Medición real y utilización de la conversión de ganancia dual del sensor (Ganancia de conversión dual / DCG) y la invariancia ISO (Invariancia ISO)

1. Mecanismo físico y eficiencia de conversión de carga del circuito de doble ganancia (DCG)

Los sensores tradicionales utilizan un único circuito de lectura. A ISO bajo, se deben utilizar condensadores de gran valor para soportar cargas altas. Sin embargo, esto hará que el voltaje de conversión de la señal de luz oscura débil sea demasiado bajo y que el ruido de lectura inunde las partes oscuras. Con ISO alto, si no se reduce el ruido del circuito, el ruido de la imagen será severo:

1. Baja ganancia de conversión - LCG:

• Conéctese a un condensador grande: cuando los fotoelectrones acumulados en el fotodiodo estén completamente cargados, no se desbordarán rápidamente y tendrán una capacidad de pozo completo extremadamente alta (Full Well Capacity).
• Entorno aplicable: durante el día con mucha luz, lo que proporciona un rango dinámico extremadamente amplio (normalmente hasta 14 o más paradas).

2. Modo de ganancia de conversión alta (ganancia de conversión alta - HCG):

• Conmutación de capacitancia pequeña: cuando la sensibilidad de la cámara aumenta a un cierto umbral (como ISO 640 o ISO 800 para sensores de fotograma completo comunes de Sony), el microprocesador desconecta la capacitancia secundaria a través del transistor y la capacitancia del bucle se vuelve instantáneamente más pequeña.
• Efecto de amplificación de voltaje: Según la fórmula $V = Q / C$, cuando la capacitancia $C$ disminuye bruscamente, el mismo número de fotoelectrones $Q$ se convierte en una señal de voltaje analógica varias veces mayor, lo que hace que la señal útil salte significativamente por encima del nivel de ruido del circuito de lectura.
• Rebote del rango dinámico: el rango dinámico medido en ISO 800 tiende, paradójicamente, a recuperarse incluso por encima de ISO 400 o ISO 500.

2. Definición científica de invariancia ISO

1. ¿Qué es la inmutabilidad ISO?

• Si una cámara tiene un ruido de lectura extremadamente bajo y constante, aumentar el ISO (ganancia analógica) girando la rueda dentro de la cámara producirá casi exactamente el mismo ruido de imagen y relación señal-ruido que tomar tomas subexpuestas con un ISO bajo en la cámara y luego aumentar el control deslizante de exposición (ganancia digital) en un software de desarrollo RAW de posproducción como Lightroom.

2. Comparación del brillo en la cámara versus el brillo posprocesamiento:

• Aumento de ISO en el disparo en la cámara: las luces se amplifican y recortan directamente antes de la conversión analógica a digital del ADC, lo que hace que el cielo y las luces se vuelvan completamente blancas y se pierdan.
• Mantenga una subexposición ISO baja para proteger las luces + aumentar las sombras en la posproducción: no solo el ruido en las áreas oscuras es el mismo que la mejora de la cámara, sino que también los detalles extremos de las luces se graban intactos en el archivo RAW y el rango dinámico general disponible se amplía considerablemente.

3. Mida la invariancia ISO y el punto crítico de doble ganancia de su cámara

Siga estos pasos científicos para probar si su cámara tiene invariancia ISO de alto nivel:

1. Plataforma de prueba fija:

• Monte la cámara en un trípode estable y apúntela hacia una escena de naturaleza muerta en interiores con alta relación de iluminación, con bombillas brillantes y sombras oscuras.
• La lente está configurada en enfoque manual (MF), la apertura está fijada en f/5,6, el obturador está fijado en 1/125 segundos y el balance de blancos está fijado manualmente en 5500K.

2. Grupo de comparación de tiro de escaleras:

• Toma A: ISO 100, subexpuesta 4 pasos (imagen muy oscura).
• Disparo B: ISO 1600, exposición normal (misma apertura de obturador, sólo subiendo el ISO hasta poner a cero el exposímetro).

3. Alineación de normalización posterior:

• Importa dos RAW a Lightroom.
• Agregue compensación de exposición +4.0 EV al disparo A (ISO 100); mantenga 0 EV para el disparo B.
• Acérquese al 200% para observar las partículas de ruido y la reproducción del color en las partes oscuras: si la estructura del ruido en las partes oscuras de la imagen A es casi la misma que la de la imagen B, entonces la cámara tiene una excelente invariancia ISO en el rango ISO 100 a 1600; Si la imagen A muestra un ruido de color intenso, ruido de franjas horizontales y matices de color, significa que el modelo de cámara tiene un ruido de prelectura de amplificación analógica alto.

4. Reglas prácticas de exposición para cielos estrellados de alta dinámica, festivales de música con gran relación de iluminación y escenas nocturnas

1. Cruzando la escalera de cambio de HCG:

• Si la cámara cambia a HCG en ISO 640 (como muchas cámaras Sony/Nikon Z), ¡nunca la configure en ISO 500 en ambientes extremadamente oscuros! Debido a que ISO 500 todavía está funcionando en el modo de piso de ruido alto LCG; configurado directamente en ISO 640 o ISO 800, la ganancia de conversión del microcondensador se activa inmediatamente y el ruido es significativamente menor que ISO 500.

2. El cielo estrellado y el folleto del paisaje se salvan gracias a una gran relación de iluminación:

• No hay luz en el paisaje, hay un brillo en el cielo estrellado y hay una luz débil de la tienda en la luz alta del suelo.
• Establezca en ISO 800 (punto de partida HCG), obturador 15 segundos, para evitar la sobreexposición de las luces de la tienda.
• En postproducción, las sombras del paisaje se iluminaron por separado en 3 niveles. Los detalles del suelo eran claros y puros, sin franjas de color, mientras que el color y la textura de la iluminación de la tienda se conservaron perfectamente.

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