Зависит ли шум на изображениях от «мегапикселей» или «ISO»?

У меня вопрос по качеству изображения. Зависит ли шум на изображении от «мегапикселей» или от «ISO»?

Ответы (7)

Шум возникает из-за ряда факторов, см.:

Что такое шум на цифровой фотографии?

Увеличение количества мегапикселей при сохранении всех остальных параметров неизменными (размер сенсора, технология и т. д.) приведет к увеличению шума на пиксель, но также приведет к тому, что шум станет более мелкозернистым, что менее нежелательно.

ISO само по себе не увеличивает шум, только если вы комбинируете увеличение ISO с уменьшением времени затвора/закрытием диафрагмы.

Это [наверное] стоит повторить здесь еще раз...

Увеличение ISO при неизменной выдержке/диафрагме не увеличивает шум :

Вот пример, так как снимок с ISO 100 был недоэкспонирован, повышение ISO до 1600 дало гораздо менее шумный результат!

Я не уверен, почему эта тема ISO всегда вызывает такие острые дебаты.
@fusca: потому что люди путают уровень шума с отношением сигнал/шум, и потому что вам не нужна степень в области оптической техники, чтобы быть хорошим фотографом :)
Поскольку это противоречит здравому смыслу, и поскольку шумные изображения, как правило, были сняты с высоким значением ISO, по ассоциации они приписывают это высокому значению ISO. Поэтому, когда вы приходите и говорите, что «увеличение ISO на самом деле улучшает отношение сигнал/шум (при прочих равных условиях)», люди отказываются принять это, даже когда вы предоставляете результаты простого эксперимента, доказывающего это.
@MattGrum Я что-то здесь упускаю, как вы сделали первую фотографию с той же диафрагмой и выдержкой, что и вторая, но с более высоким ISO, и первая фотография не ярче второй?
@Akram Я применил автоматические уровни к обоим изображениям, чтобы нормализовать яркость, так как хотел сравнить отношение сигнал/шум (что гораздо важнее, чем абсолютный уровень шума).
@AkramMellice Возможно, выключив свет.
@JoshK нет, освещение было идентичным, яркость была выровнена в посте
Ваша демонстрация показывает только эффект одного вида шума, шума квантования. Я не уверен, что это честный тест. Большинство людей выбрали бы разные параметры экспозиции для каждого ISO, чтобы сохранить общую экспозицию одинаковой, а не пытаться манипулировать недоэкспонированным снимком.

Когда дело доходит до ISO , ошибочно говорить, что увеличение ISO увеличивает шум. Это не делает ничего подобного. Причина, по которой высокое значение ISO приводит к шумным изображениям, полностью связано с тем, что для более высокого значения ISO необходимо уменьшить количество света (сигнала), попадающего на матрицу, что в конечном итоге увеличивает коэффициент шума еще до того, как произойдет усиление ISO.

Короткий ответ — и то, и другое, но требует некоторого объяснения.

Мегапиксели. Да, но только если мы говорим о 12MP против 24MP для данного размера сенсора . Проблема не в абсолютном количестве мегапикселей как таковом, а в размере каждого отдельного пикселя. Ведра под дождем - обычная аналогия. По сути, если у вас есть два ведра под дождем, то большее одно с удвоенной площадью, чем другое, большее соберет в два раза больше воды (или фотонов).

Все дело в соотношении сигнал/шум.

Фотон попадает на фотодиод --> фотодиод испускает электрон --> электроны хранятся в ячейке --> аналоговый заряд преобразуется в цифровой сигнал аналого-цифровым блоком (ADU). Во всяком случае, примерно.

введите описание изображения здесь

Уровень усиления, происходящий на этапе ADU, определяется уровнем ISO. Проблема в том, что по пути возникает шум. Под шумом мы подразумеваем нежелательный сигнал — уровень заряда, хранящегося в колодце, не на 100% отражает показания света в идеальном мире. Этому есть разные причины (некоторые из них естественны и их нельзя избежать -- подробности [здесь][2]). При более высоких уровнях ISO сигнал необходимо усиливать еще больше, увеличивая влияние этого нежелательного шума в процентах от общего сигнала.

Следующие цифры произвольны, но давайте просто скажем, что при ISO 100 у вас было 4 единицы шума из 12,5 собранных единиц сигнала, а при ISO 400 у вас было 4 единицы из 10 собранных единиц. Примечание...

  • уровень шума до усиления не зависит от выбранного значения ISO).
  • при ISO 400 собирается 1/4 света (ISO 400 на два шага выше ISO 100). Удвойте ISO, вдвое уменьшите количество собранного света.

Процесс усиления должен довести сигнал до 100.

  • ISO 100 (x2): 8/100 = 8% шума.
  • ISO 400 (x8): 32/100 = шум 32%.

Так что увеличение ISO приводит к большему количеству шума. Если бы наши отдельные пиксели были в два раза больше, так что усиление не требовалось (опять же, это просто для объяснения концепции), тогда было бы верно следующее.

  • ISO 100: 4 единицы шума на 100 единиц общего сигнала (4%)
  • ISO 400: 4 единицы шума на 25 единиц общего сигнала (16%).

... и шума бы поубавилось.

Оба этих фактора могут влиять на шум. Из этих двух эффектов эффект ISO наиболее заметен. Все цифровые камеры демонстрируют шум изображения, который увеличивается с увеличением ISO. В зависимости от камеры вы можете увидеть небольшой шум или его отсутствие, например, при ISO 100, и пропорционально больше, когда вы приближаетесь к максимальному значению ISO для вашей камеры (обычно от 1600 до 6400 или более). Существует множество примеров этого практически для каждой камеры на рынке (обзоры для каждой конкретной камеры часто показывают примеры).

Размер изображения (мегапиксели) не влияет на шум напрямую , но косвенно влияет на шум, если учесть два сенсора одинакового размера. В этом случае, при прочих равных условиях, датчик с большим мегапикселем будет показывать больше шума как побочный эффект попытки «втиснуть» больше пикселей на датчик аналогичного размера. Хотя это может быть показано в некоторых случаях в линейке камер, этот фактор может быть трудно определить, потому что камеры также часто имеют модернизированный датчик или технологию обработки, которая более эффективно справляется с шумом.

На этом сайте уже есть несколько отличных ответов, касающихся конкретных аспектов шума. Если вы ищете «шум», вы найдете все виды отличного чтения .

Все цифровые камеры демонстрируют шумы изображения, которые увеличиваются при увеличении ISO . На самом деле, шум увеличивается только при уменьшении количества поступающего света. Увеличение ISO при сохранении той же скорости затвора и диафрагмы приведет к уменьшению шума (или обрезке светлых участков).
Спасибо, Мэтт; да. Итак, увеличивая ISO при сохранении эквивалентной яркости (как показано на гистограмме)....
Не уверен, за что минусы. Повышение ISO действительно увеличивает шум. Результирующее изображение может выглядеть лучше, потому что в условиях большого количества света соотношение сигнал/шум будет хорошим, независимо от ISO. По крайней мере, я на это надеюсь, а то мой профессор по радиометрии мне наврал :)
@Colin: Повышение ISO увеличивает шум, если диафрагма и/или выдержка отрегулированы для уменьшения количества света, попадающего на сенсор , как это обычно бывает в режимах автоэкспозиции. Для некоторых людей это предположение настолько естественно, что слишком очевидно, чтобы его констатировать. Для других это предположение настолько отвратительно, что они покрываются крапивницей.
@coneslayer: Ну, это прекрасный способ взглянуть на это, и фотографы, конечно, используют другую терминологию, чем физики, но факт в том, что при прочих равных условиях более высокий ISO означает более высокий уровень шума. Однако это НЕ означает худшее отношение сигнал/шум , и это то, что действительно определяет, насколько «шумной» выглядит фотография.
Однако это не так. Посмотрите на пример, который я разместил. Повышение ISO значительно уменьшило шум.
@ Колин, хорошо, я не понял, что ты различаешь шум как таковой и SNR. Как вы заметили, именно SNR влияет на появление шума, поэтому мы почти никогда не заботимся о шуме как таковом в фотографии.
@Matt Grum: Но что вам нужно было сделать, чтобы сделать эти фотографии? С теми же настройками затвора и диафрагмы вы, должно быть, либо использовали много ND на снимке с высоким ISO, либо сильно увеличили яркость изображения при постобработке для изображения с низким ISO (или каким-либо другим образом манипулируя уровнем освещенности). Это означает, что отношение сигнал/шум на матрице на самом деле было намного хуже при съемке с низким значением ISO. Это изменило фактическое SNR на датчике, поэтому все, что вы делаете после этого, чтобы сделать изображения сопоставимыми, будет усиливать много шума в более тусклом изображении.
@Colin, извините, я не читал немного об SNR, да, вы получаете более высокий абсолютный уровень шума при увеличении ISO, но вы получаете лучшее отношение сигнал / шум. Когда я говорю о шуме, я имею в виду отношение сигнал/шум, поскольку именно оно определяет количество шума, которое вы видите на изображении. Чтобы ответить на ваш вопрос, снимок ISO100 был недоэкспонирован. Увеличивая экспозицию в цифровом виде, я усилил как шум изображения, так и шум чтения, что дало худшее соотношение сигнал/шум по сравнению с изображением с высоким значением ISO, усиленным аналоговым сигналом.
@Matt: Тогда это была правильная экспозиция, которая дала вам лучшее SNR. Применение усиления к сигналу (аналоговому или цифровому) в лучшем случае не влияет на SNR, а на практике даже несколько снижает SNR. Более высокое значение ISO дает вам лучшее соотношение сигнал/шум только тогда, когда оно позволяет вам получить лучшую экспозицию. Ваша демонстрация была ошибочной в том смысле, что снимок с ISO 100 был неправильно экспонирован. Если вы повторите тест, но используете фильтры нейтральной плотности или измените освещение, чтобы правильно экспонировать снимок с низким ISO, он будет иметь равное или лучшее отношение сигнал/шум, чем снимок с высоким ISO.

Основная причина шума на изображении связана с фотонным шумом в результате недостаточного сбора света... Этот шум возникает из-за хаотичности света/фотонов. Когда собирается очень мало света, более вероятно, что сенсоры (пиксели) будут получать неадекватное освещение или вообще не получать его. Думайте об этом, как о нахождении под дождем... короткое воздействие легкого душа, и вы не будете полностью промокшими/покрытыми.

ISO просто позволяет собрать меньше света (меньше диафрагма/быстрее SS).

Больше MP (сенсоров/площадей) просто делит свет, который собирается дальше (больше зависит от случайности). Но если размеры датчиков одинаковы и изображения отображаются с одинаковым физическим размером, то изображения будут иметь одинаковую освещенность в каждой области и, следовательно, одинаковые шумовые характеристики, независимо от количества мегапикселей.

Уже есть хорошие ответы. Мои 2 цента. Я пытаюсь составить полный список.

Факторы, влияющие на ISO:

  1. Количество света, попадающего на датчик. Меньше света больше шума. Вы можете в какой-то степени контролировать его, манипулируя диафрагмой и выдержкой или добавляя больше света в сцену.

  2. Качество сенсора. Говорит сам за себя.

  3. Площадь датчика. Чем больше, тем меньше шума.

  4. Рабочая температура датчика. Чем холоднее, тем меньше шума.

  5. Площадь на сенсор (пиксель) здесь немного влияет на мегапиксели, но эта переменная компенсируется площадью сенсора. Если два датчика имеют одинаковый размер, но разное количество мегапикселей, меньший мегапиксель будет иметь меньше шума, но аналогичный результат может быть достигнут путем передискретизации большего количества мегапикселей в меньшее.

  6. Увеличение сигнала. См. пункт 7.

  7. Вычисления, сделанные камерой, чтобы компенсировать это. Здесь в игру вступает ISO, алгоритм, используемый для повышения ISO, рассчитывается для конкретных характеристик сенсора. Вот одно из преимуществ использования более современных процессоров, помимо более современных сенсоров. Еще одно вычисление, которое можно выполнить, — это усреднение снимка с длинной выдержкой.

  8. Количество манипуляций, которые пользователь выполняет с файлом, ссылаясь на то, насколько сильно усиливаются тени с использованием, например, кривых.

  9. Постобработка файла с использованием алгоритма шумоподавления.

  10. Некоторые другие методы шумоподавления, такие как объединение разных кадров. Это похоже на количество света, попадающего на датчик (точка 1), но делается искусственно.

  11. Любая передискретизация выполняется в файле. Передискретизация файла с шумом с использованием алгоритма усреднения, такого как бикубический, сгладит его. См. пункт 5.

Каждый

Ответ: ИСО

Примеры:

  • ISO 80 (низкое ISO) -> изображение без шума

  • ISO 6400 (высокое ISO) -> изображение с большим количеством шума

Если вы поднимете уровень ISO, вы сделаете фото более шумным.

Обратный пример: ISO 100 (низкое ISO) -> изображение с большим количеством шума, ISO 6400 (высокое ISO) -> изображение с небольшим шумом. Доказательство: mattgrum.com/ISOcomparison/ISO_100_vs_ISO_1600.jpg
@Matt: Вы, безусловно, правы, но я думаю, что большинство фотографов думают о вещах так: когда вы увеличиваете ISO, вы компенсируете это увеличение более короткой выдержкой или меньшей диафрагмой, чтобы получить (примерно) ту же фотографию. (В большинстве режимов автоэкспозиции такой образ мышления соответствует механике съемки.) Я думаю, нам лучше поощрять людей высказывать это предположение в своих работах, а не просто говорить, что они неправы.
Итак, каждое шумное изображение с высоким значением ISO будет еще более шумным, если оно будет снято с более низким значением ISO. Точно так же каждое шумное высокое значение ISO будет менее шумным, если снимать с более длинной выдержкой. Поэтому я не понимаю, почему люди называют это «высоким шумом ISO», а не «недостаточным световым шумом». ISO не создает шума, а это именно то, что подразумевают такие утверждения, как «все цифровые камеры демонстрируют шум изображения, который увеличивается с увеличением ISO». Если вместо этого вы скажете, что «все цифровые камеры демонстрируют шум, который увеличивается по мере уменьшения поступающего света», вы будете правы без необходимости делать какие-либо предположения!
«Хорошо, поэтому каждое шумное изображение с высоким значением ISO будет еще более шумным, если оно будет снято с более низким значением ISO». Только при вашем невысказанном предположении, что выдержка и диафрагма остаются фиксированными. Это не обязательно то, как на самом деле думают о вещах большинство фотографов.
Зависит ли шум на изображениях от «мегапикселей» или «ISO»?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v