En esta respuesta , @jrista afirma que incluso una cámara con un sensor perfecto y sin ruido todavía tendría ruido debido al "ruido de Poisson", también conocido como "ruido de disparo de fotones" , ruido causado por las variaciones aleatorias de fotones, que hacen que entren más fotones en uno. sentido que otro.
Solo tengo curiosidad: ¿es esta una preocupación importante para los fotógrafos del mundo real? Asumiría que este ruido sería tan infinitesimalmente pequeño que podemos considerar que es básicamente 0. ¿Hay algún estudio que mida cuánto ruido es el ruido de disparo frente a otras causas (como el ruido eléctrico o térmico de la electrónica) ?
En la mayor parte de la mayoría de las fotografías, el ruido del disparo de fotones es el mayor contribuyente al ruido .
Principalmente, lo estamos comparando con el ruido de lectura. (La corriente oscura es insignificante en exposiciones cortas, y el ruido de cuantificación también es bastante pequeño cuando se habla de ADC de 12 y 14 bits). El ruido de lectura depende del sensor. Este documento de 2007 presenta mediciones de ruido de lectura para algunas DSLR . Vemos, por ejemplo, que una Canon 40D a ISO 200 tiene unos 10 electrones (e-) de ruido de lectura.
El ruido del disparo de fotones es un proceso de Poisson , por lo que el ruido es la raíz cuadrada del recuento de fotoelectrones de la señal. Entonces, si registramos 100 fotoelectrones de señal en un píxel de nuestro sujeto, esperamos que el ruido de disparo por píxel sea sqrt (100) = 10 e-, igual al ruido de lectura del 40D.
¿100 fotoelectrones son muchos? No, el mismo documento estima que la capacidad de pozo completo de un píxel 40D es de 56 000 e-, por lo que un píxel con solo 100 e- es una parte muy oscura de la escena, alrededor de 9 pasos más oscuro que el pozo completo. En un píxel con más de 100 e-, el ruido de disparo continúa aumentando, hasta sqrt (56000) = 236 en pozo completo, por lo que el ruido de disparo domina el ruido de lectura por un margen cada vez mayor. (Los tonos brillantes parecen menos ruidosos que los tonos oscuros, porque la relación señal-ruido continúa aumentando, ya que el ruido es solo la raíz cuadrada de la señal. Pero el ruido que hay se debe cada vez más al ruido de disparo, no leer ruido.)
En las sombras muy oscuras, el ruido de lectura puede ser significativo. Y en una exposición larga y oscura (como la astrofotografía bajo cielos oscuros), la corriente oscura y el ruido de lectura pueden ser importantes. Pero para la fotografía general de sujetos bien expuestos con tiempos de exposición cortos, el ruido de disparo es la fuente dominante de ruido.
El ruido de los disparos de fotones, o el ruido que resulta de la distribución de fotones de Poisson cuando llegan al sensor, puede ser un problema que los fotógrafos del mundo real deberían al menos tener en cuenta. A medida que aumenta el ISO, el potencial máximo de la señal también cae. Por cada parada de aumento en ISO, su señal máxima se reduce en un factor de dos. En la mayoría de las exposiciones, el ruido de los disparos de fotones es, con diferencia, el factor que más contribuye al ruido. Las fuentes electrónicas de ruido solo afectan las sombras profundas y, por lo general, solo se exhiben cuando comienza a empujar la exposición en la publicación (es decir, levanta las sombras en un grado significativo).
Suponiendo un sensor de fotograma completo con una capacidad de pozo completa (FWC) de 60 000 electrones, en ISO 100 tiene un punto de saturación máxima (MaxSat) de 60 000 electrones (e-). En ISO 200 tendría un MaxSat de 30,000e-, ISO 400/15,000e-, ISO 800/7500e-, ISO 1600/3750e-, ISO 3200/1875e-. El aumento de ISO reduce intrínsecamente la relación señal/ruido potencial máxima.
Este factor es probablemente el más importante a la hora de decidir qué cámara comprar. Un sensor de fotograma completo tendrá píxeles más grandes que un sensor APS-C del mismo número de megapíxeles. Nuestro FWC de 60k en nuestro hipotético sensor FF podría ser un FWC de 20k-25k en un sensor APS-C. Si necesita un rendimiento superior con poca luz, optar por un sensor de fotograma completo y menos megapíxeles aumentará el tamaño de los píxeles, lo que tendrá un impacto DIRECTO en la cantidad de ruido visible en configuraciones ISO más altas.
El ruido del disparo de fotones, como proporción de la señal total, disminuye a medida que aumenta la intensidad de la señal. Como factor absoluto (desviación estándar alrededor del nivel medio de la señal), el ruido de los disparos de fotones es probablemente más o menos constante. Suponiendo una desviación estándar de 5 unidades, si la intensidad de la señal también es 5, tendría una imagen que parece ser principalmente ruido, posiblemente con "formas" parciales pero en gran parte indistintas. Si la intensidad de la señal es de 10 unidades, entonces la SNR es del 50 %. Seguirá teniendo una imagen con mucho ruido, pero será una imagen con una forma y una estructura más distintas. En términos reales, el ruido de disparo de fotones, que sigue una función de distribución de Poisson, es igual a la raíz cuadrada del nivel de la señal. En ISO 100, el sensor FF con un FWC de 60 000e- tendrá un ruido de disparo de fotones equivalente a 244e-. Un sensor APS-C con un 20, 000e- FWC tendrá un ruido de disparo de fotones equivalente a 141e-. En ISO 200, el ruido del disparo de fotones sería 173e- y 122e- respectivamente, ISO 400 sería 122e- y 70e-, etc. Como una cuestión de proporciones, en ISO 100 FF el ruido de fotones es 0.004% de la señal, ISO 200 es 0,006 %, ISO 400 es 0,008 %, etc. Por el contrario, para APS-C estos valores son ISO 100/0,007 %, ISO 200/0,012 %, ISO 400/0,014 %, etc.
Los sensores más pequeños tendrán una SNR ligeramente más baja que los sensores FF para empezar, ya que el cableado de activación y lectura de fila/columna tiende a consumir más espacio relativo de fotodiodos. Combinado con el FWC más pequeño, inmediatamente se encuentra en desventaja cuando se trata de aumentar el ISO. El sensor FF tiene una ventaja de ruido de aproximadamente el 60 % (Por: 244/60000 / 141/20000 = 0,577). Con la misma configuración ISO, suponiendo que el ruido sea generalmente visible en esa configuración, el sensor FF siempre parecerá menos ruidoso que un sensor APS-C. En el caso de nuestros dos sensores hipotéticos, ISO 100 en el APS-C es solo marginalmente mejor que ISO 400 en el FF, ¡casi una diferencia de dos puntos completos en el rendimiento de ruido relativo! Lo mismo ocurriría con dos sensores FF, uno con píxeles grandes y otro con píxeles más pequeños por un factor de 1,6. Esto supone que la observación es un recorte del 100 % (es decir, la observación de píxeles).
En cuanto a cuánto ruido proviene del ruido de disparo y cuánto de otras fuentes. Las "otras fuentes" realmente dependen del sensor. El ruido de lectura generalmente se mide en términos de DU (unidades digitales o post-ADC) o e- (electrones, carga de señal analógica). La Canon 7D ha leído un ruido de 8,6e- a ISO 100, pero 4,7e- a ISO 200, 3,3e- a ISO 400, etc. La Canon 1D X ha leído un ruido de 38,2e- (!) a ISO 100. un mayor ruido de lectura es, en última instancia, proporcional al área del fotodiodo ... los píxeles más grandes transportan más corriente, por lo que la corriente oscura será mayor y la amplificación descendente aumentará una mayor cantidad de ruido electrónico en relación con la señal. Sin embargo, la 1D X tiene un FWC 90,300, lo que significa que 38e- de ruido de lectura es una fracción minúscula de la señal potencial máxima ISO100 (0.00042% para ser exactos).
En todos los casos de ruido, realmente depende de sus objetivos. Si tiende a disparar con poca luz o necesita velocidades de obturación muy altas, encontrar una cámara con píxeles más grandes probablemente producirá las mejores características de ruido. Si captura sujetos con muchos detalles, una mayor densidad de píxeles probablemente sea más importante que un bajo nivel de ruido. No hay una respuesta real cortada y seca aquí.
† Cantidad de luz, suponiendo un iluminante fijo, la cantidad de luz que llega al sensor para una apertura y una velocidad de obturación dadas, o cualquier relación equivalente de las mismas: f/16 1/100s, f/8 1/200s, f/4 1 /800s, todos los mismos EV.
Definitivamente te estás metiendo en el rango de la fotografía marginal cuando tratas de identificar el ruido de la toma frente a la señal. Afortunadamente, los astrofotógrafos han estado aquí antes.
Hay una serie de artículos decentes destinados a los legos que tratan sobre la comprensión del ruido frente a la señal que fue publicado por Craig Stark.
En la primera parte aquí , describe la premisa básica del ruido de disparo y por qué el brillo del cielo es tan malo para la astronomía: aumenta el ruido de disparo sin agregar más información. Esencialmente, puede tener una meseta más alta de nivel de luz pero es plana y, por lo tanto, roba el contraste.
En la segunda parte aquí , entra en más detalles sobre las diferencias de disparo vs lectura vs ruido térmico para fotografías de ejemplo.
En la tercera parte , describe un método para medir el rendimiento de cámaras específicas y, por lo tanto, obtener un modelo para los perfiles de ruido. Esto puede responder mejor a su pregunta de "¿cuáles son las diferencias entre los tipos de ruido?".
Volviendo a tu pregunta básica: ¿es relevante para la mayoría de las fotografías? En realidad, no, hasta que comience a filmar en los extremos de otros tipos de ruido (térmico y de lectura) cuando la SNR se distorsiona.
jrista