Por que o nível ISO na maioria das câmeras digitais não pode ser definido abaixo de 80?

Por que o nível ISO na maioria das câmeras digitais não parece inferior ao ISO 80?

Entendo (vagamente) que os sensores ajustam o ganho para atingir o equivalente a um filme de alto ISO e posso ver por que haveria uma limitação para isso, mas não entendo por que seria tão difícil fabricar o sensor menos sensível à luz?

Existem duas maneiras de reduzir a base do ISO nativo (a configuração mais baixa possível na câmera). Uma é tornar o sensor menos eficiente, para capturar menos luz. É fácil ver como isso reduz a sensibilidade. No entanto, como já foi dito em outras respostas, isso seria útil apenas para as minorias que regularmente acham que têm muita luz, enquanto a maioria dos fotógrafos luta com pouca luz na maior parte!

No entanto, existe outra maneira de reduzir o ISO base e aumentar a capacidade de cada pixel (conhecido como profundidade do poço) para que ele possa armazenar mais carga (e, portanto, mais luz) antes de ficar saturado. Este método tem uma vantagem genuína em todas as sensibilidades.

É um pouco mais complicado ver como isso afeta o ISO base, no entanto, você deve se lembrar de que as leituras que o sensor faz eventualmente são mapeadas no intervalo de 0 a 255, pela câmera ou por uma pessoa durante a conversão bruta (ou 0-65536 para Imagens de 16 bits). Imagine dois sensores A e B, A tem o dobro da capacidade por pixel. Quando você tira uma imagem com A na velocidade do obturador de 1/30 s, os realces estão prestes a recortar. Agora, quando você usa B, é necessário usar 1/60s devido à capacidade reduzida - se você usasse 1/30s, superexporia a imagem.

Quaisquer que sejam os valores que os sensores registram no ponto de saturação, eles ainda são mapeados para 255, e terão a mesma aparência. Dado que com B você obtém a mesma imagem, mas com metade do tempo de exposição (tudo o resto é igual), isso significa que B tem maior sensibilidade. Se a sensibilidade básica da câmera B for ISO100, a sensibilidade base de A será ISO50.

O ponto de tudo isso é que, se você pode reduzir o ISO base aumentando a capacidade de pixels, isso é bom , pois permite que você tenha menos ruído e maior alcance dinâmico. Para entender por que esse é o caso, primeiro você deve deixar de lado a ideia de que aumentar a configuração ISO aumenta o ruído, isso simplesmente não é verdade, eis uma resposta que escrevi sobre o assunto: O que é "ISO" em uma câmera digital?

A versão curta é que o ruído é causado principalmente pela falta de luz (quanto menos luz você tiver, mais variações aleatórias na emissão de fótons aparecem na imagem, consulte http://en.wikipedia.org/wiki/Shot_noise ) que, se você aumentar a configuração ISO da sua câmera, outras configurações deverão ser alteradas, resultando em menos luz e mais ruído na tomada. É a falta de luz que produz o ruído, não o ato de amplificar o sinal.

Portanto, embora tenhamos que usar a amplificação para tirar o ISO100 da câmera A, deixamos entrar a mesma quantidade de luz que a câmera B dispara no ISO100 e, portanto, podemos esperar o mesmo nível de ruído! Portanto, a câmera A não é pior, no entanto, temos a opção de ir para a ISO50, deixando entrar mais luz e, assim, obtendo menos ruído na tomada!

Também temos a opção de usar ISO50, mas com as mesmas configurações de câmera que B está usando para fotografar em ISO100, deixamos entrar a mesma quantidade de luz para que possamos esperar o mesmo nível de ruído, mas se a cena ficar de repente mais brilhante com clipe o sinal enquanto A continuará com a profundidade extra do poço, tendo, assim, maior alcance dinâmico.

Esses exemplos são uma simplificação, existem outras fontes de ruído, mas, em geral, ter um sensor "menos sensível" pode ser uma coisa boa. No entanto, é difícil projetar poços de elétrons mais profundos, e é por isso que você não vê as câmeras abaixo do ISO50. No entanto, você vê diferenças na profundidade do poço, por exemplo, o ISO mais baixo disponível para o sensor de 35 mm da Canon 5D é ISO50, enquanto que o sensor APS-C da mesma geração na Canon 30D, o ISO mais baixo é 100, isso se deve à capacidade extra na maior pixels da 5D.

Se um fabricante quisesse fazer isso, poderia.

Dito isto, todos os sensores possuem uma sensibilidade nativa, geralmente ISO 100, 160 ou 200. O ganho é usado para obter sensibilidades mais altas multiplicando o sinal base. Isso introduz mais ruído; portanto, se o ISO base fosse menor, você precisaria usar mais ganho para obter sensibilidades mais altas e obter mais ruído.

Para obter ISOs mais baixos sem alterar a configuração base, você basicamente divide o sinal base. Isso causa uma redução no intervalo dinâmico, motivo pelo qual você raramente vê ISOs inferiores a 50. Se o ISO base fosse dividido por um fator maior, perderia muito alcance dinâmico.

Finalmente, não há muitas razões para desenvolver sensores de sensibilidade mais baixa, pois é fácil usar um filtro ND para reduzir a luz recebida sem afetar a faixa dinâmica. Várias câmeras da Canon, Nikon e Fuji têm um filtro ND de 2 ou 3 pontos embutido para esse efeito. Em uma DSLR, você pode comprar filtros ND com força variável, o que torna as coisas muito flexíveis.

mas não entendo por que seria tão difícil tornar o sensor menos sensível à luz?

Isso é quase contra-intuitivo para o conceito de fotografia, que afinal é sobre a captura de luz. Dito isto, o CCD / CMOS terá um piso natural para a captura de luz, portanto, menos do que isso exigirá o descarte deliberado de informações que, em geral, provavelmente não serão feitas para a satisfação dos fotógrafos . O software, que é o que faria isso, sempre será um comprometimento em vários fatores.

De qualquer forma, como observou Itai, existem outras maneiras de reduzir a luz. Você pode usar filtros ND, aberturas menores, velocidades mais rápidas do obturador etc. Se você fotografar em bruto, poderá manipular a exposição ainda mais. Efeito líquido, abaixo da ISO 80 simplesmente não vale a pena para os fabricantes, eles estão muito mais interessados ​​no outro extremo da faixa.

Não há nada que impeça o programador de firmware de implementar valores "ISO" mais baixos, calculando a média de vários quadros. Por exemplo, se a sensibilidade da base foi determinada como "80 ISO". "40 ISO" pode ser implementado calculando a média de dois quadros.