Чому шум не залежить від часу експозиції?


9

У дописі Чому камери використовують одну експозицію, а не інтегруються в багато дуже швидких зчитувань? Важливим питанням було те, чи залежить шум від часу експозиції чи ні. Під шумом я маю на увазі абсолютний шум (N), а не відносний шум (S / N). Я був переконаний у цьому співвідношенні, оскільки думав, що шум накопичується за час експозиції, тому, якщо він довший, шум буде вище.

Для перевірки цієї гіпотези я намагався знімати чорні зображення із кришкою об'єктива на лінзах, таким чином, щоб S = 0. Я використовую Canon 600D, ISO100 та f / 3.5

Я написав сценарій python для обчислення середнього значення середнього значення для всіх пікселів простим середнім або квадратичним середнім (sqrt (sum_i (R_i ^ 2)), де R_i - i-піксель, враховуючи лише червоний канал.

Я використовував jpeg, тому що я не в змозі читати сировину з python. За допомогою jpeg роздільна здатність шуму досить мала (1/256), але я отримав цікаві результати.

Тут сюжет: на осі y шум, на осі x час експозиції.

середній шум ISO100 rms шум ISO100

здається, що шум досить постійний аж до опромінення 1с, тоді він починає зростати

Я також намагався знімати з ISO3200, ось результати: середній шум ISO3200 rms шум ISO3200

як очікувалося, шум набагато більший (~ 10 разів), але поведінка з часом експозиції схожа (ймовірно, він піднімається трохи швидше).

Чому така поведінка?

Чому зелений канал більш галасливий?


1
Я підозрюю, що ви бачите більше шуму зеленого кольору, оскільки зелених фотосайтів удвічі більше. (Це ще одна область, де вам краще буде інтерпретувати RAW. Спробуйте це для обробки RAW з Python ....)
Будь ласка, прочитайте мій профіль

Відповіді:


5

По-перше, ви не можете реально оцінити будь-яку форму шуму через JPEG. Стиснення, навіть мінімальне стиснення, має вимірний / видимий вплив на появу шуму. Оцінити шум можна лише за допомогою зображення RAW.


Щоб переконатися, ви розумієте, що основне джерело шуму зображенняшум фотонного пострілу? Шум, який ви оцінюєте, - це шум зчитування з камери, шум, що видається електрикою, що проходить через електронні мікросхеми, і може бути спричинений незначними недосконалостями матеріалу, що використовується в датчику зображення. Шум читання, як правило, є фіксованим аспектом датчика для заданого рівня ISO, поки додаткові фактори, такі як тепло, не почнуть змінювати його. Крім того, щоб на мить внести сигнал до дискусії ... шум читання - це мізерна частка максимального сигналу, тому навіть на піку 0,009 @ ISO 3200 у вашому графіку, коли ви ляпнете досить сильний сигнал зображення поверх цього , вплив шуму читання насправді настільки незначний, що бути фактично безглуздим. Шум фотонного пострілу, або шум у самому сигналі зображення, який виникає із слабшого сигналу (порівняно з фізичною ємністю повної свердловини одного фотодіода) та широко розповсюдженої непослідовної картини ударів фотонів, безумовно, є головним фактором високого шуму ISO. Вам доведеться копатись глибоко в найтемніші тіні фотографії ISO 3200, щоб знайти будь-які ознаки шуму від читання.

Коли ви виставляєте до 1 секунди, я вважаю, що кількість прочитаного шуму рівна, оскільки ви не накопичуєте достатньо тепла в ланцюзі, щоб мати вплив. Згідно з вашими тестами, до того моменту, коли ви досягнете 1-го опромінення, тепло, ймовірно, починає накопичуватися і має вплив. Коли ви продовжуєте виставляти все довший і довший проміжок часу, вплив теплового шуму на загальний шум читання збільшується.

Я не інженер CMOS-датчиків зображень, тому не можу заглиблюватися далі. Я б запропонував, виходячи з численних прочитаних патентів, опублікованих як Sony, так і Canon, що є інші причини, через які шум збільшується з часом експозиції. У патентній мережі випливає чимало патентів на зменшення шуму, які мають на меті виявити, відстежити та усунути різноманітні можливі джерела шуму. Більшість має справу з темним струмом, шумом підсилювача або шумом перетворювача A / D, але є й інші джерела. Деякі патенти йдуть настільки далеко, що відключають первинний блок живлення для зменшення шуму та схеми ємності ємності під час зчитування, щоб усунути потенціал, що темний струм від джерела живлення сам по собі збільшує шум під час зчитування (я вважаю, що це був патент Canon, і я '

Досить сказати, тепловий шум, безумовно, стає первинним виробником шуму, оскільки вплив переходить певний поріг. Я б не здогадався, що цей поріг дорівнює рівно 1, але, здається, ваші тести вказують стільки ж.


1
Просто для розширення: шум читання є важливим фактором в іншому питанні, оскільки він ускладнюється читанням багато разів.
Прочитайте, будь ласка, мій профіль
Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.