Hängt das Rauschen in Bildern von „Megapixel“ oder „ISO“ ab?

Ich habe eine Frage zur Bildqualität. Hängt das Rauschen in einem Bild von „Megapixel“ oder von „ISO“ ab?

Antworten (7)

Lärm entsteht durch eine Reihe von Faktoren, siehe:

Was ist Rauschen in einem digitalen Foto?

Eine Erhöhung der Megapixel-Anzahl bei gleichbleibender Größe (Sensorgröße, Technologie usw.) erhöht das Rauschen pro Pixel, hat aber auch den Effekt, dass das Rauschen feinkörniger wird, was weniger zu beanstanden ist.

ISO erhöht das Rauschen nicht allein, sondern nur, wenn Sie eine Erhöhung des ISO-Werts mit einer Verringerung der Verschlusszeit / Schließblende kombinieren.

Es lohnt sich [wahrscheinlich], das hier noch einmal zu wiederholen ...

Das Erhöhen des ISO-Werts bei konstanter Verschlusszeit/Blende erhöht das Rauschen nicht :

Hier ist ein Beispiel: Da die Aufnahme mit ISO 100 unterbelichtet war, führte eine Erhöhung der ISO auf 1600 zu einem viel weniger verrauschten Ergebnis!

Ich bin mir nicht sicher, warum dieses ISO-Thema immer eine so hitzige Debatte hervorruft.
@fusca: Weil die Leute den Rauschpegel mit dem Signal-Rausch-Verhältnis verwechseln und weil man keinen Abschluss in Optiktechnik braucht, um ein guter Fotograf zu sein :)
Weil es kontraintuitiv ist und weil verrauschte Bilder dazu neigen, mit hohem ISO aufgenommen zu werden, schreiben sie dies assoziativ einem hohen ISO zu. Wenn Sie also daherkommen und sagen: „Eine Erhöhung des ISO-Werts verbessert tatsächlich das Signal-Rausch-Verhältnis (bei sonst gleichen Bedingungen)“, weigern sich die Leute, dies zu akzeptieren, selbst wenn Sie die Ergebnisse eines einfachen Experiments liefern, das dies beweist.
@MattGrum Mir fehlt hier etwas, wie hast du das erste Foto mit der gleichen Blende und Verschlusszeit wie im zweiten aufgenommen, aber mit höherem ISO und das erste Foto ist nicht heller als das zweite?
@Akram Ich habe auf beide Bilder automatische Pegel angewendet, um die Helligkeit zu normalisieren, da ich das Signal-Rausch-Verhältnis vergleichen wollte (was viel wichtiger ist als der absolute Rauschpegel).
@AkramMellice Wahrscheinlich indem du das Licht ausschaltest.
@JoshK nein, die Beleuchtung war identisch, die Helligkeit wurde in der Post ausgeglichen
Ihre Demonstration zeigt nur die Wirkung einer Art von Rauschen, Quantisierungsrauschen. Ich bin mir nicht sicher, ob es ein fairer Test ist. Die meisten Menschen würden bei jeder ISO unterschiedliche Belichtungsparameter wählen, um die Gesamtbelichtung ähnlich zu halten, und nicht versuchen, eine unterbelichtete Aufnahme zu manipulieren.

Wenn es um ISO geht, ist es eine Fehlbezeichnung, dass eine Erhöhung der ISO das Rauschen erhöht. Es tut nichts dergleichen. Der Grund, warum ein hoher ISO-Wert verrauschte Bilder erzeugt, liegt ausschließlich an der Tatsache, dass Sie für einen höheren ISO-Wert die Lichtmenge (Signal) reduzieren müssen, die auf den Sensor trifft, wodurch letztendlich das Rauschverhältnis erhöht wird, bevor überhaupt eine ISO-Verstärkung stattfindet.

Die kurze Antwort ist beides, aber es bedarf einiger Erklärung.

Megapixel. Ja, aber nur, wenn wir bei einer bestimmten Sensorgröße von 12 MP gegenüber 24 MP sprechen . Dabei geht es nicht um die absolute Megapixelzahl an sich, sondern um die Größe jedes einzelnen Pixels. Eimer im Regen ist die häufig verwendete Analogie. Wenn Sie zwei Eimer draußen im Regen haben, der größere mit der doppelten Fläche wie der andere, sammelt der größere doppelt so viel Wasser (oder Photonen).

Hier dreht sich alles um das Signal-Rausch-Verhältnis.

Photon trifft auf Photodiode --> Photodiode gibt Elektron ab --> Elektronen werden in einer Zelle gespeichert --> analoge Ladung wird von der Analog-Digital-Einheit (ADU) in ein digitales Signal umgewandelt. Jedenfalls grob.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Der Verstärkungsgrad, der auf der ADU-Stufe stattfindet, wird durch den ISO-Pegel bestimmt. Das Problem ist, dass auf dem Weg Rauschen auftritt. Mit Rauschen meinen wir ein unerwünschtes Signal – der im Schacht gespeicherte Ladungspegel spiegelt den Lichtmesswert in einer perfekten Welt nicht zu 100 % wider. Dafür gibt es verschiedene Gründe (einige davon sind natürlich und nicht zu vermeiden – Details [hier][2]). Bei höheren ISO-Werten muss das Signal noch stärker verstärkt werden, was den Einfluss dieses unerwünschten Rauschens als Prozentsatz des Gesamtsignals erhöht.

Die folgenden Zahlen sind willkürlich, aber sagen wir einfach, bei ISO 100 hätten Sie 4 Rauscheinheiten aus einem Signal von 12,5 Einheiten gesammelt und bei ISO 400 hätten Sie 4 Einheiten aus 10 Einheiten gesammelt. Notiz...

  • die Rauschpegel vor der Verstärkung sind unabhängig von der gewählten ISO).
  • bei ISO 400 wird 1/4 so viel Licht gesammelt (ISO 400 liegt zwei Stufen über ISO 100). Verdoppeln Sie die ISO, die Hälfte der gesammelten Lichtmenge.

Der Verstärkungsprozess muss das Signal auf 100 bringen.

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

Eine Erhöhung der ISO führt also zu mehr Rauschen. Wenn unsere einzelnen Pixel doppelt so groß gewesen wären, sodass keine Verstärkung erforderlich wäre (wiederum dient dies nur der Erläuterung des Konzepts), wäre Folgendes wahr gewesen.

  • ISO 100: 4 Einheiten Rauschen für 100 Einheiten Gesamtsignal (4 %)
  • ISO 400: 4 Einheiten Rauschen für 25 Einheiten Gesamtsignal (16 %)

... und Lärm wäre reduziert worden.

Beide Faktoren können sich auf die Geräuschentwicklung auswirken. Von den beiden ist der ISO-Effekt am unmittelbarsten sichtbar. Alle Digitalkameras weisen ein Bildrauschen auf, das mit steigendem ISO-Wert ansteigt. Je nach Kamera sehen Sie beispielsweise bei ISO 100 möglicherweise wenig oder kein Rauschen und proportional mehr, wenn Sie sich der maximalen ISO-Einstellung Ihrer Kamera nähern (normalerweise 1600 bis 6400 oder mehr). Es gibt viele Beispiele dafür für fast jede Kamera auf dem Markt (Bewertungen für jede einzelne Kamera zeigen oft Beispiele).

Die Bildgröße (Megapixel) wirkt sich nicht direkt auf das Rauschen aus, wirkt sich jedoch indirekt auf das Rauschen aus, wenn Sie zwei Sensoren derselben Größe berücksichtigen. In diesem Fall zeigt der Sensor mit größeren Megapixeln unter sonst gleichen Bedingungen mehr Rauschen als Nebeneffekt des Versuchs, mehr Pixel auf einen Sensor ähnlicher Größe zu "quetschen". Obwohl dies in bestimmten Fällen innerhalb einer Kameralinie gezeigt werden kann, kann dieser Faktor schwer festzumachen sein, da Kameras oft auch über verbesserte Sensor- oder Verarbeitungstechnologie verfügen, die Rauschen effektiver verwaltet.

Auf dieser Seite gibt es bereits einige gute Antworten zu bestimmten Aspekten des Lärms. Wenn Sie nach "Lärm" suchen, finden Sie allerlei tolle Lektüre .

Alle Digitalkameras weisen ein Bildrauschen auf, das mit steigendem ISO nicht stimmt. Tatsächlich nimmt das Rauschen nur zu, wenn Sie die einfallende Lichtmenge verringern. Erhöhen Sie den ISO-Wert, während Sie die gleiche Verschlusszeit und Blende beibehalten, wodurch das Rauschen abnimmt (oder die Glanzlichter abgeschnitten werden).
Danke Matt; Jawohl. Erhöhen Sie also den ISO-Wert, während Sie die äquivalente Helligkeit beibehalten (wie im Histogramm gezeigt)....
Ich bin mir nicht sicher, wofür die Downvotes sind. Das Erhöhen der ISO erhöht tatsächlich das Rauschen. Das resultierende Bild sieht möglicherweise besser aus, da in Situationen mit viel Licht das Signal-Rausch-Verhältnis unabhängig vom ISO-Wert gut ist. Das hoffe ich zumindest, sonst hat mich mein Radiometrie-Professor angelogen :)
@Colin: Durch Erhöhen des ISO-Werts wird das Rauschen erhöht, wenn die Blende und / oder die Verschlusszeit so eingestellt werden, dass die auf den Sensor gelangende Lichtmenge verringert wird, wie dies normalerweise bei automatischen Belichtungsmodi der Fall ist. Für manche Menschen ist diese Annahme so natürlich, dass sie zu offensichtlich ist, um sie zu sagen. Für andere ist die Annahme so abscheulich, dass sie Nesselsucht bekommen.
@coneslayer: Nun, das ist eine gute Sichtweise, und Fotografen haben natürlich eine andere Terminologie als Physiker, aber Tatsache ist, dass eine höhere ISO bei ansonsten gleichen Bedingungen ein höheres Rauschen bedeutet. Es bedeutet jedoch NICHT ein schlechteres Signal-Rausch-Verhältnis , und dies bestimmt wirklich, wie "verrauscht" ein Foto aussieht.
Das tut es aber nicht. Schau dir das Beispiel an, das ich gepostet habe. Das Erhöhen des ISO-Werts reduzierte das Rauschen erheblich.
@Colin, OK, ich habe nicht verstanden, dass Sie zwischen Rauschen per se und SNR unterschieden haben. Wie Sie bemerken, beeinflusst das SNR das Erscheinungsbild von Rauschen, sodass wir uns in der Fotografie kaum um Rauschen an sich kümmern.
@Matt Grum: Aber was musstest du tun, um diese Fotos zu machen? Bei denselben Verschluss- und Blendeneinstellungen müssen Sie entweder viel ND für die Aufnahme mit hohem ISO verwendet oder die Bildhelligkeit in der Nachbearbeitung für das Bild mit niedrigem ISO stark erhöht haben (oder eine andere Manipulation der Lichtstärke). Das bedeutet, dass Ihr SNR auf dem Sensor bei der niedrigen ISO-Aufnahme tatsächlich viel schlechter war. Dadurch wurde das tatsächliche SNR am Sensor geändert , sodass alles, was Sie danach tun, um die Bilder vergleichbar zu machen, eine Menge Rauschen im dunkleren Bild verstärkt.
@Colin Entschuldigung, ich habe den Teil über SNR nicht gelesen. Ja, Sie erhalten einen höheren absoluten Rauschpegel, wenn Sie die ISO erhöhen, aber Sie erhalten ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis. Wenn ich von Rauschen spreche, meine ich das Signal-Rausch-Verhältnis, da dies die Menge an Rauschen bestimmt, die Sie in einem Bild sehen. Um Ihre Frage zu beantworten, war die ISO100-Aufnahme unterbelichtet. Indem ich die Belichtung digital verstärkte, verstärkte ich sowohl das Bildrauschen als auch das Leserauschen, was zu einem schlechteren SNR im Vergleich zum analog verstärkten Bild mit hohem ISO führte.
@Matt: Dann war es die richtige Belichtung, die Ihnen ein besseres SNR gab. Das Anwenden von Verstärkung auf ein Signal (analog oder digital) hat bestenfalls keinen Einfluss auf das SNR und reduziert das SNR in der Praxis sogar etwas. Ein höherer ISO-Wert bringt Ihnen nur dann ein besseres SNR, wenn Sie damit eine bessere Belichtung erzielen können. Ihre Demo war insofern fehlerhaft, als die Aufnahme mit 100 ISO nicht richtig belichtet war. Wenn Sie den Test wiederholen, aber ND-Filter oder eine Änderung der Beleuchtung verwenden, um die Aufnahme mit niedrigem ISO-Wert korrekt zu belichten, hat sie das gleiche oder ein besseres SNR als die Aufnahme mit hohem ISO-Wert.

Die Hauptursache für Rauschen in einem Bild ist das Photonenschussrauschen, das darauf zurückzuführen ist, dass nicht genug Licht gesammelt wird ... Dieses Rauschen ist auf die Zufälligkeit von Licht / Photonen zurückzuführen. Wenn sehr wenig Licht gesammelt wird, ist es wahrscheinlicher, dass Sensoren (Pixel) unzureichendes oder gar kein Licht empfangen. Stellen Sie sich vor, Sie wären Regen ausgesetzt ... ein kurzer Schauer, und Sie werden nicht vollständig durchnässt / bedeckt sein.

Mit ISO können Sie einfach weniger Licht sammeln (kleinere Blende / schneller SS).

Mehr MPs (Sinne/Fläche) teilen einfach das Licht, das weiter gesammelt wird (mehr von der Zufälligkeit betroffen). Aber wenn die Sensorgrößen gleich sind und die Bilder mit der gleichen physikalischen Größe angezeigt werden, dann haben die Bilder das gleiche Licht pro Bereich und damit die gleichen Rauscheigenschaften, unabhängig von der MP-Anzahl.

Einige nette Antworten schon. Meine 2 Cent. Ich versuche, eine vollständige Liste zu erstellen.

Die Faktoren, die den ISO-Wert beeinflussen, sind:

  1. Die Lichtmenge, die auf den Sensor trifft. Weniger Licht, mehr Lärm. Sie können es bis zu einem gewissen Grad steuern, indem Sie Ihre Blende und die Verschlusszeit manipulieren oder der Szene mehr Licht hinzufügen.

  2. Die Qualität des Sensors. Spricht für sich selbst.

  3. Der Bereich des Sensors. Je größer desto weniger Lärm.

  4. Die Arbeitstemperatur des Sensors. Je kälter es ist, desto weniger Geräusche hat es.

  5. Die Fläche pro Sensor (Pixel) hier haben die Megapixel einen kleinen Einfluss, aber diese Variable wird durch die Fläche des Sensors kompensiert. Wenn zwei Sensoren die gleiche Größe haben, aber eine unterschiedliche Megapixelzahl haben, wird das niedrigere Megapixel weniger Rauschen haben, aber ein ähnliches Ergebnis könnte erzielt werden, indem die größere Megapixelzahl auf die niedrigere neu abgetastet wird.

  6. Die Vergrößerung des Signals. Siehe Punkt 7.

  7. Die von der Kamera durchgeführte Berechnung, um dies zu kompensieren. Hier kommt die ISO ins Spiel, der Algorithmus zur Erhöhung der ISO wird für die spezifischen Eigenschaften des Sensors berechnet. Hier ist einer der Vorteile der Verwendung modernerer Prozessoren neben moderneren Sensoren. Eine andere Berechnung, die durchgeführt werden kann, ist die Mittelung einer Aufnahme mit langer Belichtungszeit.

  8. Der Umfang der Manipulationen, die der Benutzer an der Datei vornimmt, bezieht sich darauf, wie stark die Schatten verstärkt werden, indem beispielsweise Kurven verwendet werden.

  9. Die Nachbearbeitung einer Datei, die sich auf einen Rauschunterdrückungsalgorithmus bezieht.

  10. Einige andere Rauschunterdrückungstechniken wie das Kombinieren verschiedener Aufnahmen. Dies ähnelt der Lichtmenge, die auf den Sensor trifft (Punkt 1), wird jedoch künstlich durchgeführt.

  11. Jedes Resampling wird an der Datei vorgenommen. Das Resampling einer Datei mit Rauschen mit einem Mittelungsalgorithmus wie bicubic glättet sie. Siehe Punkt 5.

Jeder

Antwort: ISO

Beispiele:

  • ISO 80 (low iso) -> Bild ohne Rauschen

  • ISO 6400 (High ISO) -> Bild mit viel Rauschen

Wenn Sie die ISO-Stufe erhöhen, wird das Foto stärker verrauscht.

Gegenbeispiel: ISO 100 (low iso) -> Bild mit viel Rauschen, ISO 6400 (high iso) -> Bild mit wenig Rauschen. Beweis: mattgrum.com/ISOcomparison/ISO_100_vs_ISO_1600.jpg
@Matt: Sie haben sicherlich Recht, aber ich denke, die meisten Fotografen denken so, dass Sie, wenn Sie den ISO-Wert erhöhen, diese Erhöhung mit einer kürzeren Verschlusszeit oder einer kleineren Blende ausgleichen, um (ungefähr) dasselbe Foto zu erstellen. (In den meisten automatischen Belichtungsmodi entspricht diese Denkweise der Mechanik des Fotografierens.) Ich denke, wir wären besser dran, die Leute zu ermutigen, diese Annahme in ihrem Schreiben zu äußern, als nur zu sagen, dass sie falsch liegen.
Okay, jedes verrauschte Bild mit hohem ISO-Wert wäre noch verrauschter, wenn es mit einem niedrigeren ISO-Wert aufgenommen würde. Ebenso wäre jede verrauschte hohe ISO weniger verrauscht, wenn sie mit längerer Belichtung aufgenommen würde. Ich verstehe also nicht, warum die Leute es "hohes ISO-Rauschen" und nicht "unzureichendes Lichtrauschen" nennen. ISO erzeugt kein Rauschen, was Aussagen wie „Alle Digitalkameras weisen Bildrauschen auf, das mit steigendem ISO-Wert zunimmt“ implizieren. Wenn Sie stattdessen sagen "alle Digitalkameras weisen ein Rauschen auf, das mit abnehmendem einfallendem Licht zunimmt", haben Sie Recht, ohne dass Sie irgendwelche Annahmen treffen müssen!
„Okay, jedes verrauschte Bild mit hohem ISO-Wert wäre noch verrauschter, wenn es mit einem niedrigeren ISO-Wert aufgenommen würde.“ Nur unter deiner unausgesprochenen Annahme, dass Verschlusszeit und Blende fest bleiben. So denken die meisten Fotografen nicht unbedingt.
Hängt das Rauschen in Bildern von „Megapixel“ oder „ISO“ ab?
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