ISO-arvojen vaikutus tähtikuvauksessa Nikon D600

[Kuulapaa]

Olen viimeaikoina tuonut esille näkemystä, että tietyillä kameroilla DSLR-tähtikuvauksessa olisi hyvä käyttää ns unity gain herkkyyttä, jossa kameran digitaalinen signaalimonistus joko suoraan tai hyvin lähellä 1:1 absorboituihin fotoneihin nähden. Tällöin pikselikaivon kapasiteetti (dynamiikka) on korkeita herkkyyksiä suurempi ja teoriassa sama signaali pitäisi pystyä erottamaan ohjelmallisesti tietokoneella. Edellytyksenä on tietysti, että kennon lukukohina ja ns pimeävirta ovat matalat.

Niinpä päädyin tekemään pienen testin käyttämälläni Nikon D600 monokromaatilla ja Ha-filtterillä. Ohessa on 6x600s ditheröitu sarja ISO-herkkyyksillä 500, 800 ja 1600. Kuvista on vähennetty BIAS-signaali ja niille on tehty automaattinen venytys, sekä käyrien ja kontrastin säätö. Käyrät ja kontrasti on säädetty identtisesti. Kuvista on siivottu pois pari pölyhuitulaa, joten kuvien epäjatkuvuudet johtuvat niistä.


Klikkaa isoksi



Tämän rajallisen testin perusteella uskallan väittää, ettei ISO-herkkyydellä ole nikon D600:n kohdalla merkitystä tutkitulla välillä ISO500-1600. Todennäköisesti korkeampienkaan herkkyyksien käyttö ei ole perusteltua.

[wm-x]

Mietin miten tämän kaltainen tutkielma: http://www.dpreview.com/forums/post/37590422  pitää paikkaansa?

Itsekkin niin tuolla d5200 kuin d5100 olen käyttänyt tuota oletettua unity gainia.
Myös tuolta cloydynightsilta luin kameroista joiden kuvan muodostamisessa ei voi määritellä unity gainia.  En nyt löytänyt linkkiä siihen, mutta voisiko tuo nikoni kuulua tähän joukkoon.

Ps. Jäikö sinulla joku kuva puuttumaan tuosta?

[Kuulapaa]

Moi,

Samaa ajatusmaailmaa pohjimmiltaan. Tuossa linkissä on lisäksi kyse noista kameran ohjelmiston tekemistä värikanavien skaalauksista ennen raakadatan kirjoitusta tiedostoksi. Samalla datasta vähennetään ns pimeäsignaali ja datan black point säädetään nollaan. Se true dark current modi, joka on itseassa tietyntyyppinen service mode, tekee lopun niistä. Mark Shelleyn (nimim sharkmelley) analyysityökalu, jos sitä tarkoitat, laskee pimeävirran ohella myös unity gainin, mutta se on pikkuisen erilainen verrattuna Nikonhackerin Shenin määrittämiin arvoihin verrattuna.

Kanavien skaalaus näkyy hyvin juuri harmaasävymodatulla kameralla ilman debayer-muunnosta. Tällöin orginaalifirmawarella flat kuvissa näkyy shakkilautakuvio, joka on seurausta juuri kanavien skaalauksesta. Modatulla firmiksellä flatti on myös flätti :)



Jos ruudussa näkyy kaksi GIF-animaatiota niin muuta ei ollut tarkoitus laittaa. Tsekkaan jossain vaiheessa vielä tiedostojen kohina-arvot ja laitan niistä taulukkoa nähtäville.

EDIT: Vaikka kohina onkin pinossa identtinen ISO500, 800 ja 1600, niin lähtökohinassa on eroja:


Pixinsight noise analysis tool ja 6 kuvan keskiarvot otettu bias-vähentämättömistä raakadatakuvista

[wm-x]

Pahoittelut en tajunnut että giffejä kun puhelimella selaan. Hienoa kun olet perehtynyt tähän asiaan noin huolella.

En nyt tiedä ymmärränkö asian oikein, mutta jos pinotun kuvan kohina taso on sama niin eikö se ole silloin sama kuvata isommalla iso arvolla ja tällöin välttyy ainakin pienen iso arvon mahdollisella datan alaskertomiselta?

Toisaalta taas jos unity gain on määritetty, niin paras sillä kuvata jolloin itse saa nostaa haluamansa datan esiin? Vaikka on kohinan kannalta sama onko iso arvo korkeampi?

Enempää fotoneitahan tuo kamera ei ota oli se sitten iso 12800 tai iso 1600.

Olet tuohon d5100 perehtynyt, jostain jäänyt mieleen että iso 400 olisit sillä kuvannut? Oliko sinulla parempaa tietoa tuosta optimi isosta tuolle kennolle?

[Kuulapaa]

Oletus oli, että pinojen välillä olisi ollut jonkinlainen ero, ainakin ISO500 ja 1600. Ja oletin ISO500:n olevan lopputulokseltaan parempi. Nyt kuitenkin näyttää vahvasti siltä, että juuri näissä olosuhteissa ja tällä kennolla eroa ei ole. Perimmäinen kysymys kun oli selvittää itselleni millä herkkyydellä minun kannattaa tuossa pihalla kuvata.

Jos tätä sitten kuitenkin katsoo vähän laajemmasta perspektiivistä, täytyy muistaa, että lähtödatassa suurempi herkkyys tarkoittaa ainakin tilastollisesti suurempaa kohinaa. Mutta onko kyseessä vaan ISO-kerrottu signaali kuten pinot tuntuvat osoittavan? Ja jatkaen; pääseekö huolellisella matalan herkkyyden datan prosessoinnilla sitten parempiin lopputuloksiin vai ei?

Kenno ei tosiaan muunna yhtään enempää fotoneita kuin sille saapuu ja loppu on vain matematiikkaa. Yksi kuitenkin on selvää, pikselikohtainen dynamiikka laskee kun herkkyys nousee ja se tuntuisi nyt olevan jonkinlainen peruste käyttää matalia herkkyyksiä. Kuitenkaan tuon 1e/ADU-rajan alle menemisestä ei ole ymmärtääkseni mitään hyötyä.

Mikä sitten on optimiherkkyys? Jotenkin tuntuu, että tämän testin perusteella tuohon on entistä vaikeampi sanoa varmasti mitään.

Ps. ISO400 vaikuttaisi ihan hyvältä D5100:lla omien kokemuksieni perusteella.

[wm-x]

Alkoi asia itseakin kiinnostaa. Pelottaa lähinnä että liian pienellä ISO:lla jää jotain saamatta. Nyt olen pitänyt tuota iso 800 tuolla d5100, kuhan saan näiden öiden kuvat pinottua ja käsiteltyä niin tarkistan laskenko siitä.

[Timpe]

Jos tätä sitten kuitenkin katsoo vähän laajemmasta perspektiivistä, täytyy muistaa, että lähtödatassa suurempi herkkyys tarkoittaa ainakin tilastollisesti suurempaa kohinaa. Mutta onko kyseessä vaan ISO-kerrottu signaali kuten pinot tuntuvat osoittavan? Ja jatkaen; pääseekö huolellisella matalan herkkyyden datan prosessoinnilla sitten parempiin lopputuloksiin vai ei?
Kenno ei tosiaan muunna yhtään enempää fotoneita kuin sille saapuu ja loppu on vain matematiikkaa. Yksi kuitenkin on selvää, pikselikohtainen dynamiikka laskee kun herkkyys nousee ja se tuntuisi nyt olevan jonkinlainen peruste käyttää matalia herkkyyksiä. Kuitenkaan tuon 1e/ADU-rajan alle menemisestä ei ole ymmärtääkseni mitään hyötyä.

Juuri näin. Voit vaikuttaa s/n-suhteeseen tietyllä kamerakennolla vain valottamalla pidempään, jolloin sinne fotonikaivon (yksittäisen pikselin) pohjalle ehtii kertymään riittävän merkittävä määrä fotoneita jotta tämä tulkitaan signaaliksi. Toinen tapa on tietysti käyttää suurempaa apertuuria keräämään niitä fotoneita, mutta jos oletetaan putki samalla tavoin vakioksi kuin tuo kennon tyyppi, niin sen voi unohtaa.

Kameran sisäinen signaalivahvistus (=ISO herkkyyden nosto) sen perusvahvistuksen (unity gain) päälle vain yrittää vahvistaa niiden olemassa olevien fotonien antamaa signaalitasoa tietyllä kertoimella, ei se keksi mistään uusia fotoneita niiden puuttuvien tilalle vaan ne täytyy lähtökohtaisesti kerätä valottamalla kohdetta riittävästi. Jossain himmeässä kohteessa kameran pikselille saattaa tulla vain yksi kuvitteellinen fotoni per viisi minuuttia. Jos valotat tätä kohdetta kamerallasi vain 2,5 min ajan, niin todennäköisyys on 50% jotta pikseliin osuu fotoni tai ei osu. Vastaavasti 10 min valotuksella samaan pikseliin osuu sitten kaksi kuvitteellista fotonia, joka antavat kameran muuntimelle vahvemman signaalin kuin 5min valotuksen yksittäinen fotoni (joka saattaa sekoittua lukukohinaan tms. virheisiin). Edellinen siis rankasti asioita yksinkertaistaen ja ympäristömuuttujia unohdellen sanottua. Voit siis huoletta jättää järkkärin herkkyysasetuksen sinne "unity gain" tasolle ja antaa kuvankäsittely- ja pinoamisohjelmien hoitaa muunlaisen fotonien yhteenlaskennan.

[Kuulapaa]

Niinpä juuri. Vertailtavuuden vuoksi pidin valotusajan muuttumattomana. Usein näkee testejä, jossa herkkyyden nosto on linkattu vastaavasti lyhenevään valotusaikaan ja niissä korkeammat herkkyydet tuppaavat kohisemaan aina enemmän. Oli kuitenkin yllättävää, että otetussa sarjassa ei loppujen lopuksi ollutkaan eroa ISO500 ja ISO1600 välillä. Ennakkoajatuksena kun oli se, että signaalivahvistuksen voimistuminen olisi näkynyt myös lopputuloksessa jonkinlaisena nettokohinan lisääntymisenä. Näin ei ollutkaan, ainakaan tällä kameralla. hmmm...

[kvahlman]

Oli kuitenkin yllättävää, että otetussa sarjassa ei loppujen lopuksi ollutkaan eroa ISO500 ja ISO1600 välillä. Ennakkoajatuksena kun oli se, että signaalivahvistuksen voimistuminen olisi näkynyt myös lopputuloksessa jonkinlaisena nettokohinan lisääntymisenä. Näin ei ollutkaan, ainakaan tällä kameralla. hmmm...

Jaa, nämä on tietysti aina vähän subjektiivisia arvioita mutta omaan silmääni kyllä sumujen heikommat alueet kärsivät noissa animaatioissa ja kohina on "rumempaa" tai "rakeisempaa" kun kasvatetaan ISOa. Tämä tietysti biasoituu sillä että tein itse vastaavia testejä viime keväänä ja totesin että oman Canon 450D:ni ISO400 on ainut mitä on järkeä käyttää, suuremmilla nimenomaan heikommat yksityiskohdat alkoivat suttaantua ja kohina muuttui karmeasta hirveäksi.

[Kuulapaa]

Sokkovertailu, klikkaa isoksi.

Kuvassa on siis sekaisin ISO500/10min, ISO800/10min ja ISO1600/10min Ha valotukset, kuvat on ainoastaan venytetty.
Näillä arvoilla D600 näyttää toimivan tasaisesti herkkyydestä huolimatta, vrt termi "isoless".

[Timpe]

Jos saisi arvata, niin kuvien järjestys vasemmalta oikealle on  ISO1600, ISO800 ja ISO500...
Menikö pahasti pieleen?

[Kuulapaa]

Jos saisi arvata, niin kuvien järjestys vasemmalta oikealle on  ISO1600, ISO800 ja ISO500...
Menikö pahasti pieleen?

Hyvä arvaus, listasin ne vaan järjestyksessä vasemmalta oikealle 500, 800, 1600.
Sinänsä mahdoton tehtävä kun kaikki näyttävät samalta ja analyysityökalutkin antavat kutakuinkin samat tulokset. 

Mutta, jotain psykologista noissa voi olla kun ISO1600:sta väitetään parhaaksi. Olen itsekin tuijotellessani noita sydänsumun pinokuvia välillä "ollut varma" tuon korkeimman herkkyyden "paremmuudesta". Saattaa olla, että kohina asemoituu kuvassa juuri sellaiseksi, että aivot tulkitsevat sen pieneksi tms.

[Timpe]

Itse asiassa noissa testikuvissasi taitaa olla "kohinaliuku" vasemmalta oikealle, jossa yksittäiskuvan vasen reuna on hitusen vähäkohinaisempi kuin oikea reuna. Tällöin kuvien rajalla verrataan oikean reunan kohinaisempaa kuva-alaa seuraavan kuvan vasemman reunan vähemmän kohinaiseen kohtaan kuva-alaa ja järjestykseksi tulee laskeva sarja... tjsp.
Mene ja tiedä, kun erot ovat noin vähäisiä...

[Pappis]

Sokkovertailu, klikkaa isoksi.

Kuvassa on siis sekaisin ISO500/10min, ISO800/10min ja ISO1600/10min Ha valotukset, kuvat on ainoastaan venytetty.
Näillä arvoilla D600 näyttää toimivan tasaisesti herkkyydestä huolimatta, vrt termi "isoless".

Kuvissa on mielestäni melko selviä eroja kun osaa katsoa oikeaan paikkaan. Mielestäni keskimmäisessä kuvassa heikoimmat tähdet näkyvät selvimmin, vasemmassa vähän heikommin ja oikealla heikoimmin. Syynä tähän taitaa olla oikean kuvan (ISO 1600?) heikkoihin kohteisiin nähden hallitsevampi kuvakohina. Ja tällä perusteella järjestys on mielestäni vasemmalla ISO800, keskellä ISO500 ja oikealla ISO1600. Jos jatkaisit tätä testiä pidemmälle, tyyliin parin tunnin datat samalla tavalla, niin ero kävisi varmaan selvemmäksi.