数码照片中的噪音是什么?


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数字图像中存在哪些被称为“噪点”的效果?

  • 有哪些不同的噪声源?

  • 是什么导致每种类型的噪音?

  • 不同类型的噪声有什么特点?

  • 图像中不同类型的噪声在视觉上如何体现?(即,生成的图像是否有不同类型的“看起来不同”的噪声,它们对眼睛有何不同?)

  • 如何最小化每种类型?

  • 哪种不同的后处理技术最适合每种不同的类型?

Answers:


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噪声通常被定义为与“纯”信号的任何偏差。信号被视为图像的亮度模式,因此代表图像的像素值的任何变化都是噪声。这些变化的主要原因是:

  • 散粒噪声。从光源发射光子的随机方式导致图像亮度的随机变化。光子越少,这种噪声越明显。可以通过使更多的光入射到传感器上来减少。

  • 暗电流(热)噪声。相机产生的热量(像光一样可以是电磁辐射,可以在传感器上显示)。由于它不是场景的一部分,因此是噪音。可以通过冷却传感器,限制曝光时间(传感器激活的时间越长,加热越多)或拍摄暗框(即关闭快门或镜头盖处于打开状态)以从原始图像中减去图像来减少此现象(某些相机具有将其自动化的设置)。

  • 光响应不均匀(图案噪声固定)。这是由于硅中的瑕疵引起的,该瑕疵导致像素比其邻居稍微敏感或不敏感。校准可以减少PRNU,尽管它可能取决于曝光时间等参数。

  • 读取噪音。由从传感器像素读取值的电路产生的电噪声。可以通过使用较高的 ISO 来降低(在未最大化信号的情况下,在读出之前放大信号意味着读出噪声占信号的百分比较小)或使用读出噪声较低的相机。您可以查看基本ISO处的阴影噪声系数,以了解读取噪声。

  • 量化噪声。将模拟信号转换为有限的一组离散数字值时的舍入误差。通常不会引起注意,可以通过使用每个像素存储更多位(例如14而不是12)的传感器来减少这种情况。

以下是技术上的噪音,但很少这样提及:

  • 波纹/锯齿。一种空间量化噪声,由于干扰模式和传感器元件的固定间距而产生混叠。可以通过抗混叠滤波器(通常将其作为标准装备)来减小它,也可以通过增加采样频率(每单位面积的像素数),即使用同一镜头获得更多的百万像素来减少它。

  • 将图像存储为JPEG时的压缩伪像。可以通过选择JPEG的最高质量设置或拍摄原始图像来减少。

  • 热像素,残留像素,暗像素。始终提供零或最大可能响应的传感器元件。


术语“颜色噪声”描述了噪声如何表现出来-它不是上述噪声的来源。色彩噪声是指像素颜色的随机变化,而不仅仅是其亮度。由于眼睛对颜色的空间变化较不敏感,因此色噪声很容易消除,由于降噪导致的细节损失不太明显。

同样,“高频噪声”是指另一特征,空间频率或噪声的峰值之间的距离。


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很好的答案...值得注意的是,这些噪声源(JPEG伪像除外)存在于原始数据中,原始数据是每个像素一种颜色(红色,绿色或蓝色)。因此,噪声的确切外观(如“颜色噪声”等)还取决于去马赛克算法的细节,该算法将来自多个像素的数据进行组合以形成彩色图像。
锥杀手

哇,我以为我以前听过杂音,但是那太过头了。
dpollitt 2011年

@coneslayer-实际上,除非您具有Foveon传感器,否则拜耳模式会将芯片中测得的信息限制为每个像素一种颜色。随后对该网格进行插值以生成三色图像将加剧所产生的任何噪声,但这些噪声本身并不是噪声源。实际上,这的确意味着噪声不仅限于单个像素,因此消除噪声可能会很痛苦(从理论角度而言)。
mmr 2011年

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诅咒foveon!如果没有该传感器,我每次谈论拜耳传感器或去马赛克时都不必说[大多数]!仍然可能出现不是去马赛克的结果而显示为单色或彩色的噪声源,例如,近可见红外光谱中的噪声更有可能激发红色滤镜后面的像素。
Matt Grum

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@Nir是的,它是枪杀的一部分。提高ISO不会产生很多人认为的噪声(由于放大过程而导致的噪声很小),它只会在放大噪声和信号时显示噪声。当增加ISO时,您倾向于使用较短的曝光或较小的光圈,因此会产生较多的散粒噪声。如果在保持快门和光圈不变的情况下放下ISO,则会得到更多的噪点而不是更少!
马特·格鲁姆

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您只需要了解所有相机附带的两种噪点,这些噪点在较高ISO时可见。

  • 色度噪声-彩色的斑点斑点噪声。
  • 亮度噪声-颗粒状,薄膜状的噪声。

为了最大程度地减少此类噪点,请尽量不要以较高的ISO拍摄,这会降低图像质量(每个相机都不同)。使用f2.8或F1.4之类的快速镜头可以帮助您在光线不足的情况下不要将ISO推得过高,以使快门速度保持足够高。如果场景太暗,则将噪音降至最低的唯一方法是使用闪光灯。

最后,还有诸如噪音忍者或噪声之类的软件,可以在不牺牲智商的情况下帮助您消除一些噪音。


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坦率地说,这不是真的-尤其是“在较高的ISO处可见”部分以及整个D3的注释。
rfusca 2011年

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我不会对此atm进行投票,但是我发现关于这两种噪声的(过度)简化的说法不太糟糕。如果删除了有关尼康的内容,我认为如果答案过于简单,这可能会有所帮助:-)
马丁
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