Фактическое измерение и использование преобразования двойного усиления датчика (Dual Conversion Gain / DCG) и инвариантности ISO (инвариантность ISO)

1. Физический механизм и эффективность преобразования заряда схемы с двойным усилением (DCG).

Традиционные датчики используют одну схему считывания. При низком ISO необходимо использовать конденсаторы большой емкости, чтобы обеспечить высокий заряд. Однако это приведет к тому, что напряжение преобразования сигнала слабого темного света будет слишком низким, и шум считывания заполнит темные части. Если при высоких значениях ISO не уменьшить шум схемы, шум изображения будет сильным:

1. Низкий коэффициент конверсии – LCG:

• Подключите большой конденсатор: когда фотоэлектроны, накопленные в фотодиоде, полностью заряжены, они не переполняются быстро и имеют чрезвычайно высокую полную емкость ямы (Full Well Емкость).
• Применимые условия: дневное время с большим количеством света, обеспечивающим чрезвычайно широкий динамический диапазон (обычно до 14 или более ступеней).

2. Режим высокой конверсии (High Conversion Gain – HCG):

• Переключение небольшой емкости: когда чувствительность камеры увеличивается до определенного порога (например, ISO 640 или ISO 800 для обычных полнокадровых датчиков Sony), микропроцессор отключает вторичную емкость через транзистор, и емкость контура мгновенно становится меньше.
• Эффект усиления напряжения: Согласно формуле $V = Q/C$, при резком уменьшении емкости $C$ то же количество фотоэлектронов $Q$ преобразуется в аналоговый сигнал напряжения в несколько раз выше, в результате чего полезный сигнал значительно превышает уровень собственных шумов схемы считывания.
• Отскок динамического диапазона: измеренный динамический диапазон при ISO 800 имеет тенденцию парадоксальным образом возвращаться даже выше, чем при ISO 400 или ISO 500.

2. Научное определение ISO-инвариантности

1. Что такое неизменяемость ISO:

• Если камера имеет чрезвычайно низкий и постоянный шум считывания, повышение ISO (аналоговое усиление) путем поворота колесика внутри камеры приведет к почти такому же шуму изображения и соотношению сигнал/шум, как при съемке недоэкспонированных снимков с низким ISO на камере, а затем поднимите ползунок экспозиции (цифровое усиление) в программном обеспечении для постобработки RAW, таком как Lightroom.

2. Сравнение осветления в камере и осветления после постобработки:

• Увеличение ISO при съемке в камере: светлые участки усиливаются и обрезаются непосредственно перед аналого-цифровым преобразованием АЦП, в результате чего небо и световые блики становятся полностью белыми и теряются.
• Поддерживайте низкую недодержку ISO для защиты светлых участков + усиление теней при постобработке: не только шум в темных областях такой же, как и при улучшении в камере, но также самые яркие детали записываются в файле RAW без изменений, а общий доступный динамический диапазон значительно расширяется.

3. Измерьте инвариантность ISO и критическую точку двойного усиления вашей камеры.

Выполните следующие научные шаги, чтобы проверить, имеет ли ваша камера высокий уровень инвариантности ISO:

1. Фиксированная тестовая платформа:

• Установите камеру на устойчивый штатив и наведите ее на натюрморт в помещении с высоким коэффициентом освещенности, яркими лампочками и темными тенями.
• Объектив настроен на ручную фокусировку (MF), диафрагма зафиксирована на значении f/5,6, выдержка зафиксирована на значении 1/125 секунды, баланс белого зафиксирован вручную на значении 5500К.

2. Сравнительная группа для съемки на лестнице:

• Снимок A: ISO 100, недоэкспонирование на 4 ступени (очень темное изображение).
• Снимок B: ISO 1600, нормальная экспозиция (та же диафрагма затвора, только повышение ISO до нуля экспонометра).

3. Позднее выравнивание нормализации:

• Импортируйте два файла RAW в Lightroom.
• Добавьте компенсацию экспозиции +4,0 EV к снимку A (ISO 100); оставьте 0 EV для выстрела B.
• Увеличьте масштаб до 200%, чтобы наблюдать частицы шума и цветопередачу в темных частях: Если структура шума в темных частях снимка А почти такая же, как и на снимке Б, то камера имеет превосходную инвариантность ISO в диапазоне ISO от 100 до 1600; Если на изображении А наблюдается сильный цветовой шум, шум горизонтальных полос и цветовой оттенок, это означает, что модель камеры имеет высокий уровень аналогового усиления шума предварительного считывания.

4. Практические правила экспозиции для динамичного звездного неба, музыкального фестиваля с большим коэффициентом освещенности и ночной сцены.

1. Переход по лестнице переключения ХГЧ:

• Если камера переключается на HCG при ISO 640 (как и многие камеры Sony/Nikon Z), никогда не устанавливайте ISO 500 в очень темных условиях! Потому что ISO 500 все еще работает в режиме LCG с высоким уровнем шума; если установлено значение ISO 640 или ISO 800, коэффициент преобразования микроконденсатора срабатывает немедленно, а шум значительно ниже, чем при ISO 500.

2. Звездное небо и пейзажная листовка сохраняются за счет большого коэффициента освещенности:

• В пейзаже нет света, на звездном небе есть мерцание, а при ярком свете на земле слабый свет палатки.
• Установите ISO 800 (начальная точка HCG), выдержка 15 секунд, чтобы предотвратить передержку света палатки.
• При постобработке тени пейзажа были отдельно осветлены на 3 уровня. Детали земли были ясными и чистыми, без цветных полос, а цвет и текстура освещения палатки были прекрасно сохранены.

---