Czułość ISO a wielkość matrycy.

[atsf]

Coś mnie chyba strzeli, jak ta dyskusja między JP a Bechamotem o szumach matrycy dalej będzie przypominała liczenie diabłów na łebku od szpilki

Jest tak:
Szum w obrazie jest zjawiskiem naturalnym i zależnym od właściwości całego układu elektronicznego, w który włączona jest matryca światłoczuła. Jest to tzw. prąd podkładu wynikający z tego, że elektrony w obwodzie nie poruszają się całkowicie bezkolizyjnie. Analogicznie jest z prądem podkładu na taśmach magnetofonowych.
Do tego naturalnego szumu producenci dodają celowo, wg ustalonego przez siebie algorytmu, inny szum tak samo, jak to jest zrobione w układach Dolby, aby później, w procesie odszumiania, go usunąć, redukując jednocześnie prąd podkładu. Zsumowane szumy mają piki nie mieszczące się w założonej konstrukcyjnie bramce filtra elektronicznego, więc te piki zostają obcinane, a doły krzywej podbite, przez co cała krzywa przebiegu prądu staje się bardziej płaska, a szum mniej natarczywy.

Wielkość szumu nie ma związku z wielkością piksela, natomiast z wielkością piksela jest związana ilość fotonów, które on przechwytuje, a te fotony generują prąd. Im więcej fotonów piksel przechwyci, tym większy prąd wygeneruje, i tym większy będzie odstęp uzyskanego sygnału od szumu stale przepływającego przez piksel. W matrycach FF i w matrycach APS-C może płynąć taki sam prąd podkładu, i może zostać dodany taki sam szum, jednakże większy piksel zawsze zbierze więcej fotonów. Może być tak, że ten większy piksel ma matryca APS-C, a matryca FF ma mniejszy, bo jest gęściej upakowana i ma znacznie większą rozdzielczość od matrycy APS-C. Taki przypadek występuje już przy porównaniu wielkości pikseli pomiędzy SONY A7R IV, który ma 61 Mp, a w kropie daje 26 Mp, a SONY a6600 z matrycą 24 Mp starszej generacji. Na pewno piksele w siódemce zbierają mniej fotonów, niż piksele w a6600, lecz dochodzi jeszcze procesor obrazu i zmiana algorytmów odszumiania, więc organoleptycznie można szumów generowanych przez obrazki z tych dwóch aparatów nie odróżniać.

Aparaty pełnoklatkowe (FF) póki co mają przeciętnie większe piksele, niż aparaty APS-C, przez co każdy piksel łapie więcej fotonów, a więc ma większy odstęp sygnału od szumu, jednakże zapomina się o tym, że ma to swoją cenę. Otóż jest o iluzja trwająca tylko do tego momentu, w którym zapragniemy uzyskać taką samą GO w aparacie pełnoklatkowym, jaką uzyskujemy w APS-C.

Działa to tak:

Pomiędzy oboma formatami klatki obrazowej istnieje przelicznik ogniskowej i wartości przesłony wynikający z proporcji ich wymiarów geometrycznych, np. tzw crop 1,6.

Jeżeli na APS-C zastosujemy obiektyw 32 mm i przesłonę f/4, czas np. 1/60 s, a ISO nam wyjdzie np. 400, to w formacie FF, aby uzyskać ten sam kadr i tę samą ekspozycję, czyli ilość fotonów zebranych przez jednostkę powierzchni matrycy (a nie przez jeden piksel, ani nie przez całą matrycę), musimy zastosować obiektyw 50 mm i tę samą przesłonę f/4, i ten sam czas 1/60 s, i to samo ISO 400.
W efekcie zdjęcie z APS=C będzie bardziej zaszumione, bo chociaż jednostka powierzchni matrycy zebrała tyle samo fotonów, to każdy pojedynczy piksel zebrał ich mniej, niż piksel w FF.

ALE... obraz z APS-C będzie miał większą głębię ostrości, niż obraz z FF, gdyż jego relatywna przesłona wyniosła f/6,4, a nie f/4, z powodu relatywnej zmiany ogniskowej o współczynnik cropa.
No i teraz zaczynamy gonić króliczka, czyli chcemy mieć taką samą GO na FF. W tym celu musimy przymknąć obiektyw do f/6,3, co nam spowoduje wzrost ISO o 1 1/3 EV, czyli do ISO 1000, czyli da wzrost wartości ISO o kwadrat kropa: 400 x 1,6 x 1,6 = 1024. No i tu bajka się kończy: jeśli matryca FF miała np. 20 Mp (C 6D), a matryca APS-c też 20 Mp (C 7D mk II), to obrazek z FF przy ISO 1000 będzie szumiał praktycznie tak samo, jak obrazek z APS-C przy ISO 400, ale przynajmniej GO będą takie same, i zdjęcia nieporuszone De facto występuje jeszcze tzw szum fotonowy, na który matryce FF są mniej narażone, więc relatywne ISO wyniesie ca 1250, a nie 1000, i to sobie można porównać na zdjęciach testowych.

Czym bowiem jest ISO? ISO jest współczynnikiem wzmocnienia prądu elektrycznego generowanego przez fotony, aby uzyskać prawidłową ekspozycję, ale kosztem wzmocnienia też szumu. Wzmocnienie jest ograniczone od góry warunkami prawidłowej ekspozycji, natomiast proporcja pomiędzy wzmocnionym sygnałem a wzmocnionym szumem jest zachowana, i praktycznie taka sama, jak dla obu wartości przed wzmocnieniem.

Tak więc, aby matryca FF wykazywała mniejsze szumy przy tej samej GO przy założeniu powyższych "warunków granicznych" dotyczących ogniskowej i ogniskowej relatywnej, to na matrycy FF należy naświetlać nie dłużej, niż na APS-C, a to często powoduje wydłużenie ekspozycji ponad natywny czas otwarcia migawki dla danej ogniskowej, a więc nie zawsze jest możliwe do zrealizowania.

Z powyższego łatwo już można wywnioskować efekty przeróżnych wariacji i kombinacji, ALE... raczej i na ogół w odniesieniu do aparatów jednego producenta. Inny producent lepiej opanowuje zarówno szum własny elektroniki, jak i jego redukcję, niż inny producent, więc porównywanie matryc FF jednego z nich z matrycami APS-C drugiego, zwłaszcza przy dużych różnicach w upakowaniu pikseli, może nie pasować dokładnie do takiej modelowej sytuacji.

Z reguły na FF korzystamy więc z możliwości uzyskania płytszej GO, a gdy parametry ekspozycji stają się zbyt napięte, to używamy statywu i wydłużamy sobie naświetlanie do woli nie zastanawiając się nawet nad istnieniem powyższych zależności.