ISO osjetljivost u digitalnom fotoaparatu se odnosi na osjetljivost senzora na svjetlost koja dolazi na njega iz objektiva. Digitalni foto senzor pretvara svjetlost koja pada na njegovu površinu u električni signal; što jače “odvrnemo” ISO postavku to će signal biti više pojačan. Neželjena posljedica pojačanja signala je i pojačanje šuma kojeg stvara senzor, pa zato fotografi često izbjegavaju koristiti visoke ISO postavke jer im tad fotografija bude “zrnata”. No, probajmo razumjeti preciznije što se tu događa.

Digitalni senzori imaju tzv. read noise, što je termin koji označava nivo šuma u električnom signalu kojeg senzor proizvodi prilikom analogno-digitalne konverzije, odnosno pretvorbe količine svjetla na pojedinom pixelu senzora u električni napon. Striktno tehnički izraženo to je količina šuma kojeg bi se dobilo snimajući apsolutni mrak sa infinitezimalno kratkotrajnom ekspozicijom. No pustimo li tehnikalije na stranu možemo reći da je to na neki način temeljni šum senzora koji se ne može eliminirati i koji će uvijek biti prisutan u svakoj snimljenoj fotografiji. No sad slijedi nešto kontroverznije – povećanjem ISO vrijednosti taj šum se zapravo uopće ne povećava, dapače, u najvećem broju slučajeva se s povećanjem ISO read noise smanjuje jer su senzori često dizajnirani tako da interno reduciraju šum sve jače što je ISO postavka jače odvrnuta (ne, to nije noise reduction postavka u meniju koju možete kontrolirati).

Dakle, što želimo reći sad? Na početku smo rekli da povećanjem ISO osjetljivosti na slici imamo više šuma, a sad kažemo da senzori daju manje šuma što je veća ISO osjetljivost? Pa zapravo da. Znam, znam, postaje čudno. No, probat ću objasniti.

Koliko će biti vidljiv šum u slici zapravo nema mnogo veze s ISO postavkom već s odnosom signala i šuma na senzoru. Što je ovaj odnos (signal/noise, S/N) veći, to je šum manje vidljiv, i obratno. No, zašto onda kad fotografiramo na visokom ISO vidimo šum u slici? Pa zato što tad smanjujemo količinu svjetla koje pada na senzor i time smanjujemo S/N odnos. Što, kako? Evo primjera za razumijevanje:

U prvom primjeru, zamislimo bilo koju scenu i postavke aparata ISO 200, blenda f/4, trajanje ekspozicije 1/200 sekunde. Recimo da su to idealne postavke za ispravnu ekspoziciju scene. Ukupna količina svjetla koja će pasti na senzor tijekom snimanja, definirana je s (1) osvjetljenošću scene, (2) otvorom blende, i (3) trajanjem ekspozicije. Što je scena jače osvjetljena, što više otvorimo blendu objektiva, te što dulje traje ekspozicija, više ukupnog svjetla će primiti senzor. Ta količina svjetla, stvara signal. Dakle iznos signala je također proporcionalan osvjetljenosti scene, otvorenosti blende te trajanju ekspozicije. Iznos signala na ulazu u senzor nema veze s ISO postavkom budući da se pojačanje signala događa kasnije.

Budući da smo definirali iznos signala, time smo u potpunosti definirali i odnos signal/šum na određenoj ISO vrijednosti (u ovom primjeru, ISO 200). No, ajmo sad povećati ISO sa 200, na 800 pa da vidimo zašto ta promjena dovodi do zrnatije fotografije. Budući da smo povećali ISO za 4 puta, mi smo naknadno umjetno pojačali signal za 4 puta te time preeksponirali fotografiju, ako zadržimo blendu i trajanje ekspozicije nepromijenjenima. Budući da trebamo napraviti ispravno eksponiranu fotografiju, mi sad moramo ili stisnuti blendu sa f/4 na f/8, ili skratiti trajanje ekspozicije s 1/200 na 1/800, ili kombinirati promjenu blende i trajanja ekspozicije. No, stiskanjem blende, i/ili skraćivanjem trajanja ekspozicije mi zapravo smanjujemo količinu svjetla koja pada na senzor, upravo za 4 puta, i time umanjujemo signal na ulazu u senzor za 4 puta. Budući da ga naknadno pojačavamo sa ISO za 4 puta u odnosu na početne postavke u primjeru, ponovo imamo ispravno eksponiranu scenu. Ali, u ovom slučaju imamo 4 puta lošiji odnos signala i šuma (uzevši aproksimaciju da se read noise senzora nije promijenio između ISO 200 i ISO 800) i upravo zbog 4 puta lošijeg S/N imamo 4 puta jače vidljiv šum u konačnoj slici!

Zaključili bi ovaj uvod ovako: podizanjem ISO postavke sa 200 na 800 mi nismo stvorili više šuma, već smo smanjili signal za 4 puta (kompenziranjem blendom i/ili trajanjem ekspozicije) i time smanjili odnos korisnog signala (u konačnici: detalja na slici) i šuma za 4 puta i zbog toga vidimo fotografiju kao zrnatiju.

Međutim, sad bi htjeli reći nešto o tehničkim nijansama ove priče, jer nam to može biti korisno. Naime, u gornjem primjeru smo aproksimirali nepromjenjivost read noise vrijednosti senzora između ISO 200 i 800. U pravilu to nije doslovno tako, no kod nekih senzora može biti. Senzori koji pokazuju nepromjenjivost šuma promjenom ISO vrijednost su tzv. ISO-invariant senzori. S druge strane, ostali senzori u pravilu proporcionalno pojačavaju internu redukciju šuma s povećanjem postavljene ISO vrijednosti i oni nisu ISO-invariant senzori. Neki senzori su kombinacija ISO-invariant ponašanja u određenom rasponu ISO vrijednosti, a onda se daljnjim pojačanjem redukcija šuma naglo pali i ostaje konstantna s daljnjim povećanjem ili nešto slično tome. Ponavljamo, riječ je o internoj redukciji šuma koja se ne može isključiti niti kontrolirati kroz meni fotoaparata.

Pogledajmo sad neke od primjera senzora, tj. zavisnosti vrijednosti read noise o ISO postavki, te prodiskutirajmo što to znači u praktičnoj primjeni. Koristit ćemo izvrstan web Photons to Photos, konkretno izravan link na read noise testove mnogih fotoaparata.

Canon 1Dx

Canon 1Dx je klasičan primjer senzora koji nije ISO-invariant. Iz slike je vidljivo da se read noise smanjuje povećanjem ISO vrijednosti prilično proporcionalno od ISO 100 do ISO 3200 a zatim je smanjenje sporije. Kod takvih senzora, za minimizirati šum na slici potrebno je pravilno eksponirati fotografiju, čak možda i lagano preeksponirati – jasno uz pažnju da ju ne “izgorimo” (tzv. ETTR metoda – Expose To The Right). Podeksponirane fotografije kod ovakvih senzora imat će mnogo više šuma nego pravilno eksponirane. Zašto? Uzmimo gornji primjer postavki ali tamniju scenu, dakle f/4, ekspozicija 1/200 s, ISO 200. Neka su te postavke takve da s njima podeksponiramo scenu za 2 blende. Uzmimo da su nam blenda i trajanje ekspozicije zadani (maksimalni otvor blende i zamrzavanje kretanja u kadru) te da ih ne možemo dalje mijenjati. Sad imamo mogućnost ili snimati primjerice na ISO 200 i kasnije pojačavati ekspoziciju na računalu ili odmah dignuti ISO na 800 i snimiti pravilno eksponiranu fotografiju. Kod ovakvih senzora, prva opcija snimanja na niskom ISO i podizanja svjetline fotografije na računalu bit će osjetno lošija, tj. dat će više šuma u odnosu na opciju da odmah snimamo na većem ISO. Razlog tome je upravo taj što je šum ovog senzora na većoj ISO vrijednosti manji. No, nije uvijek tako, kako ćemo vidjeti iz sljedećeg primjera.

Nikon D7100

Valja napomenuti da nijedan senzor nije 100% ISO-invariant, ali neki tu značajku pokazuju više od drugih. Dan primjer je Nikon D7100 kod kojeg se read noise mijenja vrlo malo s povećanjem ISO vrijednosti; tek kad se uključe Hi+ vrijednosti ISO, pali se značajna interna redukcija šuma. Kod snimanja s ovim senzorom, podeksponirane snimke (RAW!) kojima se na računalu pojačava svjetlina neće dati više šuma u odnosu na pravilno eksponirane fotografije! U gornjem primjeru, snimamo li na ISO 200 i podeksponiramo fotografiju 2 blende, te povećamo svjetlinu za 2 blende exposure kontrolom u Lightroom-u, ACR-u ili nekom drugom RAW editoru na računalu, dobit ćemo gotovo identičnu fotografiju kao da smo odmah snimali pravilno eksponiranu fotografiju na ISO 800. Međutim, podeksponirano snimanje dat će nam jedan neočekivan benefit – zadržat ćemo osjetno veći dinamički raspon u slici, jer s povećanjem ISO vrijednosti dinamički raspon senzora vrlo predvidljivo opada (nije vidljivo na prikazanim grafovima). ISO-invariant fotoaparati su zato vrlo cijenjeni primjerice u astrofotografiji, gdje se redovito koristi metoda namjernog podeksponiranja kako bi se sačuvalo što je moguće više detalja iskorištavajući bolji dinamički raspon na manjim ISO vrijednostima.

Nikon Z6

Zadnji primjer je Nikon Z6, čiji je senzor relativno ISO-invariant između bazne ISO vrijednosti i ISO 640, a zatim se na ISO 800 pali redukcija šuma i nakon toga je senzor ponovo ISO-invariant u prvoj približnosti između ISO 800 i maksimalnih vrijednosti. Ovo nam primjerice znači da možemo snimati na ISO 800 i značajno podeksponirati fotografiju, te povećanjem svjetline snimke na računalu (ponovo, RAW format!) dobiti praktično identične vrijednosti šuma kao da smo odmah snimali na većoj ISO vrijednosti, ali uz osjetno bolji dinamički raspon! Međutim, s ovim fotoaparatom, astrofotografi ne bi trebali snimati na ISO nižem od 800 i pritom koristiti metodu podekspozicije, jer će time biti zakinuti za internu redukciju šuma u senzoru koja se uključuje na ISO 800. Time se u ovom primjeru ISO 800 postavlja kao idealna vrijednost za metodu podeksponiranja u astrofotografiji, tj. dat će kombinaciju najboljeg dinamičkog raspona i najmanjeg konačnog šuma.

Također, za “normalne” fotografije s Nikon Z6, (koje nisu astro i slične gdje namjerno radimo podeksponiranje), a budući da je na ISO 800 i ISO 640 značajno različit read noise, kad želimo odmah ispravno eksponirati fotografiju a potrebna ISO vrijednost nam pada upravo tu negdje oko tih vrijednosti, mnogo se je bolje odlučiti za ISO 800 nego za ISO 640 jer ćemo svakako dobiti čišću snimku u konačnici, a nećemo mnogo izgubiti na dinamičkom rasponu sa tim malim povećanjem.

Kakav read noise ima konkretno vaš aparat u zavisnosti o ISO postavki, provjerite sami na linku. U nadi da vas nisam sad skroz zbunio te da ćete iz ovog teksta izvući neku korist, do sljedećeg lijep pozdrav,
Ivan