Как я могу измерить шум на фотографии?

Шум — это разница между тем, что измеряет датчик, и тем, что он должен был измерить. Если вы сделаете снимок с закрытой крышкой объектива (или каким-либо другим способом полностью блокировать попадание света в объектив), вы ожидаете получить кадр, в котором каждый пиксель полностью черный. На самом деле вы получите изображение, в котором пиксели немного отличаются от одного к другому из-за шума в сенсоре. Попробуйте это с различными настройками ISO, и вы обнаружите, что более высокие значения ISO дают больше различий между пикселями в темном кадре.

Учитывая это, вы можете рассчитать среднюю яркость пикселей в темном кадре и использовать ее как простую меру шума. Сравнение этих средних значений для разных значений ISO даст вам представление об относительном уровне шума при разных настройках. Однако это далеко не идеально — шум может быть как положительным, так и отрицательным, и, привязывая ожидаемое значение к нулю, мы фактически игнорируем половину эффекта шума.

Важной идеей здесь является то, что вы знаете, каким должно быть значение для данного пикселя. Использование темной рамки — не единственный способ узнать это. Другой способ — сделать снимок с преднамеренно расфокусированным объективом, например, сфотографировать удаленный объект, сфокусировав объектив в максимально близком положении, или наоборот. Это должно дать вам изображение, в котором переход от одного цвета к другому должен быть очень постепенным — различия между соседними пикселями должны быть очень небольшими, а любые большие различия между одним пикселем и его соседями, вероятно, связаны с шумом. Вы, вероятно, захотите немного усложнить свой анализ здесь, возможно, используя стандартное отклонение вместо простого среднего значения.

Даже без расфокусировки вы можете измерять шум на изображении, ища области изображения с плавными переходами между цветами, например, на небе. Шум обычно влияет на весь датчик более или менее одинаково, поэтому разумно измерять шум только в части изображения и предполагать, что уровень шума будет одинаковым по всему изображению.

Есть еще много вещей, которые нужно знать об измерении шума в изображениях. Если вы действительно хотите сделать это правильно, вам следует прочитать об отношении сигнал/шум (SNR) и о том, как рассчитать уровень шума в децибелах (дБ). Поиск по таким терминам, как программное обеспечение для измерения шума изображения , поможет вам найти существующие инструменты , которые могут вам помочь.

Если вас интересует измерение шума камеры, у доктора Роджера Кларка есть ряд статей на эту тему, в том числе о том, как его измерить .

Однако измерение шума в неконтролируемом изображении немного сложнее. Вы можете попробовать оценить уровень шума по гладким участкам. Для этого вы можете попробовать что-то в этом роде:

• Сначала преобразуйте изображение в формат, который может обрабатывать отрицательные числа (с плавающей запятой или целое число со знаком).
• Сильно сгладьте изображение (например, фильтр Гаусса или медианный фильтр).
• Вычтите гладкое изображение из оригинала, чтобы получить разностное изображение. В однородных областях это должен быть просто шум: некоторые значения колеблются +- около нуля.
• Для каждой из этих областей рассчитайте стандартное отклонение значений, чтобы оценить уровень шума.
• Разделите среднее значение сглаженного изображения в выбранной области на стандартное отклонение, чтобы оценить отношение сигнал/шум.

Имейте в виду, что эти числа будут описывать шум на пиксель. Камера с более высоким разрешением того же формата и «того же» качества сенсора по своей сути будет более шумной при таком сравнении. Шум на пиксель не говорит вам, насколько шумным кажется объект на изображении, а только то, насколько шумным будет выглядеть небольшая его часть при увеличении, чтобы вы могли видеть пиксели.