Czy jest jakaś różnica szumów między zdjęciami uśrednionymi a długimi czasami naświetlania?

Załóżmy, że jestem na statywie i fotografuję idealnie nieruchomą scenę (również ciemną) i robię te zdjęcia:

• 5 zdjęć przy ekspozycji ISO 3200 i 1 s
• 1 zdjęcie przy ekspozycji ISO 100 i 5s

Pomiędzy przedmiotami występuje wspólna rzecz: jest to łączny wykorzystany czas.

EV pierwszego przedmiotu jest znacznie wyższa, prawda? Załóżmy teraz, że uśredniam 5 zdjęć przy ISO 3200, aby zredukować szumy, tworząc pojedynczy obraz.

Następnie robię zdjęcie ISO 100 i dostosowuję poziomy (które zwiększają szum), aby osiągnąć tę samą EV zmieszanego zdjęcia, w taki sposób, że jeśli spojrzę na te 2 zdjęcia z daleka, wyglądałyby tak samo.

Czy poziom hałasu byłby równy, porównując zdjęcie mieszane i zdjęcie dostosowane do poziomów?

Mam nadzieję, że rozumiesz mój punkt widzenia.

EDYTOWAĆ

W odpowiedzi na komentarz Drawbenna

Ponadto nie sądzę, że mieszanie 5 zdjęć zmniejszy szum tak, jak myślisz

Łączenie zdjęć znacznie redukuje szum, w rzeczywistości oto przykład:

Zrobiłem 20 zdjęć drzewa z: ISO 1600, F4.1 i 2s exp. Górny obraz pokazuje, ile szumów ma każdy z tych obrazów. Niższy pokazuje wynik uśrednienia 20 zdjęć w jednym.

Sory za złe nastawienie.

Jak widać, hałas zostaje prawie całkowicie usunięty

EDYCJA 2

Dla tych, którzy pytają, użyłem bardzo prostego polecenia imagemagick, aby uśrednić obrazy:

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

Jeśli mam trochę czasu później, spróbuję przeprowadzić jeden z tych eksperymentów, o których mówisz. Wydaje mi się, że nie ma statycznego wzoru i będzie się różnić w zależności od aparatu.

EDYCJA 3

Zrobiłem też eksperyment nieco inaczej:

To jest scena:

Zrobiłem te zdjęcia (przysłona jest zawsze taka sama), użyłem trybu ręcznego.

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

Każdy zestaw ma dokładnie taką samą EV, są to wyniki w tej samej kolejności:

Wydaje się, że im wyższa ISO, tym mniej hałasu, ale także mniej szczegółów.

Pod warunkiem, że obraz ISO100 nie był niedoświetlony, nie spodziewałbym się zauważalnej redukcji szumów (z wyjątkiem być może w głębokich cieniach) dzięki połączeniu 5 1-sekundowych obrazów ISO1600.

W innym niesławnym wątku wykazałem, że ISO 1/100 s będzie zawierało więcej szumów (niższy stosunek sygnału do szumu) niż obraz ISO 1600 1/30 s. Taka sama ilość, jeśli światło, ale wyższy ISO miał mniej hałasu.

Powodem tego było to, że szum odczytu jest proporcjonalnie większy na obrazie ISO100 (ponieważ odczyt następuje po wzmocnieniu). W „prawidłowo” naświetlonej ISO100 szum odczytu jest tak mały w porównaniu z sygnałem, że jakakolwiek redukcja szumu odczytu prawdopodobnie nie jest zauważalna.

edycja: właśnie przeprowadziłem eksperyment

Zrobiłem jedno zdjęcie z ISO100 16 sekund i 16 zdjęć z ISO1600, ale tylko 1 sekundę. Wszystkie obrazy były dobrze naświetlone. Poniżej znajdują się dwie uprawy, górny rząd to pojedynczy obraz ISO1600, a dolne dwa to 16 obrazów ISO1600 uśrednionych w Photoshopie i obraz ISO100. Nie powiem ci, w jaki sposób omijają się dwie dolne części, żeby sprawdzić, czy ktoś rzeczywiście potrafi odróżnić - z pewnością nie mogę!

To bardzo miłe pytanie, ale obawiam się, że odpowiedź jest całkowicie zależna od wydajności czujnika i krzywych odpowiedzi bodźca.

Jeśli uważamy hałas za błąd między kolorem rzeczywistym a zmierzonym kolorem, możemy użyć modelu statystycznego, aby dowiedzieć się, ile próbek z większym błędem musimy pobrać, aby uzyskać taki sam błąd jak pojedyncza, dokładniejsza próbka . Ale aby to zrobić, najpierw potrzebujemy:

• Funkcja dystrybucji hałasu (może to być rozkład normalny, ale nie jestem pewien, inżynier elektryk, który lepiej wie, jak działają czujniki, może rzucić nieco światła na tę sprawę). Ale przypominając sobie moje lekcje statystyki, myślę, że w tym przypadku nie ma to żadnego znaczenia.
• Funkcja, która wiąże czułość z szumem (w idealnym czujniku, myślę, że powinna być liniowa, ale wydaje mi się, że w prawdziwym sprzęcie, zwiększenie czułości daje znacznie większe poziomy hałasu).

Dzięki temu łatwo jest zastosować pewne formuły, aby wydedukować, ile zdjęć o wyższej czułości ISO potrzebujesz, aby skompensować większy szum w porównaniu z pojedynczym obrazem o niższej ISO.

W scenariuszu liniowej wrażliwości na hałas przy tym samym całkowitym czasie ekspozycji błąd powinien być taki sam ... I widząc doskonałą odpowiedź @Matta Gruma, wydaje się, że jest bardzo zbliżony do rzeczywistości.

Technicznie rzecz biorąc, EV tych dwóch obrazów jest identyczny. Utrzymujesz tę samą ekspozycję przy obu ustawieniach, jedyną rzeczą, która naprawdę się zmienia, jest poziom hałasu. Ilość szumów, które napotkasz przy ISO 3200, będzie dość znacząca, a nawet połączenie wszystkich 5 zdjęć prawdopodobnie nie da obrazu tak niskiego szumu i drobnych szczegółów, jak pojedyncze 5 sekundowe naświetlenie przy ISO 100.

Zacytowałeś jedną z odpowiedzi Matta Gruma we własnej odpowiedzi, jednak cytowane oświadczenie wyraźnie stwierdza with the same amount of light coming into your camera. Jeśli zmienisz ekspozycję z 1s przy ISO 3200, na 5s przy ISO 100, zwiększasz ilość światła docierającego do czujnika. Przy nieruchomej scenie ISO 100 najprawdopodobniej będzie najlepszą opcją. Możesz być w stanie złagodzić pewną ilość hałasu, mieszając 5 ekspozycji ISO 3200 ... ale również zwiększasz poziom hałasu pięć razy! Co więcej, przy tak wysokim ISO możesz spotkać zarówno szum luminancji, jak i szum koloru, a szum koloru jest trudniejszy do zidentyfikowania i usunięcia bez uszkodzenia dokładności i szczegółów kolorów.

Jedynym momentem, w którym użycie wyższego ISO byłoby lepsze, jest fakt, że fizycznie nie masz takiej możliwości. Jeśli nie byłeś w stanie wykonać ekspozycji 5s i byłeś ograniczony do 1s jako maksimum, wtedy użycie ISO 3200 będzie najlepszą opcją, ponieważ pozwala na prawidłową ekspozycję. Użycie ISO 100 i zwiększenie EV z przetwarzaniem końcowym w tym momencie cyfrowo wzmocniłoby szum, który istnieje na obrazie ... który jest w większości niewidoczny na niezmodyfikowanym obrazie, będzie bardziej inwazyjny niż szum ISO 3200, gdy cyfrowo zwiększysz ekspozycję.

Jedyną prawdziwą wadą taktyki wielokrotnej ekspozycji jest prawdopodobna utrata ostrości, przynajmniej w przypadku lustrzanki z płaszczyzną ogniskowej i zwykłego statywu. Małże są naprawdę małe, a upewnienie się, że znajdują się w dokładnie tym samym miejscu, przy każdej ekspozycji jest trudne. Wielostrzałowe plecy (w aparatach średnich i dużych formatach) polegają raczej na okiennicach, blokowaniu lustra, które rozciąga się na wiele ekspozycji i stojaku na aparat (jak jedna z potwornych jednostek Foba), a nie na statywie.

Rodzaj utraty ostrości, o którym mówię, polega na umieszczeniu przed czujnikiem znacznie mocniejszego filtra dolnoprzepustowego (antyaliasingu). Nazwij to rozmyciem półpiksela (cokolwiek więcej niż pół piksela można zminimalizować, przesuwając obrazy przed uśrednieniem). Można odzyskać widoczną ostrość, dzieląc piksele (technika skalowania w dół, która traktuje piksele pikselowe jako pojedynczy piksel; rodzaj specjalnego przypadku następnego sąsiada).

Długie ekspozycje dla pojedynczego zdjęcia mają swoje własne problemy z hałasem, szczególnie w wysokich temperaturach. Fotografowanie z czułością ISO 100 wydaje się dobrym pomysłem, ale jeśli ekspozycja będzie naprawdę długa, nadal będzie szum termiczny - i tylko z jedną kopią obrazu utkniesz z tym, co dostajesz. Aktywnie chłodzony czujnik (jak na astronomicznym grzbiecie) w dużej mierze wyeliminuje problem, ale oznacza to specjalistyczny zestaw. Jednak możesz być całkiem pewien, że czujnik pozostanie mniej więcej w jednym miejscu podczas rejestrowania obrazu, dzięki czemu uzyskasz lepszą ostrość.

Techniki wielostrzałowe mogą powodować mniejszy hałas niż pojedynczy strzał, szczególnie przy dobrym algorytmie łączenia. Jeśli masz wystarczająco dużo zdjęć, możesz wyrzucić anomalie statystyczne przed uśrednieniem dla danego piksela. Tak właśnie robione są zdjęcia astronomiczne o wysokiej rozdzielczości i niskiej jasności - gwiazda nie jest gwiazdą, chyba że pojawi się w wyraźnej większości ujęć, a jej jasność oblicza się na podstawie uśrednienia.

Część odpowiedzi Matt-Grum tutaj rozwiąże moje wątpliwości.

Jeśli użyjesz niższego ISO (przy tej samej ilości światła wpadającego do twojego aparatu), otrzymasz niedoświetlony obraz, a po rozjaśnieniu go na słupku zwiększysz zarówno szum fotonu, jak i szum odczytu. Twój całkowity hałas będzie wtedy wyższy.