cantidad de luz que entra es la misma, ¡pero el panel ISO100 es claramente más ruidoso! Lo que has dicho no está mal, solo te estás acercando desde un ángulo diferente. Espero que ambas respuestas contribuyan a la comprensión de la gente sobre el tema.
Matt Grum

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ISO es efectivamente una sensibilidad del sensor, ya sea de película o digital. En teoría, la ISO para una cámara digital debería ser la misma que para una cámara de película.

El ISO en la película está determinado por el tamaño de grano de la sustancia química. Lo que esto significará es que la resolución será mejor con una película ISO más baja. Además, debido a que un grano de película es todo o nada, esto generará algo de mancha o ruido.

La forma en que se logra el ISO en una cámara digital puede ayudar a comprender por qué es importante y por qué usar un ISO más alto no siempre es algo bueno. No sé cómo se logró en la película, por lo que no puedo hablar con él, pero imagino que está usando principios algo similares.

En primer lugar, Matt hizo un excelente trabajo explicando las diferentes fuentes de ruido. Lo que sucede en una cámara en realidad se reduce a lo siguiente.

  1. La luz golpea el sensor.
  2. La señal en el sensor pasa a través de un circuito de ganancia . La cantidad de ganancia depende de la configuración ISO utilizada.
  3. El valor de la señal se ejecuta a través de un convertidor A2D . Lo que esto hará es mapear la señal amplificada en un rango de 0 a 255 (o más, dependiendo del número de bits en el convertidor), una señal digital.

La cámara puede eliminar algunas de las fuentes básicas de ruido, especialmente el ruido de "corriente oscura". Esa es la señal si fueras a exponer la oscuridad total.

Entonces, ¿qué sucede realmente cuando subes el ISO? Básicamente hay dos caminos, que cubriré a continuación.

Si se aumenta el ISO y la velocidad de obturación disminuye correspondientemente, entonces el nivel de señal que entra al convertidor A2D permanece igual. Sin embargo, la cantidad de señal en el sensor disminuye. Eso significa que cualquier ruido que dependa del sensor se amplificará en efecto. Esto incluye cosas como Shot Noise. Algunas otras formas de ruido no se amplificarán.

La segunda opción es si la imagen original estaba subexpuesta, pero la ISO la expone correctamente. Es posible mejorar el contraste de la imagen subexpuesta para tener el mismo máximo / mínimo que la imagen correctamente expuesta. La señal que sale del convertidor A2D tendrá efectivamente un rango más pequeño. Esto dejará solo unos pocos niveles de luz, lo que dará como resultado una imagen mucho más ruidosa que la imagen correctamente expuesta.

Algunas otras cosas interesantes. Los sensores tienden a sangrar si están saturados con los píxeles vecinos. Si una imagen aumenta en ISO y disminuye en la velocidad de obturación, no se saturará en el FPA en sí, eliminando algunos artefactos. Esto puede conducir a un rendimiento algo mejor cuando está saturado.

En general, un ISO alto en una cámara digital tendrá menos ruido que el mismo ISO en la película, debido a una mejor manera de lograr un ISO alto.

Espero que esto no sea demasiado técnico, pero estoy emocionado de compartir mi conocimiento de Ingeniería Eléctrica con la comunidad :-) Avíseme si tiene más preguntas, y trataré de explicarlo aún mejor.

Para responder a la segunda pregunta, diría que un ISO más bajo no siempre es mejor, pero en general, es mejor usar el ISO más bajo posible. Si está filmando en interiores, por ejemplo, un ISO más alto le permitirá usar un tiempo de exposición más corto, lo que reducirá el desenfoque de movimiento. Por lo general, utilizo el ISO más bajo que me permitirá no superar el límite manual de la velocidad de obturación 1 / lens_length. Pero siempre hay excepciones.


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Cabe señalar que la señal analógica no se asignará necesariamente a una imagen de 8 bits. Cuando se trabaja con RAW, la profundidad de bits de la imagen suele ser de 12-16 bits, con muy pocas cámaras de formato medio que ofrecen un formato RAW completo de 24 bits. ¡El número de niveles digitales puede ser desde 255 (8 bits), 4096 (12 bits), 16384 (14 bits), 65536 (16 bits), o en el caso de MF de 24 bits, 16777216!
jrista

¿Existe realmente alguna cámara MF que ofrezca digitalización de 24 bits? ¡16,78 millones es muchas veces más que la cantidad de fotones reales que golpean cada píxel (alrededor de 85k)! Por lo tanto, los bits adicionales solo pueden codificar ruido.
Matt Grum el

2
El ADC (convertidor analógico a digital) solo codifica la intensidad, no la longitud de onda, ya que no se ha producido ninguna interpolación bayer en el momento en que se digitaliza la señal analógica. Estaba pensando que los 24 bits eran para la salida de color en una etapa posterior de la canalización de la imagen, pero eso es solo 8 bits por píxel, lo que seguramente es demasiado bajo para una cámara MF
Matt Grum

1
La curva de tonos de los sensores de 24 bpp se atenúa más que otros para maximizar el margen de maniobra en los aspectos más destacados. También se atenúa de manera que maximiza el rango dinámico de sombra. Veré si puedo encontrar los artículos que estaba leyendo como referencia. (Puede ser que este sensor no está realmente disponible en el mercado, y era más bien sólo un concepto o prototipo de la investigación, ahora que lo pienso.)
jrista

1
@jrista La figura de 85k proviene de "Una guía práctica para la fotometría y el análisis de la curva de luz" Brian Warner, Alan W. Harris. Los sensores modernos pueden ser capaces de más, pero no 200 veces más para garantizar 24 bpp. El número de fotones que golpean cada píxel depende del tiempo de exposición, sí, pero la profundidad del pozo de elección es limitada, por lo que los fotones adicionales no se registran después de la saturación.
Matt Grum el

3

Velocidad de la película

En fotografía analógica, ISO mide la sensibilidad de la película a la luz. Una película con mayor velocidad alcanzará su punto de saturación (o sobreexposición) más rápido.

Puede usar una película de bajo ISO con luz brillante. En situaciones de poca luz, puede requerir una apertura más amplia de la que tiene disponible o una velocidad de obturación muy larga.

Puede usar una película de alto ISO cuando no hay suficiente luz para una exposición adecuada. Sin embargo, si lo usa con mucha luz, tendrá que restringir la luz que llega a su cámara con la velocidad de obturación y la apertura.

(No está bien versado en fotografía analógica, así que no hay mucha información aquí).


ISO digital

En fotografía digital, ISO es básicamente esto :

Wow, eso es menos de $ 200 por ... eh ... ¡eso es un buen negocio!

Es solo un número arbitrario 1 que describe la cantidad de amplificación aplicada a la señal analógica 2 del sensor antes de convertirla en un número digital. Representa cuántos fotones se requieren para producir un valor de "uno" en el píxel digital resultante.

No , no describen la sensibilidad del sensor.

Aumentar el ISO no le permitirá ver más luz en condiciones oscuras y no saturará el sensor más rápido. Simplemente estirará la señal para que se requiera menos luz para producir el mismo valor de píxel, también amplificando el ruido. Por lo tanto, la imagen se saturará más rápido, pero no utilizará todo el potencial del sensor.


¿Es bueno o malo?

Entonces, si ISO amplifica el ruido, ¿es menos siempre mejor? No. Si no tiene suficiente luz, la única alternativa al ISO alto es amplificar la imagen en el procesamiento posterior, lo que amplificará el mismo ruido que obtendría con ISO. Peor aún, agregará aún más ruido. 3

Entonces, ¿de dónde viene la idea errónea común de que más ISO es igual a más ruido? Debido a que las personas, acostumbradas a lo analógico, elegirían un número ISO y lo mantendrían, y luego establecerían la exposición para evitar la sobreexposición de la imagen resultante.

Esto está al revés porque está restringiendo la cantidad de luz utilizable que ingresa al sensor para satisfacer una restricción elegida arbitrariamente .

En su lugar, elija la mejor apertura y velocidad de obturación para sus condiciones. Esto minimizará el ruido del disparo. Luego aumente el ISO tanto como sea posible sin sobreexponer, para reducir la cantidad de ruido de lectura.

O simplemente deje que la cámara elija ISO por usted automáticamente.


Notas al pie:

1 Establecen los números para hacer que la imagen se vea como una imagen tomada con una película de esa velocidad ISO en condiciones similares. Desafortunadamente, no tienen en cuenta el tamaño del sensor, lo que agrega aún más confusión al mito común de que los sensores más grandes son mejores en condiciones de poca luz.

2 Algunas cámaras engañan al amplificar también la señal digital , después de la conversión A / D. Esto no ayuda con el mito de que un ISO más alto produce más ruido, cuando lo contrario es cierto en la realidad.

3 El ruido adicional se denomina ruido de lectura, que introduce el convertidor A / D después de aplicar ISO.


Esto me gusta mucho (y siento que responde a la pregunta real a la que estaba yendo más que a cualquiera de las respuestas existentes), pero me pregunto si tal vez podría elaborar un poco más la nota 1. Todavía hay algo práctico sobre los cálculos digitales ISO 100 (o lo que sea) y EV.
mattdm

Además, ¿qué pasa con la clasificación ISO de un sensor en su valor más bajo disponible y el concepto de "ISO base"?
mattdm

@mattdm Comencé rápidamente a investigar la nota 1 (cómo los fabricantes dicen exactamente que la imagen "se ve igual" en digital y analógico), y me he topado con dos problemas. Uno, no puedo entender cómo parafrasearlo en un párrafo simple en este momento. Dos, es peor de lo que pensaba porque hay diferentes métodos que usan los fabricantes, por lo que entender métodos específicos no parece ser de mucha utilidad.
relativamente_al

@mattdm Sobre el segundo comentario: cualquier valor ISO se determina estirando la salida de señal para llenar el 0-255 en los valores de imagen (en una imagen de 8 bits). La imagen se sobreexpone cuando el sensor informa un valor que, con la configuración actual, se extendería por encima de ese rango. Por ejemplo 280. Este valor se recorta a 255 y se pierde información. Sin embargo, el ISO más bajo que puede producir una cámara no está limitado por este mapeo arbitrario. Está limitado por el propio sensor, por cuántos fotones puede detectar antes de saturarse por completo.
relativamente_al

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@mattdm De todos modos, el punto que estaba tratando de hacer con este semi-discurso fue que el número ISO no tiene un valor real para comparar cámaras. Es solo un número que le dice qué tan fuerte se extendió la señal de entrada. Como una escala 1-10 en un amplificador: puede usarse para conocer su amplificador, pero dos amplificadores diferentes crean un volumen diferente a 10. Y un amplificador que llega a 11 no es necesariamente más fuerte.
relativamente_al

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En fotografía digital, la clasificación de velocidad ISO no caracteriza la sensibilidad del sensor. La configuración de la velocidad ISO en una cámara digital controla la cantidad de amplificación / multiplicación de la señal del sensor después de que los datos ya están capturados. La velocidad ISO no controla la sensibilidad del sensor y es más como un procesamiento "push" de una película, controlando así el brillo general del resultado.

Debido a las limitaciones de los convertidores de analógico a digital en algunas cámaras, un ISO más alto puede provocar menos ruido y menos sombras conectadas.


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Lo que me he perdido en todas las respuestas hasta ahora es que ISO es básicamente equivalente a la calificación ASA de la película al describir una constante de material que describe la relación de la exposición luminosa (el tiempo integral de la densidad de flujo luminoso por área) con la saturación del medio (película valores máximos negativos o del sensor / archivo en digital). Si trabaja con sensores / películas / placas más grandes mientras conserva el mismo valor ISO / ASA, necesitará aberturas físicamente más grandes para cubrir el área más grande con el mismo brillo. Para el mismo encuadre, tendrá una distancia focal proporcionalmente mayor, por lo que resulta que las relaciones como f / 2.8 se combinan bien con los valores ISO y el tiempo de exposición para determinar la exposición correcta.

Ahora una película tiene grano, y una película con mayor sensibilidad logrará sus resultados a costa de un tamaño de grano más alto. En una línea similar, una mayor sensibilidad para los sensores digitales tiene el costo de sitios de píxeles más grandes, lo que resulta en un recuento de píxeles reducido o requiere sensores más grandes. La cuadrícula altamente regular de un sensor digital y la eficiencia comparativamente alta en comparación con la película realmente hacen que otro factor sea relevante: el ruido. Esto viene como ruido electrónico de amplificación / cuantificación, así como ruido estadístico de registro de fotones (este último es relevante en cierto grado con la película ya que también está sujeto a la probabilidad de interacción fotón / grano). Puede almacenar películas en la oscuridad durante meses sin cambios, pero no puede ejecutar un sensor electrónico en la oscuridad sin recibir una señal.

Ahora, para una cantidad significativa de sensores digitales, hay una amplificación analógica variable (según ISO) de la señal del sensor antes de la digitalización, por lo que la elección de ISO tiene un impacto permanente en el contenido de su imagen en bruto. Si no recuerdo mal, los sensores de la marca "Exmor" de Sony no tienen este tipo de ganancia analógica, por lo que sus datos de imagen sin procesar son independientes de la configuración ISO e ISO es más una cuestión del posprocesamiento aplicado que escala esos datos a un brillo deseado.

Básicamente, cuanto mayor sea el recuento de píxeles, más ruido puede esperar para valores ISO más altos, y las áreas de sensores más grandes ayudarán a contrarrestar eso. La distribución de componentes electrónicos más complejos para sensores CMOS en áreas más grandes también ayuda a mantener baja la producción de calor para sensores utilizados continuamente (necesarios para cámaras sin espejo y / o visualización en vivo o video), y el calor del sensor es otra fuente de ruido.