(1)噪声类型
相机(CCD或CMOS)在成像过程中存在如下三类噪声:散粒噪声、暗噪声、读出噪声
(本图来源于Photometrics 《做成像的你不能不了解的真相》 )
散粒噪声(photo shot noise)是由于光子离散特性导致的统计涨落;
暗噪声(Dark current shot noise)是由于电子的离散特性导致的统计涨落;
读出噪声(readout noise) 包括reset noise, amplifier noise, 1/f amplifier noise, quantization noise, 是由于电路导致的统计涨落
在各种应用中:
散粒噪声、暗噪声满足泊松分布,即与信号有关;读出噪声是高斯分布,与信号无关。
(2)各类型噪声的表征
读出噪声 |
拍摄一张无光照且曝光时间为零的图像(Bias图像),此时图像只有读出噪声,据此可求出图像灰度值的标准差; 更为精确的方法是连续拍摄两张图像,计算差值图像的标准差 |
散粒噪声 |
选取图像的均值扣除图像的偏置(Bias图像的均值),得到实际信号灰度值,乘以增益,开根号可得到散粒噪声
|
暗噪声 | 拍摄一张无光照的长曝光图片(此时只有暗噪声和读出噪声),图像灰度均值减去偏置值即得到该曝光时间下产生的暗电路噪声(灰度值),乘以系统增益开根号得到暗噪声。也可以根据暗电路乘以曝光时间开根号获得 |
(3)主导型噪声
当曝光时间很短时,暗电流噪声很小,基本可忽略;当照明较弱时(如荧光成像),通常读出噪声占据较大比例;当照明很强时,此时应该散粒噪声受限条件
(图片直接截自《做成像的你不能不了解的真相——科学相机成像技术概要》)
注:本文诸多参考 Photometrics 《做成像的你不能不了解的真相》知乎专栏、微信公众号等