ISO 405600 och ISO 25 - taking Nikon D3 to the limit!

[Teodorian]

Nikon D3 har ett utmärkt och fullt användbart ISO-omfång på ISO 200 - ISO 6400 med Lo-1/ISO 100 nedåt och Hi-1/ISO 12800 och Hi-2/ISO 25600 uppåt. Jag har haft min D3:a sedan december 2007 och provat alla dessa ISO-lägen inte minst de övre med gott resultat.

Nu ville jag tänja på gränserna ordentligt. Hur skulle D3:an klara att dels överexponera Lo-1/ISO 100 två steg vilket skulle motsvara ISO 25, dels underexponera Hi-2/ISO 25600 fyra steg motsvarande ISO 405600?

Resultatet är att ISO 25 inte fungerar så bra då högdagrarna bränns ut på ett sätt som inte går att återföra i NX. Här är ISO 25 jämfört med ISO 200 (som ju är den naturliga referensen i egenskap av bas-ISO-tal):

 

[Teodorian]

För att överhuvudtaget få ett acceptabelt resultat av en ISO-405600-exponering (fyra stegs underexponering av ISO 25600) har jag använt mig av metoden med multiexponering i kameran. 10 exponeringar slås samman direkt i D3:an vilket får god effekt på att eliminera en del av det slumpmässiga bruset (random noise). Multiexponering har däremot ingen verkan på det mönsterlika bruset och hot pixels (fixed pattern noise).

Här är ursprungexponeringen överst och den lyfta bilden därunder:

 

[Teodorian]

ISO 200 och ISO 405600 (lite ytterligare redigerad) i jämförelse. Min reflektion är att även om hyllan är hårt angripen av förstörande brus är det förvånansvärt hur väl andra delar av bilden lyckas behålla definition och färger.

 

[Makten]

Hur blir det om du bara ökar 4 steg utan att använda multiexponeringen? Fullkomligt bedrövligt antar jag?
Jag tror inte att man kan påstå att det motsvarar 4 steg högre ISO om det inte är en och samma exponering nämligen.

 

[Janne B]

Ja men nu är det ju så j..la mörkt att man knappt ser kameran ;.)
Mvh
JB

 

[Teodorian]

Makten skrev:
Hur blir det om du bara ökar 4 steg utan att använda multiexponeringen? Fullkomligt bedrövligt antar jag?
Jag tror inte att man kan påstå att det motsvarar 4 steg högre ISO om det inte är en och samma exponering nämligen.

Denna tråd var endast tänkt att visa mitt lekfulla experiment med D3:ans ISO-gränser åt båda hållen. Det jag visat är varken äkta ISO 25 eller äkta ISO 405600. Dessa ISO-tal finns ju inte på någon DSLR.

Det är svårt att med någon exakthet fastställa vad en multiexponering med 10 delexponeringar medför för samlad förbättring mätt i ISO-steg i förhållande till en enskild exponering. Det slumpmässiga bruset förbättras betydligt medan andra faktorer som bandning, mönsterbrus, hotpixels och kontrastomfång inte förbättras.

Här kan vi lära oss mer om metoden (Image Averaging) och kankse bilda oss en uppfattning om vad effekten av 10 sammanlagda bilder som i mitt fall skulle kunna innebära i ISO-mått mätt.

http://www.cambridgeincolour.com/tutorials/image-averaging-noise.htm

http://www.digitalartform.com/archives/2006/03/high_iso_noise.html

http://www.tawbaware.com/is_help/imgstack_help.htm#average

 

[Makten]

Jag skulle säga att det innebär 10 gånger lägre ISO än vad den enskilda bilden håller, det vill säga 40560. Det stämmer väl rätt bra med resultatet också, om man jämför med ISO 25600.
Om du bara använder en enda exponering så får du "äkta" ISO 405600.

 

[jimh]

Du har ju använt en tio gånger längre exponeringstid vilket ju nästan motsvarar de fyra steg du snålat in. Vad är den praktiska nyttan med metoden alternativt den teoretiska lärdomen?

 

[Teodorian]

jimh skrev:
Du har ju använt en tio gånger längre exponeringstid vilket ju nästan motsvarar de fyra steg du snålat in. Vad är den praktiska nyttan med metoden alternativt den teoretiska lärdomen?

Inom astrofotografering är Image Stacking/Averaging en vanlig metod och det finns särkskilda program för detta. Se här:

http://www.astrostack.com/

För oss andra kan det här citatet kanske vägleda (från http://www.cambridgeincolour.com/tutorials/image-averaging-noise.htm):

"When should one perform image averaging, as opposed to just taking a longer exposure at a lower ISO speed? The following list of situations may all prove useful:

To avoid excessive fixed-pattern noise from long exposures

For cameras which do not have a "bulb mode," you may be limited to 15-30 second exposures. For such cases, consider the following: taking two shots at ISO 800 and 30 seconds to produce the rough equivalent (both in brightness and noise levels) of a single 60 second exposure at ISO 400. Many other combinations are possible...

For situations where you cannot guarantee interruption-free exposures beyond a given time. As an example, one might be taking a photo in a public place and want low noise, but cannot take a long enough exposure because pedestrians often pass through the shot. You could then take several short shots in between passers-by.

To selectively freeze motion in low detail, faster moving areas while still retaining low noise in high detail, slower moving areas. An example of this is a starry night with foliage in the foreground.

To reduce shadow noise (even in low ISO shots) where you wish to later bring out shadow detail through post-processing."

Se vidare den här diskussionen på Fotosidan där metoder som Pixel Binning, Image Averaging (medelvärdesbildning) och Image Stacking tas upp (läs tex från Lars Kjellberg inlägg 080805):
http://www.fotosidan.se/forum/showthread.php?s=&postid=1189114#post1189114

 

[Teodorian]

Makten skrev:
Jag skulle säga att det innebär 10 gånger lägre ISO än vad den enskilda bilden håller, det vill säga 40560. Det stämmer väl rätt bra med resultatet också, om man jämför med ISO 25600.
Om du bara använder en enda exponering så får du "äkta" ISO 405600.

Enligt den här sidan innebär varje fördubblat antal sammanlagda bilder en vinst på ca 3 dB i förbättrat signal-brus-förhållande:

http://www.rocketroberts.com/astro/ccdnoise.htm

Mina tio sammanförda exponeringar borde då innebära ungefär en vinst i storleksordningen drygt 10 dB. Det motsvarar ungefär 1 2/3 ISO-steg om det som Lars Kjellberg (se hans svar på min fråga 080807: http://www.fotosidan.se/forum/showthread.php?s=&threadid=94292&perpage=50&pagenumber=27) hävdar är så att 6 dB är lika med ett ISO-steg. Avrundar vi vinsten från min multiexponering till två ISO-steg blir min "ISO 405600"-bild istället ett "ISO 102400"-foto.

För att få en "ISO 405600"-bild att se ut som en ISO 25600-fil skulle det teoretiskt krävas 256 sammanförda exponeringar. För att efterlikna en ISO 200-bild behövs inte mindre än 4.194.304 medelvärdesbildade exponeringar på "ISO 405600".

I praktiken uppnås aldrig dessa kvaliteter då multiexponeringen/ medelvärdesbildningen inte reducerar förekommande bandning, mönsterbrus och hot pixels oavsett antal delexponeringar som sammanförs.

 

[Makten]

Teodorian skrev:
Enligt den här sidan innebär varje fördubblat antal sammanlagda bilder en vinst på ca 3 dB i förbättrat signal-brus-förhållande:

Ja, 3 dB är en fördubbling enligt decibel-skalan, vilket också innebär en fördubbling av en signal (RMS). Och det borde ju vara ett steg. Men hur man räknar en punktladdning i decibel förstår jag inte riktigt eftersom det inte är en vågfunktion.
Utan någon referens så vågar jag inte tro på Kjellbergs uttalande, men han kan naturligtvis ha rätt.

 

[Makten]

Undrar om inte Kjellberg är ute och cyklar, eller så har jag missat något viktigt här.

"Förändringar i elektrisk signalstyrka, den elektriska signalnivån, fördubblas när den ökar med 3 dB."

http://sv.wikipedia.org/wiki/Decibel#Elektriska_signalstyrkor

Fördubblad signalstyrka borde rimligen vara det samma som fördubblat signal/brus-förhållande, det vill säga ett stegs höjning. Det som kanske inte stämmer i så fall är att två sammanslagna bilder skulle motsvara +3 dB, utan en lägre siffra. Det finns ju olika bruskällor med i bilden nämligen. Precis som du skrev så är de konstanta skillnaderna mellan pixlarna ingenting som man kan trolla bort, medan det slumpmässiga bruset vid varje enskild exponering kan minskas drastiskt. Går det ens att jämföra en exponering med flera på ett rättvist sätt om man ska tala om ISO-ekvivalenter?

Sen undrar jag hur den där multiexponeringen går till. Är de 10 bilderna underexponerade så att deras sammanlagda "slutartid" är den som man hade fått om man istället valt en vanlig exponering? Eller är det 10 identiska bilder med den man vill jämföra med? I det första fallet så borde det bli just 3,32 stegs skillnad, och alltså ISO 405600 som du antog från början.

Tillägg: Aha, nu hittade jag roten till Kjellbergs siffra!

"It is seen that there is a 10 dB increase (decrease) for each factor 10 increase (decrease) in the ratio of the two power levels, and approximately a 3 dB increase (decrease) for every factor 2 increase (decrease). In exact terms, the factor is 103/10, or 1.9953, about 0.24% different from exactly 2. Similarly, an increase of 3 dB implies an increase in voltage by a factor of approximately √2, or about 1.41, an increase of 6 dB corresponds to approximately four times the power and twice the voltage, and so on."

http://en.wikipedia.org/wiki/Decibel#Amplitude.2C_voltage_and_current

Det stämde alltså med 6 dB.

 

[Teodorian]

Makten skrev:


Sen undrar jag hur den där multiexponeringen går till. Är de 10 bilderna underexponerade så att deras sammanlagda "slutartid" är den som man hade fått om man istället valt en vanlig exponering? Eller är det 10 identiska bilder med den man vill jämföra med? I det första fallet så borde det bli just 3,32 stegs skillnad, och alltså ISO 405600 som du antog från början.

Funktionen multiexponering finns sedan länge i Nikon DSLR tex i din egen D200. Du kan lägga samma 2-10 vanliga exponeringar som kameran justerar så att ingen överexponering sker. Allt som sker är att detaljer förstärks och slumpmässigt brus minskas. Stativ krävs givetvis.

 

[Teodorian]

Här talas om Raw Stacking:

http://www.rawmagick.com/Improvements.html

Ett mer utvecklat och avancerat arbetssätt som inbegriper flera sammanlagda exponeringar för ökat kontrastomfång:

http://www.outbackphoto.com/CONTENT...20071223_HighSpeedBracketingReport/index.html

Tillämpningarna är många. I Nikons D3, D300 och D700 går det tex att använda sig av Active D-Lighting i kombination med multiexponering med eller utan manuell (tyvärr!) bracketing av olika exponeringar tex 3-5 av olika värden. Med stativ och tålamod borde detta kunna ge bättre bilder i såväl goda som mindre goda ljusförhållanden.

 

[Teodorian]

Kanske värt att prova på:

http://www.photoacute.com/studio/index.html

 

[Teodorian]

Läsning:

http://www.amazon.com/Photographic-Multishot-Techniques-Super-Resolution-Stitching/dp/1933952385