Почему разные образы ISO имеют разные размеры файлов? [дубликат]

Цифровые камеры для экономии места сжимают данные. Подумайте о хранении книги после того, как она была преобразована в цифровой файл. Можно разработать схему, позволяющую исключить все вхождения слова, такие как «the» или «and», заменив их одним символом. Когда данные вызываются и слова отображаются на экране, пропущенные буквы восстанавливаются для облегчения чтения. Используются такие схемы разной сложности, какие-то без потерь, какие-то нет. Все эти различные схемы имеют правила, которые строго соблюдаются. Даже необработанные файлы сжимаются с использованием процедуры без потерь.

Когда вы увеличиваете значение ISO, возможно, вам это неизвестно, часть сигнала изображения будет искажена статическими помехами. Это потому, что чем выше ISO, тем больше усиление. Другими словами, места захвата изображения становятся более чувствительными к свету. Это похоже на увеличение громкости вашего телевизора. Что происходит, так это то, что музыка и голос становятся громче, но стоимость вызывается статикой. В цифровых изображениях мы называем это статическим «шумом».

Теперь чем выше ISO, тем больше «шума», и это портит сигнал. Таким образом, шум добавляет дополнительные данные в файл изображения, заставляя его расширяться. Когда ваша камера находится в автоматическом режиме, логика камеры выбирает, какой ISO использовать, на основе окружающего света, играющего на объекте. При дневном свете окружающее освещение сильное, поэтому выбирается низкое значение ISO. Количество оставшихся изображений, которые вы можете сделать и сохранить на микросхеме памяти, является переменной. Логика камеры пытается оценить, сколько снимков можно сохранить. Более высокое значение ISO требует больше места для хранения. Вы обнаружили, что высокое значение ISO вызывает больше шума, и, следовательно, потребуется больше места для хранения каждого изображения.

Большинство камер используют сжатие без потерь для хранения необработанных файлов изображений. Чем однороднее изображение, тем легче его сжать. Чем разнообразнее изображение, тем сложнее его сжать. Это связано с тем, как работают типы сжатия файлов, используемые для изображений. Вместо того, чтобы описывать отдельные значения каждого пикселя, файл сжатого изображения либо описывает, какие пиксели имеют каждое из диапазона значений, он описывает, где возникают различия в значениях от одного пикселя к другому и насколько велика эта разница, либо он использует сочетание обоих методов. (Эти описания являются грубым упрощением того, как работает необработанное сжатие, но основные концепции верны).

Представьте себе целое изображение, имеющее одинаковую яркость и цвет от одной стороны до другой и сверху донизу. Он будет сжат до очень маленького размера, потому что сжатому файлу нужно описать только один цвет на одном уровне яркости, а затем перечислить нулевые изменения между любыми соседними пикселями. С другой стороны, 14-битный необработанный файл может отображать 16 384 различных значения яркости. Если каждый пиксель изображения имеет другое значение яркости, чем пиксели вокруг него, и все 16 834 значения используются где-то в изображении, файл вообще не может быть сильно сжат, потому что он должен описывать каждое отдельное значение яркости от 0 до 16 383 и записывать изменение яркости между каждым пикселем во всем изображении.

На самом деле большинство изображений находятся где-то посередине этих двух крайностей. Но при прочих равных, чем больше «шума» в изображении, тем больше разнообразие значений общей яркости в изображении и больше разница в яркости между соседними пикселями в изображении.

Как правило, изображения сцены с низким значением ISO более однородны, чем изображения той же сцены с высоким значением ISO. В основном это связано с тем, что мы называем отношением сигнал-шум , также известным как отношение сигнал/шум или SNR . Предполагая ту же сцену, условия освещения, объектив, фокусное расстояние и диафрагму: когда мы повышаем ISO, мы можем сократить время экспозиции. Таким образом, в камеру попадает меньше света. Шум, создаваемый камерой, независимо от того, сколько света попадает в камеру, остается довольно постоянным. Так как сигнал (световая энергия) уменьшается, а шум считывания камеры и шум темнового тока остаются практически постоянными, отношение сигнал/шумуменьшен. Это приводит к меньшей однородности изображения. Правильно экспонированное изображение серо-белой стены с низким значением ISO и более длительным временем затвора имеет пиксели, которые в основном имеют один и тот же цвет. Изображение серо-белой стены с правильной экспозицией при высоком значении ISO и более коротком времени затвора, как правило, показывает гораздо больше яркостного и цветного шума. Шум яркости создает больше вариаций яркости от одного пикселя к другому. Цветовой шум создает больше вариаций цвета от одного пикселя к другому. Чем больше вариаций яркости и цвета имеет изображение, тем меньше его можно сжать без потерь.

Изображения с высоким ISO часто имеют больше шума не потому, что они более «статичны». Они не делают. Это потому, что у них гораздо меньше сигнала, чтобы преодолеть постоянный шум, который всегда присутствует. Когда сигнал достаточно сильный, изображение становится более однородным, и поэтому содержимое может быть сжато более эффективно. Когда в изображении меньше сигнала, шум приводит к меньшей однородности и, следовательно, меньшей сжимаемости. Таким образом, сжатый файл, содержащий данные изображения, больше по размеру и имеет более низкое отношение сигнал/шум, чем сжатый файл, содержащий данные изображения с более высоким отношением сигнал/шум .