Sony A7R-II: темновой шум в зависимости от выдержки (и чувствительности)

Предыдущий раунд измерений темнового шума я делал на фиксированной выдержке 1/100. Очевидно что на других (и, особенно, длинных) выдержках шум может меняться и это следует изучать отдельно, что и проделано ниже.

Исходя из предыдущих результатов, я ограничился "целыми ISO" (100-200.. и далее через стоп), за исключением участка 400-800 (потому что на 640 происходит смена режима) и диапазоном 100-6400 (более высокие меня не интересуют на практике).

В отличие от прошлого раза, оценка шума (стандартного отклонения) проводилась по всему кадру, а не по маленькому участку, причины этого объяснены ниже.

Во всех случаях, кроме особо оговоренных, существенные параметры съемки были таковы:

• Uncompressed RAW (14-bit, 82-мегабайтный файл)
• Электронная первая шторка включена (она всегда у меня включена), тихий режим выключен.
• Long Exposure Noise Reduction - выключено.
• Температура комнатная, объектив под крышкой.

Низкие ISO: 100-800

График: по горизонтальной оси выдержка от 1/8000 до 30s (увы, но 1/8000 превращается в 0.000125 и показать это нормально на подписи не получается у экселя, поэтому приходится комментировать). Горизонтальный масштаб - логарифмический, палочки проведены через стоп.

По вертикальной оси: стандартное отклонение в едницах RAW, масштаб линейный. Это первый зеленый канал (который в данных тестах ведет себя аналогично с красным и вторым зеленым)

Итак, что мы тут видим:

• На выдержках короче 0.5-1 секунды - шум практически постоянен (небольшие перегибы не в счет, это все "сильно после запятой).
• Начиная с 1 секунды (0.5 для ISO640-800) начинается монотонный рост шумов, который продолжается до 3.2сек включительно.
• На выдержке 4 секунды - резкое падение шума.
• При увеличении выдержки дальше - опять монотонный рост (небольшой для ISO 100-200 и совсем большой для 800)
• На коротких выдержках ISO640-800 менее шумные чем 400-500, на длинных - это преимущество проходит (чувствительность 640 менее шумная чем 500 даже на 30 сек, но почти догнало).

Очевидно, что на выдержке 4 секунды (и длиннее) что-то происходит. Что именно - понятно из сравнения двух гистограмм:

Это ISO800 (там шум больше - и видно нагляднее). Вертикальный масштаб логарифмический, на линейном видно плохо. Мы видим следующее:

• На 4 секундах (нижняя гистограмма) пик гистограммы значительно уже, куда-то подевались значения, выпадающие от центра (он на значении 512) более чем на ~40 единиц. Не все, но их стало сильно меньше. Был "десяток тысяч", стало "несколько сотен" (все оценки на глаз: на верхней гистограмме от 525 до 570 - 45 уровней с числом значений в каждом 50-1000)
• Единичных значений "сильно больше 600" тоже стало меньше, было "десятка полтора", осталось "несколько штук".

Вы меня извините, но это шумопонижение, которое давит отдельные "горячие" (т.е. сильно выпадающие от соседей) пикселы. Может быть медианный фильтр, может быть еще что-то, нуждается в изучении. Хочется надеяться, что данный алгоритм не давит "кластеры" из соседних пикселов, в противном случае он будет съедать звезды с неба на ночных снимках.

По причине характера шума, оценки по маленькому участку (что, как правило, работает лучше: не попадаешь под глобальные неравномерности сенсора, не мешает всякая коррекция виньетирования) оказались непригодными: в нормальной ситуации на темновом кадре примерно одинаковые поканальные шумы, а в случае данной камеры и длинных выдержек оценка шума по маленькому кусочку зависит от того, попал ли в кусочек "горячий пиксель" или же нет.

Long Exposure Noise Reducton (LENR)

У меня нет желания гонять тесты "по всем ISO, всем выдержкам и всем режимам", особенно для тех режимов, которые я использовать не собираюсь. Но посмотреть на LENR на паре чувствительностей было надо. Вот что получилось на ISO 640 (оси на графике такие же):

Итак:

• На выдержках короче 1 секунды все так же (LENR работает начиная с секундной выдержки)
• На 4 секундах уже привычное нам падение шума (вследствие, как мы предполагаем, неотключаемого шумопонижения)
• Стандартное отклонение с включенным шумопонижением ВЫШЕ то есть шумы формально больше (сюрприз!)

Смотрим на гистограмму:

Что видим:

• Дырки. LENR - это переход в 12-битный режим, есть только одно значение из четырех.
• Гистограммы в каналах R-G примерно такие же
• Гистограмма в канале B - стала шире, такое ощущение что шумопонижения в синем канале нет.
• Гистограмма стала вчетверо выше, потому что 3 значения собрались в одно.

Странный режим, может быть на высоких ISO он лучше работает, а вот на низких-промежуточных чувствительностях я его пока не понимаю.

Изучать не буду, если мне нужно будет вычитание темновых кадров - я их и сниму отдельно и вычту как-нибудь сам.

ISO800-6400

Уже знакомый нам график (отдельно, чтобы особенности низких ISO не прятались за масштабом у высоких):

Самая верхняя (темно-синяя) линия - это ISO6400 с включенным шумопонижением. Шумы - выше, чем если шумопонижение выключить. На гистограмме это выглядит аналогично шумопонижению на ISO640, гистограммы не привожу.

Выводы

1. Камера имеет встроенный (и, судя по всему, никак не отключаемый) шумодав для выдержек 4 секунды и длиннее. Этот шумодав нуждается в практическом изучении: он может сжирать мелкие яркие детали (такие как звезды на небе). К сожалению в городе звездное небо снимать практически бессмысленно, если изучать самому, то придется ждать.
2. Включаемо-выключаемый шумодав "на длинные выдержки" при включении приводит к формальному росту шумов. Опять же, нуждается в изучении.
3. В диапазоне выдержек 1/8000-0.5сек (включительно) - каких-то предпочтений по выдержкам нет, темновой шум практически не изменяется (оговорка: для исследованного диапазона чувствительностей 100-6400).
   Дальше - начинается быстрый рост шумов, чем выше чувствительность - тем быстрее.
4. Для чувствительностей 100-500ISO можно пользоваться всем диапазоном выдержек (с поправкой на упомянутый выше шумодав): шумы растут медленнее, чем сигнал.
5. Для более высоких чувствительностей переход от 15 секунд к 30 сопровождается практически двукратным ростом шума, то есть 30сек следует использовать с опаской.