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【劍橋攝影協會】數位相機圖像噪聲(二)特性執行個體       

        了解數位相機的噪聲特性有助于避免任何損失圖像品質的意外情況。以下将讨論圖像噪聲如何根據顔色(“色度”)/亮度/光照度和大小或空間頻率而變化。另外,針對三台不同的數位相機展示了基于ISO和顔色通道的噪聲變化情況。

特性

        噪聲不僅會根據曝光設定和相機型号而變化,還會在單幅圖像内發生變化。對于數位相機,較暗的區域将比較亮的區域包含更多的噪聲;對于膠片,則剛好相反。

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        注意,當色調變得更亮時,噪聲将會變得不那麼明顯。在較亮的區域,由于存在更多的光照,進而具有更強的信号,得到了更高的信噪比。這意味着,曝光不足的圖像會産生更明顯的噪點,即使在後處理過程中将它們的亮度提升到更貼近自然的水準。另一方面,過度曝光的圖像會産生較少的噪點,實際上,如果能夠在後處理過程中可以将其壓暗以避免高亮的細節損失,則可能會有更好的效果。(參見“相機直方圖:色調和對比度”)

        噪聲也是由顔色和亮度兩部分組成的。通常顔色(“色度”)噪聲在外觀上更不自然,并且如果無法控制,則可能導緻圖像無法使用。下面的示例顯示了原始圖像為中性灰色色塊的噪聲疊加結果,并且分别展示了色度噪聲和亮度噪聲的單獨影響情況。

【劍橋攝影協會】數位相機圖像噪聲(二)特性執行個體       

        不同相機型号之間,色度噪聲和亮度噪聲的相對量可能會有顯着變化。可以使用降噪軟體選擇性地降低色度噪聲和亮度噪聲,但是若完全消除亮度噪聲,則可能導緻不自然的圖像。

        噪聲的幅度和空間頻率會産生不同的影響,其中空間頻率通常會被忽略。在使用膠片時,術語“細粒度”經常用于描述在短距離内發生的噪聲的影響,這與具有高空間頻率的噪聲是相同的。下圖展示了空間頻率對噪聲效果的影響。

【劍橋攝影協會】數位相機圖像噪聲(二)特性執行個體       

        如上圖所示,若僅根據它們的波動幅度進行比較(就像在大多數相機評估中所做的那樣),那麼右邊的圖檔中似乎具有更高的噪聲。實際上,在目視檢查時,右邊圖檔看起來比左邊圖檔的噪聲小得多。這完全取決于每幅圖檔中的噪聲空間頻率。

        即使強制兩幅圖檔的噪聲的空間頻率保持一緻,噪聲幅度仍然具有非常顯着的差異。下圖展示了兩個具有不同标準差但具有相同空間頻率的圖檔。

        注意,左邊的圖檔看起來比右邊的圖檔更平滑。高強度的噪聲會增強織物或樹葉等精細紋理,并且在不過度柔化圖像的情況下更難以去除。通常噪聲的大小采用稱為“标準偏差”的統計測量來描述,該值能夠量化一個像素與其真實值之間的典型差異。通過檢視每幅圖檔的直方圖,也可以了解這一概念:

【劍橋攝影協會】數位相機圖像噪聲(二)特性執行個體       
【劍橋攝影協會】數位相機圖像噪聲(二)特性執行個體       

        如果上述每幅圖檔都具有零噪聲,則所有像素将具有相同的數值。随着噪聲級别的增加,直方圖的寬度也會增加。可以使用RGB直方圖/亮度直方圖/單個顔色直方圖進行表述。有關直方圖類型的更多資訊,請參閱:“相機直方圖:亮度和顔色”。

執行個體       

        直接使用相機進行試驗,可以更好地了解在給定的ISO設定下到底會産生多少噪音。下圖展示了三台不同相機拍攝平坦灰階圖檔時的噪聲特性。

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        注意由于相機型号,顔色通道和ISO速度而産生的差異。通常,在采用拜耳陣列的數位相機中,藍色和綠色通道分别具有最高和最低的噪聲(請參閱“了解數字傳感器”)。另外,請注意,愛普生相機所産生的色彩斑塊,這種色塊比僅由亮度波動引起的噪點更令人反感。

        由上圖可知,通過增加ISO速度會讓給定的相機産生更高的噪聲,而且相機之間的噪聲變化會更複雜。相機傳感器中的像素面積越大,就具有越多的聚光能力,進而産生更強的信号。通常,實體上具有較大像素的相機看起來噪聲較小,因為其信噪比更高。這就是為什麼具有百萬像素的相機不一定會産生更好看的圖像。另一方面,較強的信号不一定會導緻較低的噪聲,因為信号和噪聲的相對量決定了圖像的嘈雜程度。盡管愛普生PhotoPC 800的像素比佳能PowerShot A80大得多,但它的噪點明顯更高,特别是在ISO 400時。這是因為更老的愛普生相機具有更高的内部噪聲水準,這是由于粗糙的内部電子裝置所引起的。

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