Poisson Noise (“Shot Noise”) tipik fotoğrafçılık için önemli bir gürültü kaynağı mıdır?

Gelen bu cevap , @jrista devletler de mükemmel olan hatta bir kamera, gürültüsüz sensörü hala gürültü "Poisson gürültü" aka nedeniyle olurdu "Foton Shot Gürültü" - gürültü daha fotonlar birini girmesine neden fotonlar, rastgele varyasyonlar nedeniyle diğerinden daha fazla.

Sadece merak ediyorum - bu gerçek dünya fotoğrafçıları için önemli bir endişe mi? Bu gürültünün, temelde 0 olduğunu düşünebileceğimiz kadar küçük olacağını varsayıyorum . Atış gürültüsünden, diğer nedenlere (elektronikten elektrik veya termal gürültü gibi) ne kadar gürültü geldiğini ölçen herhangi bir çalışma var mı?

En fotoğrafların çoğu bölgelerinde, foton atış gürültü en büyük katkıyı gürültü .

Çoğunlukla, gürültüyü okumak için karşılaştırıyoruz. (Kısa pozlamalarda karanlık akım göz ardı edilebilir ve 12 ve 14 bitlik ADC'lerden bahsederken niceleme gürültüsü de oldukça küçüktür.) Okuma gürültüsü sensöre bağlıdır. Bu 2007 belgesi, birkaç DSLR için okuma gürültüsü ölçümleri sunmaktadır . Örneğin, ISO 200'deki bir Canon 40D'nin yaklaşık 10 elektron (e-) okuma gürültüsüne sahip olduğunu görüyoruz.

Foton atış gürültüsü bir Poisson işlemidir , bu nedenle gürültü, sinyal fotoelektron sayımının kare köküdür. Dolayısıyla, öznemizden bir pikselde 100 sinyal fotoelektronu kaydedersek, piksel başına atış gürültüsünün 40D'nin okuma gürültüsüne eşit olarak sqrt (100) = 10 e- olmasını bekliyoruz.

100 fotoelektron çok mu? Hayır, aynı makale 40D pikseli tam kuyu kapasitesinin 56.000 e- olduğunu tahmin ediyor, bu yüzden sadece 100 e- olan bir piksel sahnenin çok karanlık bir parçası, tam kuyudan yaklaşık 9 durak daha karanlık. 100 e'den fazla bir pikselde, çekim gürültüsü artmaya devam eder, tam kuyucukta sqrt (56000) = 236'ya kadar yükselir, böylece çekim gürültüsü okuma gürültüsüne daha büyük ve daha büyük bir marj hakimdir. (Parlak tonlar, koyu tonlardan daha az gürültülü görünür, çünkü gürültü, sinyalin sadece kare kökü olduğu için sinyal / gürültü oranı artmaya devam eder. gürültü okuyun.)

Çok koyu gölgelerde, okuma sesi önemli olabilir. Uzun ve karanlık bir pozlamada (karanlık gökyüzü altında astrofotografi gibi), karanlık akım ve okuma gürültüsü önemli olabilir. Ancak kısa pozlama sürelerine sahip iyi pozlanmış konuların genel fotoğrafçılığı için, çekim gürültüsü baskın gürültü kaynağıdır.

Foton çekim gürültüsü veya fotonların sensöre ulaştıklarında Poisson dağılımından kaynaklanan gürültü, gerçek dünya fotoğrafçılarının en azından farkında olması gereken bir sorun olabilir. ISO arttıkça, sinyal için maksimum potansiyel de düşer. ISO'daki her artış durağı için, maksimum sinyaliniz iki kat azalır. Çoğu pozlamada, foton çekim gürültüsü, gürültüye en önemli katkıyı oluşturmaktadır. Elektronik parazit kaynakları sadece derin gölgeleri etkiler ve genellikle yalnızca pozlamayı poz sonrası itmeye başladığınızda görünür (yani gölgeleri önemli ölçüde kaldırır).

Tam Kuyu Kapasitesi (FWC) 60.000 elektron olan bir tam çerçeve sensörü varsayarsak, ISO 100'de 60.000 elektron (e-) Maksimum Doygunluk Noktasına (MaxSat) sahipsiniz. ISO 200'de 30.000e-, ISO 400 / 15.000e-, ISO 800 / 7500e-, ISO 1600 / 3750e-, ISO 3200 / 1875e- MaxSat olur. ISO değerini artırmak, maksimum potansiyel sinyal / parazit oranını azaltır.

Bu faktör, hangi kameranın satın alınacağına karar verirken muhtemelen en önemlisidir. Tam çerçeve sensörü, aynı megapiksel sayısına sahip bir APS-C sensöründen daha büyük piksele sahip olacaktır. Varsayımsal FF sensörümüzdeki 60k FWC, APS-C sensöründe 20k-25k FWC olabilir. Üstün düşük ışık performansına ihtiyacınız varsa, tam kare sensörle ve daha az megapikselle gitmek piksel boyutunu artıracak, böylece daha yüksek ISO ayarlarında görünür parazit üzerinde DIRECT etkisi olacaktır.

Foton çekim gürültüsü, toplam sinyalin bir oranı olarak, sinyal gücü arttıkça düşer. Mutlak bir faktör olarak (ortalama sinyal seviyesi etrafında standart sapma), foton çekim gürültüsü muhtemelen kabaca sabittir. 5 ünitenin standart sapması varsayarsak, sinyal gücü de 5 ise, çoğunlukla kısmi ama büyük ölçüde belirsiz "şekiller" ile, çoğunlukla gürültü gibi görünen bir görüntünüz olur. Sinyal gücü 10 birim ise, SNR% 50'dir. Hala çok gürültülü bir görüntünüz olacak, ancak daha farklı şekil ve yapıya sahip bir görüntü olacak. Gerçek anlamda, bir Poisson dağılım işlevini izleyen foton çekim gürültüsü, sinyal seviyesinin kareköküne eşittir. ISO 100'de, 60.000e-FWC'ye sahip FF sensörü, 244e- değerine eşdeğer foton çekim gürültüsüne sahip olacaktır. 20'li bir APS-C sensörü, 000e- FWC, 141e-'ye eşdeğer foton çekim gürültüsüne sahip olacaktır. ISO 200'de foton çekim gürültüsü sırasıyla 173e- ve 122e-, ISO 400 122e- ve 70e- vb. Olacaktır. Oranlar açısından ISO 100 FF'de foton gürültüsü sinyalin% 0.004'ü, ISO 200 APS-C için bu değerler ISO% 100 /% 0.007, ISO% 200 /% 0.012, ISO% 400 /% 0.014, vb.

Daha küçük sensörler, satır / sütun aktive ve okuma kabloları tüketiciye daha göreli fotodiyot boşluğuna eğilimli olduğundan, başlamak için FF sensörlerinden biraz daha düşük SNR'ye sahip olacaktır. Daha küçük FWC ile birlikte, ISO'yu artırmak söz konusu olduğunda derhal dezavantajlısınız demektir. FF sensörünün gürültü avantajı yaklaşık% 60'tır (By: 244/60000 / 141/20000 = 0.577). Aynı ISO ayarında, gürültünün genellikle bu ayarda görüldüğü varsayıldığında, FF sensörü her zaman APS-C sensöründen daha az gürültülü görünecektir. İki varsayımsal sensörümüzde, APS-C'deki ISO 100, FF'deki ISO 400'den sadece marjinal olarak daha iyidir, göreceli gürültü performansında neredeyse iki tam durak farkı! Aynı şey, biri büyük piksel ve diğeri daha küçük piksel olan 1.6 faktörlü iki FF sensörü için de geçerli. Bu, gözlemin% 100 kırpılmasını varsayar (yani piksel gözetleme).

Atış gürültüsünden ne kadar gürültü olduğu ve diğer kaynaklardan ne kadar olduğu konusunda. "Diğer kaynaklar" gerçekten sensöre bağlıdır. Okuma gürültüsü genellikle DU (dijital birimler veya ADC sonrası) veya e- (elektronlar, analog sinyal şarjı) cinsinden ölçülür. Canon 7D, ISO 100'de 8,6e-, ISO ISO'da 4,7e-, ISO 400'de 3,3e- okuma gürültüsüne sahiptir. Canon 1D X, ISO 100'de 38,2e- (!) Okuma gürültüsüne sahiptir. daha büyük okuma gürültüsü sonuçta fotodiyotun alanıyla orantılıdır ... daha büyük pikseller daha fazla akım taşır, bu nedenle karanlık akım daha yüksek olur ve aşağı akım amplifikasyonu sinyale göre daha büyük miktarda elektronik gürültüyü artırır. 1D X bir FWC 90.300'e sahiptir, bu da 38 değerinde okuma gürültüsünün maksimum potansiyel ISO100 sinyalinin (tam olarak% 0.00042) küçük bir kısmı olduğu anlamına gelir.

Her türlü gürültü durumunda, bu gerçekten hedeflerinize bağlıdır. Düşük ışıkta çekim yapmaya eğilimliyseniz veya çok yüksek deklanşör hızlarına ihtiyacınız varsa, daha büyük piksellere sahip bir kamera bulmak muhtemelen en iyi gürültü özelliklerini üretecektir. Yüksek detaylı nesneler çekiyorsanız, daha yüksek piksel yoğunluğu muhtemelen düşük gürültüye göre daha önemlidir. Burada kesin ve kuru bir cevap yok.

^{† Sabit bir aydınlatıcı varsayarlanan ışık miktarı, belirli bir diyafram açıklığı ve enstantane hızı için sensöre ulaşan ışık miktarı veya bunların eşdeğer oranları: f / 16 1 / 100s, f / 8 1 / 200s, f / 4 1 / 800s, hepsi aynı EV.}

Çekim gürültüsünü vs sinyaline tanımlamaya çalışırken kesinlikle saçak fotoğrafçılığına giriyorsunuz. Neyse ki, astrofotograflar daha önce buradaydı.

Craig Stark tarafından yayınlanan sinyale karşı sinyalin anlaşılmasına yönelen, sıradan insanlara yönelik iyi bir dizi makale var.

Birinci bölümde , atış gürültüsünün temel öncülünü ve skyglow'un astronomi için neden bu kadar kötü olduğunu açıklar - daha fazla bilgi eklemeden atış gürültüsünü artırır. Temel olarak, daha yüksek bir ışık seviyesi platosuna sahip olabilirsiniz, ancak düz ve bu yüzden soygun kontrast.

İkinci bölümde , örneğin fotoğraflar gibi çekim ile okuma ve termal gürültü arasındaki farklar hakkında daha ayrıntılı bilgi verilmektedir.

Üçüncü bölümde , belirli kameraların performansını ölçmek ve böylece gürültü profilleri için bir model kazanmak için bir yöntem açıklanmaktadır. Bu, "gürültü türleri arasındaki farklar nelerdir?" Sorunuzu en iyi şekilde yanıtlayabilir.

Temel sorunuza geri dönün: çoğu fotoğraf için geçerli mi? SNR çarpık olduğunda, diğer gürültü türlerinin (termal ve okuma) uçlarında çekim yapmaya başlayıncaya kadar değil.