센서 기술의 미래 발전이 소음을 줄이거 나 제거 할 수 있습니까?
답변:
시끄러운 이미지를 생성하는 것은 높은 ISO 설정 자체가 아니라는 것을 인식하는 것이 중요합니다. 높은 ISO 설정을 사용하면 빛을 거의 포착하지 못한다는 사실입니다.
빛은 광원에 의해 무작위로 방출되는 광자로 구성됩니다. 조명 수준이 낮거나 노출 시간이 매우 짧은 경우 얻을 수있는 광자 수는
사람들이 쇼핑몰을 떠나는 속도를 추정하려고한다고 상상해보십시오. 사람들을 세는 데 10 초 밖에 걸리지 않으면 계산을 시작할 때와 선택한 출구에 따라 결과가 크게 달라집니다. 사람들을 세는 데 10 분이 걸린다면, 모든 출구 (출구에 대한 개인적인 선호가 없다고 가정)와 10 분 동안 다른 시간대에 대해 훨씬 더 안정적인 답변을 얻을 수 있습니다 (다른 영향 요인이 없다고 가정 할 때). 결과).
높은 ISO 설정을 사용할 때 발생하는 현상으로, 매우 적은 수의 광자를 캡처하므로 균일 한 색상의 물체를 덮는 주변 픽셀 세트가 매끄럽고 균일 한 색상 대신 각각 4, 3, 4 및 5 광자를받을 수 있습니다. 각 픽셀마다 결과가 거칠게 나타납니다.
이 노이즈를 광자 노이즈라고하며 그림자를 제외한 고 ISO 이미지의 주요 노이즈 소스입니다. 센서에 부딪힌 각 광자를 세고 충실하게보고 한 완벽한 센서가 있어도 여전히 어두운 곳에서도 상당한 양의 노이즈가 발생합니다.
우리가 높은 ISO 성능의 한계에 도달했다고 말할 수는 없습니다. 아직 방법이 없습니다. 순수한 광자 노이즈는 매우 미세한 입자로 고 ISO 사진에서 관찰되는 뭉툭한 패턴 노이즈보다 불쾌합니다.
픽셀 크로스 토크를 줄이고 일반적으로 전자 장치를 개선하면 노이즈 진폭 을 줄이는 데 작은 영향을 줄 수 있지만 노이즈 품질 을 개선하는 데 더 큰 영향을 줄 수 있습니다 .
Wikipedia에는 광자 노이즈가 노이즈 소스 인 "완벽한"센서 시뮬레이션이 있습니다.
개별 픽셀을 만들 수있는 더 큰 버전을 보려면 클릭하십시오. Mdf의 이미지 일부 권리 보유.
그렇습니다. 예를 들어, Canon 5D Mark III는 센서의 크기가 7 년 이상 되었기 때문에 동일한 크기이지만 높은 ISO 성능에서 Canon 5D보다 2/3 스탑 더 우수합니다. 물론 과거의 성과가 반드시 미래의 결과를 나타내는 것은 아니지만 점진적인 이익이 계속되지 않을 이유는 없습니다.
그것을 완전히 제거하는 것은 물리적으로 불가능합니다. 수백만의 ISO에 도달하면 몇 개의 광자에서 데이터를 추출하려고합니다. 기술의 우수성에 관계없이 정보를 추출 할 수있는 것은 아닙니다.
이제 3200 이하의 모든 ISO에 대해 "완벽"하게하는 것은 "완벽"에 대한 일관된 표준이 없다는 점에 유의하십시오. 신호 대 잡음비의 이론적 한계에 도달하는 놀라운 신기술을 개발할 수 있지만, 내 눈이이 픽셀이 # 0f3ed2 여야한다고 주장 할 때, 그것이 # 0e3fd4라고 주장하고 센서가 # 0d3dd3?
벌써 일어난 일이야! 필름 또는 초기 디지털, 높은 ISO는 400을 의미하고 최신 풀 프레임 카메라에서는 6400을 의미합니다. 문제는 발생할 때마다 'High ISO'가 더 높아지도록 다시 정의됩니다. 즉, 높은 ISO는 항상 " 현재의 기술로 인해 소음이 심합니다. " Tony가 지적한 바와 같이, 그것이 얼마나 멀리 갈 수 있는지에 대한 물리적 한계가 있습니다.
해커 뉴스 (Hacker News)를 통해 저는 최근 물리학 교수 Emil Martinec이 여가 시간에 쓴이 논문을 발견했습니다.
그는 가능한 다양한 유형의 소음을 특성화하고 상대적 중요성을 설명합니다.
- 광자 샷 노이즈
- 소음 읽기
- 패턴 노이즈
- 열 소음
- 픽셀 반응 불균일 (PRNU)
- 양자화 오류.
이 내용을 읽은 후에는 다양한 유형의 센서 노이즈를 완전히 제거 할 수 없음을 알게됩니다. 확실히 (다양한 방법으로) 그것들을 최소화하는 것이 가능하지만, 카메라 / 센서 제조업체가 다른 문제 나 트레이드 오프를 유발할 수있는 다른 설계 결정도 있습니다 (예 : A / D 컨버터에 오프셋 적용, 그림. 10 + 11)
이론적 한계에 대한 질문과 관련하여 :
"일반 노출에서 가장 중요한 노이즈 소스는 읽기 노이즈와 광자 샷 노이즈입니다."
PRNU가 사후 처리에서 보상되지 않는 한 PRNU 그래프 기울기의 역수 (예는 그림 7 참조)는 S / N 비율의 상한입니다. "
이것은 광학 센서에서 가속도계 및 자이로에 이르기까지 일반적으로 센서의 문제입니다. 모든 소비자 제품은이 문제를 처리하고 사용자의 소음을 숨기려고 시도합니다. 예를 들어, 휴대 전화는 동작을 유발하는 수준 이하로 진동을 감지 할 수 있으며이를 보여줄 수있는 앱이 있습니다.
관심 영역 내에서 신호를 정확하게 기록 할 수있는 임의의 센서는 또한 관심 영역 외부에서 신호를 기록 할 수 있으며, 관심 임계 값 이하 또는 위의 신호를 일반적으로 노이즈라고합니다. 이 '문제'는 광학 센서에만 국한된 것이 아니라 관심있는 것을 감지하는 물리적 한계와 관련이 있습니다.
따라서 노이즈를 제거하기에 충분히 '무감각 한'센서는 원하는 신호 중 일부를 제거하여 노이즈가없는 센서를 만들 수 없습니다.