Оптимальное ISO для дипскай съемки

[Gleb1964]

Я повторю тест и дам больше света, чтобы разброс значений SNR был более наглядным.

чем больше будет света, тем меньше должна быть разница SNR, поскольку собственный шум сигнала становиться доминирующим над прочими источниками шума - шума считывания и темнового шума. Так должно быть, если шумы электроники камеры соответствуют принятым допущениям теоретической модели, т.е. являются чисто случайными, а не коррелированными (как после шумоподавляющих алгоритмов, к примеру).

Все же лабораторки в ванной считаю сомнительной. Все же на поле брани точатся сабли.

У "лабораторного" эксперимента в ванной есть одно важное преимущество - возможность обеспечения постоянной засветки, поскольку постоянство засветки предполагается (по умолчанию) в данной модели сравнения шумов при разных ИСО. При таком же эксперименте под открытым небом, постоянство фоновой засветки надо еще доказать. Это же в равной степени относиться и к температуре сенсора - требуется постоянная температура.

[Ivan7enych]

Интересный результат.

Похоже, начиня с исо 200 шумы матрицы превышают шумы АЦП, и все исо 200 ... 1600 показывают практически одинаковый результат по шумам, а если учесть что каждое повышение исо уменьшает динамический диапазон на ступень, лучшим исо среди них получается 200.

...что и требовалось доказать.

Именно что практически доказать для конкретной камеры (14бит ацп на мелком шумном пикселе). Плюс есть непредсказуемое понижение шума на 3200.

Для камеры с крупным пикселем результат будет другой.

[Ivan7enych]

Я повторю тест и дам больше света, чтобы разброс значений SNR был более наглядным.

чем больше будет света, тем меньше должна быть разница SNR, поскольку собственный шум сигнала становиться доминирующим над прочими источниками шума - шума считывания и темнового шума. Так должно быть, если шумы электроники камеры соответствуют принятым допущениям теоретической модели, т.е. являются чисто случайными, а не коррелированными (как после шумоподавляющих алгоритмов, к примеру).

Имелось в виду добавить яркости на самом объекте (на слабо освещенной книжке), а не делать лишнюю застветку в тени, где оценивался шум.

[Юрий Торопин]

Именно что практически доказать для конкретной камеры (14бит ацп на мелком шумном пикселе). Для камеры с крупным пикселем результат будет другой.

Выводы напрямую следовали из свободно доступных данных по величине шума считывания и темнового тока. Имея данные для камеры с крупным пикселем, можно сделать соответствующую оценку и вывод.
Вообще-то, эксперимент, в том виде, как он проведён и обработан, не даёт однозначного результата, эффект получился меньше или порядка ошибки измерения и округления.

[Gleb1964]

Имелось в виду добавить яркости на самом объекте (на слабо освещенной книжке), а не делать лишнюю застветку в тени, где оценивался шум.

Ну, это подходит для задачи обнаружения объекта (книжка) на фоновом шуме. А если задача заключается в разрешении структуры деталей объекта, то можно было бы сравнивать сигнал с шумом на самом объекте. Потому, как шум именно на самой книжке мешает разглядеть, что там изображено.

[Владимир А]

Интересный результат.

Похоже, начиня с исо 200 шумы матрицы превышают шумы АЦП, и все исо 200 ... 1600 показывают практически одинаковый результат по шумам, а если учесть что каждое повышение исо уменьшает динамический диапазон на ступень, лучшим исо среди них получается 200.

...что и требовалось доказать.

Именно что практически доказать для конкретной камеры (14бит ацп на мелком шумном пикселе). Плюс есть непредсказуемое понижение шума на 3200.

Для камеры с крупным пикселем результат будет другой.

Наивная теория про нативное ИСО  не работает потому, что конкретный алгоритм обработки сигнала является ноу-хау фирмы и зависит от производителя и м.б. разным в разных ф/а и у одной фирмы.
ОБЩИМ является только одно - с увеличением ИСО уменьшается динамический диапазон. При этом для ИСО меньше нативного динамический диапазон больше.
Т.о. оптимальное ИСО определяется объектом, сетапом и условиями съемки, т.е. является экспериментально определяемой величиной.

[Gleb1964]

ОБЩИМ является только одно - с увеличением ИСО уменьшается динамический диапазон.

не только. Еще общим является то, что отношение сигнал/шум не нарастает с увеличением ИСО, если в балансе шумов доминирует шум темнового тока детектора и (или) шум засветки.

[Юрий Торопин]

Завышать исо имеет смысл и нужно повышать когда монтировка и небо непозволяет ставить большие выдержки.  Когда смысл имеет жертвовать ДД ради выловки сигнала. 

Это точно не имеет такого смысла.
Факт состоит в том, что, повышая ИСО выше нативного, вы не выловите больше сигнала.
В теме обсуждается, а на каком ИСО будет оптимальный шум для того, чтобы обеспечить оптимальную комбинацию S/N и динамического диапазона.

Наивная теория про нативное ИСО  не работает...

Информационный шум. "Какие ваши доказательства?" (Красная жара, 1988)

[PavelGhost]

не только. Еще общим является то, что отношение сигнал/шум не нарастает с увеличением ИСО, если в балансе шумов доминирует шум темнового тока детектора и (или) шум засветки.

Так может в условиях сильной засветки есть смысл применять ИСО ниже нативного ?
Для Canon550D ИСО 100 ставить к примеру.

[Владимир А]

В теме обсуждается, а на каком ИСО будет оптимальный шум для того, чтобы обеспечить оптимальную комбинацию S/N и динамического диапазона.

Оптимальная комбинация  этих трех  параметров... только из трех пальцев.

[Павел Бахтинов]

Готов выслушать ваши комментарии по эксперименту. если есть какие замечания.

Замечания по методике:
1) Высокая температура при съемке. Градусов 5-10 (в холодильнике) было бы ближе к практике.
2) Отсутствие имитации дизеринга при обработке. По моему опыту подобных тестов это сильно влияет на результат.
3) Возможно что-то еще...

В этой связи интересно было бы посмотреть не на суммы, а на исходники. Для экономии объема можно в меньшем количестве. Флэты вообще не нужны. Можно даже и без лайтов обойтись - фотонный шум хорошо учитывается теоретически.

...что и требовалось доказать.

Нет...
То, что иногда лучше снимать на малых ISO, и то, что оптимальное ISO всегда равно нативному - это разные утверждения.
Первое может быть вполне разумным, в зависимости от условий съемки и параметров камеры (но далеко не всегда!), второе - догма.

[Юрий Торопин]

То, что иногда лучше снимать на малых ISO, и то, что оптимальное ISO всегда равно нативному - это разные утверждения.

Я никогда не говорил, что оптимальное ИСО всегда равно нативному,
речь шла конкретно про длинные много(десяти)минутные экспозиции.

... можно стремиться минимизировать влияние шума считывания через увеличение ISO - но вы не увидите разницы, в нормальном дипскае с многоминутными экспозициями шум темнового тока и фона неба всегда на порядок-два больше шума считывания...При этом на высоких ISO вы будете серьёзно отъедать динамический диапазон и получать обрезанные звёзды-блямбы, где этого можно было бы банально избежать, снимая на ISO, следующим за 200 (ддя Canon 500D).

[Павел Бахтинов]

в нормальном дипскае с многоминутными экспозициями шум темнового тока и фона неба всегда на порядок-два больше шума считывания...

Если допустить, что это всегда так (как там на самом деле, надеюсь, выясним в ближайшее время), снимать надо на минимальном ISO, при котором обеспечивается линейность передаточной характеристики. Нативное ISO тут вообще ни при чем.

[Владимир А]

в нормальном дипскае с многоминутными экспозициями шум темнового тока и фона неба всегда на порядок-два больше шума считывания...

Если допустить, что это всегда так (как там на самом деле, надеюсь, выясним в ближайшее время), снимать надо на минимальном ISO, при котором обеспечивается линейность передаточной характеристики. Нативное ISO тут вообще ни при чем.

М.Б. просто на минимальном ИСО, когда обеспечивается максимальный динамический диапазон? Это важнее линейности.

[Дмитрий Маколкин]

М.Б. просто на минимальном ИСО, когда обеспечивается максимальный динамический диапазон? Это важнее линейности.

А как же калибровка? Нелинейность передаточной функции ей только вредит.

[Владимир А]

М.Б. просто на минимальном ИСО, когда обеспечивается максимальный динамический диапазон? Это важнее линейности.

А как же калибровка? Нелинейность передаточной функции ей только вредит.

Конечно, вредит. Но, если сигнала нет из-за малого динамического диапазона, то и линейность не поможет.

[mike]

Но, если сигнала нет из-за малого динамического диапазона, то и линейность не поможет.

Динамический диапазон определяет глубина потенциальной "ямы" матрицы(с учетом QE) за вычетом шумов.
Линейность определяет точность преобразования. Линейность всегда нужна. 

[Владимир А]

Но, если сигнала нет из-за малого динамического диапазона, то и линейность не поможет.

Динамический диапазон определяет глубина потенциальной "ямы" матрицы(с учетом QE) за вычетом шумов.
Линейность определяет точность преобразования. Линейность всегда нужна.

Потенциальная яма есть в ПЗС. В КМОП  просто фотодиоод.

[mike]

Потенциальная яма в физике, ограниченная область пространства, в которой потенциальная энергия частицы меньше, чем вне её

- БСЭ

Потенциа́льная я́ма – область пространства, где присутствует локальный минимум потенциальной энергии частицы.

-    Википедия
Причем здесь ПЗС или фотодиод.

[Gleb1964]

Так может в условиях сильной засветки есть смысл применять ИСО ниже нативного ?
Для Canon550D ИСО 100 ставить к примеру.

Честно говоря, понятие "нативное ИСО" (native sensitivity) не из моего лексикона. Не помню, чтобы встречал этот термин в профессиональной литературе или, скажем, спецификациях на сенсоры от производителей. Подозреваю, что это термин, имеющий хождение в кругах любителей. Термин чувствительность - sensitivity - такой есть, означает крутизну передаточной характеристики между входным и выходным сигналами, например ампер/ватт, вольт/люкс или разряды АЦП/электрон. Смысл разных чувствительностей - в согласовании диапазона выходного сигнала сенсора с входным диапазоном последующих звеньев электроники, например АЦП. Имеет смысл, например, такое усиление, когда согласуется полный размер потенциальной ямы с полным диапазоном АЦП, или, по крайней мере, линейная часть потенциальной ямы. Это усиление соответствует наименьшей полезной чувствительности. Но, если АЦП имеет недостаточное количество разрядов, чтобы разрешать шум в нижних разрядах, то имеет смысл в применение более сильных ступеней усиления.
По моему мнению, в большинстве случаев достаточно усиление, когда шум заполняет 3-4 нижних разряда. Видимо, такое правило не всегда будет согласоваться с правилом "native ISO". Шум менее двух нижних разрядов (двоичных) уже явно загрубляет сигнал. Шум, заполняющий более 4-х разрядов уже не приносить значительной выгоды против потери динамического диапазона.
В некоторых случаях можно применять и большее усиление, особенно, если позволяет потеря динамического диапазона.  Применение очень больших ИСО для визуальных камер оправдано тем, что человеческий глаз плохо воспринимает темную картинку, и для нормального восприятия темного кадра, его надо "вытащить" в диапазон нормальных яркостей экрана, хотя это никак уже не добавляет картинке информативности (отношения сигнал/шум). Для компьютерной обработки изображений это вообще не нужно, алгоритмам растяжка гистограммы без разницы.