ISOを高くしてシャッター速度を速くすると、ISOを低くしてシャッター速度を遅くするよりもノイズが増えるのはなぜですか？

私はこの答えが実践とどのように相関するかを見ようとしています。その答えは、基本的にはカメラに十分な光を入れて、最高のISO値を使用する必要があることを示しています。そうすると、最低のノイズが得られます。

同じカメラで2枚撮りました。カメラの絞りは特定の値に設定されており、完全手動モードです。カメラは三脚にあり、特定の遠くの物体に焦点を合わせています。撮影は深夜に行われるので、かなり暗いです。シーンは、カメラからフィールドの向こう側に立っている大きな工業ビルです。フィールドには光源がなく、すべてのライトは工業用建物にあります。

重要だとは思いませんが、画像はカメラ内でJPEGとして書き込まれます-生および外部の後処理への撮影はありません。多分それが私の予期しない結果を見る理由です。

カメラの最高ISO値は3200です（拡張ISO値は使用していません）。

したがって、最初にISO 1600でシャッター速度を1/125秒に設定して撮影し、次にISO 3200でシャッター速度を1/250秒に設定して撮影します。光の量は同じである必要があり、実際に両方のショットが適切に露光され、同じように露光されているように見えます。

画像ビューアーで写真を開いて100％に拡大すると、ISO 1600ショットの方がISO 3200でのショットよりもはるかにきれいであることがわかります。何度か確認しましたが、逆ではありません。

どうしてこれなの？これは後処理の違いによるものですか？

したがって、最初にISO 1600でシャッター速度を1/125秒に設定して撮影し、次にISO 3200でシャッター速度を1/250秒に設定して撮影します。光の量は同じである必要があり、実際に両方のショットが適切に露光され、同じように露光されているように見えます。

光の量は同じではありません。1/225秒よりも1/125秒で2倍の量の光をカメラに入れます。次に、他の画像の明るさと一致するように、半分の光で画像を増幅しました。その際、画像のノイズも2倍に増幅しました。同じ光量を1/250秒でカメラに入射させるには、1/125秒に設定されていた場所と比較して、カメラの開口部を1段開く必要があります。

画像のコンテキストでノイズと言う場合、私たちが実際にしばしば意味するのは、信号対ノイズ比（SNR）です。

デジタル写真のコンテキストでは、「信号レベル」は、シーン内の光の量と、特定の絞りサイズとシャッター時間を選択してカメラに入ることができるその光の量によって決まります。

実際のノイズの量は、読み取りノイズとフォトンショットノイズの2つの主なタイプに分類されます。読み取りノイズは、特定の撮影条件ではかなり一定です。これはカメラの内部温度の影響を受ける可能性がありますが、通常、同じ一般的な環境条件下では、ショット間で変化しません。「ショット」ノイズまたは「ポアソン分布」ノイズと呼ばれることが多いフォトンノイズは可変であり、光の量とともに増加しますが、光の増加よりも低い割合で増加します。

ISOを調整すると、信号とノイズの組み合わせがどの程度増幅されるかに影響します。ISO設定を上げると、信号とノイズの両方が等しく増加するため、SNRは同じままです。ただし、画像が増幅されるほど明るくなり、以前は画像の暗い影でマスクされていた画像のノイズをより多く見ることができる場合があります。

最終的な結果として、カメラに入る光が多いほど、追加のノイズ（信号）よりも追加の信号（光）を追加することでSNRが向上するため、画像へのノイズの影響が少なくなります。

質問の冒頭で参照されている回答のアドバイスは、「...カメラに十分な光を当ててから、ハイライトが吹き飛ばされない最高のISO値を使用してください。十分な光がカメラ、その理想的なISOは、カメラの最小ISO設定である可能性があります。利用可能な光の量、カメラの最大絞り幅、または希望の被写界深度を得るために必要な絞り設定、または動いている被写体をぼかすのを防ぐには、ハイライトを露出過度にしない最高の設定にISOを上げるようにアドバイスし、ハイライトをカメラのベースラインISOよりも高いISO設定に適用できるようにします。

ISOを上げても、明るさは増しません。センサーからの信号を増幅して追加の光を「シミュレート」するようにカメラに指示するだけです。ただし、カメラが信号を増幅するとノイズも増幅されるため、このシミュレートされた光は実際のものとは異なります。

したがって、可能な場合はシャッター速度を遅くするか、可能であればより広い絞りを使用することをお勧めします。あなたの場合、口径は一定なので、1/125は1/250の2倍の光を与えます。そのため、同様に露出した結果を得るには、1/250ショットを2倍に増幅する必要があります。

露出を正しくすることが目標です。ここでは、イメージセンサーで再生される光エネルギーの量を制御するカメラの設定と調整について説明します。目的; 必要な強度と色を含む画像を作成します。

3つの量が露出を構成します。

1. 画像の明るさ2.露光時間3.イメージセンサーの感度

露出の3つのコンポーネントはすべて操作できます。おそらく、許容できる結果を生み出すさまざまなばく露があるでしょう。露出の方程式はE = ITです。この方程式は「相反則」として知られています。口頭で述べた–露出=強度に時間を掛けたもの。

感度を上下に調整できます。イメージングチップのISOについて話しています。ISOを低く設定すると、最高の品質が得られます。これは、ISOを上げるときに、目標を達成するために必要な増幅を上げるためです。

現在、CMOSチップには数百万のフォトサイトがあり、それぞれにアンプが付いています。各アンプの効率は少し異なります。この違いにより、「固定パターンノイズ」が発生します。ノイズは、オーディオシステムの静的ノイズに相当します。すべての回路には、「破損」信号が混在する「正常」信号が含まれています。これは「信号対雑音比」と呼ばれます。増幅を上げると、両方の部分が強化されます。悪いニュースは、破損した部分の比率が増加するため、必要なノイズが増えるということです。ノイズは均一性の欠如と見なされます。言い換えれば、多くのフィルムベースの画像で見られる粒子に似た粒状性です。

結論は次のとおりです。正しい露出を実現する複数の設定があります。欲望の効果を達成するために、ISOをできるだけ低く設定することを選択する必要があります。良い知らせは、写真工学が進歩し、今日のチップとソフトウェアは、より広い範囲の高いISO設定で目立たないノイズを生み出すことです。明日のチップとソフトウェアは、これを動かし続ける目標にしています。

参照された回答は非常に特定の状況を扱っています。他の回答が指摘しているように、最終的な画像のノイズを減らすには、より多くの光（信号）をカメラに取り込む必要があります。参照されている答えは、カメラにより多くの光を取り込むことができないという仮定に基づいています。絞りを開いたり、より長いシャッタースピードに切り替えることはできませんが、画像はまだ露出不足です。その特定の状況では、ポストで明るくするよりもISOを上げる方が適切です。

技術的な詳細をすべて説明しなくても、センサーのS / N比はどちらの方法でも同じです。ISOを上げてもノイズは減りません。ただし、センサーからの値は、画像ファイルに変換されるときに丸められます。ISOを上げると丸められていないアナログ値が増加し、ポストで明るくすると丸められたデジタル値が増加します。また、センサー出力（ISOの影響を含む）は線形ですが、画像ファイル（未加工、JPEGなど）は、人間の目と一致する非線形応答に従います。複合効果は、ポストで明るくすると、画像の暗い値がポスタライズされることです。これにより、ISOを使用して輝度を上げた場合よりもノイズが目立つようになります。

私が知る限り、拡張ISOは実際には非線形デジタルデータへの変換後に乗算されるので、ポストで明るくすること以上の利点はありません。

カメラセンサーの主なノイズソースは、読み取りノイズとショットノイズです。キャプチャする光の量を増やすと（露出時間を増やします）、これらの両方のノイズ源が相対的に減少します。光をさらに1つ停止すると、単にノイズ統計のために、信号対ノイズ比が約41％増加します。したがって、電子機器の飽和限界に到達するまで、より多くの光（より長いシャッター時間）を取り込むことで、常により良い結果が得られます。

ISOを上げると、カメラで使用されるゲインが増加します。これにより、ノイズと信号の両方が増幅されます（ノイズも増加しますが、通常、最新のカメラでは問題になりません）。同じ入射光の場合、ISOの増加は、シャッター時間を短縮し、取得する光の量を削減することを意味します。これにより、ノイズが増加し、信号対ノイズ比が低下します。

したがって、ISOを減らし、取り込んだ光の量を増やすことは、ノイズの観点からは優れています。ただし、カメラの基本（非増幅）ISOに到達すると、さらに縮小すると、使用できるダイナミックレンジが減少し、異なる悪影響を与える可能性があります。

ありません。可能な限り低いISOで撮影するとノイズが少なくなります。そのため、ハイエンドカメラではISO 64、50、さらには32を提供しています。低いISOで撮影する場合は、露出を長くするか、絞りを広くする必要があります。どちらの場合でも、あなたはより多くの光を得るでしょう。

光が多いほど、ノイズと比較して信号が増加するため、よりきれいな出力が得られます。

一部の低ISOが拡張されていることに注意してください。データを縮小するとノイズも縮小されるため、これでも画像のノイズは減少しますが、ダイナミックレンジが低下する可能性がありますが、センサーの読み取り方法によって異なります。