Calculo del ruido del sensor de nuestra 40D

Vampyressa · #1 (**permalink**) 23/10/08, 20:45:07

Voy a intentar describir como se calcula y se compara el ruido que genera nuestra EOS40D (su sensor y sistema completo de captación) a diferentes ISOS de una forma matemática usando una herramienta (que luego os explicare que es) ya que a mi se me dan muy bien las matemáticas y creo que puede ser interesante para el foro y para el estudio en profundidad de esta cámara, he de decir que he usado herramientas muy comunes para el calculo como son el Matlab y mis manos....

y a partir de ellas he sacado lo que os voy a presentar

La idea me surgio de un post que lei por aqui que hablaba como ver el ruido de nuestra camara y pense ¿por que no cuantificarlo de forma matematica?, lo estudie un pelin y os pongo aqui lo que he hecho y mis resultados

Esto luego puede servir para poder comparar con otras cámaras ya de forma numérica y grafica y ver si de verdad una cámara es una mejor que otra o al revés, hoy lo voy a hacer con la mía propia 40D comparando sus ISOS os muestrare los resultados obtenidos que son de alguna forma claros y concisos y lejanos a la subjetividad y pueden servir para esa comparacion que no sea solo la "vista"

El experimento parte de hacer varias fotos a ISO 100, 400, 800, 1600 y 3200 y ver de forma matemática como varia el ruido interno de la 40D y no solo basarme en la observación subjetiva siempre del ojo que muchas veces mas que nada nos engaña ya que es algo logaritmico

Las fotos de donde obtener el estudio las he hecho a una cartulina blanca perfectamente iluminada (uniforme) y con el Histograma centrado ya que de esta manera puedo medir mejor el ruido hacia un lado y otro y he medido despues el ruido en los tres colores RGB y visto sus variaciones con el aumento del ISO por supuesto desconectando todos los correctores de ruido que lleva la cámara para isos altos, hacerla con una cartulina gris no aporta absolutamente nada ya que la cámara al centrar el Histograma esto lo elimina

He obtenido cosas muy muy interesantes que ni se me habían ocurrido pensar ni siquiera en plan ciencia a ficción como que el ISO y cierto viñeteo van correlados cosa que de verdad me sorprende mucho y veréis del calculo detallado que voy a poner como pasa me gustaria que alguien me explicase porque

Las condiciones han sido:

Foto a cartulina a 65mm de focal para que fuese intermedia mas o menos de la óptica que he usado, e ISOS crecientes como ya he explicado con trípode (aunque esto hubiese dado exactamente igual)

He de decir que la cámara se ha comportado estupendamente ya lo veréis en ruido digan lo que digan sus detractores y de forma matemática va a quedar expresado, es cierto que ahora lo bueno es comparar esto con otra y ver la mejora “de verdad” que se obtiene y no porque alguno diga que es mejor o la ve mejor si no porque comparemos números, esta claro que una 5D debería arrojar resultados al menos el doble de buenos que estos (ya vereis) y una IXUS por ejemplo o una Nikon pequeñita peores

No os pongo las 5 fotos hechas pero si os pongo las dos fotos extremos que he hecho con su Histograma, son recortes al 100% de la misma

La de 100 ISO

La de ISO 3200

Fijaros que aquí ya se nota el ruido en la foto pero sobre todo en el Histograma que se ve mas ancho, dándonos ya a entender la dispersión que esta generando el ruido que se muestra perfectamente en el histograma que si fuese perfecto esto es luz coherente seria una delta o mejor dicho para que lo entendais todos una linea, y cuanto mas ancha (solo en este caso) mas ruido se genera

Realmente con el MATLAB voy a calcular esa dispersión precisamente de ruido que se ve ene le histograma o de forma mas matemática voy a calcular el valor eficaz del ruido generado descontando el valor medio que evidentemente es la foto

Bueno diré para todos que Matlab es un programa matemático que permite el tratamiento entre miles de cosas mas de la imagen de forma muy sencilla transformando la imagen jpg en tres matrices de MxN elementos (siendo estos su resolución) de los tres colores que la forman y pudiendo a partir de ella calcular el valor eficaz de ruido que se produce, esto es muy importante porque ese valor DESCUENTA la media que es la imagen en este caso la cartulina que ha sido fotografiada dejando solo el ruido

Lo hago con los tres colores que forman la foto porque me parece muy didáctico ver el ruido de nuestro sensor y demas en cada uno de sus colores

Sigo en otro post

Vampyressa

Vampyressa · #2 (**permalink**) 23/10/08, 21:12:19

Bueno empecemos, he generado en Matlab el siguiente programa que no es necesario que ninguno entienda solo lo pongo para que si alguien le interesa lo siga, lo importante son los resultados

Os pongo solo el código de la de 100ISO porque los demás son los mismos y no merece la pena repetirlo, eso si lo voy a explicar por curiosidad de alguno

Cita:

% Medida de ruido

clear all% Borra todo antes de empezar

cd 'C:\Users\Vampyressa\Desktop\fotos'% cambiamos al directorio donde tengo las fotos

x = imread('prueba_ISO100.jpg'); % lee imagen jpg y la pasa a una matriz que es con la que voy a operar y obtener mis datos

image(x) % Como quiero dibujar la imagen esta instrucción asi lo hace

axis equal% para que no deforme la imagen dibujada porque me salian las graficas deformadas bufffff que horror hasta que lo arregle

Ahora de la matriz saco los tres colores os muestro el bucle que hago para calcular la desviación tipica que es lo que busco el color 1 es el rojo, el dos el azul y el tres el verde

% Saco la desviacion tipica de ruido de los tres colores

for color = 1:3
x_color = x(:,:,color); % aislamos un color de la imagen. x_color es una matriz. Los valores están entre 0 y 255.

x_color = double(x_color)/255; % pasamos a double para poder operar, y normalizamos: valores entre 0 y 1

std(x_color(

) % desviación típica (raíz de la varianza) de todo. Da un número.

end

Fijaros que pongo que he normalizado entre los valores 0 y 1 para que los valores resultado salgan en tanto por uno ¿vale? Asi se en tanto por uno la desviación de ruido de cada color a cada ISO

Bueno a lo que vamos que es mejor mostrar resultados, pues de esto obtengo lo siguiente

% Desviación típica por colores R, G, B; para ISO: 3200, 1600, 800, 400, 100:

resultados = [0.0283 0.0224 0.0230
0.0211 0.0183 0.0184
0.0197 0.0190 0.0185
0.0171 0.0172 0.0164
0.0179 0.0186 0.0173];

que pintadito obtengo esto

¿qué significa esto? ¿y por que no me gusto esta grafica que he obtenido?

Pues

1) Esta grafica da el nivel de ruido en tanto por uno (lo digo así para que me entendáis todos) de los tres canales que componen el CCD como veis va aumentando en función del ISO y por ejemplo a ISO 400 tengo aproximadamente el 17% de rojo y verde y el 16,5 de azul
2) Pues no me gusta por dos cosas veo que el ruido en 100 ISO es peor que a 400ISO y eso no me cuadraba ¿cómo puede ser esto........? ¿cómo es posible si siempre he creido en que esta sensibilidad es la mejor frente al ruidillo?...esto algo raro tenía

y habia que investigar

Bien esto me dejo mosca y analice la foto a ver que pasaba y pinte el ruido de la foto en una de sus componentes y en este caso la azul que me parecio mas hecha polvo y vi esto

Vi el ruido a 100ISO de la componente azul y.......viñeteo????????? pero si no lo habia en la foto orriginal

¡¡¡porras!!! Me dije parece que hay viñeteo a este componente fijaros que en la foto de ISO 100 de arriba apenas había nada.....de esto....y me dejo pensativa ya que puede haber viñeteo parcial por componente cromático.....bufff algo que no me esperaba,

Bien esto es una conclusion que dejo ahi....y que ya estudiare en otro momento porque es muy curioso ya que en las otras componentes no lo hay casi o menos fijaros en las curvas pero bueno voy a lo que iba

Como esto me estropeaba mi medida de ruido hice lo siguiente tome la imagen quitando el viñeteo, esto es, en la grafica que veis de ruido en el canal azul selecciono solo desde 2000 a 500 en el eje y y desde 500 a 3000 en el eje x para si quitarme ese viñeteo que para mi aumentaba de forma artificial el ruido y quedarme solo con el ruido del resto y asi lo hice en las demas componentes (fijaros en el resto de la imagen)

Para ello retoque de nuevo el programa fijando esos limites y asi ver asi que pasaba y claro era otra cosa mas normal..........

Sigo en otro post

Vampyressa · #3 (**permalink**) 23/10/08, 21:30:00

Sigo entonces variando el programa inicial para quitar esos trozos

Aquí pongo la modificación

Cita:

% Medimos ruido quitando las esquinas, para que no influya el vieñeteo este raro que he descubierto de componente

clear all% Borra todo

cd 'C:\Users\vampyressa\Desktop\fotos'% cambiamos al directorio

x = imread('prueba_ISO100.jpg'); % lee imagen

image(x) % si queremos dibujar imagen
axis equal% para que no deforme la imagen dibujada

% Calculo de nuevo fijando límites
for color = 1:3
x_color_centro = x(500:2000,:,color); % aislamos un color de la imagen, y cogemos sólo el centro.
% Habría que ajustar los números en función del tamaño en pixels de la imagen, de modo que se quiten
% las esquinas.
x_color_centro = double(x_color_centro)/255; % pasamos a double para poder operar, y normalizamos: valores entre 0 y 1
std(x_color_centro(

) % desviación típica (raíz de la varianza) de todo. Da un número.
end

y ahora obtengo esto

Cita:

% Quitando las esquinas:

resultados = [ 0.0273 0.0211 0.0216
0.0199 0.0169 0.0169
0.0182 0.0174 0.0167
0.0154 0.0155 0.0145
0.0129 0.0137 0.0122];

ISO = [3200 1600 800 400 100];

Que si lo pinto me queda

Que como se ve es mas normal aquí vemos como va subiendo el ruido de nuestra EOS40D en función del ISO y fijaros que aun así la componente roja en la 40D es un desmadre es siempre la mas ruidosa (curioso)

Esto último lo mismo depende de que habría que haber hecho la medida con una luz mas neutra no lo se fue la luz del sol y lo mismo algo influye pero el caso es que este es el ruido de mi cámara y se ve que es contenido:

Mis conclusiones son:

1) Entre 100 ISO y casi 800Iso el ruido NO SE DOBLA y en cambio la sensibilidad se multiplica por 8 ESTO ES MUY BUENO
2) De 800 Iso a 1600ISO prácticamente se mantiene ajustado pero se va el rojo a la porra que es el que de verdad estropea las fotos a1600, por eso al filtrar hay que tener en cuenta esto no os olvideis
3) Y a 3200 se va y se va...... tanto como mas del doble que a 1600 y encima la componente roja se pierde en los abismos del ruido
4) Esto nos puede servir para tomar otra foto en las mismas condicione sy comparar pero ya nosotros no una revista je je bueno ¿ehhhhh?

Me queda estudiar el porque ese viñeteo selectivo a la componente espectral y no a la foto completa,....lo he probado en varias focales y se aprecia mas o menos pero se aprecia por ejemplo en el rojo NO.......

Os he intentado enseñar algo muy util que os puede servir para que nadie os engañe con un poquito de programación que sepais, ademas de esto se pueden hacer miles de cosas mas por ejemplo filtrados, enfoques, yo quese....muchas cosas que yo por mi parte seguire, ,lo mismo me hago un Vampyshop

Ahor por curiosidad pinto la componente de ruido a ISO 3200 del azul

En fin espero que esto de algo os sirva

Saludos cordiales

Vampyressa

Vampyressa · #4 (**permalink**) 23/10/08, 21:35:04

¡¡¡ah!!!! una cosa mas espero que no haya sido muy rollo solo quedaros con las conclusiones y pensadlas lo mismo estoy equivocada pero creo que no, lo he repetido tres veces y me da lo mismo. y esto creo que ayuda ademas de nuestros ojos a tener un contacto bueno de nuestra camara en este aspecto

Voy a ver si me agencio alguna 50D y alguna 5D y presento los resultados, y comparo se que esto no es muy original pero me ha ayudado a comprender mas el ruido de mi camara y asegurar categoricamente que no es ni mucho menos malo y si cojo otra de las que hablo sabre ver la diferencia real y no lo que me cuenten

No me habia lanzado nunca a hacer esto pero ya se leyendo un poco como calcular la nitidez esa de que tanto se habla y que puedo cuantificar tambien......

Saludos

Vampyressa

auman · #5 (**permalink**) 23/10/08, 22:57:19

Eres una "MACHIN" Vampi, lo tuyo es algo serio, pero que muy serio, en fin estoy ansioso de saber los resultados de las pruebas con la 50D y la 5D, esto si que servirá para hacer comparaciones verdaderas de los diferentes captores.
Un saludo

REDDRAGON · #6 (**permalink**) 23/10/08, 23:17:13

Muchas gracias, Vampy, de verdad que te lo has currado un montón. Espero ver pronto esas comparativas con las otras cámaras para poder ver en qué y cuánto cambian el ruido en los otros modelos.

Saludos

Specialized_FSR · #7 (**permalink**) 24/10/08, 00:31:58

Genial Vampyressa, no dejo de alucinar contigo y con la cantidad de conocimientos que compartes con nosotros. Gracias !!!

Voy a añadir un granito de arena a este post tan genial, con un cuadro de otro post de Juan55 sobre el rango dinámico de nuestra 40D (pero que tambien hace referencia al ruido). Me impresiono en su momento y me lo guardé en mis favoritos:

según este cuadro, el menor ruido se produce en ISO 160, desde entonces lo utilizo más que el 100

Aqui os dejo el link por si quereis profundizar:

¿Rango dinámico de la 40D?

Saludos !!

Monje · #8 (**permalink**) 24/10/08, 00:36:17

Yo de mayor, como Vampy.

Qué agradable es saber que cuento con personas con ese nivel, del que aprender cada dia un poquito.
Gracias, un beso.

Mándame una foto, que me la pongo en la cartera.
slds.

zlod · #9 (**permalink**) 24/10/08, 00:39:02

Vaya tela, Vampyressa. Gracias, solo puedo decir eso.

pulpo · #10 (**permalink**) 24/10/08, 00:58:55

Queda claro en este post que la imaginacion al poder, ¿ a cuantos se le ha ocurrido cuantificarlo asi ? y lo que es mejor , enseñarnos como hacerlo. Voy a recuperar mi matlab e intentare seguir tus lecciones ¡¡¡ eres una MONSTER ¡¡¡¡ . Muchisimas gracias .

PD: Espero ansioso ver los resultados con la nitidez

Perikom · #11 (**permalink**) 24/10/08, 01:02:13

Alucinadico me has dejado con semejante post, no sabia que con Matlab se podían hacer cálculos de la dispersión de una imagen.

Estaría genial que la pudieras comparar con una 5D y también con la 50D.

Una pregunta, si ahora la comparas con la 50D por ejemplo, no tendría que ser en las mismas condiciones de luz? es decir si utilizaste luz solar, repetir el análisis para la 40D?

Gracias por estos post tan interesantes.

NachodSevilla · #12 (**permalink**) 24/10/08, 01:45:27

Vampy, me quito el sombrero, sigue así hija, me deslumbras cada día mas

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