Högre ISO-mera brus? (Teknikfråga)

[Peppelini]

När vi använde vanlig film, före digitalkamerans tid, blev bilden mera 'grynig' ju högre ISO-talet var. Detta var ju naturligt eftersom storleken på varje silverkorn var större (för att göra det mer ljuskänsligt) ju högre ISO-talet var.
Men varför blir bilden mera 'brusig' i en digitalkamera vid ökat ISO-tal? Inget har ju förändrats inne i kameran? Eller?
Någon som vill förklara?

 

[erro.se]

Att höja ISO i kameran innebär att man egentligen samlar in för lite ljus men kompenserar det genom att förstärka den svagare signalen. Samma sak som om du har en svag radiokanal och drar upp volymen. Det brus som finns förstärks därmed också.

 

[Peppelini]

Tack för bra och lättförståligt svar Robert.

 

[PeterWem]

För att hålla tråden https://www.fotosidan.se/forum/threads/vad-startar-du-med-för-inställningar-när-du-skall-ta-bilder.177302/ ren kör vi ämnet om högre ISO här. För att bidra har jag en länk till https://clarkvision.com/articles/iso/

Högre ISO ger ofta mindre eller likvärdigt (Canon D2000) brus per insamlad mängd ljus.

 

[Erik X]

..Inget har ju förändrats inne i kameran? Eller?

Jag tror att jämförelserna snubblar på "samma mängd insamlat ljus"
Jovisst, låser man bländare och slutartid och bara ändrar iso så förblir bruset rätt konstant relativt motivets exponering oavsett ISO. Bruset kommer huvudsakligen från sensorn och förblir lika stort relativt "nyttosignalen" oavsett om man förstärker signalen eller inte efter sensorn. Tar man hänsyn till brustillskottet från A/D-omvandlaren så blir detta proportionellt mindre om man styr ut omvandlaren fullt genom att öka förstärkningen. Detta brus är normalt mycket lägre än sensorbruset så skillnaden blir dock marginell.

MEN om man jobbar som kameratillverkarna har tänkt, dvs väljer en ISO och låter kameran styra bländare eller tid automatiskt för att åstadkomma lagom (läs inställd) exponering så spelar ISO roll för bruset.
Exempel (vi låter bländaren vara fast)
ISO 100, tid 1/100s, signal ut från sensorn: 100%, förstärkning 1
ISO 1600, tid 1/1600s, signal ut från sensorn 6.2%, förstärkning 16

Har jag förstått det hela rätt så ligger både foton-brus och elektriskt brus ut från sensorn på en konstant nivå oavsett infallande ljusmängd eller exponeringstid. (tål att fundera på)
I fallet med ISO1600, så kommer bruset från sensorn att förstärkas 16 gånger jämfört med på ISO100 och blir därmed mycket större sett i proportion till nyttosignalen

Så här kanske man kan se det: Signal/brusförhållandet (från sensorn) påverkas endast att hur mycket ljus sensorn har fångat. ISO påverkar inte detta. Kvantiseringsbrus i ADC:n sjunker dock om man styr ADC:n fullt ut . Det ger förstås fler bitars upplösning på samma gång, kan vara gynnsamt för bildvaliteten.
Exponeringsautomatik tillsammans med väl vald ISO gör att både sensor och ADC blir ordentligt utstyrda och då får man optimal bildkvalitet.

 

[Tonyeagle]

För att hålla tråden https://www.fotosidan.se/forum/threads/vad-startar-du-med-för-inställningar-när-du-skall-ta-bilder.177302/ ren kör vi ämnet om högre ISO här. För att bidra har jag en länk till https://clarkvision.com/articles/iso/

Högre ISO ger ofta mindre eller likvärdigt (Canon D2000) brus per insamlad mängd ljus.

Det låter logiskt. Problemet för fotografen är att genom att höja iso ett steg för att t.ex. kunna korta slutartiden ett steg så samlas bara hälften av ljuset in.
(Bara så ingen misstolkar din sista mening)

 

[PMD]

Men det är tyvärr inte sant. Det är lite ljus som ger brusiga bilder, inte högt ISO.

Om man ljusar upp bild som är tagen med lite ljus så blir den, förutom ljusare, även brusigare eftersom både signal och brus förstärks, men då är förstås bilden felexponerad från början.
En del sensorer är ISO-invarianta och då spelar det ingen roll vilken ISO-inställning man har mär man tar bilden.

 

[PMD]

http://[URL][URL][URL]http://digitaldog.net/files/100vs800iso.jpg

[/URL][/URL][/URL]

Har dessa båda bilder belysts mer lika mycket ljus?
Har båda bilderna ljusats upp till samma ljushet?

 

[PeterWem]

Har dessa båda bilder belysts mer lika mycket ljus?
Har båda bilderna ljusats upp till samma ljushet?

Du kan få denna i stället om du hellre vill https://kameratrollet.se/wp-content/uploads/2018/03/ISO100-vs-1600_CRW_6702.jpg

En del sensorer är ISO-invarianta och då spelar det ingen roll vilken ISO-inställning man har mär man tar bilden.

Canon D2000. Helt meningslöst att ha annat ISO än 200 för det blir samma sak vid ISO 1600.

Eller som i länken till Clarkvision, 5D II efter ISO 1600.

 

[joand]

Om man ljusar upp bild som är tagen med lite ljus så blir den, förutom ljusare, även brusigare eftersom både signal och brus förstärks, men då är förstås bilden felexponerad från början.
En del sensorer är ISO-invarianta och då spelar det ingen roll vilken ISO-inställning man har mär man tar bilden.

Nja, det jag menar är att signal/brus-förhållandet inte ändras när man ljusar upp bilden i ett fotoredigeringsprogram. Det blir dock oftast bättre om man använder ISO-ratten istället.

Jag tror få sensorer, om ens några, är helt ISO-invarianta. Alla visar en liten förbättring vid högre ISO. Sen finns det förstås enstaka som inte har någon variabel förstärkare alls.

 

[joand]

Har dessa båda bilder belysts mer lika mycket ljus?
Har båda bilderna ljusats upp till samma ljushet?

Svaret är ja på båda.

 

[PeterWem]

Det låter logiskt. Problemet för fotografen är att genom att höja iso ett steg för att t.ex. kunna korta slutartiden ett steg så samlas bara hälften av ljuset in.
(Bara så ingen misstolkar din sista mening)

Jag brukar göra som så, när jag valt en tid och bländare men ser att jag har 1-2 steg kvar tills högdagern klipper, höjer ISO med 1-2 steg för att "dra ut bruset från skuggorna". Jag har råhistogram på mina kameror så jag ser var gränsen går. Man får tänka på att olika kameramodeller har olika förutsättningar.

Figur 2a hos Clarkvision upplever jag vid vissa tillfällen med min 7D. Även om jag har förutsättningar för att samla in tillräckligt med ljus vid ISO 100 kan det vara fördelaktigt att höja ISO med 7D och därmed även korta slutartiden, bara för att bli av med synlig bandning. Ser ut som det regnar.

 

[Sten-Åke Sändh]

.................................
MEN om man jobbar som kameratillverkarna har tänkt, dvs väljer en ISO och låter kameran styra bländare eller tid automatiskt för att åstadkomma lagom (läs inställd) exponering så spelar ISO roll för bruset.
Exempel (vi låter bländaren vara fast) .................................

Idag har väl de flesta tillverkare tänkt betydligt längre än så ?

 

[PMD]

Jag tror att jämförelserna snubblar på "samma mängd insamlat ljus"
Jovisst, låser man bländare och slutartid och bara ändrar iso så förblir bruset rätt konstant relativt motivets exponering oavsett ISO. Bruset kommer huvudsakligen från sensorn och förblir lika stort relativt "nyttosignalen" oavsett om man förstärker signalen eller inte efter sensorn. Tar man hänsyn till brustillskottet från A/D-omvandlaren så blir detta proportionellt mindre om man styr ut omvandlaren fullt genom att öka förstärkningen. Detta brus är normalt mycket lägre än sensorbruset så skillnaden blir dock marginell.

MEN om man jobbar som kameratillverkarna har tänkt, dvs väljer en ISO och låter kameran styra bländare eller tid automatiskt för att åstadkomma lagom (läs inställd) exponering så spelar ISO roll för bruset.
Exempel (vi låter bländaren vara fast)
ISO 100, tid 1/100s, signal ut från sensorn: 100%, förstärkning 1
ISO 1600, tid 1/1600s, signal ut från sensorn 6.2%, förstärkning 16

Har jag förstått det hela rätt så ligger både foton-brus och elektriskt brus ut från sensorn på en konstant nivå oavsett infallande ljusmängd eller exponeringstid. (tål att fundera på)
I fallet med ISO1600, så kommer bruset från sensorn att förstärkas 16 gånger jämfört med på ISO100 och blir därmed mycket större sett i proportion till nyttosignalen

Så här kanske man kan se det: Signal/brusförhållandet (från sensorn) påverkas endast att hur mycket ljus sensorn har fångat. ISO påverkar inte detta. Kvantiseringsbrus i ADC:n sjunker dock om man styr ADC:n fullt ut . Det ger förstås fler bitars upplösning på samma gång, kan vara gynnsamt för bildvaliteten.
Exponeringsautomatik tillsammans med väl vald ISO gör att både sensor och ADC blir ordentligt utstyrda och då får man optimal bildkvalitet.

dpreview har en rätt bra artikelserie i två delar om brus och de olika källorna till brus.
Avsnitt 1.
Avsnitt 2.

Avsnitt ett har bäring på diskussionen om ISO och brus som började i en annan tråd.

 

[PMD]

Du kan få denna i stället om du hellre vill https://kameratrollet.se/wp-content/uploads/2018/03/ISO100-vs-1600_CRW_6702.jpg

I fönsterpartiet nere till höger ser det brusigare ut i ISO 100 än i ISO 1600.
Mer digital förstärkning.

 

[PMD]

Svaret är ja på båda.

Det innebär rimligen att den vänstra bilden har förstärkts mer i efterbehandlingen än den högra.

 

[PeterWem]

I fönsterpartiet nere till höger ser det brusigare ut i ISO 100 än i ISO 1600.
Mer digital förstärkning.

Någonstans måste det ske om man ska kunna jämföra två bilder. Jag förmodar att Lightroom gör samma sak automatiskt för Canon DCS 3c och Canon EOS D2000/D6000 vid ISO-tal högre än 200.

Gör man tvärtom, d.v.s. mörkar ned bilden som tagits på högt ISO till samma nivå som den på lågt ISO bör det bli samma resultat som ovan bilder brusmässigt. Lite svårt att se bara om båda bilder är mörka.

För de av oss som är bekanta med Magic Lantern och dess egenskap med att köra två ISO-tal samtidigt ser man nyttan av högt ISO för skuggor.
I takt med nyare sensorer och ADC direkt på sensorn (80D och framåt) har denna nytta minskat.

Frågan kanske ska ställas annorlunda, vid vilka ISO-tal och med vilka kameror får man mer brus per insamlad mängd ljus jämfört med lägre ISO-tal? De digitala mellanstegen ISO 250, 500, 1000 med en 5D III? Jag har inte testat denna del.

 

[netstorm]

Jag har läst hela diskussionen i både denna och föregående tråd men har svårt att ta in vad det egentligen argumenteras för då det mest är personangrepp och samtliga bildexempel är kraftigt manipulerade eller visar olika situationer utan att förklara vad som förändrats.

Är argumentet att högre iso ger lägre brus än en kolsvart bild som man sedan bildbehandlar i efterhand utifrån existerande data? Det känns väl inte särskilt kontroversiellt? Eller är argumentet att 6400 iso alltid är bättre än 100 iso? Om så är fallet, varför kör inte kameratillverkare det som standard?

 

[PeterWem]

Jag har läst hela diskussionen i både denna och föregående tråd men har svårt att ta in vad det egentligen argumenteras för då det mest är personangrepp och samtliga bildexempel är kraftigt manipulerade eller visar olika situationer utan att förklara vad som förändrats.

Är argumentet att högre iso ger lägre brus än en kolsvart bild som man sedan bildbehandlar i efterhand utifrån existerande data? Det känns väl inte särskilt kontroversiellt? Eller är argumentet att 6400 iso alltid är bättre än 100 iso? Om så är fallet, varför kör inte kameratillverkare det som standard?

Argumentet är att högre ISO sällan ger mer brus. Däremot gör brist på ljus det.
Att en kameratillverkare inte kör med ISO 6400 beror på att man inte kan samla lika mycket ljus och brist på ljus ger brus.
Det dynamiska omfånget brukar vara störst på lägre ISO-tal.

Iliah Borg (förmodar jag att det är) som ligger bakom RawDigger har något mer om det hela och han verkar ha stört sig en del på "exponeringstriangeln"
https://www.fastrawviewer.com/blog/mystic-exposure-triangle

 

[joand]

samtliga bildexempel är kraftigt manipulerade eller visar olika situationer utan att förklara vad som förändrats.

Bildexemplen är inte "kraftigt manipulerade". Bilderna är tagna i samma ljus och med samma kamerainställningar förutom ISO. Sedan har de processats i råbehandlingsprogrammet så att de är lika ljusa. I övrigt är de behandlade på exakt samma sätt.

När bilden väl är tagen så är bruset inbakat i bilden. Att förändra hur ljus bilden visas påverkar inte detta. Det spelar ingen roll om du gör bilden tagen med högt ISO mörkare eller den med lågt ISO ljusare. Lägger du bilderna bredvid varandra så kommer den tagen med högst ISO att vara minst brusig i de flesta fall.