C'è qualche differenza di rumore tra foto con esposizione media e lunga?

27

Supponiamo di essere su un treppiede, fotografare una scena perfettamente immobile (anche scura) e scattare queste foto:

5 foto con esposizione ISO 3200 e 1s
1 foto con esposizione ISO 100 e 5s

C'è una cosa comune tra gli oggetti, ed è il tempo totale utilizzato.

L'EV del primo oggetto è molto più alto, giusto? Supponiamo ora di ridurre in media le 5 foto a ISO 3200 per ridurre il rumore, producendo una singola immagine.

Dopodiché, prendo la foto ISO 100 e modifico i livelli (che aumenterebbero il rumore) per raggiungere lo stesso EV della foto miscelata, in un modo se guardassi queste 2 foto da lontano sembrerebbero uguali.

Il livello di rumore sarebbe uguale, confrontando la foto miscelata e la foto regolata a livello?

Spero tu capisca il mio punto.

MODIFICARE

In risposta al commento di Drewbenn

Inoltre, non penso che la fusione delle 5 foto ridurrà il rumore come pensi

La fusione di foto riduce molto il rumore, infatti ecco un esempio:

Ho scattato 20 foto di un albero con: ISO 1600, F4.1 e 2s exp. L'immagine in alto mostra quanto rumore ha una di quelle immagini. La parte inferiore mostra il risultato della media delle 20 foto in una.

Sory per la cattiva attenzione.

Visualizzazione al 100% dell'immagine originale e sfumata

Come puoi vedere, il rumore viene quasi completamente eliminato

EDIT2

Per quelli che chiedono, ho usato semplicemente un comando di imagemagick per fare una media delle immagini:

convert [input1.JPG input2.JPG ...] -average output.JPG

Se avrò del tempo dopo, proverò a condurre uno di quegli esperimenti di cui stai parlando. Immagino non ci sia un modello statico e varierà su ogni telecamera.

Edit3

Ho anche fatto un esperimento un po 'più diverso:

Questa è la scena:

Scena

E ho scattato questo set di foto (l'apertura è sempre la stessa), ho usato la modalità manuale.

01 @ ISO 100, 0.6s
02 @ ISO 200, 0,3 s (mediata in seguito)
04 @ ISO 400, 1 / 6s (media dopo)
08 @ ISO 800, 1/13 s (mediata in seguito)
16 @ ISO 1600, 1 / 25s (media dopo)

Ogni set ha esattamente lo stesso EV, questi sono i risultati, nello stesso ordine:

Sperimentare

Sembra che un ISO più alto, ci sia meno rumore ma anche meno dettagli.

noise-reduction iso-noise levels

— tomm89
fonte

1

Penso che ridurrà un po 'il rumore e che il rumore potrebbe essere la stessa quantità della foto con livelli regolati.

— Tommaso

4

Hai fornito un campione di immagini ISO 1600 in media. Vorrei anche vedere una singola immagine ISO 100 correttamente esposta. Continuo a credere che l'immagine ISO 100 mostrerà un basso rumore e probabilmente migliori dettagli. Per non parlare del fatto che è molto più semplice che scattare 20 immagini ISO 1600 e calcolarle insieme.

— jrista

2

Quale software stai usando per fondere e quale metodo di miscelazione viene utilizzato?

— ilija veselica,

2

Perché non lo provi e facci sapere il risultato?

— Chris,

1

Mu indovinare è "nella media" è un mezzo. Il problema con la media è che stai semplicemente attenuando il rumore nell'immagine, che alla fine ridurrà la nitidezza. La mediana, d'altra parte, eliminerà principalmente il rumore al di sotto di una certa soglia. Puoi provare una mediana?

— rm999,

9

Se la tua immagine ISO100 non fosse sottoesposta, non mi aspetterei una notevole riduzione del rumore (tranne forse nelle ombre profonde) con le immagini ISO 1600 da 1 secondo mescolate insieme.

Nel famigerato altro thread ho dimostrato che un ISO100 di 1/30 di secondo conterrà più rumore (rapporto segnale / rumore inferiore) di un'immagine ISO 1600 di 1/30 di secondo. Stessa quantità se luce ma ISO più elevati avevano meno rumore.

Il motivo era che il rumore di lettura è proporzionalmente maggiore nell'immagine ISO100 (poiché la lettura avviene dopo l'amplificazione). In un ISO100 esposto "correttamente" il rumore di lettura è così piccolo rispetto al segnale che probabilmente non si nota alcuna riduzione del rumore di lettura.

modifica: appena fatto l'esperimento

Ho scattato una foto a ISO100 16 secondi e 16 scatti a ISO1600 ma solo 1 secondo. Tutte le immagini sono state ben esposte. Quelle che seguono sono due ritagli, la riga superiore è una singola immagine ISO1600 e le due inferiori sono le 16 immagini ISO1600 calcolate in media in Photoshop e l'immagine ISO100. Non ti dirò da che parte siano i due inferiori, per vedere se qualcuno può effettivamente dire la differenza - non posso certo!

— Matt Grum
fonte

Se l'immagine ISO 100 è stata correttamente esposta, ognuna delle immagini ISO 3200 deve essere stata sovraesposta in modo grave (di 2,7 stop). Penso che sia più probabile che le immagini ISO 3200 siano state ragionevolmente esposte. Pertanto, dovremmo considerare di confrontare 5 immagini ISO 3200 con un'immagine ISO 640. (Vedo nell'Edit che l'OP è cambiato in 20 immagini ISO 1600. La loro fusione dovrebbe essere confrontata con una singola immagine ISO 80.)

— whuber

Quando ho provato a scrivere la domanda, il mio punto è: 1 immagine con una bassa ISO e l'esposizione più lungo e una serie di immagini (in media più tardi) con una maggiore ISO e un'esposizione che equivale a / n , essendo un tempo l'esposizione del basso ISO immagine e n la quantità di immagini ISO elevate. Ma tutto questo parlando in termini di non soffiare o sottoesporre nessuna delle immagini. Posso spiegarmi?

— Tommaso

+1 La tua risposta mi fa chiedermi se hai davvero bisogno di fondere tutte e 16 le immagini insieme, e se no quante ne hai bisogno prima che le differenze non siano evidenti. Hai provato a fondere metà delle immagini ISO alte?

— Benjamin Cutler,

Come hai valutato esattamente le immagini insieme?

— jrista

1

@whuber L'immagine centrale del primo crop è quella media, l'immagine centrale dell'ultimo crop è la singola ISO100!

— Matt Grum,

6

Questa è una domanda molto bella, ma temo che la risposta dipenda totalmente dalle prestazioni del sensore e dalle sue curve di risposta allo stimolo.

Se pensiamo al rumore come all'errore tra il colore reale e il colore misurato, possiamo usare un modello statistico per scoprire quanti campioni con errore maggiore dobbiamo prendere per avere lo stesso errore di un singolo campione più accurato . Ma per farlo, prima dobbiamo:

La funzione di distribuzione del rumore (potrebbe essere una distribuzione normale, ma non lo so per certo, un ingegnere elettrico che sa meglio come funzionano i sensori potrebbe gettare un po 'di luce su questo argomento). Ma ricordando le mie lezioni di statistica, penso che questo non abbia alcuna importanza in questo caso.
La funzione che mette in relazione la sensibilità al rumore (in un sensore perfetto penso che dovrebbe essere lineare, ma immagino che nell'hardware del mondo reale, aumentando la sensibilità si ottengano livelli di rumore molto maggiori).

Detto questo, è facile applicare alcune formule per dedurre quante immagini di un ISO più elevato sono necessarie per compensare il rumore più elevato rispetto a una singola immagine ISO più bassa.

Nello scenario lineare sensibilità-rumore, con lo stesso tempo di esposizione totale, l'errore dovrebbe essere lo stesso ... E vedendo l'eccellente risposta di @Matt Grum, sembra che sia abbastanza vicino alla cosa reale.

— fortran
fonte

1

Questa è l'idea giusta Tuttavia, dobbiamo riconoscere che non tutto il rumore è casuale o indipendente. Le formule SD a cui fai riferimento saranno troppo ottimistiche. A proposito, "sensibilité" (francese) = "sensibilità" (inglese). "Sensibilità" non significa quello che pensi che faccia ...

— Whuber

1

Tecnicamente parlando, l'EV delle due immagini è identico. Stai mantenendo la stessa esposizione con entrambe le impostazioni, l'unica cosa che cambia davvero è il livello di rumore. La quantità di rumore che incontrerai con ISO 3200 sarà abbastanza significativa e anche la fusione di tutte e 5 le immagini probabilmente non produrrà un'immagine con un rumore così basso e una precisione dei dettagli pari a una singola esposizione di 5 secondi a ISO 100.

Hai citato una delle risposte di Matt Grum nella tua risposta, tuttavia quella frase citata afferma esplicitamente with the same amount of light coming into your camera. Se si passa da un'esposizione 1s a ISO 3200, a un'esposizione 5s a ISO 100, si aumenta la quantità di luce che raggiunge il sensore. Con una scena fissa, ISO 100 è probabilmente la scelta migliore. Potresti riuscire a mitigare una certa quantità di rumore mescolando 5 esposizioni ISO 3200 ... ma stai anche aumentando la quantità di rumore di cinque volte! Non solo, ma è probabile che si verifichino sia il rumore di luminanza che il rumore di colore a un ISO così elevato e il rumore di colore è più difficile da identificare e rimuovere senza danneggiare l'accuratezza e i dettagli del colore.

L'unica volta in cui l'uso di un ISO superiore sarebbe migliore è quando fisicamente non hai la possibilità di farlo. Se non sei stato in grado di prendere un'esposizione di 5 secondi e il limite massimo di 1 secondo, l'utilizzo dell'ISO 3200 sarà l'opzione migliore perché ti consente di esporre correttamente. L'utilizzo di ISO 100 e l'aumento di EV con la post-elaborazione a quel punto amplificherebbero digitalmente il rumore che esiste nell'immagine ... che mentre per lo più invisibile in un'immagine non modificata, sarà più invadente del rumore ISO 3200 quando aumenti digitalmente l'esposizione.

— jrista
fonte

Ho scritto quanto sopra supponendo che uno scatto a 1s / ISO 3200 o 5s / ISO 100 abbia prodotto un'esposizione "corretta". Dopo aver riletto la tua domanda, non posso dire se è corretto o meno. Se stai affermando che la fusione di scatti 5 1s / ISO 3200 è NECESSARIA per produrre un'esposizione corretta, allora potresti davvero voler esaminare l'acquisto di un obiettivo ... MOLTO ... più veloce, come sembra che tu stia fotografando in quasi puro oscurità ...

— jrista

L'esposizione non cambierebbe facendo una media delle foto a pari condizioni. Un'altra cosa, stai parlando della quantità di luce che raggiunge il sensore di una sola delle ISO 3200 foto, non delle 5 medie (che insieme fanno 5 secondi) ecco perché ho fatto quella relazione, il tempo totale delle 5 foto (come un gruppo) e la foto ISO 80 è la stessa.

— tomm89,

1

@jrista I sensori digitali si surriscaldano nel tempo e questo può aumentare notevolmente il rumore, quindi un'immagine ISO100 degli anni '30 potrebbe avere più rumore di una serie di ISO1600 2s impiegata in un paio di minuti con brevi spazi tra i due per far raffreddare il sensore.

— Matt Grum,

@jrista C'è una sottigliezza interessante e forse importante qui. Il "composto" del rumore lo divide in due parti: una parte sistematica, comune a tutte le immagini, e un'altra parte, che varia (in modo abbastanza casuale) da un'immagine all'altra. La parte sistematica rimane. La parte variabile segue una legge della radice quadrata: vale a dire, l'ampiezza tipica del rumore nella combinazione di n immagini è circa 1 / Sqrt ( n ) grande quanto l'ampiezza in una singola immagine. Per risolvere questa domanda, ciò di cui abbiamo veramente bisogno è una comprensione più dettagliata e quantitativa di come il rumore varia in base all'ISO.

— whuber

@Matt: Certo, il rumore può aumentare man mano che il sensore si riscalda, tuttavia gli anni '30 non sono così a lungo di un'esposizione nel grande schema delle cose e il rumore causato dall'aumento del calore dovrebbe essere minimo per un'esposizione di 30 anni a ISO 100. Inoltre, il rumore più evidente causato dal calore del sensore è il rumore "a schema fisso", che è molto facile da correggere. Ad ogni modo, immagino che avremmo bisogno di prove empiriche per supportare entrambi i casi.

— jrista

1

L'unico vero svantaggio della tattica dell'esposizione multipla è una probabile perdita di nitidezza, almeno con una reflex dell'otturatore sul piano focale e un treppiede ordinario. I sensori sono davvero minuscoli e assicurarsi che siano esattamente nella stessa posizione per ogni esposizione è difficile. I dorsi multishot (per fotocamere di medio e grande formato) tendono a fare affidamento su ante a battente, blocco dello specchio che si estende su più esposizioni e su un supporto per fotocamera (come una delle mostruose unità Foba) piuttosto che su un treppiede.

Il tipo di perdita di nitidezza di cui sto parlando sarebbe al livello di mettere un filtro passa-basso (antialiasing) molto più forte davanti al sensore. Chiamalo sfocatura di mezzo pixel (è possibile ridurre al minimo qualcosa di più di mezzo pixel spostando le immagini prima della media). Puoi riacquistare un po 'di nitidezza apparente binning dei pixel (una tecnica di ridimensionamento che tratta i pixel quadricipiti come un singolo pixel; una sorta di caso speciale del prossimo vicino).

Le esposizioni lunghe per uno scatto singolo hanno i loro problemi di rumore, in particolare alle alte temperature. Scattare a ISO 100 suona come una buona idea, ma se l'esposizione diventa molto lunga, ci sarà ancora rumore termico - e con una sola copia dell'immagine, sei bloccato con qualsiasi cosa tu ottenga. Un sensore raffreddato attivamente (come su un dorso astronomico) eliminerà in gran parte il problema, ma ciò significa kit specializzati. Tuttavia, puoi essere abbastanza sicuro che il sensore rimarrà più o meno in un punto mentre l'immagine viene registrata, quindi otterrai una migliore nitidezza.

Le tecniche Multishot possono comportare meno rumore rispetto allo scatto singolo, specialmente con un buon algoritmo di combinazione. Se hai abbastanza immagini, puoi eliminare le anomalie statistiche prima di calcolare la media in un dato pixel. Questo è praticamente il modo in cui vengono fatte le immagini astronomiche ad alta risoluzione a bassa magnitudine: una stella non è una stella a meno che non appaia in una chiara maggioranza di acquisizioni e la sua luminosità sia calcolata dalla media.

Puoi spostare le immagini di meno di 1 pixel ricampionando, puoi anche fare qualcosa chiamato super-risoluzione se hai molte immagini disallineate che trattano le posizioni dei sensori non sovrapposte come campioni extra e possono aumentare la risoluzione. vedi en.wikipedia.org/wiki/Super-resolution

— Matt Grum

Super-rez è una buona strategia IR (è ottima per trasformare le immagini di sorveglianza in prove e così via), ma può introdurre artefatti (solo una dichiarazione di consapevolezza; non far sparire l'idea). La mia preferenza è per i pixel con la migliore corrispondenza con una regola di consenso, ma è esattamente questa: la mia preferenza (odio i bordi interpolati - mi sembrano sempre mascherati da contrasto eccessivi ai miei occhi).

0

Una parte della risposta di Matt-Grum qui risolverà il mio dubbio.

Se usi un ISO più basso (con la stessa quantità di luce che entra nella tua fotocamera) otterrai un'immagine sottoesposta e quando la schiarisci in post amplificherai sia il rumore dei fotoni che il rumore di lettura. Il rumore totale sarà quindi maggiore.

— tomm89
fonte

1

La risposta di Matt non si applica davvero qui, poiché stai compensando gli ISO più bassi con un'esposizione più lunga. Aumentando la velocità dell'otturatore a 5 s, si aumenta la quantità di luce che raggiunge il sensore, quindi un ISO inferiore produrrà un rumore più basso. Per favore, vedi il mio contatore per la risposta di Matt nello stesso thread.

— jrista

Ancora una volta, l'esposizione è la stessa in termini di un'immagine media.

— tomm89,

Stai facendo la media delle immagini allo stesso EV allo scopo di ridurre il rumore, non aumentare l'esposizione, quindi confrontare un'immagine ISO 100 equivale a comparare a 1 o 20 immagini ISO 3200 medie.

— jrista