什么是相机ISO,有关于ISO的前世今生

2021-01-18 20:09:30 13点赞 28收藏 1评论

创作立场声明:科普文章

【高能预警】

看了很多关于ISO介绍的文章,大家都写的太浅了,或者就是很散,本文大概3500字,有可能是中文互联网,你看到有关相机ISO比较全面的介绍了

什么是ISO

ISO,是摄影中『感光度』的意思,代表了底片(感光元件)对于光线的敏感程度。那么他究竟是什么意思呢?

ISO,英文全称是International Standardization Organization,是国际标准化组织的缩写,我们经常听到的的『ISO9000』,『莞式ISO』,就代表标准之意。

因为这个组织把感光度做了量化的规定,用来衡量底片(感光元件)对于光的灵敏程度。所以大家也就把ISO叫做感光度了。

菲林时代

这份标准具体应该是:ISO6(黑白胶片),ISO 2400(彩色反转片),和ISO 5800(彩色负片)。

ISO标准并不是免费的,如果你想看具体的规定,得花钱买。

什么是相机ISO,有关于ISO的前世今生

什么是相机ISO,有关于ISO的前世今生

什么是相机ISO,有关于ISO的前世今生

在ISO制订感光度的标准(20世纪80年代)以前,胶片速度的标识一直是ASA,ASA是America Standards Association的缩写,意思是美国标准协会,后来更名为美国国家标准协会(ANAI),ASA的速度与ISO的速度是相同的。

还有一种常见感光度的的标识,DIN,称之为『定』制,表示德国工业标准(Deutsche Industrie Norm),比如DIN27代表的就是ISO(ASA)400。

什么是相机ISO,有关于ISO的前世今生

大多数比较老的胶片相机都会标准ASA和DIN

英国的的是BSI,日本的是JSA,与ASA,DIN的测定方法是相同的。

测定方法

胶片感光度是对样片曝光和加工后所得的特性曲线计算出来的,过程也不复杂,大概介绍一下感光度的测定方法。

黑白负片:以特征曲线趾部片基灰雾加0.1密度处作为感光度基准点,比该基准点多1.3对数单位的曝光量产生比基准点密度高0.8的密度。该基准点就是感光度曝光值,代入公式:感光度=0.8/感光度曝光值,感光度曝光值的单位是勒克斯。

什么是相机ISO,有关于ISO的前世今生

彩色负片:按照厂商指定的加工方法取得三层乳剂的三条特性曲线上求得。

首先,从感绿乳制层的曲线上得到一个密度系数,它是片基灰雾加 0.1 的密度和在直线部分上增加 1.3 对数单位曝光所产生的密度之间的密度差。用这个密度系数去求各条曲线上感光度基准点的位置,该位置的密度为片基灰雾加 0.2 个密度系数。将三个基准点的曝光值相加再除以 3 即为感光度曝光值,代人公式:感光度=1/感光度曝光值

什么是相机ISO,有关于ISO的前世今生

彩色反转片:是从对中灰标板进行曝光,并按厂家指定的加工方法制取的单条特性曲线上求得的。

两个感光度基准点的设定如下:片基灰雾加 0.2 密度为亮部(高光)基准点(最小密度);从亮部基准点画一条直线与曲线的肩部相切,切点即为暗部基准点,或者以 2.0 密度处为暗部基准点,选取其中较小的一个值。用这两个基准点的曝光量计算感光度曝光值,即为两数乘积的平方根。代人公式:算术感光度=8/感光度曝光值

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黑白相纸:利用反射密度读数绘制的特性曲线上求得。

不同反差等级的相纸有不同的曲线,因而感光度也不同。所有相纸均显影至最大密度。感光度基准点设在曲线上密

度为纸基灰雾加 0.6 处,此点即为感光度曝光值。代人公式:相纸感光度= 1000/感光度曝光值

关于测定和计算方法,本来不想写这么多的,但是翻了一下百度百科,解释的没头没尾的,因此做下补充。中文互联网的资料水准真的是堪忧。

什么是相机ISO,有关于ISO的前世今生

ГОСТ(GOST)GOST,用于表示苏联胶片感光度的标志,GOST(高斯特)是苏联国家标准的缩写词(Gosudar Stvenny J· Standart ,俄文ГОСТ),是类似于美国标准协会的一种组织,虽然测定方法不同,但是数值上却很接近,实际换算是:1.1GOST=ISO,或者0.9ISO=GOST;

p.s.找到一篇相关文献,但是我真的看不懂俄语。

进入数码时代

可以看到,这些标准其实是给胶片指定的,后来到了数码时代,是不需要胶片的,厂商为了方便用户理解,把感光元件对于光线的灵敏度等效为传统胶片的感光度值,数码相机ISO的严谨的叫法应该是『相对感光度』或者『相当感光度』,ISO组织06年发布第一版,2019年更新。

什么是相机ISO,有关于ISO的前世今生

话说这份标准不仅更新的晚,而且卖的真是贵, 118瑞士法郎,大概人民币八九百。

数码的感光度是基于最终图像(JPG,HEIF或者TIFF,sRGB模式下)的亮度,并没有规定如何实现的方式。

而RAW图像呢,标准中没有提及。

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测定方法:标准的结果是『并不标准』

目前相机使用两种不同的ISO定义。

SOS:全称为standard output sensitivity,意思是标准输出灵敏度,在指定的光照亮度和曝光设置下拍摄的『目标灰色』(也就是中性灰,18%灰)sRGB JPEG的亮度值为118时对应的就是一定的ISO等级;

REI:即recommended exposure index,推荐曝光指数,多加权计量模式设计的一种变体。

这是在SRGB颜色空间下输出格式之外唯一可用的技术,这种方式没有指定最终图像的亮度,厂家还可以决定『正确曝光』数值,比如,下面这三张照片,到底哪一个是正确曝光,是应该保证面部的曝光,还是背后云层的细节?其实没有正确答案,只是个人不同的喜好罢了,所以,不同的厂家会得到不同的结果。

什么是相机ISO,有关于ISO的前世今生

这也就是为什么有人会认为富士相机的ISO会虚标,这并不是什么缺陷,实际上不过是采取了不同的标准而已。

高ISO,画质差的原因?

ISO越高,画质越差,大家最熟悉的说法是:提升ISO,其实就是使用电路放大信号的过程,不仅放大了信号,还放大了噪音。噪音表现为噪点,所以就会影响画质。嗯,没什么问题。

但是导致你画面差是原因不是高ISO,而是你为什么要使用高ISO,是你所在的环境,光线不足(信号不足),快门已经到达极限,光圈已经最大,你做的只能是提高ISO了。所以说因为高ISO导致画质变差的说法,虽然表象正确,但是因果关系错了。

弱光为导致噪音的原因其实很好理解,图片中有一种最重要的噪音是因为光的随机性产生的。称之为光子噪声或者散粒噪声。

光子从光源随机发射,如果你收集了很多光子,则落在每个区域(像素)的光子会很平均 ;

如果收集的光子很少,相邻像素收集的数量有可能会有很大差异,从而产生颗粒或者亮度的变化。

什么是相机ISO,有关于ISO的前世今生

一个不恰当的比喻,只有三个光子时,两个像素一个获得1个,另一个获得2个,那么这两个像素点的亮度有可能相差一倍,但是如果有100个光子,一个像素获得48,另一个获得52个,即使相差很多,但是依旧看起来亮度十分均匀。

同理,在一个光线明亮(信号充足)的环境下,ISO100,ISO400之间的画质也不会有什么大的差别,不过400有可能会过曝,所以在适合的环境下,追求最低的ISO其实意义不大。

如果不想提高ISO,那么还可以采取一种方式,多帧叠加,一张照片曝光不足,拍摄多张呢?通过后期叠加的方式就可以获得准确的曝光,这就是目前手机夜景模式采取的方式,同时还能有一定的降噪效果,但是问题在于,这种方式不太适合动态的物体。

ISO不会改变感光度?

提升ISO值并不会影响『感受光线的灵敏度』,因为你接收到的信号(光线)总是恒定的,实际上提高相机『真正感光度』的方式只有增加快门时间,或者使用更大的光圈。

随着ISO的增长,动态范围也会降低。

提升ISO,做提亮处理,画面中的高光部分就会变得更亮(有可能变为白色),所以这部分细节丢失的可能性就越大,从而使得动态范围降低。DxO的相机测试里有这项,感兴趣的同学可以看看。

什么是相机ISO,有关于ISO的前世今生

柯达有一款相机DCS Pro SLR/n ,有着超低的ISO6的感光度,画质震撼。

原生ISO就是最好的吗?

数码相机确实只有一个ISO,称之为原生ISO,其它的ISO值都是通过信号放大来的,所以有一种说法,ISO值的设置为原生ISO的整数倍时,会获得更好的效果,比如你的相机原生ISO为100,那么设置成200,就要比160的画质更好,但是实际体验中,并没有发现太大的差异,随性就好;

ISOlESS?

那么数码相机只有一个原生ISO,反正捕获的信号是不变的,那么在相机上设置ISO的增益,和直接后期是提升亮度有什么区别呢?模拟放大和计算机的数字乘法是否真的有区别?

是的,没有区别,这样的好处就是拍摄时,你可以完全不用考虑ISO的设置,相比于使用高ISO拍摄的照片,使用原生ISO拍摄的照片还可以获得更好的细节。

但是不是所有的相机都是ISOlESS,尤其是佳能一些老的单反,几乎都不支持此功能。大多数富士和索尼的相机都具备iSOLESS的功能。

原生ISO并不是一个固定值

原生ISO只有一个,为什么有双原生ISO的说法呢,这是因为相机中内置了两套信号放大电路。针对不同的ISO,采用不同的基准。

比如你在使用索尼A7S3的log模式时,使用ISO8000拍摄的画面,比使用ISO12800的拍的画面噪点都要多。因为ISO8000是通过低基准『增益』来的,而S-log的高基准ISO正是12800。

其实严格来说,相机的log模式超出了ISO标准(色彩空间远远超越了sRGB),但是为了方便用户理解,还是用了ISO这样的描述。

超出标准之后,具体应该怎么做,不同的厂商就有不同的发挥了,表现就是,不同的色彩曲线(模式)有可能会影响到原生的ISO,也就是说,『原生ISO』并不是一个固定不变的值,在不同的情况下也会变化,比如松下的SH1:

什么是相机ISO,有关于ISO的前世今生

再比如索尼FX9:

什么是相机ISO,有关于ISO的前世今生

以下是索尼的FX9在不同的设置下对应的ISO:

什么是相机ISO,有关于ISO的前世今生

所以拍视频的时候会更加麻烦一点,你要注意到当前的光照环境和你使用的色彩模式而选用不用的ISO,如果设置错误,说不定会获得一个惨不忍睹的结果。

结语

ISO是曝光三要素之一,我们搞清楚他,只是为了获得准确的曝光,但是在此之前,一定要搞明白,曝光到底是为了什么,最佳设置的最佳点应该在哪里。

希望能够解答你的一些疑惑。都看到这里了,如果对你有帮助的话,不妨点个赞同,让更多人看到,若有什么不同见解的地方或者我的纰漏错误之处,欢迎在评论区讨论。

以上。

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