Share
Cei mai mulți oameni primesc cu gustul cum să utilizeze ratingurile ISO în fotografia lor, dar care sunt acestea? De unde provin aceste numere și care este diferența dintre ISO în film și digital? În acest tutorial vom explora istoria și fundamentele tehnice ale sistemului. Dacă v-ați întrebat vreodată ce înseamnă ISO sau cum funcționează, acesta este pentru dvs.!
În fotografie, "ISO" înseamnă sistemul standard de măsurare pentru cât de mult sensibilitate la lumină are un film sau un senzor fotografic. Putem controla ISO pentru a crea o imagine expusă corect: nu prea lumină și prea întunecată.
ISO reprezintă Organizația Internațională pentru Standardizare, organism global care lucrează pentru standardizarea tuturor tipurilor de produse și procese pentru o interoperabilitate maximă și siguranță. În 1974, ISO a înregistrat cele mai recente progrese în sistemele DIN și American ASA (acum ANSI) și le-a transformat într-un singur standard universal pentru filme: numere ISO. Când senzorii digitali au ieșit, producătorii au adoptat în cele din urmă aceleași numere standard.
Cele două sisteme anterioare, DIN și ASA, s-au întins în anii 1930 și 40, înaintea cărora diferite sisteme de rating coexistau de la diferiți producători și ingineri.
Ce însemnează cifrele? Există patru standarde ISO, câte unul pentru film negativ color, film negativ alb-negru, film de înclinare (slide) și senzori digitali. Acestea sunt calibrate astfel încât, indiferent de tipul de film sau mediu, sensibilitatea efectivă este aceeași. Acest lucru este foarte util în scopuri practice în timpul filmărilor, deoarece permite fotografului mai mult și mai rapid control asupra expunerii.
Cu toate acestea, diferențele în emulsia și interpretările proceselor de măsurare din cadrul fabricanților, fabricilor și chiar loturilor, precum și variabilitatea inerentă a unui proces chimic, înseamnă că, chiar și în cazul standardizării, rezultatele pot varia. Pe teren, fotografii au descoperit că, pentru anumite filme, stabilirea camerelor la un rating ISO ușor diferit față de viteza nominală a filmului dat poate da anumite rezultate dezirabile.
Viteza filmului a fost măsurată dintr-o "curbă caracteristică", care descrie performanța tonală generală a filmului. Iată cum funcționează:
Curba tonală este creată utilizând o "tabletă sensitometrică", o bucată specială de sticlă formată dintr-o gamă precis calibrată de 21 de nuanțe de culoare egale (de la negru la alb). Nuanțele gradate de gri sunt expuse pe film. După procesare, expunerea gradată a emulsiei poate fi citită utilizând un densitometru calibrat, o mașină care citește densitatea efectivă a filmului.
Cele 21 de etape sunt apoi măsurate cu exactitate, iar odată ce au fost măsurate toate cele 21 de pași, ele sunt reprezentate pe un grafic în mililioane secunde.
Acest grafic are diferite părți care explică diferite aspecte ale modului în care a fost realizat filmul, cum ar fi fogging, gamma, contrast etc. Partea din care suntem interesați pentru evaluarea vitezei ISO a filmului este de la 0,1 unități de densitate deasupra densității minime, să numim acest punct X. Această valoare nu este deosebit de științifică, dar este acceptată în mod tradițional ca diferența minimă de densitate pe care ochiul uman mediu îl poate diferenția.
Ecuația pentru viteza filmului (da, există unul) este viteza = 800 \ peste log ^ - 1 (x). Dacă expunerea este măsurată în lux-secunde decât în mililitri-secunde, aceasta devine: viteza = 0.8 \ peste log ^ - 1 (x) Rețineți că scriu un jurnal pentru baza-10, nu ln pentru busteni naturali (baza-e).
Partea importantă este că, în general, pe măsură ce viteza se dublează sau jumătate, sensibilitatea la lumină este la fel.
Filmul este realizat dintr-o suspensie de cristale de halogenură de argint într-un liant de gelatină. Această emulsie este stratificată fin de mai multe ori împreună cu orice coloranți pentru coloranți sau agenți de procesare pe o bază celuloidă, protejată pe partea din spate cu acoperiri de manipulare fizică. Cristalele de halogenură de argint sunt mediul fotoreactiv real.
Ele sunt reactive doar la capătul albastru al spectrului luminos vizibil (de aici necesitatea filtrelor UV la filmarea filmului), sunt acoperite sau impregnate în timpul creșterii cu compuși organici care le sensibilizează la spectrul vizibil complet.
Fotonii lovesc trecerea de argint pe energia lor în moleculă. Acest lucru face ca un electron să fie scos dintr-un ion halogenid în cristalul de halogenură de argint. Aceasta poate fi prinsă de un ion de argint pentru a forma un atom de argint neutru electric.
Acest lucru nu este însă stabil. Mai multe fotoelectroni trebuie să fie disponibile în aceeași regiune pentru a forma mai mulți atomi de argint pentru a se forma un grup stabil de cel puțin trei sau patru atomi de argint. În caz contrar, ele se pot descompune cu ușurință în ioni de argint și electroni liberi. Mai mulți atomi de argint se pot forma atâta timp cât se generează fotoelectroni.
După expunere, dar înainte de procesare, filmul dvs. are o latent imagine: nici o imagine nu există încă, dar dacă l-am dunk în substanțele chimice dreapta putem face una.
În prelucrare, un grup de atomi de argint pur de dimensiunea stabilă I descrisă mai sus va cataliza reacția cu dezvoltatorul, care apoi descompune întregul cristal într-un granulat metalic de argint, care apare negru datorită dimensiunii sale și suprafeței nefolosite.
Fixatorul apoi fixează imaginea prin dizolvarea cristalelor de sare de halogenură de argint rămase, care apoi sunt clătite departe (și, sperăm, stocate pentru reciclare). Aceasta a fost baza generală a fotografiei de peste un secol. Deci, ce are legătură cu sensibilitatea filmului?
Răspunsul la acest lucru este într-adevăr destul de simplu: probabilitatea. Cu cat cristalele de halogenuri de argint sunt mai mari, cu atat este mai probabil ca fotonii sa le loveasca si sa fie absorbit. Pentru a utiliza o analogie de bază, dacă rotiți o plasă de fluturi mare printr-un roi mare de fluturi, probabil că veți prinde mai multe dintre ele decât cu același val prin același roi cu o plasă mică.
Cristalele mai mari au o suprafață mai mare față de lentilă și, logic, sensibilitatea la lumină directă se corelează cu probabilitatea ca lumina să lovească suprafața.
Astfel, filmele lente precum ISO 25, 50 și 100 au boabe foarte fine pentru a reduce cantitatea de lumină lovind-le, utile pentru captarea detaliilor fine. În schimb, filmele foarte rapide, cum ar fi ISO 1600 și 3200, au granule relativ uriașe pentru posibila posibilitate maximă de a capta fotoni, prin urmare,.
Camerele digitale, fără procese chimice, nu pot fi măsurate utilizând aceeași metodă ca și filmul. Sistemul de evaluare ISO este proiectat pentru a fi în mod rezonabil similar filmului în ceea ce privește sensibilitatea reală la lumină. Din punct de vedere tehnic, termenul pentru senzorii digitali este "Indicele de expunere", nu "ISO", ci pentru că un standard ISO îl acoperă, nu văd nici o problemă folosind "ISO" mai tradițional. Practic vorbind, majoritatea lumii este de acord.
În loc de un nivel minim de expunere vizibil, senzorii digitali au sensibilitatea lor determinată de expunerea necesară pentru a produce o ieșire semnal caracteristică predeterminată. Standardul ISO care reglementează sensibilitatea senzorilor, ISO 12232: 2006, corelează cinci metode posibile pentru a determina viteza senzorului, deși doar două dintre ele sunt utilizate în mod regulat.
Senzorul camerei este alcătuit dintr-o matrice de milioane de fotodiode microscopice, de obicei acoperite cu microlense pentru extragerea luminii și un filtru de tip Bayer pentru a capta culoarea. Fiecare reprezintă un singur pixel.
O fotodiodă poate fi rulată fie în modul fotovoltaic, fie la zero (fără tensiune aplicată), unde curentul de ieșire este restrâns, iar capacitatea internă este maximizată, rezultând o acumulare fotoelectronă pe ieșire.
De asemenea, poate fi rulat în modul fotoconductiv inversat (traseu înapoi), unde fotonii absorbiți în joncțiunea p-n eliberează un fotoelectron care contribuie direct la curentul care trece prin diodă.
Senzorii de cameră folosesc aceasta din urmă, deoarece tensiunea aplicată pentru a împiedica inversarea diodei crește atât capacitatea de colectare a fotonilor prin lărgirea regiunii de epuizare, cât și reduce probabilitatea de recombinare datorită intensității crescute a câmpului electric,.
Brusc pierdut? Să trecem peste funcționarea fotodiodelor care alcătuiesc senzorul în aparatul foto.
În limbaj simplu, când lumina îți lovește senzorul, excită materialul. Această emoție provoacă o mică sarcină electrică care curge de la o parte a senzorului la alta. Când se întâmplă acest lucru, putem măsura acest lucru și îl putem transforma într-un semnal, pe care apoi îl putem transforma într-o imagine.
Aici este din nou în specificul tehnic:
O fotodiodă este în esență o diodă semiconductoră normală, un dispozitiv care permite curgerea curentului electric într-o singură direcție, cu joncțiunea p-n expusă la lumină. Acest lucru permite fotoelectronilor să influențeze funcționarea electronică a dispozitivului, adică. face sensibilitatea senzorului la lumină.
O joncțiune p-n este o piesă semiconductor dopată pozitiv, fuzionată cu o piesă semiconductor dopată negativ. Dopajul este infuzarea impurităților care dau sau acceptă electroni pentru a modifica disponibilitatea și polaritatea încărcării într-o bucată de semiconductor. Această manipulare selectivă a încărcăturii este baza tuturor electronicii.
În apropierea punctului de joncțiune al semiconductorului, electronii de pe partea dopată negativ sunt atrași și tind să difuzeze în partea dopată dopată. Există găuri fără electroni în cadrul rețelei semiconductoare, rezultând o încărcare netă pozitivă. Găurile sunt tratate ca particule cu încărcare pozitivă în scopuri generale. Acestea au în mod egal o tendință de a difuza în partea dopată negativ.
Cu toate acestea, odată ce s-au acumulat suficienți purtători de încărcătură mobilă (electronii și găurile) în fiecare parte, există suficientă încărcătură acolo pentru a genera un câmp electric care tinde să respingă mai mult suporturile de încărcare de la difuzie. Se atinge un echilibru de încărcare. Purtătorii de difuzie sunt egali cu suporturile repetate în fiecare direcție.
Această zonă echilibrată în apropierea joncțiunii este ceea ce se numește regiune de epuizare, unde există un nor de electroni pe partea pozitivă a joncțiunii și un nor de găuri pe partea dopată negativ. Transportatorii au fost epuizați din pozițiile inițiale și au creat o diferență de taxă, rezultând un câmp electric, adică. potențial de tensiune încorporat. Aceasta este baza unei diode. O fotodiodă este în esență același lucru, dar cu o fereastră transparentă care permite fotonilor să lovească regiunea epuizării.
Învingerea inversă a diodei mărește regiunea epuizării prin depășirea echilibrului încărcăturii naturale a regiunii de epuizare și prin stabilirea unui nou, în care câmpul electric înnăscut trebuie să fie suficient de puternic pentru a se opune atât atracției, difuziei, cât și câmpului electric aplicat. Aceasta, desigur, necesită o regiune mai mare de epuizare care să conțină mai multă încărcătură pentru a genera un câmp mai puternic.
Atunci când un foton de energie suficient de puternic atinge și este absorbit de către grâul semiconductor, acesta generează o pereche de electroni-gaură. Un electron câștigă suficientă energie pentru a scăpa de legarea atomică a rețelei și a lăsat în urmă o gaură. Recombinarea poate să apară imediat, dar în mare măsură ceea ce se întâmplă este că electronul este tras în direcția regiunii dopate negativ și gaura către regiunea dopată dopată.
Adesea se pot recombina cu alte suporturi de încărcare din semiconductor, dar în mod ideal, cu distanța de tranzit optimizată de la photosit la colectorul electrodului (suficient de scurt pentru a evita recombinarea, dar suficient de lung pentru a maximiza absorbția fotonilor) transportatorii vor ajunge la electrod și vor contribui la circuitul de citire la circuitul de citire.
Povestea lungă este scurtă, cu cât mai mulți fotoni sunt absorbiți, cei mai mulți purtători de sarcină ajung la electrozi, iar cu atât este mai mare citirea curentă trimisă la convertorul analog-digital al camerei. Cu cât este mai mare curentul, cu atât este mai mare expunerea primită și cu atât este mai luminată pixelul.
După cum am menționat mai sus, ISO este adesea măsurată utilizând expunerea necesară pentru a satura fotositul. Tocmai mi-am explicat ce sunt fotografii; regiunea de epuizare în cadrul fotodiodelor. Cum devin saturate? Ei bine, numărul de electroni disponibil pentru fotoni pentru a excita nu este nelimitat. După ce o anumită cantitate de energie lumină este absorbită, semiconductorul a eliberat cât mai multă încărcătură la electrozi cât mai mult și nu mai răspunde expunerii ulterioare.
Din punct de vedere fotografic, aceasta este capacitatea deplină sau evidențiați punctul de tăiere. De obicei, producătorii intenționează să-și evalueze în mod deliberat senzorii, pentru a-și menține poziția în culorile superioare, permițând recuperarea accentuată a RAW-urilor.
Conform ISO 12232, ecuația de definire a vitezei bazate pe saturație este S_ sat = 78 \ peste H_ sat Unde H_ sat = L_ sat t. L_ așezat este iluminarea necesară pentru un anumit timp de expunere pentru a atinge saturația senzorului. Modelul 78 este ales astfel încât o suprafață gri de 18% va apărea exact la 12,7% alb.
Acest lucru permite ca nivelul maxim de iluminare în clasamentul final pentru evidențierea speculară să se deplaseze în mod natural și nu ca puncte blocate. Această evaluare este foarte utilă pentru fotografia de studio, unde iluminarea este controlată precis și sunt necesare informații maxime.
ISO definește un alt test de evaluare care este mai puțin folosit, dar este mai util pentru scenarii din lumea reală, care este testul de viteză bazat pe zgomot.
Acesta este un test destul de subiectiv, deoarece calitatea imaginii și criteriile de testare sunt oarecum arbitrare; raportul semnal-zgomot (S / N) folosit este 40: 1 pentru "excelent" IQ și 10: 1 pentru IQ "acceptabil", bazat pe vizualizarea unei imagini de 180 dpi pe distanță de 25 cm. Raportul S / N este definit ca deviația standard a unei medii ponderate a valorilor de luminanță și crominanță ale mai multor pixeli individuali în cadru.
Deviația standard este o modalitate de a deduce matematic variația valorilor din datele colectate de la valoarea medie sau preconizată. Este suma tuturor diferențelor pătrat, împărțită la numărul de puncte de date din set, înrădăcinate pătrată. În esență, o medie a abaterilor.
Din punct de vedere vizual, ceea ce înseamnă că pixelii de testare sunt medii pentru a găsi valoarea "așteptată" a semnalului luminos. Apoi deviația standard definește cât de departe pixelii de test individual tind să fie de la această medie. Presupunând că pixelii sunt relativ uniformi în valoare, această abatere de la medie este zgomotul, fie de la senzor, fie de la electronica de procesare.
Raportul dintre valoarea medie (semnal) și deviația standard (zgomot) este raportul S / N. Cu cât este mai mare această rată, cu atât mai puțin există zgomot în semnal. De exemplu, pentru standardul de calitate excelentă a imaginii de 40: 1, aceasta înseamnă că, în medie, pentru fiecare 40 de biți de semnal de imagine, există doar un singur zgomot. Diferența uriașă dintre imagine și zgomot este ceea ce creează imaginea curată.
Zgomotul poate fi introdus în mai multe moduri: saturația / curentul întunecat în cadrul fotodiodelor, electronii aleatorii eliberați termic în fotodiodele sau electronica de procesare (zgomotul termic), mișcarea purtătoarelor de încărcare în regiunea epuizării fotodiodelor (zgomotul) și imperfecțiunile structura cristalului sau contaminanții care au ca rezultat capturarea și eliberarea aleatorie a electronilor (zgomot de flicker).
Creșterea zgomotului din creșterea setării ISO pe cameră este rezultatul creșterii câștigului preamplificatorilor între senzor și convertorul A / D. Raportul S / N este în mod necesar redus, deoarece pentru a produce o expunere "corectă" cu amplificare ridicată, trebuie să existe o expunere mai mică. Expunerea mai mică înseamnă semnal mai redus, deci un zgomot relativ mai mare ca o fracțiune din acest nivel redus.
Un exemplu matematic simplu; la ISO 100, o expunere corectă este realizată prin umplerea unui pixel specific la o capacitate de 80% a puțului, iar raportul S / N este de 40: 1, astfel că +/- 2% din citirea curentă este indusă de zgomot. Stimularea ISO la 800 înseamnă că amplificatoarele amplifică semnalul cu 8x și, prin urmare, expunerea corectă este atinsă doar la o capacitate de doar 10%. Nivelul de zgomot de +/- 2%, totuși, rămâne aproximativ același și se amplifică chiar împreună cu nivelul semnalului. Acum că raportul 40: 1 S / N a devenit un raport de 5: 1, iar imaginea este inutilă.
Puteți vedea de ce este important să fotografiați cu atât de multă expunere și cât de mică amplificare posibil. Tehnologia circuitelor și a senzorilor, precum și algoritmii de denoizare, se îmbunătățesc în mod constant; gândiți-vă doar la diferența dintre o fotografie ISO 800 din 2008 și un shot ISO 800 de astăzi. Majoritatea imaginilor sunt de asemenea vizionate acum la dimensiuni relativ mici, iar redimensionarea reduce și zgomotul.
Cu toate acestea, pentru scopuri de tipărire în format mare, puteți vedea de ce este vital să fotografiați cu multă lumină și la baza ISO. Prin urmare, de asemenea, maximul "expuneți la dreapta", adică obțineți imaginea cât mai luminată pe histogramă, fără a evidenția evidențierea. Acest lucru nu numai că maximizează cantitatea de semnal luminos, comparativ cu nivelul zgomotului rezonabil stabilit al electronicii imagistice, dar modul în care datele sunt digitalizate înseamnă că mai multe informații pot fi stocate în evidențe decât în umbre.
E vorba de asta, cred. Sper că acest articol a fost de interes, poate chiar folosit, pentru unii dintre voi și că nu v-ați pierdut prea mult în tehnicile fizicii solide!
Comentarii? Întrebări? Răspundeți la comentariile de mai jos!
Accentsconagua