Mengapa kebisingan tidak tergantung pada waktu pencahayaan?

Dalam postingan Mengapa kamera menggunakan eksposur tunggal daripada mengintegrasikan di banyak bacaan yang sangat cepat? pertanyaan penting adalah apakah kebisingan tergantung pada waktu pencahayaan atau tidak. Dengan suara yang saya maksud kebisingan absolut (N), bukan suara relatif (S / N). Saya yakin tentang korelasi ini karena saya berpikir bahwa suara itu terakumulasi selama waktu paparan, jadi jika lebih lama suara itu akan lebih tinggi.

Untuk menguji hipotesis ini saya mencoba memotret gambar hitam dengan tutup lensa pada lensa, sedemikian rupa sehingga memiliki S = 0. Saya menggunakan Canon 600D, ISO100 dan f / 3.5

Saya menulis skrip python untuk menghitung nilai rata-rata rata-rata atas semua piksel dengan rata-rata sederhana atau dengan rata-rata kuadratik (sqrt (sum_i (R_i ^ 2)) di mana R_i adalah pixel-ith dengan hanya mempertimbangkan saluran merah.

Saya menggunakan jpeg, karena saya tidak dapat membaca mentah dari python. Menggunakan jpeg, resolusi noisenya cukup kecil (1/256), tapi saya sudah mendapatkan hasil yang menarik.

Berikut plotnya: pada sumbu y noise, pada sumbu x waktu bukaan.

tampaknya kebisingannya cukup konstan hingga paparan 1s, kemudian mulai meningkat

Saya juga mencoba memotret dengan ISO3200, berikut hasilnya:

seperti yang diharapkan kebisingan jauh lebih besar (~ 10 kali) tetapi perilaku dengan waktu pemaparan serupa (mungkin itu meningkatkan sedikit lebih cepat).

Kenapa perilaku ini?

Mengapa saluran hijau lebih berisik?

Pertama, Anda tidak dapat benar-benar mengevaluasi segala bentuk kebisingan melalui JPEG. Kompresi, bahkan kompresi minimal, memiliki dampak yang terukur / terlihat pada penampilan kebisingan. Anda hanya dapat benar-benar mengevaluasi noise dengan gambar RAW.

Hanya untuk memastikan, Anda memahami bahwa sumber utama gangguan gambarApakah noise photon shot? Kebisingan yang Anda evaluasi adalah kebisingan pembacaan kamera, kebisingan yang dihasilkan oleh listrik yang melewati sirkuit elektronik dan berpotensi disebabkan oleh sedikit ketidaksempurnaan pada bahan yang digunakan dalam sensor gambar. Read noise umumnya merupakan aspek tetap dari sensor untuk level ISO yang diberikan, sampai faktor tambahan seperti panas mulai mengubahnya. Selain itu, untuk membawa sinyal ke dalam diskusi sejenak ... baca noise adalah fraksi sangat kecil dari sinyal maksimum, sehingga bahkan pada puncaknya 0,009 @ ISO 3200 dalam grafik Anda, ketika Anda menampar sinyal gambar yang cukup kuat di atas itu , dampak dari kebisingan baca sebenarnya sangat kecil sehingga tidak ada artinya. Suara tembakan foton, atau noise dalam sinyal gambar itu sendiri yang muncul dari sinyal yang lebih lemah (dibandingkan dengan kapasitas sumur fisik penuh dari satu dioda-foto) dan pola pemogokan foton yang tidak konsisten dan tersebar luas, sejauh ini merupakan kontributor utama noise ISO tinggi. Anda harus menggali sangat dalam ke dalam bayangan paling gelap dari sebuah foto ISO 3200 untuk menemukan indikasi kebisingan baca.

Ketika Anda mengekspos hingga 1 detik, saya akan berasumsi bahwa jumlah suara baca datar karena Anda tidak mengumpulkan cukup panas di sirkuit untuk berdampak. Menurut tes Anda, pada saat Anda mencapai paparan 1s, panas mungkin mulai menumpuk, dan memang memiliki dampak. Saat Anda terus mengekspos untuk jangka waktu yang lebih lama dan lebih lama, dampak kebisingan termal pada kebisingan baca keseluruhan meningkat.

Saya bukan insinyur Sensor Gambar CMOS, jadi saya tidak bisa lebih dalam dari itu. Saya akan menawarkan, berdasarkan banyak paten yang saya baca yang telah diterbitkan oleh Sony dan Canon, bahwa ada alasan lain mengapa kebisingan meningkat dengan waktu pemaparan. Ada cukup banyak paten mitigasi kebisingan yang mengambang di paten-bawah yang bertujuan untuk mengidentifikasi, melacak, dan menghilangkan berbagai kemungkinan sumber kebisingan. Sebagian besar berurusan dengan noise arus gelap, kebisingan amplifier, atau kebisingan konverter A / D, tetapi ada sumber lain. Beberapa paten melangkah lebih jauh dengan memotong catu daya primer untuk mitigasi kebisingan dan pembacaan sirkuit kapasitansi selama pembacaan untuk menghilangkan potensi bahwa arus gelap dari catu daya itu sendiri meningkatkan kebisingan selama pembacaan (saya percaya itu adalah paten Canon, dan saya '

Cukuplah untuk mengatakan, noise termal jelas menjadi produsen noise primer karena paparan melewati ambang tertentu. Saya tidak akan menebak ambang itu tepat 1s, tetapi tes Anda tampaknya akan menunjukkan sebanyak itu.