· 本文由作者自译。

[译] 如何为星空摄影找到最合适的相机感光度设置（下）

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关于相机感光度对照片质量的影响，并非是简单的一句“感光度越高，噪点越高“所能概括的。相反地，在某些情况下，适当地使用高感光度反而能降低照片的噪点。

来自LONELY SPECK的文章《How to Find the Best ISO for Astrophotography》解释了这其中的关系

ISO不变与下游点噪声

不同的相机，不同的传感器对低光环境摄影的影响是不同的。理解自己手中的相机中传感器的工作原理能够帮助你找到星空摄影中的最佳ISO设置。在现代数码相机中存在着两种完全不同类型的传感器，因此我们把相机划分为两个阵营：ISO可变 与 ISO不变。

ISO可变相机（ISO-Variant Cameras）

相机使用放大倍数可变的模拟信号放大器来调节ISO。简单来讲，放大器会把从传感器获得的电信号以2X倍数进行逐级放大，从ISO100，200，400，800，1600等等。更高的ISO值意味着更对传感器信号的放大倍数更高。

如果一开始的信号就很弱（例如在低光环境下），较低的ISO可能无法对传感器数据的电压进行足够的放大，以克服下游电路产生的噪声。这就意味在类似星空摄影之类的低光环境下，ISO可变相机确实会在较低的ISO值设置时产生更多的噪声并在较高ISO值设置时产生更多的噪声。佳能EOS 6D仍然是我在天文摄影数码摄影中最喜欢的单反相机之一，它具有很高的ISO可变性，实际上6400或者更高的ISO数值才是它在低光环境下最佳的ISO设置。

佳能EOS 6D拥有高ISO可变性并且在ISO6400或者更高的情况下获得最佳的低光噪点性能。

绝大多数的单反相机都拥有高ISO可变性。然而对于佳能产品线来讲依然有个别的例外机型并非ISO可变，其中包括最新的Canon EOS 5D Mark IV和Canon EOS 80D。

ISO不变相机（ISO-Invariant Cameras）

ISO不可变相机拥有更低的下游读取噪声，因此在低光环境拍摄的环境中，信噪比并不会因为ISO改变而变化很多。简单来讲，传感器数据在被转换为数字信号之前就已经被放大到超过了能够克服下游电路噪声的阈值。这样导致的结果就是较低的ISO值会导致更少的阴影噪声，并且不同ISO数值对噪声的影响也变化很小。大多数这个类型的相机被认为是ISO无关或IOS不变的。一个ISO不变相机的典型是Fujifilm X-T1。本文末尾提供了X-T1的ISO不变性测试的示例。

由Sony和Fujifilm制造的现代数码相机往往是ISO不变的。

注释与例外

好吧，这并不总是非黑即白：在超过某个特定的高ISO值后，许多ISO可变相机最终的表现都与ISO不变相机类似。高于某个ISO阈值后，这些相机会完全克服下游电路产生的噪声，并在较高ISO的情况下表现出很小的信噪比差别。大多数的佳能相机会在高于ISO1600后触发这个情形。了解相机的这个阈值能够帮助我们在低光环境下获得最佳的性能。

与之类似的是，许多ISO不变的相机的增益可能会有一个或两个明显的阶跃，这将对影响画面质量的全局读取噪声产生影响。在这种情况下，可能仍然存在某个ISO阈值，在高于这个阈值时会对低光环境拍摄产生积极的影响。Sony A7S在ISO从100到200，1600到3200时会表现出这个现象。Sony A7S在低光环境下表现出最佳性能的ISO值在3200以上。否则A7S在低光环境条件下ISO设置的变化对图像噪点的影响相对较小。

最终，两种类型的相机都实现了相同的目标，那就是使用某个特定的ISO值来让图像变得明亮，然而最后的结果却大相径庭，尤其在低光环境中。ISO不变性对相机来讲是一个相当重要的特征，因此dpreview.com[1]网站对最新的大多数像机的测评中都添加了ISO不变性测试。我个人认为这对了解相机的工作方式从而找到其在低光环境下的最佳性能的设置有着很大的帮助。

ISO 与动态范围

使用较高感光度带来的最明显的负面影响是它减弱了相机的动态范围。对成像信号的放大越多，就有越有风险使得明亮的部分被过度放大，从而导致图像中最明亮的部分被变成纯白色，而丢失掉其中的细节。

在下边有关动态范围的测试中，我用Sony A7S的最高感光度对心宿二进行了一系列拍摄，其中仅改变ISO值。随着ISO的增加，星点开始变得逐渐变大，这是因为伴随着ISO的增加星点开始变得过曝。实际上，对于Sony A7S来讲，在ISO达到51200或者更高之前，动态范围的减小并不是一个大问题，不过每次ISO值的改变导致的图像差异还是很明显的。

作为附加说明，从噪点上来讲，尤其相对于之前的佳能EOS 6D示例，需要注意到的是ISO在1600至204800之间图像看起来相差无几。Sony A7S是一个相对来说ISO不变的相机，至少在ISO3200至ISO51200之间是这样的，但他并非彻底的ISO不变相机。

对心宿二进行ISO与动态范围的测试，Sony A7S，50mm，f/2.8，8s

从我自己的经验来讲，除了最明亮的星星之外，对星空照片的其他部分过曝从而导致丢失数据是非常非常少见的情形。在星野摄影中使用较高感光度导致出现问题的情况一般发生在有较大，明亮（通常是人造的）光源（一般是来自附近城镇的路灯，光污染或者伙伴的头灯）出现在取景器中时。

由于我们每次使用较高ISO拍摄都会导致图像损失一些高光数据，因此为天文摄影选择最佳ISO数值会在使用较高ISO获得更好噪点性能（尤其在使用ISO可变传感器时）与使用较低ISO获得更好动态范围之间达到某种平衡。

为星空摄影找到最佳ISO：ISO不变性测试

往后退一点，我们现在做一些科学实验。为了找到星空摄影中最佳ISO数值，我建议做一些ISO不变性的测试。到目前为止，本文中所展示的大多数测试都是ISO不变性测试。这个测试是非常的简单：所有我们需要做的就是拍摄大约7-10张RAW格式照片，每张照片仅通过改变ISO来改变曝光，之后在后期软件中将这些照片的亮度匹配至相同。在低光环境下，这个实验更加容易展开，因此我建议在夜间的户外或昏暗的房间中进行改测试。也许，把该实验变为一次星空摄影之旅也是很棒的选择。

如果你是在拍摄夜空时进行这个测试，可以使用我的银河曝光计算器来确定快门时间和光圈大小。如果你是在昏暗的房间中进行这个测试，首先请使用你相机的（P）Program曝光模式，并设置ISO为3200来确定快门时间和光圈数。

示例：Canon EOS 700D

他对于这个例子，我将使用Canon EOS 700D/T5i来进行测试。下面是测试的简介：

  • 在黑暗条件下拍摄：昏暗的房间或夜晚的户外；

  • 使用RAW格式进行拍摄；

  • 使用（M）手动档模式进行拍摄；

  • 使用“日光（daylight）”白平衡设置（仅仅是为了防止自动白平衡在拍摄不同的照片时改变）

  • 关闭相机的所有降噪功能（长曝光降噪，高感光度降噪）

  • 使用整数档的ISO数值来对照片进行曝光（100，200，400，800等等）（译者注：对于大多数相机来讲，ISO转盘拨动一格为1/3曝光）

  • 保持其他设置不变，仅改变ISO。

  • 在后期软件中对所有的照片进行曝光匹配，之后在进行比较。

下图是我在T5i（700D）上的测试所拍图片的全貌，并且在其中突出显示了测试区域的裁切。在测试中，我将使用这个被裁切的区域作为比较区域，这个区域包含有一些中间调和阴影。

相机直出的RAW格式图片被裁切后看起来是这样的：

ISO比较 - Canon EOS T5i / 700D， 18mm，f/3.5， 25s

就噪声测试而言，这种情况的比较具有很大的欺骗性，因为两次曝光之间的亮度不匹配。为了保持测试的公平，我们首先需要对照片的亮度进行匹配。为此，我使用Adobe Lightroom中的“曝光调整“滑块将所有照片的亮度与ISO3200时的照片进行匹配。将ISO100的照片在Lightroom的曝光滑块推至最大的+5EV，ISO200为+4EV，ISO400为+3EV等。

下边是在Lightroom中匹配曝光亮度的完整参数：

  • ISO 100 增加 +5EV

  • ISO 200 增加 +4EV

  • ISO 400 增加 +3EV

  • ISO 800 增加 +2EV

  • ISO 1600 增加 +1EV

  • ISO 3200 不作调整

  • ISO 6400 减少 -1EV

在Adobe Lightroom中进行曝光匹配操作的另一种方法是选择所有图片后，然后再选择ISO3200的这张作为主要图片，之后选择“照片” > “显影设置“ > “匹配总曝光“或者直接使用快捷键Command + Option + Shift + M（Ctrl + Alt + Shift + M）。

对照片进行亮度匹配后，看起来是这样：

ISO不变性测试 - Canon EOS T5i / 700D

通过对比曝光，能够立刻发现Canon EOS 700D/T5i并不是完全的ISO不变相机。相机似乎在ISO1600及以上时达到了它最好的低光拍摄性能。ISO1600，3200和6400看起来几乎完全相同，这意味着700D从ISO1600往上可能是ISO不变的。ISO低于1600时则是完全不同的景象：随着ISO降低图片质量也随之下降，直到在ISO100时几乎到了无法使用的状态。使用700D，为了在保持一定的动态范围时依然能够获得最好的低光拍摄性能，测试结果清楚的表明ISO1600是其最好的设置。

示例：Fujifilm X-T1

为了进行比较，我在Fujifilm X-T1上进行了一次单独的ISO不变性测试，这次测试的曝光时间为30秒，光圈是f/2.8。测试结果与Canon相机明显不同。

ISO不变形测试 - Fujifilm X-T1

区别在于，Fujifilm X-T1在ISO200（X-T1的最低感光度）到ISO6400的范围内拍摄的图片几乎没有差别，噪声等级是相同的。这意味着Fujifilm X-T1完全是ISO不变的。在测试的ISO范围内，照片的噪声几乎没有改变。这表明在Fujifilm X-T1上使用哪个ISO进行拍摄并不是很重要，为了保证动态范围，最佳的设置甚至可能是ISO 200。

不过，尝试以ISO200进行天文摄影是有些不切实际的，因为在ISO200的情况下拍摄时，相机背面的预览图像会显得非常的暗，从而无法对曝光或构图等其他重要内容进行评估。幸运的是，假设照片中没有明亮的人造光源，我们通常不会冒险用牺牲动态范围作为筹码来换取ISO的提升。因此使用稍高一点的ISO可能是更切实际的选择，请牢记这样操作的代价是降低了动态范围。

ISO不变性测试的相关资料

如果不想自己进行相关的测试，可以使用以下的两个资源来获得大多数现代相机的ISO行为：

  • DPReview Image Comparison Tool: RAW DR: ISO-invariance [1]

  • DPReview的ISO不变性比较工具可以让你选择任何相机，任何ISO设置，并自动调整这些低光拍摄照片的曝光到相同水平。之后对照片进行100%放大，用以比较不同ISO设置下的噪声水平。这是为大多数相机找到最佳低光拍摄ISO设置的最好方法。

  • Photons to Photos: Photographic Dynamic Range Shadow Improvement versus ISO Setting [2]:

  • Photons to Photos的阴影改善曲线图提供了一个可视化的图表，在这个图表中能看到在每个ISO数值下，阴影中的噪声相对于基础ISO（例如 ISO100）增长了多少。Fujifilm X-T1这类ISO不变的相机在图表中的曲线是平坦的，而对于高可变ISO的相机来讲，图表中的曲线会伴随着ISO值的提升持续增长。需要注意的是，这个图表中的数据是对于基础ISO的相对值，因此不能被用来比较不同相机的噪声表现。

结论

与大众所认为的相反，高ISO并不会导致更多的噪声，并且使用较高的ISO确实能够在低光环境下获得更大的收益，这一点对于拥有ISO可变传感器的相机来讲更加突出。为自己的相机进行一次ISO不变形测试来确定在星空摄影使用什么样的ISO是最佳的。ISO行为因相机型号而异，对每个ISO设置进行测试可以帮助确定最佳的ISO，以便在天文摄影中获得最佳的噪点表现。

ISO可变或者ISO不可变并不会让相机在低光环境下表现更好或更糟糕，仅仅是行为不同而已，了解到这一点是非常重要的。知道自己相机的行为是获得最佳照片质量的重要一步。

越来越多的相机厂商生产的相机开始变得趋向于ISO不可变，因为它们研发传感器使用的技术在降低下游传感器噪声的同时改善了低ISO设置下的动态范围。

你知道自己的相机在什么ISO设置下能够表现出最佳的低光拍摄性能么？测试一下或者使用上面的网站来找到答案吧。

原文地址：https://www.lonelyspeck.com/how-to-find-the-best-iso-for-astrophotography-dynamic-range-and-noise/

[1]: Studio shot comparison [2]: Photographic Dynamic Range Shadow Improvement versus ISO Setting