ทำไมเสียงไม่ขึ้นอยู่กับเวลาที่เปิดรับแสง

ในโพสต์ทำไมกล้องใช้การเปิดรับแสงเดียวแทนที่จะรวมเข้ากับการอ่านที่รวดเร็วมาก ๆ คำถามที่สำคัญคือถ้าเสียงดังขึ้นอยู่กับเวลาที่ได้รับแสงหรือไม่ โดยเสียงฉันหมายถึงเสียงที่แน่นอน (N) ไม่ใช่เสียงสัมพัทธ์ (S / N) ฉันเชื่อมั่นในสหสัมพันธ์นี้เพราะฉันคิดว่าเสียงดังสะสมในช่วงเวลาที่ได้รับแสงดังนั้นหากนานกว่าเสียงก็จะสูงขึ้น

เพื่อทดสอบสมมติฐานนี้ฉันพยายามถ่ายภาพสีดำด้วยฝาปิดเลนส์บนเลนส์ในลักษณะที่มี S = 0 ฉันใช้ Canon 600D, ISO100 และ f / 3.5

ฉันเขียนสคริปต์ไพ ธ อนเพื่อคำนวณค่าเฉลี่ยโดยเฉลี่ยของพิกเซลทั้งหมดด้วยค่าเฉลี่ยแบบง่ายหรือค่าเฉลี่ยกำลังสอง (sqrt (sum_i (R_i ^ 2)) โดยที่ R_i เป็น ith-pixel พิจารณาเฉพาะช่องสีแดง

ฉันใช้ jpeg เพราะฉันไม่สามารถอ่าน raw จาก python ได้ การใช้ jpeg ความละเอียดของสัญญาณรบกวนนั้นค่อนข้างเล็ก (1/256) แต่ฉันได้รับผลลัพธ์ที่น่าสนใจ

นี่คือพล็อต: บนแกน y เสียง, บนแกน x เวลาเปิดรับแสง

ดูเหมือนว่าเสียงจะค่อนข้างคงที่เมื่อได้รับแสง 1 วินาทีจากนั้นจะเริ่มเพิ่มขึ้น

ฉันพยายามถ่ายด้วย ISO3200 ต่อไปนี้เป็นผลลัพธ์:

อย่างที่คาดไว้สัญญาณรบกวนนั้นใหญ่กว่ามาก (~ 10 ครั้ง) แต่พฤติกรรมที่มีเวลาในการเปิดรับแสงใกล้เคียงกัน (อาจเพิ่มความเร็วได้เล็กน้อย)

ทำไมพฤติกรรมนี้

เหตุใดช่องสีเขียวจึงมีเสียงดังมากขึ้น

ก่อนอื่นคุณไม่สามารถประเมินสัญญาณรบกวนใด ๆ ในรูปแบบ JPEG ได้ การบีบอัดแม้การบีบอัดน้อยที่สุดมีผลกระทบที่วัดได้ / มองเห็นได้ในลักษณะของเสียง คุณสามารถประเมินสัญญาณรบกวนด้วยภาพ RAW เท่านั้น

เพียงเพื่อให้แน่ใจว่าคุณเข้าใจว่าแหล่งที่มาหลักของสัญญาณรบกวนของภาพโฟตอนยิงเสียงรบกวนคืออะไร? เสียงรบกวนที่คุณกำลังประเมินคือกล้องอ่านเสียงรบกวนเสียงที่เกิดจากกระแสไฟฟ้าผ่านวงจรอิเล็กทรอนิกส์และอาจเกิดจากความไม่สมบูรณ์ของวัสดุที่ใช้ในเซ็นเซอร์ภาพ โดยทั่วไปสัญญาณรบกวนในการอ่านจะเป็นค่าคงที่ของเซ็นเซอร์สำหรับระดับ ISO ที่กำหนดจนกระทั่งปัจจัยอื่น ๆ เช่นความร้อนเริ่มเปลี่ยน นอกจากนี้เพื่อนำสัญญาณเข้าสู่การสนทนาสักครู่ ... อ่านเสียงรบกวนเป็นสัญญาณน้อยที่สุดของสัญญาณสูงสุดดังนั้นแม้ที่จุดสูงสุดของ 0.009 @ ISO 3200 ในกราฟของคุณเมื่อคุณตบสัญญาณภาพที่แรงพออยู่ด้านบน ผลกระทบของเสียงรบกวนจากการอ่านนั้นจริง ๆ แล้วเล็กน้อยมากจนไม่มีความหมายอย่างมีประสิทธิภาพ โฟตอนยิงเสียงรบกวน หรือเสียงรบกวนในสัญญาณภาพที่เกิดขึ้นจากสัญญาณที่อ่อนกว่า (เมื่อเทียบกับความสามารถทางกายภาพที่เต็มรูปแบบของโฟโต้ไดโอดเดี่ยว) และรูปแบบการกระจายที่ไม่สอดคล้องกันของโฟตอนสไตรค์ คุณจะต้องขุดลึกลงไปในเงามืดที่มืดที่สุดของภาพถ่าย ISO 3200 เพื่อหาข้อบ่งชี้ว่ามีเสียงรบกวนในการอ่าน

เมื่อคุณสัมผัสได้ถึง 1 วินาทีฉันจะสมมติว่าปริมาณการอ่านเสียงนั้นแบนเนื่องจากคุณไม่ได้สะสมความร้อนเพียงพอในวงจรที่จะมีผลกระทบ ตามการทดสอบของคุณเมื่อคุณได้รับแสง 1 วินาทีความร้อนอาจเริ่มก่อตัวและมีผลกระทบ ในขณะที่คุณยังคงเปิดเผยเป็นระยะเวลานานขึ้นและยาวนานขึ้นผลกระทบของเสียงรบกวนจากความร้อนต่อเสียงรบกวนในการอ่านโดยรวมจะเพิ่มขึ้น

ฉันไม่ใช่วิศวกรเซ็นเซอร์รับภาพ CMOS ดังนั้นฉันจึงไม่สามารถเจาะลึกไปกว่านั้นได้ ฉันจะเสนอตามสิทธิบัตรจำนวนมากที่ฉันได้อ่านซึ่งได้รับการตีพิมพ์โดยทั้ง Sony และ Canon ว่ามีเหตุผลอื่น ๆ ที่ทำให้เสียงดังขึ้นเมื่อเวลาเปิดรับแสง มีสิทธิบัตรด้านการลดเสียงรบกวนจำนวนมากที่ลอยอยู่ในสิทธิบัตรซึ่งมีจุดประสงค์เพื่อระบุติดตามและกำจัดแหล่งกำเนิดของเสียงที่เป็นไปได้ ส่วนใหญ่จัดการกับเสียงปัจจุบันที่มืดเสียงเครื่องขยายเสียงหรือเสียงตัวแปลง A / D แต่มีแหล่งอื่น สิทธิบัตรบางตัวไปจนถึงการตัดแหล่งจ่ายไฟหลักไปสู่การลดเสียงรบกวนและวงจรความจุการอ่านข้อมูลในระหว่างการอ่านข้อมูลเพื่อขจัดความเป็นไปได้ที่กระแสมืดจากแหล่งจ่ายไฟจะเพิ่มเสียงรบกวนในระหว่างการอ่านข้อมูล (ผมเชื่อว่าเป็นสิทธิบัตรของแคนนอน

พอจะพูดได้เสียงความร้อนจะกลายเป็นผู้ผลิตเสียงหลักอย่างแน่นอนเมื่อได้รับแสงผ่านเกณฑ์ที่กำหนด ฉันจะไม่เดาว่าเกณฑ์จะเป็น 1s แต่การทดสอบของคุณดูเหมือนจะบ่งบอกมาก