Digital billedstøj
Digital støj er en billeddefekt ( støj ) introduceret af fotosensorer og elektronik i enheder, der bruger dem ( digitalkamera , tv-/videokameraer osv.) på grund af teknologiernes ufuldkommenhed såvel som lysets fotonnatur
.
Fænomen
Digital støj er synlig i billedet som en overlejret maske af pixels med tilfældig farve og lysstyrke.
På kameraer med et farvefilter-array (de fleste digitale kameraer tilhører denne type), har farvestøj normalt visuelt større korn end pixels i billeder. Dette er en bivirkning af fuldfarvebilledalgoritmen.
For tre -matrix- systemer eller en matrix uden filter vil støjen være mere finkornet.
I et farvebillede kan støj have forskellig intensitet for forskellige kanaler af billedet. Dette farver det visuelt. Støj i et fotografi taget under glødende lys har overvejende gul-blå nuancer i stedet for grøn-lilla. Faktum er, at selvom alle pixels i starten er lige modtagelige for støj, stiger billedets blå kanal og følgelig støjen i det kraftigere efter anvendelse af hvidbalancen.
Støj er mærkbar i faste områder, og især i mørke områder af billedet.
Som det er almindeligt i elektronik , taler man normalt om signal-til-støj-forholdet . Du kan visuelt sammenligne støjen fra forskellige matricer som følger: Bring to parrede testbilleder til samme størrelse og samme lysstyrke, og evaluer derefter farvestøjen visuelt.
Nogle gange identificeres digital støj med sådanne fænomener inden for almindelig (kemisk) fotografering som filmkorn og fotografisk tåge .
Digital støjreduktion
Der er alle mulige måder at undertrykke digital støj på sensorniveau, digitale kamerabaner og yderligere digital behandling.
På sensorniveau bruges større pixels og strammere mikrolinser. Du kan også bruge farvefiltre, der lukker en større procentdel af lys ind. Sidstnævnte metode kan påvirke kameraets farvekvalitet negativt.
Brugen af forstærkere af højere kvalitet og større ADC'er reducerer naturligvis også støjen. Nogle gange (for eksempel i astrofotografi) afkøles matrixen.
Undertrykkelse af digital stokastisk støj under efterbehandling udføres ved at tage et gennemsnit af lysstyrken af en pixel over en bestemt gruppe af pixels, som algoritmen betragter som "lignende". Normalt forværrer dette billedets detaljer, det bliver mere "sæbeagtigt". Derudover kan der forekomme falske detaljer, som ikke var i den originale scene. For eksempel, hvis algoritmen søger efter "lignende" pixels ikke langt nok, så kan finkornet og mellemkornet støj undertrykkes, mens svag, men stadig ret mærkbar, unaturlig "grov" støj forbliver synlig.
Årsager til digital støj
Signal-til-støj-forholdet påvirkes af støjen fra den analoge elektronik i et digitalkamera ("piping", forstærkere, ADC ), men hovedkilden til digital støj er fotosensoren . Digital støj i fotosensoren opstår af følgende årsager.
- Defekter (urenheder osv.) af den potentielle barriere forårsager lækage af ladningen, der genereres under eksponering - den såkaldte. sort defekt. Sådanne defekter er synlige på en lys baggrund i form af mørke prikker.
- ( Engelsk Mørk strøm - Mørk strøm) - er en skadelig konsekvens af termionisk emission og "tunnel"-effekten og opstår i sensoren, når der påføres et potentiale til elektroden, hvorunder der dannes en potentialbrønd . Denne strøm kaldes "mørk", fordi den består af elektroner, der falder ned i brønden i fravær af en lysflux. Sådanne defekter er synlige på en mørk baggrund i form af lyse prikker, de såkaldte. hvid defekt. Hvide defekter er især tydelige ved lange eksponeringer. Hovedårsagen til forekomsten af mørk strøm er urenheder i siliciumwaferen eller beskadigelse af siliciumkrystalgitteret . Jo renere silicium, jo lavere mørkestrøm. Den mørke strøm er påvirket af temperaturen på kammerelementerne, elektromagnetiske pickups, både eksterne og interne, fra selve kammeret. Med en stigning i temperaturen med 6-8 grader fordobles værdien af den mørke strøm.
- På grund af støjen, der opstår på grund af den stokastiske karakter af interaktionen af lysfotoner med atomer af materialet i sensorens fotodioder. Når en foton bevæger sig inde i siliciumkrystalgitteret , er det sandsynligt, at fotonen, efter at have "hittet" ind i siliciumatomet , vil slå en elektron ud fra det og føde et elektron-hul-par, men for at sige præcist hvor mange fotoner vil føde par, og hvor mange der vil forsvinde med nogle andre effekter, er det forbudt. Det elektriske signal fra sensoren vil svare til antallet af fødte par. Signalet taget fra sensoren ved en given lukkerhastighed og blænde (lysintensitet) vil bestemme kvanteeffektiviteten - det gennemsnitlige antal genererede elektron-hul-par.
- På grund af tilstedeværelsen af defekte (ikke-fungerende) pixels, der opstår under produktionen af fotosensorer (teknologi ufuldkommenhed) og altid er på samme sted. For at eliminere deres negative indvirkning anvendes matematiske metoder til interpolation, når i stedet for et defekt element, enten kun et naboelement eller et gennemsnit af tilstødende elementer, eller en værdi beregnet på en mere kompleks måde "substitueres". Naturligvis adskiller den beregnede værdi sig fra den faktiske værdi og forringer det endelige billedes skarphed. Den samme defekt introduceres ved interpolation, som korrigerer det endelige billede, når Bayer-filteret bruges .
Hvad påvirker mængden af digital støj
- Tætheden af elementerne - størrelsen af fotodioden på chippen afhænger af teknologien. Ifølge CCD- teknologien har pixlen færre "strapping"-elementer end ifølge CMOS -teknologien, og mere sensorområde går til fotodiodelinsen. Dette gælder især for små sensorer. Med de samme fysiske dimensioner af sensoren har en sensor med en højere opløsning et mindre aktivt område af hver fotodiode. Mindre fotodiodelinser modtager mindre lys, lavere potentialer aflæses fra fotodioden, og der kræves mere analog signalforstærkning før digitalisering. Resultatet er mere støj og mindre signal-til-støj-forhold. Men dette udsagn er kun sandt, hvis matrix-fremstillingsteknologien forbliver uændret. Nye matricer kan indeholde mindre støjende elementer, og derfor kan du enten øge opløsningen, mens støjniveauet bevares, eller bevare opløsningen, men reducere støjen. I øjeblikket foretrækker producenterne muligheden for at opretholde støjniveauet og øge opløsningen.
- Eksponeringstid . _ Fotodiodens mørke strøm ved lange eksponeringer forringer i høj grad signal-støjforholdet. Jo længere eksponeringstiden er (med en lige stor mængde lys, der rammer matrixen), jo større er den termiske støj fra elektroniktransistorerne og jo dårligere er signal-støj-forholdet.
Se også
Noter