¿Por qué usar un ISO más alto y una velocidad de obturación más rápida produciría más ruido que usar un ISO más bajo y una velocidad de obturación más lenta?

Estoy tratando de ver cómo esta respuesta se correlaciona con la práctica. Esa respuesta básicamente dice que necesito dejar entrar suficiente luz en la cámara y luego usar el valor ISO más alto y obtendré el ruido más bajo.

Entonces hago dos disparos con la misma cámara. La cámara tiene una apertura establecida en un valor específico, modo totalmente manual, la cámara está en un trípode y enfocada en un objeto lejano específico. El rodaje se realiza alrededor de la medianoche, por lo que es bastante oscuro. La escena es un gran edificio industrial alejado de la cámara a través de un campo. El campo no tiene fuentes de luz, todas las luces están en el edificio industrial.

No sé si es importante, pero las imágenes se escriben como JPEG dentro de la cámara, sin disparar a un procesamiento posterior en bruto y externo. Tal vez por eso veo mi resultado inesperado.

El valor ISO más alto de la cámara es 3200 (sin usar valores ISO extendidos).

Así que primero disparo con ISO 1600 y la velocidad de obturación está configurada en 1/125 segundos y luego disparo con ISO 3200 y la velocidad de obturación está configurada en 1/250 segundos. La cantidad de luz debe ser idéntica y, de hecho, ambas tomas se ven correctamente expuestas y expuestas de la misma manera.

Cuando abro las imágenes en un visor de imágenes y acerco al cien por cien, veo que la toma ISO 1600 es mucho más limpia que una con ISO 3200. Lo comprobé varias veces y estoy seguro, no es al revés.

¿Por qué es esto? ¿Es esto debido a la diferencia de procesamiento posterior?

Así que primero disparo con ISO 1600 y la velocidad de obturación está configurada en 1/125 segundos y luego disparo con ISO 3200 y la velocidad de obturación está configurada en 1/250 segundos. La cantidad de luz debe ser idéntica y, de hecho, ambas tomas se ven correctamente expuestas y expuestas de la misma manera.

La cantidad de luz no es idéntica. Dejas entrar el doble de luz en la cámara a 1/125 segundos que a 1/250 segundos. Luego amplificó la imagen con la mitad de luz para que coincida con el brillo de la otra imagen. Al hacerlo, también amplificó el ruido en la imagen por un factor de dos. Para permitir que la misma cantidad de luz ingrese a la cámara a 1/250 segundos, también necesitará abrir la apertura de la cámara en una parada en comparación con el lugar donde se configuró a 1/125 segundos.

Cuando decimos ruido en el contexto de una imagen, lo que a menudo queremos decir es la relación señal / ruido (SNR) .

En el contexto de la fotografía digital, el "nivel de señal" está determinado por la cantidad de luz en la escena y la cantidad de luz que permitimos que ingrese a la cámara seleccionando un tamaño de apertura y un tiempo de obturación en particular.

La cantidad de ruido real se divide en dos tipos principales: ruido de lectura y ruido de disparo de fotones. El ruido de lectura es bastante constante para una determinada condición de disparo. Puede verse afectada por la temperatura interna de la cámara, pero generalmente no cambiará de una toma a la siguiente en las mismas condiciones ambientales generales. El ruido de fotones, a menudo llamado ruido de 'disparo' o ruido de 'distribución de Poisson' , es variable y aumenta con la cantidad de luz, pero aumenta a una velocidad menor que el aumento de la luz.

El ajuste de ISO afecta la cantidad de señal y ruido combinados que se amplifican. El aumento de la configuración ISO multiplica tanto la señal como el ruido por igual, por lo que la SNR sigue siendo la misma. Sin embargo, a medida que la imagen se amplifica más, se vuelve más brillante y podemos ver más ruido en la imagen que anteriormente estaba enmascarada en las sombras más oscuras de la imagen.

El resultado final es que cuanta más luz se permita en la cámara, menos influencia tendrá el ruido en una imagen porque la SNR aumenta al agregar más señal (luz) adicional que ruido adicional .

El consejo en la respuesta a la que se hace referencia al comienzo de la pregunta debe entenderse como "... deje que entre suficiente luz a la cámara y luego use el valor ISO más alto que no produzca reflejos quemados. Si se deja entrar suficiente luz cámara, ese ISO ideal podría ser la configuración ISO mínima de la cámara. Solo cuando estamos limitados por la cantidad de luz disponible, el ancho máximo de apertura de la cámara o la configuración de apertura necesaria para obtener la profundidad de campo deseada, o el tiempo de obturación necesario para para evitar el desenfoque de un sujeto en movimiento, se recomienda aumentar el ISO a la configuración más alta que no sobreexponga los reflejos aplicables a una configuración ISO más alta que la ISO de referencia de la cámara.

El aumento de ISO no te da más luz. Solo le dice a la cámara que amplifique la señal proveniente del sensor para "simular" luz adicional. Sin embargo, esta luz simulada no es como la real, porque cuando la cámara amplifica la señal, también amplifica el ruido.

Por lo tanto, siempre es preferible usar una velocidad de obturación más lenta o una apertura más amplia si es posible, porque realmente le dan más luz. En su caso, dado que la apertura es constante, 1/125 le dará el doble de luz que 1/250, por lo que el disparo de 1/250 debe amplificarse el doble para obtener resultados expuestos de manera similar.

Conseguir la exposición correcta es el objetivo. Estamos hablando de la configuración y los ajustes de la cámara que controlan la cantidad de energía luminosa que se reproducirá en el sensor de imagen. El objetivo; hacer una imagen que contenga las intensidades y colores deseados.

Tres cantidades conforman la exposición.

1. Brillo de la imagen 2. Duración de la exposición 3. Sensibilidad del sensor de imagen

Los tres componentes de la exposición pueden ser manipulados. Probablemente, habrá una variedad de exposiciones que producirán resultados aceptables. La exposición tiene una ecuación E = IT. Esta ecuación se conoce como la "ley de reciprocidad". Dicho verbalmente - Exposición = Intensidad multiplicada por Tiempo.

Podemos ajustar la sensibilidad hacia arriba o hacia abajo. Estamos hablando del ISO del chip de imagen. La mejor calidad se obtiene cuando el ISO se establece bajo. Esto se debe a que cuando aumentamos el ISO, aumentamos la amplificación requerida para lograr nuestro objetivo.

Ahora el chip CMOS contiene millones de fotosites, cada uno con un amplificador. Las eficiencias de cada amplificador son ligeramente diferentes. Esta diferencia induce "ruido de patrón fijo". El ruido es la contrapartida de la estática en un sistema de audio. Todos los circuitos contienen señales "buenas" entremezcladas con señales "corruptas". Esto se llama "relación señal-ruido". A medida que aumentamos la amplificación, ambas partes se intensifican. La mala noticia es que la proporción de la parte corrupta aumenta, por lo que obtenemos más ruido del que queremos. El ruido se ve como una falta de uniformidad. En otras palabras, una granularidad similar al grano que se ve en muchas imágenes basadas en películas.

La conclusión es: hay múltiples configuraciones que producen una exposición correcta. Probablemente debería elegir establecer el ISO lo más bajo posible para lograr el efecto deseado. La buena noticia es que la ingeniería fotográfica avanza, los chips y el software de hoy producen menos ruido notable en una gama más amplia de configuraciones ISO elevadas. Los chips y el software del futuro mantienen este objetivo en movimiento.

La respuesta referenciada se trata de una situación muy específica. Como han señalado otras respuestas, para reducir el ruido en la imagen final, debe obtener más luz (señal) en la cámara. La respuesta referenciada se basa en el supuesto de que no es posible obtener más luz en la cámara; no puede abrir la apertura o cambiar a una velocidad de obturación más larga, pero la imagen todavía está subexpuesta. En esa situación específica , es mejor aumentar el ISO que alegrarse en la publicación.

Sin entrar en todos los detalles técnicos, la relación señal / ruido en el sensor será la misma en ambos sentidos; El aumento de ISO no reducirá el ruido. Pero los valores del sensor se redondean cuando se convierten en un archivo de imagen. El aumento de la ISO multiplica los valores analógicos no redondeados, mientras que el brillo en la publicación aumenta los valores digitales redondeados. Además, la salida del sensor (incluido el efecto de ISO) es lineal, pero los archivos de imagen (ya sean en bruto, JPEG o lo que sea) siguen una respuesta no lineal que coincide con la del ojo humano. El efecto combinado es que el brillo en la publicación posteriza los valores más oscuros de la imagen. Eso hace que el ruido parezca más prominente de lo que sería si el brillo aumentara a través del ISO.

Hasta donde sé, el ISO extendido en realidad se multiplica después de la conversión a datos digitales no lineales, por lo que no hay ningún beneficio sobre el brillo en la publicación.

Las principales fuentes de ruido en un sensor de cámara son el ruido de lectura y disparo. A medida que aumenta la cantidad de luz capturada (aumenta el tiempo de exposición), ambas fuentes de ruido disminuyen relativamente. Una parada adicional de luz aumentará la relación señal / ruido en aproximadamente un 41% simplemente debido a las estadísticas de ruido. Por lo tanto, siempre lo hará mejor capturando más luz (tiempos de obturación más largos) hasta que alcance el límite de saturación de la electrónica.

El aumento de ISO aumenta la ganancia utilizada en la cámara: esto amplifica tanto el ruido como la señal (también agrega más ruido, pero eso generalmente no es un problema en las cámaras modernas). Para la misma luz incidente, el aumento de ISO significará reducir la duración del obturador, reducir la cantidad de luz capturada y esto aumentará el ruido y reducirá la relación señal / ruido.

Por lo tanto, reducir ISO y aumentar la cantidad de luz capturada es mejor desde el punto de vista del ruido. Sin embargo, una vez que llegue al ISO base (sin amplificar) de una cámara, las reducciones adicionales reducen el rango dinámico disponible, lo que puede tener un efecto perjudicial diferente.

No es asi. Obtiene menos ruido disparando con el ISO más bajo posible, razón por la cual las cámaras de gama alta ofrecen ISO 64, 50 e incluso 32. Cuando se dispara con un ISO más bajo, la exposición debe ser más larga o la apertura debe ser más ancha. En ambos casos, obtendrías más luz.

Más luz aumenta la señal en relación con el ruido y, por lo tanto, obtienes una salida más limpia.

Tenga en cuenta que algunos ISO bajos se expanden . Esto todavía reduce el ruido de la imagen, ya que la reducción de los datos también reduce el ruido, pero puede resultar en un rango dinámico más bajo, pero depende de cómo se realice la lectura del sensor.