Warum haben verschiedene ISO-Images unterschiedliche Dateigrößen? [Duplikat]

Digitalkameras komprimieren die Daten, um Platz zu sparen. Denken Sie daran, ein Buch aufzubewahren, nachdem es in eine digitale Datei umgewandelt wurde. Man könnte sich ein Schema ausdenken, um alle Einträge des Wortes wie „the“ oder „and“ zu verwerfen und diese durch ein einziges Symbol zu ersetzen. Wenn die Daten abgerufen und die Wörter auf einem Bildschirm angezeigt werden, werden die ausgelassenen Buchstaben zum leichteren Lesen wiederhergestellt. Solche Schemata unterschiedlicher Komplexität werden verwendet, einige sind verlustfrei, andere nicht. Alle diese verschiedenen Schemata haben Regeln, die strikt befolgt werden. Sogar Rohdateien werden mit einer verlustfreien Routine komprimiert.

Wenn Sie den ISO-Wert erhöhen, was Ihnen vielleicht unbekannt ist, wird ein Teil des Bildsignals durch statische Aufladung beschädigt. Denn je höher der ISO-Wert, desto mehr Verstärkung. Mit anderen Worten, die Bildaufnahmestellen werden lichtempfindlicher. Dies ist in etwa so, als würden Sie die Lautstärke Ihres Fernsehgeräts aufdrehen. Was passiert, ist, dass die Musik und die Stimme lauter werden, aber die Kosten bleiben statisch. In der digitalen Bildgebung nennen wir dieses statische „Rauschen“.

Je höher die ISO, desto mehr „Rauschen“ und dies verfälscht das Signal. Rauschen fügt somit der Bilddatei zusätzliche Daten hinzu und erzwingt eine Erweiterung. Wenn Ihre Kamera auf Auto eingestellt ist, wählt die Kameralogik basierend auf dem Umgebungslicht, das auf das Motiv einwirkt, aus, welche ISO verwendet werden soll. Bei Tageslicht ist das Umgebungslicht hoch, daher wird ein niedriger ISO gewählt. Die Anzahl der verbleibenden Bilder, die Sie erstellen und auf einem Speicherchip speichern können, ist variabel. Die Kameralogik versucht abzuschätzen, wie viele Bilder gespeichert werden können. Ein höherer ISO-Wert erfordert mehr Speicherplatz. Sie haben festgestellt, dass ein hoher ISO-Wert mehr Rauschen verursacht und daher mehr Speicherplatz für jedes verstaute Bild benötigt wird.

Die meisten Kameras verwenden eine verlustfreie Komprimierung, um Rohbilddateien zu speichern. Je gleichmäßiger ein Bild ist, desto einfacher lässt es sich komprimieren. Je vielfältiger ein Bild ist, desto schwieriger ist es zu komprimieren. Dies liegt an der Funktionsweise der für Bilder verwendeten Arten der Dateikomprimierung. Anstatt die einzelnen Werte jedes Pixels zu beschreiben, beschreibt eine komprimierte Bilddatei entweder, welche Pixel jeweils einen Bereich von Werten haben, sie beschreibt, wo die Wertunterschiede von einem Pixel zum nächsten auftreten und wie groß diese Unterschiede sind, oder sie verwendet eine Kombination beider Methoden. (Diese Beschreibungen sind grobe Vereinfachungen der Funktionsweise der Rohkomprimierung, aber die Grundkonzepte sind korrekt).

Stellen Sie sich ein ganzes Bild vor, das von einer Seite zur anderen und von oben nach unten dieselbe Helligkeit und Farbe hat. Es wird auf eine sehr kleine Größe komprimiert, da die komprimierte Datei nur eine Farbe bei einer Helligkeitsstufe beschreiben muss und dann keine Änderungen zwischen benachbarten Pixeln auflisten muss. Andererseits kann eine 14-Bit-Rohdatei 16.384 verschiedene Helligkeitswerte ausdrücken. Wenn jeder Pixel eines Bildes einen anderen Helligkeitswert hat als die Pixel drumherum und alle 16.834 Werte irgendwo im Bild verwendet werden, kann die Datei gar nicht sehr stark komprimiert werden, da sie jeden einzelnen Helligkeitswert zwischen 0 und 16.383 beschreiben und aufzeichnen muss eine Helligkeitsänderung zwischen jedem Pixel im gesamten Bild.

In Wirklichkeit liegen die meisten Bilder ungefähr in der Mitte dieser beiden Extreme. Aber bei sonst gleichen Bedingungen gilt: Je mehr "Rauschen" ein Bild hat, desto größer ist die Vielfalt der Gesamthelligkeitswerte im Bild und die größere Helligkeitsvariation zwischen benachbarten Pixeln innerhalb des Bildes.

Im Allgemeinen weisen Bilder einer Szene mit niedrigem ISO-Wert eine einheitlichere Darstellung auf als Bilder mit hohem ISO-Wert derselben Szene. Dies ist hauptsächlich auf das zurückzuführen, was wir das Signal-Rausch-Verhältnis nennen , das auch als S/N-Verhältnis oder SNR bekannt ist . Angenommen, die gleiche Szene, Lichtverhältnisse, Objektiv, Brennweite und Blende: Wenn wir die ISO erhöhen, können wir die Belichtungszeit verkürzen. Somit wird insgesamt weniger Licht in die Kamera gelassen. Das Rauschen, das die Kamera erzeugt, bleibt unabhängig davon, wie viel Licht in die Kamera eintritt, ziemlich konstant. Da also das Signal (Lichtenergie) reduziert wird und das Leserauschen und das Dunkelstromrauschen der Kamera ziemlich konstant bleiben, bleibt das S/N-Verhältnisist reduziert. Dies führt zu weniger Gleichmäßigkeit auf dem Bild. Ein richtig belichtetes Bild einer grauweißen Wand bei niedrigem ISO-Wert und längerer Verschlusszeit hat Pixel, die meistens die gleiche Farbe haben. Ein richtig belichtetes Bild einer grauweißen Wand bei hohem ISO und einer kürzeren Verschlusszeit zeigt tendenziell viel mehr Luminanz- und Chrominanzrauschen. Das Luminanzrauschen erzeugt mehr Variationen in der Helligkeit von einem Pixel zum nächsten. Das Chrominanzrauschen erzeugt mehr Farbvariationen von einem Pixel zum nächsten. Je mehr Helligkeits- und Farbabweichungen ein Bild aufweist, desto weniger lässt es sich verlustfrei komprimieren.

Bilder mit hohem ISO-Wert haben oft mehr Rauschen, nicht weil sie "statischer" sind. Sie tun es nicht. Das liegt daran, dass sie viel weniger Signal haben, um das ständige Rauschen zu überwinden, das immer da ist. Wenn das Signal stark genug ist, ist das Bild gleichmäßiger und der Inhalt kann somit effizienter komprimiert werden. Wenn das Bild weniger Signal enthält, führt das Rauschen zu einer geringeren Gleichmäßigkeit und damit zu einer geringeren Komprimierbarkeit. Die komprimierte Datei, die die Bilddaten enthält, ist also größer mit einem niedrigeren S/N-Verhältnis als die komprimierte Datei, die die Bilddaten mit einem höheren S/N-Verhältnis enthält .