既然ISO过高会影响画质，为什么很多好照片的ISO值很高？

Rose

最近看书上说ISO值过高会影响画质，但是书上有的照片的ISO值会高达1600，2000的，这是为什么？摄影小白不是很懂。

原文地址：https://www.zhihu.com/question/307252921

同花顺

第一，1600～2000的ISO不算高，在10年前的5D3这种规格的机器上属于“非常可用”，在600D上属于“不太可用”。在当今的机器上，哪怕是上市了快两年且高感表现并不是那么令人满意的R5上，1600的ISO，无论控噪还是细节，都已经让老一辈摄影师感到不可思议。甚至如果不是弱光环境100%放大，画质损失几乎不可见——更不要提冲印或是在手机这种小小屏幕上的显示效果了。
第二，比起某些场合下的画质表现，“能不能拍到”这个因素是不可忽视的。我是这样对学生们形容高感对画面造成的损失的：只要照片本身的价值高于画质带来的贬值，高感的使用即是合理——你用12800的ISO拍到了重要场合，那12800ISO造成的画质损失压根就不叫事儿；你用25600拍到了体育冠军冲线，那25600造成的画质损失压根就不叫事儿；你用51200拍到了两国元首会晤，那51200造成的画质损失压根就不叫事儿；你用102400拍到了外星飞船降落地球，那102400造成的画质损失压根就不叫事儿……
怕就怕在，千万别有一天大半夜你背着相机，正好你面前出现了个外星飞船，你还跟那儿琢磨高感对画质有损失呢……这就不是画质损不损失的问题了，是你摄影学傻了。
第三点则是正好相反，比如我有个学生买了个高感表现极强的R6，我每次看他拍摄参数，上面总归会挂着个大大的12800……有些是他自己设置的，有些则是别的学生拿他的相机拍着玩的时候来感受“12800可用”的——以至于我上课的时候每次他拍我表情包，细节都一塌糊涂。所以即便你有着更高的可用ISO，也需要认知到自己手里的相机到底在什么范围内表现最优。明明你1/125s的快门速度配合100ISO就能拍下来的画面，你非得为了使用12800的ISO，把快门调到1/8000s，还得收一级光圈……这就得不偿失了。

队长是我

看了下这个回答的几个高票答案，感觉没有把重点先后理清楚。
我表达的条理是思考整理过的，所以先后顺序，代表了我理解的重要程度。
1. 画质，并不是决定一张照片好坏的关键。

这才是问主，也是很多摄影小白最常见的误解。
决定一张照片好坏有很多，但是极致的构图及光线，和决定性的瞬间，对于一张照片的好坏来说，怎么强调都不过分。
而处于曝光三要素之一的ISO，对于快门和曝光有着直接的影响，从而间接决定了我们能否抓到极致的构图及光线和决定性瞬间。
一般光线充足的情况下，我们使用默认的原生ISO100，就可以保证快门达到安全快门速度，这样基本手持也可以拍清楚画面，如果是在光线不足的情况下，我们还可以使用三脚架，这样依然可以用低感光度拍出非常纯净的画面，只有在万不得已的情况下，我们才会提高感光度，来提高快门速度，获得清晰的画面和良好的曝光。
虽说是万不得已，但是为了追求极致的构图和光线，抓到决定性的瞬间，万不得已的情况还是不少的。
让我来举一些例子。
1.1 提高ISO为了构图

2011年，我来到澳大利亚的大洋路旅行，拍摄壮美的十二门徒岩。
十二门徒岩仿佛上帝在海边的鬼斧神工，让人惊叹不已。



观景台拍摄的十二门徒

但是拍摄角度，受到观景台位置的限制非常大，最能体现十二门徒岩雄姿的拍摄角度还是要航拍。我在网上研究了别人拍摄的照片和参数，发现直升机上，由于飞行速度快和飞机抖动，虽然是白天，但是用安全快门拍摄，都是会糊掉的，所以为追求锐度，一般至少四五百分之一秒以上的快门才行。为了保证航拍成功，我选择了中午光线最强的时候进行航拍，焦距尽量多用广角，因为按照安全快门等于焦距的倒数，越广越不容易抖动模糊，用比较大的光圈，对着远处对焦，因为离开被摄对象非常远，所以就算光圈开大，景深也是基本够用的，最后就是提高ISO，我当时普遍用了200-400的ISO进行拍摄，有些甚至用到640，这对于高感极为羸弱的尼康入门半幅单反D80来说已经很不容易了。
事后证明这样的策略非常有效，虽然高感和大光圈都会牺牲部分画质，但是我的快门速度足够快，所以我在空中的拍摄清晰率很高，画质经过后期降噪对于网络出图也基本没有问题，很好的完成了航拍构图的意图。



直升机航拍十二门徒，提高ISO来增加拍摄成功率

让我们再看一个例子。
每年的五月到六月是悉尼的活力灯光节。歌剧院会被各种灯光装点起来。
歌剧院的墙像一块幕布，上面的灯光不断的变化着，我最中意的一个图案，是类似黄色闪电状花纹。但是这个花纹一直在变，从一个点延伸到整个歌剧院，然后突然又变成下面一个图案。经过我反复的观察和试拍，发现只有用1秒的快门速度拍摄，才能拍出形态完美的铺满整个歌剧院的灯光，而当时的光线环境是，如果我用ISO100和F8拍摄，差不多要曝光30秒，所以最后我选择了F4和ISO800的组合曝光1秒，抓下了这个画面。



高感拍摄的闪电歌剧院

类似的例子还有很多，比如说 @冰河Glacier  提到的拍摄极光，也是需要提高ISO拍摄，因为虽然可以使用三脚架，但是极光也在动，如果快门太慢，就都模糊了，拍出来的极光形态就收到影响。
1.2 提升ISO为捕捉极致光线

我们人眼习惯了日照的光线强度，其实很多弱光的环境下的光线，是非常美的，这也是为何暗调在风光摄影里大行其道的原因。
能够很好的捕捉弱光之美，是摄影师营造氛围，拍出陌生感的一大法宝。
提到弱光，最常见的莫过于星空摄影了。虽然我们可以上三脚架拍摄星空，但是无奈星空的光线太弱，而且星星相对地球本身也在缓慢移动，所以我们不得不提高ISO来拍下星星和月光。
下图的枯木荒野银河，用的是ISO1600，F4光圈，快门30秒这样的星空常用参数来拍摄的。
由于星空光线极暗，所以即便使用了ISO1600和F4的大光圈，拍出来的亮度也感觉刚好。



枯树星空月出

对于星空的前景，我们可以用三脚架拍摄再和星空合成在一起。前景不会动，这总可以用低感ISO100了吧？
事实上我们还是常常用适度的高感拍摄的，比如我常用ISO400-800，曝光4-10分钟左右来拍摄前景。因为超长时间的曝光，会让CMOS变得很热，由此产生的热噪点飙升，对画质的影响反而比高感影响更大。所以我们会选择一个提升一点高感，缩短一点曝光时间的平衡点来曝光前景。
单反摄影时iso越低画质越好噪点越少吗？如果不是，那最佳iso为多少？下图的前景，我选择了ISO800，F4，曝光547秒来完成。这个曝光时间已经非常久，接近10分钟，如果是ISO100的话，就需要八十分钟左右才能曝光完，这样长的曝光时间，热噪点会让画质下降很大，最后还不如提高ISO缩短曝光时间来的画质好，而且曝光那么长时间，还会面临光线变化太大的问题，所以必须提升ISO。


这张照片的创作经历十分有趣，有兴趣的可以看我这个回答：
你拍的最有趣的照片是什么？
1.3 提升ISO为抓住决定性瞬间

决定性瞬间是布列松提出来的，在人文纪实类摄影里应用广泛。这里我泛指要抓拍到摄影中的精彩瞬间。
像婚礼纪实这种题材，我们无法用三脚架，而且光线又极为昏暗，为了烘托气氛，所以大光圈+高ISO是常规操作，只为扑捉到那值得记忆的瞬间。



尼康D80 焦距35mm 光圈F2.8 ISO320

诚然，纪实人文抓拍需要高感，但是人的移动速度毕竟有限，但是抓拍类真正的ISO杀手，还得是野生动物。
我自己不是这方面的专家，但是即便是在澳洲的动物园拍拍动物，需要的高感也不低了。
虽然是白天拍摄，但是由于相距较远，长焦镜头的安全快门较高，而且动物也会不停的动，所以还是需要提高ISO来保证比较高的快门速度。
下面这张站着的小熊猫，只用到了ISO500.



小熊猫 ISO500

倭狨是世界上最小的灵长类动物，它的动作极为敏捷，所以为了抓住它，我不得不把ISO提高到了1600.



倭狨 ISO 1600

说起野生动物摄影，我想起了四光圈里著名的杰夫老师。
比如下面这两张杰夫老师的作品，拍摄的是陆地速度之王，猎豹捕食。
由于猎豹的速度实在太快了，所以只能提高ISO用超高速快门拍摄。


想象一下，那是人眼都看不清的动作，需要多快的快门和多高的ISO才能抓住这样精彩的瞬间啊！


上面的两张照片，引用自杰夫的个人网站：
Jeffrey Wu Photography正因为杰夫一直有需求用高感光拍摄这样的画面，所以他总结出了“杰夫流程”，据杰夫老师自己介绍，他为了捕捉最佳画面，常常用到几万以上的ISO。
可以参考杰夫在鸟网的这个帖子：
“杰夫流程”-高ISO高速摄影噪点控制工作流程的分享杰夫流程并不是什么发明创造，只是把数码时代的一些曝光和后期规律总结汇总起来。
简而言之，主要就是前期“向右曝光”提高信噪比，后期利用软件降噪，并且控制好锐化增强的噪点。
1.4 小结

对于一幅摄影作品来说，内容立意永远是第一位的，为了表达内容，我们更多的是去追求光线构图，追求把握决定性的瞬间，而画质的追求，肯定是位于这些之后的，所以当我们需要用提高ISO才能捕捉到需要的构图光线，抓住决定性瞬间，我们一般都会毫不犹豫的提升ISO。
另外一方面，站在2021这个时间节点来看，
2. 提升ISO虽然对于画质有影响，但一般完全可以接受

因为:
2.1 我们大多数时候都是缩小看图，可以大幅降低噪点影响

现在大多数人主要的用图方式，都是手机或者电脑屏幕看图。目前手机的主流屏幕依然是1080高清屏，也就是是1920*1080的分辨率，也就200万出头的像素水平，而随便一个相机甚至手机的像素都是2000多万像素的。而且我们屏幕看图还很少是满屏显示的，就像你现在看的知乎回答，横幅的照片显示两张是没问题的。
在这样大幅的缩小之下，照片原本的噪点都会不可见，因为提高ISO的影响被降低了n倍。
比如下面是一张星空照片的原图局部，使用的是ISO3200拍摄，我们可以看到还是有可见的噪点的。


但是当我们全图缩小以后再看，噪点在缩小的过程中淹没在周围的像素里，画质显然要比局部全图纯净不少，整体看来画质完全可以接受。



尼康D610 F4 ISO3200

如何用单反/微单拍摄星空？2.2 目前的相机高感画质已经非常强劲

我曾经使用的2006年上市的尼康D80，高感表现和现在的相机比可以说是渣渣，但是即便如此，我用ISO400左右出图还是问题不大的。极端情况下，我用ISO800也能出画质还不错的图。



尼康D80 光圈F2.8 ISO800拍摄

而这十多年来，相机的画质可谓是突飞猛进，2012年，我入了尼康D600，它的高感，直接比尼康 D80好了n档，最直观的差异就是我可以用1600以上的ISO来拍摄星空。
下面这张《秘境》是我用尼康D610拍摄的，ISO1600，但是画质依然比较干净。



尼康D610 光圈F2.8 ISO1600

尼康d610值得入手吗？而如果是白天光线更好的情况下，高感画质更没有问题。我为了抓住不停动的鹦鹉，把ISO提高到了6400，画质依然是可以接受的。



尼康D610  ISO6400 拍摄

而2019年，我又购入了索尼A73，时至今日，它依然是高感最强的机器之一。平时用高感抓拍完全没有顾虑。
下图是我在动物园拍摄的普通狨，ISO6400拍摄，几乎感觉不到噪点，画质很干净。



索尼A73 ISO6400拍摄

两年过去了，618一万二左右的a7m3是否还值得购买?2.3 后期降噪软件越来越牛，降噪手段越来越多

进入数码时代以后，数码后期的成本以几何级数的速度降低，原先不为人知的暗房后期技术现在都变得极为便宜和简单。
通过前期“向右曝光”，我们可以获得信噪比尽可能好的原材料，再经过堆栈技术、后期降噪等一系列手段，我们可以将画质再次提高一两个甚至更多的档次。
下面是我拍摄的一张星空照片，前景的年轮状岩石非常有特色，为了拍清楚这部分岩石，我用ISO640曝光了390秒，后期降噪以后，画质比原图有明显的提升，让整个画面的画质都显得不错。


其实降噪技术在所有的数码摄影领域都非常有用，不仅仅局限于相机拍摄的照片。
就拿下面这张照片举例。我使用的是大疆的mavic air 2拍摄的。
Mavic air 2 是一架十分出色的无人机，它折叠后体积极为轻巧，而在如此轻巧的体积下，它的飞行能力却十分不俗，一点不比它贵一倍的老大哥Mavic 2差。唯一不足的是它的照片感光元件比较小，只有1/2英寸，甚至比一些好一些的手机也不如。
这样的照相能力，在拍摄日出日落的时候，肯定会有不少噪点，所以后期我不但使用了传统的Lightroom的降噪，还使用了最新的人工智能软件Topaz进行降噪处理，最后的效果让我非常的满意。


3 总结


一张作品的好坏，并不是由它的画质决定的，更不是由ISO决定的。内容、立意、光线、构图、决定性瞬间，他们都要比ISO重要的多。所以在拍摄的时候，ISO是应该为它们服务的，而不是反过来。
ISO的确对于画质有影响，但是目前我们主流的相机，高感都非常好，而且有丰富的手段，可以降低高ISO对画质的影响。随着人工智能的技术进一步发展，我们会越来越不需要担心高ISO带来的负面画质影响，而将更多的精力，投入到创作本身。
<hr/>我是一名拍摄了超过15年的旅行风光摄影师，我对摄影器材有着自己最为实际和深刻的理解。
下面这些关于摄影器材的使用和选择的回答，或许对你也会有用。
如何选择滤镜？如何选择旅游风光摄影中的长焦镜头？爱好摄影的你们，都用超广角镜头拍些什么？你身边懂摄影的人都买了什么样的相机？如何选择索尼全画幅超广镜头？如何选购合适的三脚架？有哪些好的摄影包可以推荐？

继续前进

这个问题如果要好好回答的话怎么也得上万字，我挑几个比较典型的例子来说吧。

1、目前的相机在高ISO下画质也非常好

你看这张佳能1DX2拍的照片，ISO虽然有3200但画质依然很不错。



这ISO3200拍星空，天空除了星星外，你能看到明显噪点吗？看不到吧
前景的树枝属于焦外，有一点点虚化，但小图看起来依然画质很好。



这张我是对着前景的树对焦的，虽然ISO3200但这画质没问题吧？我这LR解RAW文件没做任何后期加锐的。



有人会问，你这ISO3200虽然画质很好，但肯定不如ISO100画质好啊，为啥不用ISO100拍呢？这就涉及到一个问题了，你看我这ISO3200拍都要30秒，那我ISO100拍得多少秒？大概16分钟，如果你拍过星空银河，你就会知道拍16分钟会出现什么样的效果。
因为地球在自转，所以你在地球上看到的星星位置是不断变化的，你曝光时间长了星星就变成一条线了。
就譬如我这张图，只是稍微曝光的时间长了点，离16分钟还差得远呢，小图看好像还行？



放大看看，你说这能叫星星吗？


现在你明白了吧，虽然我也知道ISO低画质好，但有些拍摄场景还真没法用低ISO拍照，你看这种拍银河星空的，我为了防止星星不变成线，只能老老实实的用高ISO+相对较短的曝光时间来拍。
当然我也知道有人会用赤道仪来拍照，那样就可以用低ISO了，但你用赤道仪拍的话后期得合成，因为赤道仪拍出来的照片地面是不能看的，得单独拍地面后期再合成。其次你低ISO拍意味着曝光时间很长，我拍一张15秒或者20秒，你拍一张五分钟10分钟。
<hr/>2、后期可以降低高ISO带来的画质差问题

这张照片是在几乎没有光线的情况下拍的，画质是不是还不错？看着好像没多少噪点。



我们来看看原图，这可是15秒、F1.4、ISO3200啊，这个参数拍出来水面只有这个亮度，你琢磨下这得多暗啊。



放大后这画质也确实不怎么样，挺惨的，但有一说一暗光环境下能拍出这个效果已经很不错了。



那么我们可以通过后期来解决——多张堆栈降噪
同机位同参数拍16张，当然我这就5张，因为我偷懒了哈哈哈



然后进PS，选择文件-脚本-将文件载入堆栈（请无视妹子照片，谢谢）



载入图层后创建智能对象



然后选择图层-智能对象-堆栈模式-平均值



我们来看看堆栈前后的对比，是不是画质好了很多？




再通过锐化、缩图等套路后，这张夜景银河的画质就完全可以被接受了。
<hr/>3、有的时候我们需要暗光环境的氛围感




这张是1/50秒 F1.4 ISO1600的曝光参数，你说这种环境下我能用低ISO拍吗？如果我用ISO100拍那我快门速度得慢到什么程度？
如果我用高功率的灯进行补光，虽然可以ISO100拍了，但这张图还有暗光人像的氛围吗？没有了吧，所以这种图必须高ISO来拍。



至于画质？数个头发丝没问题吧？焦内几乎没噪点，焦外有一些噪点，这个画质足够了。



这几张的参数也是差不多的，1/125秒 F1.4  ISO1600 85mm
可以看到画质很不错，氛围也很好，如果我亮度太高的话就没这种感觉了。






<hr/>
当然还有很多需要用到高ISO的场景，我这里就不多做介绍了，推荐点基础入门的摄影书，题主你可以去学习下，如果不想买的话可以网上找找免费版，感谢阅读！

长长的路

因为高ISO不会影响画质。
进光量相同时，合理且不过曝地提高ISO反而能压制读出噪声，提高信噪比。噪点的成因不是ISO本身而是低进光量造成光自身的信噪比不足。但在多数情况下高ISO的风险是动态范围变小。
下面是硬核详细分析。


我将从CMOS成像原理出发，深入讲解ISO的本质，谁决定ISO，原生ISO和基准ISO的区别和定义，分析噪点产生的原因。详解信噪比、动态范围的区别与计算，以及最重要的ISO如何影响信噪比与动态范围。
这期内容会比较学术，查阅了大量论文，如果有错请大家指出。
这篇文章的内容已经被我做成视频发布于B站，有顺滑的动画，欢迎关注和三连：
【硬核】深入解读ISO和噪点 信噪比与动态范围 从CMOS传感器原理到实测数据_哔哩哔哩_bilibili

ISO的本质 基准/原生ISO区别

通常我们将ISO理解为传感器对光的敏感程度，在胶片时代，可以调节银盐颗粒的大小来决定真正的感光效率，但在数码相机时代这么理解并不恰当。


因为对于同一块传感器，光子到电子的转换效率，也叫量子效率已经确定，不随ISO的改变而改变。



那我们在同样的光圈和快门下如何改变出图亮度呢？加增益。没错，ISO的本质就是增益，可以是模拟的，也可以是数字的。一般我们将仅由模拟增益决定的ISO称为原生ISO，也叫native ISO，而最低原生ISO称为基准ISO，也叫Base ISO，但通常这两个概念可以混用。



CMOS成像原理

为了搞清楚谁决定ISO的课题，我们来回顾一下CMOS图像传感器成像原理。
光子进入CMOS的光电二极管内被转化为电子并捕获到potential well也叫势阱内完成积累，这个光子到电子转换效率被称为量子效率，也叫QE。





势阱的电子被浮动扩散节点FD也叫floating diffusion转移并储存到一个电容CFD里，读出过程中，这个电容完成电荷到电压的转换并被源极跟随器SF读出。





之后这个电压被一个可编程增益放大器PGA执行模拟放大并交给模数转换器ADC量化为数字信号。





深入理解谁决定ISO

纵观整个光到电再到数字信号的读出流程，ISO又体现在哪儿呢？



首先，量子效率决定了光电灵敏度，这个很好理解，一般相机为50%-60%。



其次，浮动扩散节点的电容CFD决定电荷到电压的转换关系，我们小学二年级就学过C=Q/V，表现电容和电压、电荷量的关系，那一个电子给到这个电容能产生多少电压呢？就是基本电荷量小q/Cfd。那么这个由浮动扩散节点电容值决定的电荷到电压的对应关系，就称为conversion gain，也叫转换增益，这个电容很重要，一会儿有大用处。


一般来说conversion gain的单位是微伏每电子，比如索尼a1高增益的conversion gain是85.7 uV/e-，表示它一个电子给到浮动扩散节点上，能转化成85.7微伏的电压。在同样的量子效率和像素尺寸下，这个由浮动扩散电容决定的conversion gain就决定了基准ISO，因为此时PGA不放大，而源极跟随器通常有固定倍率。



索尼A1论文中的芯片参数

那当PGA开始执行模拟放大，比如说放大两倍，意味着接受同样曝光量下能给到ADC的电压是基准ISO的两倍，基准ISO100的被放大到ISO200，原生ISO就是被PGA的模拟增益乘上基准ISO决定了。




但PGA的放大倍率也有限，一般是30db，那如果你想开非常非常高的增益，比如说ISO102400，已经超过模拟放大极限怎么办？ADC量化之后再机内数字增益呗，这时和你后期提亮没有任何区别，这一段也叫扩展ISO。


简单看个例子，比如说使用imx410传感器的尼康Z6，datasheet显示最高30db的PGA放大，也就是32倍左右。已知imx410在ISO800时通过双增益电路切换到高增益的conversion gain，配合32倍的PGA放大，最高原生ISO是32*800=25600，是不是正好对应到实测数据。




当然不同厂家对原生ISO的标定有时也带上数字放大，这里就不在赘述了。下面来详细讲讲信噪比、动态范围和宽容度。


光的量子特性和散粒噪声

绝大多数人都错误的认为高ISO下的噪点是CMOS引起的，但事实并非如此。光的散粒噪声才是噪点的第一大来源，尤其是目前由于技术进步，读出噪声可以压到几个电子的级别，散粒噪声更是在大多数情况下占据主导。


不确定性原理指出，不可能同时精确确定一个基本粒子的位置和动量。由于光的量子涨落，在某处测得的光子数量不是定值，而是呈现一定概率。


而一段时间内光打到传感器后的接收数量符合均值为λ的泊松分布。泊松分布有个很好的性质，就是其期望和方差都是均值λ，标准差自然是根号λ。这个性质可以直接算公式，也可以通过中心极限定理近似到正态分布得到。



什么是信噪比？就是均值/标准差。
比如说某个像素成功转换了n个光子为电子，那此时散粒噪声信噪比就为n/根号n=根号n。


所以说对散粒噪声，随着光子数量n的增加，虽然噪声是以根号n的形式增加，但其信噪比也在以也在以根号n的形式增涨，这就是为何我们要增加进光量的微观解释。


而在需要用到高ISO的场景，本身的进光量就小，光的信噪比不足。此时开高增益以提亮图片，散粒噪声就更加明显了，这也是所谓“ISO引起噪点”的说法错误所在：高ISO下的噪点是因为低进光量造成散粒噪声信噪比低，而不是开了高增益引起多余噪点。





进光量相同 适当的高ISO反而噪声更低

读出噪声 热噪和FPN

接下来，我们来看看读出噪声，也就是CMOS对信号的读出本身引入的噪声。
读出噪声最重要的来源是ADC量化之前的模拟电路部分，尤其是读出电路中的FD和SF会分别引入100 μV左右的噪声。当开启高ISO，PGA模块对SF的读出电压加模拟增益，前面的所有读出噪声也被同步放大，这一段随ISO放大而放大的读出噪声也叫前端读出噪声。



而PGA模块和ADC本身也会引发噪声，不随模拟增益而改变，这一段也叫后端读出噪声。



其中对于ADC来说，连续变化的模拟信号采样为离散的数字信号一定是不完美的，这其中的误差称为量化误差，引发了量化噪声，反映在raw文件里一般为固定的几个bit，量化噪声可以通过增加ADC的采样精度而减少，比如选用14bit或16bit ADC。


当然除了读出电路本身引入的噪声，成像过程中随着快门时间增长，CMOS产热会引起热噪声。
热噪声也约翰逊–奈奎斯特噪声，本质是电子的热运动产生，任何时候都有，只是高温更为明显。在电容器里热噪声也叫KT/C噪声。




以及由于不同像素之间的非均匀性导致的固定模式噪声，也叫FPN，Fixed Pattern Noise


但这两者一般来说并不占主导，比如索尼A1的论文中就着重提到了采用列并行的取样保持电路（S&H）对KT/C噪声降噪。



动态范围与信噪比的定义与区别

刚刚有提到，信噪比是某一均值下对标准差的比值。
而动态范围的定义不一样 ，动态范围DR是最大值和最小值的比值。


在CMOS里，最大值是像素达到饱和时最多能容纳多少电子，也叫满阱容；最小值是没有信号输入时本身cmos本身会引起的噪声，也叫本底噪声或零输入响应，可以近似为读出噪声。


满阱容被谁决定？还记得浮动扩散节点电容CFD吗？给定允许的最大电压摆幅V，是不是可以通过V*Cfd算出这个电容最多能容纳多少电荷量Q，再结合基本电荷量q即可算出最多能容纳多少电子n。
这就是满阱容，也叫FWC，full well capacity。



计算信噪比和动态范围

信噪比和动态范围怎么计算呢？通过photonstophotos.net查看不同相机的单个像素的最大满阱容，以及在各个ISO下以电子为单位的读出噪声。




通过FWC/readout noise能算出这个相机的最大动态范围。我们通常将动态范围用挡来表示，2倍是一档，那动态范围是多少挡呢？就是


对于信噪比来说，由于现代传感器读出噪声很小，我们可以通过满阱容开根号得到的散粒噪声信噪比近似为某相机的最大信噪比，以db来表示就是



以a7R4为例SNR和DR的计算

具体来看个例子，以索尼a7R4为例，其最大满阱容为36000个电子，最低原生ISO下读出噪声大概3个电子。





可以得到其最大动态范围是 大概13.55档。DXO测出来13.3，很精准吧。





DXO没有ISO100的

最大信噪比呢？我们通常用18%的中灰也就是大致吃到满阱的18%来算此时的信噪比，也就是 ，实测是37db，也差不多。




注意这里的计算都是基于像素层面，没有缩图，至于缩图会复杂一点。


ISO如何影响和信噪比与动态范围

好，重点来了。ISO和信噪比、动态范围是什么关系呢？
首先，高ISO能提高信噪比，当进光量确定的时候，散粒噪声的信噪比也确定了。而在相同的Base ISO下，采用更高的ISO，事实上就是改变的PGA放大器的放大倍数。



让它放大电压有什么用？第一，压制放大器到ADC之间的那段传输噪声。第二，让ADC能接收更高的电压摆幅，量化时能用到的有效色深采样更高，压制ADC的量化噪声。
所以说这就得到了一个很反常理，但又非常正确的结论：给定相同的进光量，在不过曝的前提下提高ISO，反而能压制后端读出噪声提高信噪比。



而一般测试图里提高ISO噪点变多，是因为要保持画面曝光相同，缩小了光圈/缩短了快门，本质上还是因为进光量变少造成散粒噪声信噪比降低，并不是ISO引起了噪点。



保持曝光不变，开高ISO必然要缩光圈/减快门，低进光量引起噪点



保持进光量不变，后期提到一个亮度，高ISO反而噪点少

我们来看看实测数据，你会发现不论是新老相机，高ISO的读出噪声总是比低ISO低那么点，即使是具有所谓ISO不变性，后端读出噪声足够低的新相机，比如索尼a7C，高ISO的信噪比收益仍然存在，虽然收益没那么明显了。


这时候你可能有疑问了，唉不对啊，前文不是说了高ISO会放大散粒噪声和前端读出噪声吗？怎么到这里又压噪声了？
注意这里压噪声是指前期用高ISO比后期提亮信噪比高。对于散粒噪声，它是光的物理属性，想把很少的光提亮到高亮度，散粒噪声总是被放大，所以说散粒不是CMOS的锅。



在后期提亮时，要共同放大散粒+前端+后端噪声，提高ISO只放大前端+散粒，带一个固定的后端噪声。所以我们才得到ISO对信噪比的结论：进光量相同时，高ISO能压制后端读出噪声来提高信噪比。



至于ISO对动态范围的影响则完全相反。
ADC能接受的最大电压摆幅是固定的，比如说1v。PGA不放大时FD能装多少电子就是最大满阱容。



那当PGA放大器开始放大，比如说2倍，ADC还是只能接受1v，但对应到放大器的输入端就只能接受0.5v了，造成将将过曝时对应的电子数量砍半。


所以说，ISO越高，动态范围越低，而且当后端读出噪声足够低的时候，提高ISO对于本底噪声影响不大，造成的结果就是ISO和动态范围近似为线性负相关。


我们可以看到近期的几个相机，包括索尼a1，尼康z9在双增益后都符合这个趋势。下期会提到这个性质和ISO不变性的联系。



ISO的形象化理解

我们可以形象化地把ISO想成话筒的话放，你说话声音一样的时候，话筒振膜的振幅是确定的。但电路中传输过程和模数转换过程一定会有噪声，如果你说话声音很小，就直接被淹没在底噪里了，再怎么后期放大都没用 。


这时候你开启话放，适当让前端的电压摆幅增大，是不是就对后端噪声有压制作用，提高了信噪比。


但如果话放增益开太大，电压对振幅的灵敏度太高，你稍微说话大点声就爆掉了（削波）。这时候是不是能接收的最大值和最小值之比就变小，所以动态范围就小了。



总结

简短地总结一下这篇内容:

• 数码相机的ISO不能理解为感光效率，而是一个增益。
  
• 基准和原生ISO不一样，基准ISO是被一个电容决定的conversion gain影响，原生ISO是基准ISO乘上模拟放大。
  
• 信噪比是均值/标准差，大多数情况下是散粒噪声主导。
  
• 考虑光子射入符合泊松分布，散粒噪声信噪比恰好是捕获的光电子数量开根号
  
• 适当的高ISO能压后端读出噪声，提高信噪比
  
• 动态范围是满阱容/读出噪声，其中满阱容直接和ISO负相关，而新相机的读出噪声变化没那么大
  
• 读出噪声足够低时，ISO和动态范围是线性负相关
  
• 该开高ISO时开高ISO，比后期提亮噪点少，当然也看光比
  
• 不要信“ISO引起噪点“，但高ISO影响动态范围是真的
  

这篇文章从最底层的原理出发，分析了ISO的本质，原生ISO和基准ISO的区别和定义，讲解了噪点产生的机制，详细对比与计算了信噪比和动态范围的区别，以及ISO对它们的影响，并且澄清了噪点和ISO的关系，当然也欢迎指出我的问题。

大力水手

更新干货回答
人像有哪些后期处理的方法？
敲黑板！因为原则是，宁可高感正常曝光，也不要偏低感光度欠曝再提亮。
下面是最新的银河摄影回答，同样也是暗光高感
为什么我拍摄的星空这么难看?下面我做解释：
看看这张作品，感光度5000，但是效果完全不影响。


感光度5000，85mm定焦，光圈1.8
这是我在厦门鼓浪屿拍摄的作品，被视觉中国评为2019年度最火人像作品，刊登《大众摄影》杂志。
笔记 | 《夜巷》其实前期更重要这是此作品的教程。
校正人像肤色必看教程，如下：
影叶的光色世界：在人像后期处理中，如何让肤色显得很通透？拍人，快门速度不能太慢，否则人会虚，光圈已经开到1.8最大了，在夜晚，曝光还是不够，只能靠提高感光度，来让曝光正常了。
所以有的照片用高感光度拍摄，是因为，用光圈和快门，已经无法让图片曝光正常，所以才需要提高感光度来增加曝光。
5000感光度，完全看不出来画质有问题，反而质感很好。其实原因很简单！
暗光环境下，单张拍摄的原则是：

宁可高感正常曝光，绝不偏低的感光度欠曝再后期提亮！

怎么理解这句话？
比如，感光度5000时，可以正常曝光，绝不用感光度3200欠曝再靠后期提亮。
为什么？
因为，当感光度提高时，图片宽容度也会变差，可提亮的幅度会大大降低。
所以，当你高感正常曝光时，你需要解决的问题，仅仅是降噪。
可是，当你为了降低一点感光度，欠曝的时候。后期不仅要解决感光度噪点的问题，提亮时还会产生新的暗部噪点，以及宽容度不够造成的画质问题。
所以初学者，不要觉得，感光度能低一点是一点，宁可欠曝，反正后期再提亮。这是错误的想法。这样你就把单纯处理高感噪点的问题，升级成了噪点+画质两个问题。


看上图，画面曝光基本正常，没有明显暗部，感光度5000。噪点完全在可控范围内。
我用的只是几年前的索尼A7R2，并不是什么名贵机器。
现在的相机，高感画质已经做的不错，中高端机器，感光度6400都是可用的。个别机器可以到8000甚至1万的可用感光度。
再看下面萤火虫人像的案例。
使用松下S5机身


拍摄时，感光度3200，让人物部分正常曝光。暗光人像题材，千万不能欠曝提亮，对皮肤质感影响非常大！所以，想办法让肤色的曝光正常。


咱们放大看，3200的感光度下，正常曝光，其实噪点控制的也挺好。
但是，如果你非要降低点感光度，再靠后期提亮。就成了下图：


感光度2500，再提亮，画质成了渣渣。
有的同学说，降低到2000或者1600呢？
那就一片漆黑了，根本提亮不出来。夜景人像，需要保证快门速度让人物不虚。所以快门速度不会太慢。感光度自然也不会太低。
萤火虫的环境，是靠感光度100，长曝光，拍摄多张，后期最大值堆栈。这样才能拍到足够密集的萤火虫。然后把萤火虫利用图层“变亮”模式，叠加到人像这张上。

高感光度的画质，会非常影响人物皮肤质感，并且画质严重受损的时候，是后期补救不了的。
暗光室内，夜景人像，都需要使用高感光度，人像摄影即使是摆拍，快门速度最慢也只能2秒左右，否则人物会虚。所以在拍人像时，高像素不是很关键的，2000多万像素足够用，我们应该选择高感画质好的机身。
比如松下S5机身，采用双原生感光度，会大大提高画质。
双原生感光度指：比如在400感光度以下，走一条电路。在400感光度以上的时候，又会走另一条电路。这种处理方式会让高感光度画质提高至少2倍。
下面继续给大家上干货！
当然大家要注意自己机器的可用感光度，就是你能后期降噪成功的最大感光度！
在这个可用感光度范围内，尽量正常曝光，如果超过可用感光度，还无法正常曝光，就要考虑其他拍摄方式了。
以上说的的单张拍摄，如果你是拍摄风光，静物。那当然是多拍几张，然后平均值堆栈降噪，对画质更好。
比如下面这些银河摄影的案例，都是尽量使用平均值堆栈降噪。


2020年8月拍摄于俄博梁


2020年8月拍摄于俄博梁，60张矩阵接片
全景银河+月升，4排，每排15张。
下面是矩阵接片银河的教程：
影叶的光色世界：大佬可以点评一下全景接片吗？


都兰花海银河。
这种就是银河和地景分开拍摄，先拍摄多张地景，地景的曝光时可以比较长，这样可以降低点感光度。再拍摄一张银河，但银河的快门速度必须在20秒左右，防止星星拖轨。后期平均值堆栈降噪地景，再与银河合成。
确实在某些场景下，是以拍到为前提，画质反而不是最重要。比如稍纵即逝的一些瞬间，打鸟，人文等。
下面看看我的机器是怎么殉职的，希望大家以后注意。
影叶的光色世界：微单恶劣环境拍摄怎么样？去漠河行吗？需要再带一个单反吗？好啦！希望能帮到大家！
非常感谢阅读和点赞～
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