มีความเป็นไปได้หรือไม่ที่ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีในอนาคตอาจลดหรือกำจัดเสียงรบกวนเมื่อใช้การตั้งค่า ISO สูงหรือไม่หรือไม่เป็นเสียงที่ไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้และมีอยู่ในตัวเซ็นเซอร์ดิจิตอลทั้งหมดหรือไม่?
หากมีข้อ จำกัด ทางทฤษฎีที่เสียงหลีกเลี่ยงไม่ได้เราจะเข้าใกล้มันได้อย่างไร
คำตอบ:
สิ่งสำคัญคือต้องตระหนักว่าไม่ใช่การตั้งค่าความไวแสง ISO สูงซึ่งส่งผลให้เกิดภาพที่มีเสียงดังความจริงที่ว่าการใช้การตั้งค่าความไวแสงสูงหมายถึงการที่คุณจับแสงน้อยมาก
แสงถูกสร้างขึ้นจากโฟตอนซึ่งปล่อยออกมาโดยแหล่งแสงแบบสุ่ม เมื่อระดับแสงต่ำหรือเวลาเปิดรับแสงสั้นมากจำนวนโฟตอนที่คุณได้รับจะแตกต่างกันมาก
ลองนึกภาพคุณกำลังพยายามประเมินอัตราที่ผู้คนออกจากห้างสรรพสินค้า หากคุณมีเวลาเพียง 10 วินาทีในการนับบุคคลผลลัพธ์ที่คุณได้รับจะแตกต่างกันมากขึ้นอยู่กับว่าเมื่อคุณเริ่มนับและทางออกที่คุณเลือก หากคุณมีเวลา 10 นาทีในการนับผู้คนคุณจะได้รับคำตอบที่เสถียรกว่าซึ่งจะคล้ายกับการออกทั้งหมด (สมมติว่าไม่มีการตั้งค่าส่วนตัวสำหรับการออก) และข้ามช่วงเวลา 10 นาทีที่แตกต่างกัน (สมมติว่าไม่มีปัจจัยอื่น ๆ ผลลัพธ์).
นั่นคือสิ่งที่เกิดขึ้นเมื่อคุณใช้การตั้งค่าความไวแสงสูงคุณจับภาพโฟตอนน้อยมากดังนั้นชุดของพิกเซลที่อยู่ติดกันซึ่งครอบคลุมวัตถุที่มีสีสม่ำเสมออาจได้รับโฟตอน 3, 4, 4 และ 5 ดังนั้นแทนที่จะเป็นสีสม่ำเสมอ คุณได้รับผลลัพธ์ที่เป็นเม็ดเล็ก ๆ ที่เปลี่ยนแปลงสำหรับแต่ละพิกเซล
เสียงรบกวนนี้เรียกว่าเสียงโฟตอนและเป็นแหล่งกำเนิดของเสียงรบกวนในภาพ ISO สูงยกเว้นในเงา แม้ว่าคุณจะมีเซ็นเซอร์ที่สมบูรณ์แบบที่นับและรายงานโฟตอนแต่ละอันที่ตีเซ็นเซอร์อย่างซื่อสัตย์คุณก็จะยังคงมีเสียงดังรบกวนในที่แสงน้อย
นั่นไม่ได้หมายความว่าเราไปถึงขีด จำกัด ของ ISO ที่มีประสิทธิภาพสูง ยังไม่ทางใด ๆ เสียงรบกวนของโฟตอนบริสุทธิ์นั้นมีความละเอียดมากทำให้มีความน่ารังเกียจน้อยกว่าเสียงลายที่เป็นก้อนที่สังเกตได้ในภาพถ่าย ISO ระดับสูง
ลดพิกเซลพูดคุยข้ามการปรับปรุงอิเล็กทรอนิกส์ในยุทธทั่วไปเท่านั้นที่มีผลขนาดเล็กในการลดเสียงรบกวนกว้างแต่ผลที่มีขนาดใหญ่ในการปรับปรุงเสียงที่มีคุณภาพ
Wikipedia มีการจำลองของเซ็นเซอร์ "สมบูรณ์แบบ" โดยที่โฟตอนเสียงเป็นเพียงแหล่งกำเนิดเสียง:
คลิกเพื่อดูรุ่นใหญ่ที่คุณสามารถสร้างพิกเซลแยกต่างหาก รูปภาพโดยMdfสงวนลิขสิทธิ์
k sqrt(k)
ลดใช่ ตัวอย่างเช่น Canon 5D Mark III คือ2/3 หยุดดีกว่า Canon 5D ในประสิทธิภาพ ISO สูงแม้ว่าเซ็นเซอร์ของพวกเขาจะมีขนาดเท่ากันเพราะมันใหม่กว่าเจ็ดปี แน่นอนว่าผลการดำเนินงานที่ผ่านมาไม่จำเป็นต้องบ่งบอกถึงผลในอนาคต แต่ฉันไม่เห็นเหตุผลที่จะได้รับผลประโยชน์ส่วนเพิ่มที่จะไม่ดำเนินการต่อไป
กำจัดมันอย่างสมบูรณ์เป็นไปไม่ได้ทางร่างกาย เมื่อคุณได้รับ ISO ในหลักล้านคุณกำลังพยายามดึงข้อมูลออกมาจากโฟตอนไม่กี่ตัว ไม่ว่าเทคโนโลยีของคุณจะดีเพียงใดข้อมูลก็ไม่ได้อยู่ที่นั่นสำหรับคุณ
ทีนี้สำหรับการทำให้เป็น "สมบูรณ์แบบ" สำหรับ ISO ทั้งหมดภายใต้พูดว่า 3200 โปรดทราบว่าไม่มีมาตรฐานที่สอดคล้องกันสำหรับ "สมบูรณ์แบบ" คุณอาจพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ที่น่าอัศจรรย์ซึ่งมีอัตราส่วนทางทฤษฎีต่อสัญญาณรบกวน แต่ไม่สำคัญว่าเมื่อดวงตาของฉันอ้างว่าพิกเซลนี้ควรเป็น # 0f3ed2 คุณอ้างว่าควรเป็น # 0e3fd4 และเซ็นเซอร์คิดว่าเป็น # 0d3dd3?
มันเกิดขึ้นแล้ว! บนแผ่นฟิล์มหรือดิจิตอลยุคต้นความไวแสงสูงหมายถึง 400 สำหรับกล้องฟูลเฟรมล่าสุดหมายความว่า 6400 ปัญหาคือทุกครั้งที่มันเกิดขึ้น 'ISO สูง' จะได้รับการนิยามใหม่ให้สูงขึ้นหรืออีกนัยหนึ่ง ISO ที่สูงหมายถึงเสมอ " สูงมากจนเทคโนโลยีในปัจจุบันทำให้มีเสียงดัง " ในที่สุดโทนี่ก็มีข้อ จำกัด ทางกายภาพเกี่ยวกับว่ามันจะไปได้ไกลแค่ไหน
ผ่านทาง Hacker News ฉันเพิ่งเจอบทความนี้จากปี 2008 เขียนโดยศาสตราจารย์ฟิสิกส์ Emil Martinec ในเวลาว่างของเขา
เสียงรบกวน, ไดนามิกเรนจ์และความลึกบิตในกล้องดิจิตอล SLR
เขาอธิบายลักษณะเสียงต่าง ๆ ที่เป็นไปได้และอธิบายถึงความสำคัญของญาติ
หลังจากอ่านสิ่งนี้แล้วคุณจะรู้ว่ามันเป็นไปไม่ได้เลยที่จะขจัดเสียงรบกวนจากเซ็นเซอร์ประเภทต่างๆ แน่นอนว่ามีความเป็นไปได้ที่จะย่อเล็กสุด (ในหลาย ๆ ด้าน) แต่ก็มีการตัดสินใจออกแบบอื่น ๆ ที่ผู้ผลิตกล้อง / เซ็นเซอร์จะต้องทำเพื่อที่จะนำเสนอปัญหาอื่น ๆ หรือการแลกเปลี่ยน (เช่นการปรับออฟเซ็ต 10 + 11)
เกี่ยวกับคำถามของคุณเกี่ยวกับขีด จำกัด ทางทฤษฎี:
"แหล่งกำเนิดเสียงที่สำคัญที่สุดสำหรับการเปิดรับแสงทั่วไปคือเสียงอ่านและเสียงโฟตอนช็อต"
"การผกผันของความชันของกราฟ PRNU (ดูรูปที่ 7 สำหรับตัวอย่าง) เป็นขีด จำกัด สูงสุดของอัตราส่วน S / N ยกเว้นว่า PRNU จะได้รับการชดเชยในการประมวลผลภายหลัง"
ปัญหานี้เป็นปัญหาเกี่ยวกับเซ็นเซอร์โดยทั่วไป - ตั้งแต่เซ็นเซอร์ออปติคัลจนถึงการเร่งความเร็วและไจโร ผลิตภัณฑ์เพื่อผู้บริโภคทั้งหมดจัดการกับสิ่งนี้และพยายามซ่อนเสียงรบกวนจากผู้ใช้ - ตัวอย่างเช่นโทรศัพท์ของคุณสามารถตรวจจับการสั่นสะเทือนที่ต่ำกว่าระดับที่ทำให้มันทำงานได้และมีแอพที่สามารถแสดงให้คุณเห็น
เซ็นเซอร์ที่มีความสามารถในการบันทึกสัญญาณอย่างถูกต้องภายในพื้นที่ที่สนใจจะสามารถบันทึกสัญญาณนอกพื้นที่ที่สนใจและสัญญาณด้านล่างหรือสูงกว่าเกณฑ์ที่น่าสนใจโดยทั่วไปเรียกว่าเสียงรบกวน 'ปัญหา' นี้ไม่เกี่ยวข้องกับเซ็นเซอร์ออปติคัลเท่านั้นมันเกี่ยวข้องกับข้อ จำกัด ทางกายภาพของการตรวจจับสิ่งที่เราสนใจ
ดังนั้นคำตอบคือไม่ - เซ็นเซอร์ใด ๆ ที่ 'ไม่ตอบสนอง' เพียงพอที่จะกำจัดเสียงรบกวนก็จะกำจัดสัญญาณบางอย่างที่เราต้องการทำให้มันเป็นไปไม่ได้ที่จะสร้างเซ็นเซอร์ที่ไม่มีเสียงดัง