fuji x secrets Rauschfreie Bilder mit ISO 12800? – mit ISO-Äquivalenz und passender Motivwahl kein Problem

[Rico Pfirstinger]

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Dieses Bild ist ein SOOC JPEG ohne externe Nachbearbeitung, aufgenommen mit ISO 12800:

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Warum ist es so rauschfrei?

3 Gründe: 

1. GFX.

2. ISO-äquivalente Einstellungen – in Wirklichkeit wurde die Aufnahme auf RAW-Ebene mit ISO 3200 gemacht, aber das steht so nicht in den EXIF-Daten, da sich EXIFs stets auf das SOOC JPEG beziehen.

3. Motivwahl: Viele helle oder weiße Bereiche (damit praktisch kein oder kaum Photonenrauschen) und auch viele dunkle bis schwarze Bereiche, in denen Photonenrauschen ebenfalls kaum auffällt.

bearbeitet 21. August 2021 von Rico Pfirstinger

[Rico Pfirstinger]

Mit Lightroom geht das übrigens genauso gut und rauschfrei:

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[Rico Pfirstinger]

Was lernen wir daraus?

1. Bei ISO kann man ganz leicht lügen und gleichzeitig die Wahrheit sagen. ISO-Äquivalenz ist ein toller Trick, um mit spiegellosen Fuji-Kameras den Dynamikumfang praktisch auszureizen, man kann damit aber auch gut tricksen und eine unredliche Agenda verfolgen.

2. Es kommt aufs Rauschen des Lichts an – und somit aufs Motiv. Je nach Motiv kann ein Bild mit ISO 1600 verrauscht aussehen und eins mit ISO 12800 klar und  glatt.

3. Größere Sensoren fangen auf ihrer größeren Fläche mehr Licht ein – ergo weniger Photonenrauschen. Binsenweisheit.

[Rico Pfirstinger]

Hier das komplette Demoalbum inkl. der ISO-äquivalenten Originalaufnahmen in Provia und Classic Neg. 

https://www.flickr.com/gp/ricopfirstinger/z1t61M

 

[Rico Pfirstinger]

Wir können also festhalten:

1. Die Frage, bis zu welchem ISO-Wert man eine Kamera mit "wenig Rauschen" verwenden kann, ist sinnlos. Ein Bild aus Kamera X kann bei ISO 80 rauschen und ein anderes Bild aus derselben Kamera bei ISO 12800 nicht rauschen – es hängt vom Motiv und seiner Belichtung ab, insbesondere natürlich auch davon, welche Bildbereiche verstärkt (hochgezogen) werden. Sogar auf die Filmsimulation kommt es an. Eterna rauscht zum Beispiel mehr als Velvia.
2. ISO bezieht sich immer auf das SOOC JPEG, das bei der Aufnahme erstellt wird. Tatsächlich gilt es streng genommen nur für Aufnahmen mit Werkseinstellungen, also Provia. Weitere in der Kamera erzeugte JPEGs (eingebauter RAW-Konverter, etwa via X RAW Studio) oder extern entwickelte Bilder (RAWs in Lightroom etc.) behalten zwar diese EXIF-Daten, aber diese beziehen sich längst nicht mehr unbedingt auf das dort erzeugte Ergebnis. Auf die EXIF-Daten kann man sich also nicht verlassen.

[kernpanik]

vor 22 Stunden schrieb Rico Pfirstinger:

3. Größere Sensoren fangen auf ihrer größeren Fläche mehr Licht ein – ergo weniger Photonenrauschen. Binsenweisheit.

Hierzu eine Frage: Hängt das streng genommen wirklich von der Sensorgröße (Fläche) ab, oder eher von der Größe der einzelnen Sensorpixel (sprich der Auflösung)?

[Objektivfett]

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vor 4 Minuten schrieb kernpanik:

Hierzu eine Frage: Hängt das streng genommen wirklich von der Sensorgröße (Fläche) ab, oder eher von der Größe der einzelnen Sensorpixel (sprich der Auflösung)?

Ich fand das hier verwendete Bild/Modell zum Photonenrauschen ganz gut.

Damit lässt sich erklären, dass bei "großen Sensortöpfen" das Rauschen gemittelt also vermindet wird. Diese Sichtweise bezieht sich aber nur auf die Betrachtung eines "Sensortöpfchens". Wie Rico ja schon öfters angemerkt hat, mittelt sich das Rauschen aber auch beim Herunterrechnen von vielen Sensortöpfchen auf eine kleinere Auflösung.

[Rico Pfirstinger]

vor 8 Minuten schrieb kernpanik:

Hierzu eine Frage: Hängt das streng genommen wirklich von der Sensorgröße (Fläche) ab, oder eher von der Größe der einzelnen Sensorpixel (sprich der Auflösung)?

Es hängt von der Fläche ab und von der Quanteneffizienz. Die Pixelgröße muss dafür keine Rolle spielen, da spielen viele Faktoren hinein, etwa wie Bauweise (BSI) und die Mikrolinsen.

[Rico Pfirstinger]

Für die hiesige Betrachtung ist die Empfindlichkeit des Sensors ohnehin irrelevant, es ist egal, ob die Basis bei 25 wie beim iPhone oder bei 200 liegt. Es geht hier letztlich ja nur darum, dass hohe ISO-Werte nicht automatisch mit hohem Bildrauschen und niedrige mit wenig Bildrauschen verbunden sein müssen. Und diese Feststellung gilt für JEDEN Sensor, auch für ältere, die nicht ISOlos sind. Die Art der Verstärkung spielt keine Rolle, es geht vielmehr darum, WAS verstärkt wird – also um Inhalt und Qualität des Eingangssignals, um das Photonenrauschen des Lichts. Wenn man eine schwarze Wand so fotografiert, dass sie im EVF und SOOC JPEG hellgrau bis fast weiß erscheint, kann man das gut und gerne mit ISO 25600 tun. Wenn man dieses Bild dann im RAW-Konverter wieder soweit runterzieht, dass die Wand im exportierten JPEG schwarz erscheint, wird dieses Ergebnis so gut wie rauschfrei sein. Damit kann man dann in Foren oder Testberichten angeben und – streng genommen ohne zu lügen – erzählen, dass dieses perfekte Ergebnis mit ISO 25600 aufgenommen wurde.

bearbeitet 9. März 2021 von Rico Pfirstinger

[Rico Pfirstinger]

Wenn wir unser Beispiel mal nüchtern betrachten und umrechnen, sehen wir schnell, dass es viel weniger beeindruckend ist als es auf den ersten Blick scheint.

Die EXIFs sagen ISO 12800, und das stimmt natürlich auch auch für das originale SOOC JPEG, das mit DR400% ISO-äquivalent überbelichtet wurde (siehe Flickr). Die korrekt belichteten RAW-Daten wurden mit ISO 3200 aufgenommen, ETTR auf die Lichter.

ISO 3200 an einer GFX100 entspricht aber nur ca. ISO 890 an einer X-T4. Und wenn ich nun sage, dass ich dieses Bild mit ISO 890 und einer X-T4 gemacht habe, ist niemand mehr allzu beeindruckt. 

[MightyBo]

vor 14 Minuten schrieb Rico Pfirstinger:

Und wenn ich nun sage, dass ich dieses Bild mit ISO 890 und einer X-T4 gemacht habe, ist niemand mehr allzu beeindruckt. 

Dann nehme ich oben mein Herzchen wieder weg 🤪

Peter

[MightyBo]

Aber jetzt doch noch mal eine Nachfrage, wieso DR400, muss es nicht DR800 heißen? Also von 3.200 auf 12.800 sind doch 2 Blendenstufen.

Peter

[Rico Pfirstinger]

Gerade eben schrieb MightyBo:

Also von 3.200 auf 12.800 sind doch 2 Blendenstufen.

Deshalb DR400%. 

[MightyBo]

vor 1 Minute schrieb Rico Pfirstinger:

Deshalb DR400%. 

Ach ja, genau. Hatte mich vertan. Ich nutze das so selten.

Peter

bearbeitet 9. März 2021 von MightyBo

[UweHB]

Am 9.3.2021 um 21:34 schrieb Objektivfett:

Ich fand das hier verwendete Bild/Modell zum Photonenrauschen ganz gut.

Damit lässt sich erklären, dass bei "großen Sensortöpfen" das Rauschen gemittelt also vermindet wird. Diese Sichtweise bezieht sich aber nur auf die Betrachtung eines "Sensortöpfchens". Wie Rico ja schon öfters angemerkt hat, mittelt sich das Rauschen aber auch beim Herunterrechnen von vielen Sensortöpfchen auf eine kleinere Auflösung.

Es ist erstaunlich das sich der Schwachsinn des sichtbaren Photonenrauschens immer noch in den einschlägigen Foren und Publikationen hält. Die Erzeugung des Lichts, wenn man es als Teilchen annimmt, ist ein statistischer Vorgang mit einer Rate im Bereich von 100ns, was einer Frequenz von 10 MHz entspricht. ein Kameraverschluss mit 1/8000s kommt da auf gerade mal 8 kHz. Somit ist klar das es hier zu einer Mittelung der ausgesendeten Photonen kommt und somit es nicht möglich ist das Rauschen der Photonen sichtbar zu machen. Unsere Augen können es aus diesem Grunde ebenso nicht. 

[Rico Pfirstinger]

Das ist natürlich kein Schwachsinn. Dieser klassische Artikel zum Thema ist als Einstieg hilfreich: https://www.dpreview.com/articles/8189925268/what-s-that-noise-shedding-some-light-on-the-sources-of-noise 

bearbeitet 14. März 2021 von Rico Pfirstinger

[mjh]

vor 1 Stunde schrieb UweHB:

Es ist erstaunlich das sich der Schwachsinn des sichtbaren Photonenrauschens immer noch in den einschlägigen Foren und Publikationen hält. Die Erzeugung des Lichts, wenn man es als Teilchen annimmt, ist ein statistischer Vorgang mit einer Rate im Bereich von 100ns, was einer Frequenz von 10 MHz entspricht. ein Kameraverschluss mit 1/8000s kommt da auf gerade mal 8 kHz. Somit ist klar das es hier zu einer Mittelung der ausgesendeten Photonen kommt und somit es nicht möglich ist das Rauschen der Photonen sichtbar zu machen. Unsere Augen können es aus diesem Grunde ebenso nicht. 

Vergiss die Frequenzen, die sind irrelevant. Das Photonenrauschen lässt sich nun im Gegensatz zu anderen Arten des Rauschens mathematisch präzise angeben, nämlich als Quadratwurzel der Anzahl der gesammelten Photonen. Bei 10.000 Photonen haben wir also einen Rauschanteil von 100 Photonen. Bei 1000 Photonen wären es 33, bei 100 Photonen 10, also 10 Prozent. Das kann man sehr gut sehen.

[MightyBo]

vor 8 Stunden schrieb mjh:

Vergiss die Frequenzen, die sind irrelevant.

Genau. Klugscheißmodus an*: Die Frequenz stellt den Energieinhalt des Photons dar. Diese Energie muss ein Mindestmaß aufweisen, also eine Mindestfrequenz, damit ein Elektron im Silizium des Pixels auf ein „höheres“ Energieniveau gehoben weden kann und damit frei im Silzium beweglich wird und so für Schaltkreise detektierbar wird. Unterhalb dieser Frequenz, bzw. Energieinhalt kann ein Sensor deshalb kein Licht detektieren. Da diese Mindestenergie bei 1,1eV liegt, sind Sensoren bis in den nicht sichtbaren Infrarotbereich, ca. 1.100nm,  „sehend“, also irrelevant für uns. Die Frequenz des Lichtes sollte nicht damit verwechselt werden wie häufig Photonen auf ein Pixel treffen. Klugscheißmodus aus*.

Peter 

[FxF.jad]

@mjh, @MightyBo, Danke Michael! Danke Peter! So früh am Morgen und schon so viel gelernt. Ihr füllt da eine schmerzliche Lücke des öffentlich rechtlichen Bildungsauftrags. Da hab ich bei 50 Jahren Sendung mit der Maus doch grundlegendes verpasst. Ich fürchte nur, die Photonen sind so schnell durch mein Hirn gerauscht, wie sie gekommen sind. Das nennt man wohl Sieb. - Es klingt jetzt vielleicht all zu sehr spöttisch, ironisch , flapsig, ist aber überwiegend ernst gemeint.

[bernd!]

vor 1 Minute schrieb FxF.jad:

@mjh, @MightyBo, Danke Michael! Danke Peter! So früh am Morgen und schon so viel gelernt. Ihr füllt da eine schmerzliche Lücke des öffentlich rechtlichen Bildungsauftrags. Da hab ich bei 50 Jahren Sendung mit der Maus doch grundlegendes verpasst. Ich fürchte nur, die Photonen sind so schnell durch mein Hirn gerauscht, wie sie gekommen sind. Das nennt man wohl Sieb. - Es klingt jetzt vielleicht all zu sehr spöttisch, ironisch , flapsig, ist aber überwiegend ernst gemeint.

Das mit den Photonen wurde bei der Maus nie behandelt, kam aber bei Löwenzahn vor 😂

[FxF.jad]

vor 1 Minute schrieb bernd!:

Das mit den Photonen wurde bei der Maus nie behandelt, kam aber bei Löwenzahn vor 😂

Peter Lustig - Ich vermisse Dich!

[MightyBo]

 Als interessante, sehr hochwertige, aber auch geistig  anstrengende YT Serie zu Themen der Physik und auch sehr viel zum Thema Licht, kann ich die Reihe „von Aristoteles bis zur Stringtheorie“ von Prof. Dr. Gaßner aus dem Kanal „Urknall, Weltall und das Leben“ wärmstens empfehlen. H. Gaßner versteht wie kein anderer, hoch komplexe Themen aus der Physik mit seinen Orangen auch für Laien anschaulich zu erklären, dabei geht er für den Interessierten auch mathematisch an der Tafel ins Detail, ist aber keine Voraussetzung für einen Zugang. Allerdings sollte man so ein Projekt, mit bisher 65 Folgen, langfristig sehen. Einige Folgen musste ich auch mehrmals ansehen um die halbwegs zu verstehen. Gerade die Quantenelektronendynamik, die das Licht beschreibt, ist nicht einfach zu verstehen.
Was schrieb Einstein dazu?: „die ganzen 50 Jahre bewusster Grübelei haben mich der Antwort der Frage “ Was sind Lichtquanten“ nicht näher gebracht. Heute glaubt zwar jeder Lump, er wisse es, aber er täuscht sich“. 

Lump Peter

[Objektivfett]

vor einer Stunde schrieb FxF.jad:

[...] Da hab ich bei 50 Jahren Sendung mit der Maus doch grundlegendes verpasst. [...]

Falls Du diese Sendung mit Peter @MightyBo verpasst haben solltest.

bearbeitet 15. März 2021 von Objektivfett

[UweHB]

vor 13 Stunden schrieb mjh:

Vergiss die Frequenzen, die sind irrelevant. Das Photonenrauschen lässt sich nun im Gegensatz zu anderen Arten des Rauschens mathematisch präzise angeben, nämlich als Quadratwurzel der Anzahl der gesammelten Photonen. Bei 10.000 Photonen haben wir also einen Rauschanteil von 100 Photonen. Bei 1000 Photonen wären es 33, bei 100 Photonen 10, also 10 Prozent. Das kann man sehr gut sehen.

Leider falsch. Wie du in jedem wissenschaftlichen Buch über Quantenoptik nachlesen kannst, folgt die statistische Verteilung der ausgesendeten Photonen der Bose-Einstein-Verteilung für thermisches Licht. Lediglich die von einem Laser ausgesendeten Photonen unterliegen einer Poisson-Verteilung.

Mit Hilfe der auftretenden Frequenzen habe ich versucht klar zu machen, dass die Änderung in der Anzahl der Photonen die den Sensor während der Belichtung erreichen viel zu groß ist, so das diese mit einer Verschlusszeit von 1/8000s nicht festgehalten werden kann.

Referenz: Thomas Walter, Was ist Licht. 

[UweHB]

vor 14 Stunden schrieb Rico Pfirstinger:

Das ist natürlich kein Schwachsinn. Dieser klassische Artikel zum Thema ist als Einstieg hilfreich: https://www.dpreview.com/articles/8189925268/what-s-that-noise-shedding-some-light-on-the-sources-of-noise 

Dieser Artikel entbehrt jeder wissenschaftlichen Grundlage. Einige der Aussagen sind einfach falsch. Leider gibt es in solchen Artikeln keine Hinweise auf seriöse Literatur. Warum wohl?

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