Чи є різниця в шумі між усередненими та тривалими фотографіями експозиції?

Припустимо, я перебуваю на штативі, фотографую ідеально нерухому сцену (також темну), і я роблю ці фотографії:

• 5 фотографій при ISO 3200 та 1 експозиція
• 1 фото при експозиції ISO 100 та 5s

Між предметами існує загальна річ, і це загальний використаний час.

EV першого пункту набагато вищий, правда? Тепер припустимо, що я порівнюю 5 фотографій на ISO 3200 для зменшення шуму, створюючи єдине зображення.

Після цього я беру фотографію ISO 100 і налаштовую рівні (які б підвищували рівень шуму), щоб досягти того самого EV змішаної фотографії, таким чином, якщо я дивлюся ці 2 фотографії здалеку, вони виглядатимуть однаково.

Чи був би рівень шуму рівним, порівнюючи змішану фотографію та рівень коригуваної фотографії?

Сподіваюся, ви зрозуміли мою думку.

EDIT

У відповідь на коментар Дребенна

Крім того, я не думаю, що змішування 5 фотографій зменшить шум так, як ви думаєте

Фото, що змішуються, значно зменшують шум, адже ось такий приклад:

Я зробив 20 фотографій дерева з: ISO 1600, F4.1 та 2s exp. На верхньому зображенні показано, скільки шуму має будь-яке із цих зображень. Нижній показує результат усереднення 20 фотографій в одній.

Вибачте за поганий фокус.

Як бачите, шум майже повністю видаляється

EDIT2

Для тих, хто запитує, я використав дуже просто команду imagemagick, щоб оцінити зображення:

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

Якщо у мене з’явиться трохи пізніше, я спробую провести один із тих експериментів, про які ти говориш. Я думаю, що немає статичного малюнка, і він буде змінюватися в кожній камері.

EDIT3

Я також провів експеримент трохи більше:

Це Сцена:

І я робив ці набори фотографій (діафрагма завжди однакова), я використовував ручний режим.

• 01 @ ISO 100, 0,6s
• 02 @ ISO 200, 0,3 с (усереднено пізніше)
• 04 @ ISO 400, 1 / 6s (усереднено пізніше)
• 08 @ ISO 800, 1 / 13s (усереднено пізніше)
• 16 @ ISO 1600, 1 / 25s (усереднено пізніше)

Кожен набір має точно такий самий EV, це результати, в одному порядку:

Здається, що чим вище ISO, тим менше шуму, але й менше деталей.

За умови, що ваше зображення ISO100 не було піддано експоненції, я не очікував би помітного зниження шуму (крім, можливо, в глибоких тінях) 5-секундних зображень ISO1600, змішаних разом.

У сумнозвісному іншому потоці я продемонстрував, що 1 / 30s ISO100 буде містити більше шуму (нижчий коефіцієнт сигнал / шум), ніж 1 / 30s зображення ISO1600. Така ж кількість, якщо світло, але вище ISO, було менше шуму.

Причиною цього було те, що шум читання пропорційно більший у зображенні ISO100 (як показання відбувається після посилення). У "правильно" оголеному ISO100 шум читання настільки малий порівняно з сигналом, що будь-яке зниження шуму читання, ймовірно, не помітно.

редагувати: щойно робив експеримент

Я знімав одну фотографію на ISO100 16 секунд і 16 знімків на ISO1600, але лише 1 секунду. Всі зображення були добре експоновані. Далі - дві культури, верхній ряд - це одне зображення ISO1600, а в нижньому - 16 зображень ISO1600, усереднених у Photoshop, та зображення ISO100. Я не скажу вам, який шлях навколо двох нижчих, щоб побачити, чи дійсно хтось може сказати різницю - я, звичайно, не можу!

Це дуже приємне запитання, але я побоююсь, що відповідь повністю залежить від працездатності датчика та його кривих стимульних реакцій.

Якщо ми вважаємо шум як помилку між реальним кольором і вимірюваним кольором, ми можемо використовувати статистичну модель, щоб дізнатися, скільки зразків з більшою помилкою ми повинні взяти, щоб мати ту саму помилку, як один більш точний зразок . Але для цього потрібно спочатку:

• Розподільна функція шуму (це може бути нормальне розподіл, але я точно не знаю, інженер-електрик, який краще знає, як працюють датчики, може кинути світло в цю справу). Але, згадуючи мої уроки статистики, я думаю, що це взагалі не має значення.
• Функція, що пов'язує чутливість до шуму (в ідеальному сенсорі, я думаю, він повинен бути лінійним, але я думаю, що в реальному апаратному забезпеченні підвищення чутливості дає значно більший рівень шуму).

Маючи це, легко застосувати деякі формули, щоб визначити, скільки знімків вищого ISO вам потрібно, щоб компенсувати більш високий шум порівняно з однією нижньою картиною ISO.

У сценарії лінійної чутливості до шуму з однаковим загальним часом опромінення помилка повинна бути однаковою ... І, бачачи відмінну відповідь @Matt Grum, здається, що вона досить близька до реальної речі.

Технічно кажучи, EV двох зображень однаковий. Ви підтримуєте однакову експозицію з обома налаштуваннями, єдине, що дійсно змінюється, - це рівень шуму. Кількість шуму, з яким ви зіткнетесь з ISO 3200, буде досить значним, і навіть змішування всіх 5 зображень разом, ймовірно, не збирається створювати зображення з настільки низьким рівнем шуму та тонкою деталізацією, як одноразова експозиція на 5 секунд при ISO 100.

Ви цитували один із відповідей Метта Ґрама у власній відповіді, однак це твердження прямо вказано with the same amount of light coming into your camera. Якщо ви переходите від 1-го експозиції на ISO 3200, до 5-ти експозиції при ISO 100, ви збільшуєте кількість світла, що досягає вашого датчика. З нерухомою сценою ISO 100 все ще, швидше за все, стане найкращим варіантом. Ви, можливо, зможете зменшити певну кількість шуму, змішавши 5 експозицій ISO 3200 ... але ви також зменшуєте кількість шуму в п’ять разів! Мало того, але ви, швидше за все, зіткнетеся як з шумом яскравості, так і з кольоровим шумом при такому високому ISO, а кольоровий шум важче визначити та видалити, не пошкодивши кольорову точність та деталізацію.

Єдиний час, коли використовувати більш високу ISO було б краще - це коли ти фізично не маєш можливості цього робити. Якщо ви не змогли здійснити експозицію за 5 секунд і були обмежені 1, як ваш максимум, то використання ISO 3200 стане найкращим варіантом, тому що дозволяє правильно викрити. Використання ISO 100 та збільшення EV з подальшим обробкою в цій точці цифровим чином посилить шум, який існує на зображенні ... який, в основному, невидимий на немодифікованому зображенні, буде більш нав'язливим, ніж шум ISO 3200, коли ви цифрово збільшуєте експозицію.

Єдиним реальним недоліком тактики багаторазового впливу є ймовірна втрата різкості, принаймні, з зеркальною дзеркалю фокусної площини затвора та звичайним штативом. Мідзеї справді крихітні, і впевнитись, що вони знаходяться в абсолютно одному місці для кожного опромінення, важко. Задні мультишотові камери (для камер середнього та великого формату), як правило, покладаються на стулки, дзеркальне кріплення, яке поширюється на декілька експозицій, та підставку для камери (як один із монстровських Foba), а не на штатив.

Втрата різкості, про яку я говорю, була б на рівні встановлення набагато сильнішого низькочастотного (антиалійного) фільтра перед сенсором. Назвіть це розмиття в півпікселя (що-небудь більше, ніж на половину пікселя можна мінімізувати, зміщуючи зображення перед усередненням). Ви можете повернути деяку явну різкість за допомогою бінінгу пікселів (техніка зменшення масштабів, яка розглядає пікселі квадроцикли як один піксель; такий собі особливий випадок сусіднього сусіда).

Тривалі витримки для одного знімка мають свої проблеми із шумом, особливо при високих температурах. Зйомка на ISO 100 звучить як гарна ідея, але якщо експозиція стане дійсно довгою, все ще буде тепловий шум - і лише з однією копією зображення ви застрягли в тому, що отримаєте. Активно охолоджений датчик (як на астрономічній спинці) значною мірою усуне проблему, але це означає спеціалізований комплект. Однак ви можете бути впевнені, що датчик буде залишатися більше або менше на одному місці під час запису зображення, тому ви отримаєте кращу чіткість.

Технології мультишоту можуть спричинити менше шуму, ніж один знімок, особливо при хорошому комбінованому алгоритмі. Якщо у вас достатньо зображень, ви можете викинути статистичні аномалії перед усередненням будь-якого пікселя. Ось так багато, як зроблені астрономічні знімки з високою роздільною здатністю - зірка не є зіркою, якщо вона не відображається в явній більшості знімань, а її яскравість враховується усередненням.

Частина відповіді Метта Ґрума тут вирішила б мої сумніви.

Якщо ви використовуєте більш низький рівень ISO (з такою ж кількістю світла, що потрапляє у вашу камеру), ви отримаєте недоекспонований образ, і коли ви будете його яскравіше, ви посилите як фотонний шум, так і шум читання. Тоді ваш загальний шум буде вище.