El enigma de la configuración ISO intermedia

Supongo que hoy es un viernes "alucinante", porque tenemos una publicación invitada aquí de Iliah Borg, la persona detrás del software RawDigger que se usa para analizar imágenes RAW. Tuve la oportunidad de entablar una conversación con Iliah sobre el rendimiento de ruido de la Nikon Df, donde no solo demostró que estaba equivocado en mi suposición de que el Df tenía exactamente el mismo sensor que el D4 (resulta que son similares, pero no exactamente iguales), sino que también compartió información increíble sobre los procedimientos de prueba, análisis de datos y ¡otras cosas locas y alucinantes! La curva de aprendizaje con la fotografía nunca termina, especialmente cuando te metes en todo el lado del sensor y la tubería de procesamiento de imágenes. Sin embargo, debo advertir a nuestros lectores: ¡el siguiente artículo es muy técnico y no está destinado a principiantes! ¡Espero que lo disfrutes! Nasim.

Si uno está disparando sin procesar, podría interesarle saber si hay algún beneficio en usar configuraciones ISO intermedias como ISO 125, 160, etc. No hay una respuesta única a esta pregunta, porque depende de la implementación de estas configuraciones ISO intermedias en la cámara en particular. A veces se implementan de la misma manera que la configuración ISO principal, pero otras veces son el resultado de ciertas manipulaciones, como la multiplicación digital.

Para demostrar cómo se puede determinar esto, primero analizaremos los llamados píxeles enmascarados (a menudo llamados área ópticamente negra , o simplemente OB), que es una parte del sensor que normalmente no vemos en nuestras imágenes. Está cubierto de luz, por lo que puede ser un buen indicador del ruido más bajo posible del sensor, mientras que el ruido es lo que analizamos para aprender a usar un sensor determinado de manera óptima. Estamos tomando una serie de tomas con diferentes configuraciones ISO, desde la más baja hasta la más alta y, por supuesto, usando todas las configuraciones ISO intermedias disponibles. El sujeto de las tomas puede ser cualquier cosa, incluso puede disparar con la tapa del objetivo puesta.

A continuación, traiga la primera toma de la serie a RawDigger y configure las preferencias de RawDigger para mostrar el marco negro (Opciones de visualización, casilla de verificación Píxeles enmascarados, marcada) y no restar el Nivel negro (Procesamiento de datos, casilla de verificación Restar negro, sin marcar).

Aquí tenemos OB en el lado izquierdo de la imagen. Usando Selección/Establecer selección por números, seleccione los píxeles enmascarados dejando varios píxeles fuera de la selección en los cuatro lados, ya que pueden filtrar la luz o tener imperfecciones tecnológicas.

 
Para comprobar que la selección es válida, mire el histograma en modo Lineal. Si el histograma en los cuatro canales se parece mucho a la curva en forma de campana, la selección es válida.

Convierta la selección en muestra (Selección/Convertir selección en muestra):

 
Y guarde los datos como un archivo .csv para su futuro procesamiento en una hoja de cálculo. Establezca las casillas de verificación según la captura de pantalla a continuación:

Abra el siguiente archivo y establezca la marca de verificación en Agregar archivo: para agregar los datos al archivo .csv ya existente. Presione "Agregar archivo", la marca de estrella a la derecha del nombre del botón desaparecerá indicando que se agregaron los datos.

Procese el resto de la serie de la misma manera.

Abra el archivo.csv en una hoja de cálculo. Agregue la columna ISO y rellénela con los valores respectivos. Ahora puede trazar el ruido contra la configuración ISO; los valores de ruido están en las columnas de desviación estándar Rdev, Gdev, Bdev, G2dev. Para la cámara Canon 5D Mark II, la trama se ve así:

En este gráfico, el eje X es la configuración ISO, el eje Y es el ruido en la escala logarítmica. Puede ver que las gráficas de los cuatro canales son extremadamente parecidas. La parte interesante es el diente de sierra entre ISO 100 e ISO 1250. Contrariamente a lo esperado, el ruido en ISO 160 es el más bajo, mientras que el ruido en ISO 125 es más alto que en ISO 400. Esto es suficiente para sospechar que algo fuera de lo normal está pasando. Hagamos algunos cálculos adicionales.

Dividiendo Gdev en ISO 125 (6.8361) por Gdev en ISO 100 (5.4293) podemos ver que el ruido aumenta por el factor de 1.26 (6.8361/5.4293 = 1.26). Por cierto, 1/3 EV es igual a la raíz cúbica de 2 (21/3) = 1,26.

Veamos la siguiente pendiente formada por ISO 160 – ISO 200 – ISO 250. Dividiendo el valor de ruido de ISO 200 por el valor de ruido de ISO 160, el factor es 1,24. Dividiendo el valor de ruido de ISO 250 por el valor de ruido de ISO 200 obtenemos el factor de 1,27. Mientras tanto, los valores de ruido para ISO 100 e ISO 200 están muy cerca. Significa que aquí tenemos una etapa adicional para formar los valores de datos para configuraciones ISO intermedias; no son “nativos”. ¿Pero sirven para algo?

Con solo mirar los valores de ruido, se puede deducir que el valor de ruido más bajo está en ISO 160. Sin embargo, no es solo el valor de ruido lo que nos interesa. La característica que buscamos es la relación señal-ruido. Para nuestro caso, es bastante fácil demostrar que no solo el ruido en la configuración ISO 160 es menor, sino que la señal también es menor. Veremos que, de hecho, la relación señal-ruido para ISO 160 e ISO 200 es esencialmente la misma; especialmente si estamos mirando no solo el área ópticamente negra sino también el área de la imagen, ahí es donde está involucrada algo de luz.

Configuremos una escena que consiste en una trampa negra, que esencialmente refleja muy poca luz hacia la cámara, y una pequeña bola de metal brillante, que será una fuente de reflejos especulares, lo que hará que la pequeña porción del sensor alcance su máximo de saturación. . Hay muchos consejos en Internet sobre cómo hacer una trampa negra; estamos usando aquí un Datacolor Spyder 3D Cube , que es una herramienta extremadamente compacta y útil para configurar la exposición y el balance de blancos.

Coloque la cámara en un trípode y dispare el cubo sobre un fondo mate con exactamente la misma velocidad de obturación y valor de apertura, configurando ISO 160 para una toma e ISO 200 para otra. La velocidad del obturador debe ser tal que asegure un pequeño punto caliente en la bola de metal.

Pruebe la exposición, traiga disparos a RawDigger, active la indicación de sobreexposición (OvExp) y vea que tiene uno o dos pequeños puntos rojos en la bola. En la imagen de abajo puedes ver dos "ojos" rojos en la pelota. Esas áreas rojas indican saturación del sensor.

Si no los tiene, vuelva a disparar con una velocidad de obturación más lenta y verifique en RawDigger ahora que hay algo de sobreexposición en la bola. Ahora debería tener dos tomas, ISO 160 e ISO 200, tomadas con la misma velocidad de obturación que acaba de determinar y el mismo valor de apertura, que vamos a procesar en RawDigger. Coloquemos dos muestras en el primer disparo: una sobre la trampa negra y la otra sobre el resaltado especular:

 
Puede cambiar el tamaño de la muestra en las preferencias de RawDigger en varias opciones.

A continuación, guardamos las muestras en un archivo .csv:

Abre el otro tiro. Si no hubo movimiento mecánico entre los disparos, no es necesario ajustar la posición de muestreo. Cambiar el modo marcando "Anexar archivo" agrega los datos. Ahora, a la hoja de cálculo.

Abra el archivo .csv resultante en una hoja de cálculo y calcule la relación entre el nivel de saturación y el ruido:

1. Para el primer disparo la saturación es de 12810, mientras que el ruido es de 6,0901. La relación es 2103.413737.
2. Para el segundo disparo la saturación es mayor 15760, y el ruido también es mayor 7.334. Sin embargo, la relación señal-ruido es ligeramente mejor (más alto es mejor) e igual a 2149.071372.

Lo interesante aquí es que la relación entre la saturación en ISO 200 e ISO 160 vuelve a estar muy cerca de 1/3 EV, es decir, 1,23. Y esta es la clave del acertijo: tanto para ISO 200 como para ISO 160, el sensor funciona exactamente en el mismo modo, por lo que la relación señal/ruido es prácticamente la misma. La exposición a ISO 160 es, de hecho, el resultado de la exposición a ISO 200, pero desplazada hacia la izquierda en 1/3 EV, o en otras palabras, dividida por aproximadamente 1,25. Otra forma más de decirlo es que, en cuanto al ruido, el resultado de una exposición a ISO 160 es equivalente a la exposición a ISO 200 con la velocidad de obturación reducida en 1/3 EV o la apertura abierta 1/3 EV más. Por supuesto, de esto se deduce que el headroom en las luces altas para ISO 160 es 1/3 EV menos en comparación con ISO 200.

Esto sugiere que aunque el ruido en ISO 160 parece ser más bajo que el ruido en ISO 200, la relación señal-ruido es la misma y no hay ningún beneficio en usar ISO 160, al menos si dispara en RAW.
Puede repetir este análisis simple para otras configuraciones ISO intermedias, observar la relación señal-ruido y decidir por sí mismo si usar estas configuraciones ISO intermedias o no.