Что вызывает минимальный уровень шума в датчике изображения?

В книге « Датчики изображения и обработка сигналов для цифровых фотокамер » говорится, что шум считывания или минимальный уровень шума определяется как шум, исходящий от считывающей электроники. Шум, создаваемый детектором, не учитывается. В ПЗС-датчиках изображения минимальный уровень шума определяется шумом, создаваемым выходным усилителем, при условии, что перенос заряда в сдвиговых регистрах ПЗС завершен. В датчиках изображения CMOS минимальный уровень шума определяется шумом, создаваемым считывающей электроникой, включая усилитель внутри пикселя.

Я помню, что в минимальном шуме преобладают темные электроны. В чем причина минимального уровня шума? В камерах выход датчиков вычитается из уровня черного. Таким образом, минимальный уровень шума не будет проблемой датчика, поскольку его можно полностью устранить.

Для пользователей датчиков необходимо вычесть уровень черного. Почему бы аналоговому выходу не вычесть черное аналоговое значение перед АЦП, чтобы цифровой выход датчиков не включал минимальный уровень шума.

Ответы (3)

В камерах выход датчиков вычитается из уровня черного. Таким образом, минимальный уровень шума не будет проблемой датчика, поскольку его можно полностью устранить.

Я собираюсь ответить на этот вопрос по аналогии.

Допустим, вы строите хижину на болоте. Земля действительно грязная, поэтому вы строите пол в нескольких футах от земли. Значит ли это, что грязи не существует? Значит ли это, что вы можете выкопать подвал?

Уровень черного отсекает данные (шум и сигнал) ниже определенного уровня. Обычно это устанавливается чуть выше уровня шума — как будто вы строите свой пол прямо над грязью. Если вы построите свой пол ниже глины, дно вашего дома будет менее полезным. Если вы сделаете этаж высоким, вы потеряете пространство (но, я думаю, это защита от наводнений).

Чтобы быть измеримым, сигнал должен быть больше, чем уровень шума. Почему? Минимальный уровень шума присутствует всегда, и для получения измеренного значения сигнал будет добавляться к минимальному уровню шума. Сигнал можно получить, вычитая измеренное значение из уровня шума.
Уровень шума — это сумма всех случайных шумов. Это не число. Это последовательность случайных значений, о которых вы не знаете, поэтому вы не можете вычесть их из измеренного значения. Вы можете вычесть оценочное значение минимального уровня шума, то есть скользящее среднее значение шума, но это не отменяет высокочастотный шум. Вы упускаете из виду некоторые фундаментальные случайные процессы и шум.
Например, выберите число от 1 до 10, а затем добавьте случайное число от 1 до 100. Повторите это. У вас будет что-то вроде: 23 51 103 75 31 5 41 и т. д. Хотя я выбрал числа от 1 до 100 совершенно случайно, вы не можете сказать, какие числа я выбрал от 1 до 10. Случайное число от 1 до 100 равно минимальный уровень шума, число, которое вы выбрали между 1 и 10, — это сигнал, который вы хотели бы получить.
Минимальный уровень шума не является числом и подчиняется распределению вероятностей, такому как гауссовский шум. Однако обычно нам нужен какой-то индикатор для сравнения минимального уровня шума разных датчиков. Из ссылки en.wikipedia.org/wiki/Noise_floor : минимальный уровень шума ограничивает наименьшее измерение, которое можно с уверенностью выполнить, поскольку любая измеренная амплитуда в среднем может быть не меньше минимального уровня шума.
Теперь вы говорите о спектре и SNR. Вы не можете получить сигнал обратно, вычитая спектр шума из сигнала или спектра сигнала, если только сигнал не является постоянным во времени сигналом, таким как несущая (например, синус). Если сигнал изменяется во времени, спектр является только оценкой усреднения, поэтому вы не можете получить данные сигнала с помощью вышеуказанного метода.

«Почему бы аналоговому выходу не вычесть черное аналоговое значение перед АЦП, чтобы цифровой выход датчиков не включал минимальный уровень шума».

Поскольку операционный усилитель, который вычитает уровень черного , шумит, чем выше значение ISO, тем больше коэффициент усиления и тем больше накладывается внутреннего шума.

Схема подавления постоянного тока является фильтром нижних частот, но пропускает высокочастотный шум датчика, а также добавляет свой собственный высокочастотный шум.

См. ваш предыдущий вопрос для получения более подробной технической информации.

Спасибо. Прочитал ваш ответ на мой предыдущий вопрос. Шум операционных усилителей связан с настройкой ISO. Означает ли это, что калибровку уровня черного следует выполнять для разных значений ISO?
Определенно да.

Вы когда-нибудь включали свою домашнюю стереосистему так громко, слушая что-то тихое, что начинали слышать шипение или жужжание на заднем плане? Тогда вы обнаружили «минимальный уровень шума». Ни одна схема усиления не застрахована от шума, просто в них его должно быть очень мало, чтобы его не замечали в обычных ситуациях. Однако, когда вы достаточно усилите сигнал, вы начнете это замечать.

Что вызывает шум? Все электрические цепи излучают и принимают электромагнитное излучение, т. е. радиоволны. Внешние радиоволны и радиоволны, излучаемые как помехи другими компонентами в той же цепи или устройстве, объединяются, чтобы генерировать крошечные колебания тока. Это естественно для всей электроники.

Это то, что происходит, когда ваша камера усиливает принимаемый сигнал. Чем выше значение ISO, тем больше оно будет повышаться, и, как вы можете видеть, цена чрезмерного повышения ISO заключается в том, что шум, который обычно незаметен, становится заметным с определенного момента.

Невозможно устранить минимальный уровень шума, просто вычитая постоянное значение, потому что шум не является постоянным уровнем, а случайными вариациями, наложенными на ваш сигнал — см. иллюстрацию ниже.

Вверху: чистый сигнал без шума, внизу: шум с наложением — как вы можете видеть, наложенный шум означает, что его нельзя удалить простой операцией «вычитания».

Отделить его от вашего сигнала невозможно математически или с помощью аналоговой схемы, не повредив сигнал, который вы хотите сохранить — даже самый сложный алгоритм цифрового шумоподавления не может удалить шум, не изменив или не удалив какой-либо сигнал.

Некоторые аспекты этого объяснения были упрощены.

Спасибо. Насколько я понимаю, минимальный уровень шума может подчиняться некоторому распределению вероятностей, например распределению Гаусса. Распределение Гаусса описывается двумя параметрами: средним значением и стандартным отклонением. Здесь операция вычитания означает, что шум вычитается с ее помощью и подчиняется N(0, сигма). Усиление одного сигнала не улучшает SNR (отношение сигнал-шум). Я не знаю, почему это может повлиять на качество изображения?
Вы усиливаете сигнал, чтобы использовать весь динамический диапазон АЦП. (Вы нормализуете уровень максимального входного напряжения, скажем, до 1 В, максимального входного напряжения для АЦП). Если вы не используете весь диапазон, вы теряете разрешение (менее эффективные биты в цифровых данных). С этим усилением вы также увеличиваете мощность шума. Если у вас много света, нет необходимости усиливать сигнал, поэтому шум тоже не усиливается. Если света мало, приходится повышать ISO, усиливать сигнал, а также усиливать шумы. SNR остается неизменным после аналогового усиления.
Однако при правильном использовании полного динамического диапазона АЦП вы фактически получаете более эффективное разрешение, и с каждым битом вы получаете улучшение ОСШ после АЦП.
Что вызывает минимальный уровень шума в датчике изображения?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v