Выше ISO, больше шум? А вот и нет! Или поговорим немного о шумах...
ДимДимыч (DimDimich)
28 нояб. 2019 г., 17:22:58
Сразу отмечу, что информация ниже имеет отношение ТОЛЬКО к съемке в RAW! Поэтому если вы снимаете в JPEG, то можете прочитать это для повышения эрудиции и возможно в итоге вы перейдете таки к съемке в RAW, а если для вас RAW все равно кажется чем-то недостижимым, то можете пропустить (а зря..) :)
Ну а если вы уже снимаете в RAW, то есть вероятность, что некоторые вещи для вас откроются совсем с другой стороны.
Информация эта - не мои личные изыскания, а мой КРАТКИЙ пересказ полученных знаний, существующих фактов и мифов. Более подробную информацию вы сможете прочитать по ссылкам в конце, если захотите углубиться.
Выше ISO, больше шум - это неправда!
И вот почему. Упрощенно ISO это коэффициент усиления АНАЛОГОВОГО усилителя сигнала, полученного с матрицы камеры. (сразу оговорюсь, что понятия Extended ISO, Low ISO и пр. я отбрасываю, т.к. они не имеют отношения к аналоговому усилению, а имеют прямое отношение к цифровому усилению, т.е. обычному умножению на конечном этапе оцифровки изображения, аналогичному поднятию яркости в RAW конвертерах).
Как вообще формируется RAW файл (набор данных о величине засветки каждого пикселя)? Свет (фотоны), отражаясь от различных поверхностей (того, что вы фотографируете) попадает в объектив и фокусируется на матрице. Разные материалы по-разному отражают свет и поэтому отраженный поток фотонов имеет некую хаотичность, каждый цвет идет несколько по-своему. Это образует шум на который мы никак не можем повлиять, потому что это природа и ее законы. Назовем его "шумом сцены", он всегда был, есть и всегда будет, и он никак не зависит от наших с вами камер. Далее свет попадает на матрицу и начинается процесс фотоэмиссии - пиксели матрицы, поглощая фотоны, начинают формировать поток электронов, а следовательно появляется ток и напряжение. Ее (матрицы) температура, механизмы по "обнулению" значений пикселей перед следующим кадром и пр. электроника также формируют заметный шум. Назовем этот шум "транспортным", который понятное дело зависит уже от нашей камеры. Это самое напряжение с матрицы приходит на аналоговый усилитель (шум которого не столь заметен на фоне остальных шумов). И именно его коэффициент усиления мы изменяем, когда меняем параметр ISO в камере. Через усилитель проходит полезный сигнал (то, что мы фотографируем), шум сцены и транспортный шум. А вот после усилителя у нас стоит АЦП (аналого-цифровой преобразователь), устройство, которое формирует цифровой сигнал, единицы и нули, которые и попадают в конечном итоге в RAW файл в виде значений степени насыщения каждого пикселя. Так вот после этапа аналогового усиления у нас тоже формируется шум - из-за АЦП преобразования и наличия другой электроники - этот шум назовём "шумом АЦП", который также зависит от модели камеры.
Итого имеем три основных шума - "шум сцены", "шум транспортный", "шум АЦП". Если на первый шум мы никак и никогда не повлияем, то второй и третий зависят от конкретной реализации камеры, и хоть природа этих двух шумов похожа - принципиальная разница в том, что возникают они на разных этапах съемки. "Транспортный шум" - до и во время аналогового усиления, "шум АЦП" - после, на этапе оцифровки. При этом оба эти шума вместе можно назвать "шумом считывания". Чем меньше шум считывания, тем менее он заметен в тенях, тем больше динамический диапазон камеры нам доступен.
Понимая это, теперь и легко понять, почему же увеличение ISO никак или почти никак не оказывает влияние на шум в RAW файле. Более того, повышение ISO даже наоборот может замедлять рост шума (правда ценой снижения динамического диапазона, яркие области могут уйти в насыщение).
Шумы мы видим тогда, когда имеет место МАЛОЕ ВРЕМЯ ЭКСПОЗИЦИИ. Именно малое время экспозиции не позволяет накопить достаточно полезного сигнала, поэтому шумы становятся заметнее. Проведите простой эксперимент. Установите ISO скажем 1600 и сделайте кадр по экспонометру камеры (без коррекции). А теперь сделайте тот же самый кадр, но при ISO 200, при этом в RAW конвертере сделайте экспокоррекцию +3 EV (приводим уровень яркости к одному значению, предположим, что это случай, когда у вас случилась недодержка кадра и вы пытаетесь ее исправить). Вы получите совершенно одинаковые изображения с одинаковым уровнем шумов, и вероятно даже, что шумов при ISO 1600 будет меньше, чем в случае ISO 200. Дело в том, что в первом случае у вас первые два типа шумов прошли через аналоговое усиление, а шум АЦП это усиление не проходит, поэтому он оказывает малый вклад и почти незаметен. А во втором случае при (ISO 200) - первые два типа шумов также прошли через усиление, но уже меньшее, но потом ВСЕ ТРИ шума дополнительно усиливаются из-за того, что вы вручную делаете цифровое усиление (обычное умножение) на 3 стопа, что в итоге может дать результат даже чуть хуже, чем при ISO 1600 (из-за дополнительного усиления шума АЦП в конвертере). Поэтому нет особо большой разницы (с точки зрения шумов) при каком ISO был сделан снимок, все будет определяться временем экспозиции.
Т.е. в большинстве своем все шумы определяются только шумами сцены и электроники камеры (шумом считывания), а никак не ISO. Поэтому принципиально важно смотреть не на ISO, а на корректность и правильность ЭКСПОЗИЦИИ. Нужно стараться максимально использовать доступный динамический диапазон камеры экспонируя так, чтобы гистограмма RAW (не JPEG! это принципиально) была сдвинута как можно ближе в сторону светов (но без насыщения, клиппинга или хотя бы с сохранением требуемых элементов сцены). Повышение ISO (за счет увеличения усиления) может отрицательно повлиять в основном на урезание динамического диапазона сверху (в светах), но может позволить получить меньший уровень шума (по сравнению с повышением яркости на этапе постобработки). Поэтому сначала стараемся выставить максимально возможное время экспозиции (так, чтобы света или важные элементы не выбивались) при минимальном ISO (так мы имеем максимальный дин. диапазон) и требуемой диафрагме, и если все-таки не получается добиться нужной экспозиции, тогда прибегаем к увеличению ISO (ценой уменьшения динамического диапазона, естественно имеется ввиду, что время экспозиции при этом осталось тем же).
Еще раз. С точки зрения уровня шумов ВСЕ ОПРЕДЕЛЯЕТ ЭКСПОЗИЦИЯ, А ИМЕННО ВРЕМЯ ЭКСПОЗИЦИИ при заданной диафрагме. Если вам кто-то скажет, что ISO является частью экспозиции, ее элементом, то можете разочаровать его в незнании сути экспозиции и происходящих процессов. Повышение ISO может только косвенно на нее повлиять, сократив в _автоматическом режиме съемки_ время экспозиции для возможности получения требуемой яркости (по факту ISO определяется через экспозицию исходя из текущего экспозамера). Только из-за укорачивания экспозиции вы увидите шумы - просто потому, что они становятся нагляднее на фоне слабого, недодержанного сигнала. Точно также ISO не имеет никакого отношения к чувствительности матрицы, это все неверное понимание сути процесса получения изображения в цифровой камере.
Очень полезная и подробная информация тут:
https://photographylife.com/iso-invariance-explained (Инвариантность ISO у современных камер)
https://www.dpreview.com/reviews/image-comparison/fullscreen?widget=332 (наглядная демонстрация инвариантности, не увеличения, а зачастую снижения шума при большем ISO по сравнению со снимком при меньшем ISO и экспокоррекции при постобработке)
https://www.rawdigger.ru/howtouse/mystic-exposure-triangle (Миф про "треугольник экспозиции")
https://www.fastrawviewer.com/blog/how-to-use-the-full-dynamic-range-of-your-camera (Как использовать динамический диапазон камеры по-максимуму)
https://www.rawdigger.com/howtouse/exposure-for-raw-or-for-jpegs (про важность гистограммы RAW, а не JPEG и не той, что показывает камера)
https://www.fastrawviewer.com/blog/most-obvious-reasons-to-look-at-RAW (про важность гистограммы RAW, а не JPEG и не той, что показывает камера)
https://www.fastrawviewer.com/raw-histogram-for-culling (про важность гистограммы RAW, а не JPEG и не той, что показывает камера)
Дополнительно:
Понятие экспозиции (на русском) https://ru.wikipedia.org/wiki/Экспозиция_(фото)
Понятие экспозиции (на английском, более подробно) https://en.wikipedia.org/wiki/Exposure_(photography)
Понятие ISO speed (для пленок и цифровой техники) https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=ISO_(photography)
В свете последних комментариев добавил к записи дополнительные ссылки с описаниями понятий Экпозиция и ISO speed.
Учиться, учиться и учиться!
Снимать, смотреть и пробовать заново!..)
Очень интересно и полезно, спасибо! Ломает стереотипы. Будем изучать матчасть...))
Интересный блок, жалко, что нет продолжения. Из статьи понял для себя ( простым языком) , что увеличение ИСО, это тоже самое, что увеличение экспозиции на недоэкспонированном снимке в фотошопе, только это происходит в самой камере. Т.е. ИСО само по себе вторично, а увеличение шумов, как результат недостаточной экспозиции и недостаточного света и информации попадающих на матрицу.
Да, Владимир, только не "тоже самое, что увеличение экспозиции ... в фотошопе", а "почти тоже самое". В этом и разница. Уровень ISO это грубо говоря коэффициент усиления сигнала внутри камеры. Да, вместе с сигналом увиличивается и шум. Только фишка в том, что усилинение в камере происходит не в самом конце. После к выходному изображению будет добавлен еще шум. И вот как раз фотошоп усилит ВЕСЬ шум. И потому увеличение экспозиции в фотошопе будет приводить к большему шуму, чем если бы мы повысили ISO в камере (получая одинаковую якрость картинки в итоге).
Я ДимДимыч и подразумевал, что почти. Спасибо, что вернулись, очень рад.
Чем отличается мультиэкспозиция от совмещения кадров и наложения изображений и наложения фотографий ( как я написал ) ?
Вы сейчас свою анонимность хотите раскрыть? В цифровой технике ничем. Каждый новый кадр сопровождается сбросом матрицы :) Матрица не пленка.
причём здесь анонимность? Просто хочу узнать.
Ну во-первых я вчера уже приводил ссылки с описанием того, что же такое мультиэкспозиция.
Смотрите, самое главное, это понять вот что. Плёнка это и светочувствительный элемент и память одновременно! А вот в цифровых камерах такой штуки, как плёнка, с ее свойствами, нет. У них матрица это светочувствительный элемент, а память это отдельное звено. И это принципиальное отличие пленочной техники от цифровой. Цифровой аппарат принимает свет на свою матрицу. Матрица, реагируя на фотоны вырабатывает электричество (фотоэмиссия). У каждого пикселя матрицы (для каждого цветового канала) вырабатывается определенный уровень напряжения, зависящий от интенсивности света, попавшего на пиксель. И дальше задача цифровой камеры считать эти уровни напряжения, оцифровать их, произвести различные манипуляции (подавить шум, например) и сложить их в файл RAW. Если у нас плёнка, то мы можем дважды (или более) проэкспонировать ее на один и тот же кадр (пленку не перематываем), свет будет воздействовать на пленку и это воздействие на ней сразу будет сохраняться. При этом мы можем сделать один снимок на пленку вчера, второй сегодня, и все это сложится на один кадр пленки. А у цифровой камеры нет пленки (матрица ничего не запоминает). Каждый отдельный снимок это отдельный файл RAW, и в случае мультиэкспозиции данные будут складываться процессором в цифровом виде. Цифровая камера это по сути специализированный компьютер, задача которого зафиксировать уровни воздействия света на матрицу. А вот видимое изображение, это уже интерпретация этих воздействий. Эту интерпретацию может сделать вам камера (в виде JPEG файла) или вы можете интерпретировать сами, обработав RAW самостоятельно. Точно также и мультиэкспозицию вы можете сделать сами, на свой вкус и по своим алгоритмам вне камеры, в т.ч. используя файлы RAW (аналогичным образом, как это делает сама камера).
анонимность при том, что нельзя раскрывать свое имя в конкурсе, а вы можно сказать это сделали...........лучше не продолжайте на эту тему сейчас :)
ничего не понял
ну тогда только читать, вникать, разбираться, пробовать :) знать как работает твой инструмент, его возможности и границы применения это полезно.
en.wikipedia.org/wiki/Multiple_exposure
Дим Димыч, а можно, пожалуйста, ликбез для меня. Если я делаю фотографию в мануале, есть разница какой тип замера экспозиции у меня стоит в установках?
Екатерина, если вы снимаете в мануале, то и экспозицию задаёте вы :) Экспозамер, это инструмент, который просто подсказывает вам, как, по его мнению, следует проэкспонировать кадр, чтобы получить желаемый эффект (сохранить света, тени, или более менее всё).
Кстати про экспозамер есть интересная заметка, сейчас найду.
Во www.rawdigger.ru/howtouse/spot-meter-exposure
но это тоже, некая подсказка, а не строгое правило
О, значит, не совсем дура, так и думала. Просто мои филологические мозги с большим скрипом усваивают техническую информацию. А школа у меня была экспериментальная, я ни физику, ни химию не учила. И теперь имею что имею :))
Кстати, после этого Вашего блога, мне дважды говорили про связь шумов и ИСО:) Один раз консультант в магазине, где я радиосинхронизатор брала, другой раз - практикующий фотограф...
Чуть не забыла сказать спасибо :) Спасибо
ISO и шумы, конечно же связаны, но...не так просто, как это обычно понимается. То, что написано в основном тексте, это просто пища для размышлений, некие тонкости, которые позволяют чуть лучше понять суть вещей в цифровой камере. И некоторые практические выводы отсюда тоже есть. Сергей Петрович абсолютно верно расписал здесь fotokonkurs.ru/blogs/personal_DimDimich/7540
Так и я о том же. В магазине, посмотрев на настройки, выставленные на камере, просто заметили, что ИСО 800 совершенно неприемлемо, даже не спросив, а что собственно я с таким ИСО снимала :))
В одном из роликов с фотожурналистом Максимишиным он утверждал, что вообще ниже 1600 не ставит (за рядом исключений, конечно же)
И да, если все-таки упомянуть те самые Extended ISO, LOW ISO и т.п., в т.ч. промежуточные значения ISO (вроде 160, 250 и т.д. и это касается только некоторых производителей и моделей), находящиеся между значениями привычного ряда 100-200-400-800 и т.д. - всё они делают дополнительное ЦИФРОВОЕ усиление, т.е. также увеличивают шумы всех типов. Про промежуточные значения ISO - это касается, например, некоторых моделей Canon (5D в их числе). Cъемка при ISO 200 даст меньше шумов, чем при ISO 160 и одинаковой яркости обоих кадров, или по-другому - съемка при ISO 160 не дает преимуществ по шумам перед ISO 200. (все это также можно найти по ссылкам выше, в т.ч. конкретные замеры электронов :) ).
очень интересные статьи, спасибо... под таким углом не смотрела еще на эту проблему) надо будет поэкспериментировать с фотоаппаратом)
На самом деле все очень просто :) надо забыть про что-то там вроде "ISO дает шумы", а помнить только о свете, который мы можем получить в достатке только задав достаточную выдержку, тогда и шумов не будет. Шумят матрицы и электроника и грубо говоря одинаково всегда, вне зависимости от ISO. А вот всякие промежуточные ISO у некоторых это чистый воды маркетинг. Вот тут можно посмотреть график шума считывания для кучи камер photonstophotos.net/Charts/RN_e.htm
Для ряда моделей будет видно, что есть точки, которые идут группами по 3 в один ряд (включите тот же Canon 5D), это говорит о том, что эти ISO есть одно и тоже и имеет место цифровая коррекция для значений, отличных от стандартных. ISO 200 реальное и без манипуляций, а вот ISO 160 это ISO 200 с последующей внутрикамерной коррекцией на -1/3 ступени. (под графиком написано, что сравнивать между собой по значениям графиков модели камер там нельзя, т.к. они не нормировались, потому можно только анализировать поведение конкретной модели, или сравнивать только характеры поведения одной по отношению к другой).
Не залезая в дебри, все просто, чем больше ISO тем больше чувствительность матрицы, которая достигается большим напряжением, как следствие больший нагрев и как следствие больший шум, чудес не бывает, но при грамотной обработке RAW можно сделать так, что этот шум почти не будет заметен, но есть предел чувствительности при котором шум будет не заметен, этот предел у всех камер разный.
Это совершенно не так, а почему - написано в тексте и по ссылкам. ISO это никакая не чувствительность матрицы!
Судя по терминам и формулировкам у вас нет радиотехнического образования. Тем не менее, в статье сказано про различия от камеры к камере, но смысл статьи совсем о другом. Текст и ссылки о том, чтобы сформировать правильное понимание сути параметра ISO. В т.ч. для понимания, что не ISO формирует экспозицию, а только выдержка и диафрагма.
Образования нет, а вот по поводу формирования экспозиции вопрос спорный, смотря что вы называете формированием. При одном и том же освещении, например ночью, при одних и тех же параметрах выдержки и диафрагмы, но при разном ИСО экспозиция будет разной, в плоть до того, что кадр вообще может получиться темным, почти черным, так принимает ИСО участие в формировании экспозиции или нет?
Здесь не может быть никакого спора, есть определение понятия "Экспозиция".
По определению экспозиции - нет! Вы просто заложник авторежимов камеры (то самое кручу сюда больше, а тут получается, что нужно сделать меньше) и неправильных трактовок. Текст и ссылки как раз и пытаются объяснить почему это мифы и неправильно. Может вам тексты на английском трудны? Я попробую попозже ещё раз написать чуть иными словами, сейчас с телефона неудобно. Или попробуйте ещё раз прочитать. И ещё раз - чувствительность матриц одна и неизменна.
Раз с телефона, то не отвечайте, потом....... но тут какое дело, как посмотреть, конечно можно добиться нужной экспозиции и без ИСО, но тогда время экспозиции может быть таким, что удержать камеру в руках без шевеленки будет невозможно, вот тут и вступает ИСО, с помощью чувствительности мы уменьшаем время экспозиции, до значения которое позволит сделать кадр без штатива, вот и думайте участвует ИСО в экспозиции или нет.
Владимир, экспозиция это количество света, попадаемого на матрицу, за единицу времени. Где тут ИСО? Теперь вы наверное уже догадываетесь, что ИСО не имеет к экспозиции никакого отношения. ;)
А то, что вы называете экспозицией, это требуемая вами яркость картинки, при заданном времени экспозиции. Да, тут ИСО и помогает получать _яркость_, которую хотите. А это принципиально иное со своими последствиями. В том то и дело, что когда вы повышаете ISO, вам не хватает !света! для правильной экспозиции. Потому ИСО просто исправляет яркость при недополученном свете на матрице. Как? Да просто усилением того, что есть.
Надеюсь сейчас понятна ваша ошибка. Нельзя смешивать килограммы с метрами.
Горе учителя вдалбливают неверные определения, а народ, который не понимает технической стороны вопроса, слепо верит.
Это не яркость картинки, а степень экспонированности. Ну а если мы с помощью ИСО мы уменьшаем время экспонирования, что бы избежать шевеленки, то тут уже ИСО принимает участие в экспозиции, ведь при повышении ИСО уменьшается выдержка, тут уже прямая связь.
Вы непробиваемый!
Поставьте ручной режим М у камеры! Увеличивая значение ISO у вас что, уменьшается время выдержки?! Перечитайте все вышенаписанное ещё и ещё раз.
Изменяя яркость в редакторе вы никак не изменяете экспозицию, точно также действует ISO. Экспозиция определяется только временем и диафрагмой. Не хотите понимать/разобраться, ок, оставайтесь невеждой :)
нет не уменьшится, но с одними и теми же выдержкой и диафрагмой, но меняя ИСО, я могу получить по разному экспонированный кадр, и это будет не яркость, а именно экспонирование.
А вообще изначально разговор шел про шумы на разных ИСО, с увеличением ИСО шумы увеличиваются, на практике это именно так.
Экспонирование происходит и заканчивается до блока с ISO. С меня хватит :) Сергей Петрович может продолжит? )))) Грустно, что такие ложные вещи так глубоко откладываются у людей.. и как выбивать непонятно, когда тебе на белое (определение и суть), говорят, что это чёрное (совсем иное) =(
(как итог - можно наглядно оценить проблему, посеянную малограмотными писателями всяких курсов по основам фотографии, так сильно растиражированных)
Так, да не так. В том то и дело, что от ISO шум можно сказать вообще не зависит, может усилиться только цифровой шум на этапе АЦП. Шум зависит прежде всего от экспозиции )) малая (недостаточная) выдержка - больше шумов видно. Всё, можете перечитать всё ещё раз 7, пока не скажите Эврика и придет озарение. Новые знания (даже когда поздно) это круто и полезно.
Да уж, действительно как в одном известном выражении получилось...повелся и сам уже стал делать ошибки. ISO цифровой шум не усилит, цифровой шум усилится при увеличении яркости после съёмки. ISO просто за счёт усиления (из-за механизма самого себя) обнажает (сильнее показывает) те шумы, что были в момент усиления + не усиленный цифровой шум. Об этом в тч в статье и говорится. Наглядно объясняется на примерах (по ссылкам), от чего же на самом деле зависят шумы и на каких этапах и как они проявляются/усиливаются.
По своему определению экспозиция - это количество света падающего за определенный отрезок времени на поверхность матрицы. Чувствительность матрицы - способность матрицы вырабатывать электрический сигнал в ответ на падение света на ее поверхность. Она ограничена уровнем собственных шумов светочувствительных элементов, составляющих матрицу, который маскирует слабый, ниже уровня шума, полезный сигнал. Чем сильнее полезный сигнал (количество падающего на матрицу света), тем лучше он заметен на фоне шума. В этом случае говорят об оптимальном соотношении сигнал/шум. Существует и ограничение полезного сигнала "сверху", чрезмерное его количество может выйти за пределы работы АРУ и привести к насыщению. Увеличение же кол-ва света (уровня полезного сигнала), падающего на матрицу достигается следующими действиями: 1. Увеличением выдержки - времени нахождения затвора в открытом состоянии, 2. Увеличением диафрагмы - величины открытого отверстия объектива, 3. Увеличением освещенности объекта съемки (студийный стационарный свет, переносные, на-камерные светильники, отражатели или импульсные источники света - вспышки). Еще один способ (конструктивный) - увеличение размера пикселя, т.к. на геометрически больший фотодиод падает больше света и его полупроводниковый элемент выдает большую амплитуду электрического сигнала, тепловой же шум фотодиода от его размера практически не зависит и остается постоянным - отсюда стремление фотографов к переходу с "кроп"-камер на полный кадр и уже продвинутых профессионалов - далее на среднеформатные камеры, где матрицы по своим размерам стремятся к старым добрым широкоформатным пленочным камерам...
Я перешел с кроп на полный кадр меньше года назад и разницу в части снижения шумности своих снимков замечаю невооруженным глазом примерно в той же пропорции, как полный кадр отличается от кроп, примерно в к=1,6 раза, т.е. если на кропе я старался не выходить за 1000-1200 ед, то на полном кадре верхний предел у меня уже 3200, но при этом, конечно, надо, по возможности, заботиться об освещенности объекта съемки, т.к. более сильный входной полезный сигнал вызовет работу АРУ на подавление избыточного сигнала, а вместе с ним и шума...