ISO: Litt om lysfølsomhet, bildestøy og støydemping

Kameraets, eller rettere sagt bildebrikkens lysfølsomhet måles i ISO. Ved samme blenderverdi vil en dobling av ISO-verdien (f.eks fra 100 til 200) halvere lukkertida (f.eks. fra 1/125 sek til 1/250 sek). Bildebrikken er gjort dobbelt så lysfølsom, og trenger derfor bare halvparten så mye lys. I motsetning til film kan en bildebrikkes lysfølsomhet endres fra eksponering til eksponering, noe som er en av digitalfotograferingens store fordeler.

Som med film, blir bildene mer kornete med høyere ISO-verdi. I den digitale verden omtales kornigheten som bildestøy, og den kan være av to typer: Strukturstøy, som ligner mest på den typen korn som ligger i en filmemulsjon, og fargestøy, som viser seg som fargeprikker inne mellom strukturstøyen. Men bildestøyen i et digitalt bilde er i dag vesentlig mindre enn i film med tilsvarende ISO-verdi, og i tillegg fins det programvare som gjør det mulig å redusere støyen enda mer. Slik programvare fins i kameraet, der produsentene har prøvd å finne fram til det optimale forholdet mellom støy og skarphet i bildene, men også som frittstående programmer til PCen.

Bildene i to rekker under viser hvordan bildestøyen øker etter hvert som ISO-verdien i kameraet justeres opp. Bildene er tatt med en Olympus E-30 og en Zuiko Digital 35 mm f3,5 makro. Den høyre rekken viser virkningen av støydempende programvare, i dette tilfellet Neat Image. Innstillingene i Neat Image er valgt med utgangspunkt i å både beholde mest mulig skarphet, men samtidig å redusere bildestøyen synlig. I sum betyr dette en relativt forsiktig støyreduksjon. 

Motivet ble fotografert med ISO-verdier fra 100 til 3200, og et utsnitt ble tatt av den mest støyutsatte delen av bildet, markert med den hvite rammen på bildet. I de to bilderekkene nedenfor er utsnittet gjengitt ubehandlet til venstre, og etter behandling i Neat Image til høyre.

                                                Ubehandlet                                                                                               Etter støyfjerning i Neat Image

ISO 100  
               Lite synlig støy i bildet ved ISO 100, og dermed heller ikke mye å hente på støyfjerning.

ISO 200  
               Svakt synlig kornstruktur i de mørke partiene ved ISO 200. Etter støyfjerning ser bildet ut som ubehandlet ISO 100 både med tanke på kornstruktur og skarphet.

ISO 400  
               Kornstrukturen er klart synlig, men ikke sjenerende. Etter støyfjerning er kornstrukturen framdeles som ved ubehandlet ISO 100, men skarpheten i pollenfilamentene er litt dårligere.

ISO 800  
               Ved ISO 800 kommer kornstrukturen tydeligere fram, og noe fargestøy kan anes. Etter støyfjerning er bildekvaliteten omtrent som ved ubehandlet ISO 200, men med litt svakere skarphet.

ISO 1600
               Tydelig kornstøy, men framdeles lite fargestøy. Støyfjerning gir en jevn overflate uten større korn, men går her synlig ut over skarpheten.

ISO 3200
               Ved ISO 3200 tar både korn- og fargestøy av. Noen fargepunkter overlever støyfjerningen, som ellers går synlig ut over både skarphet og detaljeringsgrad. Med unntak for fargestøy er
                   støynivået etter behandling i Neat Image omtrent som ubehandlet ISO 800, men skarpheten er vesentlig dårligere.

Med en E-30 går grensen for et akseptabelt, støyfritt bilde ved ISO 800 for min del (i alle fall med litt støydemping i etterkant), men det er også relativt uproblematisk å bruke ISO 1600 dersom man tar støydempende programvare som Neat Image i bruk. ISO 3200 kan bare brukes i nødsfall dersom man finstuderer bildestøyen, for her kan ikke Neat Image hente inn bildestøyen tilstrekkelig uten at det går merkbart ut over skarpheten i bildet.

Høy ISO påvirker også fargene i bildet, som det går relativt klart fram av de to bildene under. ISO 100 til venstre har et bredere fargespekter og andre grønnfarger enn ISO 3200 til høyre. Legg ellers merke til at forskjellen i bildestøy ikke er overvettes stor med denne bildestørrelsen, og er mest synlig i de mørkeste, nedre delene av bildet.

Bildet til venstre er klart mer tiltalende enn det til høyre, men kan det være mulig å hente inn såpass mye gjennom bildebehandling at forskjellen utjevnes? Jeg prøvde meg på dette, og lot ISO 3200 - bildet gå gjennom full behandling av farger, støy og skarphet. Resultatet kan du se her.

Bildestøy og piksler
Bildebrikken er avgjørende for hvordan bildet blir seende ut, men det er ingen direkte sammenheng mellom høyt antall piksler og høy bildekvalitet. Presses det for mange lysfølsomme dioder (piksler/bildepunkter) inn på en bildebrikke, må de enten pakkes tett sammen eller lages svært små. Begge deler er uheldig med tanke på bildekvalitet: Tettpakkede piksler påvirker hverandre lettere og forårsaker støy, og små piksler kan naturlig nok ikke håndtere så mye detaljert bildeinformasjon som store piksler. Dette er hovedårsakene til at digitale kompaktkameraer gir kornete, nærmest grøtete bilder; pikselhysteriet har presset så mange piksler inn på bittesmå bildebrikker at bildestøy er uunngåelig.

Store bildebrikker med store piksler samler mer lys, og har derfor bedre egenskaper under svake lysforhold og ved høye ISO-verdier. Et fullformatkamera som Canon EOS R6 har piksler med en diameter på 6,6 mikrometer (1 mikrometer = en tusendels mm), mens Nikon D500 med APS-C bildebrikke har piksler med en diameter på 4,2 mikrometer. Olympus OM-D EM-1x med 4/3 bildebrikke har på sin side piksler med en diameter på 3,3 mikrometer. Alle disse kameraene har bildebrikker på rundt 20 megapiksler, dvs. at det er 20 millioner piksler på bildebrikken. Dette betyr at bildebrikken i en R6 har 23 800 piksler per kvadratmillimeter, mens tallet for D500 er 54 300, og for EM-1x er det 90 500 (til sammenligning kan nevnes at bildebrikken på de fleste digitale lommekameraer har en størrelse på bare 6,6x8,8 mm, og skal det presses 20 megapiksler inn på den betyr det over 340 000 piksler per kvadratmillimeter!).

Ut fra dette burde man forvente at det er mer støy på et bilde fra en 4/3 bildebrikke enn fra de andre to, men dette gjelder egentlig bare ved høye ISO-verdier og i mørke bilder. Litt av forklaringen på dette er at det er den elektriske aktiviteten i pikslene som lager støyen, og støynivået øker derfor når lysfølsomheten i pikslene økes (dvs. når ISO justeres opp). Av samme grunn øker bildestøyen ved lange lukkertider, når det går strøm gjennom pikslene lenge. Ved lave ISO-verdier skiller ikke kameraene seg mye fra hverandre, men ved høye ISO-verdier er fullformatkameraer overlegne på grunn av de store pikslene som tar inn mye informasjon (stor oppløsning), og i tillegg sitter relativt romslig på bildebrikken slik at de ikke forstyrrer hverandre. Fullformatkameraer kan derfor ta fullt brukbare bilder med ISO 3200 og høyere, men i vanlig dagslys er som sagt forskjellen liten. Da kan du ta like gode bilder med en 4/3 bildebrikke.

Her kan det jo legges til at i nyere fullformatkameraer har man nå kommet helt opp i 60 MP bildebrikker (f.eks. Sony A7RV). På den bildebrikken er det nesten 70 000 piksler pr. kvadratmillimeter, så mange at det blir en hel del bildestøy ved høy ISO selv om dette er fullformat. Men detaljoppløsningen er jo helt utrolig...

Tilfeldige ISO-verdier
ISO-verdier er ellers bare en standard overført fra film-verdenen, og betegner i digital sammenheng et visst nivå av lysfølsomhet i sensorene. Dette nivået viser det seg at de ulike produsentene ikke alltid tar så nøye å kalibrere inn, slik at ISO 400 i to forskjellige kameraer kan gi ulike resultater. Tabellen under sammenligner kameraer av samme alder og med samme antall megapiksler, og viser at avviket mellom oppgitt ISO og reell ISO kan være relativt stort:

Tallene skriver seg fra DxO Labs tester av de ulike kameraene. Kameraene er modeller som for lengst har gått ut av produksjon, for DxO Labs har ikke gitt ut tilsvarende data for nyere kameraer. Men tabellen illustrerer den store variasjonen som det sikkert fremdeles er i kalibreringen av bildesensorer: E-410 ligger forholdsvis pent plassert, med relle ISO-verdier tett opp mot de oppgitte (med et unntak for ISO 100, som er noe mer følsom enn oppgitt). EOS 400D har derimot lysfølsomhet som ligger en del under det oppgitte. Kanskje en strategi for å oppnå bedre resultater i tester av bildestøy? En sammenligning av bildekvaliteten i E-410 og EOS 400D ved ISO 800 vil jo i realiteten bety å sammenligne et bilde tatt med ISO 811 med et bilde tatt med ISO 695. Men når sant skal sies, har jeg ikke funnet noen slike konsistente avvik ved sammenligninger mellom andre kameraer av de tre merkene. Noen ganger er Olympus mest lysfølsom, andre ganger Canon. Nikon ligger ofte i midten.

Tilbake

25.8.2011