画像のノイズは「メガピクセル」または「ISO」に依存しますか?


回答:


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ノイズは、いくつかの要因によって発生します。以下を参照してください。

デジタル写真のノイズとは何ですか?

メガピクセル数を増やして他のすべて(センサーサイズ、テクノロジーなど)を一定に保つと、ピクセルあたりのノイズが増加しますが、ノイズの粒度が細かくなり、不快感が少なくなります。

ISO自体はノイズを増加させません。ISOの増加とシャッター時間の減少/絞りの閉鎖を組み合わせた場合のみです。

これを[おそらく]ここでもう一度繰り返す価値があります...

シャッター速度/絞りを一定に保ちながらISOを上げても、ノイズは増えません

ここに例があります。ISO100ショットが露出不足だったので、ISOを1600に上げるとノイズの少ない結果が得られました!


このISOトピックがなぜこのような白熱した議論を生み出すのかはよくわかりません。
rfusca

@fusca:人々がノイズレベルとS / N比を混同するため、および優れた写真家になるために光学工学の学位を必要としないため:)
Colin K

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直感に反し、ノイズの多い画像は高ISOで撮影される傾向があるため、関連付けにより、高ISOに起因すると考えられます。したがって、「ISOを上げると、実際にはS / N比が向上する(他のすべてが等しい)」と言うと、これを証明する簡単な実験の結果を提供しても、人々はそれを受け入れません。
Matt Grum、

@MattGrumここに何か不足しています。最初の写真を2番目の写真と同じ絞りとシャッター速度で、ISOを高くして、最初の写真は2番目の写真より明るくないのはなぜですか。
K ''

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@Akram信号対ノイズ比を比較したかったので、明るさを正規化するために両方の画像に自動レベルを適用しました(絶対ノイズレベルよりもはるかに重要です)。
Matt Grum、2012年

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それがに来るときはISO、それはISOを大きくすると、ノイズが増加することを誤称です。それは何もしていません。高ISOがノイズの多い画像を生成する理由は、完全に高ISOの場合、センサーに当たる光(信号)の量をカットしなければならず、最終的にISO増幅が行われる前にノイズ比を増加させるためです。


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短い答えは両方ですが、説明が必要です。

メガピクセル。はい。ただし、特定のセンサーサイズで 12 MPと24 MPの場合のみです。問題は、メガピクセル自体の絶対数ではなく、個々のピクセルのサイズです。雨の中のバケツはよく使われる類推です。基本的に、雨の中で2つのバケツがある場合、大きいバケツは他の2倍の面積を持ち、大きいバケツは2倍の水(または光子)を収集します。

これはすべて信号対雑音比に関するものです。

光子がフォトダイオードに当たる->フォトダイオードが電子を放出する->電子がセルに保存される->アナログ電荷がアナログデジタルユニット(ADU)によってデジタル信号に変換される。大体、とにかく。

ここに画像の説明を入力してください

ADUの段階で行われる増幅のレベルは、ISOレベルによって決まります。問題は、途中でノイズが発生することです。ノイズとは、不要な信号を意味します。ウェルに保存された電荷のレベルは、完全な世界での光の読み取りを100%反映するものではありません。これにはさまざまな理由があります(そのいくつかは自然で回避できないものがあります-詳細[ここ] [2])。ISOレベルが高い場合、信号を増幅する必要があり、この不要なノイズの影響を信号全体のパーセンテージとしてさらに増加させる必要があります。

次の数値は任意ですが、ISO 100で収集された12.5ユニットの信号から4ノイズユニットがあり、ISO 400で10ユニットのうち4ユニットが収集されたとしましょう。注意...

  • 増幅前のノイズレベルは、選択したISOに依存しません)。
  • ISO 400 1/4では、多くの光が収集されます(ISO 400はISO 100の2ストップです)ISOを2倍にし、収集される光の量を半分にします。

増幅プロセスでは、信号を100にする必要があります。

  • ISO 100(x2):8/100 = 8%ノイズ。
  • ISO 400(x8):32/100 = 32%ノイズ。

したがって、ISOを上げるとノイズが増加します。個々のピクセルが2倍の大きさで、増幅が必要ない場合(これも概念を説明するためだけのものです)、次のことが当てはまります。

  • ISO 100:100単位の合計信号に対して4単位のノイズ(4%)
  • ISO 400:合計信号25ユニットに対してノイズ4ユニット(16%)

...そしてノイズが減っていたでしょう。


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これらの要因はどちらもノイズに影響を与える可能性があります。2つのうち、ISOの効果は最もすぐに現れます。すべてのデジタルカメラは、ISOが増加するにつれて高くなる画像ノイズを示します。カメラによっては、たとえばISO 100でノイズがほとんどまたはまったくない場合があり、カメラの最大ISO設定(通常は1600〜6400以上)に近づくほど比例してノイズが増える場合があります。市場に出回っているほぼすべてのカメラについて、これについては多くの例があります(特定の各カメラのレビューで例が示されることがよくあります)。

画像サイズ(メガピクセル)はノイズに直接影響しませんが、同じサイズの2つのセンサーを考えると間接的にノイズに影響します。この場合、すべてが同じであれば、メガピクセルの大きいセンサーは、より多くのピクセルを同じサイズのセンサーに「絞り込み」ようとすることの副作用として、より多くのノイズを示します。これはカメラライン内の特定のケースで示される可能性がありますが、カメラにはノイズをより効果的に管理するセンサーまたは処理技術もアップグレードされていることが多いため、この要因を特定するのが難しい場合があります。

ノイズの特定の側面に関して、このサイトにはすでにいくつかの素晴らしい答えがあります。「ノイズ」を検索すると、あらゆる種類の優れた読み物が見つかります。


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すべてのデジタルカメラは、ISOが高くなるにつれて高くなる画像ノイズを示します。実際には、ノイズが増加する唯一の方法は、入射する光の量を減らすことです。同じシャッタースピードと絞りを維持しながらISOを上げると、ノイズが減少します(またはハイライトが切り取られます)。
Matt Grum、

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@Colin:自動露出モードの場合によく見られるように、センサー到達する光の量を減らすように絞りやシャッター速度を調整すると、ISOを上げるとノイズが発生します。一部の人々にとって、この仮定は非常に自然であり、述べるのがあまりにも明白です。他の人にとって、その仮定は非常に忌まわしいので、彼らはじんましんの中で発生します。
コーンレイヤー、

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@マット・グラム:しかし、それらの写真を撮るために何をしなければなりませんでしたか?同じシャッターと絞りの設定で、高ISOショットで多くのNDを使用するか、低ISOイメージの後処理(または光レベルのその他の操作)でイメージの明るさを大幅に向上させる必要があります。つまり、センサーのSNRは、実際には低ISOショットではるかに悪かったということです。これにより、センサーでの実際の SNRが変更されたため、その後画像を比較できるようにするために行うことは、調光画像の多くのノイズを増幅することになります。
コリンK

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@Colin申し訳ありませんが、SNRについて少し読んでいません。はい、ISOを上げると絶対ノイズレベルが高くなりますが、S / N比は向上します。ノイズについて話すとき、これは信号対ノイズ比を意味します。これが画像に表示されるノイズの量を決定するものだからです。あなたの質問に答えるために、ISO100ショットは露出不足でした。露出をデジタルでブーストすることにより、イメージノイズ読み取りノイズの両方を増幅し、アナログで増幅された高ISOイメージに比べてSNRが低下しました。
Matt Grum、

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@マット:次に、SNRを向上させるのは適切な露出でした。信号(アナログまたはデジタル)にゲインを適用しても、せいぜいSNRには影響がなく、実際にはSNRが多少低下します。ISOを高くしても、より優れたSNRが得られるのは、より良い露出を得られる場合のみです。100 ISOショットが適切に露光されなかったという意味で、デモに欠陥がありました。テストを繰り返すが、NDフィルターまたは照明の変更を使用して、低ISOショットを正しく露出させると、高ISOショットと同等かそれ以上のSNRになります。
コリンK

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画像のノイズの主な原因は、十分な光を集めない結果としてのフォトンショットノイズが原因です...このノイズは、光/光子のランダム性が原因です。収集される光がごくわずかの場合、センサー(ピクセル)は不十分またはまったく光を受け取らない可能性が高くなります。これを雨にさらされていると考えてください...軽いシャワーへの短い露出と、完全に浸されたり覆われたりすることはありません。

ISOを使用すると、集める光の量を減らすことができます(開口部が小さい/ SSが速い)。

より多くのMP(センサー/エリア)は、収集された光をさらに分割します(ランダム性の影響をより強く受けます)。ただし、センサーのサイズが同じで、画像が同じ物理サイズで表示される場合、MPカウントに関係なく、画像の面積あたりの光は同じになるため、ノイズ特性も同じになります。


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すでにいくつかの良い答え。私の2セント。完全なリストを作成しようとしています。

ISOに影響する要素は次のとおりです。

  1. センサーに当たる光の量。光が少ないほどノイズが多くなります。絞りやシャッター速度を操作したり、シーンに光を追加したりして、ある程度制御できます。

  2. センサーの品質。それ自身のために話す。

  3. センサーの面積。大きいほどノイズは小さくなります。

  4. センサーの動作温度。温度が低いほど、ノイズが少なくなります。

  5. メガピクセルのセンサー(ピクセル)あたりの面積は少し影響がありますが、この変数はセンサーの面積によって補正されます。2つのセンサーのサイズが同じで、メガピクセル数が異なる場合、低いメガピクセルはノイズが少なくなりますが、大きいメガピクセル数を低いものにリサンプリングする場合と同様の結果が得られます。

  6. 信号の倍率。ポイント7を参照してください。

  7. それを補正するためにカメラによって行われた計算。これがISOの出番です。ISOをブーストするために使用されるアルゴリズムは、センサーの特定の特性に対して計算されます。これは、最新のセンサーに加えて、最新のプロセッサーを使用する利点の1つです。実行できる別の計算は、長時間露光ショットの平均化です。

  8. ユーザーがファイルに対して行った操作の量。たとえば、カーブを使用してシャドウをどれだけブーストしたかを示します。

  9. ノイズ低減アルゴリズムを参照して、ファイルに対して行われた後処理。

  10. 異なるショットを組み合わせるなど、他のいくつかのノイズ低減手法。これはセンサーに当たる光の量(ポイント1)に似ていますが、人工的に行われます。

  11. ファイルに対して再サンプリングが行われます。バイキュービックなどの平均化アルゴリズムを使用して、ノイズのあるファイルをリサンプリングすると、ファイルがスムーズになります。ポイント5を参照してください。



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応答:ISO

例:

  • ISO 80(低ISO)->ノイズのない画像

  • ISO 6400(高ISO)->ノイズの多い画像

ISOレベルを上げると、写真のノイズが5倍になります。


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カウンターの例:ISO 100(低ISO)->ノイズの多い画像、ISO 6400(高ISO)->ノイズの少ない画像 証拠:mattgrum.com/ISOcomparison/ISO_100_vs_ISO_1600.jpg
Matt

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@マット:あなたは確かに正しいですが、ほとんどの写真家が物事について考える方法は、ISOを上げると、シャッタースピードを速くするか、絞りを小さくすることでその増加を相殺し、(ほぼ)同じ写真を生成することです。(ほとんどの自動露出モードでは、この考え方は撮影の仕組みに対応します。)間違っていると言うのではなく、書面でその仮定述べるように勧めた方がいいと思います。
コーンレイヤー、

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わかりましたので、ISOを低くして撮影すると、ノイズの多い高ISOイメージはさらにノイズが大きくなります。同様に、露出を長くして撮影すると、ノイズの多いすべての高ISOのノイズが少なくなります。だから、なぜそれを「高ISOノイズ」と呼び、「不十分な光ノイズ」と呼ばないのか理解できません。ISOはノイズを生成しません。これは、「すべてのデジタルカメラがISOの増加に伴って上昇する画像ノイズを示す」のようなステートメントが意味するとおりです。代わりに「すべてのデジタルカメラは、入射光が減少するにつれて増加するノイズを示す」と言った場合、想定を述べる必要はなく、
Matt Grum、

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「OKなので、ISOを低くして撮影すると、ノイズの多い高ISOイメージはすべてさらにノイズが大きくなります。」シャッター速度と絞りが固定されたままであるというあなたの述べられていない仮定の下でのみ。これは、ほとんどの写真家が実際に物事について考える方法とは限りません。
コーンレイヤー、
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