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了解图像噪点(二)

发布栏目:技术文章|发布时间:2015-09-18

了解相机噪点的特征可以帮助我们规避一些图像质量上的缺陷。在Part.2中,我们将讨论图像的噪点,是如何随着图片颜色或是说“色度”,亮度,尺寸等因素而变化的。像是噪点会随着色温和ISO的变化而变化,而在同条件下用三种不同的摄像机拍摄,也会由于其内部不同的电子元件,拍出不同程度噪点。

 

噪点特征

噪点不仅会根据我们的曝光设置和相机模式而产生变化,在同一幅图像内的噪点也并不是都相同的。对于我们现在常用的数码相机来说,黑暗区域的噪点会比明亮区域更多,这种情况胶片中则是相反的。

注意上图中,当色调逐渐变得明亮时,噪点是如何逐渐减弱的。

明亮区域由于可以获取更多的光线,因此有着更强的信号,这就使得整体的信噪比更高。也就是说再曝光不足的图像中,我们会拥有更多的可见噪点,即使我们之后再将其手动提亮至正常状况下,噪点依然存在。

另一方面,过度曝光的图像噪点较少。如果图像中有纹理的区域没有彻底变成纯白色(也就是还有拯救空间)的话,我们后期对其进行压暗获得的图像会比直接获取效果更好一些。

噪点本身也是由波动的颜色和亮度这两个元素组成的。颜色或“色度”噪点通常会让图片表现的更加不真实,没有相应噪点处理的图片基本可以说是没法使用的。下面这个例子中,给我们展示了中性灰背景下的原始噪点,分别在色彩和亮度的影响下产生的不同分变化。

色度和亮度噪点的相对量会在不同的相机模式下产生显著的差异。我们可以选择使用降噪软件,在一定程度上减少这种噪点。但是需要注意的是,如果我们选择完全去除亮度噪点,有可能会使图片看起来失真或是经过明显处理。

噪点波动随着空间频率和大小的不同也会有所差异。虽然空间频率经常会被我们所忽略,但这的的确确也是影响噪点的一个因素。术语“精密纹理”(fine-grained)经常被用于将片中描述短距离内的噪点波动特征,这与高空间频率下的情况相同。下面的这个例子说明了空间频率是如何影响噪点的。

         

低频噪点                                       高频噪点

 (粗糙纹理)                                     (精密纹理)

  标准差:11.7                                     标准差:12.5

如果仅仅基于波动的强度比较上面的这两块斑点(就像在大多数相机回放中做的那样),那么右边的斑点似乎有更高的噪点。而在外部检测时我们则会发现,右边实际上会比左边的斑点拥有更少的噪点。这完全是由每块斑点中噪点的空间频率造成的。

即使不过分强调噪点空间频率,它的强度依然会对图像产生有很的影响效果。下面的图片为我们展示了两个有不同的标准差,但是有相同空间频率的噪点色块。

         

低强度噪点                                         高强度噪点

 (光滑纹理)                                         (粗糙纹理)

 标准差:11.7                                        标准差:20.8

注意左侧的图片比右侧的图片平滑在什么地方。高强度噪点在纤维织物或是树叶这类精密纹理上表现得更好,使用非后期手段来消除这些噪点相当困难。噪点强度通常基于一种被我们称为“标准差”的统计测度来表述,标准差的定量描述了一个像素点与它真实值之间,特有的差异。也可以通过观察每块噪点的直方图来理解这个概念:

↓↓↓  RGB Histogram  ↓↓↓

  

低强度噪点

 

  

高强度噪点

如果上面的每个图片都没有噪点,所有像素点都会集中在一条位于平均值的直线上。随着噪点水平的增加,这个直方图的宽度也会增加。我们用RGB直方图来展示这个内容,当然,相同的比较也可以用在亮度和单色直方图之间。

 

补充

用我们的相机来亲自测试是很有帮助的。这样我们就可以直观的体验一下,一个既定的ISO感光度在不同情况下都会产生多少噪点。下面的图片显示了三部不同的相机对桶一个灰色噪点色块的噪点特征影响。

注意由相机模式,颜色通道和ISO感光度的不同而产生的差异。

在拜尔阵列的相机中,蓝色和绿色通道通常分别有最高和最低的噪点同时注意爱普生公司是如何处理比单纯由亮度波动引起的噪点异议更大的颜色斑点。

同时我们也会发现,对于一部给定的相机,增加它的ISO感光度总会产生更高噪点,然而相机之间的噪点差异则更加复杂。镜头中的像素点区域越大,相机就会有更大的聚光能力——因此可以产生更强的信号。从结论上来说,物理结构上有更大像素点的相机会产生更少的噪点,因为相对于噪点来说信号更强。

这就是为什么在镜头大小相同的情况下,具有更高像素值镜头不一定会拍摄出更好看的图像的原因。另一方面,更强的信号不一定就意味着会获得更少的噪点。因为是信号与噪点的相对量决定图像的嘈杂度。像是爱普生的PhotoPC 800 比佳能的PowerShot A80 有更高的像素值,但是它却有更多可见噪点:特别是在ISO 400的设置下。这是因为爱普生相机的型号并没有那么“新”,导致其内部的电子器件并不如新款那么精密,导致产生了更高的内部噪点。

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