ในคำตอบนี้ @jrista กล่าวว่าแม้กล้องที่มีเซ็นเซอร์ที่ไม่มีเสียงสมบูรณ์แบบก็ยังคงมีเสียงรบกวนเนื่องจาก "เสียง Poisson" หรือ"Photon Shot Noise" - เสียงรบกวนที่เกิดจากการสุ่มโฟตอนซึ่งทำให้เกิดโฟตอนมากขึ้น ประสาทสัมผัสมากกว่าอีก
ฉันแค่อยากรู้อยากเห็น - นี่เป็นข้อกังวลสำคัญสำหรับช่างภาพในโลกแห่งความจริงหรือไม่? ฉันจะคิดว่าเสียงนี้จะให้กระจิริดขนาดเล็กที่เราสามารถพิจารณาให้เป็นพื้น 0. มีการศึกษาใด ๆ ที่วัดเท่าใดเสียงจากเสียงยิง VS สาเหตุอื่น ๆ (เช่นเสียงไฟฟ้าหรือความร้อนจากอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์) ?
คำตอบ:
ในพื้นที่ส่วนใหญ่ของการถ่ายภาพมากที่สุดยิงโฟตอนเสียงเป็นผู้สนับสนุนที่ใหญ่ที่สุดในเสียง
ส่วนใหญ่เรากำลังเปรียบเทียบเพื่ออ่านเสียง (กระแสมืดมีความสำคัญน้อยในการเปิดรับแสงสั้น ๆ และเสียงเชิงปริมาณก็ค่อนข้างเล็กเมื่อคุณกำลังพูดถึง ADC 12 และ 14 บิต) อ่านเสียงขึ้นอยู่กับเซ็นเซอร์ รายงานฉบับนี้นำเสนอการวัดการอ่านเสียงรบกวนสำหรับกล้อง DSLR สองสามตัว ตัวอย่างเช่นเราเห็นว่า Canon 40D ที่ ISO 200 มีประมาณ 10 อิเล็กตรอน (e-) ของเสียงอ่าน
โฟตอนยิงเสียงเป็นกระบวนการปัวซองดังนั้นเสียงจึงเป็นสแควร์รูทของจำนวนโฟโตอิเล็กตรอนที่ส่งสัญญาณ ดังนั้นหากเราบันทึกโฟโตอิเล็กตรอน 100 สัญญาณในหนึ่งพิกเซลจากเรื่องของเราเราคาดว่าสัญญาณรบกวนการถ่ายภาพต่อพิกเซลจะเป็น sqrt (100) = 10 e- เท่ากับ 40D ของเสียงการอ่าน
โฟโตอิเล็กตรอน 100 ตัวมีจำนวนมากหรือไม่? ไม่กระดาษแผ่นเดียวกันประเมินความจุเต็มพิกัดของพิกเซล 40D เป็น 56,000 e- ดังนั้นพิกเซลที่มีเพียง 100 e- เป็นส่วนที่มืดมากของฉากประมาณ 9 หยุดเข้มกว่าเต็มอิ่ม ในพิกเซลที่มีมากกว่า 100 e- เสียงรบกวนของการถ่ายภาพจะเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องสูงสุดถึง sqrt (56000) = 236 ที่ความสมบูรณ์แบบดังนั้นเสียงที่ถ่ายจะส่งเสียงรบกวนการอ่านด้วยระยะขอบที่กว้างขึ้นและใหญ่ขึ้น (โทนสว่างจะมีเสียงดังน้อยกว่าโทนมืดเนื่องจากอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องเนื่องจากเสียงเป็นเพียงสแควร์รูทของสัญญาณ แต่สิ่งที่เสียงรบกวนคือเกิดจากการยิงเสียงไม่มากขึ้น อ่านเสียงรบกวน)
ในเงาที่มืดมากเสียงการอ่านอาจมีความสำคัญ และในการเปิดรับแสงที่ยาวนาน (เช่นการถ่ายภาพใต้น้ำภายใต้ท้องฟ้ามืด) กระแสมืดและเสียงรบกวนในการอ่านอาจมีความสำคัญ แต่สำหรับการถ่ายภาพทั่วไปของวัตถุที่มีการเปิดรับแสงสั้น ๆ เสียงการถ่ายภาพเป็นจุดรบกวนที่สำคัญ
เสียงรบกวนจากการยิงโฟตอนหรือเสียงรบกวนที่เกิดจากการกระจายโฟตอนของปัวซองเมื่อถึงเซ็นเซอร์อาจเป็นปัญหาที่ช่างภาพในโลกแห่งความจริงอาจต้องระวังอย่างน้อย เมื่อ ISO เพิ่มขึ้นความเป็นไปได้สูงสุดที่สัญญาณจะลดลง สำหรับการหยุดเพิ่ม ISO ทุกครั้งสัญญาณสูงสุดของคุณจะลดลงสองเท่า ในการเปิดรับแสงส่วนใหญ่เสียงจากโฟตอนนั้นเป็นสาเหตุสำคัญที่สุดที่ทำให้เกิดเสียงรบกวน แหล่งกำเนิดเสียงรบกวนทางอิเล็กทรอนิกส์จะส่งผลกระทบต่อเงามืดลึกเท่านั้นและโดยปกติจะจัดแสดงเฉพาะเมื่อคุณเริ่มเปิดรับแสงรอบ ๆ ในโพสต์ (เช่นการยกเงาในระดับที่สำคัญ)
สมมติว่าเซ็นเซอร์ฟูลเฟรมที่มีความจุ Full Well (FWC) ของ 60,000 อิเล็กตรอนที่ ISO 100 คุณมีจุดอิ่มตัวสูงสุด (MaxSat) ของ 60,000 อิเล็กตรอน (e-) ที่ ISO 200 คุณจะได้ MaxSat ที่ 30,000e-, ISO 400 / 15,000e-, ISO 800 / 7500e-, ISO 1600 / 3750e-, ISO 3200 / 1875e- การเพิ่มความไวแสง ISO จะลดอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนที่อาจเกิดขึ้นสูงสุด
ปัจจัยนี้น่าจะสำคัญที่สุดในการตัดสินใจเลือกซื้อกล้อง เซ็นเซอร์ฟูลเฟรมจะมีพิกเซลใหญ่กว่าเซ็นเซอร์ APS-C ที่มีจำนวนพิกเซลเท่ากัน 60k FWC ของเราบนเซ็นเซอร์ FF สมมุติของเราอาจเป็น 20k-25k FWC บนเซ็นเซอร์ APS-C หากคุณต้องการประสิทธิภาพแสงน้อยที่เหนือกว่าการใช้เซ็นเซอร์ฟูลเฟรมและจำนวนพิกเซลที่น้อยลงจะเพิ่มขนาดของพิกเซล
เสียงรบกวนโฟตอนถ่ายภาพตามอัตราส่วนของสัญญาณทั้งหมดจะลดลงเมื่อความแรงของสัญญาณเพิ่มขึ้น ในฐานะที่เป็นปัจจัยสัมบูรณ์ (ส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐานรอบระดับสัญญาณเฉลี่ย) เสียงโฟตอนการถ่ายอาจคงที่ สมมติว่าค่าเบี่ยงเบนมาตรฐานเท่ากับ 5 หน่วยหากความแรงของสัญญาณเท่ากับ 5 คุณจะมีภาพที่ดูเหมือนว่าเป็นจุดรบกวนส่วนใหญ่อาจมี "รูปร่าง" บางส่วน แต่ไม่ชัดเจน หากความแรงของสัญญาณคือ 10 หน่วยดังนั้น SNR คือ 50% คุณจะยังคงมีภาพที่มีเสียงดังมาก แต่มันจะเป็นภาพที่มีรูปร่างและโครงสร้างที่ชัดเจนมากขึ้น ในความเป็นจริงเสียงโฟตอนยิงซึ่งตามฟังก์ชั่นการกระจาย Poisson เท่ากับรากที่สองของระดับสัญญาณ ที่ ISO 100 เซ็นเซอร์ FF ที่มี 60,000e- FWC จะมีเสียงรบกวนโฟตอนเท่ากับ 244e- เซ็นเซอร์ APS-C ที่มี 20 000e- FWC จะมีเสียงรบกวนจากโฟตอนที่เทียบเท่ากับ 141e- ที่ ISO 200 เสียงโฟตอนการถ่ายภาพจะเป็น 173e- และ 122e- ตามลำดับ ISO 400 จะเป็น 122e- และ 70e- ฯลฯ ตามสัดส่วนของสัญญาณที่ ISO 100 FF สัญญาณโฟตอนคือ 0.004% ของสัญญาณ, ISO 200 ของมันคือ 0.006%, ISO 400 ของมันที่ 0.008% และในทางกลับกันสำหรับ APS-C ค่าเหล่านี้คือ ISO 100 / 0.007%, ISO 200 / 0.012%, ISO 400 / 0.014% เป็นต้น
เซ็นเซอร์ขนาดเล็กจะมี SNR ต่ำกว่าเซ็นเซอร์ FF ที่จะเริ่มต้นเล็กน้อยเนื่องจากการเปิดใช้งานแถว / คอลัมน์และการอ่านการเดินสายมีแนวโน้มที่จะให้พื้นที่โฟโตไดโอดสัมพันธ์กับผู้บริโภคมากขึ้น เมื่อรวมกับ FWC ที่เล็กลงคุณจะเสียเปรียบในทันทีเมื่อพูดถึงการเพิ่ม ISO เซ็นเซอร์ FF มีข้อได้เปรียบเรื่องเสียงประมาณ 60% (โดย: 244/60000 / 141/20000 = 0.577) ในการตั้งค่า ISO เดียวกันนั้นโดยทั่วไปจะเห็นว่ามีสัญญาณรบกวนในการตั้งค่านั้นเซ็นเซอร์ FF จะดูเหมือนมีเสียงรบกวนน้อยกว่าเซ็นเซอร์ APS-C เสมอ ในกรณีของเซ็นเซอร์สมมุติฐานสองตัวของเรานั้น ISO 100 ใน APS-C นั้นดีกว่า ISO 400 เล็กน้อยบน FF เกือบจะเต็มทั้งสองหยุดความแตกต่างในประสิทธิภาพเสียงสัมพัทธ์! เช่นเดียวกันสำหรับเซ็นเซอร์ FF สองตัวอันที่มีพิกเซลขนาดใหญ่และอีกอันที่มีพิกเซลที่เล็กกว่าโดยมีค่า 1.6 สิ่งนี้จะถือว่าเป็นการครอบตัด 100% (เช่นการแอบดูพิกเซล
สำหรับเสียงรบกวนที่มาจากเสียงที่ถ่ายได้และจากแหล่งอื่น ๆ "แหล่งข้อมูลอื่น" ขึ้นอยู่กับเซ็นเซอร์จริงๆ โดยปกติสัญญาณรบกวนการอ่านจะวัดในรูปของ DU (หน่วยดิจิตอลหรือโพสต์ ADC) หรือ e- (อิเล็กตรอนประจุสัญญาณอะนาล็อก) Canon 7D อ่านเสียง 8.6e- ที่ ISO 100 แต่ 4.7e- ที่ ISO 200, 3.3e- ที่ ISO 400 เป็นต้น Canon 1D X อ่านเสียง 38.2e- (!) ที่ ISO 100 เสียงรบกวนที่มากขึ้นของการอ่านจะแปรผันตามพื้นที่ของโฟโตไดโอดในที่สุด ... พิกเซลที่ใหญ่กว่าจะมีกระแสมากขึ้นดังนั้นกระแสมืดจะสูงขึ้นและการขยายต่อเนื่องจะเพิ่มปริมาณเสียงอิเล็กทรอนิกส์ที่สัมพันธ์กับสัญญาณ 1D X มี FWC 90,300 ซึ่งหมายความว่าสัญญาณรบกวนที่อ่านได้ 38e เป็นเศษเล็กเศษน้อยของสัญญาณ ISO100 ที่มีศักยภาพสูงสุด (แน่นอนว่า 0.00042%)
ในทุกกรณีของเสียงมันขึ้นอยู่กับเป้าหมายของคุณ หากคุณมักจะถ่ายภาพที่มีแสงน้อยหรือต้องการความเร็วชัตเตอร์ที่สูงมากการหากล้องที่มีพิกเซลมากขึ้นอาจทำให้ได้เสียงรบกวนที่ดีที่สุด หากคุณถ่ายภาพวัตถุที่มีรายละเอียดสูงความหนาแน่นของพิกเซลที่สูงขึ้นอาจสำคัญกว่าเสียงรบกวนต่ำ ไม่มีคำตอบที่ถูกตัดจริงและแห้งที่นี่
†ปริมาณของแสงสมมติว่ามีแสงสว่างคงที่ปริมาณของแสงที่ไปถึงเซ็นเซอร์สำหรับรูรับแสงและความเร็วชัตเตอร์ที่กำหนดหรืออัตราส่วนที่เท่ากัน: f / 16 1 / 100s, f / 8 1 / 200s, f / 4 1 / 800s EV เดียวกันทั้งหมด
คุณกำลังเข้าสู่ช่วงการถ่ายภาพที่แน่นอนเมื่อพยายามระบุสัญญาณรบกวนจากเสียงการยิง โชคดีที่พวกนักโหราศาสตร์เคยมาที่นี่มาก่อน
มีชุดบทความที่เหมาะสมสำหรับคนธรรมดาที่เข้าใจสัญญาณเสียงและสัญญาณที่เผยแพร่โดย Craig Stark
ในส่วนที่หนึ่งที่นี่เขาอธิบายสถานที่ตั้งพื้นฐานของเสียงรบกวนการยิงและทำไมท้องฟ้าถึงไม่ดีสำหรับดาราศาสตร์ - มันเพิ่มเสียงยิงโดยไม่ต้องเพิ่มข้อมูลเพิ่มเติม โดยพื้นฐานแล้วคุณสามารถมีระดับแสงสูงขึ้นได้ แต่มันจะแบนและทำให้เกิดความเปรียบต่าง
ในส่วนที่สองที่นี่เขาพูดถึงรายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับความแตกต่างของเสียงช็อตเทียบกับการอ่านและความร้อนจากตัวอย่างเช่นภาพถ่าย
ในส่วนที่สามที่นี่เขาอธิบายวิธีการวัดประสิทธิภาพของกล้องเฉพาะและทำให้ได้แบบจำลองสำหรับเสียงรบกวน วิธีนี้อาจตอบคำถามของคุณได้ดีที่สุดว่า "อะไรคือความแตกต่างระหว่างเสียงรบกวน"
กลับไปที่คำถามพื้นฐานของคุณ: มันเกี่ยวข้องกับการถ่ายภาพส่วนใหญ่หรือไม่? ไม่จริง ๆ จนกว่าคุณจะเริ่มถ่ายภาพในจุดสุดยอดของเสียงประเภทอื่น (ความร้อนและการอ่าน) เมื่อ SNR เอียง