В посте Почему камеры используют одну экспозицию, а не интегрируют во многие очень быстрые чтения? важный вопрос был, зависит ли шум от времени воздействия или нет. Под шумом я подразумеваю абсолютный шум (N), а не относительный шум (S / N). Я был убежден в этой корреляции, потому что думал, что шум накапливается во время экспозиции, поэтому, если он будет дольше, шум будет выше.
Чтобы проверить эту гипотезу, я попытался снять черные изображения с крышкой объектива на объективах, чтобы S = 0. Я использую Canon 600D, ISO100 и F / 3,5
Я написал скрипт на python для вычисления среднего значения, усредненного по всем пикселям, с простым средним или с квадратичным средним (sqrt (sum_i (R_i ^ 2)), где R_i - это i-й пиксель, учитывающий только красный канал.
Я использовал jpeg, потому что я не могу читать сырые из Python. Используя jpeg, разрешение шума довольно мало (1/256), но я получил интересные результаты.
Здесь график: по оси Y шум, по оси X время выдержки.
кажется, что шум довольно постоянен вплоть до выдержки 1 с, затем он начинает увеличиваться
Я также пытался снимать с ISO3200, вот результаты:
как и ожидалось, шум намного больше (~ 10 раз), но поведение со временем воздействия схоже (вероятно, оно увеличивается немного быстрее).
Почему это поведение?
Почему зеленый канал более шумный?
Ответы:
Во-первых, вы не можете реально оценить любую форму шума через JPEG. Сжатие, даже минимальное сжатие, оказывает заметное / видимое влияние на появление шума. Вы можете реально оценить шум только с RAW-изображением.
Просто чтобы убедиться, что вы понимаете, что основной источник шума изображениятакое шум фотонного выстрела? Оцениваемый вами шум - это шум чтения камеры, шум, производимый электричеством, проходящим через электронные цепи, и, возможно, вызванный незначительными дефектами материала, используемого в датчике изображения. Шум считывания, как правило, является фиксированным аспектом датчика для данного уровня ISO, пока дополнительные факторы, такие как нагрев, не начнут его менять. Кроме того, чтобы на мгновение привлечь внимание к обсуждению ... шум чтения - это ничтожная доля максимального сигнала, поэтому даже при пике 0,009 при ISO 3200 в вашем графике, когда вы шлепаете достаточно сильный сигнал изображения поверх этого влияние шума чтения на самом деле настолько незначительно, что фактически бессмысленно. Фотонный выстрел, или шум в самом сигнале изображения, который возникает из-за более слабого сигнала (по сравнению с физической полной емкостью одиночного фотодиода) и широко распространенной непоследовательной картины фотонных ударов, безусловно, является основным источником шума высокого ISO. Вам нужно будет по-настоящему глубоко копаться в самых темных тенях фотографии ISO 3200, чтобы найти какие-либо признаки шума при чтении.
Когда вы выставляете до 1 секунды, я предполагаю, что уровень шума при чтении ровный, потому что вы не накапливаете достаточно тепла в цепи, чтобы оказать влияние. Согласно вашим тестам, к тому времени, когда вы достигаете 1 с воздействия, тепло, вероятно, начинает накапливаться, и это оказывает влияние. Поскольку вы продолжаете экспонировать в течение более длительного периода времени, влияние теплового шума на общий шум считывания увеличивается.
Я не инженер CMOS Image Sensor, поэтому я не могу углубиться в это. Я хотел бы предложить, основываясь на многочисленных патентах, которые я читал, которые были опубликованы Sony и Canon, что есть другие причины, по которым шум увеличивается со временем воздействия. Существует довольно много патентов по снижению шума, распространяемых в патентной сети, которые направлены на выявление, отслеживание и устранение различных возможных источников шума. Большинство имеет дело с шумом темнового тока, шумом усилителя или шумом аналого-цифрового преобразователя, но есть и другие источники. Некоторые патенты зашли так далеко, что отключили первичный источник питания для снижения помех и схемы считывающей емкости во время считывания, чтобы исключить вероятность того, что темновой ток от самого источника питания увеличивает шум во время считывания (я полагаю, что это был патент Canon, и я '
Достаточно сказать, что тепловой шум определенно становится основным источником шума, так как воздействие превышает определенный порог. Я бы не догадался, что этот порог будет ровно 1 с, но ваши тесты, безусловно, будут указывать на это.
источник