深度剖析数码摄影中的ISO感光度

ISO感光度这段简短的文章解释了数码ISO感光度〔以下简称ISO〕如何被确定，以及使用更高或更ISO会给数码照片带来什么影响。请留意，关于胶片及数字传感器ISO感光度标准的文档是受版权保护的。假设你期望阅读这些资料，需要购置相应的ISO标准。本文，pixel只总结一些最重要的原理和结论。简介ISO感光度，与光圈和快门被合称为“曝光三角形”。它们共同作用打算了一张照片的曝光。感度的数字。这个数字就是胶卷的“ISO”。ISO数字越大，胶卷对光线就越敏感。在数码摄影中，ISOISO数字衡量着相机传感器对光线的敏感程度。且同样是数字越大，传感器对光线就越敏感。一款胶卷或一块传感器的ISO值由制造商来确定。国际标准组织〔简写为ISO〕制定了一系列相关标准，制造商就遵循这些标准来为胶卷或传感器确定ISO值。这些标准的作用是为确定ISO值供给一个统一的框架。对数码相机来说，这些标准保证了具有一样ISO的传感器和胶卷对光线具有一样的敏感程度对数码摄影同样适用。一段简短的历史介绍ISO的定义实际上存在两种刻度，一种是线性刻度，另一种是对数刻度，即“ASA”和“DIN”。1987ISO感光度将这两种古老的刻度合二为一。线性ISO使用古老的“ASA”刻度，而对数ISO则使用“DIN”刻度。“/”分开，而且对数值需要加上度数单位“°”。例如：“ISO200/24°”。假设只写出一个数字，那么总是表示线性刻度。例如：“ISO200”。在对数ISO3；而线性ISO在实际中，对数ISO已经不再使用。因此，本文我们将无视这一刻度，只争论线性ISO。ISOISO200对光线的敏感度比ISO100强一倍。ISOISO范围在谈到ISO时，实际上有两种说法：ISO值和ISO范围。前一个表示一种特定的感光度，也就是我们一般状况下说的“ISO多少”；后一个表示一段感光度范围。在这个ISO范围内，照片的画质是“可以承受的”。ISO范围打算了可以使用的ISO值的范围。对胶片来说，转变ISO值需要转变冲洗液、温度或冲洗时间。假设ISO值被提高了，就称其为“迫冲”；假设ISO值被降低，就称为“降感”。对传感器来说，ISO其产生的结果。ISO在争论数码之前，我们先简洁地提一下胶卷的ISO如何被确定。为胶卷定义ISO3份独立的标准中：《ISO6:1993》、《ISO2240:2023》和《ISO5800:1987》。它们分别适用于黑白负片、彩色反转片和彩色负片。标准中记录的处理流程是用一系列规定的光亮照耀待定胶片了胶卷的ISO值。这就是胶片的基准ISO。通过迫冲或降感，胶卷的ISO可以被上升或降低。降感会降低胶片的比照度，同时提高动态范围；迫冲则具有相反的效果，同时也会增加可见颗粒。ISO胶片通过曝光和显影来确定ISO。不幸的是，这种方法不能用于传感器。数码ISO必需通过其他的方法来确定。确定数码ISO的具体方法记录在标准《摄影技术.数字静物照相机.ISOISO12232:2023》中。与胶片一样的是，传感器也有“ISO”ISO100ISO200。ISO通常是传感器表现“最正确”ISO，即动态范围最大且噪点最少。品色收集的消息是佳能从未公布过其传感器的基准ISO数码单反在ISO100下拥有最大动态范围和最少噪点，而后期的机型则在ISO200下表现最正确。尼康早年曾经公布过数码单反传感器的基准ISOISO的感光度被标为L0.3L0.7和L1.0ISO是ISO200〔D3100和D7000〕开头，尼康不再使用“L”ISO标为ISO100。经过测试，这些相机ISO100下的动态范围比ISO200时的要小。看起来尼康也开头学习佳能，不再公布基ISO了。〔由光子撞击传感器产生着在整个曝光过程中这个光子井收集到的光线数量。/〔A/D转换器产生RAW数据，最终变成一个个像素，组成一张照片。12位A/D中输出数据的状况。图表的左边从0开头〔没有光子撞击传感器〕，右边表示传感器感受到是对数。〔图中绿线位置〕，连续感受更多的光线就会产生溢出，甚至影响相邻的像素〔传感器光晕〕。基准ISO〔入射光子产生光电子的时间比率共同打算。出了有效信号外，这个过程中也会产生噪点信号。这些噪点包括了“暗电流”噪点〔即使没有光照，传感器中也有电流〕、输出噪点以及热噪点。噪点在上图中以红色区域显示。在最暗的阴影位置〔图中左侧〕，噪点就已经消灭了，而且漂浮了信号。随着信号越来越强，开头反过来漂浮噪点。在信号被噪点漂浮的区域，我们称其为“在噪点层下”。留意线性变化的光子井在左右两端都被“截止”了。在左侧，信号被噪点层截止，在右侧则会溢出。这一点和胶片格外不同。胶片对入射光的反响是S形曲线。这意味着胶片对欠曝和过曝都有相当大的容忍度。RAW转换程序通常默认承受S形曲线的影调映射，来模拟胶片的表现，但影调映射也无法挽回非线性区中丧失的信号〔比方低于噪点层或溢出的信号〕。动态范围和影调范围围是指代表不同亮度级的可用位数。动态范围和影调范围是有关的，而且有时可以互换。但是，正如下面这张图所展现的那样，〔调范围，低动态范围高影调范围，低动态范围低影调范围〕。EV1EV表示光亮增加1级。影调范围衡量在将真实世界的影调映射到记录媒介上时的过渡平滑；低影调范围的过渡很生硬，在照片上能够看到明显的“色带”。ISO要想转变胶卷的ISO〔迫冲或降感〕，必需对整卷胶卷以一样的ISO曝光。正如每位数码相机用户都知道的：数码相机的ISO可以对每张照片单独调整。事实上，大局部数码相机都允许摄影师使用比基准ISO更低或更高的ISO。当你转变ISO时，相机也会调整内部处理程序来适应的ISO。当你设置了一个比基准更高的ISO时，相机的测光系统会以此为根底来打算曝光。数字化的RAW数据同样也会受到影响。〔通常是通过一个放大电路来实现，而且放大电路位于A/DISO100时的电压是100mV，ISO200200mV，在ISO16001600mV，以此类推。〕允许摄影师调整ISO的设计思路是为了充分利用A/D转换器的完整输入电压范围。充分利A/D转换器的位深，我们就能得到最高的影调范围。不过，传感器对光线的敏感性实质所以会损失一些画质。这与对胶片迫冲的结果有些类似。尽管设置高ISO并没有转变传感器的基准ISO，但它也会影响A/D转换器产生的RAW数据。具体的影响依据各机型而不同，不过对于多数相机来说，提高ISO拍摄比用基准ISO拍摄然后通过软件增加曝光，可以得到更少的噪点和更高的动态范围。D700快门〔1/40s，f/5.6〕。左边的照片使用ISO3200拍摄，没有经过后期处理〔使用ACR直接从RAW转成JPG〕。右边的照片使用ISO200拍摄〔D700ISO4档〕，然后使用ACR4100%截图。这组照片的比照说明提高ISO获得“正确的”曝光，比坚持用基准ISO拍摄〔然后后期提高亮度〕的噪点更少。当我们迫冲胶卷时，增加的噪点有时会产生更好的视觉效果。但提高数码相机ISO产生的噪点不会。不过最款的数码相机已经拥有精彩的控噪性能，具有更好的高感画质。使用比基准更低的ISO根本没有实际意义。出于市场对低ISO的广泛要求，大局部相机都供给了低于基准的ISO。然而，我们并不建议用户使用这些设置，这将导致损失动态范围。这里pixel做出解释：当你设置一个低于基准的ISO时，光子井产生的电荷仍旧由入射光的多少而打算，但是为了模拟低ISO效果，信号需要减弱。这样做不会转变噪点层，所以传感器产生了与基准ISOISO没有带来任何好处〔但给了快门速度更多项选择择〕。一部数码相机供给的ISO选择由制造商打算，他们会努力将噪点掌握在一个可以承受的范围内，而基准ISO通常拥有最少的噪点。关于ISO范围，ISO值的上限由最多可承受的噪点水平打算，而下限则由制造商认为可以承受的动态范围损失而打算。由于曝光时间、温度和湿度会影响画质，在ISO标准中对每一项都做了标准。在实际中，〔在试验室中得到的〕ISO值仍旧对画质具有参考价值。使用更高位数的A/D转换器在很长的一段时期内，12位A/D转换器被广泛地应用在数码相机中。除了使用模拟放大电路外，也可以通过承受更高位数的A/D转换器来提高ISO。A/D11次倍增。假设我们有一块基准为ISO100的传感器，在每个光子井输出不变的状况下，使用16位A/D转换器可以将感光度提高到ISO1600项技术来供给高ISO，还有些相机将高位A/D转换器和放大电路结合起来使用。使用16位A/D以得到更好的控噪结果。ISO与噪点正如有些ISO400彩色反转片比其他ISO400胶片画质更好一样，有些传感器在指定ISO〔得到较好的信噪比〕。本文由品色摄影器材 整理公布，转载请保存链接全白。在曝光时，快门翻开，水桶开头收集雨水。通过测量水桶中收集雨水的多少，我们可以确定这个水桶/像素的灰度。收集到的雨水就越多。井在同样时间内可以产生更强的信号，有着更好的信噪比。光子井的物理尺寸由两个主要因素打算：传感器的物理尺寸，以及传感器上的光子井数量。加每个光子井的外表积。对拜耳阵列传感器来说，每个光子井可以粗略地看作一个像素。相机在ISO1600可以得到干净的照片，而便携相机在ISO1600时画质糟糕的缘由。在一样传感器尺寸下，更小的像素数也可以得到更大的光子井。这就是为什么尼康D3s〔1200万像素D3x〔2400万像素100%原图时，D3sISO1600的噪点，相当于D3xISO400水平。不过，假设我们把D3x24001200万像素，与D3s的区分率一样，则两台相机在一样ISO下的噪点会变得差不多。缩小区分率会削减噪点的缘由是，它增加了每个像素中打算亮度和颜色的信息〔有效信号〕。尽管传感器尺寸和像素数是打算噪点水平最主要的两个因素点水平。〔这就像在小水桶