¿Hay alguna diferencia de ruido entre las fotos de exposición media y larga?

Siempre que su imagen ISO100 no estuviera subexpuesta, no esperaría una reducción notable en el ruido (excepto tal vez en las sombras profundas) con las imágenes ISO1600 de 5 1 segundo combinadas.

En el infame otro hilo, demostré que una imagen ISO100 de 1/30 s contendrá más ruido (relación señal a ruido más baja) que una imagen ISO1600 de 1/30 s. La misma cantidad si la luz pero el ISO más alto tenía menos ruido.

La razón de esto fue que el ruido de lectura es proporcionalmente mayor en la imagen ISO100 (ya que la lectura ocurre después de la amplificación). En un ISO100 expuesto "correctamente", el ruido de lectura es tan pequeño en comparación con la señal que probablemente no se note ninguna reducción en el ruido de lectura.

edit: acabo de hacer el experimento

Tomé una foto a ISO100 16 segundos y 16 fotos a ISO1600 pero solo 1 segundo. Todas las imágenes estaban bien expuestas. Lo que sigue son dos cultivos, la fila superior es una sola imagen ISO1600 y las dos inferiores son las 16 imágenes ISO1600 promediadas en Photoshop y la imagen ISO100. No te diré de qué lado están los dos inferiores, para ver si alguien puede notar la diferencia, ¡ciertamente no puedo!

Esta es una muy buena pregunta, pero me temo que la respuesta depende totalmente del rendimiento del sensor y sus curvas de respuesta al estímulo.

Si pensamos en el ruido como el error entre el color real y el color medido, podemos usar un modelo estadístico para averiguar cuántas muestras con mayor error debemos tomar para tener el mismo error que una sola muestra más precisa. . Pero para hacer eso, primero necesitamos:

• La función de distribución del ruido (puede ser una distribución normal, pero no estoy seguro, un ingeniero eléctrico que sepa mejor cómo funcionan los sensores podría arrojar algo de luz sobre este asunto). Pero recordando mis lecciones de estadística, creo que esto no importa en absoluto en este caso.
• La función que relaciona la sensibilidad con el ruido (en un sensor perfecto, creo que debería ser lineal, pero supongo que en el hardware del mundo real, aumentar la sensibilidad produce niveles de ruido mucho mayores).

Teniendo eso, es fácil aplicar algunas fórmulas para deducir cuántas imágenes de un ISO más alto necesitas para compensar el ruido más alto en comparación con una sola imagen ISO más baja.

En el escenario de sensibilidad al ruido lineal, con el mismo tiempo de exposición total, el error debería ser el mismo... Y viendo la excelente respuesta de @Matt Grum, parece que está bastante cerca de la realidad.

Técnicamente hablando, el EV de las dos imágenes es idéntico. Estás manteniendo la misma exposición con ambas configuraciones, lo único que realmente cambia es el nivel de ruido. La cantidad de ruido que encontrará con ISO 3200 será bastante significativa, e incluso combinar las 5 imágenes probablemente no producirá una imagen con tan poco ruido y detalles tan finos como una sola exposición de 5 segundos en ISO 100.

Citó una de las respuestas de Matt Grum en su propia respuesta, sin embargo, esa declaración citada establece explícitamente with the same amount of light coming into your camera. Si cambia de una exposición de 1 s en ISO 3200 a una exposición de 5 s en ISO 100, está aumentando la cantidad de luz que llega a su sensor. Con una escena fija, lo más probable es que ISO 100 sea la mejor opción. Es posible que pueda mitigar una cierta cantidad de ruido combinando 5 exposiciones ISO 3200... ¡pero también está multiplicando la cantidad de ruido por cinco! No solo eso, sino que es probable que encuentre tanto ruido de luminancia como ruido de color en un ISO tan alto, y el ruido de color es más difícil de identificar y eliminar sin dañar la precisión y el detalle del color.

El único momento en que sería mejor usar un ISO más alto es cuando físicamente no tienes la opción de hacerlo. Si no pudo tomar una exposición de 5 s y estaba limitado a 1 s como máximo, entonces usar ISO 3200 será la mejor opción porque le permite exponer correctamente. El uso de ISO 100 y el aumento de EV con posprocesamiento en ese punto amplificarían digitalmente el ruido que existe en la imagen... que, si bien es casi invisible en una imagen sin modificar, será más intrusivo que el ruido ISO 3200 cuando aumente digitalmente la exposición.

El único inconveniente real de la táctica de exposición múltiple es una probable pérdida de nitidez, al menos con una SLR con obturador de plano focal y un trípode normal. Los sensores son realmente pequeños, y asegurarse de que estén exactamente en el mismo lugar para cada exposición es difícil. Los respaldos multidisparo (para cámaras de formato mediano y grande) tienden a depender de obturadores de hoja, bloqueo de espejo que se extiende a través de exposiciones múltiples y un soporte de cámara (como una de las unidades monstruosas Foba) en lugar de un trípode.

El tipo de pérdida de nitidez del que estoy hablando sería al nivel de colocar un filtro de paso bajo (antialiasing) mucho más fuerte frente al sensor. Llámalo un desenfoque de medio píxel (cualquier cosa de más de medio píxel se puede minimizar cambiando las imágenes antes de promediar). Puede recuperar algo de nitidez aparente agrupando píxeles (una técnica de reducción de escala que trata los cuadrantes de píxeles como un solo píxel; una especie de caso especial de vecino siguiente).

Las exposiciones largas para una sola toma tienen sus propios problemas de ruido, especialmente a altas temperaturas. Disparar a ISO 100 suena como una buena idea, pero si la exposición llega a ser muy larga, seguirá habiendo ruido térmico, y con solo una copia de la imagen, se quedará con lo que obtenga. Un sensor enfriado activamente (como en un respaldo astronómico) eliminará en gran medida el problema, pero eso significa un equipo especializado. Sin embargo, puede estar bastante seguro de que el sensor permanecerá más o menos en un lugar mientras se graba la imagen, por lo que obtendrá una mejor nitidez.

Las técnicas de múltiples disparos pueden generar menos ruido que un solo disparo, especialmente con un buen algoritmo de combinación. Si tiene suficientes imágenes, puede descartar las anomalías estadísticas antes de promediar en cualquier píxel dado. Así es como se hacen las imágenes astronómicas de alta resolución y baja magnitud: una estrella no es una estrella a menos que aparezca en la mayoría de las capturas, y su brillo se calcula promediando.

Una parte de la respuesta de Matt-Grum aquí resolvería mi duda.

Si usa un ISO más bajo (con la misma cantidad de luz que ingresa a su cámara), obtendrá una imagen subexpuesta y cuando la ilumine en la publicación, amplificará tanto el ruido de fotones como el ruido de lectura. Su ruido total será entonces mayor.