Сигналы и шум в оптической области
Возможно, не только я веду упорную борьбу с шумом, а последние достижения цифровой фотографии и вовсе вынудили меня ненадолго отвлечься от традиционной сферы интересов – ВЧ технологий.Но я отвлекся не так уж сильно, поскольку цифровую фотографию можно представить как двумерный анализ сигналов. Неудивительно, что многие инженеры-электронщики, с которыми я лично знаком, увлекаются фотографией, а для некоторых она стала даже больше чем хобби. Инженерные знания помогают глубже понять технические аспекты, связанные с повышением качества изображений. В этой публикации я хочу подробно остановиться на последних достижениях цифровой фотографии, связанных с повышением чувствительности цифровых фотоаппаратов.
Погоня за увеличением числа мегапикселей, в которую были вовлечены участники рынка цифровой фотографии, практически прекратилась. Вероятно, это связано с тем, что очень высокое разрешение современных датчиков опережает возможности оптических систем и систем автофокусировки. На мой взгляд, в таком развитии есть и положительный момент, поскольку разработчики начинают уделять больше внимания чувствительности цифровых фотоаппаратов или их работе при низкой освещенности. Чувствительность важна так же, как и разрешение в тех случаях, когда освещенность недостаточна, а увеличение экспозиции не дает желаемого результата из-за дрожания камеры в процессе съемки или движения объекта съемки.
Чувствительность современной цифровой камеры, как и пленочного фотоаппарата, измеряют в единицах ISO. В пленочном фотоаппарате повышенная чувствительность фотоплёнки позволяет снимать при меньших выдержках, однако это приводит к увеличению зернистости изображения. В цифровом фотоаппарате чувствительность, в первую очередь, связана с коэффициентом усилением сигнала, снимаемого с выхода датчика изображения. Интересно, что чем выше настройка ISO в цифровом фотоаппарате, тем больше шум в изображениях, что соответствует крупнозернистой высокочувствительной фотоплёнке.
Такая зависимость шума от усиления хорошо знакома многим инженерам и мне интересно вынести на суд специалистов некоторые соображения по поводу коэффициента шума.
Сегодня лучшие цифровые фотоаппараты имеют великолепную чувствительность, и на первый план выходит параметр, который близок и дорог каждому из нас, – динамический диапазон. Значительное расширение динамического диапазона привело к тому, что камеры стали инвариантны к ISO, то есть шум считывания камеры, который оценивается по величине флуктуации сигнала матрицы относительно среднего значения сигнала, практически не изменяется при увеличении ISO. Это дает большие преимущества фотографам.
Ниже я привожу обобщенное графическое представление этой ситуации
Большое затенение Средняя яркость Высокая яркость
Исходная сцена
Изображение, захваченное датчиком
Файл необработанных данных
Файл JPEG
На этой диаграмме яркости цифрового изображения показано, как сцена с широким динамическим диапазоном может быть ограничена и сжата в процессе захвата данных изображения и преобразования их в файл JPEG. Повернув диаграмму на 90 градусов влево, можно увидеть, что яркость аналогична измеренному уровню амплитуды ВЧ сигнала.
Радиоинженеры давно освоили эту область знаний. Разумеется, расширение динамического диапазона в измерительном приборе всегда хорошо, а порой просто необходимо.
Воспользоваться преимуществами ISO-инвариантности просто, но для полного понимания этих преимуществ советуем подробно ознакомиться с режимами работы цифрового фотоаппарата. Вместо установки режима с нормальной экспозицией для сложной сцены, можно выполнить захват требуемых ярких участков, а необработанный выходной сигнал датчика выдать в виде файла в несжатом формате, в отличие от JPEG. При этом некоторые части сцены могут быть недоэкспонированы, но в файле такого формата сохраняются данные, которые соответствуют всему динамическому диапазону датчика, поэтому конечный результат может быть получен на основе яркостей всех пикселей изображения. В цифровом фотоаппарате, обладающем инвариантностью к ISO, участки с большим затенением можно ограничить с помощью диафрагмы без значительного увеличения шума.
Это легче продемонстрировать, чем объяснить: в статьях на сайте dpreview.com вы найдете необходимую информацию с примерами. Инженеры, предоставляющие информацию для этого сайта, консультировались даже у профессора Эрика Фоссума (Eric Fossum), разработчика современных КМОП-датчиков для цифровых фотоаппаратов.
В других статьях обсуждаются вопросы, связанные с источниками шума при формировании цифровых изображений, поскольку при разработке цифровых фотоаппаратов большое внимание уделяется вопросам снижения шума. Мне кажется, что и здесь не обойтись без постоянной Больцмана, определяющей связь между температурой и энергией.
This is interesting topic that's needs to be tackle . this site will bring you to the fullest. 안전토토사이트
ОтветитьУдалить토토사이트
I really enjoy your web’s topic. Very creative and friendly for users. Definitely bookmark this and follow it everyday.
ОтветитьУдалить토토
Intimately, the article is in reality the best on this topic. Keep on writing!
ОтветитьУдалить바카라사이트
카지노사이트
온라인카지노
바카라사이트닷컴
It is very helpful and very informative article and I really learned a lot from it.
ОтветитьУдалить온라인카지노
바카라사이트
카지노사이트
온라인카지노
Cám ơn vì giấy tờ tốt lành. 안전카지노사이트 Thật ra đó là một tài khoản giải trí. Hãy nhìn lên trên để thêm nhiều dễ chịu từ bạn!
ОтветитьУдалитьDynamic range is the difference between the lightest and darkest tones that an imaging system can capture. In digital image processing, dynamic range is often limited by the number of bits used to represent each pixel. A higher bit depth allows for a greater dynamic range, which means that more detail can be captured in both the shadows and highlights of an image.There are a number of techniques that can be used to improve the dynamic range of a digital image. One common technique is called exposure bracketing. This involves taking multiple images of the same scene at different exposures. The images can then be combined to create a single image with a wider dynamic range.Dynamic range and digital image processing are important tools for capturing and processing images with a wide range of brightness. These techniques are used in a variety of applications, from photography to medical imaging to astronomy.
ОтветитьУдалитьabogados de accidentes