Gibt es einen Rauschunterschied zwischen gemittelten und Langzeitbelichtungsfotos?

Vorausgesetzt, Ihr ISO100-Bild war nicht unterbelichtet, würde ich keine merkliche Reduzierung des Rauschens erwarten (außer vielleicht in den tiefen Schatten), wenn die 5 1-Sekunden-ISO1600-Bilder zusammengemischt werden.

In dem berüchtigten anderen Thread habe ich gezeigt, dass ein 1/30s ISO100-Bild mehr Rauschen (geringeres Signal-Rausch-Verhältnis) enthält als ein 1/30s ISO1600-Bild. Gleiche Menge bei Licht, aber die höhere ISO hatte weniger Rauschen.

Der Grund dafür war, dass das Leserauschen im ISO100-Bild proportional größer ist (da das Auslesen nach der Verstärkung erfolgt). Bei einer "korrekt" belichteten ISO100 ist das Leserauschen im Vergleich zum Signal so gering, dass eine Reduzierung des Leserauschens wahrscheinlich nicht auffällt.

Edit: Habe gerade das Experiment gemacht

Ich habe ein Foto bei ISO100 16 Sekunden und 16 Aufnahmen bei ISO1600 gemacht, aber nur 1 Sekunde. Alle Bilder waren gut belichtet. Was folgt, sind zwei Ausschnitte, die obere Reihe ist ein einzelnes ISO1600-Bild, und die unteren beiden sind die 16 ISO1600-Bilder, die in Photoshop gemittelt wurden, und das ISO100-Bild. Ich werde Ihnen nicht sagen, wie herum die unteren beiden sind, um zu sehen, ob jemand den Unterschied tatsächlich erkennen kann - ich kann es sicherlich nicht!

Dies ist eine sehr schöne Frage, aber ich fürchte, dass die Antwort vollständig von der Leistung des Sensors und seinen Stimulus-Response-Kurven abhängt.

Wenn wir uns das Rauschen als den Fehler zwischen der echten Farbe und der gemessenen Farbe vorstellen, können wir ein statistisches Modell verwenden, um herauszufinden, wie viele Proben mit größerem Fehler wir nehmen müssen, um den gleichen Fehler wie eine einzelne genauere Probe zu haben . Aber um das zu tun, brauchen wir zuerst:

• Die Verteilungsfunktion des Rauschens (es kann eine Normalverteilung sein, aber ich weiß es nicht genau, ein Elektroingenieur, der besser weiß, wie Sensoren funktionieren, könnte etwas Licht in diese Angelegenheit bringen). Aber wenn ich mich an meinen Statistikunterricht erinnere, denke ich, dass das in diesem Fall überhaupt keine Rolle spielt.
• Die Funktion, die die Empfindlichkeit mit dem Rauschen in Beziehung setzt (in einem perfekten Sensor sollte sie meiner Meinung nach linear sein, aber ich denke, dass in realer Hardware die Erhöhung der Empfindlichkeit zu viel höheren Rauschpegeln führt).

Damit ist es einfach, einige Formeln anzuwenden , um abzuleiten, wie viele Bilder mit einem höheren ISO-Wert Sie benötigen, um das höhere Rauschen im Vergleich zu einem einzelnen Bild mit niedrigerem ISO-Wert zu kompensieren.

Im linearen Rauschempfindlichkeitsszenario sollte der Fehler bei gleicher Gesamtbelichtungszeit derselbe sein ... Und angesichts der hervorragenden Antwort von @Matt Grum scheint es, dass es der Realität ziemlich nahe kommt.

Technisch gesehen ist der EV der beiden Bilder identisch. Sie behalten bei beiden Einstellungen die gleiche Belichtung bei, das einzige, was sich wirklich ändert, ist der Rauschpegel. Die Menge an Rauschen, auf die Sie bei ISO 3200 stoßen werden, wird ziemlich signifikant sein, und selbst das Zusammenfügen aller 5 Bilder wird wahrscheinlich kein Bild mit so geringem Rauschen und feinen Details erzeugen wie eine einzelne 5-Sekunden-Belichtung bei ISO 100.

Sie haben in Ihrer eigenen Antwort eine der Antworten von Matt Grum zitiert, diese zitierte Aussage besagt jedoch ausdrücklich with the same amount of light coming into your camera. Wenn Sie von einer 1-Sekunden-Belichtung bei ISO 3200 zu einer 5-Sekunden-Belichtung bei ISO 100 wechseln, erhöhen Sie die Lichtmenge, die Ihren Sensor erreicht. Bei einer Standbildszene ist ISO 100 höchstwahrscheinlich immer noch die beste Option. Möglicherweise können Sie eine gewisse Menge an Rauschen abmildern, indem Sie 5 ISO 3200-Belichtungen mischen ... aber Sie verstärken auch die Menge an Rauschen um das Fünffache! Darüber hinaus werden Sie bei einem so hohen ISO-Wert wahrscheinlich sowohl auf Luminanzrauschen als auch auf Farbrauschen stoßen, und Farbrauschen ist schwieriger zu identifizieren und zu entfernen, ohne die Farbgenauigkeit und Details zu beeinträchtigen.

Die Verwendung einer höheren ISO wäre nur dann besser, wenn Sie physisch nicht die Möglichkeit dazu haben. Wenn Sie keine 5-Sekunden-Belichtung machen konnten und auf 1 Sekunde als Maximum beschränkt waren, ist die Verwendung von ISO 3200 die beste Option, da Sie damit korrekt belichten können. Die Verwendung von ISO 100 und die Erhöhung des EV mit Nachbearbeitung an diesem Punkt würde das im Bild vorhandene Rauschen digital verstärken ... das zwar in einem unveränderten Bild größtenteils unsichtbar ist, aber aufdringlicher ist als das ISO 3200-Rauschen, wenn Sie die Belichtung digital erhöhen.

Der einzige wirkliche Nachteil der Mehrfachbelichtungs-Taktik ist ein wahrscheinlicher Schärfeverlust, zumindest bei einer Spiegelreflexkamera mit Schlitzverschluss und einem gewöhnlichen Stativ. Sensoren sind wirklich winzig, und es ist schwierig, sicherzustellen, dass sie sich bei jeder Belichtung an genau der gleichen Stelle befinden. Multishot-Backs (für Mittel- und Großformatkameras) verlassen sich eher auf Blattverschlüsse, eine Spiegelverriegelung, die sich über mehrere Belichtungen erstreckt, und einen Kameraständer (wie eine der Monster-Foba-Einheiten) anstelle eines Stativs.

Die Art von Schärfeverlust, von der ich spreche, würde auf dem Niveau liegen, einen viel stärkeren Tiefpassfilter (Antialiasing) vor den Sensor zu stellen. Nennen Sie es eine Unschärfe von einem halben Pixel (alles, was mehr als ein halbes Pixel ist, kann minimiert werden, indem Sie die Bilder vor der Mittelwertbildung verschieben). Sie können eine gewisse scheinbare Schärfe wiedererlangen, indem Sie Pixel gruppieren (eine Herunterskalierungstechnik, die Pixelquadrate als einzelne Pixel behandelt; eine Art Sonderfall des nächsten Nachbarn).

Langzeitbelichtungen für eine einzelne Aufnahme haben ihre eigenen Rauschprobleme, insbesondere bei hohen Temperaturen. Mit ISO 100 zu fotografieren klingt nach einer guten Idee, aber wenn die Belichtung wirklich lang wird, wird es immer noch thermisches Rauschen geben – und mit nur einer Kopie des Bildes bleiben Sie bei dem, was Sie bekommen. Ein aktiv gekühlter Sensor (wie auf einer astronomischen Rückseite) wird das Problem weitgehend beseitigen, aber das erfordert ein spezielles Kit. Sie können jedoch ziemlich sicher sein, dass der Sensor während der Aufnahme mehr oder weniger an einer Stelle bleibt, sodass Sie eine bessere Schärfe erhalten.

Multishot-Techniken können zu weniger Rauschen führen als Single-Shot-Techniken, insbesondere mit einem guten Kombinationsalgorithmus. Wenn Sie genügend Bilder haben, können Sie die statistischen Anomalien wegwerfen, bevor Sie bei einem bestimmten Pixel mitteln. So ungefähr werden hochauflösende astronomische Bilder mit geringer Helligkeit gemacht – ein Stern ist kein Stern, es sei denn, er erscheint in einer deutlichen Mehrheit der Aufnahmen, und seine Helligkeit wird durch Mittelung berechnet.

Ein Teil der Antwort von Matt-Grum hier würde meinen Zweifel ausräumen.

Wenn Sie einen niedrigeren ISO-Wert verwenden (bei gleicher Lichtmenge, die in Ihre Kamera einfällt), erhalten Sie ein unterbelichtetes Bild, und wenn Sie es in der Nachbearbeitung aufhellen, verstärken Sie sowohl das Photonenrauschen als auch das Leserauschen. Ihr Gesamtrauschen wird dann höher sein.