Попиксельное шум датчика

Наша чашки-и-капли аналогия дает основную [34] модель поведения пикселей.

Теперь давайте вычислить, что происходит, когда у нас есть много света, падающего на датчик освещенности. Реальные пикселей в полном кадре 36 Мпикс Nikon D800 (Е) с 5 мкм фотодиодов может содержать около 40000 свободных электронов [35], которые временно постучал свободно в пределах CMOS или ПЗС-сенсор фотонами. Если применить даже больше света, пиксель больше не может измерить разницу: это известно как «насыщения» к датчику экспертов или "Утомленные основные моменты" в фотографов.

Для высокого класса компактной камеры с 2 мкм фотодиодов, λ падает до возможно 6400 из-за меньших размеров пикселов. Для достойного датчика среднего формата, λ может достичь 100 000 электронов.

Значение λ = 40000 для Nikon D800 (E) означает, колебания уровня шума в порядка 200 электронов. Это потому, что для распределения Пуассона, "стандартное отклонение" равняется квадратный корень из ожидаемой средней. Соотношение 40000 до 200 дает отношение сигнал-шум 200:1 (обычно 200 вариации электронов на средней измеренной величины 40000; "46 дБ" [36] в инженер-говорить). Это в наилучших возможных условиях: это уровень шума в изображении выделить в «базе» на камере ISO (скажем, 100 ISO), когда вы "разоблачение вправо" (имеется в виду: как раз перед насыщая основные моменты).

Таким образом, вместо λ = 5, λ = 20, λ = 80 и λ = 320, как моделируется на рисунке 4, фактические датчики имеют "значения полной мощности хорошо" или λ значения тысяч или десятков тысяч электронов на пиксель. Основная математика, однако, остается той же и говорит нам, что если λ = 40000, фотон выстрелил уровень шума в светах незаметны для глаза [37]. Для примера, см. также подвергается часть Фото 1, записанный на D800 Nikon при 100 ISO.

Фото 1. Тень в этом 100% урожая примерно 6% серый
(100 ISO, Nikon D800, 85 мм, f/1.8)

Из D800 обзор Nikon в http://www.imaging-resource.com (используется с разрешения).

Теперь давайте рассмотрим части изображения, которые подвергаются четыре останавливается ниже (-4 EV, 6% серый), чем основных моментов. Это справедливо и для размытой тенью фото Фото 1. Каждый пиксель здесь держит сигнал о 40000 / (2 × 2 × 2 × 2) электронов или λ = 2500. Это дает уровень шума 50 электронов и отношение сигнал-шум 50:1 или 33 дБ [38]. Такой уровень шума, как правило, почти не видны, но мы можем видеть это на пиксель подглядывания в размытом безликой районе в этом 100% урожая. Помните, что исходное изображение 36 Мпикс изображения, и что мы, таким образом, видя только 1,5% изображения. Урок здесь состоит в том, что даже при 100 ISO, темные тени демонстрируют шум, который можно увидеть (если вы сознательно идти искать шума) на любой камере [39].

Теперь мы еще хуже, имитируя свадебный фотограф съемки только с окружающим освещением в тускло освещенной замка. Скажи это требует повышения ISO от сказать 100 до 3200 ISO (см. фото 3). Это означает, что мы Недоэкспонирование сенсор, 32 ×!

Повышение настройки ISO на цифровой камере просто underexposes
датчик, и проворачивает Полученное изображение / сигнал аналоговым
усиления или цифровой умножения.

Они уже говорил вам, что, не так ли?

Так подвергая нашу темную 6% серый при 3200 ISO, оставляет нас со средним уровнем сигнала жалкие 78 электронов на пиксель, с уровнем шума 9 электронов - в результате весьма заметны отношения сигнал-шум 9:1 или "19 дБ".

Стоит отметить, что, как только у вас есть "на полную мощность также" 40000 электронов, остальные это просто законы физики. Эти законы не могут быть изменены по смарт-инженеров или излишне оптимистичными менеджеров R & D. Другими словами, предшествующие расчеты говорит вам примерно[40] верхний предел того, что любое прошлое, настоящее или будущее цифровая камера может делать.

Независимо от того, используете ли вы CCD, CMOS, обратно на стороне освещение или даже в будущем изобретение: датчик может (и будет) выполнять хуже этих теоретических пределов при высокой ISO - особенно, когда значение λ низкая - за счет дополнительных источников шума в электронике [41]. Оценки этих дополнительных источников шума, сделанных аппроксимации кривой данным DxOMark можно найти на www.sensorgen.info.

Дата добавления: 2015-08-13