Шумы и оптимальные режимы съемки Canon 350D

[StasV]

У меня возник следующий вопрос. Откуда вообще возникает боязнь больших ISO в плане шумов. Если я правильно понимаю, то ISO влияет на коэффициент усиления усилителя сигнала на выходе фоточувствительного элемента. На входе усилителя имеются:
общий шум сенсора,
приведенный ко входу шум усилителя,
полезный сигнал,

При увеличении коэффициента усиления, и шумы и полезный сигнал усиливаются одинокого. Значит отношение С/Ш не должно уменьшится.
А если теперь рассмотреть 2-х каскадный усилитель (предположение) в котором изменяется коэффициент усиления первого усилителя. В этом случае при увеличении коэффициента усиления на вход второго усилителя попадает больший сигнал и, следовательно, влияние шума второго усилителя меньше. Т.е. отношение С/Ш всей системы с ростом коэффициента усиления должно расти.

Поправите, если я не прав. Правда не понятно

PS Я рассматриваю только шумовые характеристики.  Понятно, что с ростом ISO падает динамический диапазон со всеми вытекающими от туда минусами

[Skyangel]

Врядли оно (соотношение с/ш) будет расти Если на входе усилителя имеем некое соотношение сигнал/шум, то после усилителя оно может неувеличиться (в случае если сам усилитель не вносит доп шум). Принимая во внимание что и усилитель внесет свой вклад в шумовую составляющую, соотношение скорее всего только уменьшится. Для того чтобы получить на выходе усилителя только полезный сигнал (или сигнал максимально свободный от шумовой сочтавляющей) необходимо использовать некое устройство, которое будет полностью отсекать сигнал на входе усилителя (пороговый усилитель), если этот сигнал ниже определенного уровня. Все что выше этого порога - считается полезным сигналом. В случае фотоаппарата снимают темновой кадр - он не содержит полезного сигнала и считается шумом. Затем делается снимок и этот шум вычитаем, остается полезный сигнал. Примерно так.

[StasV]

Принимая во внимание что и усилитель внесет свой вклад в шумовую составляющую, соотношение скорее всего только уменьшится.

С тем, что усилитель вносит шумовую состовляющую я не спорю.
Но, шум усилителя можно представить в виде малозависимого от Кус шумового напряжения на его входе. Если это предположение правильное, то отношение С/Ш с ростом Кус должно расти.

Вопрос к Павлу Бахтинову.
Павел, Вы как радиоинженер, пытались построить шумовую модель фотоаппарата? Было бы очень интересно?

[Павел Бахтинов]

У меня возник следующий вопрос. Откуда вообще возникает боязнь больших ISO в плане шумов.

Никакой "боязни больших ISO" сейчас уже нет.
Действительно, какое-то время назад, в начале массового освоения цифровых камер, у многих ЛА было недоверие к высоким ISO, пришедшее из практики обычной, не астрономической фотографии (как я уже писал в самом первом сообщении темы, при использовании "сырых" некалиброванных кадров, установка слишком высоких ISO и в самом деле может привести к проигрышу по шумам). Однако впоследствии, по мере освоения правильных методик съемки и калибровки, это недоверие практически сошло на нет...

При увеличении коэффициента усиления, и шумы и полезный сигнал усиливаются одинокого. Значит отношение С/Ш не должно уменьшится.
А если теперь рассмотреть 2-х каскадный усилитель (предположение) в котором изменяется коэффициент усиления первого усилителя. В этом случае при увеличении коэффициента усиления на вход второго усилителя попадает больший сигнал и, следовательно, влияние шума второго усилителя меньше. Т.е. отношение С/Ш всей системы с ростом коэффициента усиления должно расти.

Думаю, на качественном уровне Ваши рассуждения верны, и никакого противоречия с полученными мною экспериментальными графиками (см. начало темы) я здесь не вижу. Да, отношение сигнал/шум растет по мере роста усиления (ISO), но лишь до некоторого предела (выше которого вклад шумов той части тракта, что находится после регулятора усиления, становится незначительным по сравнению с шумами других источников, и его дальнейшее уменьшение уже ни на что не влияет). Выбор ISO выше указанного предела (на горизонтальном участке графика) почти безразличен с точки зрения шумов, и лишь иные соображения (динамический диапазон и т.п.) удерживают от того, чтобы всегда использовать максимальное значение ISO.

Павел, Вы как радиоинженер, пытались построить шумовую модель фотоаппарата?

Нет, количественную шумовую модель я построить не пытался.
Ссылки на подобные расчеты зарубежных коллег здесь уже приводились:
http://www.hiddenloft.com/notes/acq.htm, http://www.starrywonders.com/snr.html;
но там рассматриваются не цифровые фотоаппараты, а охлаждаемые ПЗС-камеры. Напрямую применить данные расчеты к цифрозеркалкам мешает как отсутствие информации о ряде количественных параметров последних, так и различия в устройстве их электронники, но познакомиться с этими статьями все равно полезно для лучшего понимания основных закономерностей...

[Garmisch]

Какую методику посоветуете по сьемке 350Д:
вводные
темная ночь 6-7 ч
температура от 10 до 15 (колебания за ночь на уровне 2-4 град.)

Я бы не тратил драгоценное ночное время на дарки. Снимите их в конце ночи в количестве 10-20 шт. и этого будет достаточно. С какой светосилой планируете снимать ? Например на хорошем небе при 1/4 делать выдержку длиннее 5 минут мне кажется уже лишним (гистограмма уже очень хорошо заполняется)

[Павел Бахтинов]

Я бы не тратил драгоценное ночное время на дарки.

Аналогично
Я тоже снимаю дарки перед рассветом (и во время рассвета). При калибровке Iris хорошо справляется с компенсацией небольшой разности температур.

[Павел Бахтинов]

Думаю, 10шт. дарков будет вполне достаточно (если "световая" серия снималась с межкадровым сдвигом - dithering). Я сам часто ленюсь и снимаю их еще меньше - 5-6 шт. (при 15-мин субэкспозиции). Можно и вечером попробовать, но вечерняя температура обычно более нестабильна (быстро падает), не знаю, насколько будет эффективно добавление к утренней серии дарков еще и "горячих" вечерних...

[Павел Бахтинов]

а "небольшая разница температур" - это какая ? сколько Ирис сможет скомпенсировать? если например 5 градусов сможет то есно сделаю мастер,чем снимать по 3 часа дарков каждый день

ИМХО, с 5-ю градусами разности все должно быть нормально.
А вот насчет того, чтобы снимать дарки не каждую ночь - это вопрос. Долговременная стабильность дарка у цифрозеркалок (Кэнон), по-моему, недостаточно исследована...

[StasV]

Павел, спасибо за развернутый ответ

[Александр Ростов]

Долговременная стабильность дарка у цифрозеркалок (Кэнон), по-моему, недостаточно исследована...

Canon EOS300D. Анимация последовательности 16 дарков по 300 секунд. Центр кадра, +10^о, гистограмма для наглядности растянута. Что скажут специалисты? По-моему от такого ожидать стабильности довольно сложно...

[Garmisch]

Что скажут специалисты? По-моему от такого ожидать стабильности довольно сложно...

А что тут говорить, нужно цифры. По таким картинкам нельзя сказать ничего определенного.

[Gennady Bankewich]

 А какая может быть стабильность в шумах? Какая-то регулярная составляющая от битых и горячих пикселов, ну пятно от усилителя.

[Павел Бахтинов]

А какая может быть стабильность в шумах? Какая-то регулярная составляющая от битых и горячих пикселов, ну пятно от усилителя.

Разумеется, речь идет о систематической составляющей. Если бы там был только шум, калибровка вообще не давала бы никакого положительного эффекта.

Canon EOS300D. Анимация последовательности 16 дарков по 300 секунд. Центр кадра, +10^о, гистограмма для наглядности растянута. Что скажут специалисты? По-моему от такого ожидать стабильности довольно сложно...

Александр, что-то не так с этими дарками (или, возможно, с их отображением). Вот аналогичная анимация серии из пяти дарков, снятых мной на Кэнон-350Д при температуре +8С, ISO800 с выдержкой 15мин. Это 100% кроп центра кадра, контраст повышен (уровню белого соответствует 1/8 полного диапазона матрицы).
Как видим, несмотря на отдельные "блуждающие" пиксели и некоторый уровень случайного шума (довольно небольшой в этом масштабе отображения), картинка в целом не выглядит хаотичной. Заметен рост темнового тока по мере нагрева фотоаппарата от первого к последнему кадру серии.

[Slide]

Canon EOS300D. Анимация последовательности 16 дарков по 300 секунд. Центр кадра, +10^о, гистограмма для наглядности растянута. Что скажут специалисты? По-моему от такого ожидать стабильности довольно сложно...

Александр, что-то не так с этими дарками (или, возможно, с их отображением). Вот аналогичная анимация серии из пяти дарков, снятых мной на Кэнон-350Д при температуре +8С, ISO800 с выдержкой 15мин. Это 100% кроп центра кадра, контраст повышен (уровню белого соответствует 1/8 полного диапазона матрицы).
Как видим, несмотря на отдельные "блуждающие" пиксели и некоторый уровень случайного шума (довольно небольшой в этом масштабе отображения), картинка в целом не выглядит хаотичной. Заметен рост темнового тока по мере нагрева фотоаппарата от первого к последнему кадру серии.

Тоже попробовал ради интереса сделать подобную анимацию (350Д, температура +25С, ИСО 800, выдержки 5 мин, 100% кроп центра кадра) Вроде тоже просматривается какая-то стабильность, Александр, попробуйте сделать еще раз или иначе обработать. Если результат повторится, то может камера такая попалась

[Денис Грызлов]

У меня тут на днях очень чудная картинка на dark-кадре нарисовалась. Было довольно тепло на улице, около 18 градусов - и выдержке 150 сек на ISO 1600 получилась вот такая картина.
На дарках с выдержкой 200+ секунд но при температуре на улице градусов 10 - шумовой фон был гораздо ровнее.


Кто-нибудь может объяснить эту "диагональ"? Пятно справа в углу ясно откуда - оно есть на всех дарках, но откуда взялась вот эта косая полосая - совсем не понимаю.

[LifeIsGood]

Скорее всего засветка через видоискатель.

[Денис Грызлов]

Точно! Только что для проверки снял два кадра - с закрытым искателем, и с подсвеченным фонариком. На втром кадре сразу появились подобные полосы.
Буду тогда заклеивать искатель изолентой, а то обычно приходится с фонариком смотреть текущую выдержку на экране камеры.

[Tvi.dubna]

Вообще-то в комплекте с камерой идет специальная резиновая заглушка!
Вадим

[LifeIsGood]

Она неудобная. Надо снять пластиковый наглазник, одеть ее. Лучше залепливать чем-то подручным. Типа черной изоленты.

[Юрий Торопин]

Хоть тема и достаточно старая и давно не извлекалась на свет божий, решил запостится именно в неё, как мне кажется, она очень интересна и информативна.

Так вот, снимал тут намедни... ну скажем объект в Единороге. Снимал кадрами по 10 минут на ИСО1600 на переделанный Никон Д70. А в дополнении, чтобы добавить цвета к пересвеченным звёздам, зарядил серию 24 х 25 сек (==600 сек = тем же 10 минутам в сумме), с подвижкой (дризлингом) между подсериями из 4 кадров.

Результат приведён ниже, комментарии, как говорится, излишни. На большем снимке 10 минутный кадр (левая верхяя половинка) наложен поверх обработанной суммы 24 кадров по 25 сек. В дополнении, добавлена анимация, на ней масштаб уменьшен в 2 раза из-за лимита на размер файла...

Сумма проигрывает по всем параметрам одиночному кадру -- выше шумы, толще звёзды, куда ниже проницание. Множество артефактов, которые не дают возможность сделать вывод, например, о структуре тёмных волокон.

Выводы, Вы спросите? Снимайте НАСТОЛЬКО длинными кадрами, насколько позволяет Ваша монтировка, провисание гида и т.д. Фон неба яркий? Если все остальные параметры позволяют, уменьшите ИСО с 1600 до 400 и снимайте не по 5 минут, а по 20. И будет Вам счастье!

ЗЫ: Тут Игорь Чекалин как-то приводил подобное сравнение, по-моему, сумма из 3х 1-минутных кадров и одиночный 3х-минутный. Я тогда не очень поверил своим глазам по поводу того, насколько лучше качество было у одиночного снимка с большей экспозицией. Теперь на своих данных точно верю