Что такое ISO на самом деле. Gain, ДД «шум», и как всё это связанно!

Данная тема, будет полезно тем, кто стремится к максимальному качеству фотографий, и совершенно не нужна тем, кто рассуждает так: "а какая разница, клиенты всё равно же разницы не видят".

Плёнка с ИСО 200 была ровно в два раза чувствительнее, чем с ИСО 100. Причём плёнки любых фирм обязаны были иметь одинаковую чувствительность на одинаковых ИСО. Это было необходимо для возможности подсчёт экспозиции.

Когда появились цифровые камеры, чувствительность матрицы менять было невозможно, матрица всегда имела одну, максимально возможную для неё чувствительность. А диафрагмой и затвором фотограф управлял тем, сколько на неё пройдёт света!

Разберём на примере Никон д800, он имеет очень большой динамический диапазон, но в нём невозможно изменить ИСО! Матрица всегда находится на одной максимально возможной для неё чувствительности. На самом деле таких фотоаппаратов очень много.

Берём Д800, настраиваю диафрагму и затвор так, чтобы на ИСО 1600 была правильная экспозиция, делаем фотографию. Теперь ставим ИСО 100 и получаем тёмную фотографию. Но если я открою их в программе для обработки, и подыму экспозицию второй фотографии на 4 шага - то получу такую же фотографию как та, что снята на 1600! Экспозиция и количество шума на сто процентном увеличении, будут одинаковы.

Кроп этих фото:

и еще пример:

В этой камере есть только одно-единственное ИСО его принято называть "нативное ИСО" и его невозможно изменить. Когда вы якобы меняете ИСО на этой камере, на самом деле вы меняете "gain" - усиление!

Неважно поставил я ИСО 100 или ИСО 1600 - матрица имеет одинаковую чувствительность и в процессор будет отправлять одинаковый сигнал. А вот процессор уже будет применять усиление к этому сигналу в зависимости от того какое "ИСО" мы выбрали во время съёмки.

Что такое усиление простым языком. Сигнал с матрицы, фотоаппарат преобразовывает в цифры, их там в каждом пикселе много, но давайте упростим до одной. Сигнал с пикселя прилетел, и фотоаппарат записал его как - 2. Если мы поднимаем "ИСО" на шаг, то прилетевший сигнал всё равно будет 2, но фотоаппарат увеличивает его в два раза и запишет как 4, если ещё на шаг, то он вместо двойки запишет цифру 8. Это происходит в процессоре, а матрица во всех этих случаях принимала, и отправляла дальше сигнал уровня - 2. Увлечение ИСО в данной камере - это просто умножение уже полученных с матрицы цифр, так сказать.

В примерах мы видим полный размер и 100% кроп, снятые с разным ИСО. При увеличении в 300% можно заметить небольшие различия. Но, во-первых, неясно, где фото лучше, во-вторых, в родной программе Никон и в С1, они немного разные (и открытие фото с ИСО 1600 и усиление фото, снятое на ИСО 100). Это небольшие различия алгоритмов усиления - gain. Каждая программа делает немного по-своему.

gain - это усиление уже полученного сигнала, чувствительность матрицы не меняется, на любом значении матрица имеет одинаковую чувствительность, и одинаковый файл отправляется в фотоаппарат. А потом происходит умножение этих цифр. Это нельзя называть изменением ИСО. Изменение ИСО - это когда меняется именно чувствительность. Плёнка с ИСО 200 именно чувствительнее плёнки с ИСО 100. В большинстве камер, чувствительность матрицы не меняется, а меняется gain. Называть это ИСО было маркетинговым решением, чтобы облегчить переход с плёнки на цифру.

Что такое шум на такой камере?

Матрица работает так, что она сама по себе издаёт небольшой сигнал. Если мы не снимем крышку с объектива и сделаем фото - хоть на матрицу свет и не попал, но с каждого пикселя какие-то цифры всё равно будут записаны.

Это особенность работы матрицы, это можно назвать: «естественный шум матрицы».

Если у нас было выбрано "ИСО" 100, то к этим цифрам не будет применяться усиление. Они такие маленькие, что на фото глазом их не увидеть, и нам кажется всё идеально. А вот если мы начнём задирать ИСО, а в этом фотоаппарате подъём ИСО - это просто увеличение всех полученных цифр, то фотоаппарат начнёт увеличивать те цифры, которые получились из-за "естественного шума" - в какой-то момент это станет видно на фото.

Палитра из фотошопа. Выбрал максимально чёрный цвет - видите все показатели по нулям.

Чёрный - это полное отсутствие сигнала. Если каждый пиксель на матрице отправит нули, то мы получим идеально чёрную фотографию с полным отсутствием шумов. Но мы разобрали, что у матрицы есть «естественный шум», каждый пиксель отправит всё-таки небольшой сигнал (даже если на него вообще не попал свет).

На второй палитре видно, что там уже значения не по нулям, но визуально разницы нет. Вот каждый пиксель отправит немного разный сигнал (один будет чуть светлее, другой чуть темнее) - но такой слабый, что мы не увидим! До тех пор, пока не усилим его (gain). Усиление будет увеличивать эти цифры, и мы начнём видеть этот шум. Причём неважно, делает ли усиление фотоаппарат или программа. Немного разная работа алгоритмов приведёт к немного разному результату, но сложно сказать где лучше и т.д.

Если на пиксель попал сигнал больше чем естественный шум матрицы, то он его перебивает и там остаётся информация только о сильном сигнале. Поэтому в светлых частях нет шума.

А если света на пиксель попало мало, то он записывается в файл вместе с теми цифрами, которые созданы естественным шумом. И когда мы делаем усиление сигнала, фотоаппарат умножает вообще все цифры, да он усиливает полученный сигнал, но при этом и естественный шум матрицы. Поэтому чем слабее сигнал попал на пиксель (чем слабее был свет) тем сильнее его надо усилить, а значит, сильнее усилится естественный шум - и на кадре будут видны шумы. Именно поэтому шум сначала появляется в самых тёмных местах.

Но может быть так, у вас на 1600 уже сильно шумно, вам даже в голову не придёт поставить 3200, ведь и на 1600 уже совсем плохо. Но вы всё же рискнули и чудо! шума на фото стало сильно меньше, чем было. Это называется двойное ИСО и впервые было применено в крутых кино камерах.

Значит, у вас в руках камера, у которой существует аж два настоящих значения ИСО!

У нас есть ИСО 100 - это именно чувствительность матрицы. Когда мы на камере увеличиваем ИСО выше, чем 100, у нас идёт изменение gain! Чувствительность матрице не меняется! Фото с неё идут совершено одинаковые (хоть на 100, хоть на 1600), просто потом процессором по-разному усиливаются.

Но когда мы выбрали ИСО 3200, эта камера изменила характеристики матрицы - она по-настоящему стала чувствительнее к свету! Она именно уловила больше света! произошло именно изменение ИСО, а не gain! В этот момент сигнал, который матрица отправила в процессор, реально сильней, чем тот сигнал, который отправлялся до этого! И там, где было темно, и полученный сигнал терялся среди "естественного шума матрицы", теперь сигнал стал сильнее, чем естественный шум.

Если мы будем дальше крутить "ИСО", то у нас опять будет меняться усилие (gain) на 6400 матрица будет работать так же, как на 3200, но изменится gain!

Как производитель добивается именно усиление чувствительности матрицы - сложно сказать. Часто можно найти объяснения, что на матрицу подаётся больше напряжение и тд. Правда, также много видел и опровержений этого. Но нас, это, на самом деле, не должно волновать. Нам просто нужно понять два этих момента: есть gain - математическое усиление уже имеющегося файла, а есть ИСО - это когда меняется чувствительность матрицы и она реально принимает больше света.

В тексте использовались цифры для простоты объяснения. На самом деле у Д800 нативное ИСО около 50. Бывают фотоаппараты, у которых нативное ИСО 100, а бывает и вышел. Двойное ИСО, если оно есть в камере, также может быть на самых разных значениях.

Чтобы была какая-то практическая польза, найдите свой фотоаппарат сайте https://www.dxomark.com/Cameras там можно смотреть графики динамического диапазона.

Давайте посмотрим на график Никон z9

На нём нет смысла ставить ИСО 400, вместо него лучше поставить ИСО 800, так как ДД будет выше. А ДД напрямую связан с шумами. На 800 шумов будет меньше чем на 400. Т.е. это как раз камера с двумя настоящими ИСО. Если на графике вашего фотоаппарата есть такой скачок, то лучше его учитывать.

Обратите внимание, если на плёнке ИСО у всех фирм обязательно было одинаковое. То сейчас каждая фирма может делать что угодно. На этой картинке мы видим, что когда вы на Никоне z9 ставите ИСО400, то по экспозиции, это будет соответствовать ИСО 281 на плёнке. А когда ставите ИСО 800, то это как ИСО 561 на плёнке.

Некоторые компании (вроде даже Сони) поначалу не хотели обманывать своих клиентов и вместо ИСО пытались использовать обозначение EI - «индекс экспозиции». Но очень сложно что-то новое объяснять клиентам. Когда у всех конкурентов привычное ИСО, а у вас вообще нет ИСО, зато есть какая-то новая странная шутка, ваши продажи будут падать. И неважно, что вы просто хотели быть честным!

Давайте посмотрим на график Динамического Диапазона камеры Никон Д800Е - снизу, у нас идут шаги ИСО.

И смотрите, каждый раз, как мы повышаем ИСО (на самом деле меняем gain), мы теряем по ступени ДД. Наш фотоаппарат всё хуже и хуже может показать на фото одновременно тёмное и светлое.

Мы разобрали, что фото на ИСО 100 и на ИСО 1600 будут одинаковые - неважно каким способом будет сделано усиление потом. Но посмотрите: на ИСО 100 ДД этой камеры почти 15 ступеней, а на ИСО 1600 около 11. Меняя ИСО на фотоаппарате, мы теряем 4 ступени ДД - и это плохо!

Если мы снимаем очень контрастную сцену, и на нужной диафрагме и выдержке на ИСО 100 получается сильно темно? А на ИСО 1600 по "яркости" хорошо, но не хватает ДД и мы теряем детали в светлых местах, или в тёмных? Это плохо!

Я писали, что увеличение экспозиции в RAW конверторе - это совершенно тот же процесс, что подъём ИСО на камере.

Важно, речь о данном типе фотоаппаратов, а не обо всех подряд камерах. Только у тех, у кого вот эта линия идёт вот так, как на графике, ровно вниз и мы видим, что на каждый шаг ИСО теряется ступень ДД, на первых шагах немного меньше потерь может быть, а дальше прям хорошо это видно - такие фотоаппараты ещё называют - камеры с инвариантным ISO.

Вот у таких фотоаппаратов (большинство камер Никон, Сони и Фуджи) это будут одинаковые процессы, не важно где менять gain в камере или при обработке.

Но раз процесс одинаковый, то, подымая экспозицию в raw конверторе - мы также потеряем ДД?

Да!

Но давайте сделаем так, как делают некоторые крутые киноделы, когда снимают в «лог» (типа нашего raw). Снимем на минимальном ИСО (том самом - "нативном ИСО", когда gain не применяется). Получим тёмную фотографию, но мы не будем тянуть экспозицию, мы будем тянуть бегунки инструмента "расширенный динамический диапазон" - "Тени" и "Черное"!

Или можем поднять экспозицию, но вернуть информацию в светлых частях бегунками Свет и Белый.

Что у нас получится? Мы вытянем из тёмного, примерно так же, как если бы мы сразу сняли на большом ИСО, но при этом не потеряем в светлых частях. У нас получилось, что светлые части выходят так, как будто мы снимали на ИСО 100, а тёмные части, как будто мы снимаем на ИСО 1600.

А если использовать маски в Raw конверторе, которые умеют выделять яркие и темные участки, то часто можно и бегунок "экспозиция" использовать по полной, не теряя ДД.

На практике так: вы сначала ставите ИСО 1600, чтобы вам было лучше видно, делаете всё пристрелочные кадры. Когда поняли, что всё готово и будет итоговая фотография, понижаете ИСО на 100. Да неудобно, но и не так часто это нужно, а только когда мы снимаем в очень контрастных условиях, и нам нужно выжать максимум ДД!

Тут интересен опыт киноделов. На некоторых крутых камерах, вообще нельзя менять не ИСО не gain. Они всегда снимают в нативном ИСО, и видео может записываться очень тёмным. Но у них (вы по-любому видели) всегда есть внешние экраны. И вот в эти экраны встроен "лут", по-нашему - "пресет", который уже в экране усиливает сигнал, делает его светлей! На "флешку" записывается тёмное видео, присет, просто усиливает экспозицию экрана так сказать, чтобы оператор видел что снимает. Такое видео имеет максимум возможностей по обработке!

Давайте посмотрим на график Никон Z6:

Начало такое же, увеличиваем ИСО и заметно теряем в ДД. Но на ИСО 800, ДД больше чем на ИСО 400. Грубо говоря, на 800 шумов будет меньше, чем на 400. Это фотоаппарат с двойным ИСО.

Сейчас нам важно понять, что на ИСО 800 у нас происходят изменения в матрице, она по настоящему становиться чувствительнее.

Считается, что на неё теперь поступает больше напряжения, чтобы сделать её чувствительнее. Но есть и споры на эту тему. Ведь бытует мнение, что шумы на фото, из-за повышения напряжения, при повышении ИСО. Но мы разобрали, фотоаппараты, у которых матрица не меняет чувствительность там напряжение не меняется, и каждый шаг ИСО приводит к падению ДД и, так сказать, увеличению шумов, хотя напряжение одинаковое всегда. А тут изменение напряжения приводит к увеличению ДД, то есть улучшению, а не наоборот. В общем, что именно там происходит, будем считать "магией", но главное - это вызывает настоящее повышение ISO - повышение чувствительности матрицы, прирост ДД и "уменьшение шумов".

Давайте посмотрим график Nikon D800 и Canon 5Diii:

Никон Д800, у которого ИСО не меняется вообще, а усиление происходит уже потом, мы это видим на ровном графике, шаг ИСО приводит к падению ступени ДД. И Кэнон, у которого по-другому - начало очень ровное, и только потом падение. Если Никон за три шага ИСО потерял почти 3 шага ДД, то Кэнон за 3 шага ИСО даже одного шага не потерял, ну, точнее, потерял меньше чем шаг! Из этого графика мы видим, что на первых трёх шагах у нас идёт увеличение именно чувствительности матрицы, возможно, там одновременно идёт и небольшое увеличение чувствительность матрицы и gain. Вряд ли нам когда-то расскажут это!

Но главное, что тут нам нет смысла мудрить как с Никоном. Нам без разницы какое ИСО ставить, так как увеличение ИСО до 800, минимально отражается на ДД. На самом деле и 1600 не проблема на Кэнон, мы теряем всего шаг в сравнении с ИСО 100. В то время как Никон к этому моменту потерял 4 ступени ДД.

Тут в защиту Никон, надо сказать, что изначальное его ДД сильно круче! И Кэнон 5Diii нечем ему ответить! Но к 1600 Кэнон догоняет, а от 3200 обгоняет Никон. Кстати, с этого отрезка мы видим, что дальше Кэнон себя ведёт как "камера с инвариантным ISO" Получается, с этих ИСО можно применять то же самое, что мы разбирали про Никон! Но только именно от этих ИСО!
Поэтому выбирая фотоаппарат, нельзя смотреть рекламу, а надо разбираться! Если вам нужен максимальный ДД на минимальный ИСО - то из этих камер сильно лучше будет Никон. Речь именно о съёмке сильно контрастных сцен. Если вы часто снимаете на высоких ИСО - то чуть сильнее Кэнон.
Судя по всему, Кэнон находиться, в поиске, и там куча экспериментов, есть фотоаппараты, у которых график, идёт ровно вниз, есть когда там двойное ИСО, как мы разбирали на первом графике, или вот такое ровное начало как тут, а потом вниз. В общем, надо найти свою модель и разобраться!
Считается, что Кэнон имеет сильное отставание по матрицам от Сони (а значит, и Никон, в которых стоят матрицы Сони) и ДД у него обычно хуже, и проблемы с шумами. Да он вроде чуть лучше, когда ИСО зашкаливает... Кстати, возможно это одна из причин популярности, когда люди бездумно крутят ИСО, им кажется, что Кэнон получше.

Но вроде они что-то нащупали в своих разработках, посмотрите на последний график, Кэнон Р8 и Никон z7ii:

У р8 динамический диапазон 14,7 ступеней. К слову, рекорд Никона и Сони 14,8. А самый сильный средний формат из проверенных на этом сайте имеет также 14,8 ступеней! Кэнон уступает тут на 0,1 ступень! Но при этом на всём этапе держится чуть лучше, чем z7ii. Преимущества непринципиальные, но ещё вчера он был безнадёжно отстающим в этом плане!

Кстати, посмотрите на график, от 200 до 400, ДД идёт ровно! то есть тут есть какое-то реальное увеличение чувствительности, но не сильное, не скачок вверх, а удержание ДД на одном уровне при повышении ИСО. Интересно, что обе фирмы решили так сделать именно на этом значение ИСО. Есть версии зачем?

Мораль такова: важно понимать процесс и знать свою камеру. А советы "коллег" надо слушать аккуратно! Совет изо всех сил держаться ИСО 100, чтобы не терять ДД, актуален для Никона, но бесполезен Кэнону 5Diii. Так и любые другие советы на эту тему, то, что подходят одним камерам, может быть совершено бесполезно или вредно для других!

Снимай темнее, чтобы не потерять светлые части - очень опасный совет. Давайте разберёмся, почему нелюбым способом можно делать темнее.

вторая фотография сделана, как сделало бы большинство фотографов, допустим, у нас стоит необходимая выдержка и диафрагма, но фото получается тёмное, значит, надо задрать ИСО. А первая фотография сделана после прочтения постов и проверки графика фотоаппарата. Понимая, что у этого фотоаппарата нет ИСО, а только gain, фотограф выбирает "ИСО" 100.

первую фотографию (ИСО 100) вытягиваю в редакторе, подымаю экспозицию и возвращаю светлые части обратно . Тёмные места получились такие же, как на второй фотографии, а вот светлые вышли лучше! Я полностью их вытянул в отличие от второй фотографии:

я уже убрал в минус экспозицию, белые и светлые - но информацию во второй фотографии восстановить невозможно!

Подъём ИСО снижает ДД камеры.

И тут крайне важно, что при съёмке контрастных сцен, снимать темней, надо, понижая именно ИСО! Вернёмся к самой первой картинке. Фотограф сделал настройки, видит, что светлые части потеряны, вспомнил совет, что снять надо темней, и решил укоротить выдержку или прикрыть диафрагму. У нас осталось ИСО 2000, на многих фотоаппаратах это абсолютно рабочее ИСО, и фотографы не боятся ставить его, но мы теперь знаем, что на ИСО 2000 фотоаппарат потеряет больше 4 ступеней ДД!

Да фотограф добьётся того, что светлая часть на фото будет проработана хорошо, так же как мы получили её, снимая на ИСО 100! Но тёмные части станут темней (мы же прикрыли диафрагму, или выдержку ускорили, свето прошло меньше), а вот вытянуть их нормально, уже не получиться, так как ДД не хватит, он упал из-за высокого ИСО, мы в чёрном потеряем аж 4 ступени - если сравнивать её стой фотографией, что сделано с ИСО 100! Теоретически вытянуть-то можно, но шум будет ужасный.

Шум - это когда входящий сигнал (свет) слабый, и он не может перебить "естественный шум матрицы". Вот закрывая диафрагму или увеличивая скорость затвора - мы делаем сигнал слабее, и именно это вызывает шум.

Тут важно, что в большинстве программ, поднять экспозицию можно только на 4 стопа, поэтому и снимать можно только на 4 шага меньше ИСО.

Почему повышение ИСО приводит к падению динамического диапазона (ДД).

Динамический диапазон - это возможность камеры показать на одной фотографии детали в светлых и тёмных местах.

На пиксель падает свет, он преобразуется в цифру и записывается сигнал о яркости (ещё есть информация о цвете, но нас это не сейчас не касается).

0 - это абсолютно чёрный - отсутствие сигнала. Чем сигнал больше, тем цифра больше, тем светлее получится точка на фотографии. Но у пикселя есть ограничения по силе сигнала (яркости) которую он может принять. Всё что больше его возможностей, всё будет одинаково белым. У него скажем так - нет цифр чтобы записать более сильный сигнал.

Например в фотошопе белый это 255 и больше быть не может:

В фото, у нас не бывает абсолютного нуля, так как у матрицы есть свой "естественный шум", даже если на матрицы не попало совсем света, всё равно пиксели отправят слабый сигнал. Какие-то маленькие значения запишутся, но ни настолько малы - что визуально нам кажутся, как абсолютно чёрный цвет.

Для облегчения давайте представим, что наш пиксель может принять сигнал максимум на 64. Всё что сильнее всё превышает возможности пикселя. Мы, когда с вами настраиваем экспозицию при съёмке, на самом деле постоянно следим за тем, чтобы не было превышения возможностей пикселя - тех самых засвеченных частей на фото! Часто прикрываем диафрагму или уменьшаем выдержку, чтобы меньше прошло света, чтобы не засветить пиксели.

И вот мы фотографируем наши "полосочки" каждая полосочка в два раза темнее предыдущей - это стопы динамического диапазона.

У нас тут 7 полосочек, но последнюю мы не видим, она нам кажется совсем чёрной. Значит, ДД нашей камеры - 6 стоп (мы видим 6 полосок, каждая из которых в два раза темней предыдщуей).

Мы настроили фотоаппарат, чтобы не потерять информацию в самых светлых местах. И если в тенях не было чего-то важного - то всё супер! А если было?

Чтобы в тенях лучше проработалось мы повышаем ИСО. В самой первой статье про ИСО, на самом деле gain. А это умножение всех цифр на 2. Точка, созданная каждым пикселем, становится в два раза ярче.

Но у нашей камеры ограничение в 64. Ничего ярче она не может принять и записать. Получается, то что было у нас как 32 оно после подъёма ИСО стало 64, а то что у нас было самое белое (64) оно так и осталось 64 - больше фотоаппарат не может.

И мы видим что первые два оттенка после повышения ИСО стали одинаковые и там теперь нельзя различить детали. Но зато мы стали видеть самую последнюю полоску, которую не видели на прошлой фотографии.

Получается в первом случае, мы из 7 полосок видели 6 (не различали самую тёмную) и сейчас из 7 полосок видим 6 (но только теперь потеряли в белом). И вроде как и там и там у нас по 6 стоп ДД.

И вот тут мы подходим к теме, что понятие динамического диапазона камеры, тоже субъективное!

Мы уже разбирали, что такое шум, нонапомню: если мы сделаем фото не снимая крышку объектива, хоть на пиксели свет вообще не попал, каждый из них, всё равно пошлёт маленький сигнал, допустим это будет 0,1 или 0,2 иногда 0,3. Они будут все немного отличатся кто-то чуть больше кто-то чуть меньше, но это так слабо - что глазами всё кажется равномерно чёрным. С этим мы ничего не можем делать, так работает матрица, у пикселя всегда есть слабый сигнал, который он отправляет ("естественный шум матрицы"). Если на пиксель прилетел сигнал 4 или 8 он перебивает шум матрицы, и проблем нет. А если в тёмных местах на пиксель прилетел слабый сигнал, например 0,5 - а естественный шум матрицы тут 0,3. то у нас полученная информация начинает теряться в естественном шуме.

Пока это все слишком слабые значения и для глаз всё нормально - просто всё равномерно чёрное. Но когда мы повышаем ИСО, эти цифры умножаются (фото становится светлее) если мы подняли ИСО на 3 шага, то 0,5 сначала стало 1 потом двойкой, а потом 4. Это уже хорошо различимая деталь. Но наш шум, который был 0,3 он стал сначала 0,6 потом 1,2 - а потом 2,4 - и это уже различимо глазом! и теперь мы видим его!

Шум есть всегда, повышая ИСО, мы делаем его виднее! Хотя, если подумать, то ШУМ появляется из-за слабого сигнала (света), то есть на него на самом деле влияет выдержка и диафрагма, чем меньше дырка и чем короче выдержка - тем меньше прошло света и тем слабее сигнал в тёмных местах, тем он меньше отличается от естественного шума матрицы. Это, кстати, основополагающий термин для тех, кто серьёзно заминается фотографией и стремиться к максимальному качеству "соотношение сигнал-шум". Но об этом позже.

Так вот, про ДД и почему это довольно субъективна штука. На второй фотографии мы также видим 6 ступеней, но самые тёмные места, они хоть и различимы теперь - но там виден шум! так сколько тут ступеней ДД 5 или 6?

Если фотограф смотрит на тёмные части, видит там шум и решает: "да вообще не проблема, не портит картинку, мне нравится" - значит ДД 6 ступеней.

А если смотрит и думает: "какой ужас, такое нельзя отдавать людям! фу!" тогда у фотоаппарата 5 ступеней ДД.

Есть разные сайты, которые занимаются замером ДД и там могут немного отличаться результаты как раз по этой причине. На хороших сайтах есть описание, как проходит замер, что считается приемлемыми. Есть некие стандарты (условные) - кокой шум можно считать приемлемым и вот так и ведут подсчёты.

Это очень похоже на тему "рабочего ИСО" на одной и той же камере для этого это может быть 3200, а другой скажет, что он даже на 400 не может снимать, уже шум лезет (обычно это любители увеличить фото на 200% и внимательно разглядывать темны места!)

Повышение ИСО приводит к тому, что в светлых частях исчезают детали, так как у пикселя есть ограничения сколько он может принять света, сколько может записать. А снизу ограничивается шумами. При повышение ИСО, увеличивается шумы и фото уже становиться не пригодным. в темных частях уже не возможно разобрать детали, то есть сокращается количество «полосочек» которые можем отличить - это и есть потеря ДД.

Если мы будем делать фотографию светлее с помощью диафрагмы или выдержки (или увеличивая мощность света на съемке), не меняя ИСО. Это также будет приводить, к потери деталей в светлых частях. На них же попадёт больше света чем может принять пиксель. Но и на темные части попадет больше света сигнал будет сильней чем естественный шум и не будет проблем!

У нас изменения шага экспозиции будет забирать одну полоску из светлого, но давать новую полосочку из темного и в итоге ДД не меняется.

В теории если изобретут матрицу которая вообще не имеет «естественного шума», то есть, если на пиксель не попал свет, он отправляет сигнал ноль, то тогда можно будет без проблем повышать ИСО. Ведь даже если на пиксель попало совсем мало света, там всё равно нет ничего другого кроме информации об этом свете, и его можно без проблем увеличивать! Тогда повышение ИСО будет забирать полоску белого, но без шумов давать полоску черного! Вроде как это считается пока невозможным. Я это написал просто для понмиания процессе.

А как тогда работает двойное ИСО?

Там происходит процесс, который действительно меняет чувствительность матрицы, при этом совсем чуть-чуть увеличивает естественный шум! Давайте разберём в парадигме наших цифр:

У нас есть пиксель, на который попал сигнал (свет) 0,5 и у него есть естественный шум 0,2, если мы будем усиливать (gain) сигнал станет 1, а шум 0,4, потом сигнал 2, а шум 0,8 и тд, скоро шум станет сильно видно на фото!

То при настоящем ISO меняется чувствительность, и тот же сигнал, пиксель принял уже как 1, но при этом естественный шум остался почти такой же, допустим 0,22, если мы усилим, то сигнал будет 2, а шум 0,44 и мы можем получить сигнал 4, а шум будет меньше единицы, его будет практически не видно! Я думаю, идея понятна!

Видимо, есть технические сложности, почему производители не могут сделать, чтобы каждый шаг ИСО реально менял ИСО и чтобы была большая чувствительность и очень маленький естественный шум!

Осталось разобраться, Почему повышение ИСО приводит к падению динамического диапазона (ДД). Динамический диапазон - это возможность камеры показать на одной фотографии детали в светлых и тёмных местах.

На пиксель падает свет, он преобразуется в цифру и записывается сигнал о яркости (ещё есть информация о цвете, но нас это не сейчас не касается). 0 - это абсолютно чёрный - отсутствие сигнала. Чем сигнал больше, тем цифра больше, тем светлее получится точка на фотографии. Но у пикселя есть ограничения по силе сигнала (яркости) которую он может принять. Всё что больше его возможностей, всё будет одинаково белым. У него скажем так - нет цифр чтобы записать более сильный сигнал.
Мы помним, что у нас не бывает абсолютного нуля, так как у матрицы есть свой "естественный шум", даже если на матрицы не попало совсем света, всё равно пиксели отправят слабый сигнал. Какие-то маленькие значения запишутся, но они настолько малы - что визуально нам кажутся, как абсолютно чёрный цвет.

Для облегчения давайте представим, что наш пиксель может принять сигнал максимум на 64. Всё что сильнее всё превышает возможности пикселя

Мы, когда с вами настраиваем экспозицию при съёмке, на самом деле постоянно следим за тем, чтобы не было превышения возможностей пикселя - тех самых засвеченных частей на фото! Часто прикрываем диафрагму или уменьшаем выдержку, чтобы меньше прошло света, чтобы не засветить пиксели.
И вот мы фотографируем наши "полосочки" каждая полосочка в два раза темнее предыдущей - это стопы динамического диапазона. У нас тут 7 полосочек, но последнюю мы не видим, она нам кажется совсем чёрной. Значит, ДД нашей камеры - 6 стоп.
Мы настроили фотоаппарат правильно, чтобы не потерять информацию в самых светлых местах. И если в тенях не было чего-то важного - то всё супер! А если было?
Чтобы в тенях лучше проработалось мы повышаем ИСО. Мы разобрали, что повышение ИСО на шаг - это умножение всех цифр на 2. Точка, созданная каждым пикселем, становится в два раза ярче.
Но у нашей камеры ограничение в 64. Ничего ярче она не может принять и записать. Получается, то что было у нас как 32 оно после подъёма ИСО стало 64, а то что у нас было самое белое (64) оно так и осталось 64 - больше фотоаппарат не может.

И мы видим на нижней картинке, что первые два оттенка после повышения ИСО стали одинаковые и там теперь нельзя различить детали. Но зато мы стали видеть самую последнюю полоску, которую не видели на прошлой фотографии.
Получается в первом случае, мы из 7 полосок видели 6 (не различали самую тёмную) и сейчас из 7 полосок видим 6 (но только теперь потеряли в белом). И вроде как и там и там у нас по 6 стоп ДД.

И вот тут мы подходим к теме, что понятие динамического диапазона камеры, тоже субъективное!

Давайте повторим: если мы сделаем фото не снимая крышку объектива, хоть на пиксели свет вообще не попал, каждый из них, всё равно пошлёт маленький сигнал, допустим это будет 0,1 или 0,2 иногда 0,3. Они будут все немного отличатся кто-то чуть больше кто-то чуть меньше, но это так слабо - что глазами всё кажется равномерно чёрным. С этим мы ничего не можем делать, так работает матрица, у пикселя всегда есть слабый сигнал, который он отправляет ("естественный шум матрицы"). Если на пиксель прилетел сигнал 4 или 8 он перебивает шум матрицы, и проблем нет. А если в тёмных местах на пиксель прилетел слабый сигнал, например 0,5 - а естественный шум матрицы тут 0,3. то у нас полученная информация начинает теряться в естественном шуме.

Пока это все слишком слабые значения и для глаз всё нормально - просто всё равномерно чёрное. Но когда мы повышаем ИСО, эти цифры умножаются (фото становится светлее) если мы подняли ИСО на 3 шага, то 0,5 сначала стало 1 потом двойкой, а потом 4. Это уже хорошо различимая деталь. Но наш шум, который был 0,3 он стал сначала 0,6 потом 1,2 - а потом 2,4 - и это уже различимо глазом! и теперь мы видим его!

Шум есть всегда, повышая ИСО, мы делаем его виднее! Хотя, если подумать, то ШУМ появляется из-за слабого сигнала (света), то есть на него на самом деле влияет выдержка и диафрагма, чем меньше дырка и чем короче выдержка - тем меньше прошло света и тем слабее сигнал в тёмных местах, тем он меньше отличается от естественного шума матрицы. Это, кстати, основополагающий термин для тех, кто серьёзно заминается фотографией и стремиться к максимальному качеству "соотношение сигнал-шум".

Так вот, про ДД и почему это довольно субъективна штука. На второй фотографии мы также видим 6 ступеней, но самые тёмные места, они хоть и различимы теперь - но там виден шум! так сколько тут ступеней ДД 5 или 6?
Если фотограф смотрит на тёмные части, он видит там шум и решает - "да вообще не проблема, не портит картинку - мне нравится" - значит ДД 6 ступеней. А если смотрит и думает "какой ужас, такое нельзя отдавать людям! фу!" тогда у фотика 5 ступеней ДД. В моём случае, так как я на большинство фото добавляю шум при обработке, и мне нравится, и клиенты довольны, то можно говорить, что для меня тут запросто и 7 ступеней может быть! Я же сквозь шум различаю какие-то силуэты в самых тёмных местах, при этом наличие шума мне нравиться. Вообщем, вещь субъективная - либо нравиться либо нет!

Есть разные сайты, которые занимаются замером ДД и там могут немного отличаться результаты как раз по этой причине. На хороших сайтах есть описание, как проходит замер, что считается приемлемыми. Есть некие стандарты (условные) - кокой шум можно считать приемлемым, вот так и ведут подсчёты.

Это очень похоже на тему "рабочего ИСО" на одной и той же камере для этого это может быть 3200, а другой скажет, что он даже на 400 не может снимать, уже шум лезет (обычно это любители увеличить фото на 200% и внимательно разглядывать темны места!) Так и тут, для кого-то 6 ступеней, а для кого-то пять, а кому-то даже 7!

Какой итог?

Если мы говорим о максимальном качестве фото, то для нас важнейший момент - это "соотношение сигнал-шум". И мы уже понимаем, что треугольник экспозиции, не совсем треугольник, и всё-таки, важна именно экспо-пара. Помню, когда интересовался астросъёмкой, мне несколько человек дали ссылки на хорошие статьи. И во всех был посыл: важна экспопара, ИСО на современных камерах не является инструментом экспозиции, ИСО вообще не существует, шум зависит в первую очередь от диафрагмы, выдержки и освещения, а не от ИСО и т.д. Я тогда подумал: "какой бред" и закрыл их все. Вот прошли года, разобравшись максимально глубоко, оказалось, что всё правильно там писали!

"Соотношение сигнал-шум" - зависит от выдержки, диафрагмы и окружающего света. Если мы хотим получить максимальное качество, то надо, чтобы ИСО в любом случае было "нативным" - без применения усиления "gain". И тут нам помогут графики, которые мы разбирали, чтобы знать, есть ли в вашей камере второе настоящее ИСО. Ведь "обычное ИСО" в современных камерах, не делает матрицу чувствительнее и не делает фото светлей, оно умножает полученные с матрицы цифры. И во всей этой статье мы разобрали, почему это важно понимать и когда этим необходимо пользоваться!

Понимаю, что это материал не для всех, и большинство снимает по принципу, "пофиг, клиент не увидит разницы", но радует, как много людей участвовали в комментариях, репостили и писали в личку, когда я делал посты на эту тему! Людей, которые хотят разбираться и понимать, становиться больше!

Для тех, кто только начинает, пока лучше не усложняться. Схема: "повышения ИСО делает фотоаппарат чувствительнее к свету" хоть и неверная, но в большинстве случаев отлично работает. И перекрывает нужды подавляющего большинства фотографов! И многим прям крутым фотографам её будет более чем достаточно! Но, когда вы столкнётесь с ситуацией, когда вам нужна не только красивая фотография, но максимальное техническое качество, съёмка при нехватке света, когда нужно сохранить как можно большой ДД и тд - тогда эта информация будет максимально полезной!

Если вы только начинаете, можно прочитать статью для общего развития, ведь знать всегда круче, чем не знать!

Огромное спасибо за помощь и консультации: Vladimir Medvedev и Nature Photo Team и Стас Неклюдов и Евгений Чуканов и Кирилл Ляшенко