題:
平均和長時間曝光的照片之間是否存在噪點差異?
tomm89
2011-02-02 12:53:42 UTC
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假設我在一個三腳架上,拍攝一個完美的靜止場景(也很暗),然後我拍攝以下照片:

  • 在ISO 3200下5張照片和1s曝光
  • 在ISO 100和5s曝光下的1張照片

項目之間有一個共同點,那就是總使用時間。

第一個項目的EV高得多吧?現在,假設我將5張照片取平均值為ISO 3200,以減少噪點,產生一張圖像。

此後,我拍攝了ISO 100照片,並調整了電平(會增加噪點)以達到相同的EV

比較混合後的照片和經過調整的照片的水平,噪聲水平是否相等?

p>

我希望您理解我的觀點。

編輯

回應drewbenn的評論

也,我認為混合5張照片不會像您認為的那樣減少雜音

混合照片會減少很多雜音,實際上這是一個示例:

不好的對焦效果。

100% view of the original image and blended one

如您所見,噪聲幾乎被完全刪除

EDIT2

對於那些詢問的人,我使用了一個非常簡單的imagemagick命令對圖像進行平均:

 轉換[input1.JPG input2.JPG ...] -average output.JPG  

如果有一段時間,我將嘗試進行以下操作之一您正在談論的那些實驗。我猜沒有一個靜態模式,並且每個相機上的模式都不同。

EDIT3

我也做了一個不同的實驗:

這是場景:

Scene

我已經拍攝了這組照片(光圈始終相同),手動模式。

  • 01 @ ISO 100,0.6s
  • 02 @ ISO 200,0.3s(稍後平均)
  • 04 @ ISO 400,1 / 6s(稍後平均)
  • 08 @ ISO 800,1 / 13s(平均)稍後)
  • 16 @ ISO 1600,1 / 25s(稍後平均)

每個集合具有完全相同的EV,這些是結果,並且順序相同:

Experiment

似乎ISO越高,噪點越少,但細節也越少。

我認為這會稍微減少噪點,並且噪點可能與調整了水平的照片中的噪點相同。
您提供了平均ISO 1600圖像的樣本。我還希望看到一個正確曝光的ISO 100圖像。我仍然相信ISO 100圖像將表現出低噪點,並且可能具有更好的細節。更不用說它比拍攝** 20 ** ISO 1600圖像並將它們平均在一起要簡單得多。
您正在使用哪種軟件進行混合,以及使用了哪種混合方法?
您為什麼不嘗試一下,讓我們知道結果呢?
@ile檢查**編輯**
在您的最新示例中,平均的ISO 1600圖像的細節明顯減少了*。所有平均圖像的細節明顯減少,尤其是玻璃瓶的鏡面高光。
第二個系列令人著迷。除非三腳架絕對是堅如磐石-甚至在那時-否則,我們可以預期一系列不同的圖像會略有套準。這需要重新採樣才能覆蓋它們。效果將類似於高斯模糊,其半徑與圖像數量的平方根成比例。最大的套準誤差應約為1/2像素(方差= 1/12像素^ 2),因此重疊16張圖像應在16/12像素^ 2左右產生“套準變化”,對應於約1.2像素的高斯模糊半徑。
(續)因此,對圖像疊加層進行適當的銳化處理(一種專門用於消除高斯模糊反捲積的設計)可能會在恢復細節方面做得非常好。
賓得相機具有多重曝光拍攝模式設置,可以執行類似相機內FWIW的操作。
穆猜是“平均”,是一個平均值。平均值的問題是您只是將噪聲平滑到圖像中,最終將降低清晰度。另一方面,中值將大部分消除低於特定閾值的噪聲。您可以嘗試中位數嗎?
@rm999假設噪聲為零均值高斯,則使用均值是正確的事情,並且不會以任何方式降低清晰度。
@tomm89您是否使用了三腳架和電纜釋放裝置(以避免以任何方式移動相機)?您還確定關閉了高ISO降噪功能嗎?只有我做過的實驗表明,將16張ISO1600鏡頭混合在一起並沒有損失清晰度。
好吧,我用的是三腳架,儘管它是中國品牌(而且也很薄),所以質量值得懷疑。為了拍攝照片,我使用了腳本,因此移動是在每組之間(當我按下快門時),但是每組內部的照片之間不應有移動。最後,請記住我的相機是傻瓜相機,因此與DSLR相比,其整體畫質不會相同。
@Matt Grum由於照片數量少,單個像素的噪聲貢獻加到〜0的機率很小。這在數學上很容易顯示:高斯和的分佈比單個高斯有更高的方差。在平均(平均)照片中,每個像素比單獨的照片更容易受到噪聲的影響,但是噪聲的幅度會更低。如果您有足夠數量的照片,那麼幅度將足夠低以至於您是正確的。
五 答案:
Matt Grum
2011-02-02 15:57:23 UTC
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如果您提供的ISO100圖像沒有曝光不足,那麼我不會期望將5張1秒的ISO1600圖像混合在一起來顯著降低噪點(可能是深陰影除外)。

在其他臭名昭著的線程中我證明1 / 30s ISO100比1 / 30s ISO1600圖像包含更多的噪點(信噪比更低)。如果是光,則數量相同,但較高的ISO具有較少的噪聲。

原因是ISO100圖像中的讀取噪聲成比例地較大(因為放大後會發生讀出)。在“正確”曝光的ISO100中,讀取噪聲與信號相比是如此之小,以至於讀取噪聲的任何降低可能都不明顯。

編輯:實驗剛剛完成

我在ISO100上拍攝了16張照片,在ISO1600上拍攝了16張照片,但只有1秒。所有圖像均曝光良好。接下來是兩種裁切,第一行是一張ISO1600圖像,下兩行是在Photoshop中平均的16張ISO1600圖像和ISO100圖像。我不會告訴您最下面的兩個方向,看看是否有人能真正分辨出差異-我當然不能!

如果正確曝光了ISO 100圖像,則每個ISO 3200圖像都必須完全曝光過度(減少2.7級)。我認為更有可能ISO 3200圖像被合理地曝光了。因此,我們應該考慮將5個ISO 3200圖像與一個ISO 640圖像進行比較。 (我在“編輯”中看到,OP已更改為** 20 ** ISO ** 1600 **圖像。應將其混合與單個ISO 80圖像進行比較。)
當我嘗試寫問題時,我的意思是:1張具有低ISO和更長曝光時間的圖像,以及一系列具有更高ISO和等於** a / n **,即** a *的圖像(稍後平均)。 *低ISO圖像的曝光時間,** n **高ISO圖像的數量。但是所有這些都是在不吹牛或曝光不足的方面進行的。我可以自我解釋嗎?
+1您的答案讓我想知道您是否真的需要將所有16張圖像融合在一起,如果不需要,那麼在差異不明顯之前需要多少張圖像。您是否嘗試過將一半的高ISO影像融合在一起?
您如何精確地將圖像平均在一起?
我想我做過同樣的實驗。檢查我的編輯
@Matt對我來說中間的圖像似乎更清晰。
順便說一句,減少圖像(或單張圖像)以獲得更清晰的結果是完全合理的,因為即使使用三腳架和遙控器拍攝照片,也很難將它們完美對齊(以及光線)光源可能已經改變,因為燈泡的溫度在更長的時間內升高(例如,包括兩次拍攝之間的間隔)。
@fortran再次看一下16個圖像序列,第一個和最後一個圖像大約錯開1.4個像素,即圖像寬度的0.02%。在Photoshop中自動對齊後,圖像幾乎完全對齊(在我能夠檢測到任何未對齊的範圍內)。拍攝序列的總時間不超過其他16秒的曝光時間。
@jrista我將圖像以16bpp的速度加載到堆棧中,並合併了8對層,然後合併了4對結果,然後是2對,最後是最後一對,它們與8位輸出的平均值足夠接近。
@whuber第一個裁切的中間圖像是平均圖像,最後一個裁切的中間圖像是單個ISO100圖像!
@Matt這說明您對某些人的眼睛有多冷漠:-)。
fortran
2011-02-02 17:54:55 UTC
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這是一個非常好的問題,但我擔心答案完全取決於傳感器的性能及其刺激響應曲線。

如果我們將噪聲視為噪聲之間的誤差,真實顏色和測得的顏色,我們可以使用統計模型來找出多少個誤差更大的樣本,以便與單個更準確的樣本具有相同的誤差。但是,要做到這一點,首先我們需要:

  • 噪聲的分佈函數(它可能是正態分佈,但我不確定,電氣工程師應該更了解傳感器的工作方式可能會對此有所啟發)。但是回顧一下我的統計課程,我認為在這種情況下這根本沒有關係。
  • 將靈敏度與噪聲相關聯的函數(在理想的傳感器中,我認為它應該是線性的,但我猜想

具有這樣的含義,很容易應用一些公式來推斷a的多少圖片與單張較低的ISO圖片相比,較高的ISO需要補償較高的噪點。

在線性感光度-噪聲情況下,在相同的總曝光時間下,誤差應該相同。看到@Matt Grum的出色回答,看來它與真實事物非常接近。

這是正確的想法。但是,我們需要認識到,並非所有噪聲都是隨機的或獨立的。您引用的SD公式將過於樂觀。順便說一句,“sensibilité”(法語)=“敏感性”(英語)。 “敏感性”並不意味著您認為它會做什麼。
jrista
2011-02-02 13:57:52 UTC
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從技術上講,兩個圖像的EV相同。您在兩種設置下都保持相同的曝光,唯一真正改變的是噪音水平。您將在ISO 3200中遇到的噪點數量將是相當可觀的,即使將所有5張圖像融合在一起也可能不會產生像在ISO 100下單次曝光5秒一樣低的噪點和精細的圖像。

您在自己的答案中引用了馬特·格魯姆(Matt Grum)的答案之一,但是該引用的陳述明確指出具有進入相機的相同光量。如果您從ISO 3200的1秒曝光更改為ISO 100的5秒曝光,您將增加到達傳感器的光量。對於靜止的場景,ISO 100仍很可能是最佳選擇。您可以通過混合5次ISO 3200曝光來減輕一定量的噪音...但是您也將噪音量增加了五倍!不僅如此,而且在如此高的ISO下您還可能同時遇到亮度噪聲和顏色噪聲,並且在不損害顏色準確性和細節的情況下更難以識別和消除顏色噪聲。

使用更高的ISO時更好的選擇是您實際上沒有選擇這樣做的時間。如果您無法進行5s曝光,並且最大曝光時間限制為1s,則使用ISO 3200將是最佳選擇,因為它可以正確曝光。在那時使用ISO 100並通過後期處理提高EV將以數字方式放大圖像中確實存在的噪點...雖然在未經修改的圖像中大部分不可見,但是當您以數字方式增加曝光量時,其噪點會比ISO 3200噪點更大。

我寫上面的假設是在1s / ISO 3200或5s / ISO 100的鏡頭下產生“正確”曝光。重新閱讀您的問題後,我無法確定這是否正確。如果您說需要混合5 1s / ISO 3200才能產生正確的曝光,那麼您實際上可能要考慮購買...更快...更快的鏡頭,因為您似乎是在近乎純正的環境下拍照。黑...
平均曝光條件不變的照片曝光不會改變。另一件事,您所談論的是到達“僅一張” ISO 3200照片的傳感器的光量,而不是平均的5張(總計5秒),這就是我建立這種關係的原因,即總時間5張照片(作為一組)和ISO 80照片相同。
@jrista數字傳感器會隨著時間的流逝而發熱,這會極大地增加噪聲,因此30s的ISO100圖像可能比在幾分鐘內拍攝的一系列2s的ISO1600圖像具有更大的噪聲,每個圖像之間的間隙很小,以使傳感器冷卻。
@jrista這裡有一個有趣且可能重要的微妙之處。噪聲的“混合”將其分為兩個部分:系統部分,這是所有圖像共有的,另一部分是,從一個圖像到另一個圖像(相當隨機地)變化。系統部分停留。變化部分遵循平方根定律:也就是說,組合_n_個圖像時的典型噪聲幅度約為單個圖像中幅度的1 / Sqrt(_n_)。為了解決這個問題,我們真正需要的是對噪聲如何隨ISO變化的更詳細,定量的理解。
@Matt:當然,噪聲會隨著傳感器的發熱而增加,但是在大型方案中,30s並不是真正長時間的曝光,並且在ISO 100下30s的曝光中,由熱量增加引起的噪聲應該最小。由傳感器發熱引起的最主要的是“固定模式”噪聲,這很容易糾正。無論哪種方式,我認為我們都需要一些經驗證據來支持這兩種情況。
@whuber:我同意,我們需要更加定量地了解噪聲如何隨ISO變化。我認為一些樣本圖像以及測試和觀察的基本科學方法可以提供一些答案。 @Tomm已經提供了合併ISO 1600圖像的樣本...以ISO 100拍攝的一些樣本將提供理想的基線比較。
@jrista是的,我很樂意看到這種比較。需要一些照顧。例如,我不會使用樹,因為樹的葉子和樹枝上的小動作會混淆結果。而且,結果可能(而且我認為可能會)隨ISO的提高程度而變化,因此進行多個實驗將比單個實驗有用。 (由於我沒有用於組合圖像的軟件,我所能做的就是寫這個,而不是僅僅執行,對此我深表歉意。)
@whuber:我同意這個場景……能更好地表現出噪音差異的東西將是理想的。至於合併結果,我正在考慮使用Enfuse。儘管我承認我以前從未嘗試過,但其自適應算法應該能夠在同一EV上處理多次曝光。包絡可能也不是最好的工具,因為它也經過明確設計,可以消除隨機和固定模式(我認為您稱之為系統性)噪聲。我想我們可以問問OP他的合併方法是什麼。
我的合併方法只是刪除噪音。如果我想在圖像中使用更高的動態範圍,我會拍攝不同的曝光照片,然後將它們扔到夢幻般的** **中!在這種情況下,我不認為“融合”能比平面平均做得更好。
@jrista:您正在談論的固定模式噪聲是否已用黑框校正了,對嗎?
@Tomm:正確,因為它是固定模式,所以只能用一個暗框進行校正。但是,您需要很長時間才能產生固定的圖案噪聲。 30秒的曝光時間是將傳感器以ISO 100加熱至足以產生足夠強的固定圖案信號所需的時間長度的下限,該信號會進入較高的關鍵圖像信號。 (低調的圖像將具有較低的SNR,因此更容易看到固定模式的噪聲……但是仍然需要足夠長的曝光時間才能真正加熱傳感器。)
user2719
2011-02-03 15:01:55 UTC
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多重曝光策略的唯一真正缺點是,至少在焦平面快門SLR和普通三腳架的情況下,可能會損失清晰度。感官真的很小,要確保每次曝光都將它們放在完全相同的位置非常困難。多鏡頭背板(適用於中型和大型相機)傾向於依靠百葉窗,跨多次曝光的反光鏡鎖定以及相機支架(例如Foba的其中一個怪物)而不是三腳架。

我要說的那種銳度損失就是在傳感器的前面放置一個更堅固的低通(抗混疊)濾波器。稱其為半像素模糊(可以通過在平均之前移動圖像來最小化半個像素以上的像素)。您可以通過對像素進行合併(一種將像素四邊形視為單個像素的縮小比例技術;一種下一個鄰居的特殊情況)來重新獲得一些明顯的清晰度。

長時間拍攝一次照片會產生本身存在噪音問題,尤其是在高溫下。以ISO 100進行拍攝聽起來是個好主意,但是如果曝光時間真的很長,則仍然會有熱噪聲-僅複製一張圖像,您就無所適從。主動冷卻的傳感器(如天文背面)將在很大程度上消除該問題,但這意味著需要專門的套件。但是,您可以確定在記錄圖像時傳感器會或多或少地停留在一個位置,因此您可以獲得更好的清晰度。

與單張拍攝相比,多張拍攝技術可以減少噪點,尤其是具有良好的組合算法。如果您有足夠的圖像,則可以在平均給定像素之前丟棄統計異常。這幾乎就是完成高分辨率低幅天文圖像的方式-除非在明顯的大部分捕獲中都出現,否則它不是恆星,並且其亮度可以通過平均算出。

您可以通過重採樣將圖像移動不到1個像素,如果您有許多未對齊的圖像,也可以執行超分辨率操作,這些圖像會將不重疊的傳感位置視為多餘的樣本,並且可以提高分辨率。參見http://en.wikipedia.org/wiki/超分辨率
Super-rez是一種很好的IR策略(非常適合將監視圖像轉換為證據等等),但是它可能會引入偽影(只是一種意識陳述;不能輕描淡寫)。我的首選是具有共識規則的最匹配像素,但恰恰是:我的首選(我討厭插值的邊緣-它們在我的眼中總是看起來像過分模糊的蒙版)。
tomm89
2011-02-02 13:30:48 UTC
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Matt-Grum的部分答案此處可以解決我的疑問。

如果您使用較低的ISO(相同光量相機),您會得到曝光不足的圖像,在後期加亮時,會同時放大光子噪聲和讀取噪聲。這樣您的總雜音就會更高。

Matt的答案在這裡並沒有真正適用,因為您要補償的ISO越低,曝光時間越長。通過將快門速度提高到5s,可以增加到達傳感器的光量,因此較低的ISO將產生較低的噪點。請在同一主題中查看我對Matt答案的反駁。
再次,就一張平均圖像而言,曝光是相同的。
您正在將圖像平均化為相同的EV以減少噪聲,而不是增加曝光,因此比較一張ISO 100圖像與比較1或20張ISO平均ISO 3200圖像是相同的。


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