¿El ruido en las imágenes depende de "megapíxeles" o "ISO"?

Respuestas:

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El ruido se origina debido a una serie de factores, ver:

¿Qué es el ruido en una fotografía digital?

Aumentar la cantidad de megapíxeles manteniendo todo lo demás constante (tamaño del sensor, tecnología, etc.) aumentará el ruido por píxel, pero también tiene el efecto de hacer que el ruido sea más fino, lo que es menos objetable.

El ISO por sí solo no aumenta el ruido, solo si combina el aumento del ISO con la disminución del tiempo de obturación / apertura de cierre.

Vale la pena repetir esto nuevamente aquí ...

El aumento de ISO mientras se mantiene constante la velocidad de obturación / apertura no aumenta el ruido :

Aquí hay un ejemplo, ya que la toma ISO 100 estaba subexpuesta, elevar la ISO a 1600 arrojó un resultado mucho menos ruidoso.

Matt Grum
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No estoy seguro de por qué este tema ISO siempre genera un debate tan acalorado.
rfusca
@fusca: porque la gente confunde el nivel de ruido con la relación señal / ruido, y porque no necesitas un título en ingeniería óptica para ser un buen fotógrafo :)
Colin K
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Debido a que es contra-intuitivo y porque las imágenes ruidosas tienden a haber sido tomadas con ISO alto, por asociación lo atribuyen a ISO alto. Entonces, cuando se presenta y dice "aumentar el ISO en realidad mejora la relación señal / ruido (todo lo demás es igual)" la gente se niega a aceptarlo, incluso cuando proporciona los resultados de un experimento simple que lo demuestra.
Matt Grum
@MattGrum Me falta algo aquí, ¿cómo tomaste la primera foto con la misma apertura y velocidad de obturación que en la segunda pero con un ISO más alto y la primera foto no es más brillante que la segunda?
K ''
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@Akram Apliqué niveles automáticos a ambas imágenes para normalizar el brillo, ya que quería comparar la relación señal a ruido (que es mucho más importante que el nivel de ruido absoluto).
Matt Grum
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Cuando se trata de ISO , es un nombre inapropiado que aumentar el ISO aumenta el ruido. No está haciendo nada por el estilo. La razón por la que el ISO alto produce imágenes ruidosas se debe completamente al hecho de que para un ISO más alto, debe reducir la cantidad de luz (señal) que llega al sensor, lo que finalmente aumenta la relación de ruido incluso antes de que se produzca la amplificación ISO.

Nick Bedford
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La respuesta corta es ambas, pero requiere alguna explicación.

Megapíxeles Sí, pero solo si estamos hablando de 12MP vs 24MP para un tamaño de sensor dado . El problema no es el número absoluto de megapíxeles per se, sino el tamaño de cada píxel individual. Cubos bajo la lluvia es la analogía común utilizada. Esencialmente, si tiene dos cubos bajo la lluvia, el más grande con el doble de área que el otro, el más grande recogerá el doble de agua (o fotones).

Esto tiene que ver con la relación señal-ruido.

El fotón golpea al fotodiodo -> el fotodiodo emite electrones -> los electrones se almacenan en una célula -> la carga analógica convertida en una señal digital por la unidad analógica a digital (ADU). Aproximadamente, de todos modos.

ingrese la descripción de la imagen aquí

El nivel de amplificación que tiene lugar en la etapa ADU está determinado por el nivel ISO. El problema es que en el camino se produce ruido. Por ruido queremos decir señal no deseada : el nivel de carga almacenado en el pozo no refleja al 100% la lectura de luz en un mundo perfecto. Hay varias razones para esto (algunas de las cuales son naturales y no se pueden evitar; detalles [aquí] [2]). A niveles ISO más altos, la señal debe amplificarse aún más, aumentando el impacto de este ruido no deseado como un porcentaje de la señal total.

Los siguientes números son arbitrarios, pero digamos que en ISO 100 tenía 4 unidades de ruido de una señal de 12.5 unidades recolectadas y que en ISO 400 tenía 4 unidades de 10 unidades recolectadas. Nota...

  • los niveles de ruido antes de la amplificación son independientes del ISO seleccionado).
  • a ISO 400 1/4 se recoge tanta luz (ISO 400 es dos paradas por encima de ISO 100). Duplique el ISO, la mitad de la cantidad de luz recolectada.

El proceso de amplificación necesita llevar la señal a 100.

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

Entonces, un aumento en ISO conduce a más ruido. Si nuestros píxeles individuales hubieran sido dos veces más grandes de modo que no se necesitara amplificación (nuevamente, esto es solo para explicar el concepto), entonces lo siguiente habría sido cierto.

  • ISO 100: 4 unidades de ruido para 100 unidades de señal total (4%)
  • ISO 400: 4 unidades de ruido para 25 unidades de señal total (16%)

... y el ruido se habría reducido.

Gecko Boy
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Ambos factores pueden tener un impacto en el ruido. De los dos, el efecto de ISO es el más visible de inmediato. Todas las cámaras digitales exhiben ruido de imagen que aumenta a medida que aumenta ISO. Dependiendo de la cámara, puede ver poco o nada de ruido en ISO 100, por ejemplo, y proporcionalmente más a medida que se acerca a la configuración máxima de ISO para su cámara (generalmente de 1600 a 6400 o más). Hay muchos ejemplos de esto para casi todas las cámaras en el mercado (las revisiones para cada cámara específica a menudo muestran ejemplos).

El tamaño de la imagen (megapíxeles) no afecta directamente el ruido, pero sí indirectamente cuando considera dos sensores del mismo tamaño. En este caso, en igualdad de condiciones, el sensor de megapíxeles más grandes mostrará más ruido como efecto secundario de tratar de "apretar" más píxeles en un sensor de tamaño similar. Aunque esto se puede mostrar en ciertos casos dentro de una línea de cámara, este factor puede ser difícil de precisar porque las cámaras también suelen tener sensores mejorados o tecnología de procesamiento que maneja el ruido de manera más efectiva.

Ya hay algunas respuestas excelentes en este sitio con respecto a aspectos específicos del ruido. Si busca "ruido", encontrará todo tipo de lecturas geniales .

D. Lambert
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Todas las cámaras digitales exhiben ruido de imagen que aumenta a medida que aumenta ISO no es cierto. De hecho, la única forma en que aumenta el ruido es si disminuye la cantidad de luz que ingresa. Aumente el ISO mientras mantiene la misma velocidad de obturación y la apertura hará que disminuya el ruido (o que se resalten los reflejos).
Matt Grum
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@Colin: Elevar el ISO aumenta el ruido si la apertura y / o la velocidad del obturador se ajustan para reducir la cantidad de luz que llega al sensor , como suele ser el caso en los modos de exposición automática. Para algunas personas, esta suposición es tan natural que es demasiado obvio afirmarla. Para otros, la suposición es tan aborrecible que estallan en colmenas.
coneslayer
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@ Matt Grum: ¿Pero qué tuviste que hacer para tomar esas fotos? Con la misma configuración de obturador y apertura, debe haber utilizado mucho ND en el disparo con ISO alto o haber aumentado mucho el brillo de la imagen en el procesamiento posterior de la imagen con ISO bajo (o alguna otra manipulación del nivel de luz). Eso significa que su SNR en el sensor fue realmente mucho peor en el disparo con bajo ISO. Eso cambió la SNR real en el sensor, por lo que cualquier cosa que haga después de eso para hacer que las imágenes sean comparables amplificará mucho ruido en la imagen más tenue.
Colin K
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@Colin lo siento, no leí nada sobre SNR, sí, obtienes un nivel de ruido absoluto más alto cuando aumentas el ISO, pero obtienes una mejor relación señal / ruido. Cuando hablo de ruido me refiero a la relación señal / ruido, ya que esto es lo que determina la cantidad de ruido que ves en una imagen. Para responder a su pregunta, la toma ISO100 estaba subexpuesta. Al aumentar la exposición digital que amplificó tanto el ruido de la imagen y el ruido de lectura que da un SNR peor en comparación con la imagen ISO alta, la analógica amplificada.
Matt Grum
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@Matt: Entonces fue la exposición adecuada lo que le dio una mejor SNR. Aplicar ganancia a una señal (analógica o digital) no tiene, en el mejor de los casos, ningún impacto en la SNR, y en la práctica en realidad reduce la SNR de alguna manera. Un ISO más alto solo le brinda una mejor SNR cuando le permite obtener una mejor exposición. Su demostración fue defectuosa en el sentido de que la toma de 100 ISO no se expuso correctamente. Si repite la prueba, pero usa filtros ND o un cambio en la iluminación para exponer correctamente el disparo de ISO bajo, tendrá una SNR igual o mejor que el disparo de ISO alto.
Colin K
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La causa principal del ruido en una imagen se debe al ruido de disparo de fotones como resultado de no recolectar suficiente luz ... Este ruido se debe a la aleatoriedad de la luz / fotones. Cuando se recolecta muy poca luz, es más probable que los sensores (píxeles) reciban una luz inadecuada o incluso nula. Piense en esto como estar expuesto a la lluvia ... una breve exposición a una ducha ligera y no estará completamente empapado / cubierto.

ISO simplemente le permite recoger menos luz (apertura más pequeña / SS más rápido).

Más MP (sensores / área) simplemente dividen la luz que se recolecta más lejos (más afectada por la aleatoriedad). Pero si los tamaños de los sensores son los mismos y las imágenes se muestran con el mismo tamaño físico, las imágenes tendrán la misma luz por área y, por lo tanto, las mismas características de ruido, independientemente del recuento de MP.

Steven Kersting
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Algunas buenas respuestas ya. Mis 2 centavos Estoy tratando de hacer una lista completa.

Los factores que afectan a ISO son:

  1. La cantidad de luz que golpea el sensor. Menos luz, más ruido. En cierta medida, puede controlarlo manipulando su apertura y la velocidad de obturación, o agregando más luz a la escena.

  2. La calidad del sensor. Habla por si mismo.

  3. El área del sensor. Cuanto más grande, menos ruido.

  4. La temperatura de trabajo del sensor. Cuanto más frío es, menos ruido tiene.

  5. El área por sensor (píxel) aquí los megapíxeles tienen un poco de impacto, pero esta variable se compensa con el área del sensor. Si dos sensores son del mismo tamaño, pero un recuento de megapíxeles diferente, el megapíxel más bajo tendrá menos ruido, pero se podría lograr un resultado similar al volver a muestrear el recuento de megapíxeles más grande al más bajo.

  6. La ampliación de la señal. Ver punto 7.

  7. El cálculo realizado por la cámara para compensarlo. Aquí es donde entra en juego el ISO, el algoritmo utilizado para aumentar el ISO se calcula para las características específicas del sensor. Aquí está una de las ventajas de usar procesadores más modernos, además de sensores más modernos. Otro cálculo que se puede hacer es el promedio de una toma de larga exposición.

  8. La cantidad de manipulación que el usuario hace al archivo, refiriéndose a cuánto aumento de las sombras se realiza mediante, por ejemplo, curvas.

  9. El procesamiento posterior realizado en un archivo, en referencia a un algoritmo de reducción de ruido.

  10. Alguna otra técnica de reducción de ruido como combinar diferentes disparos. Esto es similar a la cantidad de luz que golpea el sensor (punto 1) pero se hace artificialmente.

  11. Cualquier remuestreo se realiza al archivo. Volver a muestrear un archivo con ruido utilizando un algoritmo de promedio como bicubic lo suavizará. Ver punto 5.


Cada

Rafael
fuente
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Respuesta: ISO

Ejemplos:

  • ISO 80 (iso bajo) -> imagen sin ruido

  • ISO 6400 (iso alto) -> imagen con mucho ruido

Si eleva el nivel ISO, aumentará el ruido de la foto cinco veces.

Ionut Ciucanu
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Ejemplo de contador: ISO 100 (iso bajo) -> imagen con mucho ruido, ISO 6400 (iso alto) -> imagen con poco ruido. Prueba: mattgrum.com/ISOcomparison/ISO_100_vs_ISO_1600.jpg
Matt Grum
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@ Matt: Ciertamente tienes razón, pero creo que la forma en que la mayoría de los fotógrafos piensan acerca de las cosas es que cuando aumentas ISO, compensas ese aumento con una velocidad de obturación más rápida o una apertura más pequeña, para producir (aproximadamente) la misma fotografía. (En la mayoría de los modos de autoexposición, esta forma de pensar corresponde a la mecánica del disparo). Creo que sería mejor alentar a las personas a expresar esa suposición en sus escritos, en lugar de simplemente decir que están equivocados.
Coneslayer
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Bien, cada imagen ruidosa de ISO alto sería aún más ruidosa si se toma con un ISO más bajo. Del mismo modo, cada ISO alto ruidoso sería menos ruidoso si se toma con una exposición más larga. Así que no entiendo por qué la gente lo llama "ruido ISO alto" y no "ruido de luz insuficiente". ISO no crea ruido, que es exactamente lo que implican declaraciones como "todas las cámaras digitales exhiben ruido de imagen que aumenta a medida que aumenta ISO". Si, en cambio, dice "todas las cámaras digitales exhiben ruido que aumenta a medida que disminuye la luz entrante", ¡estaría en lo correcto sin la necesidad de establecer suposiciones!
Matt Grum
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"Ok, entonces cada imagen ruidosa de ISO alto sería aún más ruidosa si se toma con un ISO más bajo". Solo bajo su suposición no declarada de que la velocidad de obturación y la apertura permanecen fijas. Lo cual no es necesariamente cómo la mayoría de los fotógrafos piensan realmente sobre las cosas.
coneslayer