Почему повышение ISO делает качество изображения более низким, хотя мои измерения показывают, что это не так?

Question

Я знаю, что это может перефразировать одну из самых обсуждаемых тем, но я хотел бы взять немного другое направление и запросить информацию. Прежде всего, я знаком с электротехникой и механизмами, связанными с изменением усиления камеры, обычно описываемыми в сообществе DSLR как ISO. Я так понимаю, что это меняет емкость электронной ячейки, что приводит к более быстрому датчику для каждого пикселя / фотодиода. Однако я пытаюсь обосновать теорию и реальность.

Я провел должную осмотрительность с моими Canon 70d и 6d и измерил шум чтения, тепловой шум как функцию времени для различных застойных температур окружающей среды, измерил усиление электронов на ADU при большинстве ISO, определил размер электронной ячейки в фотонов на ADU и, что наиболее важно, провели аналогичные измерения отношения сигнал / шум для разных времен экспозиции (в темной рамке) при различных ISO. В моих измерениях, как и предсказывала теория, в то время как шум увеличивается в зависимости от ISO, отношение сигнал / шум увеличивается.

Это может привести к тому, что при должной экспозиции изображений с высоким ISO при постобработке вы можете потерять некоторые эффекты сигнала, сложив, вычтя смещение и темнотермические кадры и отрегулировав канал яркости, что вы все равно получите превосходное изображение благодаря тому, что вы начали с гораздо большим эффектом сигнала, чем шума. Тем не менее, реальность постоянно представляла другую ситуацию, когда мой ISO увеличивает лучшее изображение, которого я могу достичь после постобработки, во многих случаях уступает тому, что было получено при более низком ISO, особенно если съемка замедленная, когда наложение и вычитание кадра гораздо более непрактично. Для кадрирующих кадров я обнаружил, что никогда не смогу получить ISO более 1000, а для полнокадровых камер мне трудно получить ISO 2500 без наложения зернистости, которая выглядит неестественно, несмотря на то, что я вижу много людей, снимающих при 25000 и выше , Я хотел бы услышать комментарии от всех заинтересованных лиц, объясняющие, почему более высокое отношение сигнал / шум редко приводит к улучшению изображения, или опровержение этой идеи, если у кого-то такая есть.

Answer 1

Я полагаю, что это может быть недостатком в вашем тестировании. Повышение ISO не должно давать вам более высокое отношение сигнал / шум (или полезный динамический диапазон).

Вы повышаете минимальный уровень шума без соответствующего увеличения динамического диапазона на ярком конце. Таким образом, вы должны остаться с более низким динамическим диапазоном. Не было бы возможности пойти другим путем.

Возможно ли, что ваше тестирование не проверяло полный динамический диапазон (между минимальным уровнем шума и самой легкой точкой без ограничения) для каждого ISO или что вы сделали ложные предположения, такие как не компенсация усиления, вызванного повышением ISO? Например, фотографирование с более высоким ISO, но с точно таким же освещением, затвором и диафрагмой увеличит интенсивность изображения номинально на ту же величину, что и интенсивность шума, что может создать впечатление, что вы не потеряли детали в отношении шума однако на другом конце это также будет означать, что самые яркие интенсивности, которые не были обрезаны, теперь обрезаются, потому что общая экспозиция также выше.

В реальной ситуации, когда вы решите повысить ISO, вы сможете эффективно использовать более короткую выдержку для выравнивания экспозиции. При этом, т. Е. При сохранении конечной экспозиции на том же уровне, вы обнаружите, что теряете детализацию в минимальном уровне шума, сохраняя то же ограничение отсечения на верхнем конце, что приводит к чистому уменьшению до полезного динамического диапазона.

Answer 2

В этом ответе ISO, выдержка и диафрагма являются независимыми параметрами.

1) Да, установка более высокого значения ISO почти всегда приведет к улучшению SNR - потому что происходит дополнительное аналоговое усиление. Однако есть исключения из этого правила: Canon 6D дает лучшее SNR при ISO51200, чем при ISO102400.

Скажем, у вас есть 100 минут для записи какой-то темной сцены, и вы можете делать выдержки 10х10 мин при экспозициях ISO100 или 100х1 мин при ISO1000. В этом случае почти каждый доступный цифровой датчик будет экспортировать лучший материал по ISO1000.

2) Установка более высокого значения ISO в режиме S или A всегда приведет к ухудшению SNR, потому что меньшее количество света достигает датчика.

3) Люди снимают только по ISO25600, потому что они изменяют размеры для веба или используют шумоподавление.

4) Относительно вашего опыта с промежутком времени: не совсем понятно, что вы сравниваете с чем. Если вы оставите exposure/(F^2) таким же, тогда у вас наверняка будет лучшее SNR.