O ruído nas imagens depende de "Megapixels" ou "ISO"?

Respostas:

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O ruído se origina devido a vários fatores, consulte:

O que é ruído em uma fotografia digital?

Aumentar o número de megapixels mantendo todo o resto constante (tamanho do sensor, tecnologia etc.) aumentará o ruído por pixel, mas também terá o efeito de tornar o ruído mais refinado, o que é menos censurável.

O ISO por si só não aumenta o ruído, apenas se você combinar o aumento do ISO com a diminuição do tempo do obturador / abertura do fechamento.

Vale a pena repetir isso aqui novamente ...

Aumentar o ISO enquanto mantém a velocidade do obturador / abertura constante não aumenta o ruído :

Aqui está um exemplo, como a foto ISO 100 foi subexposta, elevar a ISO para 1600 produziu um resultado muito menos barulhento!

Matt Grum
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Não sei por que esse tópico da ISO sempre gera um debate tão acalorado.
Rfusca
@fusca: porque as pessoas confundem o nível de ruído com a relação sinal-ruído, e porque você não precisa de uma licenciatura em engenharia óptica para ser um bom fotógrafo :)
Colin K
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Por ser contra-intuitivo, e porque imagens ruidosas tendem a ser filmadas com alto ISO, por associação, elas atribuem isso a alto ISO. Portanto, quando você diz "o aumento do ISO realmente melhora a relação sinal / ruído (todos os demais são iguais)" as pessoas se recusam a aceitá-lo, mesmo quando você fornece os resultados de um experimento simples que comprova isso.
Matt Grum
@MattGrum Estou perdendo alguma coisa aqui, como você tirou a primeira foto com a mesma abertura e velocidade do obturador da segunda, mas com ISO mais alto e a primeira foto não é mais brilhante que a segunda?
K ''
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@Akram Apliquei níveis automáticos em ambas as imagens para normalizar o brilho, pois queria comparar a relação sinal / ruído (que é muito mais importante que o nível de ruído absoluto).
quer
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Quando se trata de ISO , é um equívoco que aumentar o ISO aumenta o ruído. Não está fazendo nada disso. A razão pela qual o ISO alto produz imagens ruidosas deve-se inteiramente ao fato de que, para um ISO mais alto, é necessário reduzir a quantidade de luz (sinal) que atinge o sensor, aumentando a taxa de ruído antes que a amplificação ISO ocorra.

Nick Bedford
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A resposta curta é ambas, mas requer alguma explicação.

Megapixels. Sim, mas apenas se estivermos falando de 12MP vs 24MP para um determinado tamanho de sensor . O problema não é o número absoluto de megapixels em si, mas o tamanho de cada pixel individual. Baldes na chuva é a analogia comum usada. Essencialmente, se você tiver dois baldes na chuva, o maior com o dobro da área que o outro, o maior coletará o dobro da água (ou fótons).

Isso é tudo sobre a relação sinal / ruído.

O fóton atinge o fotodiodo -> o fotodiodo emite elétron -> os elétrons são armazenados em uma célula -> a carga analógica convertida em um sinal digital pela unidade analógico-digital (ADU). Aproximadamente, de qualquer maneira.

insira a descrição da imagem aqui

O nível de amplificação que ocorre no estágio ADU é determinado pelo nível ISO. A questão é que, ao longo do caminho, o ruído ocorre. Por ruído, queremos dizer sinal indesejado - o nível de carga armazenado no poço não reflete 100% da leitura da luz em um mundo perfeito. Existem várias razões para isso (algumas são naturais e não podem ser evitadas - detalhes [aqui] [2]). Em níveis ISO mais altos, o sinal precisa ser amplificado, aumentando ainda mais o impacto desse ruído indesejado como uma porcentagem do sinal total.

Os números a seguir são arbitrários, mas digamos que na ISO 100 você tenha 4 unidades de ruído de um sinal de 12,5 unidades coletadas e que na ISO 400 você tenha 4 unidades de 10 unidades coletadas. Nota...

  • os níveis de ruído antes da amplificação são independentes do ISO selecionado).
  • na ISO 400, 1/4 da quantidade de luz coletada (ISO 400 é duas paradas acima da ISO 100). Dobrar o ISO, metade da quantidade de luz coletada.

O processo de amplificação precisa levar o sinal para 100.

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

Portanto, um aumento no ISO leva a mais ruído. Se nossos pixels individuais tivessem o dobro do tamanho para que nenhuma amplificação fosse necessária (novamente, isso é apenas para explicar o conceito), o seguinte seria verdadeiro.

  • ISO 100: 4 unidades de ruído para 100 unidades de sinal total (4%)
  • ISO 400: 4 unidades de ruído para 25 unidades de sinal total (16%)

... e o ruído teria sido reduzido.

Gecko Boy
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Esses dois fatores podem ter impacto no ruído. Dos dois, o efeito da ISO é o mais imediatamente visível. Todas as câmeras digitais exibem ruído de imagem que aumenta à medida que o ISO aumenta. Dependendo da câmera, você pode ver pouco ou nenhum ruído na ISO 100, por exemplo, e proporcionalmente mais à medida que se aproxima da configuração ISO máxima para sua câmera (normalmente de 1600 a 6400 ou mais). Existem muitos exemplos disso para quase todas as câmeras do mercado (as análises de cada câmera específica geralmente mostram exemplos).

O tamanho da imagem (megapixels) não afeta diretamente o ruído, mas afeta indiretamente o ruído quando você considera dois sensores do mesmo tamanho. Nesse caso, sendo tudo igual, o sensor de megapixel maior mostrará mais ruído como efeito colateral da tentativa de "espremer" mais pixels em um sensor de tamanho semelhante. Embora isso possa ser mostrado em certos casos em uma linha de câmera, esse fator pode ser difícil de determinar, porque as câmeras também costumam atualizar a tecnologia de sensor ou processamento que gerencia o ruído com mais eficiência.

Já existem ótimas respostas neste site sobre aspectos específicos do ruído. Se você procurar "ruído", encontrará todos os tipos de ótimas leituras .

D. Lambert
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Todas as câmeras digitais exibem ruído de imagem que aumenta à medida que o ISO aumenta, não é verdade. De fato, a única maneira de aumentar o ruído é se você diminuir a quantidade de luz que entra. Aumente o ISO enquanto mantém a mesma velocidade do obturador e abertura, fazendo com que o ruído diminua (ou os destaques para cortar).
Gratidão #
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@ Colin: Aumentar o ISO aumenta o ruído, se a abertura e / ou a velocidade do obturador forem ajustadas para reduzir a quantidade de luz que chega ao sensor , como normalmente ocorre nos modos de exposição automática. Para algumas pessoas, essa suposição é tão natural que é óbvio demais. Para outros, a suposição é tão repugnante que eles eclodem em colmeias.
coneslayer
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@ Matt Grum: Mas o que você fez para tirar essas fotos? Com as mesmas configurações de obturador e abertura, você deve ter usado muito ND na foto com ISO alto ou melhorado muito o brilho da imagem no pós-processamento para a imagem ISO baixa (ou alguma outra manipulação do nível de luz). Isso significa que o seu SNR no sensor foi realmente muito pior no baixo tiro ISO. Isso mudou o SNR real no sensor, então qualquer coisa que você faça depois para tornar as imagens comparáveis ​​amplificará muito ruído na imagem mais fraca.
Colin K
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@ Colin desculpe, eu não li nada sobre o SNR, sim, você obtém um nível de ruído absoluto mais alto quando aumenta o ISO, mas obtém uma melhor relação sinal / ruído. Quando falo de ruído, quero dizer a relação sinal / ruído, pois é isso que determina a quantidade de ruído que você vê na imagem. Para responder sua pergunta, a foto ISO100 foi subexposta. Ao aumentar a exposição digitalmente, amplifiquei o ruído da imagem e o ruído de leitura, proporcionando um SNR pior em comparação com a imagem analógica de alto ISO amplificada.
Matt Grum
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@ Matt: Então foi a exposição adequada que lhe deu um SNR melhor. A aplicação de ganho a um sinal (analógico ou digital) não tem, na melhor das hipóteses, nenhum impacto no SNR e, na prática, reduz um pouco o SNR. Um ISO mais alto só oferece um SNR melhor quando permite uma melhor exposição. Sua demonstração foi falha no sentido de que a foto 100 ISO não foi adequadamente exposta. Se você repetir o teste, mas usar filtros ND ou uma alteração na iluminação para expor corretamente a foto ISO baixa, ela terá SNR igual ou melhor que a foto ISO alta.
Colin K
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A principal causa de ruído em uma imagem é devido ao ruído do tiro de fótons, como resultado de não coletar luz suficiente ... Esse ruído é devido à aleatoriedade da luz / fótons. Quando é coletada pouca luz, é mais provável que os sensores (pixels) recebam luz inadequada ou mesmo sem luz. Pense nisso como sendo exposto à chuva ... uma curta exposição a um banho leve e você não ficará totalmente encharcado / coberto.

O ISO simplesmente permite coletar menos luz (abertura menor / SS mais rápido).

Mais MPs (sensibilidade / área) simplesmente dividem a luz que é coletada mais longe (mais afetada pela aleatoriedade). Mas se os tamanhos dos sensores forem os mesmos e as imagens forem exibidas no mesmo tamanho físico, as imagens terão a mesma luz por área e, portanto, as mesmas características de ruído, independentemente da contagem de MP.

Steven Kersting
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Algumas respostas legais já. Meus 2 centavos. Estou tentando fazer uma lista completa.

Os fatores que afetam a ISO são:

  1. A quantidade de luz que atinge o sensor. Menos luz, mais ruído. Você pode, de certa forma, controlá-lo, manipulando sua abertura e a velocidade do obturador ou adicionando mais luz à cena.

  2. A qualidade do sensor. Fala por si.

  3. A área do sensor. Quanto maior, menor o ruído.

  4. A temperatura de trabalho do sensor. Quanto mais frio é o menor ruído que ele tem.

  5. A área por sensor (pixel) aqui dos Megapixels tem um pouco de impacto, mas essa variável é compensada pela área do sensor. Se dois sensores tiverem o mesmo tamanho, mas uma contagem de megapixels diferente, o megapixel inferior terá menos ruído, mas um resultado semelhante poderá ser obtido ao reamostrar a contagem maior de megapixels para a menor.

  6. A ampliação do sinal. Veja o ponto 7.

  7. O cálculo feito pela câmera para compensá-lo. É aqui que o ISO entra em jogo, o algoritmo usado para aumentar o ISO é calculado para as características específicas do sensor. Aqui está uma das vantagens do uso de processadores mais modernos, além de sensores mais modernos. Outro cálculo pode ser feito é a média de um tiro de longa exposição.

  8. A quantidade de manipulação que o usuário faz no arquivo, referindo-se a quanto aumento de sombras é feito usando, por exemplo, curvas.

  9. O pós-processamento feito em um arquivo, referindo-se a um algoritmo de redução de ruído.

  10. Algumas outras técnicas de redução de ruído, como combinar fotos diferentes. É semelhante à quantidade de luz que atinge o sensor (ponto 1), mas é feita artificialmente.

  11. Qualquer reamostragem é feita no arquivo. A reamostragem de um arquivo com ruído usando um algoritmo de média como o bicubic irá suavizá-lo. Ver ponto 5.


Cada

Rafael
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Resposta: ISO

Exemplos:

  • ISO 80 (baixa iso) -> imagem sem ruído

  • ISO 6400 (iso alto) -> imagem com muito ruído

Se você aumentar o nível ISO, você terá cinco vezes mais ruído na foto.

Ionut Ciucanu
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Exemplo de contador: ISO 100 (baixa iso) -> imagem com muito ruído, ISO 6400 (alta iso) -> imagem com pouco ruído. Prova: mattgrum.com/ISOcomparison/ISO_100_vs_ISO_1600.jpg
Matt Grum
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@ Matt: Você certamente está correto, mas acho que a maneira como a maioria dos fotógrafos pensa sobre as coisas é que, quando você aumenta o ISO, compensa esse aumento com uma velocidade mais rápida do obturador ou uma abertura menor, para produzir (aproximadamente) a mesma fotografia. (Na maioria dos modos de exposição automática, esse modo de pensar corresponde à mecânica do disparo.) Acho que seria melhor encorajar as pessoas a declarar essa suposição em sua escrita, em vez de apenas dizer que estão erradas.
coneslayer
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Ok, então todas as imagens ISO com alto ruído seriam ainda mais ruidosas se capturadas com um ISO mais baixo. Da mesma forma, todo ISO alto com ruído seria menos barulhento se fotografado com uma exposição mais longa. Portanto, não entendo por que as pessoas chamam de "ruído ISO alto" e não "ruído de luz insuficiente". O ISO não cria ruído, exatamente como afirmações como "todas as câmeras digitais exibem ruído de imagem que aumenta à medida que o ISO aumenta". Se você disser "todas as câmeras digitais exibem ruído que aumenta à medida que a luz diminui", você estará correto sem a necessidade de declarar quaisquer suposições!
Matt Grum
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"Ok, para que todas as imagens ISO com alto ruído sejam ainda mais ruidosas se fotografadas com um ISO mais baixo." Somente sob sua suposição não declarada de que a velocidade do obturador e a abertura permanecem fixas. O que não é necessariamente como a maioria dos fotógrafos pensa sobre as coisas.
coneslayer