Om te begrijpen wat dual native ISO is, moet je eerst weten hoe een sensor werkt. Kort samengevat: een sensor is opgebouwd uit miljoen lichtgevoelige elementen (een voor elke pixel) die lichtdeeltjes (fotonen) verzamelen en omzetten in elektronen. De energie die een fotosite op die manier vastlegt, wordt als elektrisch signaal naar een ADC (Analog to Digital Converter) gestuurd, die het signaal omzet in een digitale waarde.
Elke sensor heeft een gewone of native ISO. Die is gemakkelijk terug te vinden: het is de laagste normale gevoeligheid (ISO-waarde) waarop je de camera kunt instellen, bijvoorbeeld ISO 64, ISO 100 of ISO 125. Die gevoeligheid is de basiswaarde voor de sensor. Bij deze waarde wordt het elektrisch signaal dat de sensor heeft vastgelegd, ongewijzigd doorgestuurd naar de ADC.
Wanneer je een een hogere gevoeligheid dan de native ISO instelt, gaat het signaal eerst door een analoog circuit dat het signaal sterker maakt. Dat versterkte signaal gaat dan naar de ADC, en die zet het om in een hogere digitale waarde. Concreet: als de native ISO 100 is, en je stelt de gevoeligheid in op ISO 200, wordt de sterkte van het elektrisch signaal (ongeveer) verdubbeld en krijg je voor elke pixel een digitale waarde die (ongeveer) dubbel zo hoog is. De pixel is dubbel zo helder dan wanneer je op ISO 100 had gewerkt.
Zoals je wel weet, hebben hogere gevoeligheden ook een nadeel: er wordt meer ruis zichtbaar in je foto. Via ruisonderdrukking (in de camera of in nabewerking) kun je die wel weer wegwerken, maar helemaal zo goed als op de laagste gevoeligheid wordt het nooit.
Dubbele versterker
Wat is er nu bijzonder aan een camera met dual native ISO? Wel, die heeft twee aparte analoge circuits om het sensorsignaal te versterken. Bij lage gevoeligheden wordt een normaal analoog circuit gebruikt. Maar zodra je een bepaalde ISO-waarde instelt – welke juist, hangt van de camera af – schakelt de camera over op een ander circuit dat het elektrisch signaal meer versterkt. Dat tweede circuit is zo afgesteld dat het minder ruis oplevert, hoewel de gevoeligheid hoger is. Het wordt daarom ook wel het ‘low light’ circuit genoemd.
Concreet: naarmate je hoger gevoeligheden instelt dan de native ISO van de sensor, zal er geleidelijk meer ruis in je beeld te zien zijn – tot op het punt waar het tweede circuit het overneemt. Dan zal er plots minder ruis zijn!
In de praktijk
Die eigenschap van een dual ISO sensor kun je nu gebruiken om foto’s en video’s met minder ruis te maken. Als je weet wanneer het ‘low light’ circuit actief wordt, kan het interessant zijn om met een hogere ISO-waarde dan nodig te werken. Stel dat je sensor vanaf ISO 320 het ‘low light’ circuit gebruikt, dan zal er minder ruis te zien zijn dan op pakweg ISO 250.
Sommige cameramerken vermelden of hun sensor dual gain ISO heeft en wat de waarde is vanaf waar het low light circuit actief wordt. Weet je niet of je camera dual gain ISO heeft, kijk dan eens op de Read Noise in DNs versus ISO Setting grafieken van de website PhotonstoPhotos. Die tonen het ruisniveau voor alle ISO-waarden. Als je in die grafiek vaststelt dat er vanaf een bepaalde hogere gevoeligheid minder ruis is – de grafiek maakt een steile duik naar beneden – weet je dat de dual gain ISO aan het werk is. In die grafiek kun je aflezen bij welke gevoeligheden er het minste ruis is.
Het klinkt paradoxaal, maar soms is er dus minder ruis bij een hogere ISO-waarde, dankzij dual gain. Wel moet je erop letten dat bij de hogere gevoeligheden geen detail verloren gaat in de hooglichten, want dan doe je de voordelen van de mindere ruis teniet.
4 reacties
Dank voor antwoord – mijn gedachten dwaalden niet zozeer naar de bekende ruis veroorzakende lange sluitertijden maar juist naar (ultra)korte in combinatie met evenredig hoge ISO. Zonder goede verwachtingen maar gewoon omdat het zo uitkwam (vliegende libellen) draaide ik midden in de zomer, beetje uit balorigheid, bij maximale hoeveelheid zonlicht de belichting naar 1/8000 s bij f11 en ISO 4000, eigenlijk wel in de verwachting van ruis en (o.a. kleur-)verlies. Tot mijn verbazing leverde het prima bruikbare beelden op, onvergelijkbaar veel beter dan ISO 4000 in winterse omstandigheden met normalere sluitertijden (pietjes op de voertafel 1/250 – 1/500).
Uiteraard heeft u gelijk met de lange sluitertijden, maar mij is dus uitgelegd/verklaard dat het warmteontwikkelingsprincipe ook de andere kant op werkt omdat het verhogen van ISO in feite de elektrische spanning in de hardware opvoert (en dus meer warmteontwikkeling) die tegengegaan wordt door belichtingstijd even drastisch te verkorten. Nergens heb ik dit gedrag in grafieken (van testresultaten fabrikanten bijv.) kunnen vinden; wel naar gezocht dus omdat mij voorkomt dat dit verschijnsel zich niet lineair gedraagt. En als/omdat het niet lineair is verklaart dat meerdere ‘sweet spots’ in digitale ISO en dus ook “dual gain”? En uiteraard kan dit per merk/model verschillen….
Wat ik bij 3) bedoelde is dat wanneer een camera 2 of meer sweet spots als “dual gain” toepast, de overlappende waarden vanuit gebruiksvriendelijkheid in de bediening net zo goed weggelaten kunnen worden. Of snap ik dat verkeerd?
“the camera switches to a different circuit that amplifies the electrical signal more”
Actually a capacitor is switched in the pixel and the signal is actually amplified less.
See Aptina DR-Pix Technology White Paper for details
( https://www.PhotonsToPhotos.net/Aptina/DR-Pix_WhitePaper.pdf )
“de camera schakelt over naar een ander circuit dat het elektrische signaal meer versterkt”
Eigenlijk wordt er een condensator in de pixel geschakeld en wordt het signaal eigenlijk minder versterkt.
Zie Aptina DR-Pix Technology Witboek voor details
( https://www.PhotonsToPhotos.net/Aptina/DR-Pix_WhitePaper.pdf )
Interessant Erik! Ik had er geen flauw benul van dat dit bestaat want mijn body’s hebben het zover ik weet niet. Maar toch, een paar vragen als dat mag:
1) Gaat het om ruis op rawformaat?
2a) Ik neem aan dat de hardware gewoon doet wat het doet, warmt daarbij op en die warmte veroorzaakt de ruis; althans zo is mij naar aanleiding van een ander wonderlijk fenomeen uitgelegd. Dus zijn, denk ik, die ISO afstellingen een kwestie van software aangezien de sensor c.q. “de film” hetzelfde blijft. Welk nadeel heeft dit voordeel? 😉
2b) Waarom waarschuwt u extra voor detailverlies in hooglichten?
3) Ik vind de data in de getoonde grafiek ronduit contraproductief daar waar ISO onverlapt en dus eigenlijk van 160 naar 320 springt – tussenliggende hadden dan beter weggelaten kunnen worden! Is dat niet gek of ben ik een beetje gek?
korte antwoorden:
1: ja, het gaat om ruis op rawformaat. Conversie naar jpeg gebeurt verder in de keten.
2: warmteontwikkeling speelt vooral een rol bij (heel) lange sluitertijden (dark noise). Hier gaat het vooral om variaties in hoeveel fotonen elke pixel bereiken (shot noise) en eigenschappen van het circuit zelf (read noise). In het bestek van een kort online artikel kon ik daar niet ingaan.
2b: gewoon even herinneren dat als je op pakweg ISO 320 ipv ISO 160 shoot, je sluitertijd en/of diafragma aangepast moeten worden als je dezelfde belichting wil.
3: als je die redenering doortrekt heeft een camera maar twee (native) ISO settings nodig, in dit geval 100 en 320. In donkere omstandigheden krijg je dan onderbelichte beelden die je in je raw-converter kunt ophelderen. In theorie krijg je dan dezelfde kwaliteit. Maar het lijkt me erg onhandig om te werken.