Unlimited After Effects and Premiere Pro templates, stock video, royalty free music tracks & courses! Unlimited asset downloads! From $16.50/m
Advertisement
  1. Photo & Video
  2. Photography
Photography

Apa Itu ISO: Sebuah Eksplorasi Teknis

by
Length:LongLanguages:

Indonesian (Bahasa Indonesia) translation by Abdul Mutholib (you can also view the original English article)

Kebanyakan orang sudah mengerti tentang penggunaan ISO, namun sebenarnya apa itu ISO, darimana asalnya, dan apa perbedaan diantara ISO pada film dan digital? Saya akan menjelaskan sejarah dan teknis dasar dari sistem ini. Jika anda pernah bertanya-tanya tentang apa itu ISO dan bagaimana cara kerjanya, artikel ini cocok untuk anda!


Sejarah ISO

ISO, dalam konteks fotografi, adalah sistem standar untuk mengukur sensitivitas cahaya dari sebuah media fotografi. ISO adalah singkatan dari International Organisation for Standardisation, sebuah badan yang bekerja untuk melakukan standardisasi pada semua jenis produk dan proses untuk penggunaan dan keamanan yang lebih maksimal.

Mereka mengatur tingkat ISO film di tahun 1974, dengan cara menggabungkan sistem lanjutan terbaru dari DIN Jerman dan ASA Amerika (sekarang ANSI) menjadi sebuah standar universal.

iso_01

Dua sistem ini dapat ditemukan di tahun 1930 dan 1940an, sebelum berbagai sistem pengukuran diciptakan oleh pabrikan dan insinyur yang berbeda, meskipun roll film 35mm telah diterima sebagai standar internasional di tahun 1909. Roll film 120 dengan format medium juga sudah dikenal di tahun-tahun tersebut, namun ukuran roll filmnya yang besar membuat harga roll film ini menjadi mahal dan mengurangi popularitas roll film ini di kalangan amatir.


Bagaimana Cara Mengukur ISO

Apa arti dari angka-angka yang ada disana? Ada empat standar ISO yang menentukan roll film  negatif warna, roll film negatif hitam putih, roll film positif (slide), dan sensor digital. Mereka disesuaikan agar jumlah sensitivitas yang efektif secara teori akan tetap sama terlepas dari apapun jenis film atau media yang digunakan.

Hal ini berguna dalam mengaplikasikan prinsip matematika saat anda memotret, meskipun beberapa fotografer biasanya menemukan bahwa untuk beberapa film, mengatur kamera ke tingkat ISO yang sedikit berbeda dari kecepatan film pada umumnya akan menghasilkan hasil yang lebih baik.

Perbedaan emulsi dan penafsiran pada proses pengukuran yang terjadi pada pembuat, pabrik, dan bahkan batch, ditambah dengan sifat variabilitas yang melekat dengan proses kimia mengartikan bahwa bahkan setelah proses standardisasi dilakukan, hasil yang didapatkan dapat berbeda.

iso_02

Di masa sekarang ini, kecepatan film diukur dari “characteristic curve”, yang menggambarkan performa komposisi warna umum yang dimiliki oleh film. Kurva ini dibuat dengan menggunakan “sensitometric tablet”, sebuah filter graduated ND yang terdiri atas susunan dari 21 komposisi warna (dari hitam ke putih) abu-abu yang memiliki ruang yang sama dan disesuaikan dengan akurat. 

Warna-warna tersebut kemudian dihadapkan pada film yang ada dalam sensitometer – yang terdiri atas sebuah lampu, penahan filter dan penahan film. Setalah prosesnya selesai, hasilnya akan keluar dalam bentuk gradasi kepadatan optik (contohya kegelapan dan/atau opacity) dari emulsi bagian yang dihadapkan di film tersebut.

iso_03

Setiap 21 langkah tersebut kemudian diukur dengan menggunakan instrumen yang sangat akurat yang disebut densitometer, dimana alat tersebut akan menyinari film yang ada di photodetector dan memberikan hasil pembacaan dari skala nol sampai tiga. Setelah seluruh 21 langkah tersebut telah diukur, mereka kemudian digambarkan dengan sebuah grafik mililux-detik.

iso_04

Grafik ini memiliki beberapa bagian yang berbeda yang menjelaskan tentang berbagai aspek dari sebuah film seperti fogging, gamma, kontras dan lainnya. Bagian yang ingin kita lihat untuk menentukan tingkat kecepetan ISO dari sebuah film adalah titik 0.1 unit density di atas density minimum, mari kita sebut ini sebagai titik x.  Tidak ada nilai yang pasti dari titik ini, namun nilai ini sudah diterima secara umum sebagai kepadatan warna yang paling minimum yang dapat dibedakan oleh mata manusia.

Rumus untuk kecepatan film (iya, ada rumusnya) adalah speed = {800\over{log^{-1} (x)}}$$ . Jika exposure diukur dengan menggunakan lux-detik dan buka mililux-detik, maka rumusnya akan menjadi: $$speed = {0.8\over{log^{-1} (x)}}$$ . Perhatikan bahwa saya menulis log untuk base -10 dan bukan dengan natural log (base-e). Jika kecepatannya bertambah atau berkurang setengahnya, maka begitu pula sensitivitas cahayanya.

Bagaimana Sensitivitas Berubah

Roll film dibuat dari suspensi kristal perak halida yang diikat dengan gelatin. Emulsi ini dilapisi dengan sangat baik dengan menggunakan cat untuk warna atau processing agents yang kemudian dilapisi ke dasar yang berbahan seluloida dengan bagian belakang yang dilindungi oleh lapisan yang melindungi saat dipegang langsung. Kristal perak halida adalah media photoreactive yang sebenarnya.

Mereka hanya akan menjadi reaktif ketika mereka bertemu dengan bagian biru pada ujung spektrum cahaya yang terlihat (itulah mengapa kita memerlukan filter UV saat memotret dengan film), mereka dilapisi atau diisi dengan bahan organik pada masa perkembangannya yang membuat mereka lebih peka terhadap spektrum yang terlihat utuh.

iso_05

Foton yang menyentuh perak halida atau sensitizer spektral akan membagi energi mereka pada molekul. Hal ini menyebabkan elektron terlepas dari ion halida yang ada pada kristal perak halida. Elektron ini dapat ditangkap oleh ion perak untuk membentuk atom netral perak yang elektrik.

Namun, ion ini tidaklah stabil. Photoelectron harus memiliki jumlah yang lebih banyak pada area yang sama. Untuk membentuk atom perak yang stabil, dibutuhkan paling tidak tiga atau empat atom perak. Kalau tidak, mereka akan dengan mudah kembali menjadi ion perak dan elektron yang bebas. Atom silver lainnya juga dapat dibentuk asalkan photoelectronnya juga dibentuk.

iso_06

Kumpulan atom dari perak murni yang stabil akan mengkatalis reaksi pada developer, yang kemudian akan menguraikan seluruh kristal menjadi butiran perak metalik, yang akan terlihat seperti berwarna hitam karena ukurannya dan permukaannya yang kasar.

Lalu larutan fixer akan memperbaiki foto dengan cara menghilangkan kristal garam perak halida yang tersisa yang kemudian akan dibilas. Proses ini sudah menjadi hal yang mendasar dalam fotografi selama lebih dari ratusan tahun. Jadi, apa hubungan hal ini dengan sensitivitas dari film?

Jawaban dari pernyataan itu sangatlah sederhana: kemungkinan. Semakin besar kristal perak halida maka semakin besar kemungkinan foton akan menangkap dan menyerapnya. Dengan menggunakan analogi dasar, jika anda menangkap kumpulan kupu-kupu dengan jaring yang lebih besar, kemungkinan besar anda akan menangkap jumlah kupu-kupu yang lebih banyak jika dibandingkan dengan mereka yang menggunakan jaring kecil pada kumpulan yang sama.

Kristal yang lebih besar memiliki area permukaan yang lebih besar yang menghadap pada lensa, dan secara logika, sensitivitas cahaya berhubungan secara langsung dengan kemungkinan cahaya menyentuh permukaan.

iso_07

Oleh karena itu, film yang lambat seperti ISO 25, 50, dan 100 memiliki butiran-butiran halus untuk mengurangi jumlah cahaya yang mengenai mereka, ini berguna untuk menangkap detail yang halus. Sebaliknya, film yang lebih cepat seperti ISO 1600 da 3200 mempunyai butiran yang secara relatif lebih besar untuk kemungkinan penangkapan foton yang maksimal, sehingga mereka memiliki kualitas foto yang sangat kasar.

Cara Kerja ISO pada Kamera Digital

Kamera digital, yang tidak memiliki proses kimia, tidak dapat diukur dengan menggunakan metode yang sama seperti film. Namun, sistem pengukuran ISO pada kamera digital telah didesain agar cukup serupa dengan film dalam hal sensitivitas cahaya yang sebenarnya.  Secara teknis, istilah yang lebih tepat untuk sensor digital adalah adalah “Exposure Index” daripada “ISO”, namun karena standar ISO juga dapat digunakan, saya tidak melihat adanya masalah untuk menggunakan istilah yang tradisional seperti “ISO”. 

Alih-alih menggunakan tingkat visible exposure yang minimum, senstivitas pada sensor digital ditentukan oleh exposure yang dibutuhkan untk menghasilkan karakter sinyal output yang sudah ditentukan sebelumnya. Standar ISO yang mengatur sensitivitas sensor, ISO 12232:2006, berhubungan dengan lima metode yang memungkinkan untuk menentukan kecepatan sensor, meskipun hanya dua diantaranya yang umum digunakan.

iso_8_1

Sensor kamera terdiri atas jutaan matrix fotodioda mikroskopis, yang biasanya ditutup dengan lensa mikro untuk mengumpulkan cahaya tambahan dan filter pola Bayer yang digunakan untuk menangkap warna. Setiap satuannya menggambarkan sebuah pixel.

Sebuah fotodioda dapat dijalankan dengan mode zero-bias (tidak ada listrik yang diaplikasikan) photovoltaic, dimana arus keluar akan dibatasi dan kapasitansi internal dimaksimalkan  sehingga akan menghasilkan penerangan photoelectron yang baik pada output.

Fotodioda juga dapat dijalankan dengan mode reverse-biased (lari terbalik) photoconducive, dimana foton akan diserap pada p-n junction yang kemudian akan mengeluarkan photoelectron yang berkontribusi langsung pada arus yang mengalir pada dioda.

iso_08

Sensor kamera menggunakan metode yang kedua, dimana pada saat tegangan listrik diaplikasikan pada reverse bias, kedua dioda meningkatkan kemampuan untuk mengumpulkan foton dengan cara memperlebar area penipisan dan mengurangi kemungkinan rekombinasi yang disebabkan oleh kekuatan arus bidang listrik yang meningkat dan memisahkan pembawa muatan. Anda kebingungan? Mari kita lihat cara kerja fotodioda yang membentuk sensor pada kamera anda.

Sebuah (Sedikit) Pengenalan Dasar Tentang Fotodioda

Fotodioda pada dasarnya adalah sebuah dioda semikonduktor normal (sebuah alat yang membantu arus listrik untuk mengalir hanya pada satu satu arah) dengan p-junction yang dihadapkan pada cahaya. Hal ini akan membuat photoelectron memiliki efek terhadap operasi elektronik yang ada pada alat anda.

Sebuah p-junction adalah sepotong positively-doped semikonduktor  yang digabungkan dengan potongan negatively-doped semikonduktor.  Doping adalah teknik yang digunakan dengan cara memasukkan material lain yang akan memberikan atau menerima elektron dengan tujuan untuk mengubah ketersediaan dan muatan polaritas dari potongan semikonduktor. Manipulasi muatan selektf ini adalah dasar dari elektronika.

iso_09

Di dekat junction point pada semikonduktor, eletkron pada sisi negative-doped akan tertarik, dan biasanya akan bercampur dengan sisi positive-doped.  Ada beberapa lubang tanpa elektron dalam kisi-kisi semikonduktor yang menghasilkan muatan positif. Lubang-lubang tersebut biasanya dianggap secara umum sebagai partikel bermuatan positif. Partikel ini biasanya memiliki kecenderungan untuk bercampur dengan sisi negative-doped.

iso_10

Namun ketika pembawa muatan bergerak (elektron dan lubang) sudah cukup terakumulasi di kedua sisi, jumlah muatan yang sudah cukup untuk mengumpulkan bidang listrik akan cenderung menolak pembawa muatan lainnya untuk bergabung. Keseimbangan muatan pun tercapai. Pembawa muatan yang bergabung akan sama jumlahnya dengan pembawa muatan yang ditolak ke setiap arah.

Area keseimbangan yang berada di dekat junction disebut sebagai area penipisan, dimana ada sekumpulan elektron pada sisi positive-doped dan sekumpulan lubang pada sisi negative-doped. Pembawa muatan telah dikurangi dari posisi sebelumnya dan memiliki perbedaan muatan yang menghasilkan bidang listrik seperti tegangan potensial. Ini adalah basis dari dioda. Sebuah fotodioda pada dasarnya adalah hal yang sama, namun dengan jendela transparan yang memudahkan foton untuk mengenai area penipisan.

Dioda yang biasnya terbalik akan memperluas area penipisan dengan cara mengatasi keseimbangan muatan netral pada area penipisan dan membuat area keseimbangan baru, dimana muatan bidang listrik tersebut harus cukup kuat untuk melawan gaya tarik penggabungan dan listrik yang ada di bidang tersebut.  Hal ini, tentu saja, akan membutuhkan area penipisan yang lebih luas dan dapat memuat muatan lebih untuk membuat bidang yang lebih kuat.

Ketika foton dengan energi yang cukup menyentuh dan diserap oleh kisi-kisi semikonduktor, foton tersebut akan membentuk pasangan elektron-muatan lubang. Elektron yang memiliki energi yang cukup akan melepaskan diri dari ikatan atom pada kisi-kisi semikonduktor dan meninggalkan muatan lubang. Rekombinasi dapat segera terjadi, namun yang kebanyakan terjadi adalah elektron akan ditarik ke arah sisi negative-doped dan muatan lubang ditarik ke sisi positive-doped.

iso_11

Seringkali mereka dapat melakukan rekombinasi dengan pembawa muatan lainnya pada semikonduktor, namun secara ideal, dengan jarak transit dari photosite ke pengumpul elektroda yang dioptimisasi (cukup dekat untuk menghindari rekombinasi namun cukup panjang untuk memaksimalkan penyerapan foton) pembawa muatan akan mencapai elektroda dan berkontribusi pada photocurrent untuk membaca sirkuit.

Semakin banyak foton yang diserap, semakin banyak pula pembawa muatan yang akan sampai ke elektroda, dan semakin tinggi pula pembacaan arurs yang dikirimkan ke A-D converter. Semakin tinggi arusnya, maka semakin tinggi juga exposure yang akan diterima dan semakin terang pula pixelnya.


Bagaimana Hal Ini Mempengaruhi ISO

Seperti yang sudah saya sebutkan di atas, ISO seringkali diukur dengan menggunakan exposure yang diperlukan untuk melakukan saturasi pada photosite. Saya baru saja menjelaskan tentang apa itu photosite: sebuah area penipisan di dalam fotodioda. Jadi bagimana mereka dapat disaturasi?  Begini, elektron yang tersedia untuk menarik foton memiliki jumlah yang terbatas. Setelah sejumlah energi cahaya diserap, semikonduktor juga telah mengeluarkan muatan sebanyak-banyaknya ke elektroda dan tidak lagi merespon exspore lainnya.

Secara ilmu fotografi, ini adalah kapasitas yang terisi dengan baik atau titik yang harus disorot. Biasanya pembuat akan dengan sengaja mengukur sensor mereka dengan angka yang salah yang bertujuan untuk menahan ruang utama pada highlight dan memudahkan penyelamatan highlight dalam format RAW.

Menurut ISO 12232, rumus untuk mencari kecepatan yang didasari oleh saturasi adalah $$S_{sat} = {78\over{H_{sat}}}$$ dimana $$H_{sat} = L_{sat} t$$ [latex]L_{sat}[/latex] adalah pencahayaan yang diperlukan untuk memberikan exposure waktu untuk mencapai saturasi sensor. Angka 78 dipilih karena sebuah permukaan abu-abu 18% akan terlihat tepat seperti warna putih 12.7%

Hal ini akan memudahkan highlight pada ruang utama untuk meluncur secara natural dan tidak sebagai titik-titik besar pada saat penghitungan akhir spekular highlight. Penghitungan ini biasanya  paling berguna untuk fotografi studio dimana pencahayaannya dapat diatur dan informasi yang diperlukan dapat didapatkan sebanyak-banyaknya.

Hal ini juga menentukan tes pengukuran yang tidak banyak dipakai namun lebih berguna jika dipakai dalam situasi dunia nyata yaitu tes berdasarkan kecepatan noise. Tes ini sedikit subyektif karena kualitas foto dan kriteria tesnya dapat berubah-ubah; rasio sinyal-dan-noise (S/N) yang digunakan adalah 40:1 untuk IQ “sangat baik” dan 10:1 untuk “dapat diterima”, dengan berdasarkan dari mengamati hasil foto 180dpi dari jarak 25cm.  Rasio S/N didefinisikan sebagai standar deviasi dari perhitungan rata-rata dari nilai luminasi dan krominasi dikalikan dengan pixel individual pada frame.

Standar deviasi adalah cara matematis yang menurunkan variasi nilai dalam data yang dikumpulkan dari nilai rata-rata atau yang diharapkan. Standar deviasi dihitung dengan cara mengkuadratkan selisih, dibagi dengan jumlah titik data pada set data, kemudian dicari akar perseginya. Secara umum, standar deviasi adalah rata-rata dari simpangan.

Secara fotografis, ini berarti bahwa jumlah pixel yang akan diuji akan dicari rata-ratanya untuk menemukan nilai "yang diharapkan" dari sinyal cahaya. Kemudian standar deviasi menentukan seberapa jauh pixel individual yang diuji tersebut dengan rata-ratanya.   Jika nilai pixel dianggap seragam, hasil deviasi dari rata-rata adalah noise, entah itu berasal dari sensor atau elektronik pengolahnya.

Rasio antara rata-rata nilai (sinyal) dengan standar deviasi (noise) adalah rasio S/N. Semakin tinggi rasionya, maka akan semakin berkurang noise yang ada pada sinyal.  Contohnya, standar kualitas foto yang “sangat bagus” adalah 40:1, artinya secara rata-rata, dalam 40 bits sinyal foto hanya akan terdapat satu noise. Perbedaan yang besar antara gambar dengan noise akan membuat gambarnya terlihat bersih.

Noise dapat dikenalkan dengan beberapa cara: saturasi/arus gelap yang melintasi fotodioda, elektron yang dilepaskan secara acak pada fotodioda atau pengolah elektronik (thermal noise), pergerakan pembawa muatan yang melintasi area penipisan pada fotodioda (shot noise), dan ketidaksempurnaan pada struktur kristal atau kontaminan yang menghasilkan tangkapan acak dan pelepasan elektron (flicker noise).

Peningkatan noise dari peningkatan pengaturan ISO kamera adalah hasil dari peningkatan yang didapatkan pre-amplifiers diantara sensor dan A/D converter.  Rasio S/N perlu dikurangi untuk menghasilkan exposure yang ‘tepat’ dengan amplifikasi yang tinggi, dari itu jumlah exposurenya harus lebih sedikit. Pengurangan exposure berarti sinyal anda juga akan berkurang yang akhirnya akan menghasilkan noise yang lebih banyak sebagai bagian dari tingkat noise yang dikurangi.

iso_12

Sebuah contoh matematika sederhana; katakanlah dengan ISO 100, exposure yang tepat dapat dicapai dengan mengisi pixel tertentu sampai dengan 80% dari kapasitas penuhnya dan rasio S/N yang dipakai adalah 40:1, maka +/- 2% dari hasil pembacaan ini akan menimbulkan noise. Menaikkan ISO ke 800 berarti akan membuat amplifier menaikkan sinyalnya sebanyak 8x, dan akhirnya exposure yang tepat hanya akan dicapai 10% dari kapasitas penuhnya.  Namun, tingkat noise sebanyak +/- 2% akan tetap sama dan mendapatkan hasil amplified dan tingkat sinyal yang tepat. Karena sekarang rasio S/N 40:1 telah menjadi rasio 5:1, maka gambar tersebut akan menjadi sia-sia.


Kesimpulan

Anda dapat mengetahui mengapa sangatlah penting untuk memotret dengan exposure sebanyak-banyaknya dan amplifikasi sesedikit mungkin. Sirkuit dan teknologi sensor, serta algoritma denoising akan terus berkembang, jadi pikirkan perbedaan antara foto yang diambil dengan ISO 800 pada tahun 2008 dan foto yang diambil dengan ISO 800 pada saat ini. Sebagian besar foto pada saat ini juga ditampilkan secara online dalam ukuran yang relatif lebih kecil dan mengubah ukuran foto juga akan mengurangi noise.

Namun untuk tujuan pencetakan dalam ukuran besar, anda akan mengetahui mengapa sangatlah penting untuk memotret dengan banyak cahaya dan ISO dasar. Makanya ada istilah yang mengatakan “expose to the right,” artinya anda harus mendapatkan foto yang seterang mungkin pada histogram tanpa mengurangi highlightnya.  Ini tidak hanya akan memaksimalkan jumlah sinyal cahaya jika dibandingan dengan level noise yang sudah ditentukan secara umum oleh perangkat penggambaran, namun dengan cara ini data akan menjadi lebih digital yang artinya akan lebih banyak informasi yang bisa disimpan pada highlight dibandingkan dengan pada bayangan.

Itu saja, menurut saya. Saya harap artikel ini menarik, dan berguna untuk kalian dan saya harap kalian tidak merasa pusing dengan penjabaran teknis fisika benda padat!

Komentar? Pertanyaan? Silahkan tuliskan di kolom komentar di bawah ini!

Advertisement
Advertisement
Advertisement
Advertisement
Looking for something to help kick start your next project?
Envato Market has a range of items for sale to help get you started.