数码相机的优势相信在这个年头已经不用多说了，但是关于数码相机内部的一些公开的技术对普通数码爱好者来说仍然是鲜为人知的秘密。稍有经验的色友就能体会出在日常拍摄中，如果提高ISO感光度的话就能使原本黯淡的环境明亮的跃于LCD上。
胶片时代就有的ISO概念
本文作者：轻飞羽
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数码相机的优势相信在这个年头已经不用多说了，但是关于数码相机内部的一些公开的技术对普通数码爱好者来说仍然是鲜为人知的秘密。稍有经验的色友就能体会出在日常拍摄中，如果提高ISO感光度的话就能使原本黯淡的环境明亮的跃于LCD上，虽然可爱的厂商为我们准备了从50到400的可调节档，但真正在使用中很少会有朋友设置在ISO400去拍摄，可是就在普通数码相机在ISO400下画质表现不佳的同时，我们却发现数码单反即使在高达ISO800的情况下，依然表现出毫发必现的清晰与干净，这究竟是怎么回事呢？
数码相机到底是怎样实现随机可调ISO感光度的呢？本着科技以人为本的理念，飞羽就将这些看似负责的问题用通俗的文字深入浅出的一一作答。
一、胶片时代的ISO概念
ISO是“国际标准化组织”按照胶片对光线的化学反应速度，而制定的胶片感光速度的标准，早在胶片时代我们的摄影生活就默默遵循这一行业标准，购买胶卷时包装上都会标示ISO 100、ISO 200、ISO400这样的字样，此处的ISO数值越大，表示胶卷的感光速度越快，意味着ISO数值高的胶卷，只需要较弱的光线就能使胶卷生成影像，以便在同样亮度的光线条件下，可以使用较小的光圈或较高的快门速度，即感光度与所需的曝光量成反比。
举个例子来说，ISO 100的曝光速度比ISO 50快一倍，因为在相同情况下使用ISO 50时曝光1/125秒，如果换用ISO 100的胶卷只要1/250秒。
在解释数码设备可随意调节ISO感光度的原理之前，我们先来进一步了解胶片时代的ISO相关的一些知识，相信对我们理解下文会有帮助。普通胶片相机是怎样识别不同ISO数值的胶卷的呢？一切秘密都基于DX编码系统。该系统最早用于圆盘照相机用的圆盘胶卷，后来发展到35mm胶卷系列中，并于1981年率先运用在Kodak彩色胶卷VR 100上，接着日本的Fujifilm、Konica、德国的Agfa和英国的Scotch等较大的胶片公司，也相继采用了DX编码系统。
现在国内外生产的彩色胶卷都带有DX编码，它业已成为现代胶卷的标志。如图1所示，DX编码由胶卷暗盒外壳的矩形方块编码组成，总共有12位，每一位分别由银白色或黑色方块来表示导通和绝缘，胶片机通过读取这个编码来自动判断目前装载的是什么感光速度的胶片。
图1
数码相机CCD信号传输原理
二、数码相机的ISO原理
我们在拍摄活动中改变数码相机的感光速度并不需要更换胶卷，只需调节相机内设ISO值即可，数码相机是怎样实现可随意调节ISO的呢？相信这是令很多数码爱好者费解的问题，为了说清楚这个问题，我们首先要了解数码相机内部影像传感器的信号传输原理。
1、CCD的信号传输原理
我们都知道当光线透过镜头射到CCD上，相应强度的电荷量就会被蓄积在感光电极之下，单位存储电荷量的多少取决于单位感光单元受到光照的强弱，当我们押下快门释放开关时，各单位上的影像电信号被传输给模数信号处理组件（ADC/CDS），这一切动作都必须受到相机内部影像处理器的脉冲操控，通常被分成相互传递型和单一传递型两种传输方式。
如图2所示，相互传递型的特点是将蓄积在电极下的电荷分布顺次输出至外部的信号转换组件上的方式。对照上图以像素是4列×3行的模拟CCD为例进行剖析，图中分别标识了感光电极、垂直传输通道、水平传输通道，按照CCD的工作原理先由从上到下的第3行开始。第一步，时序发生器发送一个脉冲信号让第3行四列的电荷在处于图中右边的垂直传输部中移动；第二步，对垂直传送部发送一个驱动脉冲使电荷纵向向下移动；第三步，纵向像素的传送结果是位于第3行的电荷被移动到了设计在下方的水平传输部；第四布，再对水平传输部发送驱动脉冲将第3行四列部分的电荷被顺次输出至外部的模数转换组件中，这时已经移出了第3行×4列的电荷；第五步，以上动作再重复2次，4列×3行的电荷便被全部被输出。
图2
如图3所示，单一传递型的特点是感受光线后一次性传送全部电荷。这种方式没有前者复杂，因为在感光部下部有一个等同大小的蓄积部，准确的说使用这种方式的CCD在制造工艺本身上没有单独的感光电极，而是使用透明状的传输电极，通过电极的光线在其下部的半导体层转换成电荷并蓄积，每当存储满电荷都会全部一次性通过水平传输部输出至模数转换组件上进行影像处理。
在影像工业上，影像信号的输出方式主要由信号转换工作组的处理模式和特定型号CCD的电气特性来决定。
图3
对ISO原理的通俗理解
2、ISO原理的通俗理解
传统胶卷的感光度是通过改变胶卷的化学成分，来改变它对光线的敏感度，而数码相机的感光元件是不变的，现在步入正题通俗地说说原理吧。数码相机普遍采用了电子信号放大增益技术，与ISO数值相对应的是电子信号放大增益值，比如设定在标准值时提供等同ISO100的增益幅度，对应ISO200和400的增益值可通过提高增益幅度实现。那么增益幅度是怎么实现的呢？
提供高感光度时自然需要提供相应的增益幅度，从上文两张模拟图中可以看到，在输出影像信号前都必须做相应的信号放大，因为CCD的输出电平较低，尤其当环境光线黯淡时，为了使影像发生量变，放大器就按相应的ISO数值加大增益幅度。
此外，在给定的CCD面积内增加像素数会导致保持感光度变得困难。单位像素的面积减小，入射光强减弱，如果为了提高ISO数值，调用更高的增益值将会导致影像质量的恶化。因此可爱的厂商又提供了一种解决方案，即在影像信号读取时将CCD存储的原始影像信号相加可相对提升感光度。如图4所示，通过将两个像素信号相加并传输，便可获得原来两倍的感光度。但这种工作方式也有其缺陷，只适合较小的影像模式，因为像素数在处理中减半了。
图4
影像业界第三种提供高ISO数值的解决方案是，采用把数个像素点当成1个像素点来进行感光的方式，从而提高感光速度。如图5所示，比如标准的ISO100是对感光元件的每个像素点感光，要提高到ISO200的感光度，只需要把2个像素点当成1个点来感光，就能获得原本2倍的感光速度，如果要提高到ISO400的水平，一次类推只要把4个像素点当成1个点来感光，便能获得4倍的感光速度。与第二种方式的不同之处在于是合并像素后感光，而第二种方式则是对感光信号的叠加，故该工作方式对高像素机型较有优势，但噪点的产生比前两种来的更为明显。
图5
高ISO带来的就只有噪点
三、高ISO带来的只有噪点
感光度对摄影的影响表现在两方面。其一是速度，更高的感光度能获得更快的快门速度，这一点比较容易理解；其二是画质，越低的感光度带来更细腻的成像质量，而高感光度的画质则是噪点比较大。
说到这里顺便导入一个概念——噪点，主要是指CCD将光线作为接收信号接收并输出的过程中所产生的影像中的粗糙部分。那么噪点是怎么产生的呢？首先要明白对于作为电子产品的数码相机来说，内部的影像传感器在工作中一定受到不同程度的来周边电路和本身像素间的光电磁干扰，简而言之就是拍摄出的图片一定会存在噪点，这是不可避免的，我们看到的只是程度的轻重而已。
对于第一种提供高ISO数值的解决方案来说，在加大增益幅度的同时，噪点信息也被相应放大，故在高ISO画面中噪点也越发明显；而第二种方式如上文所述那样，在获得高ISO的同时与成像相关的像素数也会成倍缩减，为了保证成像尺寸原本的影像信息会被扩大，噪点就这样产生了；对于第三种解决方案而言，因为减少了感光像素，所以在白平衡过程中只有进行像素插值才能得到完整的影像。相信这三条解释并不难理解，对于现在数码相机中流行的“降噪功能”就是为了消减第三种解决方案带来的噪点而设计的。
相信经过本文的论述，数码相机拥有可变ISO感光度已不再是秘密了，虽然高ISO在噪点方面还是令我们有这样那样的担忧，但为了获得更高的快门速度和更明亮的画面，这也算是一种不增加成本的折中解决方法。
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