Canonin ISO:t

[Jovala]

Edellä toinen puhuu kohinan ja signaalin absoluuttisesta määrästä ja toinen suhteellisesta:)

Jos määkin yritän jonkinlaista selostusta sorvata:

Kennon kuvapisteeseen mahtuu jokin maksimimäärä fotoneita, jonka jälkeen sen varaus ei enää kasva. Jos tuosta varauksesta käytetään vain murto-osa, niin kenno kohisee suhteellisesti enemmän.

1) Miksi sitten käytetään vain murto-osa kennon varauskyvystä: kun ISO-arvoa nostetaan, se tapahtuu sen takia, ettei kennolle saada riittävää fotonivirtaa, kun valoa ei ole tarpeeksi, jolloin kennon kuvapiste ei täyty valotusaikana fotoneista kirkkaimmallakaan kohdalla. Kuvapisteen signaalia tarvii siis vahvistaa enemmän ennen A/D-muunnosta, jotta muuntimen koko dynamiikka-alue tulisi käytettyä hyväksi.

2) Miksi kohina on suurempaa kun käytetään vain murto-osaa kennon kuvapisteen varauskyvystä: Kenon kohina on suhteessa suurempi kun käytetään kennon varauskyvyn murto-osaa muodostamaan koko A/D-muuntimen dynamiikka-alue (tarkemmin ottaen biaksesta saturoitumispisteeseen). Kuvapisteen kohina ei muutu, vaikka varauskyvystä käytetään vain osaa.

Eo. on lennosta sävelletty, enkä ole ollenkaan varma, että huomioin kaikki asian laidat:)

[Jovala]

Vieläkin olen ns. pihalla asiasta, joten pari lisäkysymystä.
Kohinatko selittävät sen, että digikameroiden kennojen dynamiikka, signaali-kohinasuhde ja väriherkkyys(?) putoavat kuin lehmän häntä ISO-arvoa suurennettaessa (dynamiikka 1 Ev kun ISO tuplataan)? Esimerkkinä D800:
http://www.dxomark.com/Reviews/Nikon-D8 ... erformance
Vai miten noita linkin käppyröitä on tulkittava?

Kannattaa lukea noi dxomark:n selostukset mittaustavoista ja tulosten käsittelystä. Mä en ole lukenut, enkä osaa siten myöskään sanoa mitään heidän käppyröidensä tulkinnasta.

[odzmo]

Edellä toinen puhuu kohinan ja signaalin absoluuttisesta määrästä ja toinen suhteellisesta:)

Jos määkin yritän jonkinlaista selostusta sorvata:

Kennon kuvapisteeseen mahtuu jokin maksimimäärä fotoneita, jonka jälkeen sen varaus ei enää kasva. Jos tuosta varauksesta käytetään vain murto-osa, niin kenno kohisee suhteellisesti enemmän.
- - -

No joo, nyt taitaa alkaa "valottua"...

Sorvasin päivällä ennen näitä viimeisimpiä vastauksia pari lisäkysymystä, joten laitan ne vielä tähän. Jos sen jälkeen saisi jätettyä teidät rauhaan...

Lainaus siis sivulta
http://www.clarkvision.com/articles/iso/

- - -
"But you may say when I change ISO in my camera, I record different amounts of light (in an auto mode).

Let's say you are working in aperture priority mode where you choose the aperture and the camera meters the scene and choose the exposure.

Let's say you are at f/5.6 and 1/500 second at ISO 100.

You change ISO to 200 and the camera changes the shutter speed to 1/1000 second.

Thus, the sensor now records half the light.

So the ISO change instructed the camera to shorten the exposure time,
thus recording less light,
and then instructed the camera electronics to amplify the signal from the sensor and
digitize a smaller range (see ISO 100 and 200 in Figure 1).
That amplification fools photographers that the pixel is full again (the 0 to 255 scale).

So what the camera says is max signal (255 on the 8-bit scale) is actually changing with ISO.

If sensitivity changed with ISO, the number of photons recorded would change and all the pixels
in Figure 1 would be like the ISO 100 pixel: the pixel would be full."
- - -

Siis tuo maksimisignaalin pienentyminen ISO-arvoa nostettaessa pudottaa dynamiikkaa, kun käytetään aukkoprioriteettia (A). Eikös maksimisignaalin puolittaminen ISO-arvoa tuplattaessa vastaa periaatteessa kennon arvon jakamista kahdella?


Vielä yritän kuvitella, mitä tapahtuu, kun kuvataan manuaalilla artikkelin 5D mk2 -kameralla:

Otan kuvan (a) samoilla lähtöasetuksilla kuin edellä (aukko 5.6, aika 1/500, ISO 100).
Muutan ISO-arvoksi 200 (muut samoja) ja otan toisen kuvan (b) samasta kohteesta samalla valaistuksella.
Nyt kuvassa b joka pikselin arvo on tupla verrattuna kuvaan a (oletetaan, ettei kummassakaan kuvassa missään pikselissä ns. päätä lyöty kattoon eli ei puhki palamista) eli dynamiikka on tuplaantunut (+ 1Ev) eli elektroniikan kohina ei "syö" hyötyä dynamiikkakäppyrän mukaisesti?

Toinen tapaus: otan kuvan (c) arvoilla aukko 5.6, aika 1 s ja ISO 3200.
Muutan ISO-arvoksi 6400 ja otan toisen kuvan (d). Oletetaan edelleen, ettei kuvissa tapahtunut puhki palamista.
Saanko taas kuvaan d tupladynamiikan vai olenko joutunut dynamiikkakäppyrän "uhriksi" eli dynamiikka onkin puolittunut?

[odzmo]

Kannattaa lukea noi dxomark:n selostukset mittaustavoista ja tulosten käsittelystä. Mä en ole lukenut, enkä osaa siten myöskään sanoa mitään heidän käppyröidensä tulkinnasta.

No joo, netistä löytyy näemmä kritiikkiä puolesta ja vastaan. Tässä yksi esimerkki mittaustulosten tulkinnasta:

http://photo.stackexchange.com/question ... -represent

[BacWooZ]

Siis tuo maksimisignaalin pienentyminen ISO-arvoa nostettaessa pudottaa dynamiikkaa, kun käytetään aukkoprioriteettia (A). Eikös maksimisignaalin puolittaminen ISO-arvoa tuplattaessa vastaa periaatteessa kennon arvon jakamista kahdella?

Tarkemmin sanottuna vain "valonkeräimiin" kerääntyvien fotonien osalta. Eli keräävät vain puolet valoa kun ISO tuplataan.

Vielä yritän kuvitella, mitä tapahtuu, kun kuvataan manuaalilla artikkelin 5D mk2 -kameralla:

Otan kuvan (a) samoilla lähtöasetuksilla kuin edellä (aukko 5.6, aika 1/500, ISO 100).
Muutan ISO-arvoksi 200 (muut samoja) ja otan toisen kuvan (b) samasta kohteesta samalla valaistuksella.
Nyt kuvassa b joka pikselin arvo on tupla verrattuna kuvaan a (oletetaan, ettei kummassakaan kuvassa missään pikselissä ns. päätä lyöty kattoon eli ei puhki palamista) eli dynamiikka on tuplaantunut (+ 1Ev) eli elektroniikan kohina ei "syö" hyötyä dynamiikkakäppyrän mukaisesti?

Kuvassa a ja b valonkeräimet keräävät saman määrän fotoneja, eli ISOn nosto vain vahvistaa valonkeräimien signaalia (sekä kohinaa) tuplaksi. Lopputuloksena teoriatasolla aika identtinen kuva (valoisuudet jälkikäsittelyssä tasaamalla). Käytännössä kuitenkin kuvissa on jonkin verran eroa, koska vahvistaminen lisää omaa kohinaansa sitä enemmän mitä enemmän vahvistetaan. Ja koska signaali menee A/D muuntimelle erilaisena sekin lisää kuvaan omat mausteensa.

Toinen tapaus: otan kuvan (c) arvoilla aukko 5.6, aika 1 s ja ISO 3200.
Muutan ISO-arvoksi 6400 ja otan toisen kuvan (d). Oletetaan edelleen, ettei kuvissa tapahtunut puhki palamista.
Saanko taas kuvaan d tupladynamiikan vai olenko joutunut dynamiikkakäppyrän "uhriksi" eli dynamiikka onkin puolittunut?

Esimerkki ei eroa mitenkään ensimmäisestä.

[olli R]

Olin viime viikon reissussa ja en osallistunut tähän keskusteluun. Jos jota kuta vielä kiinnostaa, niin olen jo aiemmin kirjoitellut tällaisen, jossa yritetään avata hiukan lisää tuota herkkyyden säätöä:

http://www.digifaq.info/digi_omat/rants/herkkyys.html


Kommentoisin vielä sellaisen asian, että kohinaa ei synny pelkästään kameran elektroniikassa, vaan itse valosignaali jo sisältää kohinaa. Siis kohteesta tuleva valo ei toistakaan kohteen valoisuutta täydellisesti.

Valosignaalin kohina on sikäli mielenkiintoinen, että se on verrrannollista signaalin voimakkuuteen. Mitä enemmän valoa, sitä enemmän myös kohinaa. Mutta verrannollisuus on suhteessa signaalin neliöjuureen, joten mitä voimakkaampi signaali, sitä parempi signaali/kohina -suhde. Täten jo pelkästään kuvattavan tilanteen valoisuus vaikuttaa kuvan kohinaisuuteen. Hämärässä tilanteessa otetussa kuvassa on lähtökohtaisesti kohinaa enemmän.

Kameran luoma kohina taas on melko lailla vakiosuuruista. Tällöin alivalotus ja herkkyyden nosto tuo juuri tätä kameran kohinaa enemmän esille. Periaatteessa siis kannattaisi valottaa enemmän, jos tavoitteena on kohinattomampi kuva (aika ilmeisesti).

[bugi]

2) Koska analogivahvistin on kallis rakentaa monelle eri vahvistukselle valittavaksi, niin kameroissa osa ISO-arvoista toteutetaan digitaalisesti kertomalla A/D-muuntimen tulos ISO:a vastaavalla vakiolla.

Jo keskikastin digijärkkäreiden hintaluokassa VGA (variable gain amplifier) on halpa osa, ja niissä voi hyvinkin olla esim. satakunta eri vahvistustasoa, suoraan yhden pienen satiaisen sisällä. Samoin moni integroitu VGA on vähempikohinainen kuin tehdä sama erillisistä (mutta halvemmista) osista. (Eri asia sitten onko sellaista käytetty, on se silti kalliimpi kuin vakiovahvistin.) Sen verran kun olen joidenkin kameroiden mitattuja itse-kohinoiden käppyröitä nähnyt, niin vaikutti kovasti siltä, että ihan riittävästi on analogista vahvistusta valittavaksi, mutta jotkin väliportaat voi olla jossain tilanteissa hyvä jättää käyttämättä jos se viimeisinkin bitin murto-osa dynamiikkaa tarvitaan.

Kameran luoma kohina taas on melko lailla vakiosuuruista. Tällöin alivalotus ja herkkyyden nosto tuo juuri tätä kameran kohinaa enemmän esille. Periaatteessa siis kannattaisi valottaa enemmän, jos tavoitteena on kohinattomampi kuva (aika ilmeisesti).

Kameran itse lisäämä kohina on kyllä hiukan monimutkaisempi juttu kuin melko lailla vakio... mutta tästä on jo tainnut olla tässä ketjussa juttua. (Lyhyesti muistista heittäen, ainakin analogisen vahvistuksen kohina riippuu vahvistuksen määrästä, tosin pienillä herkkyyksillä se on usein mitätön. Toinen on AD-muunnoksen kvantisointikohina, eli joskus saattaisi olla parempi vahvistaa enempi analogisesti kuin digitaalisesti jälkikäsittelyssä.)

Mutta noiden optimointi taitaa olla enempi astro-puolen ongelmia, tavallinen kuvaaja pystyy yleensä luottamaan tuohon "kannattaa valottaa enemmän" sääntöön.

[olli R]

Kameran itse lisäämä kohina on kyllä hiukan monimutkaisempi juttu kuin melko lailla vakio...

On toki siinäkin muuttuvia osia, mutta lähinnä tarkoitin sitä, ettei kameran luoma kohina muutu valosignaalin myötä toisin kuin valon oma kvanttikohina.

Ja analogiavahvistin toki vahvistaa itse luomaansakin kohinaa.