Högt ISO-tal eller lång exponeringstid

[Lasse C]

Hej!

Jag har en Powershot S3 IS. Om jag har förstått saken rätt är fördelen med lång exponeringstid när man fotar i mörka miljöer jämfört med att höja ISO-talet, att bildbruset blir lägre. En logisk fördel med högt ISO-tal blir då istället mindre risk för rörelseoskärpa.

Varför ökar bildbruset vid högre ISO-tal till skillnad mot att fotografera med längre exponeringstid?
Jag kan förstå det när det gäller analog fotografering, för där är, som jag förstått det, ISO filmens ljuskänslighet. Filmens fysiska och kemiska egenskaper gör att det tar tid för filmen att absorbera ljuset. Därför behövs ibland lång exponeringstid.

Men varför kan inte en digital bildsensor på ett ögonblick fånga in allt ljus den behöver? Varför behöver den olika långa exponeringstider överhuvudtaget? Vad är det man i själva verket ändrar hos bildsensorn när man höjer ISO-talet, och som orsakar ökat bildbrus?

Vänliga hälsningar.
Lasse C

 

[hornavan]

Det är skillnaden i ljus som gör att det blir bilder överhuvudtaget.
En helt vit eller en helt svart yta är ju inte så sexigt!

Film och digitalsensorer fungerar så att de behöver belysas en viss tid för rätt exponering.

Mer ljus, kortare exponering. Mindre ljus längre tid.

Det är bättre att fota nattbilder med lågt ISO för att det blir mindre brus och störningar i bilden.

Det är en vanlig missuppfattning att det blir lättare att få skakningsoskärpa med lågt ISO.

Skillnaden mellan tex tio sekunder och 20 sekunder gör knappast att rörelseoskärpan från kameran påverkas. Vid så långa tider gäller det att ha ordentligt stativ eller stöd i alla fall.

 

[Lasse C]

Tack, Johan!

Jag visste inte att film och bildsensorer är så pass lika varandra att även en bildsensor behöver tid för att fånga ljuset. Även om det rimligtvis borde vara så. Annars skulle ju möjligheten att justera exponeringstid på en digitalkamera vara helt meningslös.

Jag hoppades på att en bildsensor skulle kunna fånga allt ljus den behöver på ett ögonblick till skillnad mot filmens kemikalier som fullt begripligt behöver tid, och att detta med inställning av exponeringstid fanns där lite "i onödan", som en gammal term för en ny funktion, för att de som jobbat länge med analogfotografering inte skulle behöva tänka om helt i nya termer vid kamerainställningarna. Fast jag tror att större terminologibyten och sådant kommer det också, så småningom.

Vad gäller rörelseoskärpan jag skrev om, så var det just rörelseoskärpa jag menade, inte skakningsoskärpa.
Om man t ex fotograferar ett träd på relativt nära håll i en mörk miljö, och det blåser tillräckligt för att grenarna ska röra sig lite, är ju inte lång exponeringstid så lämpligt.
I det fallet kanske det är bättre att höja ISO-talet, få lite mer bildbrus, men å andra sidan betydligt bättre skärpa på trädet pga av den kortare exponeringstiden.

Vänliga hälsningar.
Lasse C

 

[Graal]

Nej, de fysikaliska lagarna kan inte trollas bort i den digitala kameran (heller). Grundprinciperna i fotografi har varit desamma, och kommer så att förbli. En bild från kamera och optik på ljuskänsligt material (elektronisk sensor, silverhaltig film/papper (eller vad det nu kan vara) kräver en viss ljusmängd för att få rätt ljushet (exponering). Detta regeleras med bländare, tid, filmkänslighet/sensorkänslighet i alla typer av kameror och bildresultatet (skärpedjup, rörelseoskärpa etc) varierar med inställningen av dessa parametrar.

Det har varit detsamma sedan de gamla grekerna under antiken formulerade principerna för Camera Obscura, den första byggdes i Irak kring år 1000, Johan Heinrich Schulze åstadkom den första fotografiska bilden med silvernitratlösning på ett papper år 1727 och Daguerre, Talbot m.fl lyckades få dessa bilder samt kamerabilder beständiga under början av 1800-talet.

 

[Lasse C]

Hej, Nils!

Jag känner mig inte lika säker på att det kommer att förbli så. Ta det mänskliga ögat som exempel. Vi kan titta ett ögonblick på ett motiv och uppfatta det. Vi behöver inte titta t ex tio sekunder för att få "rätt exponering".

Däremot behöver våra ögon vänja sig en tid vid mörker för att vi ska kunna se bättre, men det är fråga om pupillutvidgning, vilket motsvarar kamerans bländare, och till skillnad mot vårt öga behöver inte kameran sakta vänja sig vid mörkret. Vi kan öppna bländaren fullt på ett ögonblick.

Tapparna och stavarna i våra ögon, i kombination med hjärnans sätt att tolka signalerna från dessa, har alltså förmågor som vida överstiger film och bildsensorer.

Alla har vi väl erfarenhet av hur svårt det kan vara att fånga ett visst ljus med kameran. T ex det säregna ljuset en försommarkväll som våra ögon och vår hjärna uppfattar på ett ögonblick, men som kan falla platt när man försöker fotografera det.

Jag ser inget hinder till att vi en dag kommer att hitta en teknik för registrerande av ljus som inte har de begränsningar som film och bildsensorer har idag.

Vänliga hälsningar.
Lasse C

 

[Tobiasl]

Nej, som Nils redan påpekat så går det inte att trolla bort de fysikens lagar.
Ögat fungerar precis som en kamera och det är inte alls självklart att det är så mycket känsligare. Skillnaden är att de bilder vi "ser" har genomgått en fruktansvärd massa "databehandling" i hjärnan; i den meningen är ditt seende är långt mer avancerat än en kamera. Ett exempel är att ögat bara ser skarpt ungefär +-3 grader framåt, att du "ser" skarpt i betydligt större vinkel beror på att ögat hela tiden rör pupillen och på så sätt så bygger hjärnan upp en bild av omvärlden; det är en omedveten process som oftast (men inte alltid) fungerar väldigt bra.

Tillbaka till ämnet: En kamera vid ISO1600 är faktiskt inte så långt från den teoretiskt högsta känsligheten som en bildsensor kan ha. I en förenklad bild så består ljus av "partiklar" som kallas fotoner (vars "färg" beror på dess frekvens). Mycket ljus=många fotoner.

En sensor (i kameran eller ögat) fungerar alltså så att den skickar ut en signal då den träffas av en eller flera foton.
I dagsljus finns det gott om fotoner så det är inget större problem, men när det blir mörkt så börjar det bli dåligt med fotoner och det ställer till det eftersom bruset ökar; det går att vissa att bruset skalar som 1/(roten ur antalet fotoner/s) och det OAVSETT hur sensorn är uppbyggd. Alltså kommer bruset alltid öka när det blir mörkare pga "fotonbruset" (som kallas "shot-noise" eller "hagelbrus").

Moderna sensorer för ex. astronomi är sedan länge vid denna gräns (för vissa våglängder så kan vi detektera enskilda fotoner) och det finns inte mycket vi kan göra åt det extra bruset mer än att öka exponeringstiden för att på så sätt öka signal/brus förhållandet.

 

[macrobild]

Fyrdubbla exponeringstiden och bruset dubbleras endast men signalen fyrdubbleras

Mikael

 

[Lasse C]

Hej!

Jag blev lite nyfiken bara. Finns det någon motsvarande regel om hur mycket bruset och signalen ökar i proportion till varandra och till ISO-talet när man höjer ISO-talet istället för att förlänga exponeringstiden?

Lasse C

 

[avslutat_bj]

Lasse C skrev:
Hej!

Jag blev lite nyfiken bara. Finns det någon motsvarande regel om hur mycket bruset och signalen ökar i proportion till varandra och till ISO-talet när man höjer ISO-talet istället för att förlänga exponeringstiden?

Lasse C

När du ändrar ISO-tal ändrar du ju kravet på antalet fotoner som behövs för bilden. Som Tobias och Mikael har skrivit så ändras alltså SNR (förhållandet signal/brus) med kvadratroten ur ISO-talet.

ISO 100 => ISO 1600 ger fyra gånger så mycket brus i sensorns registrerade mätvärde.

Hur det sedan ser ut på bilden efter all intelligent signalbehandling är en annan historia.

 

[Lasse C]

Tack!

Det känns bra att veta lite mer i detalj hur det här med ISO-tal och exponering fungerar. Jag vill förstå vad jag gör, och inte bara trycka på lite knappar och hoppas att det ska bli bra.

ISO-tal, bildbrus och den biten känns viktiga för mig, eftersom jag är intresserad av nattfotograferande och har tänkt experimentera lite mer med det framöver.

Vänliga hälsningar.
Lasse C

 

[macrobild]

Lasse C skrev:
Tack!

Det känns bra att veta lite mer i detalj hur det här med ISO-tal och exponering fungerar. Jag vill förstå vad jag gör, och inte bara trycka på lite knappar och hoppas att det ska bli bra.

ISO-tal, bildbrus och den biten känns viktiga för mig, eftersom jag är intresserad av nattfotograferande och har tänkt experimentera lite mer med det framöver.

Vänliga hälsningar.
Lasse C

Problemet med långa exponeringar är att brusbilden/mörkerströmmen ökar pga att sensorn blir varm.Därför görs idag av nästan alla kameror en mörkerströmsexponering vid långa exponeringstider. Riktigt bra prof CCD sensorer är därför nerkylda.

Det verkar också som att hobbyfotografen vinner på att använda Canon CMOS vid långa exponeringar istället för ccd vilket praktiska tester visat.

Mikael