Есть ли разница между усредненными фотографиями и фотографиями с большой выдержкой?

Question

Давайте предположим, что я на штативе, фотографирую совершенно неподвижную сцену (также темную) и делаю следующие фотографии:

• 5 фотографий при ISO 3200 и 1 с выдержкой
• 1 фото при ISO 100 и 5 с выдержкой

Есть что-то общее между предметами, и это общее время, использованное.

EV первого предмета намного выше, верно? Теперь предположим, что я усредняю ​​5 фотографий при ISO 3200, чтобы уменьшить шум, создавая одно изображение.

После этого я делаю снимок ISO 100 и настраиваю уровни (что увеличило бы шум), чтобы достичь того же EV смешанного фото, чтобы, если я посмотрю эти 2 фотографии издалека, они выглядели одинаково .

Будет ли уровень шума равным, сравнивая смешанную фотографию и фотографию, скорректированную по уровням?

Надеюсь, вы понимаете мою мысль.

EDIT

В ответ на комментарий Дрюбенна

Кроме того, я не думаю, что смешивание 5 фотографий уменьшит шум так, как вы думаете

Смешивание фотографий значительно снижает шум, на самом деле вот пример:

Я сделал 20 фотографий дерева с: ISO 1600, F4.1 и 2s exp. Верхнее изображение показывает уровень шума на любом из этих изображений. Нижняя показывает результат усреднения 20 фотографий в одной.

Извините за плохой фокус.

Как видите, шум почти полностью удаляется

EDIT2

Для тех, кто спрашивает, я использовал очень простую команду imagemagick для усреднения изображений:

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

Если через некоторое время я попытаюсь провести один из тех экспериментов, о которых вы говорите. Я думаю, что нет статического рисунка, и он будет отличаться на каждой камере.

EDIT3

Я также провел эксперимент немного по-другому:

Это сцена:

И я сделал этот набор фотографий (диафрагма всегда одинакова), я использовал ручной режим.

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

Каждый набор имеет одинаковый EV, это результаты в том же порядке:

Кажется, что чем выше ISO, тем меньше шума, но и меньше деталей.

Answer 1

Если ваше изображение ISO100 не было недоэкспонированным, я не ожидал бы заметного снижения шума (за исключением, возможно, глубоких теней) с 5-секундными изображениями ISO1600, смешанными вместе.

В другой печально известной теме я продемонстрировал, что ISO / 1/30 с будет содержать больше шума (более низкое отношение сигнал / шум), чем изображение ISO / 1600 с 1/30 с. То же самое количество, если свет, но более высокий ISO имел меньше шума.

Причиной этого было то, что шум считывания пропорционально больше в изображении ISO100 (так как считывание происходит после усиления). В «правильно» выставленном ISO100 шум чтения настолько мал по сравнению с сигналом, что любое снижение шума чтения, вероятно, не заметно.

редактировать: только что сделал эксперимент

Я снял одну фотографию при ISO100 16 секунд, и 16 снимков при ISO1600, но только 1 секунду. Все изображения были хорошо выставлены. Далее следуют два кропа, верхний ряд - это одно изображение ISO1600, а нижние два - это 16 изображений ISO1600, усредненных в Photoshop, и изображение ISO100. Я не скажу вам, как обходить два последних, чтобы увидеть, может ли кто-нибудь на самом деле сказать разницу - я, конечно, не могу!

http://www.mattgrum.com/photo_se/iso_multi1.jpg

http://www.mattgrum.com/photo_se/iso_multi2.jpg

Answer 2

Это очень хороший вопрос, но я боюсь, что ответ полностью зависит от производительности датчика и его кривых реакции на стимул.

Если мы рассматриваем шум как ошибку между реальным цветом и измеренным цветом, мы можем использовать статистическую модель, чтобы выяснить, сколько образцов с большей ошибкой мы должны взять, чтобы иметь ту же ошибку, что и один более точный образец. Но чтобы сделать это, сначала нам нужно:

• Функция распределения шума (это может быть нормальное распределение, но я не знаю точно, инженер-электрик, который лучше знает, как работают датчики, может пролить свет на этот вопрос). Но, вспоминая мои уроки статистики, я думаю, что в этом случае это вообще не имеет значения.
• Функция, которая связывает чувствительность с шумом (в идеальном датчике я думаю, что он должен быть линейным, но я полагаю, что в реальных аппаратных средствах повышение чувствительности дает гораздо больший уровень шума).

Имея это, легко применить некоторые формулы , чтобы определить, сколько изображений с более высоким ISO нужно для компенсации более высокого шума по сравнению с одним изображением с более низким ISO.

В сценарии линейной чувствительности к шуму при одном и том же общем времени воздействия ошибка должна быть одинаковой ... И, видя отличный ответ @Matt Grum, кажется, что он довольно близок к реальному.

Answer 3

Единственный реальный недостаток тактики многократного экспонирования - это вероятная потеря резкости, по крайней мере с зеркальной фотокамерой в фокальной плоскости и обычным штативом. Sensels действительно крошечные, и проверять, что они находятся в точно том же месте для каждой экспозиции, сложно. Задняя часть с множеством снимков (для камер среднего и большого формата), как правило, полагается на створки листа, блокировку зеркала, которая проходит через несколько экспозиций, и подставку для камеры (как один из монстров Foba) вместо штатива.

Вид потери резкости, о которой я говорю, будет на уровне установки намного более сильного фильтра нижних частот (сглаживания) перед датчиком. Назовите это полупиксельным размытием (все, что больше половины пикселя, можно минимизировать, сдвигая изображения перед усреднением). Вы можете восстановить некоторую кажущуюся резкость, разбивая пиксели (метод уменьшения масштаба, который обрабатывает квадратичные пиксели как один пиксель; своего рода особый случай следующего соседа).

Длительные выдержки для одного кадра имеют свои собственные проблемы с шумом, особенно при высоких температурах. Съемка с ISO 100 звучит как хорошая идея, но если экспозиция будет очень продолжительной, все равно будет тепловой шум - и только с одной копией изображения вы застрянете с тем, что получите. Активно охлаждаемый датчик (как на астрономической спине) в значительной степени устранит проблему, но это означает специальный комплект. Однако вы можете быть уверены, что датчик будет более или менее оставаться на одном месте во время записи изображения, поэтому вы получите более высокую резкость.

Методы мультишота могут давать меньше шума, чем одиночный выстрел, особенно с хорошим алгоритмом комбинирования. Если у вас есть достаточно изображений, вы можете отбросить статистические аномалии до усреднения по любому данному пикселю. Именно так и получаются астрономические снимки с низким разрешением в высоком разрешении - звезда не является звездой, если она не появляется в явном большинстве снимков, а ее яркость рассчитывается путем усреднения.

Answer 4

Технически, EV двух изображений идентичен. Вы поддерживаете одинаковую экспозицию с обоими настройками, единственное, что действительно изменяется, это уровень шума. Уровень шума, с которым вы столкнетесь при использовании ISO 3200, будет довольно значительным, и даже смешение всех 5 изображений, вероятно, не приведет к получению изображения с таким низким уровнем шума и высокой детализацией, как при однократной 5-секундной экспозиции при ISO 100.

Вы процитировали один из ответов Мэтта Грума в своем собственном ответе, однако в этом цитируемом утверждении прямо говорится with the same amount of light coming into your camera. Если вы измените экспозицию с 1 с при ISO 3200 на 5 с при ISO 100, вы увеличите количество света, попадающего на ваш датчик. С неподвижной сценой ISO 100 все еще, вероятно, будет лучшим вариантом. Возможно, вы сможете смягчить определенное количество шума, смешав 5 экспозиций ISO 3200 ... но вы также увеличиваете количество шума в пять раз! Мало того, вы, скорее всего, столкнетесь как с яркостным шумом, так и с цветовым шумом при таком высоком ISO, и цветовой шум будет труднее идентифицировать и удалить без ущерба для точности и детализации цвета.

Единственный раз, когда использование более высокого ISO будет лучше, это когда у вас физически нет возможности сделать это. Если вы не смогли принять экспозицию в 5 с, а максимальный предел был ограничен 1 с, то использование ISO 3200 будет лучшим вариантом, поскольку оно позволяет правильно экспонировать. Использование ISO 100 и увеличение EV с последующей обработкой в ​​этой точке приведет к цифровому усилению шума, который существует в изображении ... который, хотя в основном невидим в неизмененном изображении, будет более навязчивым, чем шум ISO 3200, когда вы в цифровой форме увеличите экспозицию.

Answer 5

Часть ответа Мэтта-Грума здесь разрешит мое сомнение.

Если вы используете более низкий ISO (с тем же количество света, поступающего в ваш камера) вы получите недоэкспонированный изображение и когда вы осветлите его в посте вы будете усиливать как фотонный шум и шум чтения. Ваш общий шум тогда будет выше.