Digitaalisen kuvan kohina
Digitaalinen kohina on kuvavika ( kohina ), jonka aiheuttavat valoanturit ja niitä käyttävien laitteiden elektroniikka ( digitaalikamera , televisio/videokamerat jne.) tekniikan epätäydellisyydestä sekä valon fotoniluonteesta johtuen.
Ilmiö
Digitaalinen kohina näkyy kuvassa satunnaisten värien ja kirkkauden pikselien päällekkäisenä maskina.
Kameroissa, joissa on värisuodatinryhmä (useimmat digitaalikamerat kuuluvat tähän tyyppiin), värikohina on yleensä visuaalisesti suurempi kuin kuvien pikselit. Tämä on täyden värikuvausalgoritmin sivuvaikutus.
Kolmimatriisijärjestelmissä tai matriisissa ilman suodatinta kohina on hienojakoisempaa.
Värikuvassa kohinalla voi olla eri voimakkuus kuvan eri kanavissa. Tämä värittää sen visuaalisesti. Hehkulampussa otetussa valokuvassa kohinalla on pääasiassa kelta-sinisiä sävyjä vihreä-violetin sijaan. Tosiasia on, että vaikka alun perin kaikki pikselit ovat yhtä herkkiä kohinalle, valkotasapainon käytön jälkeen kuvan sininen kanava ja vastaavasti siinä oleva kohina lisääntyvät voimakkaammin.
Kohinaa on havaittavissa kiinteillä alueilla ja erityisesti kuvan tummilla alueilla.
Kuten elektroniikassa on tavallista , yleensä puhutaan signaali-kohinasuhteesta . Voit verrata visuaalisesti eri matriisien kohinaa seuraavasti: tuo kaksi paritettua testikuvaa samankokoisiksi ja samaan kirkkauteen ja arvioi sitten värikohina visuaalisesti.
Joskus digitaalinen kohina tunnistetaan sellaisiin tavallisen (kemiallisen) valokuvauksen ilmiöihin kuin filmirae ja valokuvaussumu .
Digitaalinen kohinanvaimennus
On olemassa kaikenlaisia tapoja vaimentaa digitaalista kohinaa anturin, digitaalikameran polkujen ja digitaalisen jatkokäsittelyn tasolla.
Anturitasolla käytetään suurempia pikseleitä ja tiukempia mikrolinssejä. Voit myös käyttää värisuodattimia, jotka päästävät sisään suuremman prosenttiosuuden valoa. Jälkimmäinen menetelmä voi vaikuttaa haitallisesti kameran värien laatuun.
Laadukkaampien vahvistimien ja suurempien ADC :iden käyttö myös selvästi vähentää kohinaa. Joskus (esimerkiksi astrovalokuvauksessa) matriisia jäähdytetään.
Digitaalisen stokastisen kohinan vaimennus jälkikäsittelyn aikana suoritetaan laskemalla pikselin kirkkauden keskiarvo tietylle pikseliryhmälle, jota algoritmi pitää "samankaltaisena". Yleensä tämä huonontaa kuvan yksityiskohtia, se muuttuu "saippuaisemmaksi". Lisäksi saattaa esiintyä vääriä yksityiskohtia, jotka eivät olleet alkuperäisessä kohtauksessa. Esimerkiksi jos algoritmi etsii "samankaltaisia" pikseleitä liian kaukana, hienorakeinen ja keskirakeinen kohina voidaan vaimentaa, kun taas heikko, mutta silti melko havaittava, luonnoton "karkea" kohina jää näkyviin.
Digitaalisen kohinan syyt
Signaali-kohina-suhteeseen vaikuttaa digitaalikameran analogisen elektroniikan kohina ("putket", vahvistimet, ADC ), mutta pääasiallinen digitaalisen kohinan lähde on valoanturi . Digitaalinen kohina valoanturissa syntyy seuraavista syistä.
- Mahdollisen esteen viat (epäpuhtaudet jne.) aiheuttavat altistuksen aikana syntyneen varauksen vuotamisen - ns. musta vika. Tällaiset viat näkyvät vaalealla taustalla tummien pisteiden muodossa.
- ( englanniksi Dark current - Dark current) - on haitallinen seuraus lämpösäteilystä ja "tunneliilmiöstä" ja esiintyy anturissa, kun elektrodiin kohdistetaan potentiaali, jonka alle muodostuu potentiaalikuoppa . Tätä virtaa kutsutaan "pimeäksi", koska se koostuu elektroneista, jotka putoavat kaivoon valovirran puuttuessa. Tällaiset viat näkyvät tummalla taustalla kirkkaina pisteinä, ns. valkoinen vika. Valkoiset viat näkyvät erityisen selvästi pitkillä valotuksilla. Pääsyy pimeän virran esiintymiseen on piikiekon epäpuhtaudet tai piikidehilan vaurioituminen . Mitä puhtaampaa pii on, sitä pienempi pimeä virta. Pimeään virtaan vaikuttavat kammioelementtien lämpötila, sähkömagneettiset poimijat, sekä ulkoiset että sisäiset, itse kammiosta. Lämpötilan noustessa 6-8 astetta pimeän virran arvo kaksinkertaistuu.
- Johtuen melusta, joka johtuu valofotonien ja anturin valodiodien materiaalin atomien vuorovaikutuksen stokastisesta luonteesta. Kun fotoni liikkuu piikidehilan sisällä, on todennäköistä, että fotoni " osuessaan" piiatomiin syrjäyttää siitä elektronin, synnyttäen elektroni-aukko-parin, mutta sanoa tarkalleen kuinka monta fotonia synnyttää pareja, ja kuinka monta häviää joidenkin muiden vaikutusten kanssa, se on kiellettyä. Anturista otettu sähköinen signaali vastaa syntyneiden parien määrää. Anturista tietyllä suljinnopeudella ja aukolla (valon intensiteetillä) otettu signaali määrittää kvanttitehokkuuden - syntyneiden elektroni-reikäparien keskimääräisen lukumäärän.
- Viallisten (ei toimivien) pikselien esiintymisen vuoksi, joita esiintyy valoanturien valmistuksen aikana (teknologian epätäydellisyys) ja jotka ovat aina samassa paikassa. Niiden negatiivisen vaikutuksen eliminoimiseksi käytetään matemaattisia interpolointimenetelmiä, kun viallisen elementin sijaan "korvataan" joko vain naapurielementti tai viereisten elementtien keskiarvo tai monimutkaisemmin laskettu arvo. Luonnollisesti laskettu arvo poikkeaa todellisesta arvosta ja heikentää lopullisen kuvan terävyyttä. Sama vika saadaan aikaan interpoloinnilla, joka korjaa lopullisen kuvan Bayer-suodatinta käytettäessä .
Mikä vaikuttaa digitaalisen kohinan määrään
- Elementtien tiheys - sirulla olevan fotodiodin koko riippuu tekniikasta. CCD -tekniikan mukaan pikselissä on vähemmän "vannettavia" elementtejä kuin CMOS -tekniikan mukaan ja enemmän anturialuetta menee valodiodilinssille. Tämä koskee erityisesti pieniä antureita. Kun anturin fyysiset mitat ovat samat, korkeamman resoluution anturilla on pienempi aktiivinen alue jokaisessa valodiodissa. Pienemmät valodiodilinssit saavat vähemmän valoa, pienemmät potentiaalit luetaan valodiodista ja tarvitaan enemmän analogista signaalin vahvistusta ennen digitointia. Tuloksena on enemmän kohinaa ja pienempi signaali-kohinasuhde. Mutta tämä väite on totta vain, jos matriisin valmistustekniikka pysyy muuttumattomana. Uudet matriisit voivat sisältää vähemmän kohinaisia elementtejä ja vastaavasti voit joko lisätä resoluutiota säilyttäen kohinatason tai säilyttää resoluution, mutta vähentää kohinaa. Tällä hetkellä valmistajat pitävät parempana vaihtoehtoa kohinatason ylläpitämisestä ja tarkkuuden lisäämisestä.
- Valotusaika . _ Valodiodin tumma virta pitkillä valotuksilla huonontaa suuresti signaali-kohinasuhdetta. Mitä pidempi valotusaika (kun sama määrä valoa osuu matriisiin), sitä suurempi on elektroniikkatransistorien lämpökohina ja sitä huonompi signaali-kohinasuhde.
Katso myös
Muistiinpanot