Pytanie:
Czy szum na obrazach zależy od „Megapikseli” lub „ISO”?
subeer haldar
2011-05-16 19:22:46 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Mam pytanie dotyczące jakości obrazu. Czy szum na obrazie zależy od „Megapikseli” czy „ISO”?

Siedem odpowiedzi:
#1
+15
Matt Grum
2011-05-16 19:38:07 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Szum ma wiele przyczyn, patrz:

Co to jest szum na zdjęciu cyfrowym?

Zwiększenie liczby megapikseli, zachowując wszystko w przeciwnym razie stała (rozmiar czujnika, technologia itp.) zwiększy szum na piksel, ale także spowoduje, że szum będzie drobniejszy, co jest mniej niepożądane.

ISO samo w sobie nie zwiększa szumu, tylko jeśli łączą rosnące ISO ze zmniejszającym się czasem otwarcia migawki / zamknięciem przysłony.

[prawdopodobnie] warto to powtórzyć tutaj ...

Zwiększenie ISO przy zachowaniu stałego czasu otwarcia migawki / przysłony nie zwiększa szumów :

Oto przykład, ponieważ zdjęcie ISO 100 było niedoświetlone, zwiększając czułość ISO do 1600 dało znacznie mniej hałaśliwy wynik!

Nie jestem pewien, dlaczego ten temat ISO zawsze prowadzi do tak gorącej debaty.
@fusca:, ponieważ ludzie mylą poziom szumów ze stosunkiem sygnału do szumu i ponieważ nie potrzebujesz dyplomu z inżynierii optycznej, aby być dobrym fotografem :)
Ponieważ jest to sprzeczne z intuicją i ponieważ zaszumione obrazy były zwykle wykonywane z wysokim ISO, przez skojarzenie przypisują to wysokim ISO. Więc kiedy przychodzisz i mówisz „zwiększenie czułości ISO faktycznie poprawia stosunek sygnału do szumu (wszystko inne jest równe)”, ludzie odmawiają zaakceptowania tego, nawet jeśli podajesz wyniki prostego eksperymentu, który to potwierdza.
@MattGrum Czegoś tu brakuje, jak zrobiliście pierwsze zdjęcie z tą samą przysłoną i czasem otwarcia migawki co w drugim, ale z wyższym ISO i pierwsze zdjęcie jest __nie jaśniejsze__ niż drugie?
@Akram Zastosowałem automatyczne poziomy do obu obrazów, aby znormalizować jasność, ponieważ chciałem porównać stosunek sygnału do szumu (który jest znacznie ważniejszy niż bezwzględny poziom szumu).
@AkramMellice Prawdopodobnie przez przygaszenie świateł.
@JoshK nie, oświetlenie było identyczne, jasność została wyrównana w poście
Twoja demonstracja pokazuje tylko efekt jednego rodzaju szumu, szumu kwantyzacji. Nie jestem pewien, czy to uczciwy test. Większość ludzi wybrałaby różne parametry ekspozycji przy każdej czułości ISO, aby zachować ogólne ekspozycje na podobnym poziomie, zamiast próbować manipulować niedoświetlonym zdjęciem.
#2
+3
Nick Bedford
2011-05-17 04:15:03 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Jeśli chodzi o ISO , mylące jest twierdzenie, że zwiększenie ISO zwiększa szum. Nic takiego nie robi. Powód, dla którego wysokie ISO daje zaszumione obrazy, wynika wyłącznie z faktu, że dla wyższego ISO należy zmniejszyć ilość światła (sygnału) docierającego do czujnika, ostatecznie zwiększając współczynnik szumów, zanim nastąpi nawet wzmocnienie ISO.

#3
+1
Gecko Boy
2015-03-02 10:03:02 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Krótka odpowiedź brzmi: jedno i drugie, ale wymaga wyjaśnienia.

Megapiksele. Tak, ale tylko jeśli mówimy o 12 MP vs 24 MP dla danego rozmiaru czujnika . Problemem nie jest sama liczba megapikseli, ale rozmiar każdego pojedynczego piksela. Wiadra w deszczu to powszechna analogia. Zasadniczo, jeśli masz dwa wiadra na deszczu, to większe z dwukrotnie większym obszarem od drugiego, większe zbierze dwa razy więcej wody (lub fotonów).

Chodzi o sygnał - stosunek do szumu.

Foton trafia w fotodiodę -> fotodioda emituje elektron -> elektrony są przechowywane w komórce -> ładunek analogowy konwertowany na sygnał cyfrowy przez jednostkę analogowo-cyfrową ). W każdym razie mniej więcej.

enter image description here

Poziom wzmocnienia, który ma miejsce na etapie ADU, jest określany przez poziom ISO. Problem w tym, że po drodze pojawia się hałas. Przez szum rozumiemy niepożądany sygnał - poziom ładunku zgromadzonego w studni nie odzwierciedla w 100% odczytu światła w idealnym świecie. Przyczyny tego stanu rzeczy są różne (niektóre są naturalne i nie da się ich uniknąć - szczegóły [tutaj] [2]). Przy wyższych poziomach ISO sygnał musi zostać wzmocniony jeszcze bardziej, zwiększając wpływ tego niepożądanego szumu jako procent całkowitego sygnału.

Poniższe liczby są arbitralne, ale powiedzmy, że przy ISO 100 masz 4 jednostki szumu z zebranego sygnału o wartości 12,5 jednostek, a przy ISO 400 uzyskano 4 jednostki z 10 zebranych jednostek. Uwaga ...

  • poziomy szumów przed wzmocnieniem są niezależne od wybranego ISO).
  • przy ISO 400 1/4 zebranego światła (ISO 400 to dwa zatrzymuje się powyżej ISO 100). Podwój ISO, połowa ilości zebranego światła.

Proces wzmacniania musi doprowadzić sygnał do 100.

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

Zatem wzrost ISO prowadzi do większego szumu. Gdyby nasze pojedyncze piksele były dwa razy większe i nie było potrzebne żadne wzmocnienie (ponownie, to tylko po to, aby wyjaśnić tę koncepcję), wtedy prawdą byłoby następujące stwierdzenie.

  • ISO 100: 4 jednostki szum na 100 jednostek całkowitego sygnału (4%)
  • ISO 400: 4 jednostki szumu na 25 jednostek całkowitego sygnału (16%)

... i hałas zostałby zmniejszony.

#4
  0
D. Lambert
2011-05-16 19:39:42 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Oba te czynniki mogą mieć wpływ na hałas. Z tych dwóch efekt ISO jest najbardziej widoczny. Wszystkie aparaty cyfrowe wykazują szum obrazu, który rośnie wraz ze wzrostem ISO. W zależności od aparatu, na przykład przy ISO 100, szum może być niewielki lub nie widać go wcale, a proporcjonalnie więcej, gdy zbliżasz się do maksymalnego ustawienia ISO aparatu (zazwyczaj 1600 do 6400 lub więcej). Istnieje wiele przykładów tego dla prawie każdego aparatu na rynku (recenzje każdego konkretnego aparatu często zawierają przykłady).

Rozmiar obrazu (w megapikselach) nie jest bezpośrednio hałas uderzeniowy, ale wpływa on pośrednio na hałas, jeśli weźmie się pod uwagę dwa czujniki tej samej wielkości. W tym przypadku, przy zachowaniu wszystkich parametrów, czujnik o większej rozdzielczości będzie pokazywał więcej szumów jako efekt uboczny próby „wciśnięcia” większej liczby pikseli na czujnik o podobnej wielkości. Chociaż można to pokazać w niektórych przypadkach na linii kamer, ten czynnik może być trudny do ustalenia, ponieważ kamery często mają również ulepszony czujnik lub technologię przetwarzania, która skuteczniej zarządza szumem.

Istnieje kilka świetnych odpowiedzi na temat ta witryna dotyczy już konkretnych aspektów hałasu. Jeśli szukasz słowa „hałas”, znajdziesz wiele ciekawych lektur.

* Wszystkie aparaty cyfrowe wykazują szum obrazu, który rośnie wraz ze wzrostem ISO * nieprawda. Właściwie jedynym sposobem, w jaki hałas wzrasta, jest zmniejszenie ilości wpadającego światła. Zwiększenie czułości ISO przy zachowaniu tego samego czasu otwarcia migawki i przysłony spowoduje zmniejszenie szumu (lub przycięcie świateł).
Dzięki, Matt; tak. Zatem zwiększenie czułości ISO przy zachowaniu równoważnej jasności (jak pokazano na histogramie) ....
Nie jestem pewien, po co są głosy przeciw. Podniesienie ISO rzeczywiście podnosi poziom hałasu. Wynikowy obraz może wyglądać lepiej, ponieważ w sytuacjach z dużą ilością światła stosunek sygnału do szumu będzie dobry, niezależnie od ISO. Przynajmniej mam taką nadzieję, bo inaczej mój profesor radiometrii mnie okłamał :)
@Colin: Zwiększenie czułości ISO powoduje wzrost szumu *, jeśli przysłona i / lub czas otwarcia migawki są regulowane w celu zmniejszenia ilości światła docierającego do czujnika *, jak to zwykle ma miejsce w trybach automatycznej ekspozycji. Dla niektórych to założenie jest tak naturalne, że jest zbyt oczywiste, aby je stwierdzić. Dla innych to założenie jest tak odrażające, że wybuchają pokrzywkami.
@coneslayer: Cóż, to świetny sposób patrzenia na to, a fotografowie oczywiście mają inną terminologię niż fizycy, ale faktem jest, że wszystko inne jest równe, wyższe ISO oznacza wyższy szum. NIE oznacza to jednak gorszego * stosunku sygnału do szumu * i to właśnie decyduje o tym, jak „zaszumione” wygląda zdjęcie.
Ale tak nie jest. Spójrz na przykład, który opublikowałem. Podniesienie ISO znacznie zmniejszyło hałas.
@Colin, OK, nie rozumiem, że rozróżniasz szum * per se * od SNR. Jak zauważyłeś, to SNR wpływa na wygląd hałasu, więc prawie nigdy nie przejmujemy się hałasem * per se * w fotografii.
@Matt Grum: Ale co musiałeś zrobić, aby zrobić te zdjęcia? Przy tych samych ustawieniach migawki i przysłony musiałeś albo użyć dużo ND na zdjęciu z wysokim ISO, albo znacznie zwiększyć jasność obrazu podczas obróbki końcowej dla obrazu o niskim ISO (lub innej manipulacji poziomem światła). Oznacza to, że twój SNR na czujniku był w rzeczywistości znacznie gorszy na niskim zdjęciu ISO. To zmieniło * rzeczywisty * SNR na czujniku, więc wszystko, co zrobisz później, aby uzyskać porównywalne obrazy, wzmocni dużo szumu w przyciemnionym obrazie.
@Colin, przepraszam, nie czytałem trochę o SNR, tak, po zwiększeniu ISO uzyskujesz wyższy bezwzględny poziom szumu, ale uzyskujesz lepszy stosunek sygnału do szumu. Kiedy mówię o szumie, mam na myśli stosunek sygnału do szumu, ponieważ to on określa ilość szumu, który widzisz na obrazie. Odpowiadając na twoje pytanie, zdjęcie ISO100 zostało niedoświetlone. Zwiększając cyfrowo ekspozycję, wzmocniłem zarówno szum obrazu *, jak i * szum odczytu, co daje gorszy SNR w porównaniu z analogowym wzmocnionym obrazem o wysokiej czułości ISO.
@Matt: Wtedy to była właściwa ekspozycja, która dała ci lepszy SNR. Zastosowanie wzmocnienia do sygnału (analogowego lub cyfrowego) w najlepszym przypadku nie ma wpływu na SNR, aw praktyce faktycznie nieco zmniejsza SNR. Wyższe ISO zapewnia lepszy SNR tylko wtedy, gdy pozwala uzyskać lepszą ekspozycję. Twoje demo było błędne w tym sensie, że zdjęcie 100 ISO było * nie * odpowiednio naświetlone. Jeśli powtórzysz test, ale użyjesz filtrów ND lub zmiany oświetlenia, aby zdjęcie z niskim ISO było prawidłowo naświetlone, będzie miało taki sam lub lepszy SNR niż zdjęcie z wysokim ISO.
#5
  0
Steven Kersting
2018-01-11 05:38:39 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Główną przyczyną szumu na obrazie jest szum fotonu, wynikający z niewystarczającego zebrania światła ... Ten szum jest spowodowany przypadkowością światła / fotonów. Gdy zbiera się bardzo mało światła, jest bardziej prawdopodobne, że sensory (piksele) otrzymają niewystarczające lub nawet żadne światło. Pomyśl o tym jak o wystawieniu na działanie deszczu ... krótkiej ekspozycji na lekki deszcz i nie będziesz całkowicie przemoczony / pokryty.

ISO pozwala po prostu zebrać mniej światła (mniejsza przysłona / szybsze SS ).

Więcej MP (czujniki / obszar) po prostu dzieli dalej zbierane światło (większy wpływ na losowość). Ale jeśli rozmiary czujnika są takie same, a obrazy są wyświetlane w tym samym rozmiarze fizycznym, wówczas obrazy będą miały takie samo światło na obszar, a tym samym te same charakterystyki szumu, niezależnie od liczby MP.

#6
  0
Rafael
2019-09-28 02:17:34 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Kilka fajnych odpowiedzi już. Moje 2 centy. Próbuję zrobić pełną listę.

Czynniki wpływające na ISO to:

  1. Ilość światła padającego na czujnik. Mniej światła, więcej hałasu. Możesz w pewnym stopniu kontrolować to, manipulując przysłoną i czasem otwarcia migawki lub dodając więcej światła do sceny.

  2. Jakość czujnika. Mówi samo za siebie.

  3. Obszar czujnika. Im większy, tym mniejszy hałas.

  4. Temperatura robocza czujnika. Im jest zimniejszy, tym mniej szumów.

  5. Obszar na sensel (piksel) tutaj megapiksele mają niewielki wpływ, ale ta zmienna jest kompensowana przez obszar czujnik. Jeśli dwa czujniki mają ten sam rozmiar, ale inna liczba megapikseli, niższy megapiksel będzie miał mniejszy szum, ale podobny wynik można uzyskać przy ponownym próbkowaniu większej liczby megapikseli na niższą.

  6. Powiększenie sygnału. Patrz punkt 7.

  7. Obliczenia wykonane przez kamerę w celu skompensowania tego. W tym miejscu do gry wkracza czułość ISO, algorytm używany do podwyższania czułości ISO jest obliczany dla określonych charakterystyk czujnika. Oto jedna z zalet stosowania bardziej nowoczesnych procesorów, obok bardziej nowoczesnych czujników. Innym obliczeniem, które można wykonać, jest uśrednienie zdjęcia z długim czasem naświetlania.

  8. Ilość manipulacji, jaką użytkownik wykonuje na pliku, w odniesieniu do stopnia wzmocnienia cieni za pomocą na przykład krzywe.

  9. Przetwarzanie końcowe pliku, odnoszące się do algorytmu redukcji szumów.

  10. Inne technika redukcji szumów, taka jak łączenie różnych ujęć. Jest to podobne do ilości światła padającego na czujnik (punkt 1), ale zrobione sztucznie.

  11. Każde ponowne próbkowanie jest wykonywane na pliku. Ponowne próbkowanie pliku z szumem przy użyciu algorytmu uśredniającego, takiego jak bicubic, wygładzi go. Patrz punkt 5.


Co

#7
-4
Ionut Ciucanu
2011-05-16 19:38:41 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Odpowiedź: ISO

Przykłady:

  • ISO 80 (niskie iso) -> obraz bez szumów

  • ISO 6400 (high iso) -> obraz z dużą ilością szumów

Jeśli podniesiesz poziom ISO, zwiększysz szum na zdjęciu.

Przykład licznika: ISO 100 (niskie iso) -> obraz z dużą ilością szumów, ISO 6400 (wysokie iso) -> obraz z małym szumem. Dowód: http://www.mattgrum.com/ISOcomparison/ISO_100_vs_ISO_1600.jpg
@Matt: Z pewnością masz rację, ale myślę, że sposób, w jaki większość fotografów myśli o rzeczach, polega na tym, że zwiększając czułość ISO, kompensujesz ten wzrost wraz z szybszym czasem otwarcia migawki lub mniejszą przysłoną, aby uzyskać (z grubsza) to samo zdjęcie. (W większości trybów autoekspozycji ten sposób myślenia odpowiada mechanice strzelania). Myślę, że lepiej byłoby zachęcać ludzi do * stwierdzenia tego założenia * w ich piśmie, niż po prostu mówić, że się mylą.
Ok, więc każdy hałaśliwy obraz o wysokiej czułości ISO byłby jeszcze głośniejszy, gdyby został wykonany z niższą czułością ISO. Podobnie każda hałaśliwa wysoka czułość ISO byłaby mniej hałaśliwa, gdyby została wykonana z dłuższą ekspozycją. Dlatego nie rozumiem, dlaczego ludzie nazywają to „wysokim szumem ISO”, a nie „niewystarczającym szumem światła”. ISO nie generuje szumu, co jest dokładnie tym, co sugeruje stwierdzenie, że „wszystkie aparaty cyfrowe wykazują szum obrazu, który rośnie wraz ze wzrostem ISO”. Jeśli zamiast tego powiesz „wszystkie aparaty cyfrowe wykazują szum, który rośnie wraz ze spadkiem ilości światła wpadającego”, miałbyś rację * bez konieczności formułowania jakichkolwiek założeń! *
„Ok, więc każdy zaszumiony obraz z wysoką czułością ISO byłby jeszcze głośniejszy, gdyby został wykonany z niższą czułością ISO”. Tylko przy * twoim * nieokreślonym założeniu, że czas otwarcia migawki i przysłona pozostaną stałe. Co niekoniecznie jest tak, jak myśli większość fotografów.


To pytanie i odpowiedź zostało automatycznie przetłumaczone z języka angielskiego.Oryginalna treść jest dostępna na stackexchange, za co dziękujemy za licencję cc by-sa 3.0, w ramach której jest rozpowszechniana.
Loading...