Was ist das Besondere an ISO 1600?

Ich habe oft gehört, dass zur Minimierung des Rauschens die höchste ISO, die Sie verwenden möchten, ISO 1600 ist und dass das Rauschen exponentiell zunimmt, unabhängig davon, welche Kamera oder welchen Sensor Sie verwenden, sobald Sie diesen Schwellenwert (ISO 1600) überschritten haben.

Einige sagen, dass dies Mathe ist, andere sagen, dass dies mit der Art und Weise der Signalverarbeitung zu tun hat, wie zum Beispiel, dass das Anwenden einer großen Verstärkung bei Audiogeräten zu Verzerrungen führt.

Grundsätzlich behaupten sie, ISO 1600 sei mathematisch die "wirtschaftlichste" Empfindlichkeit zur Geräuschreduzierung.

Warum ist das?

• Was macht ISO-Einstellungen über 1600 so schlecht?
• Wendet die Kamera einen exponentiellen Algorithmus an, nachdem Sie ISO 1600 bestanden haben?
• Ändert sich das Signal-Rausch-Verhältnis dramatisch, nachdem Sie ISO 1600 bestanden haben?

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Ich weiß, dass die ISO-Leistung besser wird. Tut mir leid, aber bei dieser Frage geht es nicht darum. Ich hatte eine 2,0-Megapixel-Kamera und ISO 200 war Müll. Ich weiß also, wie sehr sich die Dinge verbessert haben und sie werden sich weiter verbessern.

Nach der Auswertung der langwierigen Antworten scheint ISO 1600 zumindest bei einigen Modellen die Grenze der analogen Signalverstärkung zu sein. Ab ISO 1600 werden je nach Marke unterschiedliche digitale Algorithmen zur Signalverbesserung (Digital Push) eingesetzt. Da dieser digitale Push auf Photon Shoot Noise und Read Noise einwirkt, da dies nach dem ADC erfolgt, ist der sich insgesamt ergebende Rauschpegel hoch.

Dies ist, was ich zusammen aus den Antworten verstanden habe. Ich bin immer noch ein bisschen verwirrt, wenn ich es richtig verstanden habe. Bitte korrigieren Sie mich.

Ich frage mich immer noch, woher weiß ich, an welcher Grenze die analoge Verstärkung meiner Kamera liegt? Wenn ich wissen möchte, wann ein digitaler Push von Canon / Nikon stattfindet, sind solche Informationen auf deren Websites verfügbar? Oder ist es ein Geheimnis?

Nichts Besonderes

An ISO 1600 ist nichts Besonderes zu bemerken, obwohl in einigen Fällen ISO-Einstellungen nach 1600 zu einer weniger effektiven und effizienten Verstärkung des Bildsignals geführt haben. Wenn Sie bei einer Kamera ISO einstellen, wird die Kamera lediglich angewiesen , den maximalen Sättigungspunkt des Sensors zu ändern , von dem aus das Signal verstärkt wird. Wenn Sie den ISO-Wert erhöhen, wird die Kamera normalerweise angewiesen, das Signal zu verstärken, bevor die nachgeschaltete Elektronik mehr Elektronik- und Quantisierungsrauschen hinzufügt. Daher ist die Verwendung eines höheren ISO- Werts in der Kamera normalerweise (mit Einschränkungen) besser als die Verwendung eines niedrigen ISO-Werts und die Erhöhung der Belichtung im Nachhinein, wenn Sie können. Das Objektiv wird nicht ausreichend beleuchtet.Es gibt keine spezielle Mathematik für ISO 1600, die speziell die "beste" Einstellung für hohe ISO-Werte darstellt, um das Rauschen in allen Fällen zu minimieren. In einigen Fällen kann es jedoch markenspezifische Verstärkungsmechanismen geben, die die Qualität des Rauschens bei hohen ISO- Werten beeinflussen. Rauschen ist eine Funktion von zwei Schlüsselfaktoren: Elektronisches Rauschen, das in der Schaltung des Sensors vorhanden ist und weniger Rauschen verursacht, und Photonenschußrauschen, das manchmal als Gaußsches Rauschen bezeichnet wird und hauptsächlich Rauschen verursacht. Wie Rauschen auftritt (Rauschqualität), ist ein Faktor für die Verstärkungsmethode (n).

Lärm

Rauschen ist ein Attribut des Bildsignals und hängt letztendlich mit dem Design des Sensors, der Art seiner Herstellung, dem Signal-Rausch-Verhältnis (S / N) , der Signalverstärkung, der ADC-Effizienz und einer Reihe anderer Faktoren zusammen. Diese Faktoren unterscheiden sich von Marke zu Marke, von Modell zu Modell und in gewisser Weise sogar von einer Kamera zur nächsten des gleichen Modells. Neuere Sensoren weisen unabhängig von der verwendeten Pixelgröße oder ISO-Einstellung im Allgemeinen weniger Rauschen auf als ältere Sensoren. Die höchste verwendbare ISO-Einstellung kann sich von zwei Beispielen derselben Kamera (wie dies häufig bei Canon 7D-DSLRs der Fall ist) und von Kameras verschiedener Generationen (wie der Canon 400D und 650D) unterscheiden.

Elektronisches Rauschen , das verschiedene Formen annehmen kann, wie z. B. Fixed Pattern Noise (FPN), horizontales und vertikales Banding Noise (HVBN), ist häufig unnatürlich strukturiert und daher sehr unerwünscht, wirkt sich jedoch nur auf die niedrigsten Pegel des Bildsignals aus (d. H tiefe Schatten). Wenn die ISO-Einstellung erhöht wird, tritt immer weniger elektronisches Rauschen auf und wird letztendlich vollständig durch Photonenrauschen überwältigt.

Photonenrauschen ist das Ergebnis der Zufälligkeit des Lichts, das einer Poisson-Verteilung am Sensor folgt. Das heißt, Photonen treffen willkürlich auf den Sensor, aber bei einem ausreichend hohen Signalpegel ist ihre Verteilung ungefähr gleichmäßig, und daher zeigt sich an jeder Stelle des Sensors das gleiche Photonenrauschen . Das Bildrauschen macht den größten Teil des Bildrauschens in einem digitalen Foto aus, und zwar um Größenordnungen mehr als das elektronische Rauschen (mit Ausnahme von nicht ordnungsgemäß belichteten Fotos, bei denen das Signal nur einen winzigen Bruchteil der gesamten Bohrlochkapazität (FWC) ausmacht.)

Es gibt verschiedene Faktoren, die beeinflussen, wie stark das Photonenrauschen in einem Foto auftritt. In der Vergangenheit würde diese Art von Rauschen umso weniger auftreten, je größer das Pixel ist . Eine Photodiode ist empfindlich gegenüber Licht über der Fläche ... Die Eindringtiefe von Photonen in das Silizium der Photodiode ist kein Faktor der Pixelsättigung. Größere Pixel ermöglichen normalerweise die Verwendung höherer ISO-Einstellungen, da sie mehr Photonen pro Zeiteinheit erfassen. Mehr Photonen pro Zeiteinheit bedeuten insgesamt mehr Photonen für jede gegebene Belichtung, was das S / N erhöht. Ein höherer Rauschabstand ermöglicht die Verwendung einer höheren Verstärkung (mehr dazu gleich), wenn Sie das analoge Sensorsignal in ein digitales Signal (RAW-Datei) umwandeln. Dies wird letztendlich zur Erzeugung von JPEGs und TIFF-Bildern mit Nachbearbeitung verwendet Software.

Gewinnen

Gewinn ist das Umrechnungsverhältnis von Elektronen (e-) zu digitalen Einheiten (DU). Eine Kamera, die genau ein e- in ein DU konvertiert, hat "Unity Gain". Die meisten Kameras erzielen eine Einheitsverstärkung bei einer genauen (aber möglicherweise nicht auswählbaren) ISO-Einstellung. Häufiger ist die Verstärkung ein Bruchteil, wie z. B. 5,7 e für jede DU. Bei jeder Erhöhung der ISO-Empfindlichkeit sinkt die Verstärkung um den gleichen Faktor. Wenn Sie bei ISO 100 einen Gewinn von 5,7 e- / DU erzielen, erhalten Sie 2,85 e- / DU bei ISO 200, 1,425 e- / DU bei ISO 400, 7125 e- / DU bei ISO 800 und 0,35625 e- / DU bei ISO 1600. Wenn Sie ISO erhöhen, verlieren Sie das Signal-Rausch-Verhältnis (S / N). Ein niedrigerer Rauschabstand ist nie wirklich eine gute Sache ... es bedeutet immer mehr Rauschen, da ein geringeres Signal verstärkt wird. Ein geringeres Signal bedeutet weniger Farbtreue und weniger Detailtreue.

Die neuere Sensortechnologie hat die Erzeugung von Volltopfkapazität im Vergleich zur Erzeugung gesteigert, selbst wenn die Pixelfläche kleiner wird, indem effektivere Mittel zum Richten von Photonen auf eine lichtempfindliche Oberfläche anstelle von lichtabsorbierenden Oberflächen und Bauteilen eingesetzt werden. Die relativ junge Einführung von Mikrolinsen bei CMOS-Sensoren hat dazu beigetragen, Photonen auf die empfindliche Oberfläche der Photodiode und von Ausleseverdrahtungen und anderen nichtempfindlichen Oberflächen wegzulenken. Bei der Lightpipe- Technologie wird Material mit hohem Brechungsindex unter speziell abgestimmten Mikrolinsen verwendet, um das Licht durch den Kanal der Ausleseverkabelung über der Fotodiode zu leiten, sodass mehr Licht die Diode erreicht, anstatt von der Verkabelung reflektiert zu werden. Rückseitig beleuchtete SensorenKlappen Sie einfach die gesamte Struktur um und setzen Sie die Fotodiode direkt dem Licht aus. Alle anderen Strukturen sind nicht mehr erforderlich. All diese Dinge verbessern die "Quanteneffizienz" (QE) oder die Gesamtumwandlungsrate von Photonen in Elektronen im Sensor. Sensoren mit einer höheren QE unterstützen ein höheres maximales Signal-Rausch-Verhältnis, was wiederum eine höhere ISO 100-Verstärkung unterstützt ... was eine höhere Verstärkung bei einer niedrigeren ISO unterstützt. Höhere Verstärkung, mehr Elektronen pro Digitaleinheit, wodurch die Auswirkungen von Photonenrauschen bei jeder ISO-Einstellung verringert werden.

Mechanismen der Verstärkung

Nun zu den Gründen, warum ISO 1600 (in der Vergangenheit) in vielen Fällen die höchste "nützliche" ISO-Einstellung war. Einige Marken wie Canon und in einigen Fällen Nikon verwenden mehr als einen Mechanismus, um das vom Sensor kommende Signal zu verstärken. In den letzten Jahren war ISO 1600 normalerweise die letzte "nativ verstärkte" ISO-Einstellung, über die hinaus zusätzliche Verstärker oder sogar eine digitale Verstärkung verwendet wurden, um die nächste ISO-Einstellung zu erreichen. Canon ist wahrscheinlich der schlimmste Täteralternative Verstärkungsmechanismen zu verwenden. In ihrer letzten Kamerageneration (7D, 5D II, 1D / s III und alle Modelle der Rebel-Serie bis 650D) wurde eine zusätzliche analoge Verstärkung für den Pixelstrom verwendet ... nach dem Lesen der Pixel, aber vor dem ADC (Analog-to) -Digitalkonvertierung), um ISO-Einstellungen über ISO 1600 zu erreichen. Nikon verwendete bei Sensoren, die von ihm selbst hergestellt wurden, etwas Ähnliches (alle Nikon-Kameras und auch alle anderen Marken, die Sony Exmor-Sensoren verwenden, verwenden im Allgemeinen einen völlig anderen Ansatz für das Signalmanagement Sie gelten hier also nicht.)

Das Erreichen von ISO 3200 in der Vergangenheit würde eine standardmäßige analoge Verstärkung pro Pixel zum Zeitpunkt des Pixelauslesens für alle ISO-Einstellungen bis ISO 1600 mit vollständiger Unterbrechung und dann eine zusätzliche analoge Verstärkung für den vom Sensor kommenden Pixelstrom verwenden. Bei einigen Kameras würde ISO 6400 die gleiche alternative analoge Verstärkung nach dem Lesen verwenden. ISO-Einstellungen über ISO 6400 verwendeten normalerweise einen Hinweis auf die digitale Verstärkung von Metadaten, um die Nachbearbeitungstools anzuweisen, eine zusätzliche digitale Verstärkung anzuwenden, um höhere ISO-Einstellungen zu erzielen. Solche Einstellungen wurden normalerweise als "Erweiterte" oder "Hohe" ISO-Einstellungen bezeichnet und konnten nur in Vollstopp-Schritten oberhalb der "nativen" ISO-Einstellung der Kamera verwendet werden. (Anmerkung: Der einzige Grund, den man jemals wirklich brauchen würdeEine erweiterte ISO-Einstellung in der Kamera zu verwenden, würde bedeuten, dass eine höhere Verschlusszeit als bei einer niedrigeren nativen ISO-Einstellung unbedingt erforderlich ist. In vielen Fällen kann es immer noch wünschenswert sein, die niedrigere ISO-Einstellung bei der erforderlichen Verschlusszeit zu wählen, da die manuelle Fixierung der Belichtung nach der Belichtung in der Regel zu einem besseren Ergebnis führt als die erweiterte ISO-Einstellung in der Kamera.)

Die obigen Informationen können auf Kameras der letzten paar Generationen angewendet werden, ohne die aktuelle Generation. Ältere Kameras von Canon verwenden auf jeden Fall eine native analoge Verstärkung sowie eine zusätzliche analoge Verstärkung nach dem Lesen sowie ein potenziell hartcodiertes (dh nicht konfigurierbares) +/- 1/3 Stop-Push oder -Pull , das von der Kamera über die Hintergrundsteuerung ausgeführt wird. Belichtungseinstellungen für die Szenen. Dieses Drücken / Ziehen kostete Sie in der Regel einen Verlust von ungefähr 1/3 des Dynamikbereichs. Nikon-Kameras der letzten Generation, die von Nikon entwickelte Sensoren verwendeten, setzten ebenfalls eine ähnlich hohe ISO-Verstärkung ein, obwohl sie für alle ISO-Einstellungen eine analoge Verstärkung zu verwenden scheinen(einschließlich Drittstopps), was normalerweise zu einem besseren IQ bei höheren ISO-Drittstoppeinstellungen im Vergleich zu Canon führt, ohne dass ein DR-Verlust auftritt. Die aktuelle Kamerageneration von Canon scheint einen besseren analogen Verstärkungsansatz für ISO-Einstellungen bis zu den neuen Maximalwerten zu verwenden (25600 bei Nicht-1D-Linien und 51200 bei 1D X), mit dem zusätzlichen Pfosten - Lesegewinn wird nur für die höchste ISO-Einstellung verwendet (zumindest scheint dies durch Tests dieser Kameras angezeigt zu werden).

Dies würde bedeuten, dass die höchste für Canon-Kameras verwendbare ISO von mindestens ISO 1600 auf ISO 12800 und möglicherweise sogar auf ISO 25600 gestiegen istSony Exmor-Sensoren, die inzwischen von den meisten Wettbewerbern von Canon, einschließlich Nikon, verwendet werden, verwenden eine ganz andere Art von Sensordesign und Verarbeitungsarchitektur. Exmor-Sensoren haben eine native ISO-Empfindlichkeit von 12800, und alle weiteren ISO-Einstellungen sind ISO-Werte im erweiterten Modus. Bis ISO 12800 sind die Sony Exmor-Sensoren recht leistungsfähig und mit 5D III und 1D X vergleichbar. Darüber hinaus lässt die Rauschqualität schnell nach und entspricht im Allgemeinen nicht den Canon-ISOs 16000, 20000, 25600. 32000, 40000 und 51200. Auf der anderen Seite hat Sony Exmor kaum Lesegeräusche und schneidet bei ISO 100, 200 und bis zu einem gewissen Grad sogar 400 in Bezug auf den Dynamikbereich deutlich besser ab. Exmor DR ist schnell zur Legende geworden, und der Sensor strahlt wirklich für Fotografietypen aus, die zum Frühstück einen dynamischen Bereich aufweisen (z. B. Landschaften).

Verwendbar nach ISO 3200 ... 6400 ... 16000?

Der ständige Strom neuer und verbesserter Technologien verändert ständig die Dinge. Vor knapp vier Jahren konnten die Canon 450D und 40D kaum ISO 800 erreichen, wobei ISO 1600 weitgehend unbrauchbar war. Eine Generation später wurde ISO 1600 benutzerfreundlicher, und im Fall von 5D II und 1Ds III war ISO 3200 unter bestimmten Umständen sogar "benutzerfreundlich". Heute höre ich regelmäßig, insbesondere von Sportfotografen und Fotojournalisten, dass ISO bis zu 16000, 20000 und manchmal sogar 25600 auf der 1D X "vollständig verwendbar" ist, "sogar mit einigem Nachbearbeitungsaufwand druckbar!" Aus mathematischer Sicht, mit Elektronen und digitalen Einheiten und der Verstärkung und all dem würde ich nicht unbedingt sagen, dass es etwas Besonderes gibt, das ISO 1600 als magische ISO-Nummer nennt. Die höchste verwendbare ISO hat von Generation zu Generation zugenommen, in der Regel um ungefähr eine Blende. Mit den neuesten Sensoren von Canon ist sie jedoch um bis zu drei, möglicherweise sogar vier Blendenstufen gestiegen.

1600 ist keine magische Zahl, aber mit der heutigen Technologie liefern viele DSLRs häufig schlechte Ergebnisse über ISO 1600. Andererseits kann man argumentieren, dass viele bei 3200 und 6400 immer noch gute Ergebnisse liefern - es kommt auf das Publikum und die Technologie an, die sie verwenden sind vertraut mit. Wenn Sie dies in einem Forum mit vielen Nutzern von DSLRs auf Verbraucherebene lesen, ist 1600 wahrscheinlich ein sicheres Maximum für die aktuelle Technologie. Wenn Sie zu den Profis gehören, die erstklassige Geräte wie eine Nikon D800 oder eine Canon 5DmkIII verwenden, werden sie mit Sicherheit nicht bei ISO 1600 Halt machen.

Schauen Sie sich hier einige der High-ISO-Images der Canon 5DmkIII an . ISO 12800 sieht für mich überhaupt nicht schlecht aus. Vergleichen Sie das mit ISO 800 auf der Canon Rebel XT, die ich vor Jahren fotografiert habe, und sie befinden sich im selben Stadion. Es ist subjektiv, aber aus meiner Sicht gibt es keine Möglichkeit, bei ISO 1600 auf dem 5DmkIII anzuhalten!

Um Ihre Frage direkt zu beantworten: ISO 1600 hat nichts Besonderes zu bieten. Vermutlich lesen Sie gerade viele Dinge, in denen diese Zahl zum gegenwärtigen Zeitpunkt erwähnt wird. Die Zahl wird sich im Laufe der Zeit ändern, und es ist bereits mit professionellen DSLR-Serien.

Soweit ich weiß, ist dies eine falsche Behauptung. Es gibt nichts Konstantes an ISO 1600 außer ISO 1600. Die Technologie ändert sich ständig und ISO 1600 ist heute viel besser als vor fünf Jahren.

Die ISO-Leistung hängt auch stark von der Sensorgröße ab. Sehen Sie sich diesen Vergleich zwischen den neuesten 2X-, 1,5X- und Vollbild-Sensoren der neuesten Kameras an. Ich fotografiere jetzt seit einem Monat mit einer Nikon D4 und würde ohne zu zögern ISO 6400 verwenden. Auf der Pentax K-5 stoppe ich normalerweise bei ISO 1600 und stelle die K-5 IIs so ein, dass sie automatisch ISO 3200 erreicht ist etwa eine Haltestelle besser.

Zu einem anderen Aspekt Ihrer Frage gibt es keinen Aspekt, den Sie ohne besondere Umstände verwenden möchten . Ich wollte sehr laute Einstellungen verwenden, um eine Aufnahme zu erhalten, die ich sonst überhaupt nicht machen könnte. Diese Bilder können für mich wertvoll sein, obwohl sie keine großartigen Abzüge in Postergröße ergeben würden.

ISO ist eine Metapher aus der Filmfotografie, die bis zu einem gewissen Punkt wirklich durch die Sensorverstärkung vor der Analog-Digital-Umwandlung gesteuert wird. Diese Art der Verstärkung ist gut, da sie nur einige Teile des Rauschens beeinflusst, die gut aussehen und normalerweise nicht so schlecht sind. Um höhere ISO-Werte zu erzielen, "schummeln" sie und machen nur Digital Shift, dh für jedes Bit werden die "ISO" -Doppelwerte verschoben. Dies verstärkt jedoch das hässliche Lesegeräusch, so als ob Sie das Bild unterbelichten und auf Ihrem Computer verstärken würden. Bei der Generation von Kameras, für die wir Ende der 2000er Jahre einen analogen Gewinn von bis zu 1600 hatten, konnten wir durch die Benutzereinstellung "hoch" (3200) 3200 erzielen - dies ist jedoch ein digitaler Boost, und Sie können auf sensorgen.info den direkten Effekt sehen das hat auf lesegeräusch und dr:

http://sensorgen.info/CanonEOS_40D.html

http://sensorgen.info/CanonEOS_5D.html

Ich kenne jemanden, der sagt, dass einige Kameras noch komplizierter sind - sie verwenden eine Mischung aus analoger und digitaler Verstärkung, bevor sie nur noch digital arbeiten. Vielleicht ist es das, was hier auf dem Nikon vor sich geht, wo 100-200 schief gehen:

http://sensorgen.info/NikonD3100.html

Bei der neuen Kamerageneration scheint ISO 3200 die neue "1600" zu sein:

http://sensorgen.info/CanonEOS_5D_MkIII.html

Die Verwendung von maximal ISO 1600 ist eine schreckliche Regel, IMO. Ja, bei höheren ISOs ist das Rauschen deutlich wahrnehmbarer. Abhängig von der Kamera / dem Sensor, der Szene und Ihrem Verwendungszweck sind jedoch 3200, 6400 und möglicherweise noch höhere Werte durchaus akzeptabel. Wenn Sie zum Beispiel ein Foto im Internet freigeben, können Sie mit einer viel höheren ISO-Empfindlichkeit sicher gute Ergebnisse erzielen. Ebenso bin ich zuversichtlich, dass Sie beim Drucken eines kleinen 4x6 ein akzeptables Ergebnis erzielen werden. Das Drucken einer 16x20 ist natürlich eine andere Geschichte.

Wann immer dies erwähnt wird, denke ich immer, dass die Person, die dies sagt, offensichtlich nicht viel Erfahrung mit Fotografie hat, um Film zu benutzen. Die heutige ISO 1600 ist eindeutig besser als ISO 400-Filme. ISO 400 Film war sicherlich verwendbar.

Ein letzter Punkt: Ist es besser, ein verrauschtes Foto mit hoher ISO-Empfindlichkeit aufzunehmen oder überhaupt kein Foto? Ich weiß, für welche ich mich entscheiden würde - und habe mich vielfach dafür entschieden.