Шум

Причина: шум сенсора

Каждый пиксель сенсора камеры содержит один или несколько светочувствительных фотодиодов, которые преобразуют падающий на них свет (фотоны) в электрический сигнал, который затем преобразуется в цветовое значение пикселя результирующего изображения. Если один и тот же пиксель несколько раз подвергнуть воздействию одного и того же количества света, то результирующий цвет будет не одинаков, а будет иметь небольшие статистические вариации, называемые "шумом". Даже без падающего света электрическая активность самого сенсора генерирует слабые сигналы, аналогичные фоновому шуму звукового оборудования, когда оно включено, но ничего не воспроизводит. Этот дополнительный сигнал «шумит» из-за того, что он немного варьируется от пикселя к пикселю (и с течением времени), усиливаясь с ростом температуры, и он добавляется к общему шуму изображения. Это называется "порогом шума". Значение пикселя должно быть больше порога шума, чтобы считаться значимым (т.е. чтобы его можно было отличить от шума).

Эффект: шум изображения

Шум цифрового изображения больше всего заметен на однородных участках (голубое небо, тень) в виде монохромного зерна подобного зерну пленки (яркостный шум) и/или цветных волн (цветовой шум). Как уже было сказано, шум усиливается с ростом температуры. Он также усиливается с ростом чувствительности, особенно цветовой шум в компактных цифровых камерах (пример D ниже). Шум также увеличивается по мере уменьшения размера пикселей, из-за чего компактные цифровые камеры генерируют больше шума, чем цифровые зеркалки. Профессиональные камеры с высококачественными компонентами и более мощными процессорами, позволяющими применять более совершенные алгоритмы шумоподавления, практически не шумят, особенно при низкой чувствительности. Шум обычно больше заметен в красном и голубом каналах, чем в зеленом. Поэтому красный канал нам больше подходит для демонстрационных примеров, показанных ниже.

Участок голубого неба A B C D E
RGB
Красный канал
Уровень камеры Профессиональная Полупроф. Полупроф. Полупроф. Кадр C после шумоподавления
Тип камеры Зеркалка Зеркалка Компактная Компактная
Размер пикселей Большой Большой Маленький Маленький
ISO 100 200 100 800
Среднеквадратичное отклонение в красном канале 1.8 2.5 5.6 22.6 1.4

Среднеквадратичное отклонение, измеренное в однородной области изображения (в приведенных выше примерах замер проводился в красном канале) является хорошим способом численного выражения шума изображения, поскольку оно показывает, насколько пиксели в данной области отличаются от средних значений. Среднеквадратичное отклонение в шумных примерах C и D намного выше, чем в примерах A, B и E. Пример E показывает, что шумоподавление может творить чудеса.

Шум из-за «залипших пикселей» на длинных выдержках

Еще один тип шума, часто называемый шумом «залипших пикселей» или шумом «горячих пикселей», происходит на длинных выдержках (1-2 секунды и больше) и выглядит как узор из цветных точек (размером чуть больше одного пикселя). Как поясняется в статье про шумоподавление, шум длинных выдержек гораздо меньше заметен в современных цифровых камерах.

Back to top