Digitale ISO nur ein "Lautstärkeknopf". :)

ulrichschiegg hat geschrieben:Die Diskussion ist für neue Sensoren müssig.

Die Frage ist, wieviel Licht man einfängt. Blende und Zeit. Danach ist nur noch die Frage wo man verstärkt, in der Kamera oder am Computer. Bei alten Sensoren war das wichtig, bei neuen ist der Effekt klein.

Das ist für die Schatten, d.h. für das Rauschen, richtig, Aber jede ISO-Stufe, die man hochdreht, beschneidet die mögliche Dynamik (Zeichnung) in den Lichtern. Wenn man also ohnehin plant, am Computer deutlich nachzubearbeiten, lohnt es sich bei hohen Motivkontrasten und gleicher Zeit-Blenden-Kombination, den 'Lautstärkeregler' (ISO-Einstellung) in der Kamera bis zu einem guten Pegel herunter zu drehen, um mehr Information in den Lichtern zu erhalten. Das Bild wird unterbelichtet aussehen, gibt aber mehr Spielraum in der Nachbearbeitung in den Lichtern. Passt der Motivkontrast dagegen auch bei 'korrekter' ISO-Einstellung in den verfügbaren Wertebereich, gewinnt man nichts beim Herunterdrehen. Hohe Motivkontraste kommen z.B. dann vor, wenn man Lichtquellen direkt im Bild hat: Lampen, Mond, Sterne, Sonne oder entsprechende Reflexionen.

Es ging an der Stelle im Video um die Schatten (Kommentar Udo).

Danke für den Videotipp. "Lautstärkeknopf" und "Noise" passt ja gut zusammen ;-)

In einer Hinsicht habe ich allerdings mal Anderes gelesen, nämlich zur Aussage, dass man lieber gleich mit hoher ISO fotografieren soll, als mit niedriger ISO bei anschließendem Pushen per Nachbearbeitung. DPreview hat seinerzeit beim Test der K-1 herausgefunden, dass sie sehr ISO "invariant" ist. Ein deutlich unterbelichtetes Shooting bei ISO 100 (auch zur Rettung von Spitzlichtern gegen Überbelichtung) plus Software-Aufhellen brachte praktisch die gleichen Endergebnisse wie 6 EV (!) mehr per Kamera, also ISO 6400.



Das Ganze hängt natürlich auch von der verwendeten Software ab und der Kunst sie zu benutzen. Häufig belichte ich mit der K-1 aber z.B. Indoor-Personenaufnahmen bewusst unter (je nach Szene bis max. -2 EV) und mache anschließend (sogar mit der alten Tante Pentax DCU) das Beste draus.

ulrichschiegg hat geschrieben:Es ging an der Stelle im Video um die Schatten (Kommentar Udo).

Genau deshalb halte ich es für angebracht, Simons pauschalen Aussagen mit lediglich einem kurzen "... as long as the highlights don't clip" etwas ausführlichere Hinweise hinzuzufügen. Mit modernen Sensoren kann man anders arbeiten, als mit "alten" Canon-Sensoren ("learned over the years"). Selbst die EOS R und RP profitieren in den Schatten von sehr hohen ISO-Einstellungen, anders als die meisten Pentax-Kameras. Seit dem Pentax Accelerator Chip ist das allerdings noch etwas komplizierter geworden.

Hab gerade diesen alten Thread gefunden und das Video geschaut. Sehr hilfreich und viele gute Erklärungen, vielen Dank noch nachträglich für den Link. Zum Thema ISO und Rauschen muss ich aber noch meine two Cents dazu geben:
Laut Filmautor entsteht das Rauschen bereits im Sensor, ist also immer vorhanden, nur dass man es eben nur bei Lowlight (also einem schlechten SNR) auch wirklich sieht. Das ist richtig, aber nur ein Teil der Geschichte. Erinnern wir uns, wie so ein CMOS-Sensor funktioniert:

- Ein lichtempfindliches Element (meist eine Photodiode) wandelt eingefange Photonen in elektrische Ladung um. Dabei können die Photonen auch z.B. Wärmephotonen sein, die immer mit im Spiel sind. Sie sind eine von vielen Ursachen für das Rauschen.
- Die elektrische Ladung wird in einem Ladungsspeicher (im Prinzip ein winziger Kondensator) bis zum Ende der Belichtungszeit gesammelt. Der Ladungsspeicher sammelt aber auch Ladungen ein, die nicht aus der Photodiode stammen, sondern aus der umgebenden Elektronik - eine weitere Rauschquelle.
- Die gespeicherte Ladung erzeugt eine Spannung, die elektrisch (also analog) verstärkt wird und dann beim Auslesen im
Analog-Digitalwandler (ADC) in ein Bitmuster umgewandelt wird, das in einem Prozessor digital weiterverarbeitet wird. Verstärker und ADC fügen weiteres Rauschen hinzu.

Bei der analogen Verstärkung vor dem ADC kommt der ISO-Wert ins Spiel, er ist ein Maß für den Verstärkungsfaktor. Und hier liegt das Problem. Der analoge Verstärker verstärkt nämlich nicht nur das Nutzsignal-Rauschsignal-Gemisch von der Pixelzelle, sondern fügt auch noch eigenes Rauschen hinzu, dessen Betrag vom Verstärkungsfaktor (Gain) - also dem ISO-Wert - abhängt. Folglich wird das SNR bei hohen Verstärkungsfaktoren noch schlechter, als es ohnehin schon ist. Daher sehe ich die Empfehlung, mit hohen ISO-Werten zu fotografieren, ehrlich gesagt etwas kritisch. Aus technischer Sicht ergibt das keinen Sinn. Effektiv wird das Störsignal (also Rauschen) bei hohem ISO-Wert mehr verstärkt als das Nutzsignal.

Bei aktuellen Sensoren wird ein erheblicher Aufwand getrieben, um das Rauschen von Anfang an zu reduzieren. Dazu gehört zum Beispiel das sog. Correlated Double Sampling, bei dem einmal nur das Rauschsignal und einmal das Gesamtsignal gemessen wird und diese anschließend subtrahiert werden, übrig bleibt dann - fast - nur das Nutzsignal. Das erfordert einen erheblichen Aufwand an Signalverarbeitung auf dem Sensorchip, aber mit einem Ergebnis, das den Aufwand mehr als rechtfertigt. Dennoch gilt die Regel, dass hohe Verstärkungen immer Rauschen erzeugen. In der Radioastronomie z.B. werden die Antennenverstärker mit flüssigem Stickstoff auf weit unter -100°C gekühlt, um das thermische Rauschen zu reduzieren. Keine noch so gute digitale Signalverarbeitung kann ein Nutzsignal aus einem zu großen Rauschteppich herausfiltern, das SNR ist daher der heilige Gral der Signalverarbeitung.

Aber vielleicht sehe ich das alles zu technisch. Beim Fotografieren kommt es auf den visuellen Eindruck des feritgen Bildes an, der Rest ist völlig egal, und niemand macht eine SNR-Analyse von einem Foto. Wenn das Rauschen nicht stört und das Bild die Aussage des Fotografen rüberbringt, ist ein schlechtes SNR schlicht irrelevant.

Hier ist mal genauer der CMOS-Sensor erklärt, auch das Problem des Rauschens und wie man es in der Griff bekommt. Der Artikel geht allerdings ziemlich ins Eingemachte: https://micro.magnet.fsu.edu/primer/dig ... nsors.html

Dackelohr hat geschrieben:Bei der analogen Verstärkung vor dem ADC kommt der ISO-Wert ins Spiel, er ist ein Maß für den Verstärkungsfaktor. Und hier liegt das Problem. Der analoge Verstärker verstärkt nämlich nicht nur das Nutzsignal-Rauschsignal-Gemisch von der Pixelzelle, sondern fügt auch noch eigenes Rauschen hinzu, dessen Betrag vom Verstärkungsfaktor (Gain) - also dem ISO-Wert - abhängt. Folglich wird das SNR bei hohen Verstärkungsfaktoren noch schlechter, als es ohnehin schon ist. Daher sehe ich die Empfehlung, mit hohen ISO-Werten zu fotografieren, ehrlich gesagt etwas kritisch. Aus technischer Sicht ergibt das keinen Sinn. Effektiv wird das Störsignal (also Rauschen) bei hohem ISO-Wert mehr verstärkt als das Nutzsignal.

Das kommt so nicht ganz hin: Die analoge Verstärkung vor dem Wandler ist bei älteren CMOS-Sensoren meist konstant, erst mit den "dual gain" Sensoren wurde diese Verstärkung schaltbar. Die ISO-Einstellung wird vermutlich durch eine Kombination aus Wandlerempfindlichkeit (Rampengeschwindigkeit und/oder Takt) und digitaler Verarbeitung gesteuert - Details dazu habe ich noch nicht gesucht oder gefunden. Die Evolution von Wandlerdesigns der (frühen) CMOS-Sensoren sind z.B. in zu finden, leider sind die Abbildungen nicht mehr da, glücklicherweise sind sie bei der Diskussion der noch da. Mit der schaltbaren Verstärkung lässt sich die Balance zwischen Auslese/Vorverstärker- und A/D-Wandler-Rauschen optimieren. So eine nahezu 'ideale' Kurve mit konstanter Vorverstärkung, während die KP ab ISO 400 eine höhere Vorverstärkung verwendet (bevor die digitale Signalverarbeitung zuschlägt) und damit eine deutliche Verringerung, mehr als halbiert, des Leserauschens erzielt, was darauf hindeutet, dass das Wandlerrauschen klar dominiert und der eigentliche Auslesevorgang und die Vorverstärkung sehr rauscharm sind.

Ergänzung/Korrektur: "Dual coversion gain" bezieht sich auf die Ladungs-Spannung-Wandlung direkt im jeweiligen Pixel, also vor der Ausleseschaltung, beschrieben von Aptina (Lizenzgeber). Durch Verringerung der Speicherkapazität erreicht man (bei wenig Licht) eine höhere Spannung je durch Licht erzeugter Ladung. Diese führt zu relativ zum Signal geringerem Ausleserauschen, um den Preis geringerer maximaler Ladung, also beschnittener Lichter. Insofern addressiert das Prinzip nicht bzw. nicht nur das Wandlerrauschen.

Was mir hierzu einfällt, Stichwort "KI-Rauschreduzierung": ich habe bisher die Erfahrung gemacht, dass diese in Lightroom vor allem Rauschen in korrekt belichteten Aufnahmen effektiv beseitigt. Bei stark unterbelichteten Aufnahmen mit niedriger ISO, bei denen das Rauschen durch nachträgliches Aufhellen in Lightroom verstärkt wurde, scheint die Funktion keinen oder nur einen geringen Effekt zu haben. (was ja auch logisch wäre, da eben nur die Rohdaten entrauscht werden und nicht das Bearbeitungsergebnis)

Lasse mich gerne korrigieren, aber das wäre meines Erachtens eventuell etwas, das man auch bei ISO-invarianten Sensoren im Hinterkopf behalten sollte.

Ok, vermutlich hast du recht, aber die Sensoren, mit denen ich vor einigen Jahren gearbeitet habe (Industrie und Medizintechnikbereich) hatten meistens einen regelbaren Verstärker vor dem ADC (der wurde zwar digital gesteuert, aber die Verstärkung erfolgte analog). Damit haben wir vei einigen Systemen z.B. die AGC implementiert. Bei größeren Sensoren mit mehrere ADCs für unterschiedliche Bildquadranten wurde mit diesen Verstärkern auch die unterschide zwischen den einzelnen ADCs rauskalibriert.
Ich kann mich dunkel erinnern, dass meine Analog-Kollegen mal einen Sensorprotoyp gebaut haben, bei dem man zu Testzwecken den Eingang des ADC auf Null legen konnte konnte, um das Rauschverhalten der Verstärker und ADC bei kurzgeschlossenem Eingang zu charakterisieren, und das war war ganz erheblich bei hohen Gain-Settings. Daher war der Konsens, die Verstärkung soweit es geht, niedrig zu halten.
Aber das waren wie gesagt Sensoren für Industrieanwendundungen, da sind die Zeilsetzungen anders. Z.B. lief auf manchen Kameras eine Bildanalyse, die bestimmte Features erkennen sollte, und die lieferte schon bei leicht verrauschten Bildern nur noch unisnnige Daten.

Danke für die Links übrigens, die sind sehr aufschlussreich, werde ich mal aufmerksam lesen.