фотонный шум

Ответ от Leonid[гуру]
Щас попробую объяснить. Будет долго.. .
Да, ФОТОННЫЙ шум тем заметнее, чем меньше физический размер элемента матрицы. Просто потому что плотность хранения электронов в ячейке ПЗС ограничена физикой их работы - не больше чем вот столько на квадратный микрон. И если кв. микронов мало, то мало и электронов даже на макисмально ярких участках изображения (не говоря уж о тех, что в тенях). Именно поэтому чем больше размер пикселя (или чем МЕНЬШЕ пикселей при данном физическом размере самой матрицы) - тем ниже фотонный шум.
Но фотонный шум - не единствнный источник шума, есть ещё и шум считывания самой матрицы, шум темнового тока и шум электронных схем обработки сигнала. На болшом сигнале превалирует фотонный шум, потому что он равен корню из числа электронов, накопленных в ячейке. Если в ней, к примеру, набралось 10 тыщ электронов В СРЕДНЕМ - то шум равен 100. Шум считывания, как правило, порядка 15 электронов, шум внешних схем, в пересчёте на электроны, ещё меньше. Шум темнового тока для современных матриц, у которых этот ток составляет примерно 10 пА/кв. см, - штуки электронов.
Поэтому на тёмных участках будет заметен шум самой матрицы и шум электроники, а на ярком сигнале - фотонный шум. И вот тут начинается специфика самих ПЗС.
В промышленных системах, где, как правило, используются монохромные приборы (без нанесённого цветофильтра) , снижение разрешения дейтсвительно приводит к повышению отношения С/Ш, но для этого там используется специальный приём - биннинг. Зарядовые пакеты соседних пикселей объединяются в один суммарный ДО ТОГО, как этот суммарный пакет попадает в считывающее устройство матрицы. И что получается: при бинниге, к примеру, 2х2 сигнал возрастает вчетверо, фотонный шум - только вдвое, а шум считывания вообще остаётся неизменным, потому что этот объединённый пакет считывается один раз. Поэтому биннинг ПО ЗАРЯДУ дейтсвительно улучшает шумовые характеристики матрицы - он фактически эквивалентен увеличению размеров ячейки.
Но биннировать можно только заряды СОСЕДНИХ элементов. В обычной ЦВЕТНОЙ фотокамере на матрицу нанесён цветокодирующий фильтр, так что соседние элементы принимают только свой цвет. А значит, биннировать заряд вот так в лоб НЕЛЬЗЯ - теряется информация о цвете. Поэтому снижение разрешения в них делается ПОСЛЕ считывания и обработки сигнала, чисто программно. И такая операция может как снизить шум, так и ПОВЫСИТЬ его. Снизить шум удастся, если снижение разрешения происходит КРАТНО исходному разрешению. То есть в 2&#178, 3&#178 и т. д. раз. Это значит - с 12 до 3 Мпикс. (к примеру) , а не до 5. В этом случае происходит честное усреднение ЭКВИВАЛЕНТНЫХ элементов - растр результирующего изображения накладывается на растр исходного "узел в узел", интерполяции не требуется. Разумеется, при условии, что такая обработка производится над исходным изображением ДО его сжатия в JPG-файл. И тут тоже происходит усреднение шума, причём поскольку шум считывания с разных пикселей некоррелирован, его относительный уровень тоже снижается в 2, 3 и т. д. раз. Но не в 4, 9 и т. д. - шум усилителя тут присутствует В КАЖДОМ отсчёте, это вам не биннинг.
А вот если снижать разрешение с 12 до 5, то возможны артефакты интерполяции. Ведь тут растр картинки-результата не ложится точно на растр исходного изображения - нужно ВЫЧИСЛЯТЬ значения, интерполируя соседние отсчёты. И поскольку картинка цветная, то для честной интерполяции приходится брать уже восстановленное цветное изображение - при том, что сам процес восстановления цветовой информации УВЕЛИЧИВАЕТ шум.Leonid
Высший разум
(381266)
Абалдеть.. У меня уже есть поклонницы...
На самом деле лучше всего взять и измерить. Тем более если есть возможность работать с RAW-файлами. Потому как теория - одно, а жизнь - она многогранна и непредсказуема. Фиг его знает какие алгоритмы обработки и сжатия используются в камерах. Почитайте раздел "Цифровое фото" на сайте ixbt com, там регулярно появляются тесты камер и описывается методика измерения параметров, в том числе шума.