【硬核】深入解读ISO和噪点 信噪比与动态范围 从CMOS传感器原理到实测数据

Question

如题所述

Answer 1

在数码摄影的世界里，CMOS传感器的成像过程和参数设置是决定图像质量的关键因素。深入探讨ISO，让我们理解这个看似简单的概念如何影响信噪比、动态范围，以及如何在实际拍摄中权衡。

1. ISO的本质与增益</

ISO，全称国际标准化组织，其实质是传感器的增益控制，但数码时代中，它并非传统意义上的增光速度，而是对光信号的电子放大程度。两种关键的ISO概念是原生ISO（Native ISO）和基准ISO（Base ISO），前者是传感器设计中的基本增益，后者则是厂商规定的标准参考点。

2. 影响光电流程的参数</

光电二极管、量子效率、转换增益和可编程增益放大器（PGA）共同构建了CMOS传感器的工作机制。量子效率决定了传感器对光的敏感度，电容则影响转换增益，而PGA在高ISO时进行额外放大，定义了原生ISO的增益范围。

高ISO通过模拟或数字手段提升，但超过物理限制后，ISO变为扩展ISO，这可能导致散粒噪声的增加，尤其是在光线不足时。

3. 信噪比与动态范围</

信噪比是衡量图像质量的重要指标，它基于泊松分布，随着光子数量n的增长，信噪比以√n的形式提升。在高ISO下，虽然会增加散粒噪声，但通过增加进光量，信噪比仍有可能提高。动态范围则反映了图像中最大和最小亮度之间的差距，受满阱容（FWC）和噪声水平共同影响。

以索尼a7R4为例，它在低光环境下仍能展现出不错的表现：最大动态范围约为13.55档，最大信噪比约为37db，不过高ISO会压缩动态范围。

4. ISO的平衡与权衡</

ISO就像音频设备的增益调节，适度提升可以降低后端噪声，提高信噪比。然而，过度放大会牺牲动态范围，特别是在低光场景中，摄影师需要精心选择合适的ISO设置，找到噪点与细节的最佳平衡。

5. 下一步的深入解析</

未来我们将更深入地探讨双原生ISO的概念，曝光宽容度和ISO不变性，帮助你更好地理解和利用这些参数，提升你的摄影技术。