ISO verdoppeln vs. Pixelwerte aus 2 Aufnahmen summieren - anders?

Wie groß ist der Unterschied zwischen dem Verdoppeln des ISO-Werts und dem Summieren der Pixelwerte aus 2 Aufnahmen? (auf einer sehr einfachen Ebene, ohne ausgefallene Bildverarbeitung, Bildkomprimierung usw.)

Bei einer Aufnahme des Nachthimmels (ISO=400, Shutter=1 Sekunde, feste Blende wegen Smartphone) kann ich, wenn ich mehr Sternenlicht haben möchte:

  1. Verdoppeln Sie die Verschlusszeit auf 2 Sekunden
  2. Machen Sie zwei Aufnahmen hintereinander und addieren Sie die Pixelwerte.
  3. ISO von 400 auf 800 verdoppeln
  4. Verdoppeln Sie blind die Pixelwerte
  5. Holen Sie sich den mittleren Pixelwert aus einer Reihe von Aufnahmen und verdoppeln Sie diesen.

Für Digitalkameras verstehe ich Folgendes:

  • 1 und 2 sind ELI5 gleich (wenn Sie Details wie Komprimierung ignorieren und wo in der Pipeline alle Bildverbesserungen stattfinden)
  • 3 und 4 sind ziemlich ähnlich, aber es ist besser, 3 zu machen, weil Sie vielleicht mehr Details bei schlechten Lichtverhältnissen einfangen. Aber in jedem Fall versuchen Sie, mit der gleichen Aufnahmezeit mehr zu erreichen, sodass Sie Rauschen erhalten. Hier bin ich am meisten verwirrt - das Verdoppeln der ISO fühlt sich viel besser an, als die Pixel nachträglich zu erhöhen
  • 5 ist das Seltsame - es verbessert die Dinge, entspricht aber nicht wirklich einem von 1-4. Aber wenn sich Ihre Szene nicht bewegt, können Sie es genauso gut versuchen!

... bin ich richtig oder völlig verwirrt mit ISO und Verschlusszeit?

1 und 2 sind unterschiedlich, da das AFAIK-Rauschen im Sensor mit der Belichtungszeit zunimmt. Vielleicht nicht viel zwischen 1s und 2s, aber definitiv ein Problem zwischen 1 und 30s. Astrofotografen machen also mehrere "kurze" Aufnahmen und summieren sie (dies mittelt auch einen Teil des Rauschens aus).
Huh! Wenn also alles andere gleich ist, ist das Addieren von 30 1-Sekunden-Aufnahmen anders als 1 30-Sekunden-Aufnahme?
Rauschen/Belichtungszeit hängt von der Kamera ab. Bei spiegellosen Kameras, einschließlich Telefonen, arbeitet der Sensor normalerweise viele Sekunden, bevor er eine Aufnahme macht. Kameraspezifische Unterschiede bei der Implementierung der Verstärkung ("ISO") können ebenfalls Faktoren für einige Aspekte der Frage sein.
Ich empfehle es zu testen. Wenn die einzige Geräuschquelle Schrotgeräusche war, sind sie gleich, aber es gibt viele Quellen von "Rauschen". Ich habe dies vor Jahren mit einem 1DsII mit dcraw gemacht, um lineare Daten zu erhalten. Das RMS-Rauschen stieg von ISO 100 bis 200 nur um etwa 1,2 statt der erwarteten 1,41.
@xenoid Dieser Link antwortet mehr oder weniger mit "Nein" in Bezug auf Rauschen, das durch erhöhte Sensortemperaturen verursacht wird. Wenn Sie zwischen den einzelnen Schüssen keine nennenswerte Abkühlzeit einplanen, ist die Sensortemperatur am Ende von 30 Schüssen von einer Sekunde dieselbe wie die Sensortemperatur am Ende von einem Schuß von 30 Sekunden. Was sich ändert, ist das (zufällige) Photonenschussrauschen der Poisson-Verteilung, das zwischen den Frames variiert. Eine längere Belichtung wird jedoch weniger durch Schrotrauschen beeinflusst als eine kürzere, da die längere Belichtung dazu neigt, die Zufälligkeit des Lichts auszugleichen.
@MichaelClark Ja. Die Poisson-Verteilung ändert sich zwischen einer einzelnen und einer anderen bei doppelter Exposition und ähnelt eher einer Normalverteilung. Am auffälligsten in tiefen Schatten. Natürlich ist auch die Schrotrauschverteilung zweier zusammengerechneter Belichtungen Poisson und gleich der einer einfachen, aber doppelten Belichtung. Das Gamma der Verteilung wird verdoppelt.
Der größte Vorteil vieler Kurzbelichtungen gegenüber weniger Langzeitbelichtungen scheint mir im Bereich der Full-Well-Kapazität für die hellsten Objekte am Himmel zu liegen. Beim Kombinieren vieler Frames können die helleren Objekte maskiert und unterschiedlich verarbeitet werden, um die Farbe zu erhalten, die bei längeren Belichtungen verloren gehen würde, die alle drei Farbkanäle vollständig sättigen.
@MichaelClark Absolut! Die Kapazität des Brunnens ist ein Hauptgrund für das Stapeln von Aufnahmen mit geringerer Belichtung, um die Werte unterhalb der Stelle zu halten, an der sie abgeschnitten oder nichtlinear werden.

Antworten (1)

Für #1 und #2.

Das Verdoppeln der Belichtung und das Stapeln von zwei Belichtungen werden ähnlich sein, aber nicht genau gleich. Eine doppelte Belichtung bedeutet, dass Sie doppelt so viel Signal für eine einzelne Einheit Leserauschen erhalten. Zwei Belichtungen zu machen bedeutet, dass Sie das gleiche Gesamtsignal erhalten wie eine doppelte Belichtung über beide Aufnahmen hinweg, aber Sie erhalten am Ende zwei Einheiten Leserauschen.

Je nachdem, wie flach Ihre Belichtungen sind (Sie sagten Nachthimmel, dh Milchstraße?), kann das Stapeln von zwei Belichtungen zu etwas mehr Rauschen führen als eine längere Belichtung. Wenn es sich jedoch tatsächlich um eine Milchstraßenaufnahme handelt, ist es wahrscheinlicher, dass eine längere Belichtung den Sternen mehr folgt. Sie müssen sich also entscheiden, längere Sternspuren oder mehr Rauschen?

Dunkelstrom wird mit keiner dieser beiden Optionen tatsächlich schlechter. Dunkelstrom-Schussrauschen ist eine zeitabhängige Sache. Sie haben mit einer doppelt langen Belichtung die gleiche Gesamtzeit wie mit zwei gestapelten Belichtungen, also ist Ihr gesamter Dunkelstrom derselbe. Jetzt wird es interessant, wenn Sie anfangen, über das Stapeln vieler Belichtungen zu sprechen ... das kann deutliche Vorteile haben, wenn Sie es richtig machen. Mit Recht meine ich, dass Sie dithern müssten (den Rahmen ein wenig über Subs verschieben) und idealerweise für die Bildgebung des Nachthimmels entweder die Dunkelkalibrierung mit einem separaten Master-Dunkel oder LENR (Rauschunterdrückung bei Langzeitbelichtung) verwenden würden Entfernen Sie das dunkle Muster. Das Stapeln vieler geditherter und kalibrierter Subs kann ein viel saubereres Bild erzeugen als eine viel längere Einzelbelichtung, und wenn Sie kein Bild mit Sternenspuren möchten,

Für Nr. 3 und Nr. 4.

Keines davon wird so gut sein wie Nr. 1 oder Nr. 2. Das Verdoppeln von ISO oder das digitale Multiplizieren der Rohdaten erhöht das Signal nicht. Es ändert einfach die Verstärkung des Signals. ISO zu verdoppeln ist besser als digital zu multiplizieren, und je nachdem, welche ISO-Einstellungen Sie verwenden, sollten Sie ISO möglicherweise sowieso besser erhöhen (dh wenn Sie 6e-Leserauschen bei ISO 400 und 4e-Leserauschen bei ISO 800 haben, und Sie tun es kürzere Belichtungen für Milchstraßenbilder, dann führt das Stapeln vieler Belichtungen mit dem höheren ISO wieder zu besseren Ergebnissen). Beachten Sie, dass das Leserauschen als Quadrat skaliert wird, sodass eine Erhöhung des ISO-Werts eher dem Unterschied zwischen 36 und 16 entspricht als zwischen 6 und 4.

Das digitale Multiplizieren des Signals ist für jeden Anwendungsfall mit wenig Licht völlig nutzlos. Bei schwachem Licht, insbesondere Nachthimmel oder Astrofotografie, möchten Sie ein ECHTES SIGNAL. Sie erhalten nur mehr Signal, indem Sie belichten. Das Verstärken (Erhöhen der ISO) reduziert das Leserauschen bis zu einem gewissen Grad, aber es bringt Ihnen immer noch nicht mehr Signal an und für sich. Digitales Multiplizieren verringert jedoch weder das Leserauschen noch erhöht es das Signal.

Für 5.

Ich bin mir nicht ganz sicher, was Sie hier sagen. Ich glaube, ich verstehe, dass Sie das Stapeln vieler Belichtungen meinen. Ich bin mir nicht sicher, was du mit "doppelt so" meinst ... das was? Und wie?

Egal, was Sie tun, für schwaches Licht, Nachthimmel, Astrofotografie usw. MEHR SIGNAL ist das, was Sie wollen. Die einzige Möglichkeit, mehr Signal zu erhalten, besteht darin, mehr zu belichten. Für den Nachthimmel (wirklich weites Feld und Milchstraßenmaterial) ist der beste Weg, mehr zu belichten, eine Art Tracker zu besorgen. Lightrack, SkyTracker/Polari, Star Adventurer, all dies wirkt der Erdrotation entgegen und ermöglicht Ihnen viel längere Belichtungszeiten als die wenigen Sekunden, die Sie heutzutage normalerweise mit DSLRs auf festen Stativen erhalten (kümmern Sie sich nicht einmal um die 600/500/400-Regeln, völlig nutzlos, Pixel sind viel zu klein, um sie heutzutage anzuwenden. Selbst bei sehr kurzen Brennweiten erhalten Sie normalerweise nur wenige Sekunden Belichtung, bevor Spuren beginnen.) Ein Tracker kann Sie belichten lassen für bis zu Minuten, wenn Sie unter einem ausreichend dunklen Himmel fotografieren.

Auch mit einem Tracker gibt es Grenzen, wie lange Sie belichten können. Bei Nachthimmel, Milchstraße und Astrofotografie kann man im Grunde nie zu viel belichten. Ich habe Astrofotografie-Bilder mit fast 50 Stunden integrierter Gesamtbelichtung erstellt, und ich hätte das Doppelte oder Dreifache davon verwenden können! ;) Weitfeld-Miklyway-Bilder erfordern im Allgemeinen nicht so viel, sie können jedoch von 30, 60, 90 Minuten vollständiger Integration auf einem Tracker profitieren, wenn Sie ihn aufbringen können ... das heißt, wenn die schwächeren Nebelfarben (insbesondere Wasserstoff alpha) im Milchstraßennebel beginnen herauszukommen. Um diese Art von Belichtung zu erhalten, müssen Sie stapeln, egal wie Sie es schneiden. Sie könnten 2, vielleicht 3 Minuten Belichtungen mit einem Tracker und einer DSLR erhalten, in diesem Fall könnten Sie 10-15 dieser Art von Belichtungen stapeln, um ein saubereres, satteres und farbenfroheres Bild des Nachthimmels zu erstellen.

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