Чи існує можливість, що майбутні досягнення техніки можуть зменшити або усунути шум при використанні високих параметрів ISO, або цей шум неминучий і властивий всім цифровим датчикам?
Якщо існує теоретична межа, де шум неминучий, наскільки ми близькі до цього?
Відповіді:
Дуже важливо усвідомити, що саме високий показник ISO призводить до отримання галасливих зображень, це той факт, що, використовуючи високу настройку ISO, ви забираєте дуже мало світла.
Світло складається з фотонів, які випадковим чином випромінюються джерелом світла. Коли рівень світла низький або час експозиції дуже короткий, то кількість отриманих фотонів значно відрізнятиметься від
Уявіть, що ви намагаєтеся оцінити швидкість, з якою люди покидають торговий центр. Якщо у вас є лише 10 секунд для підрахунку людей, то результат, який ви отримаєте, буде сильно відрізнятися залежно від того, коли саме ви почнете рахувати, і який вихід ви вибрали. Якщо у вас є 10 хвилин для підрахунку людей, ви отримаєте набагато більш стійку відповідь, яка буде схожа на всі виходи (якщо при цьому немає особистих уподобань для виходів) та на різні 10-хвилинні вікна часу (якщо не буде інших факторів, що впливають на вихід результат).
Ось що відбувається, коли ви використовуєте високу настройку ISO, ви захоплюєте дуже мало фотонів, тому набір сусідніх пікселів, що охоплюють об'єкт рівномірного кольору, може отримувати 4, 3, 4 та 5 фотонів кожен, тому замість гладкого рівномірного кольору ви отримуєте зернистий результат, який змінюється для кожного пікселя.
Цей шум називається фотонним шумом і є домінуючим джерелом шуму у зображеннях високої ISO, за винятком тіней. Навіть якби у вас був ідеальний датчик, який підраховував і вірно повідомляв про кожен фотон, який потрапив на датчик, у вас все одно буде відчуватися значна кількість шуму при слабкому освітленні.
Це не означає, що ми досягли межі високих показників ISO. Не зовсім поки що. Чистий фотонний шум дуже дрібнозернистий, менш заперечний, ніж незграбний шум картини, який спостерігається на фотографіях з високим рівнем ISO.
Зменшення перехресних розмов пікселів, поліпшення електроніки в цілому може мати лише невеликий ефект у зменшенні амплітуди шуму , але більший вплив на покращення якості шуму .
У Вікіпедії є моделювання «ідеального» датчика, коли шум фотонів є лише джерелом шуму:
Клацніть для більшої версії, де ви можете виділити окремі пікселі. Зображення Mdf деякі права захищені.
kфотони в середньому на піксель, величина піксельного шуму буде sqrt(k).
Скоротіть, так. Наприклад, Canon 5D Mark III на 2/3 зупиняється краще, ніж Canon 5D з високою продуктивністю ISO, хоча їх датчики мають однаковий розмір, оскільки він на сім років новіший. Звичайно, минулі показники не обов'язково вказують на майбутні результати, але я не бачу причин, щоб додаткові прибутки не продовжувалися.
Повністю усунути його фізично неможливо. Коли ви досягнете ISO в мільйонах, ви намагаєтеся отримати дані з кількох фотонів. Незалежно від того, наскільки хороша ваша технологія, інформації просто не існує для вас.
Тепер, як отримати його "ідеальним" для всіх ISO під, скажімо, 3200, зауважте, що насправді не існує послідовного стандарту для "досконалого". Ви можете розробити дивовижну нову технологію, яка досягає деякої теоретичної межі співвідношення сигнал-шум, але чи це насправді важливо, коли мої очі стверджують, що цей піксель повинен бути # 0f3ed2, ви стверджуєте, що він повинен бути # 0e3fd4, а датчик вважає, що це # 0d3dd3?
Це вже сталося! На плівковому або ранньому цифровому високому рівні ISO - 400, на останніх повнокадрових камерах - це 6400. Проблема полягає в тому, що щоразу, коли це відбувається, "Високий ISO" переосмислюється, щоб бути ще вище, або, іншими словами, високий ISO завжди означає " настільки висока, що нинішні технології роблять це шумно ". Як зазначив Тоні, зрештою існують фізичні обмеження щодо того, наскільки це може зайти.
Через Hacker News я нещодавно зіткнувся з цією роботою з 2008 року, яку, мабуть, у вільний час написав професор фізики Еміль Мартинек.
Шум, динамічний діапазон і бітова глибина в цифрових дзеркальних дзеркалах
Він характеризує можливі різні типи шуму та описує їх відносну важливість.
Прочитавши це, ви зрозумієте, що неможливо повністю видалити різні типи шумів датчика. Звичайно, їх можна мінімізувати (різними способами), але є й інші проектні рішення, які повинен прийняти виробник камери / датчика, що може спричинити інші проблеми або компроміси (наприклад, застосування компенсацій у перетворювачі А / Д, див. Рис. 10 + 11)
Що стосується ваших питань щодо теоретичного обмеження:
"Найважливішими джерелами шуму для типових опромінень є зчитування шуму та шум фотона.
"Зворотний нахил графіка PRNU (див. Приклад на рисунку 7) є верхньою межею для співвідношення S / N, якщо ПРНУ не компенсується при післяобробці."
Це проблема з датчиками взагалі - від оптичних датчиків до акселерометрів та гіроскопів. Усі споживчі товари займаються цим і намагаються приховати шум від користувача - наприклад, ваш телефон здатний чути вібрації набагато нижче рівня, що змушує його вживати заходів, і є програми, які можуть вам це показати.
Будь-який датчик, здатний точно записувати сигнали в зоні, що цікавить, також буде здатний записувати сигнали за межами області, що цікавить, а сигнали нижче або вище порогового значення, як правило, називають шумом. Ця "проблема" не стосується лише оптичних датчиків, вона пов'язана з фізичними обмеженнями чутливості нас, що нас цікавить.
Отже, відповідь - ні - будь-який датчик, який достатньо "нечутливий" для усунення шуму, також усуне частину потрібного нам сигналу, унеможлививши створення нешумних датчиків.