Existe alguma diferença de ruído entre fotos com média e longa exposição?

Vamos supor que eu esteja em um tripé, fotografando uma cena perfeitamente parada (também escura) e tirei essas fotos:

• 5 fotos com exposição ISO 3200 e 1s
• 1 foto com exposição ISO 100 e 5s

Há uma coisa comum entre os itens, e é o tempo total usado.

O VE do primeiro item é muito maior, certo? Agora, suponha que eu calcule a média das 5 fotos na ISO 3200 para reduzir o ruído, produzindo uma única imagem.

Depois disso, tiro a foto ISO 100 e ajusto os níveis (o que aumentaria o ruído) para alcançar o mesmo EV da foto combinada.

O nível de ruído seria igual, comparando a foto combinada e a foto ajustada pelos níveis?

Espero que você entenda meu argumento.

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Em resposta ao comentário de drewbenn

Além disso, não acho que misturar as 5 fotos reduza o ruído da maneira que você pensa

Misturar fotos reduz muito o ruído; de fato, aqui está um exemplo:

Tirei 20 fotos de uma árvore com: ISO 1600, F4.1 e 2s exp. A imagem superior mostra o nível de ruído que essas imagens possuem. A parte inferior está mostrando o resultado da média das 20 fotos em uma.

Sory pelo foco ruim.

Como você pode ver, o ruído é quase completamente excluído

EDIT2

Para quem está perguntando, usei um comando muito simples de imagemagick para calcular a média das imagens:

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

Se eu tiver algum tempo depois, tentarei realizar um desses experimentos que você está falando. Acho que não existe um padrão estático e isso varia em cada câmera.

EDIT3

Também fiz um experimento um pouco mais diferente:

Esta é a cena:

E tirei esse conjunto de fotos (a abertura é sempre a mesma), usei o modo manual.

• 01 @ ISO 100, 0,6s
• 02 @ ISO 200, 0,3s (média posterior)
• 04 @ ISO 400, 1 / 6s (média posterior)
• 08 @ ISO 800, 1 / 13s (média posterior)
• 16 @ ISO 1600, 1 / 25s (média posterior)

Cada conjunto tem exatamente o mesmo EV, estes são os resultados, na mesma ordem:

Parece que, com um ISO mais alto, há menos ruído, mas menos detalhes também.

Desde que sua imagem ISO100 não tenha sido subexposta, eu não esperaria uma redução perceptível no ruído (exceto talvez nas sombras profundas) com as imagens ISO1600 de 5 segundos combinadas.

No infame outro segmento, demonstrei que uma ISO100 de 1 / 30s conterá mais ruído (menor relação sinal / ruído) do que uma imagem ISO1600 de 1 / 30s. Mesma quantidade se leve, mas o ISO mais alto apresentava menos ruído.

A razão para isso foi que o ruído de leitura é proporcionalmente maior na imagem ISO100 (como a leitura ocorre após a amplificação). Em um ISO100 exposto "corretamente", o ruído de leitura é tão pequeno comparado ao sinal que qualquer redução no ruído de leitura provavelmente não é perceptível.

editar: acabou de fazer o experimento

Tirei uma foto em ISO100 por 16 segundos e 16 fotos em ISO1600, mas apenas 1 segundo. Todas as imagens foram bem expostas. A seguir, são apresentados dois cortes, a linha superior é uma única imagem ISO1600 e os dois inferiores são as 16 imagens ISO1600 em média no Photoshop e a imagem ISO100. Não vou lhe dizer em que sentido estão os dois inferiores, para ver se alguém pode realmente dizer a diferença - eu certamente não posso!

Essa é uma pergunta muito boa, mas temo que a resposta seja totalmente dependente do desempenho do sensor e de suas curvas de resposta ao estímulo.

Se pensarmos no ruído como o erro entre a cor real e a cor medida, podemos usar um modelo estatístico para descobrir quantas amostras com maior erro devemos tomar para ter o mesmo erro que uma única amostra mais precisa . Mas, para fazer isso, primeiro precisamos:

• A função de distribuição do ruído (pode ser uma distribuição normal, mas não sei ao certo, um engenheiro elétrico que sabe melhor como funcionam os sensores pode lançar alguma luz sobre esse assunto). Mas lembrando minhas lições de estatística, acho que isso não importa nesse caso.
• A função que relaciona a sensibilidade ao ruído (em um sensor perfeito, acho que deve ser linear, mas acho que, no hardware do mundo real, aumentar a sensibilidade gera níveis de ruído muito maiores).

Sendo assim, é fácil aplicar algumas fórmulas para deduzir quantas fotos de um ISO mais alto você precisa para compensar o ruído mais alto comparado com uma única imagem de ISO mais baixa.

No cenário linear de sensibilidade ao ruído, com o mesmo tempo total de exposição, o erro deve ser o mesmo ... E, vendo a excelente resposta de @Matt Grum, parece que ele está bem próximo da realidade.

Tecnicamente falando, o VE das duas imagens é idêntico. Você está mantendo a mesma exposição nas duas configurações, a única coisa que realmente muda é o nível de ruído. A quantidade de ruído que você encontrará na ISO 3200 será bastante significativa e, mesmo misturar todas as 5 imagens provavelmente não produzirá uma imagem com baixo ruído e detalhes finos como uma única exposição de 5 segundos na ISO 100.

Você citou uma das respostas de Matt Grum em sua própria resposta, no entanto, essa declaração citada declara explicitamente with the same amount of light coming into your camera. Se você mudar de uma exposição de 1s na ISO 3200 para uma exposição de 5s na ISO 100, estará aumentando a quantidade de luz que atinge seu sensor. Com uma cena estática, a ISO 100 provavelmente ainda será a melhor opção. Você pode atenuar uma certa quantidade de ruído misturando 5 exposições ISO 3200 ... mas também está aumentando a quantidade de ruído em cinco vezes! Além disso, é provável que você encontre ruídos de luminância e de cores com um ISO tão alto, e é mais difícil identificar e remover o ruído de cores sem danificar a precisão e os detalhes das cores.

O único momento em que usar um ISO mais alto seria melhor é quando você fisicamente não tem a opção de fazê-lo. Se você não conseguiu fazer uma exposição de 5s e se limitou a 1s como o máximo, usar a ISO 3200 será a melhor opção, pois permite expor corretamente. Usar o ISO 100 e aumentar o VE com o pós-processamento nesse ponto amplificaria digitalmente o ruído existente na imagem ... que, embora quase invisível em uma imagem não modificada, será mais intrusivo do que o ruído ISO 3200 quando você aumentar digitalmente a exposição.

A única desvantagem real da tática de exposição múltipla é uma provável perda de nitidez, pelo menos com uma SLR de obturador de plano focal e um tripé comum. Os Sensels são realmente minúsculos e é difícil garantir que eles estejam exatamente no mesmo local para cada exposição. As costas de várias fotos (para câmeras de médio e grande formato) tendem a depender de persianas, trava de espelho que se estende por várias exposições e um suporte de câmera (como uma das unidades monstruosas Foba) em vez de um tripé.

O tipo de perda de nitidez da qual estou falando seria colocar um filtro passa-baixas (antialiasing) muito mais forte na frente do sensor. Chame isso de desfoque de meio pixel (qualquer coisa além de meio pixel pode ser minimizada mudando as imagens antes da média). Você pode recuperar alguma nitidez aparente binando pixels (uma técnica de redução de escala que trata os quadríceps de pixels como um único pixel; uma espécie de caso especial do próximo vizinho).

Exposições longas para uma única foto têm seus próprios problemas de ruído, principalmente em altas temperaturas. Filmar com ISO 100 parece uma boa ideia, mas se a exposição for realmente longa, ainda haverá ruído térmico - e com apenas uma cópia da imagem, você ficará preso ao que conseguir. Um sensor resfriado ativamente (como nas costas astronômicas) eliminará amplamente o problema, mas isso significa kit especializado. No entanto, você pode ter certeza de que o sensor permanecerá mais ou menos em um só lugar enquanto a imagem estiver sendo gravada, para obter melhor nitidez.

As técnicas de captura múltipla podem resultar em menos ruído que a captura única, especialmente com um bom algoritmo de combinação. Se você tiver imagens suficientes, poderá jogar fora as anomalias estatísticas antes de calcular a média em qualquer pixel. É assim que as imagens astronômicas de alta resolução e baixa resolução são feitas - uma estrela não é uma estrela, a menos que apareça na maioria das capturas, e seu brilho é calculado pela média.

Uma parte da resposta de Matt-Grum aqui resolveria minha dúvida.

Se você usar um ISO mais baixo (com a mesma quantidade de luz entrando em sua câmera), obterá uma imagem subexposta e, quando a iluminar posteriormente, amplificará o ruído do fóton e o ruído da leitura. Seu ruído total será mais alto.