Y a-t-il une différence de bruit entre les photos à exposition moyenne et à longue exposition?


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Supposons que je sois sur un trépied, que je photographie une scène parfaitement immobile (également sombre) et que je prenne ces photos:

  • 5 photos avec une exposition ISO 3200 et 1 s
  • 1 photo en exposition ISO 100 et 5s

Il y a une chose commune entre les articles, et c'est le temps total utilisé.

L'EV du premier élément est beaucoup plus élevé, non? Supposons maintenant que je fasse la moyenne des 5 photos à 3200 ISO pour réduire le bruit et produire une seule image.

Après cela, je prends la photo ISO 100 et j'ajuste les niveaux (ce qui augmenterait le bruit) pour atteindre le même EV de la photo mélangée, d'une manière si je regarde ces 2 photos de loin, elles auraient la même apparence.

Le niveau de bruit serait-il égal, en comparant la photo mélangée et la photo ajustée aux niveaux?

J'espère que vous comprenez mon point.

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En réponse au commentaire de Drewbenn

De plus, je ne pense pas que le mélange des 5 photos réduira le bruit comme vous le pensez.

Le mélange de photos réduit beaucoup le bruit, en fait, voici un exemple:

J'ai pris 20 photos d'un arbre avec: ISO 1600, F4.1 et 2s exp. L'image supérieure montre le niveau de bruit de ces images. La partie inférieure montre le résultat de la moyenne des 20 photos en une.

Sory pour la mauvaise concentration.

Vue à 100% de l'image d'origine et une image mélangée

Comme vous pouvez le voir, le bruit est presque complètement supprimé

EDIT2

Pour ceux qui demandent, j'ai utilisé une commande très simple d'imagemagick pour faire la moyenne des images:

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

Si j'ai un peu de temps plus tard, je vais essayer de mener une de ces expériences dont vous parlez. Je suppose qu'il n'y a pas de motif statique et cela variera sur chaque caméra.

EDIT3

J'ai aussi fait une expérience un peu plus différente:

Voici la scène:

Scène

Et j'ai pris ces photos (l'ouverture est toujours la même), j'ai utilisé le mode manuel.

  • 01 à 100 ISO, 0,6 s
  • 02 @ ISO 200, 0,3 s (en moyenne plus tard)
  • 04 @ ISO 400, 1 / 6s (moyenné plus tard)
  • 08 @ ISO 800, 1 / 13s (en moyenne plus tard)
  • 16 @ ISO 1600, 1 / 25s (moyenne plus tard)

Chaque ensemble a exactement le même EV, ce sont les résultats, dans le même ordre:

Expérience

Il semble qu'avec une sensibilité ISO plus élevée, il y a moins de bruit mais moins de détails également.


1
Je pense que cela réduira un peu le bruit, et ce bruit pourrait être le même que sur la photo avec des niveaux ajustés.
tomm89

4
Vous avez fourni un échantillon d'images moyennes ISO 1600. J'aimerais également voir une seule image ISO 100 correctement exposée. Je crois toujours que l'image ISO 100 va présenter un faible bruit et probablement de meilleurs détails. Sans parler du fait que c'est beaucoup plus simple que de prendre 20 images ISO 1600 et de les faire la moyenne ensemble.
jrista

2
Quel logiciel utilisez-vous pour mélanger et quelle méthode de mélange est utilisée?
ilija veselica

2
Pourquoi ne l'essayez-vous pas et laissez-nous savoir le résultat?
Chris

1
Mu suppose que c'est "moyen" est une moyenne. Le problème avec la moyenne est que vous lissez simplement le bruit dans l'image, ce qui réduira finalement la netteté. La médiane, en revanche, éliminera principalement le bruit en dessous d'un certain seuil. Pouvez-vous essayer une médiane?
rm999

Réponses:


9

À condition que votre image ISO100 ne soit pas sous-exposée, je ne m'attendrais pas à une réduction notable du bruit (sauf peut-être dans les ombres profondes) avec les images de 5 1 seconde ISO1600 mélangées ensemble.

Dans le tristement célèbre autre thread, j'ai démontré qu'un ISO 100 au 1 / 30s contiendra plus de bruit (rapport signal / bruit inférieur) qu'une image ISO1600 au 1 / 30s. Même quantité si léger mais l'ISO plus élevé avait moins de bruit.

La raison en est que le bruit de lecture est proportionnellement plus élevé dans l'image ISO100 (car la lecture se produit après l'amplification). Dans une ISO100 «correctement» exposée, le bruit de lecture est si faible par rapport au signal que toute réduction du bruit de lecture n'est probablement pas perceptible.

edit: vient de faire l'expérience

J'ai pris une photo à 100 ISO 16 secondes et 16 prises de vue à 1600 ISO mais seulement 1 seconde. Toutes les images étaient bien exposées. Ce qui suit est deux recadrages, la rangée du haut est une seule image ISO1600, et les deux derniers sont les 16 images ISO1600 moyennées dans Photoshop et l'image ISO100. Je ne vous dirai pas dans quel sens se situent les deux derniers, pour voir si quelqu'un peut vraiment faire la différence - je ne peux certainement pas!


Si l'image ISO 100 a été correctement exposée, alors chacune des images ISO 3200 doit avoir été grossièrement surexposée (par 2,7 arrêts). Je pense qu'il est plus probable que les images ISO 3200 aient été raisonnablement exposées. Ainsi, nous devrions envisager de comparer 5 images ISO 3200 à une image ISO 640. (Je vois dans l'édition que l'OP est passé à 20 images ISO 1600. Leur mélange doit être comparé à une seule image ISO 80.)
Whuber

Quand j'ai essayé d'écrire la question, mon point était: 1 image avec faible ISO et une exposition plus longue et une série d'images ( en moyenne plus tard) avec une plus grande ISO et une exposition qui correspond à un / n , étant un temps d'exposition de la faible ISO l'image et n la quantité d'images ISO élevées. Mais tout cela parle de ne pas souffler ni sous-exposer aucune des images. Puis-je m'expliquer?
tomm89

+1 Votre réponse me demande si vous avez vraiment besoin de mélanger les 16 images ensemble, et si ce n'est pas le nombre dont vous avez besoin avant que les différences ne soient visibles. Avez-vous essayé de fusionner la moitié des images à ISO élevé?
Benjamin Cutler

Comment avez-vous calculé la moyenne des images ensemble?
jrista

1
@whuber L'image du milieu du premier recadrage est la moyenne, l'image du milieu du dernier recadrage est la seule ISO100!
Matt Grum

6

C'est une très belle question, mais je crains que la réponse dépende totalement des performances du capteur et de ses courbes de réponse au stimulus.

Si nous considérons le bruit comme l'erreur entre la couleur réelle et la couleur mesurée, nous pouvons utiliser un modèle statistique pour déterminer le nombre d'échantillons avec une plus grande erreur que nous devons prendre afin d'avoir la même erreur qu'un seul échantillon plus précis . Mais pour ce faire, nous avons d'abord besoin:

  • La fonction de distribution du bruit (il peut s'agir d'une distribution normale, mais je ne sais pas avec certitude, un ingénieur électricien qui sait mieux comment fonctionnent les capteurs pourrait éclairer cette question). Mais rappelant mes leçons de statistiques, je pense que cela n'a pas d'importance du tout dans ce cas.
  • La fonction qui relie la sensibilité au bruit (dans un capteur parfait, je pense qu'elle devrait être linéaire, mais je suppose que dans le matériel du monde réel, augmenter la sensibilité produit des niveaux de bruit beaucoup plus élevés).

Cela dit, il est facile d'appliquer certaines formules pour déduire le nombre d'images d'une sensibilité ISO plus élevée dont vous avez besoin pour compenser le bruit plus élevé par rapport à une seule image ISO inférieure.

Dans le scénario linéaire de sensibilité au bruit, avec le même temps d'exposition total, l'erreur devrait être la même ... Et vu l'excellente réponse de @Matt Grum, il semble qu'elle soit assez proche de la réalité.


1
C'est la bonne idée. Cependant, nous devons reconnaître que tout le bruit n'est pas aléatoire ou indépendant. Les formules SD auxquelles vous faites référence seront trop optimistes. BTW, "sensibilité" (français) = "sensibilité" (anglais). "Sensibilité" ne signifie pas ce que vous pensez que cela fait ...
whuber

1

Techniquement parlant, l'EV des deux images est identique. Vous conservez la même exposition avec les deux paramètres, la seule chose qui change vraiment est le niveau de bruit. La quantité de bruit que vous rencontrerez avec ISO 3200 sera assez importante, et même le mélange des 5 images ne produira probablement pas une image avec un bruit aussi faible et une finesse de détails qu'une seule exposition de 5 secondes à 100 ISO.

Vous avez cité l'une des réponses de Matt Grum dans votre propre réponse, mais cette déclaration citée l'indique explicitement with the same amount of light coming into your camera. Si vous passez d'une exposition de 1s à 3200 ISO à une exposition de 5s à 100 ISO, vous augmentez la quantité de lumière atteignant votre capteur. Avec une scène immobile, la norme ISO 100 restera probablement la meilleure option. Vous pouvez peut-être atténuer une certaine quantité de bruit en mélangeant 5 expositions ISO 3200 ... mais vous composez également la quantité de bruit cinq fois également! Non seulement cela, mais vous risquez également de rencontrer à la fois un bruit de luminance et un bruit de couleur à un ISO aussi élevé, et le bruit de couleur est plus difficile à identifier et à supprimer sans endommager la précision et les détails des couleurs.

Le seul moment où il serait préférable d'utiliser un ISO plus élevé est lorsque vous n'avez physiquement pas la possibilité de le faire. Si vous ne parvenez pas à prendre une exposition de 5 secondes et que vous êtes limité à 1 seconde maximum, l'utilisation d'ISO 3200 sera la meilleure option car elle permet d'exposer correctement. Utiliser ISO 100 et augmenter EV avec un post-traitement à ce stade amplifierait numériquement le bruit qui existe dans l'image ... qui, bien que principalement invisible dans une image non modifiée, sera plus intrusif que le bruit ISO 3200 lorsque vous augmentez numériquement l'exposition.


J'ai écrit ce qui précède en supposant qu'une prise de vue à 1 s / ISO 3200 ou 5 s / ISO 100 produisait une exposition «correcte». Après avoir relu votre question, je ne peux pas dire si c'est correct ou non. Si vous déclarez que le mélange de photos 5 1s / ISO 3200 est OBLIGATOIRE pour produire une exposition correcte, alors vous voudrez peut-être envisager d'acheter un objectif ... BEAUCOUP ... plus rapide, car vous semblez photographier en quasi-pureté noirceur ...
jrista

L'exposition ne changerait pas en moyenne les photos de conditions égales. Une autre chose, vous parlez de la quantité de lumière atteignant le capteur d' une seule des photos ISO 3200, pas des 5 moyennes (qui font ensemble 5 secondes), c'est pourquoi j'ai fait cette relation, la durée totale des 5 photos (comme un groupe) et la photo ISO 80 est la même.
tomm89

1
Les capteurs @jrista Digital chauffent au fil du temps, ce qui peut augmenter considérablement le bruit, donc une image ISO 100 de 30 secondes peut avoir plus de bruit qu'une série de 2 ISO1600 prise en quelques minutes avec de courts intervalles entre chacun pour laisser le capteur refroidir.
Matt Grum

@jrista Il y a ici une subtilité intéressante et peut-être importante. La "composition" du bruit le divise en deux parties: une partie systématique, qui est commune à toutes les images, et une autre partie, qui varie (assez aléatoirement) d'une image à l'autre. La partie systématique reste. La partie variable suit une loi de racine carrée: c'est-à-dire que l'amplitude typique du bruit en combinant n images est d'environ 1 / Sqrt ( n ) aussi grande que l'amplitude dans une seule image. Pour régler cette question, nous avons vraiment besoin d'une compréhension plus détaillée et quantitative de la façon dont le bruit varie selon l'ISO.
whuber

@Matt: Bien sûr, le bruit peut augmenter à mesure que le capteur se réchauffe, mais les années 30 ne sont pas vraiment une longue exposition dans le grand schéma des choses, et le bruit provoqué par l'augmentation de la chaleur devrait être minime pour une exposition de 30s à 100 ISO. le bruit le plus souvent provoqué par la chaleur du capteur est le bruit "à schéma fixe", qui est très facile à corriger. Quoi qu'il en soit, je pense que nous aurions besoin de preuves empiriques pour étayer l'un ou l'autre cas.
jrista

1

Le seul véritable inconvénient de la tactique d'exposition multiple est une perte probable de netteté, au moins avec un reflex à obturateur à plan focal et un trépied ordinaire. Les sensels sont vraiment minuscules, et il est difficile de s'assurer qu'ils sont exactement au même endroit pour chaque exposition. Les dos multishots (pour les appareils photo moyen et grand format) ont tendance à s'appuyer sur des volets battants, un verrouillage du miroir qui s'étend sur plusieurs expositions et un support pour appareil photo (comme l'un des monstres Foba) plutôt qu'un trépied.

Le type de perte de netteté dont je parle serait de mettre un filtre passe-bas (anti-crénelage) beaucoup plus fort devant le capteur. Appelez cela un flou d'un demi-pixel (rien de plus qu'un demi-pixel peut être minimisé en décalant les images avant de faire la moyenne). Vous pouvez retrouver une netteté apparente en regroupant les pixels (une technique de réduction d'échelle qui traite les quadrilatères de pixels comme un seul pixel; une sorte de cas particulier du prochain voisin).

Les expositions longues pour une seule photo ont leurs propres problèmes de bruit, en particulier à des températures élevées. La prise de vue à 100 ISO semble être une bonne idée, mais si l'exposition devient vraiment longue, il y aura toujours du bruit thermique - et avec une seule copie de l'image, vous êtes coincé avec tout ce que vous obtenez. Un capteur activement refroidi (comme sur un dos astronomique) éliminera en grande partie le problème, mais cela signifie un kit spécialisé. Cependant, vous pouvez être sûr que le capteur restera plus ou moins au même endroit pendant l'enregistrement de l'image, vous obtiendrez ainsi une meilleure netteté.

Les techniques multishots peuvent générer moins de bruit qu'un seul coup, en particulier avec un bon algorithme de combinaison. Si vous avez suffisamment d'images, vous pouvez éliminer les anomalies statistiques avant de faire la moyenne à un pixel donné. C'est à peu près ainsi que sont faites les images astronomiques haute résolution de faible amplitude - une étoile n'est pas une étoile à moins qu'elle n'apparaisse dans une nette majorité de captures, et sa luminosité est calculée par moyenne.


Vous pouvez décaler les images de moins de 1 pixel en rééchantillonnant, vous pouvez également faire quelque chose appelé super-résolution si vous avez de nombreuses images mal alignées qui traitent les emplacements sensel qui ne se chevauchent pas comme des échantillons supplémentaires et peuvent augmenter la résolution. voir en.wikipedia.org/wiki/Super-resolution
Matt Grum

Super-rez est une bonne stratégie infrarouge (c'est génial pour transformer des images de surveillance en preuves et ainsi de suite), mais il peut introduire des artefacts (juste une déclaration de sensibilisation; pas faire caca l'idée). Ma préférence va aux pixels de meilleure correspondance avec une règle de consensus, mais c'est exactement cela: ma préférence (je déteste les bords interpolés - ils ressemblent toujours à un masquage flou excessif à mes yeux).

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Une partie de la réponse de Matt-Grum ici résoudrait mon doute.

Si vous utilisez une sensibilité ISO inférieure (avec la même quantité de lumière entrant dans votre appareil photo), vous obtiendrez une image sous-exposée et lorsque vous l'éclaircirez en post, vous amplifierez à la fois le bruit des photons et le bruit de lecture. Votre bruit total sera alors plus élevé.


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La réponse de Matt ne s'applique pas vraiment ici, car vous compensez la sensibilité ISO inférieure avec une exposition plus longue. En augmentant votre vitesse d'obturation à 5 s, vous augmentez la quantité de lumière atteignant le capteur, de sorte que l'ISO inférieure produira un bruit plus faible. Veuillez voir mon contre à la réponse de Matt dans ce même fil.
jrista

Encore une fois, l'exposition est la même en termes d'une seule image moyenne.
tomm89

Vous effectuez la moyenne des images sur le même EV dans le but de réduire le bruit, et non d'augmenter l'exposition.Par conséquent, la comparaison d'une image ISO 100 équivaut à 1 ou 20 images ISO ISO 3200 moyennes.
jrista
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