Что вызывает цветной шум в датчике изображения

Я пытаюсь понять, что вызывает цветной шум в датчике изображения, в частности, почему он так заметен, когда ISO установлено на очень высокое значение (что для CMOS, я думаю, означает, что есть усилитель с высоким значением усиления перед считывающий АЦП?). Его шумовая структура, по-видимому, имеет очень низкую пространственную частоту, поскольку мне нужен фильтр цифровой обработки изображений с очень большим ядром, чтобы удалить его. Я не думаю, что это вызвано типичным фотонным дробовым шумом. Возможно, какая-то форма дробового шума темного тока или, возможно, тепловые эффекты?

Приветствуются любые комментарии, предложения или ссылки на документы и т.д. Большое спасибо!

Может быть, electronics.SE лучше подходит для этого вопроса?
Я рад, что этот вопрос был перемещен. Причина, по которой я публикую вопрос здесь, заключается в том, что, похоже, здесь очень много людей, отвечающих за датчики знаний, отвечают на вопросы.
Физически не существует такого понятия, как «цветовой шум», потому что пиксель (сенсор) даже не знает, какой цвет будет получен на его выходе. Есть только "штатные" шумы и обработка изображения. Высокий уровень шума приводит к сбою алгоритма демозаики и созданию цветных пятен. В зависимости от настроек вы можете получить больше или меньше цветового шума или больше или меньше деталей из одного и того же необработанного изображения.
@szulat, по большей части я согласен с этим утверждением, но в зависимости от положения CFA и связанной с ним длины волны фотона фотон будет проникать в кремний глубже для одного цветового компонента по сравнению с другим. Я не согласен с тем, что цветной шум возникает из-за сбоев демозаики.

Ответы (1)

Дробовой шум зависит от квадратного корня из числа фотонов, поэтому каждый раз, когда у вас есть 1/4 фотона, вы получаете 2-кратный шум (по отношению к сигналу). (Пример — 400 фотонов имеют 20 средних шумов, 100 фотонов — 10, так что переходим от шума от 1/20 к 1/10.)

Обратите внимание, что электронная емкость пикселя снижается по мере увеличения ISO, поскольку существует предел того, насколько далеко вы можете умножить сигнал, прежде чем вы выйдете за пределы диапазона. Например, Nikon D800 имеет емкость 81 000 электронов на пиксель при ISO 100, но только 175 при ISO 51 200. Белый по-прежнему является полным пикселем, поэтому вы можете увидеть, насколько больше шума вы получите, применив первый пункт.

Кроме того, шум считывания (от датчика/электроники) усиливается усилителем ISO вместе с сигналом. Если у вас есть 10 000 электронов сигнала, 2 электрона шума чтения очень мало (особенно по сравнению со средними 100 электронами дробового шума). Если у вас есть 16 электронов, то 4 электрона дробового шума и 2 электрона шума чтения будут выглядеть очень большими, особенно после того, как усилитель ISO умножит всю партию в 32 раза или что-то еще.