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ISO e ISO Invariance

ISO e ISO invariance: questi parametri sono necessari per condizioni di ripresa estreme, dove Apertura e Shutter speed da soli non sono in grado di raccogliere luce sufficiente per un´esposizione ottimale.

INDICE

Concetto di base
ISO, Rumore e qualita´ della fotografia
ISO Invariance
ISO, noise e Dynamic range
Esposizione e impostazione degli ISO

Concetto di base

Contrariamente a quanto si crede e viene affermato, ISO non cambia la sensibilita´del sensore della fotocamera (che rimane sempre la stessa), ma e´una funzione di amplificazione del segnale.

Il sensore della fotocamera e´un dispositivo elettronico che raccoglie “informazioni di luce” dalla scena inquadrata; questo dipende quindi dallo Shutter speed, Apertura (F-Stop) e ISO per determinare l´esposizione (la luminosita´) di una immagine.

F_Stop e Shutter speed determinano quanta “informazione di luce” viene raccolta dalla scena attraverso l´ampiezza del diaframma e dal tempo di esposizione.
In ambito digitale, il termine “segnale” indica la comunicazione di “informazioni di luce”
ISO determina l´amplificazione del segnale che viene convertito dal passaggio dal mondo reale a quello digitale; quando questo segnale viene amplificato (incremento degli ISO) si assiste all´incremento del rumore nell´immagine.
[torneremo su questi concetti quando parleremo di ISO invariance]

ISO, Rumore e qualita´ della fotografia

Ogni fotocamera ha un valore base di ISO (solitamente compreso tra i 100 e i 250) che viene utilizzato per gli scatti in condizioni “normali” (alcuni modelli professionali arrivano fino a valori di 25).

Questo valore di ISO base consente di ottenere la qualita´di immagine ottimale con il minimo rumore e granulosita´.
In alcune condizioni particolari (come ad esempio la Night photography) l´intensita´di luce (Luminanza = Luminance) della scena non e´sufficiente ad ottenere
un´immagine correttamente esposta (si ottengono immagine scure o quasi buie). [ISO Base nel grafico]

Incrementi

^{i valori della scala sono solo indicativi
[errata corrige: “segnale prodotto” nella zona bianca delle colonne “iso basso” e “iso medio” e´sbagliato; corretto e´: “segnale richiesto”]}

Cerchiamo ora di capire come l´incremento del valore di ISO (quindi amplificazione del segnale) porti ad ottenere
un´immagine correttamente esposta.

Per capire meglio i concetti di seguito espressi, consiglio di leggere prima la guida: “Dimensioni del sensore & qualita´della foto“

Il segnale prodotto da ogni singolo pixel, determina la luminosita´del pixel, anche nota come valore, su una scala da nero a bianco, detta “Scala tonale“

Scala tonale

Maggiore e´l´informazione di luce raccolta da un pixel dalla scena, maggiore e´il segnale da esso prodotto.

Maggiore e´il segnale prodotto da un pixel, piu´ampio e´il suo valore tonale nella scala tonale.
Per meglio intenderci: un pixel bianco e´prodotto dal segnale massimo, un pixel nero e´prodotto dal segnale minimo mentre tutti i segnali tra il massimo e il minimo producono un valore tonale nella scala di grigi.

I Pixels posso anche essere chiamati “pixel wells” e nel grafico precedente abbiamo 4 differenti “pixel wells” ognuno dei quali produce un segnale differente (segnale prodotto) che corrisponde ad un differente valore tonale nella scala tonale.

Come si puo´notare dal grafico, andando ad incrementare i valori di ISO (Base –> Basso –> Medio –> Alto) senza andare ad alterare i valori di luminanza della scena (che non possono essere variati se non attraverso fonti luminose esterne) andiamo ad incrementare la luminosita´ dell´immagine ottenuta fino ad ottenere la corretta esposizione.
Per contro durante la fase di amplificazione del segnale, anche il rumore verra´amplificato, andando quindi ad aumentare la granulosita´
dell´immagine, cioe´riduzione della qualita´della fotografia.

ISO Invariance

L´introduzione dei moderni sensori per le macchine fotografiche , ha introdotto anche il concetto di ISO invariance (ISO-variant e ISO-invariant).
Per capire questo concetto si devono sapere/capire i passaggi del processo di cattura di un´immagine all´interno della fotocamera.

Cattura dell´immagine e creazione del rumore

Possiamo riassumere e semplificare il processo di creazione dell´immagine in 5 passaggi:

La luce e´emessa dalla scena come fotoni che passano attraverso le lenti dell´obbiettivo e raggiungono il sensore della fotocamera.
Il sensore converte questi fotoni in elettroni che vengono catturati dai pixel del sensore su cui giungono.
Quando la fase di esposizione e´terminata, la quantita´totale di elettroni raccolti su ogni singolo pixel genera il segnale di uscita che
e´pronto per essere amplificato tramite un amplificatore analogico
(Qui entrano in gioco i concetti di ISO spiegati nel capitolo precedente).
Il segnale amplificato e´quindi convertito da analogico a digitale.
La CPU della fotocamera scrive il file (l´immagine) sulla memory card

Rumore

Durante la fase di creazione dell´immagine ci sono molti fattori che vanno a generare il rumore.

Photon noise (shot noise)

E´il rumore generato dal fatto che la luce emessa dalla scena non e´ emessa in modo costante

Read noise

E´il rumore che si genera a causa dell´imperfezione dell´elettronica della fotocamera; questo a sua volta si puo´dividere in due categorie: upstream read noise and downstream read noise.

Upstream read noise
E´qualsiasi rumore generato prima o durante il processo di amplificazione analogica (esempi sono il calore generato sul sensore durante le lunghe esposizioni oppure imperfezioni nel resettare l´elettroni nei pixel wells prima dell´inizio di una nuova esposizione).

Downstream read noise
E´qualsiasi rumore prodotto dopo la fase di amplificazione del segnale (esempio sono imperfezioni durante la fase di conversione da analogico a digitale).

Poíche´Upstream read noise e´generato prima della fase di conversione analogica, se si usano alti valori di ISO questi verranno anche amplificati durante la fase di conversione, mentre i Downstream read noise rimarranno costanti (perche´non vengono influenzati dalla fase di conversione e quindi neanche dai valori di ISO impostati).
Quindi se la fotocamera non ha (ho ne ha pochissimo) Downstream read noise questa viene detta ISO-Invariant.

Se la fotocamera e´ISO_Invariant, essa mostrera´ la stassa quantita´di rumore nell´immagine generata indipendentemente dai valori di ISO impostati in fase di scatto o incrementando i valori di esposizione durante la fase di Post-Produzione.

ISO, noise e Dynamic range

ATTENZIONE: C´e´pero´un aspetto da tenere in considerazione.
Incrementando i valori di ISO, si riduce la quantita´ di Dynamic range che puo´essere catturata.
L´entita´della riduzione del Dynamic range e l´incremento del rumore dovuto all´incremento dell´ISO dipende dal sensore della vostra fotocamera.
Potete approfondire questo concetto nella sezione “Dimensioni del sensore & qualita´della foto” e qui .(fa riferimento alla mia fotocamera ma potete cercare la vostra).

Potete anche testare il valore massimo di ISO della vostra fotocamera; ecco come fare:

Posizionate la fotocamera durante il giorno a prendete una composizione casuale
Mettete a fuoco
Scattate una foto al valore di ISO base della vostra fotocamera (normalmente 100)
Scattate una seconda foto a ISO 200
Scattate una terza a 400 ISO
Continuate a scattare incrementando i valori di ISO di uno Stop fino a raggiungere il valore massimo di ISO della vostra fotocamera
Caricate tutte le immagini scattate in Lightroom/Camera raw
Comparate tutte le immagini ad uno zoom di 100%
Individuate il valore di ISO che ritenete accettabile e ricordatelo
Per tutte le immagini scattate con valori piu´alti del valore di ISO individuato, applicate la “noise reduction”
Ora paragonate le due serie di fotografie ottenute e individuate quale sia il valore di ISO che restituisce la foto migliore senza la noise reduction.

Ora avete il valore massimo di ISO a cui scattare senza perdita di
qualita´dell´immagine

Esposizione e impostazione degli ISO

Selezionando le corrette impostazioni della fotocamera (ISO, F-Stop e Shutter speed) il valore tonale raccolto dai pixel sul sensore corrisponde al valore tonale prodotto dalla scena nel mondo reale.

IMPORTANTE:

Non usare mai il valore Auto nelle impostazioni degli ISO; impostarlo sul valore base della vostra fotocamera, impostare i valori di Apertura / Shutter speed e infine aggiustare i valori di ISO minimi possibili fino ad ottenere esposizione corretta (ISO e´l´unico dei parametri del triangolo dell´esposizione che e´responsabile dell´introduzione del rumore nella foto).