原生 ISO (Dual Native ISO)的設計可以說正夯,似乎每家攝影機大廠都要生產雙 ISO 機型,究竟這是什麼樣的技術? 又有什麼好處? 該如何駕馭?

 

其實對於設備規格的爭議,始終沒有一定的解答或對錯,不少人執著於更高的畫素,但對於務實影像工作者來說,更在意的會是色彩科學或是編碼器、純淨度、幀率…等等。而不久的將來,可能將多出一個讓人考慮的主要因素,那就是「雙原生 ISO」。

以往的光線控制,都優先以快門與光圈決定,ISO 能低就低,免得影響到影像的純淨度。

 

一般人認為:ISO 是感光元件對於光線的靈敏度。其實更確切的來說,它是感光單位感受到光線撞擊後的增益值(Gain)

 

單一與雙原生 ISO 的訊號處理方式

一、單原生 ISO

傳統攝影機的感光元件都是單原生 ISO。

在感光元件接收到光線後,會先經過一個類比放大器(這決定了原生的 ISO)進行放大與降噪處理,再將其送至 ADC (Analog to Digital Converter,類比→數位轉換),轉換為數位訊號後,再經過數位訊號放大器,依相機當時設定的 ISO 進行數位增減益(Gain)。

因類比訊號的增益值是固定的,若曝光不足,就得完全仰賴數位訊號的增益,效果當然沒有前面類比放大器的效果好,且同時會放大過程因電流而產生的噪訊。攝影機的原生 ISO 如果只有 200 或 400,拉高 ISO 時,畫面的純淨度將十分不理想。

 

二、雙原生 ISO

在具備雙原生 ISO 能力的條件下,當你切換至高 ISO 的模式,光的訊號會經過「第二組」較強的類比放大器(也就是第二原生 ISO)進行放大與降噪,接著才送到 ADC 進行數位訊號生成,最後才進行數位訊號的 ISO 增減益

因此在光線不足的狀態下,有了第二個較高的原生 ISO 可選擇,對於數位訊號再增益時的噪訊壓力,可說是減少許多。

 

所以具備雙原生 ISO 的攝影機,相較於傳統攝影機,多了高原生 ISO 的加持,對於低光環境拍攝下的高 ISO 噪訊抑制,將會比平常靠數位增益提升 ISO 的攝影機表現更好。

 

雙 ISO 如何影響動態範圍

BMPCC 4K 正具備了雙 ISO 的設計,當機身的 ISO 調高時,就會自動採用較強的類比訊號增益器,也就是從原生的 ISO 400 切換至原生的 ISO 3200。而此切換,除了影響到噪訊程度,也會影響到動態範圍

在下面的圖表中,可以看到 BMPCC 4K 在各 ISO 值時的動態範圍。中間的分線就是所謂的中間灰(middle gray),線以上的米白區塊以及線以下的橘色區塊,分別代表了亮部與暗部的動態範圍。從圖表可見在不同的 ISO 值中,動態範圍的表現也不盡相同。

 

舉例來說,在 ISO 100 的設定時,中間灰以上的亮部動態範圍區域只有2檔(stops)、低於中間灰的暗部動態範圍則有 11.1 檔。當 ISO 由 1000 提升至 1250 時,BMPCC 4K 變更為採用 ISO 3200 的原生訊號進行減益,這時可以看到中間灰以上的亮部動態範圍驟減、暗部的動態範圍則相反呈現增加的現象。

 

也許你覺得奇怪? 機身設定切換到 ISO 1250 時,卻自動採用原生 ISO 3200 是怎麼回事? 其實這代表廠商在設計感光元件時,測試的結果是:比起「原生 ISO 400,數位增益至 ISO 1250」,「原生 ISO 3200,數位減益至 ISO 1250」表現得更佳理想。所以就 BMPCC 4K 來說,原生 ISO 的切換界線就在 1000 與 1250 之間。

 

BMPCC 4K 雙 ISO 實測

以往的認知或許是停留在「ISO 影響的畫面亮度」,而對於雙原生 ISO 的認知則停留在「在需要高感光的環境下得到更佳的純淨度」。經過以下說明,從此該瞭解 ISO 同時也影響到整體曝光的動態範圍。

 

一、低光噪訊測試

攝影師 Hess 採用了 BMPCC 4K,使用3種不同的 ISO 值進行 Log 低光源拍攝,測試在中灰色以下的噪訊程度。

 

在 ISO 400 時可見暗部的高純淨度,切換至 ISO 1000 時,暗部噪訊明顯提升,但只要再往上提升至 ISO 1250(採原生 ISO 3200),暗部純淨度又再次回到了理想的狀態,且動態範圍達10檔。

 

二、高光動態範圍測試

接下來這個例子,Hess 測試了高亮度的拍攝,以測試在亮部的動態範圍表現。

通常我們為了保留最理想曝光的影像,都會盡可能的去降低 ISO 值。但看到以下的例子,即使左右兩種設定的中間灰都相同,但右側 ISO 250 的畫面,已丟失不少亮部的細節,回去看上面的圖表可得知:在 ISO 250 的狀態下,中間灰以上的動態範圍只有 2.3 檔。反倒是將 ISO 設定在 1000 時(如下圖左側),中間灰以上的動態範圍達 5.3 檔,可以有效保留較充足的亮部細節。

 

所以就 BMPCC 4K 這台機器來說的話,拍攝高光佔多數的畫面、想保留最廣闊的亮部動態範圍時,最佳選擇為 ISO 1000 ; 若想保留最廣闊的陰影動態範圍,最佳選擇為 ISO 100,但前提是光源足夠,如果光源不足,則建議使用 ISO 1250。(以上建議不包含噪訊考量)

 

結論

之後遇到有高光背景居多的場景,還要一味降 ISO 嗎? 恐怕使用較高的 ISO、搭配其他方式削減曝光量,動態範圍的表現會更理想。

當然,每一台機器的曝光結果都有所落差,熟悉你手中的設備在各級 ISO 的表現,並仔細去體驗,肯定會比死記這些評測實際許多。

 

參考來源影片 (Filmmaker IQ):

 

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