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使用灰階卡輕鬆搞定圖像信噪比

瀏覽:85 發布日期:2017-04-13

灰階卡是影像測試學家專門為圖像的信噪比檢測研發一種測試圖卡。噪聲是指圖像密度的隨機變動,具體指的是膠片的顆粒或者說數字圖像上像素級的變動。這是一個關鍵的圖像質量因素,和圖像清晰度一樣重要。它和圖像的動態範圍相關性較強——即一定亮度範圍內相機可以提供的優秀的信噪比和反差。因為它和基本的物理學相關——光的光子性質和熱度的熱效應——所以它是必然存在的。幸運的是我們能做到的是極大的降低噪聲——對於數碼相機,尤其是大像素的數碼單反相機(4mm2或更大)。但是,在小型的數碼相機的微小像素的噪音,特別是在高的感光度,通過降噪軟件處理時,會帶有明顯的副作用。

噪聲對比圖

一般監控攝像機的圖像信噪比是在50dB,像美電貝爾係列BL-CB800ATM-N。  

信噪比是信號電壓對於噪聲電壓的比值,通常用符號s/n來表示。由於在一般情況下,信號電壓遠高於噪聲電壓,比值非常大,信噪比的單位用db來表示。一般攝像機給出的信噪比值均是在agc(自動增益控製)關閉時的值,因為當agc接通時,會對小信號進行提升,使得噪聲電平也相應提高。 信噪比的典型值為45~55db,若為50db,則圖像有少量噪聲,但圖像質量良好;若為60db,則圖像質量優良,不出現噪聲。     

大多數情況下,噪聲被認為是質量的退化。但一些黑白攝影師卻偏偏喜歡它的圖像效果,有很多人青睞35mm Tri-X膠片。(膠片顆粒和數字噪聲在算法上有比較大的區別,前者用的是乘法並且光譜依賴於圖像密度,後者用的是加法。)點彩派畫家,代表人物George Seurat,s手動創造出圖像“噪聲”,而今天可以用Photoshop在幾秒內完成。但是對於大多數攝影家,當然不希望噪聲的出現。 噪聲的測試可以通過Imatest的很多模塊來實現: Multicharts,Multitest,eSFR ISO,Colorcheck,Stepchart,SFR,SFRplus和Uniformity。其中Multicharts,Multitest和eSFR ISO是功能最全麵的三個噪聲測試模塊。 

噪聲在灰階卡中的表現如下圖所示。噪聲的計算通常用的是均方根RMS,A到C列是通過灰階卡來模擬的信號噪聲。這種方法是通過最小密度0.05並且密度階梯為0.1,等同於柯達Q-13和Q-14測試卡。他們是經過了伽馬值1/2.2(根據標準)的調整。此圖增加了比常規相機更多的信號噪聲,如A列和B列,而C列是無噪聲,D列則是佳能EOS-10D在感光度1600下拍攝Q-13灰階卡時的一個真實情況。可以明顯的看出噪聲,但是對於1600感光度的相機來說已經是非常好的表現了,無疑是經過了軟件後期的降噪處理。A列灰階反映的是傳感器內部的常量噪聲,也就是說在進行伽馬編碼處理之前。而當它進行1/2.2伽馬編碼之後,噪聲在暗區增強,而在亮區減弱。柯達方麵指出這並不是一個真實的情況。因為傳感器噪聲應該是在亮區趨向於增強。 

B列的灰階圖案中噪聲則顯得比較均勻,也就是說在像素層麵上它是一個不變量。噪聲應該因此而在傳感器中隨著亮度升高得到增強(在進行伽馬編碼之前),因此相對於A更加接近實際傳感器的表現。 

噪聲趨向於是一個常量,除非是在非常暗的區域,因為肉眼很難觀察到。而噪聲在最亮的區域則會比較低,因為色調相應曲線“S”與伽馬曲線疊加。基於 

這些原因,處於中間的灰度區——噪聲最容易看到的區域,經常用來計算噪聲平均值。通常省略掉圖像密度大於1.5或者小於0.1的那些區域。

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