Отношение сигнал-шум матрицы

Если смотреть на элементы матрицы фотоаппарата (пиксели) со стороны физики, то можно сказать что ни одна величина, характеризующая пиксели, не является постоянной. Производитель может гарантировать только изменение этих параметров в заданных пределах относительно среднего значения.

Но это из области электроники и там можно составить целый список того, что из электрических явлений влияет на шум. А нам просто нужно знать, что любой фотоэлемент имеет на выходе определенный уровень шума.

То же происходит и со светочувствительностью матрицы. Эта величина не может иметь постоянного значения, а непрерывно меняется в зависимости от обстоятельств.

То есть фотодатчик даже в отсутствии света (так называемый «уровень черного») покажет некоторое значение на выходе. И это значение у каждого пикселя будет свое. Это и есть шум. Для того, что бы получилась качественная картинка, сигнал должен превышать уровень помех на определенную величину. И вот такая величина и называется отношение сигнал-шум.

И если фильтры настроены на этот уровень , то фотография получится чистой (помехи не пройдут через фильтр). При увеличении чувствительности матрицы, например, при съемке в темное время, фильтр будет уменьшать свое действие, что бы зафиксировать слабый сигнал. Но при этом и шумы с фотосенсора зафиксируются на снимке. Что бы не увеличивать чувствительность нужно настраивать выдержку. Об этом написано на этой странице.

пример цифрового шума на фотографии
Уровень помех при разной чувствительности

Причины возникновения шума в матрице


РАЗМЕР ФОТОСЕНСОРА

Физический размер матрицы влияет на уровень шума из-за размеров пикселей и расстояния между ними. Чем больше пиксель, тем больше света он соберет и тем меньше влияние помех фотодатчика, из которого и состоит пиксель. При меньших размерах пикселя уровень сигнала будет меньше, ведь собирается меньше света, и приходится этот слабый сигнал усиливать. А при усилении сигнала усиливается и шум.

МЕЖПИКСЕЛЬНОЕ РАССТОЯНИЕ

А большее межпиксельное расстояние, при большей матрице, уменьшает токи утечки, которые переносят заряд из одного пикселя на другой. Эти токи утечки вредны для изображения, ведь искажается информация, зарегистрированная пикселем под воздействием света, и это приводит к появлению шумов на фото.

ТЕПЛОВЫЕ ШУМЫ

При повышении температуры матрицы, примерно, на 8 градусов шум увеличится в 2 раза. В фотоаппаратах, в которых изображение постоянно выводится на жк дисплей с сенсора, эта матрица постоянно работает и соответственно греется. А потому увеличиваются помехи. Такой режим работы фотосенсора у компактов, ведь в зеркальных фотокамерах сенсор срабатывает только при нажатии на спуск. Получается, что в компактах и так отношение сигнал-шум меньше из-за физического размера матрицы так еще и от перегрева повышаются помехи.


Как уменьшить помехи

Для уменьшения шумов нужно ставить минимальную чувствительность в настройках цифрового фотоаппарата. В пленочных фотоаппаратах для изменения чувствительности менялась пленка. Но минимальную чувствительность можно ставить, только если позволяет выдержка. А вот если нужно уменьшать выдержку, тогда нужно повышать и чувствительность, а это приведет к повышению уровня шума. И при каком-то значении чувствительности эти помехи уже станут заметны на фотографии. Поэтому нужно выбирать между шумами (меньшей чувствительностью) и меньшей выдержкой.

Вот и нужно покупать фотоаппараты с большой по физическим размерам матрицей для уменьшения шума на фотографии, что позволит безболезненно для качества снимка уменьшать выдержку при съемках быстро движущихся объектов.
Общая информация о сенсоре фотоаппарата.
Как можно почистить матрицу в зеркальном фотоаппарате.
Как размер фотосенсора влияет на качество снимков.