ISO -arvot

[Timpe]

Haluaisin Andromedan galaksista enemmän yksityiskohtia esiin, mutta en voi oikeastaan käyttää 60s pidempiä valotusaikoja. Celestronin pieni SLT-jalustani ei ole tarkoitukseen oikein sopiva. 30s menee vielä ihan mainiosti.

Tässä tapauksessa valotusajan "lyhyys" on rajoittava tekijä eli himmeiltä osilta galaksia ei ennätä kertyä havaittavaa määrää fotoneita kameran kennolle tuossa valotusajassa. Jos nostat kameran herkkyyttä, se yrittää vain entistä tarmokkaammin kaivaa "olemattomia" fotoneita sieltä kennon kohinan seasta ja lopputulos ei välttämättä ole toivottu.

Hiukan kärjistetty tapahtumakulku, mutta tähtikuvaus on fotonien keräämistä CMOS/CCD-kennolle ja siinä auttaa 1.) pidempi valotusaika 2.) suurempi apertuuri 3.) putken parempi valovoimaisuus (jolla himmeän pintakohteen hiukat fotonit keskitetään pienemmälle pinta-alalle kamerakennon pikseleitä, jotta yksittäiseen pikseliin tulisi mitattava määrä fotoneita). Kameran signaalin sähköinen lisävahvistus ei tuo tähän touhuun mitään ratkaisevaa uutta! 

[Kaizu]

Jos otan 40 kuvaa ISO 800:lla ja stackaan ne DSS:llä, saanko kasaan saman informaation, kuin esim. 20 kuvalla ISO 1600:lla?

Siis tuoko vaikkapa 80 kuvaa stackattuna enemmän yksityiskohtia esiin kuin 40 kuvaa samoilla valotusarvoilla? Silloinhan nuo isommat ISO-arvot voi unohtaa ja pinota vain kuvia tolkuttomia määriä...

Haluaisin Andromedan galaksista enemmän yksityiskohtia esiin, mutta en voi oikeastaan käyttää 60s pidempiä valotusaikoja.

40 kuvaa ISO800:lla sisältää vähän yli kaksi kertaa enemmän tietoa kuin 20 kuvaa ISO1600:lla. Suuremmalla herkkyydellä mukana on enemmän vahvistettua kohinaa syömässä kameran heikompaa dynamiikkaa. Suuri määrä valotuksia on OK ja suuri määrä pitkiä valotuksia on vielä parempi. Silloin taivaalta tulevien fotonien osuus on suurempi suhteessa kameran lukukohinaan. Suurempi ISO arvo ei tuo yhtään enempää fotoneita kennolle. Ne kennolle tulleet pitää vain kaivaa sieltä esiin ja sen voi tehdä jälkikäteen kuvankäsitteyllä.

Kaizu

[mickut]

Suurempi ISO arvo ei tuo yhtään enempää fotoneita kennolle. Ne kennolle tulleet pitää vain kaivaa sieltä esiin ja sen voi tehdä jälkikäteen kuvankäsitteyllä.

Sen jälkeen kun gain ylittää 1 elektronin per ADU, ISOn kasvattaminen ei enää auta. Kullakin kameramallilla tuo gain-raja kulkee omassa kohdassaan ja helpoimmin sen löytää sopivasta taulukosta. Gainin voi myös mitata, jos sille tielle lähtee, kunhan pysyy poissa niistä digitaalisesti vähennetyistä ja kasvatetuista ISO-arvoista, vaikka vaikuttavatkin vähäkohinaisilta (vähennetyt) tai herkiltä (kasvatetut). Canonilla muistaakseni tasa-sata-ISOt ovat ns neutraaleja. Tuota 1e-/ADU gainiä pienemmillä ISOillakin on käyttönsä, varsinkin jos kameran kennon kaivosyvyys on matala, mutta tuota suuremmilla ISO-arvoilla ei tee mitään tähtikuvauksessa.

Pinoamisessa pätevät hyvin yksinkertaiset tilastomatematiikan perusteet, niissä ei ole mitään juuri sen vaikeampaa kuin sana "tilastomatematiikka". Kuvanlaatua mitataan signaali-kohina-suhteella (SNR), ja noin karkeasti yksinkertaistaen samaan SNRään pääsee puolittamalla yksittäisen valotusajan ja lisäämällä yhden valotuksen, jos muita muuttujia ei ole. Todellisuus voi toki vaihdella paikka- ja koulukunnittain.

-Antti

p.s. Täydellisellä kennolla ja gainilla 1e-/ADU jokainen fotoni tuottaisi yhden elektronin, joka näkyisi digitaalimuodossa yhdellä kasvaneena ADUna. Käytännössä mikään ei ole täydellistä, joten usein gainia kasvatetaan johonkin 0,3e-/ADU - 1e-/ADU välille, jolloin kukin elektroni kasvattaa lukemaa yli yhdellä, ja täysin kennon kaivo antaa arvon lähellä AD-muuntimen maksimia. Digijärkkäreissä tämän jälkeen tätä raaka-arvoa kerrotaan tai jaetaan väli-ISOjen saamiseksi, ja hitaampia nopeuksia varten gainia pienennetään useampaan elektroniin per ADU.

Valotusesimerkki SNR:stä: 10kpl 1min valotuksia kohteesta X tuottaa jonkinlaisen kuvan, ja teoriassa samaan lopulliseen kuvaan pääsisi ottamalla 10*1min = 10min sijaan 20 kpl lyhyempiä, 30s valotuksia, plus yksi 30s valotus, eli 10,5 minuuttia kokonaisvalotusta. Vastaavasti täydellisessä maailmassa yksittäistä 16min valotusta vastaavan määrän SNRää saisi lyhyemmillä valotuksilla: 3x8min (24min), 7x4min (28min), 15x2min (30min), 31x1min (31min) tai 63x30s (31,5min). Tämä teoria pätee kaikissa niissä paikoissa, joissa kehotetaan olettamaan pallomainen, kitkaton lehmä fysiikan laskuja varten.

[TuomoL]

Nyt tunnustan tietämättömyyteni. Kun hankkii kameraa, näkeekö teknisistä tiedoista suoraan kameran kohinaherkkyyden? Eli mitä speksejä kannattaa pitää silmällä? Vai käytäntökö sen sitten näyttää?

Nykyään kameroissa luvataan huimia ISO-arvoja, jopa jotain 64000 olen mielestäni nähnyt.

[MarkoM]

Nyt tunnustan tietämättömyyteni. Kun hankkii kameraa, näkeekö teknisistä tiedoista suoraan kameran kohinaherkkyyden? Eli mitä speksejä kannattaa pitää silmällä? Vai käytäntökö sen sitten näyttää?

Melkeinpä yleispätevänä ohjeena voinee sanoa, että muutaman satasen maksavat ns. kuluttajamallit kannattaisi unohtaa suosiolla ja katsella kameraa mieluummin semipro ja pro-luokasta. Kuluttajamalleja ei aina välttämättä tehdä yhtä laadukkaista komponenteista kuin mitä semipro- ja pro-kamerat. Poikkeuksiakin tietysti löytyy.

Uudemmat mallit yleensä kohisevat vähemmän kuin vanhempaa mallia olevat kamerat, joten vaikka tekisikin mieli säästää ja ostaa vanhempaa mallia oleva kamera, niin kannattaa kuitenkin aina harkita useampaan kertaan, tuleeko sittenkin säästettyä väärässä paikassa.

Ja ennen ostamista kannattaa aina käydä katsomassa testejä vaikkapa DPReview -sivustolla, jossa on aika hyvin mm. uusilla kameramalleilla otettuja samplekuvia, joista näkee melko hyvin, millaista kohinaa kamera tuottaa milläkin ISO-arvolla. Tai sitten käy kivijalkaliikkeessä testaamassa mieluisia kameramalleja (ja lopulta päätyy tilaamaan verkosta reilulla alennuksella).

[RETiisi]

Maalaisjärjellä ajattelin, että suuremmalla herkkyydellä kenno rekisteröi sille tulevat fotonit jotenkin tehokkaammin/herkemmin. "Himmeämpi valo"/lyhyempi aika riittäisi informaation keräämiseen. Onko siis kuitenkin niin, että fotoni on fotoni vaikka (kennon) voissa paistaisi? ISO-arvo ei siis vaikuta kuvaan kertyvään informaatioon oikeastaan mitenkään? Vain valotusaika ratkaisee? ISO-arvoa nostamalla vain buustataan saatua informaatiota JÄLKEENPÄIN?

[Lauri Kangas]

ISO-arvo määrittää ainoastaan sen kertoimen, jonka mukaan kustakin pikselistä luettava jännite (ei kovin suuri) vahvistetaan analogisesti. Ennen signaalin vahvistamista fotoni on jo pikseliin osuttuaan joko jättänyt sinne elektronin tai sitten ei ole.

Päivänvalossa kuvatessa fotoneita tulee niin kauheita määriä että voidaan rauhassa jättää niitä pois esim. tiukentamalla aukkoa tai lyhentämällä valotusaikaa. Syvän taivaan kohteista niitä tulee niin hissukseen, että kaikki mahdolliset on otettava talteen, mutta siinä ei valitettavasti ISO:n kasvattaminen auta (ainakaan tietyn rajan jälkeen).

[TuRe]

Olisi mukava tietää esim Canon 60-järkkäristä, mikä se ISO-raja voisi olla. Millä tavalla se olisi mitattavissa? ISO 800:aa en ole juuri ylittänyt millään järkkärillä, kun edessä on ollut vain valosaastesuodin. Osavalotusajat ovat pyörineet 2- 5min, taustataivaan valoisuudesta riippuen. Kerran kuvasin vahingossa M27:ää ISO 100:lla ja siitä tuli aika tarkkaa jälkeä, mutta olisi kai vaatinut pidempiä osavalotuksia. Putkien f-arvot ovat olleet 4,5 ja 7 paikkeilla.

Terv. Tuomo

[kurppa]

ISO-arvo määrittää ainoastaan sen kertoimen, jonka mukaan kustakin pikselistä luettava jännite (ei kovin suuri) vahvistetaan analogisesti. Ennen signaalin vahvistamista fotoni on jo pikseliin osuttuaan joko jättänyt sinne elektronin tai sitten ei ole.

Päivänvalossa kuvatessa fotoneita tulee niin kauheita määriä että voidaan rauhassa jättää niitä pois esim. tiukentamalla aukkoa tai lyhentämällä valotusaikaa. Syvän taivaan kohteista niitä tulee niin hissukseen, että kaikki mahdolliset on otettava talteen, mutta siinä ei valitettavasti ISO:n kasvattaminen auta (ainakaan tietyn rajan jälkeen).

jos näin on niin mitä hyötyä jopa yli 20000 ISO arvoista on joita jotkut kamerat tarjoaa?

[prototype]

ISO-arvot auttaa, kun kuvataan päivällä liikkuvia kohteita mahdollisimman valovoimaisilla obiskoilla. tällöin voidaan valotus asettaa mahdollisimman lyhyeksi ja liikkuvista kohteista tulee tarkkoja.  Esim. luontokuvaus/urheilu ja ylipäätänsä kaikki kohteet jotka eivät ole paikoillaan. Silti suurilla ISO-arvoilla on rangaistuksena pahempi kohina, mutta päivällä otetut kuvat antavat tätä hieman anteeksi. Korjatkaa asiasta paremmin tietävät, jos olen ihan hakoteillä.

[Lauri Kangas]

Veikkaisin suurimman kannattavan ISO:n rajaksi 400. Veikkaukseni, kuten suuri osa muistakin esittämistäni veikkauksista, perustuu tähän: http://www.cloudynights.com/item.php?item_id=2786

Tuossa on mitattu 450D:tä mutta uskoisin 60Da:n olevan turvallisen lähellä sitä ominaisuuksiltaan. Ehkä noissa täyden kennon järkkäreissä on eroja jompaan kumpaan suuntaan?

[Lauri Kangas]

jos näin on niin mitä hyötyä jopa yli 20000 ISO arvoista on joita jotkut kamerat tarjoaa?

Syvän taivaan kuvauksessa ei mitään, niinkuin juuri sanoin.

Kun kuvataan jotain mitä normaalit ihmiset kuvaa, niin noista megaherkkyyksistä on hyötyä siksi että ne vaalentavat kuvaa niin, että kun muunnetaan gammafunktion läpi syötetty kuvadata 8-bittiseksi jpg:ksi, jää käteen jotain muutakin kuin mustaa. (tarkkaavaiset lukijat huomaavat, että perustelu sanamuotoineen on pöllitty tuosta Starkin tekstistä. )

Likewise, since many people shoot in 8-bit JPEG, ISO ratings well above what might be optimal for dynamic range are a good thing as they boost the signal into the range of intensity values that work well for the 8-bit, gamma-stretched JPEGs.  It lets you get an image and see it there on the screen without going back and using image processing software to stretch the raw data.  So what if a bit of dynamic range has been lost – you have an image!

[Nurinniska Observatory]

Veikkaisin suurimman kannattavan ISO:n rajaksi 400.

Ainakin Canon 1000D:lläni iso 400 tuntui antavan parhaan tuloksen. En tehnyt mitään kattavaa tai laajaa testiä missään vaiheessa, mutta sen vähän mitä testasin, iso 800 ja enemmän tuotti loppusaldoltaan kohinaisempia kuvia kuin iso 400.

[kurppa]

Noi ISO arvot taitaa olla esim valotuksen ohessa just niitä juttuja jotka vaatii kokeilua ja testailua jotta löytää sopivat arvot.

[vehnae]

Olisi mukava tietää esim Canon 60-järkkäristä, mikä se ISO-raja voisi olla.

Sen jälkeen kun gain ylittää 1 elektronin per ADU, ISOn kasvattaminen ei enää auta. Kullakin kameramallilla tuo gain-raja kulkee omassa kohdassaan ja helpoimmin sen löytää sopivasta taulukosta.


Taulukoita löytyy mm. osoitteesta http://sensorgen.info. Jos tuon 60D:n ottaa esimerkiksi, tuolta löydetään seuraavat tiedot:

• Bits: 14
• Q.E.: 40% (quantum efficiency)
• Saturation (e-) @ ISO 100: 24322
• Saturation (e-) @ ISO 200: 14345
• Saturation (e-) @ ISO 400: 7434

Systeemin gain voidaan laskea tuosta kaavalla (AD-muuntimen resoluutio / saturaatio elektroneissa), jolloin saadaan:

• Gain @ ISO 100: 2^14 / 24322 = ~0.674
• Gain @ ISO 200: 2^14 / 14345 = ~1.142
• Gain @ ISO 400: 2^14 / 7434 = ~2.204

Tämän perusteella kun lähtee valitsemaan ISO-arvoa siten, että gain on jossain ykkösen lähellä, niin ISO 200 olisi paras arvo. Se on myös mukavasti hieman yli 1, jolloin fotonien informaatiota ei menetetä A/D -muunnoksessa tapahtuvaan kvantisointiin.

Jos koko prosessin vääntää vielä auki, niin:

• Fotoni saapuu sensoriin; sillä on tuon quantum efficiencyn mukainen todennäköisyys rekisteröityä elektroniksi. QE vaihtelee myös fotonin aallonpituuden mukaan, tässä on ilmeisesti koko sensorin keskiarvo tms.
• Elektronin varaus kertyy talteen pikselin elektronikaivoon muiden valotuksen aikana rekisteröityjen elektronien ohella.
• Kun kuva on valotettu, varaus puretaan pikselin elektronikaivosta ja ajetaan vahvistimen läpi (gain!). Tässä kohtaa analogiseen signaaliin syntyy Read noise -sarakkeen ilmoittama määrä kohinaa, joka vaikuttaa lopputuloksen SNR:ään.
• Vahvistettu signaali muunnetaan digitaaliseksi A/D-muuntimella

Kun gain on valittu oikein, niin kaikki A/D-muuntimen tuottamat digitaaliset arvot (ADU, ne 2^14 erilaista) vastaavat elektronikaivon eri varauksia. Jos gain on alle yhden, niin tulee vastaan tilanteita jossa useammasta eri kaivon varauksesta syntyy muunnoksen jälkeen sama lopputulos, jolloin informaatiota menetetään. Samaan aikaan halutaan valita gain joka on mahdollisimman vähän yli yhden, jotta näiden hentojen erojen kanssa voidaan rekisteröidä mahdollisimman suuria arvoja.

Ja lopuksi vielä vaikka koko kenno ja A/D-vaihe olisi täysin ideaalinen, niin jossain kohtaa vastaan tulee myös ns. "shot noise", eli yksinkertaisesti tilastollinen todennäköisyys siitä miten taivaalta tulevat fotonit sattuvat jakautumaan eri pikseleille. Jos vaan seurantatarkkuus sen mahdollistaa, niin ISO 100:lla kuvattu lopputulos voi mahdollistaa vieläkin rankempaa venyttelyä, koska osavalotukset perustuvat suurempaan määrään fotoneja ja kohina on siten alhaisempi.

Joku varmaan korjaa jos jossain meni metsään .