Tatsächliche Messung und Nutzung der Dual-Gain-Konvertierung des Sensors (Dual Conversion Gain / DCG) und der ISO-Invarianz (ISO Invariance)

1. Physikalischer Mechanismus und Ladungsumwandlungseffizienz der Dual-Gain-Schaltung (DCG)

Herkömmliche Sensoren verwenden einen einzigen Ausleseschaltkreis. Bei niedrigem ISO-Wert müssen Kondensatoren mit großem Wert verwendet werden, um eine hohe Ladung aufnehmen zu können. Dies führt jedoch dazu, dass die schwache Umwandlungsspannung des Dunkellichtsignals zu niedrig ist und das Ausleserauschen die dunklen Teile überschwemmt. Wenn bei hohen ISO-Werten das Schaltungsrauschen nicht reduziert wird, ist das Bildrauschen stark:

1. Geringer Conversion-Gewinn – LCG:

• Anschluss an einen großen Kondensator: Wenn die in der Fotodiode angesammelten Photoelektronen vollständig geladen sind, laufen sie nicht so schnell über und haben eine extrem hohe Full-Well-Kapazität (Full Well Capacity).
• Anwendbare Umgebung: Tagsüber mit viel Licht und extrem großem Dynamikbereich (normalerweise bis zu 14 oder mehr Blendenstufen).

2. High Conversion Gain-Modus (High Conversion Gain – HCG):

• Schalten kleiner Kapazitäten: Wenn die Kameraempfindlichkeit auf einen bestimmten Schwellenwert ansteigt (z. B. ISO 640 oder ISO 800 für gängige Sony-Vollbildsensoren), trennt der Mikroprozessor die Sekundärkapazität über den Transistor und die Schleifenkapazität wird sofort kleiner.
• Spannungsverstärkungseffekt: Nach der Formel $V = Q / C$ wird bei einer starken Abnahme der Kapazität $C$ die gleiche Anzahl an Photoelektronen $Q$ in ein um ein Vielfaches höheres analoges Spannungssignal umgewandelt, wodurch das Nutzsignal deutlich über den Grundrauschen der Ausleseschaltung springt.
• Dynamikbereich-Bounce: Der gemessene Dynamikbereich bei ISO 800 tendiert paradoxerweise dazu, noch höher als ISO 400 oder ISO 500 zurückzuspringen.

2. Wissenschaftliche Definition der ISO-Invarianz

1. Was ist ISO-Unveränderlichkeit:

• Wenn eine Kamera ein extrem niedriges und konstantes Ausleserauschen aufweist, führt eine Erhöhung des ISO-Werts (analoge Verstärkung) durch Drehen des Rads in der Kamera zu fast genau demselben Bildrauschen und Signal-Rausch-Verhältnis wie das Aufnehmen unterbelichteter Aufnahmen mit einem niedrigen ISO-Wert an der Kamera und das anschließende Erhöhen des Belichtungsreglers (digitale Verstärkung) in einer Postproduktions-RAW-Entwicklungssoftware wie Lightroom.

2. Vergleich der Aufhellung in der Kamera mit der Aufhellung nach der Bearbeitung:

• ISO-Aufnahmen in der Kamera erhöhen: Glanzlichter werden direkt vor der ADC-Analog-Digital-Konvertierung verstärkt und beschnitten, wodurch der Himmel und die hellen Glanzlichter vollständig weiß sind und verloren gehen.
• Behalten Sie eine niedrige ISO-Unterbelichtung bei, um Glanzlichter zu schützen und Schatten in der Nachbearbeitung zu verstärken: Nicht nur das Rauschen in den dunklen Bereichen entspricht der kamerainternen Verbesserung, sondern auch die extremen Glanzlichtdetails werden in der RAW-Datei intakt aufgezeichnet und der insgesamt verfügbare Dynamikbereich wird erheblich erweitert.

3. Messen Sie die ISO-Invarianz und den kritischen Punkt der doppelten Verstärkung Ihrer Kamera

Befolgen Sie diese wissenschaftlichen Schritte, um zu testen, ob Ihre Kamera über eine hohe ISO-Invarianz verfügt:

1. Feste Testplattform:

• Montieren Sie die Kamera auf einem stabilen Stativ und richten Sie sie auf eine Stilllebenszene im Innenbereich mit hohem Lichtverhältnis, hellen Glühbirnen und dunklen Schatten.
• Das Objektiv ist auf manuellen Fokus (MF) eingestellt, die Blende ist auf f/5,6 fixiert, der Verschluss ist auf 1/125 Sekunde fixiert und der Weißabgleich ist manuell auf 5500K fixiert.

2. Treppenschieß-Vergleichsgruppe:

• Aufnahme A: ISO 100, 4 Stufen unterbelichtet (sehr dunkles Bild).
• Aufnahme B: ISO 1600, normale Belichtung (gleiche Verschlussblende, nur ISO auf Null des Belichtungsmessers erhöhen).

3. Spätere Normalisierungsausrichtung:

• Importieren Sie zwei RAWs in Lightroom.
• Belichtungskorrektur „+4,0 EV“ zu Aufnahme A (ISO 100) hinzufügen; Behalte „0 EV“ für Schuss B.
• Zoomen Sie auf 200 %, um die Rauschpartikel und die Farbwiedergabe in den dunklen Teilen zu beobachten: Wenn die Rauschstruktur in den dunklen Teilen von Bild A fast mit der von Bild B übereinstimmt, dann hat die Kamera eine ausgezeichnete ISO-Invarianz im Bereich von ISO 100 bis 1600; Wenn Bild A starkes Farbrauschen, horizontales Streifenrauschen und Farbstich aufweist, bedeutet dies, dass das Kameramodell vor dem Auslesen ein hohes analoges Verstärkungsrauschen aufweist.

4. Praktische Belichtungsregeln für hochdynamischen Sternenhimmel, Musikfestival mit großem Lichtverhältnis und Nachtszenen

1. Überquerung der HCG-Wechselleiter:

• Wenn die Kamera bei ISO 640 auf HCG umschaltet (wie viele Sony/Nikon Z-Kameras), niemals in extrem dunklen Umgebungen auf ISO 500 einstellen! Weil ISO 500 immer noch im LCG-Modus mit hohem Grundrauschen läuft; Direkt auf ISO 640 oder ISO 800 eingestellt, wird die Mikrokondensator-Umwandlungsverstärkung sofort ausgelöst und das Rauschen ist deutlich geringer als bei ISO 500.

2. Das Sternenhimmel- und Landschaftsblatt wird durch ein großes Lichtverhältnis gerettet:

• Es gibt kein Licht in der Landschaft, es schimmert am Sternenhimmel und am Boden gibt es ein schwaches Zeltlicht im hohen Licht.
• Stellen Sie ISO 800 (HCG-Startpunkt) und eine Verschlusszeit von 15 Sekunden ein, um eine Überbelichtung der Zeltlichter zu verhindern.
• In der Postproduktion wurden die Schatten der Landschaft separat um 3 Stufen aufgehellt. Die Bodendetails waren klar und rein ohne Farbstreifen, während Farbe und Textur der Zeltbeleuchtung perfekt erhalten blieben.

---