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数码相机的 ISO

阐述

数码相机中,ISO 可以看作是「等效 ISO 感光度」的一种简称,本质上是一种曝光指数。数码相机的 CMOS 传感器感光度是固定的,但是为了实现不同环境下的曝光,为了方便起见我们将不同增益下的等效感光度也用 ISO 系统来标注。

For digital photo cameras ("digital still cameras"), an exposure index (EI) rating—commonly called ISO setting—is specified by the manufacturer such that the sRGB image files produced by the camera will have a lightness similar to what would be obtained with film of the same EI rating at the same exposure. The usual design is that the camera's parameters for interpreting the sensor data values into sRGB values are fixed, and a number of different EI choices are accommodated by varying the sensor's signal gain in the analog realm, prior to conversion to digital. Some camera designs provide at least some EI choices by adjusting the sensor's signal gain in the digital realm ("expanded ISO"). A few camera designs also provide EI adjustment through a choice of lightness parameters for the interpretation of sensor data values into sRGB; this variation allows different tradeoffs between the range of highlights that can be captured and the amount of noise introduced into the shadow areas of the photo.

(Wikipedia)

基准 ISO

光电转换的量子效率以及电子-电压转换过程中的电容大小(即转换增益)共同确定了基准 ISO。它的意思是,在这种情况下拍摄得到的照片的亮度与具有这个感光度的胶片类似。

一个相机每个像素上可能可以通过电路控制连接两个不同大小的电容,因而具有两个不同的转换增益,称为双增益;对应的两种基准 ISO 称为双增益 ISO。如果两种基准下动态范围可以达到一致,那么也可以称为双基准 ISO。

原生 ISO

基准 ISO 和 PGA 的放大倍数决定了原生 ISO 的范围,但有一定限度,一般是 30 dB(32 倍)。

扩展 ISO

数字信号继续放大确定了扩展 ISO。

实例

Nikon Z6 的第二增益基准为 ISO 800,放大 32 倍得到最大原生 ISO 25600。

性质

相关内容

ISO 与信噪比的关系

入射光线的数量不同时,散粒噪声的强度也不同,噪点的原因是低进光量,而不是高 ISO。

进光量确定时,散粒噪声的信噪比就已经确定了,通过提高 PGA 放大倍数可以提高电压,压制放大器到 ADC 之间的传输噪声和 ADC 的量化噪声。这样比后期提亮要好。

这意味着,如果现场光线很差,光圈和快门已经调到最大还是欠曝时,应该直接以高 ISO 拍摄,而不是低 ISO 拍摄然后后期提亮。例如 Sony ILCE-6500 原生 ISO 最高 6400,那么用 ISO 6400 拍出来比用 ISO 1600 拍出来再后期调亮要好一些。

ISO 与动态范围的关系

ADC 能接受的最大电压摆幅是固定的,所以增益越高动态范围越低。对数 ISO 和动态范围近似为线性负相关。

参考文献