平均图像或降低分辨率如何减少噪点?


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答案列出了三种降低噪音的技术:

  • 保持相机的传​​感器凉爽。
  • 拍摄一些照片,然后取平均。
  • 降低分辨率。

有人可以对后两种技术有更多的了解吗?

如何拍摄多张照片并取平均,以减少噪点?如何平均他们?为什么这会起作用?

降低分辨率如何减少噪音?

Answers:


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最后两个实际上是同一件事,并且由于以下事实而起作用:在大多数情况下,噪声将像素值推高的可能性与将像素值推低的可能性相同。

假设给定像素的“真实”值为100(共255个)。在嘈杂的条件下拍摄同一场景的10张图像,您可能会记录以下值:

104, 99, 98, 100, 101, 105, 99, 102, 94, 105

平均这些值(将它们相加并除以10)可得到以下像素值:100.7,将四舍五入为101,这比真实值要小得多,而只需要选择其中一个即可。随机10张图片。

至于如何使用,则有专门的软件包(搜索图像堆叠,我认为Deep Sky Stacker是一个流行的选择)。或者,您可以在大多数图像编辑中通过加载几个图层并合并成对的图层来完成此操作(最新版本的photoshop具有特殊的堆叠功能,效果会更好一些)。

降低分辨率是背后的原则。一种实现此目的的技术称为“合并”,通过这种方法,您可以将四个相邻像素合并为一个像素。因此,假设有四个像素与图像中的纯色区域相对应,它们的统一值应为100:

102, 103
93,  101 

将它们平均会得到一个值为99.75的像素,该像素舍入为100。

顺便说一句,拍摄几张图像并取其平均值等效于更长的曝光时间,除了:

  • 您可以让相机在两次拍摄之间变凉,从而帮助解决问题#1
  • 长时间曝光仅在您捕获更多光线时才起作用,这意味着保持光圈不变并降低ISO值(这并非总是可能的,例如,如果达到最小ISO值)
  • 较长的曝光会引起相机震动,可以通过使用几次较短的曝光来避免(尽管图像需要对齐)。

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最后,当涉及到最小化噪声时,黄金法则是获得尽可能多的光。平均几次曝光可以做到这一点(重要的是要捕获的总光线)。降低采样确实是为了解决问题而付出的代价。


单独进行下采样并不一定会降低噪声。仅当它与平滑结合时才起作用。现在来问我一个问题:您是否知道减小尺寸的软件还可以减少噪声,尤其是那些免费软件?我假设像Lightroom这样的程序在导出时会执行此操作,但是这次我仅对下采样特别感兴趣,而不是像Lightroom那样进行任何高级编辑,并且我不相信使用诸如ImageMagick之类的工具来缩小图像大小会还可以最大程度地降低噪音。
Szabolcs

@Szabolcs任何将多个相邻像素值都考虑在内的明智的重采样算法将减少噪声。因此,只要您不进行“最近邻居”重采样,我就不会担心所使用的方法。双三次重采样非常普遍,我敢肯定有很多使用此方法的免费应用程序。GIMP中可用的Lanczos3可能要好一些。
马特·格鲁姆

@Matt双三次,双线性等只是插值方法。他们确实使用相邻(或下一个相邻)的像素值进行插值,但没有对它们进行平均。我认为我们在DSP主题上投入了太多精力,所以我想在DSP.SE上发布有关数学细节的问题:-)
Szabolcs

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温度

在硅中,有一种效应称为热噪声(约翰逊噪声)。基本上,这是电子从基板上松散并添加到被光子敲打的电子上。然后,这些电子被认为是传感器“信号”的一部分,从而产生噪声。这种噪声是高斯分布的,平均值为零。

热噪声会随温度升高而增加,这就是传感器温度较低的原因。

平均

这仅适用于平均值为零的随机噪声。如果噪声是随机的(足够大),则它永远不会完全相同,而您正在拍摄的场景则应该是。由于有关场景的信息会被记录多次,因此每次噪声均略有不同,因此可以平均像素并获得比一次捕获更高的信噪比。这意味着场景需要是静态的。

不同尺寸的光电探测器

根据更大传感器的实现方式,您可能会得到较少的噪声。一种技术是保持物理传感器大小不变,然后将几个物理像素组合为一个逻辑像素。或者传感器的物理尺寸可以不同。

通过将多个物理像素组合为一个逻辑像素,可以实现与组合多个捕获相同的降噪效果。

通过增加像素的物理尺寸,可以减少来自读数和放大的噪声。像素越大,信号中的电子越多。由于对于任何给定的生产技术(晶体管尺寸),读出和放大噪声都接近固定,因此可以实现更大的信噪比。


降低分辨率呢?
K”

今晚我有更多时间时,我会附带通知。
哈康K. Olafsen

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这里的一篇文章很好地解释了平均背后的概念以及如何使用Photoshop手动进行。可以在支持图层和图层不透明度的任何图像编辑软件中使用相同的技术。

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