¿Hay alguna diferencia de ruido entre las fotos con promedio y de larga exposición?

Supongamos que estoy en un trípode, fotografiando una escena perfectamente inmóvil (también oscura) y tomo estas fotos:

• 5 fotos a ISO 3200 y 1s de exposición
• 1 foto con exposición ISO 100 y 5s

Hay una cosa común entre los elementos, y es el tiempo total utilizado.

El EV del primer elemento es mucho más alto, ¿verdad? Ahora supongamos que promedio las 5 fotos a ISO 3200 para reducir el ruido, produciendo una sola imagen.

Después de eso, tomo la foto ISO 100 y ajusto los niveles (lo que aumentaría el ruido) para alcanzar el mismo EV de la foto mezclada, de alguna manera, si miro estas 2 fotos desde lejos, se verían igual.

¿Sería igual el nivel de ruido, comparando la foto mezclada y la foto ajustada por niveles?

Espero que entiendas mi punto.

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En respuesta al comentario de drewbenn

Además, no creo que mezclar las 5 fotos reduzca el ruido de la manera que crees que lo hará

Mezclar fotos reduce mucho el ruido, de hecho, aquí hay un ejemplo:

Tomé 20 fotos de un árbol con: ISO 1600, F4.1 y 2s exp. La imagen superior muestra cuánto ruido tiene alguna de esas imágenes. La inferior muestra el resultado de promediar las 20 fotos en una.

Sory por el mal enfoque.

Como puede ver, el ruido se elimina casi por completo

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Para los que preguntan, utilicé un comando muy simple de imagemagick para promediar las imágenes:

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

Si tengo tiempo más tarde, intentaré llevar a cabo uno de esos experimentos de los que estás hablando. Supongo que no hay un patrón estático y variará en cada cámara.

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También hice un experimento un poco más diferente:

Esta es la escena:

Y tomé este conjunto de fotos (la apertura es siempre la misma), utilicé el modo manual.

• 01 @ ISO 100, 0.6s
• 02 @ ISO 200, 0.3s (promediado más tarde)
• 04 @ ISO 400, 1 / 6s (promediado más tarde)
• 08 @ ISO 800, 1/13 s (promediado más tarde)
• 16 @ ISO 1600, 1 / 25s (promediado más tarde)

Cada conjunto tiene exactamente el mismo EV, estos son los resultados, en el mismo orden:

Parece que con un ISO más alto, hay menos ruido pero también menos detalles.

Siempre que su imagen ISO100 no estuviera subexpuesta, no esperaría una reducción notable en el ruido (excepto tal vez en las sombras profundas) con las imágenes ISO1600 de 5 1 segundo combinadas.

En el otro hilo infame demostré que un ISO100 de 1 / 30s contendrá más ruido (menor relación señal / ruido) que una imagen ISO1600 de 1 / 30s. La misma cantidad de luz pero el ISO más alto tenía menos ruido.

La razón de esto fue que el ruido de lectura es proporcionalmente mayor en la imagen ISO100 (ya que la lectura ocurre después de la amplificación). En un ISO100 expuesto "correctamente", el ruido de lectura es tan pequeño en comparación con la señal que probablemente no se note ninguna reducción en el ruido de lectura.

editar: acabo de hacer el experimento

Tomé una foto a ISO100 16 segundos, y 16 fotos a ISO1600 pero solo 1 segundo. Todas las imágenes estuvieron bien expuestas. Lo que sigue son dos cultivos, la fila superior es una sola imagen ISO1600, y las dos inferiores son las 16 imágenes ISO1600 promediadas en Photoshop, y la imagen ISO100. No te diré en qué dirección están los dos inferiores, para ver si alguien realmente puede notar la diferencia, ¡ciertamente no puedo!

Esta es una pregunta muy buena, pero me temo que la respuesta depende totalmente del rendimiento del sensor y sus curvas de respuesta de estímulo.

Si pensamos en el ruido como el error entre el color real y el color medido, podemos usar un modelo estadístico para averiguar cuántas muestras con mayor error debemos tomar para tener el mismo error que una muestra única más precisa . Pero para hacer eso, primero necesitamos:

• La función de distribución del ruido (puede ser una distribución normal, pero no estoy seguro, un ingeniero eléctrico que sepa mejor cómo funcionan los sensores podría arrojar algo de luz sobre este asunto). Pero recordando mis lecciones de estadística, creo que esto no importa en absoluto en este caso.
• La función que relaciona la sensibilidad al ruido (en un sensor perfecto, creo que debería ser lineal, pero supongo que en el hardware del mundo real, aumentar la sensibilidad produce niveles de ruido mucho mayores).

Teniendo eso, es fácil aplicar algunas fórmulas para deducir cuántas imágenes de un ISO más alto necesita para compensar el ruido más alto en comparación con una sola imagen ISO más baja.

En el escenario lineal de sensibilidad al ruido, con el mismo tiempo de exposición total, el error debería ser el mismo ... Y al ver la excelente respuesta de @Matt Grum, parece que está bastante cerca de la realidad.

Técnicamente hablando, el EV de las dos imágenes es idéntico. Mantiene la misma exposición con ambas configuraciones, lo único que realmente cambia es el nivel de ruido. La cantidad de ruido que encontrará con ISO 3200 será bastante significativa, e incluso mezclar las 5 imágenes juntas probablemente no producirá una imagen con tan poco ruido y detalles finos como una sola exposición de 5 segundos a ISO 100.

Citó una de las respuestas de Matt Grum en su propia respuesta, sin embargo, esa declaración citada declara explícitamente with the same amount of light coming into your camera. Si cambia de una exposición de 1s a ISO 3200, a una exposición de 5s a ISO 100, está aumentando la cantidad de luz que llega a su sensor. Con una escena fija, es muy probable que ISO 100 sea la mejor opción. Es posible que pueda mitigar una cierta cantidad de ruido combinando 5 exposiciones ISO 3200 ... ¡pero también aumenta la cantidad de ruido en cinco veces! No solo eso, sino que es probable que encuentre tanto ruido de luminancia como ruido de color con un ISO tan alto, y el ruido de color es más difícil de identificar y eliminar sin dañar la precisión y los detalles del color.

El único momento en que usar un ISO más alto sería mejor cuando físicamente no tiene la opción de hacerlo. Si no pudo tomar una exposición de 5 segundos y estuvo limitado a 1 segundos como máximo, entonces usar ISO 3200 será la mejor opción porque permite exponer correctamente. El uso de ISO 100 y el aumento de EV con el procesamiento posterior en ese punto amplificaría digitalmente el ruido que existe en la imagen ... que, si bien es principalmente invisible en una imagen no modificada, será más intrusivo que el ruido ISO 3200 cuando aumenta digitalmente la exposición.

El único inconveniente real de la táctica de exposición múltiple es una probable pérdida de nitidez, al menos con un obturador SLR de plano focal y un trípode ordinario. Los sensores son realmente pequeños y es difícil asegurarse de que estén exactamente en el mismo lugar para cada exposición. La parte posterior de múltiples disparos (para cámaras de formato medio y grande) tiende a depender de persianas, bloqueo de espejo que se extiende a través de exposiciones múltiples y un soporte de cámara (como una de las unidades monstruosas de Foba) en lugar de un trípode.

El tipo de pérdida de nitidez de la que estoy hablando estaría en el nivel de poner un filtro de paso bajo (antialiasing) mucho más fuerte frente al sensor. Llámalo un desenfoque de medio píxel (cualquier cosa más de medio píxel se puede minimizar cambiando las imágenes antes de promediar). Puede recuperar algo de nitidez aparente agrupando píxeles (una técnica de reducción de escala que trata los quads de píxeles como un solo píxel; una especie de caso especial del próximo vecino).

Las exposiciones prolongadas para un solo disparo tienen sus propios problemas de ruido, particularmente a altas temperaturas. Disparar a ISO 100 parece una buena idea, pero si la exposición es muy larga, seguirá habiendo ruido térmico, y con solo una copia de la imagen, quedará atrapado con lo que obtenga. Un sensor enfriado activamente (como en una parte posterior astronómica) eliminará en gran medida el problema, pero eso significa un kit especializado. Sin embargo, puede estar bastante seguro de que el sensor permanecerá más o menos en un lugar mientras se graba la imagen, por lo que obtendrá una mejor nitidez.

Las técnicas de disparos múltiples pueden producir menos ruido que un disparo único, especialmente con un buen algoritmo de combinación. Si tiene suficientes imágenes, puede descartar las anomalías estadísticas antes de promediar en cualquier píxel dado. Así es como se hacen las imágenes astronómicas de alta resolución y baja magnitud: una estrella no es una estrella a menos que aparezca en una clara mayoría de las capturas, y su brillo se calcula mediante el promedio.

Una parte de la respuesta de Matt-Grum aquí resolvería mi duda.

Si usa un ISO más bajo (con la misma cantidad de luz que entra en su cámara) obtendrá una imagen subexpuesta y cuando la ilumine en la publicación amplificará tanto el ruido de los fotones como el ruido de lectura. Su ruido total será más alto.