Y a-t-il une différence de bruit entre les photos à exposition moyenne et à longue exposition?

Supposons que je sois sur un trépied, que je photographie une scène parfaitement immobile (également sombre) et que je prenne ces photos:

• 5 photos avec une exposition ISO 3200 et 1 s
• 1 photo en exposition ISO 100 et 5s

Il y a une chose commune entre les articles, et c'est le temps total utilisé.

L'EV du premier élément est beaucoup plus élevé, non? Supposons maintenant que je fasse la moyenne des 5 photos à 3200 ISO pour réduire le bruit et produire une seule image.

Après cela, je prends la photo ISO 100 et j'ajuste les niveaux (ce qui augmenterait le bruit) pour atteindre le même EV de la photo mélangée, d'une manière si je regarde ces 2 photos de loin, elles auraient la même apparence.

Le niveau de bruit serait-il égal, en comparant la photo mélangée et la photo ajustée aux niveaux?

J'espère que vous comprenez mon point.

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En réponse au commentaire de Drewbenn

De plus, je ne pense pas que le mélange des 5 photos réduira le bruit comme vous le pensez.

Le mélange de photos réduit beaucoup le bruit, en fait, voici un exemple:

J'ai pris 20 photos d'un arbre avec: ISO 1600, F4.1 et 2s exp. L'image supérieure montre le niveau de bruit de ces images. La partie inférieure montre le résultat de la moyenne des 20 photos en une.

Sory pour la mauvaise concentration.

Comme vous pouvez le voir, le bruit est presque complètement supprimé

EDIT2

Pour ceux qui demandent, j'ai utilisé une commande très simple d'imagemagick pour faire la moyenne des images:

convert [input1.JPG input2.JPG ...] -average output.JPG

Si j'ai un peu de temps plus tard, je vais essayer de mener une de ces expériences dont vous parlez. Je suppose qu'il n'y a pas de motif statique et cela variera sur chaque caméra.

EDIT3

J'ai aussi fait une expérience un peu plus différente:

Voici la scène:

Et j'ai pris ces photos (l'ouverture est toujours la même), j'ai utilisé le mode manuel.

• 01 à 100 ISO, 0,6 s
• 02 @ ISO 200, 0,3 s (en moyenne plus tard)
• 04 @ ISO 400, 1 / 6s (moyenné plus tard)
• 08 @ ISO 800, 1 / 13s (en moyenne plus tard)
• 16 @ ISO 1600, 1 / 25s (moyenne plus tard)

Chaque ensemble a exactement le même EV, ce sont les résultats, dans le même ordre:

Il semble qu'avec une sensibilité ISO plus élevée, il y a moins de bruit mais moins de détails également.

À condition que votre image ISO100 ne soit pas sous-exposée, je ne m'attendrais pas à une réduction notable du bruit (sauf peut-être dans les ombres profondes) avec les images de 5 1 seconde ISO1600 mélangées ensemble.

Dans le tristement célèbre autre thread, j'ai démontré qu'un ISO 100 au 1 / 30s contiendra plus de bruit (rapport signal / bruit inférieur) qu'une image ISO1600 au 1 / 30s. Même quantité si léger mais l'ISO plus élevé avait moins de bruit.

La raison en est que le bruit de lecture est proportionnellement plus élevé dans l'image ISO100 (car la lecture se produit après l'amplification). Dans une ISO100 «correctement» exposée, le bruit de lecture est si faible par rapport au signal que toute réduction du bruit de lecture n'est probablement pas perceptible.

edit: vient de faire l'expérience

J'ai pris une photo à 100 ISO 16 secondes et 16 prises de vue à 1600 ISO mais seulement 1 seconde. Toutes les images étaient bien exposées. Ce qui suit est deux recadrages, la rangée du haut est une seule image ISO1600, et les deux derniers sont les 16 images ISO1600 moyennées dans Photoshop et l'image ISO100. Je ne vous dirai pas dans quel sens se situent les deux derniers, pour voir si quelqu'un peut vraiment faire la différence - je ne peux certainement pas!

C'est une très belle question, mais je crains que la réponse dépende totalement des performances du capteur et de ses courbes de réponse au stimulus.

Si nous considérons le bruit comme l'erreur entre la couleur réelle et la couleur mesurée, nous pouvons utiliser un modèle statistique pour déterminer le nombre d'échantillons avec une plus grande erreur que nous devons prendre afin d'avoir la même erreur qu'un seul échantillon plus précis . Mais pour ce faire, nous avons d'abord besoin:

• La fonction de distribution du bruit (il peut s'agir d'une distribution normale, mais je ne sais pas avec certitude, un ingénieur électricien qui sait mieux comment fonctionnent les capteurs pourrait éclairer cette question). Mais rappelant mes leçons de statistiques, je pense que cela n'a pas d'importance du tout dans ce cas.
• La fonction qui relie la sensibilité au bruit (dans un capteur parfait, je pense qu'elle devrait être linéaire, mais je suppose que dans le matériel du monde réel, augmenter la sensibilité produit des niveaux de bruit beaucoup plus élevés).

Cela dit, il est facile d'appliquer certaines formules pour déduire le nombre d'images d'une sensibilité ISO plus élevée dont vous avez besoin pour compenser le bruit plus élevé par rapport à une seule image ISO inférieure.

Dans le scénario linéaire de sensibilité au bruit, avec le même temps d'exposition total, l'erreur devrait être la même ... Et vu l'excellente réponse de @Matt Grum, il semble qu'elle soit assez proche de la réalité.

Techniquement parlant, l'EV des deux images est identique. Vous conservez la même exposition avec les deux paramètres, la seule chose qui change vraiment est le niveau de bruit. La quantité de bruit que vous rencontrerez avec ISO 3200 sera assez importante, et même le mélange des 5 images ne produira probablement pas une image avec un bruit aussi faible et une finesse de détails qu'une seule exposition de 5 secondes à 100 ISO.

Vous avez cité l'une des réponses de Matt Grum dans votre propre réponse, mais cette déclaration citée l'indique explicitement with the same amount of light coming into your camera. Si vous passez d'une exposition de 1s à 3200 ISO à une exposition de 5s à 100 ISO, vous augmentez la quantité de lumière atteignant votre capteur. Avec une scène immobile, la norme ISO 100 restera probablement la meilleure option. Vous pouvez peut-être atténuer une certaine quantité de bruit en mélangeant 5 expositions ISO 3200 ... mais vous composez également la quantité de bruit cinq fois également! Non seulement cela, mais vous risquez également de rencontrer à la fois un bruit de luminance et un bruit de couleur à un ISO aussi élevé, et le bruit de couleur est plus difficile à identifier et à supprimer sans endommager la précision et les détails des couleurs.

Le seul moment où il serait préférable d'utiliser un ISO plus élevé est lorsque vous n'avez physiquement pas la possibilité de le faire. Si vous ne parvenez pas à prendre une exposition de 5 secondes et que vous êtes limité à 1 seconde maximum, l'utilisation d'ISO 3200 sera la meilleure option car elle permet d'exposer correctement. Utiliser ISO 100 et augmenter EV avec un post-traitement à ce stade amplifierait numériquement le bruit qui existe dans l'image ... qui, bien que principalement invisible dans une image non modifiée, sera plus intrusif que le bruit ISO 3200 lorsque vous augmentez numériquement l'exposition.

Le seul véritable inconvénient de la tactique d'exposition multiple est une perte probable de netteté, au moins avec un reflex à obturateur à plan focal et un trépied ordinaire. Les sensels sont vraiment minuscules, et il est difficile de s'assurer qu'ils sont exactement au même endroit pour chaque exposition. Les dos multishots (pour les appareils photo moyen et grand format) ont tendance à s'appuyer sur des volets battants, un verrouillage du miroir qui s'étend sur plusieurs expositions et un support pour appareil photo (comme l'un des monstres Foba) plutôt qu'un trépied.

Le type de perte de netteté dont je parle serait de mettre un filtre passe-bas (anti-crénelage) beaucoup plus fort devant le capteur. Appelez cela un flou d'un demi-pixel (rien de plus qu'un demi-pixel peut être minimisé en décalant les images avant de faire la moyenne). Vous pouvez retrouver une netteté apparente en regroupant les pixels (une technique de réduction d'échelle qui traite les quadrilatères de pixels comme un seul pixel; une sorte de cas particulier du prochain voisin).

Les expositions longues pour une seule photo ont leurs propres problèmes de bruit, en particulier à des températures élevées. La prise de vue à 100 ISO semble être une bonne idée, mais si l'exposition devient vraiment longue, il y aura toujours du bruit thermique - et avec une seule copie de l'image, vous êtes coincé avec tout ce que vous obtenez. Un capteur activement refroidi (comme sur un dos astronomique) éliminera en grande partie le problème, mais cela signifie un kit spécialisé. Cependant, vous pouvez être sûr que le capteur restera plus ou moins au même endroit pendant l'enregistrement de l'image, vous obtiendrez ainsi une meilleure netteté.

Les techniques multishots peuvent générer moins de bruit qu'un seul coup, en particulier avec un bon algorithme de combinaison. Si vous avez suffisamment d'images, vous pouvez éliminer les anomalies statistiques avant de faire la moyenne à un pixel donné. C'est à peu près ainsi que sont faites les images astronomiques haute résolution de faible amplitude - une étoile n'est pas une étoile à moins qu'elle n'apparaisse dans une nette majorité de captures, et sa luminosité est calculée par moyenne.

Une partie de la réponse de Matt-Grum ici résoudrait mon doute.

Si vous utilisez une sensibilité ISO inférieure (avec la même quantité de lumière entrant dans votre appareil photo), vous obtiendrez une image sous-exposée et lorsque vous l'éclaircirez en post, vous amplifierez à la fois le bruit des photons et le bruit de lecture. Votre bruit total sera alors plus élevé.