既然Iso越高噪点越多，那么把iso开到最低，曝光时间拉长，是不是就可以得到一张画质非常好的照片？

幸福侠侣

既然Iso越高噪点越多，那么把iso开到最低，曝光时间拉长，是不是就可以得到一张画质非常好的照片？
原文地址：https://www.zhihu.com/question/472876923

卡卡

星空题材是风光摄影中一个非常吸引人的题材，十年星空经验，告诉大家，拉长曝光时间，可以有效回避明度噪点和暗部彩色噪点，而曝光时间的增加会带来cmos热噪点的增加，但是值得庆幸的是，热噪在连续拍摄的照片中出现在cmos的相同位置。但是如果没有带赤道仪，曝光时间的拉长，使得原本拍摄的银河变成了星轨，如何拍摄纯净的星空，根据不同的相机，有效的去除照片的噪点，您需要耐心的往下看。


噪点对画质的伤害是不言而喻的，画面中太多噪点也影响我们后期的力度，所以噪点的控制要从拍摄阶段就开始逐步控制，这样才能留给后期更大的余地，毕竟后期降噪大部分时候也是对画质做减法，我们应该把更多的精力放在控噪上，才是事半功倍！接下来我就从噪点的本质和噪点类型具体剖析，如何针对不同类型的噪点来控噪！




噪点类型
从本质上讲噪点就分为两种：
1 、电信号杂讯噪点，弱光情况，传感器会得到更多的杂讯，这样会产生更多的噪点。此类噪点呈现颗粒状（明度噪点），彩色（颜色噪点），通常带有绿色、紫色等色彩信息，而且此类噪点会影响画面细节表现。
明度噪点：


整个图像中出现的近似颗粒状的粗糙部分就是“亮度噪点”，它们不具有颜色。如如果花费精力去除这些亮度噪点的话，就很容易降低图像的锐度，会模糊不清.
彩色噪点：


一般情况下，彩色噪点的大小会是亮度噪点的数倍至数十倍，表现为色斑。这些色斑主要集中在图像的暗部，而在明亮或白色被摄主体占据大部分画面的图像中不是十分明显。
TIPS:电杂信号噪点产生的本质：“弱光”
造成弱光有两种可能：
1.夜景或者黑暗条件下拍摄，在快门和光圈其他参数已经固定的情况下，使用高iso并没有本质的提高进光量，而是放大了模拟信号而已，带来的彩色噪点和明度噪点。
2.即使是白天是用了相机的低感光度，画面中的暗部曝光不足，在画面的暗部，会成为彩色噪点的重灾区。


将曝光不足的片子在lightroom中提亮后的局部对比图
2、热噪。在长时间曝光时，由于单反传感器散热不畅会导致CMOS升温，从而产生热噪。此类噪点的一般形式呈现为亮点状，带有一定的色彩值但不明显。有时候热噪点是伴随着明度噪点和颜色噪点一起产生的尤其是夜景的拍摄。这些红色，绿色 颜色特别的亮点就是热噪点。


为了方便大家理解，我后期去除了热噪点，看到石头上的彩色色斑，红一块，绿一块的就是彩色噪点，水里面颗粒状的就是明度噪点，为啥石头上的彩色噪点这么严重（除了明度噪点还有彩色噪点）？而水里的彩色噪点为什么没有那么严重呢？ 电杂信号噪声是曝光不足产生的，水面反光，接受的光比岩石多，曝光更充足，所以没那么多暗部彩色噪点。


高ISO的噪点依然要比长曝的噪点更多，而且更加难以处理。因此，如果在光线极弱的环境下进行拍摄，过长曝光或者过高ISO都是不可取的。高ISO与长曝同时发生时，因高感产生的噪点不会因为长曝而快速增加。比如夜景拍摄，用30s曝光，3200的感光度，同时有热噪点，和高感产生的噪点，但是到了3200这个级别，再往上高感噪点iso6400 iso12800 的颗粒感增大就没那么大了，最重要的是保证正常曝光，避免画面的有暗部，为暗部是彩色噪点重灾区。


《冰湖星夜》星空和雪山，湖水采用15张堆栈叠加降噪，山脚下的村子和前景小花破晓后的蓝光时刻拍摄，这样地景的画质会很干净，也方便对前景小花做景深包围。
前期控制噪点的几种方法
噪点问题，任何相机都无法避免的，我们拍摄时，如果想要尽可能减少噪点，需要怎么做呢？
针对电杂信号噪点的前期降噪方法：
1.机身降噪
只对JPG存储格式有作用，对RAW格式没有作用，而且还浪费等量的曝光时间去降噪，在日常拍摄星空的时候建议不要开启机身降噪功能。
“向右曝光降噪理论：电杂信号噪点的产生的根本原因就是cmos接收的光信号不够！，所以提高曝光量可以减少电杂信号噪点。”
2.加大光圈：还有镜头本身的素质，T值通光量，决定有多少光会被cmos接受，肯定是光圈越大越好，通光量越大越好，这是器材层面的，我们今天不做讨论啊。对于器材那就是买买买，钱能解决的问题都不是问题！
3.提高ISO降噪
提高iso 也能降噪？我没听错吧？心里一定画个大问号，这跟传统的理论不要一样，大家肯定认为iso越高画面就越渣。向右曝光，当ISO升高时，电子噪声的信噪比并不会下降，向右曝光使得 cmos获得更充足的光信号转变为电信号。之前也说过噪点主要集中在暗部，曝光充足了，暗部的彩色噪点将大幅减少。
在实际测试中我们可以看到，其实关于高ISO感光的降噪，主要是“涂抹”，因此高ISO降噪的效果是去除了彩噪，但对于噪点颗粒的去除效果并不好，而且高ISO下，反而会出现色彩结块的现象。可见提高iso降噪的效果是有的，但也不特别理想。
4.增加曝光时间
机身长曝光降噪效果是比较好的，增加曝光时间对于电杂信号噪点的去除是非常的给力的，副作用就是长曝光会产生热噪点，之前讲过热噪点主要是长曝光，机器长时间工作过热产生的，但是热噪点具有固定性，所以后期也有办法去除，相比电杂信号噪点的处理容易些。


可见300s拍摄的地景更加的干净，噪点更少。


《夜空中最亮的星》天空使用16张平均值堆栈拍摄，地景采用300s曝光合成最终效果图
5.采取堆栈的拍摄方式，后期利用平均值堆栈降噪
6.使用1DXii 等高信噪比机身


《壁立千刃》采用A7S高感机身+sigma 20 f1.4大光圈镜头+堆栈的拍摄方式控制噪点的最终效果
针对热噪点的前期控制方法：
1. 拍暗场
扣上镜头盖，同环境，同参数拍摄一组照片，由于热噪点出现的位置比较固定，基本这样拍就是一个黑底，图片上只有一些热噪点的的彩色亮点，ps里差值叠加和之前拍摄的图片，就可去除热噪点
2. 尽量短曝光，后期用堆栈来模拟长曝光。
3. 冷冻CCD相机或者给机身加风扇散热。（天文摄影经常使用）


《如有神柱》去除热噪点后的最终效果图
TIPS:
1.热噪点有个特性：位置比较固定。2.高感光度和长时间曝光都会提升噪点。但在正常的曝光范围下，高ISO带来的噪点提升更明显。长曝也会增加热噪，但长曝对于高ISO带来的噪点提升不大。而且对于长曝带来的热噪，机身后期几乎可以完全去除。

清风寡欲

看到邀请者的ID，惊觉来头不小，加之这个问题我也确实一知半解。
本着学习的目的，查阅了一些资料后，强答一番，如有错误之处，还请各位指教（轻杠）。
<hr/>

谈及ISO感光度和噪点，
通常，普遍会认为这二者的关系无非是：
“随着ISO感光度的提高，相片的噪点也会随之增加”
即“高ISO=高噪点”。
那，这样理解正确吗？
答案是：

现象或许如此，但二者之间的关系并非如此。

在3年前写的单反科普系列的ISO感光度一文中，我简单介绍过ISO指的是“数码相机中CMOS图像传感器对光线的敏感度”。
但对于这其中的关系并没有做任何阐述，
因此，在查阅了相关资料后，鄙人试图从ISO感光度、噪点、动态范围等方面再简单地讨论下它们之间的关系，
毕竟，“知其然”还得“知其所以然”嘛。
(由于鄙人并非信号处理等领域专业人士，如有错误的地方也烦请各位指正。)
本文大致内容如脑图所示：


01 何为噪点？

谈及噪点，我曾“简单”地将噪点的产生都归结于高ISO，而每一次使用高ISO都是一种“不得已而为之”。
比如：
在光线不佳的情况下，光圈已开到最大，只有通过提高ISO来换取快门速度，
至于噪点嘛，管不了那么多了，拍到比什么都重要。
但这样的理解真的有些“简单”。


噪点这个词翻译自Noise。
Noise我们都知道，是噪音的意思。
因此，在摄影语境中，噪点其实指的是Image Noise，也就是图像噪声（以下以“噪声“取代“噪点”）。
在胶片时代，其实并不存在“噪声”，有的只是化学反应所产生的颗粒（Grain）。
而在数码相片时代，噪声主要是来源于图像传感器噪声（此处图像传感器指的是CCD or CMOS 传感器），即：

图像传感器在对光信号进行转换输出后所本不应该产生的像素点。

或者

图像传感器采集图像过程中受传感器材料属性、工作环境、电子元器件和电路结构等影响所产生的各种噪声，通常由电子干扰产生。

说人话就是：传感器由于受到了“干扰”，所以产生了“噪声”，
并且噪声主要容易出现在图像的黑色区域上。
如何理解这些噪声，还是要先从“图像是如何从相机中产生”谈起。
<hr/>02 相机成像原理

相机的发展历史

每个人应该都学过“小孔成像”的故事，而相机的成像原理最早也可以追溯到“小孔相机”：

“景到，在午有端，与景长。说在端。”
“景。光之人，煦若射，下者之人也高；高者之人也下。足蔽下光，故成景于上；首蔽上光，故成景于下。在远近有端，与于光，故景库内也。”[1]

《墨经》中的这个故事发生在两千多年前，大致说的是墨子和他的学生做了一个实验：
发现物体被光照射后，透过小孔呈现的是相反的图像。


巧合的是，差不多时代的亚里士多德，比墨子晚了几十年后，也提出了“暗箱（Dark Room）”的概念。
可惜的是，这个概念在那之后的一千多年里，都没人理会。
直至黑暗的中世纪结束，文艺复兴开始，欧洲的画家才偶尔发现可以利用“暗箱”[2]作为绘画的輔助工具。
最开始的暗箱（Camera Obscura），只是在黑暗屋子的墙上挖个孔，将外面的景物投射到平面上，类似于这样：




15世纪末，文艺复兴三杰之一的达芬奇在他的《大西洋抄本》[3](Codex Atlanticus)中首次明确描述了“暗箱”的草图：



《大西洋抄本》(Codex Atlanticus)中的暗箱草图

于是后来的艺术家，基于达芬奇书里的草图，开始给暗箱装上了凸透镜、反光镜。
目的便是：画作的临（chao）摹（xi）。
当时的“暗箱”类似于这样：


（比较有意思的是，由于利用“暗箱”等同于作弊，如今的”暗箱操作“一词便源于此。）
再后来，法国人达盖尔利用“暗箱”的原理，花了十多年时间找到了感光材料（碘化银铜板），并把它放进了“暗箱”，发明了世界上一台真正的相机（可携式木箱照相机[4]）
第一台相机差不多长这样：



第一台相机和“临摹”的暗箱外观几乎一致

差不多50年之后，柯达（Kodak）公司又找到了另一种感光材料，也就是胶卷，并且发明了便携式的胶卷相机。
再然后，柯达的电气工程师又革了自己的命，发明了数码相机。
（再再然后柯达破产了。）
数码相机的成像原理



数码相机的成像流程，简单地可以归纳为：
按下快门 > 光从镜头进入 > 光经过传感器（光电\模数转换）> ISP/DSP进行优化处理 > 输出（存储卡or屏幕）


如果稍许复杂一些便是：


整个流程主要涉及到三个部分：镜头、图像传感器（CMOS）和信号处理器（ISP & DSP）。
（现如今的相机使用的基本都是CMOS图像传感器，CCD图像传感器由于“高感太差”、“成本太高“等因素已几乎被历史所淘汰。）
典型的CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）结构如下图[5]所示：



A typical CMOS image sensor

CMOS的工作原理是：

当外部图像的光信号通过透镜平行入射到CMOS图像传感器的PD上后，像素电路把各自入射的光信号转为电信号，随后由列读出电路对信号处理，并送至ADC，实现模拟信号的数字化，最后再根据设定的数字图像格式把图像信号输出[6]。

注：此处的PD指的是光电二极管（Photo-Diode）,ADC指的是模数转换器（Analog to Digital Convert），至于Bayer Mosaic Raw本文便不做叙述了。
因此，CMOS图像传感器可以理解为就是一个像素转换芯片（camera-on-a-chip），




像素列转换流程图

一般而言，CMOS上的每一个像素列（Pixel Row）都至少拥有一个光电二极管（Photo-Diode）、一个模数转换器ADC（Analog to Digital Convert）和一个放大器（Amplifier）。
（所谓的2000万像素也可以简单理解为：2000万个像素列（光电二极管）的集成体。）
这其中，光电二极管（Photo-Diode）的作用是让每一个像素列都可以进行电荷转换；
ADC（模数转换器）的作用是将模拟信号转变为数字信号；
而增益模拟放大器（Amplifier）的作用便是放大光信号，
四舍五入的话，也可以理解为放大ISO感光度。


提高ISO感光度的意义

通常意义下，提高ISO感光度便意味着：
使用像素的“放大器（Amplifier）”模拟提高了像素列的信号强度（亮度）。
（此时像素列接收到的光子并没有变化，也就是后文即将说到的"Gain"）
也就是说，提高ISO感光度等同于“掩耳盗铃“似地“模拟”了更佳的光线条件，
在操作上，使得相机可以得到更快的快门速度。
但其实，“噪声”在这之前早已产生，
提高ISO等同于将这些“噪声”进行放大。
举个例子：
假设曝光条件不变，在曝光期间，ISO感光度设置为100，单个像素接收到了500mV的光子，产生的噪声为50mV，那么SNR（信噪比）为10：1，
若将ISO翻倍提升至200，在曝光时间减半的情况下，单个像素接收的光子也减半为250mV。但噪声依旧为50mV，此时SNR（信噪比）为5：1。
注："信噪比（SNR，SIGNAL-NOISE RATIO）“一般意义上，数值越大代表着“噪声”越少。"
因此，根据这个例子，甚至可以“简单”地理解为：
若ISO为100时有100个噪点、提升ISO至200时，约等于将得到200个噪点（此处只是不严谨地比喻）。


那么这些原始噪声究竟是如何产生的呢？
它的主要来源，还是要追溯到“随机噪声”。
<hr/>03 噪声的产生

前面说到数码相片中噪声的主要来源于是图像传感器噪声，
而它们按类型可大致分为两个大类：模式噪声和随机噪声[7]。
随着ISO感光度的提高，不同类型的噪声也会有不同的变化规律。
噪声的分类



模式噪声
主要有固定模式噪声（Fixed Pattern Noise，FPN，也称固定图像噪声）和光照响应非均匀性（Photo-Response Non-uniform，PRNU）两种；
随机噪声
可以分为光子散粒噪声（PhotonShot Noise，简称散粒噪声）、热噪声（Thermal Noise）和读取/读出/本底噪声（Noise Floor）等多种。
一般认为，影响CMOS图像传感器系统的噪声源主要为这其中的4种：固定模式噪声、散粒噪声、读取噪声和热噪声。
注：本文仅讨论CMOS图像传感器噪声。
固定模式噪声（FPN）

维基百科对它的定义是：

Fixed-pattern noise ( FPN ) is the term given to a particular noise pattern on digital imaging sensors often noticeable during longer exposure shots where particular pixels are susceptible to giving brighter intensities above the general background noise.[8]

翻译成人话就是：长曝光情况下所产生的明显更亮的像素点。
在信号处理领域，一般会认为：固定模式噪声主要来源于暗电流的不同以及像素中有源晶体管的性能波动。
先看下固定模式噪声、随机噪声和条带噪声图像的不同区别：



http://www.cambridgeincolour.com/tutorials/image-noise.htm

最左边的便是长曝光下的“固定模式噪声”，我认为特别像是把彩色跳跳糖洒了在画面上。
中间和右侧噪声图像的分别是“随机噪声“和”条状噪声“。
固定模式噪声由于受“暗电流”影响，
主要有3个特性：
1.通常出现在很长时间的曝光中；
2.如果温度升高，噪声会加剧；
3.相同条件下（温度、曝光时间、ISO 速度）时，固定噪声产生的噪声像素分布基本一致。
由于这三个特性，
有些星空摄影师甚至会选择在拍摄前冷冻相机（因为温度每降低7℃，暗电流减半，反之亦然）。


当然，也有设备厂商为科学（土豪）级摄影生产了自带冷却的设备来控制暗电流，比如我买不起的QHY CCD：
还有些星空摄影师（摄影大佬）会在拍摄前，先盖上镜头盖拍摄一张全黑的照片，随后后期通过“差值”的方式降低“固定模式噪声”；
但值得注意的是，这种方法必须是在相同条件下（温度、曝光时间、ISO 速度一致）操作。
并且，这样也只能缓解“固定模式噪声”（毕竟它是相对”固定“的），对于“随机噪声”几乎没用（毕竟相对“随机“）。
散粒噪声、热噪声和读取噪声

先说结论：
1.这三类噪声均为物理现象，几乎无法避免且很难消除；
2.散粒噪声占了噪声总量的大部分。
（下图的数据仅是在限定条件下。）



CMOS噪声分布图

A.散粒噪声（Photon Shot Noise）

散粒噪声是一种实验观测中的读出噪声，当观测中数量有限的携带能量的粒子（例如电路中的电子或光学仪器中的光子）数量少到能够引发数据读取中出现可观测到的统计涨落，这种读出的统计涨落被称作散粒噪声[9]。

直白点说就是：
经过镜头的光子在硅层内被转换成光电子，由于光信号的量子特性，相机捕获到的信号存在一定的不确定性。
并且由于光子的量子特性，它呈现的是泊松分布。



photon rain

它的计算公式是：
[10]

(q = 光子电荷 ( C) ，I = 经过电流  ( pA) ，Δf = 带宽 （Hz））

即：

可以看出，它和信号（光子or曝光量）的平方根有关。


随着光子增加、信号增强，相对的“噪声增加量“变得越少[11]。


所以理解散粒噪声只要知道这三点：
1.散粒噪声与光子数量有关；
2.散粒噪声与温度无关；
3.散粒噪声的值等于信号的平方根；
由于散粒噪声的存在是一种物理现象，并且泊松分布涉及到离散概率分布了，这里便不展开了。
“简单”理解为它很随机就可以了（此处又只是不严谨地比喻）



加了泊松分布噪声的图

B.热噪声（Thermal Noise）
热噪声，它又被称作“约翰逊–奈奎斯特噪声（Johnson–Nyquist Noise）“，属于白噪声，呈高斯分布，也可以理解为是上面读取噪声的一种。
它的形成原理为：

由于热搅动导致导体内部的电荷载体（通常是电子）达到平衡状态时的电子噪声，与所施加电压无关。[12]

也可以理解为是由电阻内部电荷载子的热扰动产生的。
翻译成人话就是：电阻造成的噪声。
热噪声属于电阻器的本征噪声，基本无法避免上也无法消除。
C.读取噪声（Read Noise）
读取噪声，顾名思义就是相机在读取/读出信号（Read Singal）时产生的噪声。
其原理就是成像过程中，电子通过放大器放大信号和模数转换器（ADC）转换过程中所引入的噪声。
由于读取电路的不同，所以读取噪声的计算也不相同。有些可能根据热噪声公式进行计算，也有可能根据1/f噪声公式进行计算，还有可能是二者的串联或并联（此处不做详细介绍了）。



光子进入CMOS传感器

既然长曝光会容易造成“固定噪声”，“随机噪声”又几乎都很难消除，
是不是意味着拍摄一定要用低ISO感光度，并且要尽量不使用长曝光呢？
其实也不尽然，因为现今的不少相机已经具备了Dual Native ISO或者ISO Invariant（ISOless）技术。
<hr/>04 Dual Native（Base） ISO（双原生ISO）& ISO Invariant（ISOless）



谈到ISO感光度，我们都知道在相机的ISO设置中，有些相机最低可以到设置到ISO32（甚至更低的显示为“Lo”）、最高可以达到ISO102400（甚至更高的显示为“Hi”）。
比如我在DxO[13]上对Nikon D850、Sony A7R IV和Canon EOS R5三台相机的参数进行了对比。这三者的ISO感光度范围分别为：32-102400、50-102400和100-51200。


既然前面说到提高ISO感光度等于变相增加噪声，
那厂商提供那么高ISO感光度的意义是什么？

因为如今的新款相机已具备Dual Base ISO（Dual Native ISO）和ISO Invariant（ISOless）技术。

说到"Dual Base ISO（Dual Native ISO）"和"ISO Invariant（ISOless）",
必须先谈谈这其中涉及到ISO感光度三个比较容易混淆的概念：
Base ISO（基础ISO）, Native ISO（原生ISO） 和 Expanded ISO（拓展ISO）

A.Base ISO（基础ISO）
指的是相机的原始ISO感光度（意味着该数值的ISO感光度还未经放大器（Amplifier）模拟放大）。
B.Native ISO（原生ISO）
也可以理解为Native ISO Range，指的是放大器可模拟提高ISO感光度的动态范围（一般指意味着可以模拟放大的最大原始ISO感光度范围，与动态范围息息相关）。
另外，Base ISO和Native ISO经常会被混用。
C.Expanded ISO（拓展ISO）
指的是超出默认ISO感光度动态范围后可扩展的范围（相机内部数码放大或缩小的ISO，比如ISO Lo和ISO Hi，可以理解为和通过后期软件增加曝光差不多）。
再看一下这三台机器在不同ISO感光度下的读取噪声（数据来源于DxO[14])：



Nikon D850 vs Sony A7R IV vs Canon EOS R5  Measured ISO



Nikon D850 Read Noise



Sony A7R IV Read Noise



Canon EOS R5 Read Noise

以Sony A7R IV为例，来看一下Read Noise图表的意思：
我标记的黄色区域为Native ISO，而标记的绿色区域为Expanded ISO（低于ISO  的为ISO低拓展区域、高于ISO  的为ISO高拓展区域）。



Sony A7R IV Read Noise

另外，从图表中可以明显发现读取噪声（Read Noise）在ISO接近于318的时候并没有沿之前的斜率增加，反而有一个明显下降。
这是为什么呢？
这就要提到Dual Base ISO（Dual Native ISO）了。
Dual Base ISO（Dual Native ISO）& ISO Invariant（ISOless）

Dual Base ISO代表着在一台相机内有两个基础ISO，
其本质也就是在CMOS中提供两种信号增益（GAIN）方式：



Dual ISO原理

注：由于不同厂商为获得双ISO使用的是不同的技术手段（增益方法），因此也出现了不同的称呼。比如有的称为Dual Gain Amplifier（DGA），有的称为Dual Conversation Gain（DCG），但这些都是Dual Gain的范畴。做法的不同之处在于，有的是放在像素上进行增益，有的是放在ADC电路上，此处便不进行展开。不论是DGA还是DCG，二者最终目的都是为了实现双ISO，从而能实现弱光情况下的降噪。
索尼也在日常的宣传中表明出了该技术的存在。
下图是FX9摄影机的介绍，可以看出在ISO 800至6400这个范围内，ISO800和ISO4000的噪声几乎相同。


所以，还是以上面Sony A7R IV的读取噪音为例：


ISO100和ISO318也就可以理解成是Sony A7R IV的两个Native（Base） ISO（也有把ISO400这个数值称为跳变点的）。
而通常意义下，该相机画质最佳的ISO便是100和318左右。
再对比一下一台比较老的相机（Nikon D90）的读取噪声数据，D90的噪声随着ISO提升就没有任何跳变。


我选取了几家厂商近几年的部分相机，发现它们都存在至少1个跳变点：

• Sony A7RIII
  
• Nikon  Z7
  
• Canon  1D Mark III , 6D Mark II
  
• FujiFilm  X-T3
  

Sony A7RIII



Nikon  Z7



Canon  1D Mark III



Canon  6D Mark II



FujiFilm  X-T3

我查阅到，有国外摄影师（Jeff Stovall）对该技术进行了测试[15]（由于手头的Nikon D810并不具备该技术，因此只能引用他文章内的相关内容。）
测试使用的是Sony A6500，该机器的跳变点和Sony A7 RIV的一致，均为ISO318。
该相机的读取噪声曲线如下：



Sony A6500 Read Noise

他基于ISO Invariant的假设，拍摄了ISO320、640、1250、2500、5000、10000和20000共8张照片：



Unadjusted raw exposures

随后，通过Lightroom对这8张照片进行提亮，查看了修正后同样亮度下的噪声：



Images after exposure and highlights/shadows adjustments.



Comparison of ISO 320 Exposure (+4 Brightness) and ISO 5000 Exposure

结论是：

• 在对照片进行了提亮后，ISO320的噪声高于ISO5000；
  
• ISO 320和ISO 400相比，ISO400确实如噪声曲线，ISO400的噪声更少。
  

Comparison of ISO 320 Exposure and ISO 400 Exposure (Both at +4 Brightness)

无独有偶的是，也有使用相同手段测试了FujiFilm X-T1的ISO Invariant：



Image shot at 1/400 sec at f/5.6, ISO 200, increased exposure by 3 stops in Lightroom.




至少从结果来看，ISO1600的噪声与ISO200 时比较接近。
虽然该技术可以使噪声在高ISO有一些“缓解”，但同时其实也带来了新的问题：
那便是高ISO会损失动态范围（Dynamic Range）
动态范围（Dynamic Range）

说到动态范围，很多人应该第一想到的是“宽容度”。这二者虽相似，但又有一些不同。


动态范围的维基解释[16]是：

动态范围（英語：dynamic range）是可变化信号（例如声音或光）最大值和最小值的比值。也可以用以10为底的对数或以2为底的对数表示。

而宽容度（Exposure Latitude）的维基解释[17]是：

曝光宽容度，或宽容度，指感光元件对于不同曝光时间下还原光线相对强度的能力。宽容度高的感光元件，在曝光不足时有较小的噪声；在曝光过度时有较大的饱和阈值，从而都能够正确还原光线的相对强度。

这二者的关系，与高ISO与噪声的关系比较接近：
虽有相关性，但不是绝对关联。
换算成比较通俗易懂的理解就是：
动态范围与CMOS有关，但宽容度还与拍摄环境有关。
动态范围越大，可拍摄的明部与暗部的细节越多；
宽容度越大，可后期的空间越大。
回到刚刚的问题，当ISO感光度与动态范围也是息息相关的。
比如下图，对比ISO6400和ISO1600，ISO6400时高光细节便消失了：


还是以Nikon D850、Sony A7R IV和Canon EOS R5这三台机器做比较：



Nikon D850 Photographic Dynamic Range versus ISO Setting



Sony A7RIV Photographic Dynamic Range versus ISO Setting



Canon EOS R5 Photographic Dynamic Range versus ISO Setting

即使是新机器，动态范围也在ISO400后逐渐减小。
<hr/>


总结：

相信看完以上，便会明白ISO感光度和噪声、画质的关系，即：
虽然有关系，但不是直接关系。

以上。

清风寡欲

目前我能想到的高画质照片，只有飞思IQ4 150MP配合高素质镜头+合理光线、运动状态下不虚的主体+高品质后期+超过30厘米边长的高品质打印输出，才能获得，缺一不可。
对于画质，并不简单是ISO越高，噪点越多，而是
拍摄主体越暗，拍摄的照片噪点越多。

数码相机是一个采集光信号的设备，当主体基本没有光线照射时候，相机就和进入山区或者是地下三层的停车场轿车上的收音机一样，玩命地收纳信号，可惜音量调节大，广播电台的声音大了，杂讯也随之增加。
而且，如果我们钻进漆黑的下水道，或者在一个拉好遮光窗帘的五星级酒店，或者是在无月夜阴天的旷野，其实都没啥好拍的。摄影毕竟是用光的艺术，没有明暗对比，没有动人光影，那就是公安部门用的红外线监控摄像头更好用！

所以为了获得画质好的照片，重点在
等待好光线、给主体补光才是根本

等待主体有充足光线照射（风景的远山夜景，在月光下，或者接近天亮时候），或者是给主体补光（人像、静物摄影）。
不信你等深夜，拉上家里窗帘，用原生的ISO感光度最低的档位拍摄一张照片，一样噪点多多。
但是如果你在白天光线没有直射的场景，或者是在傍晚蓝调时刻，用ISO1600以上拍摄一张照片，噪点并不是接受不了。比如这是很多人瞧不起的EOS RP拍摄的，感光度你猜！
因为很多人评价有无噪点，一般是听说这张照片ISO到了1600，然后就打开大图仔细扒啦着看。如果你说这张照片ISO是400，他自带滤镜就觉着没啥噪点。


所以我拍摄星空照片时候，还是喜欢有月亮日子拍摄。月亮照亮了南迦巴瓦主峰的荚状云和山峰，也把天空变成蓝色，即便如此，下方的经幡没有光也是没法看，无论是使用什么低感光度、堆栈降噪都无法改变光比。所以我使用了LED灯来补光，一切就迎刃而解了。


没有月亮，我就选择我自己能照亮的前景来拍摄：



主体运动的场景，感光度高，画质好

如果你拍摄的主体是运动的，或者是手持拍摄风景并没有三脚架，这个时候，可能就需要背离f/8-16左右光圈+感光度原生最低的ISO100或者64拍摄模式。
可能为了抓拍飞鸟，使用1/2000秒快门优先，感光度自动，有多高飙多高了。这一张麻雀图，是我用很多人瞧不起的RF24-105mm F4-7.1 IS STM配合EOS R6机身拍摄的，感光度还是你猜。



滇金丝猴静若呆猪，动若脱免[1]，我用的又是望远镜式便宜+长焦的RF600mm F11 IS STM，所以只能拼高感光度。还是感光度你猜。



手持拍摄风景，不能拘泥于低感光度，小光圈

7年前，一位老大哥给我看一些在坝上拍摄的落日的照片，照片很美，但是在电脑上打开大图一看，都虚得没法看。老大哥拍腿后悔！
因为他们的老师告诉他们，拍风景就是f/16光圈，ISO 100.结果他们为了追求拍摄角度，并没有使用三脚架的情况下，用这个参数拍摄，照片都虚了，你还画质呢！
画质再好的照片，手抖拍虚了，也是废片。
主体不虚，高感光度下出现的噪点，完全可以使用各种后期手段去矫正。今天修正不好，今后软件还能发展。但是拍虚了的照片，目前还没有技术手段能完美修复。


尤其是长焦镜头拍摄风景照片，即便是用三脚架，狂风也容易导致照片因为抖动而虚掉，还是高感光度为好。这一张照片感光度就是ISO800



感光度在曝光三要素中最不重要，否则为啥有光圈优先、有快门优先，就是没有感光度优先呢？

检验医师

当我们想要得到一张噪点少画质好的照片时，我们要关注哪些？
首先这环境亮度要高，你半夜跑无人区拍照对比白天拍照，这画质肯定没得比对吧！
其次你相机要好，要新一代传感器，而且这个传感器面积越大越好，全画幅足够，中画幅更好。

白天拍照就不说了，画质差也差不到哪里去，我们要谈的肯定是暗光下的拍摄，譬如暗光人像或者星空银河拍摄，这种环境下拍照我们该如何提升画质。





在一个暗光环境里，我们假设这个亮度是固定的，如果要拍出高画质的照片，只能从曝光参数上下手，用大光圈镜头和增加曝光时间都是很好的办法。就比如这张照片，如果我用F4的光圈拍摄，如果要拍摄同等亮度的照片就得ISO12800，这画质肯定会变差；这张的噪点已经很少了，但如果我还想提升画质，可以把快门速度调到1/50秒，这样ISO可以降低到640左右，画质还能有一定的提升。


接下来我们聊聊ISO，这相机的cmos接收了镜头传来的光线数据，将其转变成电信号然后生成RAW文件，ISO的作用是什么呢？是把这个电信号放大，本来照片很暗放大后就亮了，问题是这个放大属于全体放大，这数据里可是有噪点的也一起放大了，这就是高ISO下带来的噪点问题。
数据里有噪点其实也很好理解，如果你买一些低端的音响，把音量开大后也会伴有一些噪音，当然好的音响可以把这种噪音压制住。
（这段说的不太严谨，欢迎批评指正我好修改）
所以从理论上来说ISO100拍并提亮三档和ISO800拍不提亮的画质是差不多的，你这个时候会不会有种“啊那这ISO有啥用啊！”的想法？
当然不是所有相机都是这样，佳能6D、6D2、RP、5D3这类使用古老传感器技术的相机就不符合上面这个，这类相机使用高ISO拍摄画质要比低ISO+提亮好，这也是一直以来大家吐槽佳能的原因之一。如果你用的是尼康、索尼、松下的微单，或者你用的是佳能新传感器微单，就不会有这种现象。
<hr/>此外还有一种技术叫双原生ISO，也有叫双增益的，原理我这里也说不清楚大家可以查查资料，简单来说就是给了两个基准ISO而不是一个，高的那个ISO降低了传感器的阱容达到降低噪点的效果，可以带来更好的高感和高动态范围。
松下S1H、S5、S1使用的IMX410传感器就有这个双原生ISO，数值是100和640，那么这个在实际拍摄中该如何使用呢？你可以粗暴的理解为用这几款相机拍摄时只用两个ISO数值，一个是100一个是640，不需要用其他的ISO了，这个粗暴的用法不一定准确，但大多数时候都适用。



那么还有哪些相机有这个双原生ISO呢？我们去兰拓空间查一下动态范围就可以找到，你可以看到D850的动态范围在ISO400的时候有个反弹，那么这D850的双原生ISO应该就是100和400。
几乎所有的在产索尼微单都是双原生ISO（也有说是双增益的，厂家和媒体的说法也比较乱，大家理解就好），譬如A6400是100和500，A9是100和640，A7M3A7C是100和640，其他的型号我也不是很清楚，大家可以网上查查资料。



兰拓这个没测640只测了400和800，所以你会看到ISO800才有反弹

讲这个的意义在哪里呢？就是上面提到的那个粗暴玩法：当我用A7M3拍照的时候只用两个ISO，分别是100和640。
【既然Iso越高噪点越多，那么把iso开到最低，曝光时间拉长，是不是就可以得到一张画质非常好的照片？】
现在我们来看这个提问，你就有答案了：不一定ISO100画质最好，在暗光环境下我们用ISO640（假如设备是A7M3、Z6、S5）画质会更好。
<hr/>那么是不是更高的ISO就没用了？我们在讨论问题的时候不能脱离实际，譬如你暗光环境拍妹子的时候为了追求画质降低了ISO，同时你这快门速度也会变慢，太慢的快门速度会导致糊片，就算你相机防抖能力强但这妹子多少也会有抖动，我们为了保证不糊片可不得用高一点ISO吗？
又比如拍银河星空的时候，当我用30秒曝光时放大看星星会有明显脱轨，你说这算星星吗？虽然我用了低ISO但这都不像星星了又有啥意义？



当然还有一些人说反正我不放大看，这小图看没问题就行，见仁见智吧。



如果有人和我抬杠，说咱就考虑理论情况，假如上三脚架暗光拍摄静态物体或者环境，是不是用双原生的高基准ISO配合长曝光就行了？也不是这样的，你还得考虑长曝光带来的噪点问题。
放大看下这里面的各种彩色噪点，这就属于热噪，长时间曝光就会带来这样的问题，别问我为什么要曝光501秒，问就是无聊闲得慌！


这种噪点怎么消除呢？打个比方你某天半夜拍星空银河（手动对焦），所有照片都拍完了准备撤，这时候你盖上镜头盖，使用相同参数再拍摄一张照片，你会得到一张全黑的照片。说全黑可能有点不准确，你这张照片上绝对会有彩色噪点，这就是热噪。为什么要拍这样一张照片呢，当你在PS里后期处理的时候，导入这张全黑照片放在你要修的照片图层上面，然后选择差值，就能去除你照片里的彩色噪点。


这个技术叫做暗场降噪。

经常拍星空的朋友可能还会有个问题，在星空摄影里有个技术叫堆栈，通过拍摄多张再堆栈来达到降低噪点的目的，譬如我这张的地面就做了堆栈。



这是在几乎全黑的环境下拍摄的，参数是15秒、F1.4、ISO3200，从这个参数你就能感受到环境到底有多暗了，下图是单张的画质。



这是堆栈后的画质，有了一个非常明显的提升。



那这个时候该如何处理ISO、曝光时间、堆栈张数之间的关系呢？还是老样子，用双原生的高基准ISO拍摄（譬如A7M3的ISO640），曝光时间尽可能长但不要出现星星拖轨，拍摄16张堆栈，这样的画质理论上是比较好的。
为什么是16张呢，根据经验我们发现4张ISO3200照片堆栈画质后和ISO1600差不多，如果你想要达到ISO800的画质那就得16张，想要达到ISO400的画质理论上就得64张，这拍64张太浪费时间了，一般来说拍摄16张堆栈比较好。
（有人问星星能不能堆栈，毕竟星星是移动的，这里可以用DSS插件对齐后堆栈）
<hr/>总结：
1、尽可能的使用新传感器的相机拍摄，索尼尼康全部、佳能除6D、6D2、RP以外的相机。
2、很多相机有双原生ISO，暗光拍摄时在保证不糊片的情况下可以使用双原生中的高基准ISO拍摄（譬如A7M3的ISO640）
3、低ISO+长时间曝光首先要考虑实际情况下允不允许你长曝光，其次要考虑长时间曝光带来的热噪问题。
4、热噪问题可以拍摄一张全黑照片进行暗场降噪，高ISO带来的噪点问题可以用拍摄多张再平均值降噪的方式来提升画质。

感谢阅读，本文可能会有一定错误，欢迎批评指正我好做修改！我们嘉心糖都是很厉害的人！

继续前进

这里要知道几种噪声：
热噪声：CMOS自身工作发热带来的噪声
散粒噪声：光子分布造成的噪声
这两种噪声是照片里的噪点的来源
高ISO，实际上有一个预设条件，就是等效曝光。
快门 1s 光圈2.8 ISO100
如果你需要ISO1600，那么你必然会变成：
快门 1/16 F/2.8 iso1600
注意到了吗？进光量变了！
同理，夜间使用高ISO的背景条件是 夜间进光量微弱！
所以实际上背后的答案，就是“高感噪点有很大一部分来自于光子分布自身”
微弱的进光量带来极低的信噪比，微弱的信噪比带来了更明显的噪声。
所以即便是胶片时代，高ISO胶卷拍摄，画面的清晰度依然是很低的，当然其中还有一部分银盐颗粒巨大的原因
还有一部分噪声来自于放大器电路

所以，长曝光能提升进光量，那么它能减少噪点吗？
可以。
对于胶片系统来讲，这几乎是无限制条件的可以
但是对于数码相机来说，这有个限制，那就是 热噪声。
电子元件工作时间长了发热，带来的噪声，会逐步降低信噪比，使得长曝光照片最后一样充满噪点