Digitalt bildbrus

Digitalt brus  är en bilddefekt ( brus ) som introduceras av fotosensorer och elektronik i enheter som använder dem ( digitalkamera , tv-/videokameror, etc.) på grund av ofullkomligheten hos teknologier, såväl som ljusets fotonnatur .

Fenomen

Digitalt brus är synligt i bilden som en överlagd mask av pixlar med slumpmässig färg och ljusstyrka.

På kameror med en färgfilteruppsättning (de flesta digitalkameror tillhör denna typ) har färgbrus vanligtvis visuellt större korn än pixlar i bilder. Detta är en bieffekt av fullfärgsbildalgoritmen.

För trematrissystem eller en matris utan filter blir bruset mer finkornigt.

I en färgbild kan brus ha olika intensitet för olika kanaler i bilden. Detta färgar det visuellt. Brus i ett fotografi som tagits under glödljus har övervägande gul-blå nyanser snarare än grön-lila. Faktum är att även om alla pixlar till en början är lika mottagliga för brus, ökar bildens blå kanal, och följaktligen bruset i den, starkare efter att ha applicerat vitbalansen.

Brus märks i fasta områden, och särskilt i mörka områden i bilden.

Som vanligt inom elektronik brukar man tala om signal-brusförhållandet . Du kan visuellt jämföra bruset från olika matriser enligt följande: ta två parade testfoton till samma storlek och samma ljusstyrka och utvärdera sedan färgbruset visuellt.

Ibland identifieras digitalt brus med sådana fenomen av vanlig (kemisk) fotografering som filmkorn och fotografisk dimma .

Digital brusreducering

Det finns alla möjliga sätt att undertrycka digitalt brus på sensornivå, digitalkameravägar och ytterligare digital bearbetning.

På sensornivå används större pixlar och tätare mikrolinser. Du kan också använda färgfilter som släpper in en större andel ljus. Den senare metoden kan påverka kamerans färgkvalitet negativt.

Användningen av förstärkare av högre kvalitet och större ADC :er minskar också självklart brus. Ibland (till exempel vid astrofotografering) kyls matrisen.

Undertryckning av digitalt stokastiskt brus under efterbehandling utförs genom att medelvärdet av ljusstyrkan hos en pixel över en viss grupp av pixlar, som algoritmen anser vara "liknande". Vanligtvis förvärrar detta bildens detaljer, den blir mer "såpig". Dessutom kan falska detaljer dyka upp som inte fanns i den ursprungliga scenen. Till exempel, om algoritmen söker efter "liknande" pixlar inte tillräckligt långt, kan finkornigt och medelkornigt brus dämpas, medan svagt, men ändå ganska märkbart, onaturligt "grovt" brus förblir synligt.

Orsaker till digitalt brus

Signal-brusförhållandet påverkas av bruset från den analoga elektroniken i en digitalkamera ("piping", förstärkare, ADC ), men huvudkällan till digitalt brus är fotosensorn . Digitalt brus i fotosensorn uppstår av följande skäl.

  1. Defekter (föroreningar etc.) hos den potentiella barriären orsakar läckage av laddningen som genereras under exponering - den så kallade. svart defekt. Sådana defekter är synliga på en ljus bakgrund i form av mörka prickar.
  2. ( engelska  Dark current  - Dark current) - är en skadlig konsekvens av termionisk emission och "tunnel"-effekten och uppstår i sensorn när en potential appliceras på elektroden, under vilken en potentiell brunn bildas . Denna ström kallas "mörk" eftersom den består av elektroner som faller ner i brunnen i frånvaro av ett ljusflöde. Sådana defekter är synliga på en mörk bakgrund i form av ljusa prickar, den så kallade. vit defekt. Vita defekter är särskilt uppenbara vid långa exponeringar. Den främsta orsaken till uppkomsten av mörk ström är föroreningar i kiselskivan eller skador på kiselkristallgittret . Ju renare kisel, desto lägre mörkström. Den mörka strömmen påverkas av temperaturen på kammarelementen, elektromagnetiska pickuper, både externa och interna, från själva kammaren. Med en ökning av temperaturen med 6-8 grader fördubblas värdet på den mörka strömmen.
  3. På grund av bruset som uppstår på grund av den stokastiska karaktären av interaktionen av ljusfotoner med atomer av materialet i sensorns fotodioder. När en foton rör sig inuti kiselkristallgittret är det troligt att fotonen, efter att ha "träffat" in i kiselatomen, kommer att slå ut en elektron från den, vilket ger upphov till ett elektron-hål-par, men för att säga exakt hur många fotoner kommer att föda par, och hur många som kommer att försvinna med några andra effekter är det förbjudet. Den elektriska signalen som tas från sensorn kommer att motsvara antalet födda par. Signalen som tas från sensorn vid en given slutartid och bländare (ljusintensitet) kommer att bestämma kvanteffektiviteten  - det genomsnittliga antalet genererade elektron-hålpar.
  4. På grund av närvaron av defekta (icke-fungerande) pixlar som uppstår under produktionen av fotosensorer (teknologisk imperfektion) och som alltid är på samma plats. För att eliminera deras negativa inverkan används matematiska metoder för interpolation, när istället för ett defekt element, antingen bara ett angränsande element, eller ett medelvärde av angränsande element, eller ett värde beräknat på ett mer komplext sätt "substitueras". Naturligtvis skiljer sig det beräknade värdet från det faktiska värdet och försämrar skärpan i den slutliga bilden. Samma defekt introduceras genom interpolation, som korrigerar den slutliga bilden, när du använder Bayer-filtret .

Vad påverkar mängden digitalt brus

Se även

Anteckningar