노이즈가 노출 시간에 의존하지 않는 이유는 무엇입니까?

포스트에서 카메라가 많은 매우 빠른 판독을 통합하지 않고 단일 노출을 사용하는 이유는 무엇입니까? 노이즈가 노출 시간에 의존하는지 여부는 중요한 질문이었습니다. 잡음으로 나는 상대 잡음 (S / N)이 아닌 절대 잡음 (N)을 의미합니다. 노출 시간 동안 노이즈가 누적된다고 생각했기 때문에이 상관 관계에 대해 확신을 얻었으므로 더 길면 노이즈가 높아집니다.

이 가설을 테스트하기 위해 렌즈에 렌즈 캡을 사용하여 S = 0이되도록 검정색 이미지를 촬영하려고했습니다. Canon 600D, ISO100 및 f / 3.5를 사용하고 있습니다.

간단한 평균 또는 2 차 평균 (sqrt (sum_i (R_i ^ 2)))으로 모든 픽셀의 평균 값을 계산하는 python 스크립트를 작성했습니다. 여기서 R_i는 빨간색 채널만을 고려한 i 번째 픽셀입니다.

파이썬에서 원시를 읽을 수 없기 때문에 jpeg를 사용했습니다. jpeg를 사용하면 노이즈의 해상도가 매우 작지만 (1/256) 흥미로운 결과를 얻었습니다.

여기 플롯 : y 축에는 노이즈, x 축에는 노출 시간.

노이즈는 1 초 노출까지 상당히 일정 해 보입니다.

나는 또한 ISO3200으로 촬영하려고 시도했는데 결과는 다음과 같습니다.

예상대로 노이즈는 훨씬 더 크지 만 (~ 10 배) 노출 시간의 동작은 비슷합니다 (아마도 조금 더 빨라집니다).

왜 이런 행동?

왜 녹색 채널이 더 시끄 럽습니까?

우선 JPEG를 통해 어떤 형태의 노이즈도 실제로 평가할 수 없습니다. 압축은 최소한의 압축이라도 노이즈의 모양에 측정 가능 / 눈에 보이는 영향을 미칩니다. RAW 이미지로만 노이즈를 평가할 수 있습니다.

이미지 노이즈 의 주요 원인은광자 샷 노이즈는 무엇입니까? 평가하는 노이즈는 카메라 판독 노이즈, 전자 회로를 통과하는 전기에 의해 발생하는 노이즈이며 이미지 센서에 사용 된 재료에 약간의 결함이있을 수 있습니다. 읽기 노이즈는 일반적으로 열과 같은 추가 요소가 센서를 변경하기 시작할 때까지 주어진 ISO 레벨에 대해 센서의 고정 된 측면입니다. 또한, 잠시 동안 토론에 신호를 가져 오려면 ... 읽기 노이즈는 최대 신호의 극히 작은 부분이므로 그래프에서 0.009 @ ISO 3200의 피크에서도 최대 이미지 신호를 충분히 때릴 수 있습니다. 실제로 읽기 노이즈의 영향은 실제로 의미가 없을 정도로 무시할 정도입니다. 광자 샷 노이즈, 또는 약한 신호 (단일 포토 다이오드의 물리적 전체 웰 용량과 비교) 및 광범위하게 일관되지 않은 광자 스트라이크 패턴으로 인해 이미지 신호 자체의 노이즈가 높은 ISO 노이즈의 주요 원인입니다. 읽기 노이즈의 표시를 찾으려면 ISO 3200 사진의 가장 어두운 그림자를 깊이 파고 들어야합니다.

최대 1 초 노출하면 회로에 충격을 줄 정도로 열을 충분히 축적하지 못하기 때문에 읽기 노이즈의 양이 일정하다고 가정합니다. 테스트에 따르면, 1 초 노출에 도달하면 열이 축적되기 시작하고 영향을 미칩니다. 더 길고 더 오랫동안 노출 될수록 전체 읽기 노이즈에 대한 열 노이즈의 영향이 증가합니다.

저는 CMOS 이미지 센서 엔지니어가 아니므로 그보다 더 깊이 들어갈 수는 없습니다. 필자는 필자가 읽은 수많은 특허를 바탕으로 소니와 캐논 모두 공개 한 결과 노출 시간에 따라 노이즈가 증가하는 다른 이유를 제시 할 것입니다. 다양한 노이즈 소스를 식별, 추적 및 제거하는 것을 목표로 특허에 떠있는 수많은 노이즈 완화 특허가 있습니다. 대부분 암전류 노이즈, 앰프 노이즈 또는 A / D 컨버터 노이즈를 처리하지만 다른 소스가 있습니다. 일부 특허는 판독하는 동안 1 차 전원 공급 장치에서 잡음 완화 및 판독 커패시턴스 회로를 차단하여 전원 공급 장치 자체의 암전류가 판독 동안 잡음을 증가시킬 가능성을 제거합니다 (Canon 특허라고 생각합니다.

말하자면 노출이 특정 임계 값을 초과함에 따라 열 노이즈는 확실히 주요 노이즈 생성자가됩니다. 그 임계 값이 정확히 1로 추측되지는 않았지만 테스트는 분명히 많은 것을 나타내는 것 같습니다.