¿El ruido en las imágenes depende de "Megapixels" o "ISO"?

Tengo una pregunta sobre la calidad de imagen. ¿El ruido en una imagen depende de "Megapixels" o de "ISO"?

Respuestas (7)

El ruido se origina debido a una serie de factores, ver:

¿Qué es el ruido en una fotografía digital?

Aumentar la cantidad de megapíxeles manteniendo todo lo demás constante (tamaño del sensor, tecnología, etc.) aumentará el ruido por píxel, pero también tiene el efecto de hacer que el ruido sea más fino, lo que es menos objetable.

ISO por sí solo no aumenta el ruido, solo si combina el aumento de ISO con la disminución del tiempo de obturación/apertura de cierre.

[Probablemente] valga la pena repetir esto de nuevo aquí...

Aumentar la ISO mientras se mantiene constante la velocidad de obturación/apertura no aumenta el ruido :

Aquí hay un ejemplo, ya que la toma ISO 100 estaba subexpuesta, ¡aumentar el ISO a 1600 produjo un resultado mucho menos ruidoso!

No estoy seguro de por qué este tema de ISO siempre produce un debate tan acalorado.
@fusca: porque la gente confunde el nivel de ruido con la relación señal/ruido, y porque no necesitas un título en ingeniería óptica para ser un buen fotógrafo :)
Debido a que es contrario a la intuición, y debido a que las imágenes ruidosas tienden a haber sido tomadas con un ISO alto, por asociación lo atribuyen a un ISO alto. Entonces, cuando aparece y dice "aumentar ISO en realidad mejora la relación señal / ruido (en igualdad de condiciones)", la gente se niega a aceptarlo, incluso cuando proporciona los resultados de un experimento simple que lo prueba.
@MattGrum Me falta algo aquí, ¿cómo tomaste la primera foto con la misma apertura y velocidad de obturación que en la segunda pero con un ISO más alto y la primera foto no es más brillante que la segunda?
@Akram Apliqué niveles automáticos a ambas imágenes para normalizar el brillo, ya que quería comparar la relación señal-ruido (que es mucho más importante que el nivel de ruido absoluto).
@AkramMellice Probablemente apagando las luces.
@JoshK no, la iluminación era idéntica, el brillo se igualó en la publicación
Su demostración solo muestra el efecto de un tipo de ruido, el ruido de cuantificación. No estoy seguro de que sea una prueba justa. La mayoría de la gente elegiría diferentes parámetros de exposición en cada ISO para mantener las exposiciones generales similares, sin tratar de manipular una toma subexpuesta.

Cuando se trata de ISO , es un error decir que aumentar el ISO aumenta el ruido. No está haciendo nada por el estilo. La razón por la cual un ISO alto produce imágenes ruidosas se debe completamente al hecho de que para un ISO más alto, debe reducir la cantidad de luz (señal) que llega al sensor, lo que en última instancia aumenta la relación de ruido antes de que se produzca la amplificación ISO.

La respuesta corta es ambos, pero requiere alguna explicación.

megapíxeles. Sí, pero solo si hablamos de 12 MP frente a 24 MP para un tamaño de sensor determinado . El problema no es el número absoluto de megapíxeles per se, sino el tamaño de cada píxel individual. Baldes bajo la lluvia es la analogía común utilizada. Esencialmente, si tiene dos cubos bajo la lluvia, el más grande con el doble de área que el otro, el más grande recolectará el doble de agua (o fotones).

Se trata de la relación señal-ruido.

El fotón golpea el fotodiodo --> el fotodiodo emite un electrón --> los electrones se almacenan en una celda --> la carga analógica se convierte en una señal digital mediante la unidad de analógico a digital (ADU). Aproximadamente, de todos modos.

ingrese la descripción de la imagen aquí

El nivel de amplificación que tiene lugar en la etapa ADU está determinado por el nivel ISO. El tema es que en el camino se produce ruido. Por ruido nos referimos a una señal no deseada : el nivel de carga almacenado en el pozo no refleja al 100% la lectura de luz en un mundo perfecto. Hay varias razones para esto (algunas de las cuales son naturales y no se pueden evitar -- detalles [aquí][2]). A niveles ISO más altos, la señal debe amplificarse aún más, aumentando el impacto de este ruido no deseado como porcentaje de la señal total.

Los siguientes números son arbitrarios, pero digamos que en ISO 100 tenía 4 unidades de ruido de una señal de 12,5 unidades recolectadas y que en ISO 400 tenía 4 unidades de 10 unidades recolectadas. Nota...

  • los niveles de ruido antes de la amplificación son independientes del ISO seleccionado).
  • a ISO 400 se recoge 1/4 de la misma cantidad de luz (ISO 400 está dos pasos por encima de ISO 100). Doble el ISO, la mitad de la cantidad de luz recogida.

El proceso de amplificación necesita llevar la señal a 100.

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

Entonces, un aumento en ISO conduce a más ruido. Si nuestros píxeles individuales hubieran sido el doble de grandes para que no se necesitara amplificación (nuevamente, esto es solo para explicar el concepto), entonces lo siguiente habría sido cierto.

  • ISO 100: 4 unidades de ruido por 100 unidades de señal total (4%)
  • ISO 400: 4 unidades de ruido por 25 unidades de señal total (16%)

... y el ruido se habría reducido.

Ambos factores pueden tener un impacto en el ruido. De los dos, el efecto de ISO es el más inmediatamente visible. Todas las cámaras digitales exhiben ruido de imagen que aumenta a medida que aumenta ISO. Dependiendo de la cámara, es posible que vea poco o ningún ruido con ISO 100, por ejemplo, y proporcionalmente más a medida que se acerca a la configuración ISO máxima de su cámara (normalmente de 1600 a 6400 o más). Hay muchos ejemplos de esto para casi todas las cámaras del mercado (las revisiones de cada cámara específica a menudo mostrarán ejemplos).

El tamaño de la imagen (megapíxeles) no afecta directamente al ruido, pero lo hace indirectamente cuando considera dos sensores del mismo tamaño. En este caso, en igualdad de condiciones, el sensor de megapíxeles más grande mostrará más ruido como efecto secundario de tratar de "comprimir" más píxeles en un sensor de tamaño similar. Aunque esto se puede mostrar en ciertos casos dentro de una línea de cámaras, este factor puede ser difícil de precisar porque las cámaras también suelen tener sensores mejorados o tecnología de procesamiento que maneja el ruido de manera más efectiva.

Ya hay algunas excelentes respuestas en este sitio con respecto a aspectos específicos del ruido. Si busca "ruido", encontrará todo tipo de lecturas excelentes .

Todas las cámaras digitales exhiben ruido de imagen que aumenta a medida que aumenta ISO, no es cierto. De hecho, la única forma en que aumenta el ruido es disminuyendo la cantidad de luz que entra. Aumentar el ISO manteniendo la misma velocidad de obturación y apertura hará que el ruido disminuya (o que se recorten las altas luces).
Gracias, Matt; sí. Entonces, aumentando ISO mientras se mantiene el brillo equivalente (como se muestra en el histograma)...
No estoy seguro de para qué son los votos negativos. Elevar el ISO de hecho aumenta el ruido. La imagen resultante puede verse mejor porque en situaciones con mucha luz, la relación señal/ruido será buena, independientemente del ISO. Al menos eso espero, de lo contrario mi profesor de radiometría me mintió :)
@Colin: El aumento de ISO aumenta el ruido, si la apertura y/o la velocidad del obturador se ajustan para reducir la cantidad de luz que llega al sensor , como suele ser el caso en los modos de exposición automática. Para algunas personas, esta suposición es tan natural que es demasiado obvia para afirmarla. Para otros, la suposición es tan abominable que les brota la urticaria.
@coneslayer: Bueno, esa es una buena manera de verlo, y los fotógrafos, por supuesto, tienen una terminología diferente a la de los físicos, pero el hecho es que, en igualdad de condiciones, un ISO más alto significa un ruido más alto. Sin embargo, NO significa una relación señal/ruido más pobre , y esto es lo que realmente determina qué tan "ruidosa" se ve una fotografía.
Aunque no lo hace. Mira el ejemplo que puse. Elevar el ISO redujo considerablemente el ruido.
@Colin, OK, no entendí que estabas distinguiendo entre el ruido per se y SNR. Como notará, es SNR lo que afecta la apariencia del ruido, por lo que casi nunca nos preocupamos por el ruido en sí mismo en la fotografía.
@Matt Grum: ¿Pero qué tuviste que hacer para tomar esas fotos? Con los mismos ajustes de obturador y apertura, debe haber usado mucho ND en la toma con ISO alto o aumentado mucho el brillo de la imagen en el posprocesamiento para la imagen con ISO bajo (o alguna otra manipulación del nivel de luz). Eso significa que su SNR en el sensor fue en realidad mucho peor en la toma ISO baja. Eso cambió la SNR real en el sensor, por lo que cualquier cosa que haga después de eso para hacer que las imágenes sean comparables amplificará mucho el ruido en la imagen más tenue.
@Colin, lo siento, no leí nada sobre SNR, sí, obtienes un nivel de ruido absoluto más alto cuando aumentas ISO pero obtienes una mejor relación señal / ruido. Cuando hablo de ruido me refiero a la relación señal/ruido, ya que esto es lo que determina la cantidad de ruido que ves en una imagen. Para responder a su pregunta, la toma ISO100 estaba subexpuesta. Al aumentar la exposición digitalmente, amplifiqué tanto el ruido de la imagen como el ruido de lectura, lo que proporcionó una SNR peor en comparación con la imagen ISO alta amplificada analógica.
@Matt: Entonces fue la exposición adecuada la que le dio una mejor SNR. La aplicación de ganancia a una señal (analógica o digital) no tiene, en el mejor de los casos, ningún impacto en la SNR y, en la práctica, reduce un poco la SNR. Un ISO más alto solo le brinda una mejor SNR cuando le permite obtener una mejor exposición. Su demostración fue defectuosa en el sentido de que la toma de 100 ISO no se expuso correctamente. Si repite la prueba, pero usa filtros ND o un cambio en la iluminación para hacer que la toma con ISO bajo se exponga correctamente, tendrá una SNR igual o mejor que la toma con ISO alto.

La causa principal del ruido en una imagen se debe al Photon Shot Noise como resultado de no recolectar suficiente luz... Este ruido se debe a la aleatoriedad de la luz/fotones. Cuando se recoge muy poca luz, es más probable que los sensores (píxeles) reciban una luz inadecuada o incluso ninguna. Piense en esto como estar expuesto a la lluvia... una breve exposición a una ducha ligera y no estará completamente empapado/cubierto.

ISO simplemente le permite recolectar menos luz (apertura más pequeña/SS más rápido).

Más MP (sensores/área) simplemente dividen la luz que se recoge más lejos (más afectada por la aleatoriedad). Pero si los tamaños de los sensores son los mismos y las imágenes se muestran en el mismo tamaño físico, las imágenes tendrán la misma luz por área y, por lo tanto, las mismas características de ruido, independientemente del recuento de MP.

Algunas buenas respuestas ya. Mis 2 centavos. Estoy tratando de hacer una lista completa.

Los factores que afectan a ISO son:

  1. La cantidad de luz que llega al sensor. Menos luz más ruido. Hasta cierto punto, puede controlarlo manipulando su apertura y la velocidad de obturación, o agregando más luz a la escena.

  2. La calidad del sensor. Habla por si mismo.

  3. El área del sensor. Cuanto más grande menos ruido.

  4. La temperatura de trabajo del sensor. Cuanto más frío hace menos ruido tiene.

  5. El área por sensel (pixel) aquí los Megapixels tienen un poco de impacto, pero esta variable se compensa con el área del sensor. Si dos sensores tienen el mismo tamaño, pero un recuento de megapíxeles diferente, el megapíxel inferior tendrá menos ruido, pero se podría lograr un resultado similar volviendo a muestrear el recuento de megapíxeles más grande al inferior.

  6. La Ampliación de la señal. Ver punto 7.

  7. El cálculo realizado por la cámara para compensarlo. Aquí es donde entra en juego el ISO, el algoritmo utilizado para aumentar el ISO se calcula para las características específicas del sensor. Aquí está una de las ventajas de usar procesadores más modernos, además de sensores más modernos. Otro cálculo que se puede hacer es el promedio de una toma de larga exposición.

  8. La cantidad de manipulación que el usuario realiza en el archivo, refiriéndose a cuánto realce de las sombras utilizando, por ejemplo, curvas.

  9. El procesamiento posterior realizado a un archivo, en referencia a un algoritmo de reducción de ruido.

  10. Alguna otra técnica de reducción de ruido como combinar diferentes tomas. Esto es similar a la cantidad de luz que incide en el sensor (punto 1), pero se hace de forma artificial.

  11. Cualquier remuestreo se realiza en el archivo. Volver a muestrear un archivo con ruido usando un algoritmo promedio como bicúbico lo suavizará. Ver punto 5.

Cada

Respuesta: ISO

Ejemplos:

  • ISO 80 (iso bajo) -> imagen sin ruido

  • ISO 6400 (iso alto) -> imagen con mucho ruido

Si subes el nivel ISO, le darás más ruido a la foto.

Contraejemplo: ISO 100 (iso bajo) -> imagen con mucho ruido, ISO 6400 (iso alto) -> imagen con poco ruido. Prueba: mattgrum.com/ISOcomparison/ISO_100_vs_ISO_1600.jpg
@Matt: Ciertamente tiene razón, pero creo que la forma en que la mayoría de los fotógrafos piensan las cosas es que cuando aumenta el ISO, compensa ese aumento con una velocidad de obturación más rápida o una apertura más pequeña, para producir (aproximadamente) la misma fotografía. (En la mayoría de los modos de exposición automática, esta forma de pensar corresponde a la mecánica de disparar). Creo que sería mejor animar a las personas a expresar esa suposición en sus escritos, en lugar de simplemente decir que están equivocados.
De acuerdo, todas las imágenes ruidosas de ISO alto serían aún más ruidosas si se tomaran con un ISO más bajo. Del mismo modo, cada ISO alto ruidoso sería menos ruidoso si se filmara con una exposición más larga. Así que no entiendo por qué la gente lo llama "ruido ISO alto" y no "ruido de luz insuficiente". ISO no crea ruido, que es exactamente lo que implica afirmaciones como "todas las cámaras digitales exhiben ruido de imagen que aumenta a medida que aumenta ISO". Si, en cambio, dice "todas las cámaras digitales exhiben ruido que aumenta a medida que disminuye la luz entrante", ¡estaría en lo correcto sin la necesidad de establecer ninguna suposición!
"Ok, cada imagen ruidosa de ISO alto sería aún más ruidosa si se tomara con un ISO más bajo". Solo bajo su suposición no declarada de que la velocidad de obturación y la apertura permanecen fijas. Que no es necesariamente la forma en que la mayoría de los fotógrafos piensan realmente sobre las cosas.
¿El ruido en las imágenes depende de "Megapixels" o "ISO"?
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