Шумы на матрицах зеркалок

На параллельном форуме тут зашла речь о шумах на матрицах при длительных выдержках. Мне по практике астрофото казалось, что в целом значение шумов достаточно константное и потому с ростом выдержки, идёт что-то типа насыщения, по мере роста выдержки прирост шумов слабеет. Народ возражал, что нифига, шумы растут постоянно и сильно.

Собрал в кучу 178 штук дарков (кадры с разными выдержками и ISO при закрытой крышке, фактически и есть шумы с матрицы) от астрофото, переименовал их скриптом по iso/выдержке/температуре камеры. Данных для сравнения в одних условиях оказалось мало, так что придётся потом заняться отдельно съёмкой, пока вышло так.

Отступление. Как измерялось. RAW'ы открываю в Iris. Как измерить статистику целиком — не знаю, выделяю просто то, что вижу на экране, это около полутора мегапикселов, смотрю статистику.

Сперва измерил в лоб, оценивать начал минимальное значение пиксела, максимальное, среднее и медианное. Быстро понял, что медианное и среднее практически равны (распределение шума симметричное, возможно, нормальное) и равны почти всегда ~2048. Потом сообразил, что это в RAW же хранится сигнал + bias, смещение, чтобы избегать отрицательных значений, и для Canon у меня bias равен 2048. Стал вычитать. Среднее и медиана стали всегда около нуля. С точностью до 1..2. Минимальное и максимальное значение быстро стали стремиться к пределам. То есть пиковый разброс для полутора миллионов отсчётов почти всегда достигает крайних значений. И стал оценивать только сигму, как меру среднего (точнее - среднеквадратичного) отклонения. Каковая и является мерой степени шума.

Перейду сразу к самым длинным сериям.

ISO	выдержка, сек	температура, °C	сигма
3200	1	34	33.38
3200	2	34	35.83
3200	4	34	37.34
3200	8	34	49.66
3200	15	33	53.49
3200	30	33	79.12

График:

С одной стороны, на переходе 8 → 15 сек наблюдается некое плато. Которое я на практике и наблюдал обычно, сделав вывод о насыщении. С другой стороны, на 30 сек — явный выброс. К сожалению, дарк при этой температуре только один, так что не оценить, проблема это снимка, фотоаппарата или моей теории. Пробую другую серию, чуть хуже с точностью температуры, но хоть что-то:

ISO	выдержка, сек	температура, °C	сигма
3200	1	26	35.26
3200	2	28	36.43
3200	4	26	38.69
3200	8	27	44.89
3200	15	26	50.47
3200	30	26	56.48

График:

Вот это уже ближе к тому, что я ожидаю. Но интересно будет продолжить дальше, минуту, пять минут, десять... Таких данных пока нет, надо будет организовать попозже

Немножко ещё цифр для оценки влияния ISO и температуры:

ISO	выдержка, сек	температура, °C	сигма
1600	1/8	33	17.92
1600	1/4	33	17.78
1600	1/2	33	18.00
1600	1	33	18.57
1600	2	33	19.48
1600	4	27	18.70

ISO	выдержка, сек	температура, °C	сигма
6400	8	11	63.27
6400	15	11	65.18

Рост шумов от ISO:

ISO	выдержка, сек	температура, °C	сигма
1600	2	33	25.64
3200	2	33	38.26
6400	2	33	67.17

Вот тут интересно и неожиданно для меня. Я давно (и подтверждённо чужими исследованиями, собственно, это и были источники информации) считал, что реальная чувствительность матрицы весьма ограничена (у зеркалок обычно в диапазоне ISO400..800) и выше некоторого предела рост чувствительности в JPEG'а растёт только за счёт программного умножения сигнала (отсюда и шумы, лезущие из младших бит данных). А в RAW'е, соответственно, роста чувствительности уже нет. Ну и считал за граничную цифру измеренную на разных тестах «чувствительность матрицы», для современных зеркалок это обычно что-то уровня ISO550..570.

Как оказалось, не знаю что там с сигналом, но физические шумы растут и на переходе ISO 1600 → 3200, и на переходе ISO 3200 → 6400.

В общем, как бы б не оказалось, что в астрофото выгоднее, таки, снимать на 6400, чем на 3200. Шумы-то можно убрать сложением, а вот сигнала полезного будет больше.

В общем, промежуточный итог такой.