Có khả năng những tiến bộ công nghệ trong tương lai có thể làm giảm hoặc loại bỏ nhiễu khi sử dụng cài đặt ISO cao hay tiếng ồn này là không thể tránh khỏi và vốn có đối với tất cả các cảm biến kỹ thuật số?
Nếu có một giới hạn lý thuyết mà tiếng ồn là không thể tránh khỏi, thì chúng ta gần đến mức nào?
Câu trả lời:
Điều rất quan trọng để nhận ra rằng không phải chính cài đặt ISO cao dẫn đến hình ảnh bị nhiễu, thực tế là sử dụng cài đặt ISO cao có nghĩa là bạn thu được rất ít ánh sáng.
Ánh sáng được tạo thành từ các photon được phát ra ngẫu nhiên bởi một nguồn sáng. Khi mức ánh sáng thấp hoặc thời gian phơi sáng rất ngắn thì số lượng photon bạn nhận được sẽ thay đổi đáng kể so với
Hãy tưởng tượng bạn đang cố gắng ước tính tốc độ mọi người rời khỏi trung tâm mua sắm. Nếu bạn chỉ có 10 giây để đếm người thì kết quả bạn nhận được sẽ thay đổi rất nhiều tùy thuộc vào chính xác khi bạn bắt đầu đếm và lối thoát nào bạn đã chọn. Nếu bạn có 10 phút để đếm người, thì bạn sẽ nhận được câu trả lời ổn định hơn tương tự cho tất cả các lối thoát (giả sử không có sở thích cá nhân nào cho lối thoát) và trên các cửa sổ thời gian 10 phút khác nhau (giả sử không có yếu tố nào khác ảnh hưởng kết quả).
Đó là những gì đang xảy ra khi bạn sử dụng cài đặt ISO cao, bạn chụp rất ít photon, do đó, một tập hợp các pixel lân cận bao phủ một đối tượng có màu đồng nhất có thể nhận được 4, 3, 4 và 5 photon, vì vậy thay vì màu đồng nhất mịn bạn nhận được một kết quả nổi hạt thay đổi cho từng pixel.
Nhiễu này được gọi là nhiễu photon và là nguồn nhiễu chủ yếu trong ảnh ISO cao ngoại trừ trong bóng tối. Ngay cả khi bạn có một cảm biến hoàn hảo đếm và báo cáo trung thực từng photon chạm vào cảm biến, bạn vẫn sẽ có một lượng nhiễu đáng kể trong ánh sáng yếu.
Điều đó không có nghĩa là chúng tôi đã đạt đến giới hạn hiệu suất ISO cao. Chưa hoàn toàn có cách nào. Nhiễu photon tinh khiết là hạt rất mịn ít bị phản đối hơn nhiễu mẫu vón cục quan sát được trong các bức ảnh ISO cao.
Giảm nói chuyện qua pixel, cải thiện thiết bị điện tử nói chung có thể chỉ có tác dụng nhỏ trong việc giảm biên độ nhiễu , nhưng hiệu quả lớn hơn trong việc cải thiện chất lượng tiếng ồn .
Wikipedia có một mô phỏng của cảm biến "hoàn hảo" trong đó nhiễu photon chỉ là nguồn nhiễu:
Nhấp vào để xem phiên bản lớn hơn nơi bạn có thể tạo ra các pixel riêng lẻ. Hình ảnh của Mdf một số quyền được bảo lưu.
kcác photon trung bình trên mỗi pixel, cường độ của nhiễu pixel sẽ là sqrt(k).
Giảm nó đi, vâng. Ví dụ, Canon 5D Mark III tốt hơn 2/3 so với Canon 5D ở hiệu suất ISO cao, mặc dù các cảm biến của chúng có cùng kích thước, vì nó mới hơn bảy năm. Tất nhiên, hiệu suất trong quá khứ không nhất thiết chỉ ra kết quả trong tương lai, nhưng tôi thấy không có lý do gì để tăng lợi nhuận không tiếp tục được thực hiện.
Loại bỏ nó hoàn toàn là không thể. Khi bạn đạt được ISO trong hàng triệu, bạn đang cố trích xuất dữ liệu từ một vài photon. Bất kể công nghệ của bạn tốt như thế nào, thông tin chỉ đơn giản là không có để bạn trích xuất.
Bây giờ, như để làm cho nó "hoàn hảo" cho tất cả các ISO theo, giả sử, 3200, lưu ý rằng thực sự không có một tiêu chuẩn nhất quán nào cho "hoàn hảo". Bạn có thể phát triển một số công nghệ mới tuyệt vời đạt đến một số lý thuyết bị ràng buộc về tỷ lệ nhiễu tín hiệu, nhưng điều đó thực sự quan trọng khi mắt tôi khẳng định pixel này phải là # 0f3ed2, bạn cho rằng nó phải là # 0e3fd4 và cảm biến cho rằng đó là # 0d3dd3?
Nó đã xảy ra rồi! Trên phim, hoặc kỹ thuật số sớm, ISO cao có nghĩa là 400, trên máy ảnh full frame mới nhất có nghĩa là 6400. Vấn đề là mỗi lần nó xảy ra, 'ISO cao' được xác định lại thậm chí cao hơn, hay nói cách khác, ISO cao luôn có nghĩa là " cao đến mức công nghệ hiện tại làm cho nó ồn ào ". Như Tony đã lưu ý, cuối cùng, có những hạn chế về thể chất như nó có thể đi được bao xa.
Thông qua Hacker News, gần đây tôi đã bắt gặp bài báo này từ năm 2008, được viết bởi giáo sư vật lý Emil Martinec trong thời gian rảnh rỗi rõ ràng.
Độ ồn, dải động và độ sâu bit trong máy ảnh DSLR
Ông mô tả các loại tiếng ồn khác nhau có thể, và mô tả tầm quan trọng tương đối của chúng.
Sau khi đọc điều này, bạn sẽ nhận ra rằng không thể loại bỏ hoàn toàn các loại nhiễu cảm biến khác nhau. Chắc chắn có thể giảm thiểu chúng (bằng nhiều cách khác nhau), nhưng cũng có những quyết định thiết kế khác mà nhà sản xuất máy ảnh / cảm biến phải đưa ra có thể gây ra các vấn đề hoặc sự đánh đổi khác (ví dụ: áp dụng bù đắp trong bộ chuyển đổi A / D, xem Hình. 10 + 11)
Về câu hỏi của bạn về một giới hạn lý thuyết:
"Các nguồn nhiễu quan trọng nhất đối với phơi sáng điển hình là nhiễu đọc và nhiễu bắn photon."
"Nghịch đảo độ dốc của đồ thị PRNU (xem Hình 7 chẳng hạn) là giới hạn trên cho tỷ lệ S / N, trừ khi PRNU được bù cho xử lý hậu kỳ."
Đây là một vấn đề với các cảm biến nói chung - từ cảm biến quang đến gia tốc kế và con quay. Tất cả các sản phẩm tiêu dùng đều xử lý vấn đề này và cố gắng che giấu tiếng ồn từ người dùng - ví dụ: điện thoại của bạn có khả năng cảm nhận các rung động dưới mức khiến nó hoạt động và có những ứng dụng có thể cho bạn thấy điều đó.
Bất kỳ cảm biến nào có khả năng ghi tín hiệu chính xác trong khu vực quan tâm cũng sẽ có khả năng ghi tín hiệu bên ngoài khu vực quan tâm và các tín hiệu dưới hoặc trên ngưỡng quan tâm thường được gọi là nhiễu. "Vấn đề" này không liên quan đến chỉ các cảm biến quang học, nó liên quan đến các giới hạn vật lý của việc cảm nhận những điều chúng ta quan tâm.
Vì vậy, câu trả lời là không - bất kỳ cảm biến nào "không nhạy" đủ để loại bỏ nhiễu cũng sẽ loại bỏ một số tín hiệu chúng ta muốn, khiến cho không thể tạo ra các cảm biến không nhiễu.