디지털 카메라 이미지 노이즈, 파트 2

[오리사냥]

디지털 카메라 이미지 노이즈, 파트 2

디지털 카메라의 노이즈 특성을 알면 이미지 품질 놀라움을 피할 수 있습니다. 다음 섹션에서는 이미지 노이즈가 색상 또는 "크로마", 휘도, 강도 및 크기 또는 공간 주파수에 따라 어떻게 달라지는지 에 대해 설명합니다. ISO 및 컬러 채널을 기반으로 한 노이즈 변이의 예도 세 가지 디지털 카메라에 대해 서도 표시됩니다.

특성

노이즈는 노출 설정 및 카메라 모델에 따라 변경될 뿐만 아니라 개별 이미지 내에서도 다를 수 있습니다. 디지털 카메라의 경우 어두운 영역에는 더 밝은 영역보다 더 많은 소음이 포함됩니다. 영화와 함께 반전은 사실이다.

	각 리전 100% 확대/축소
	1	2	3	4

톤이 밝아짐에 따라 소음이 덜 두드러지는 방식에 유의하십시오. 더 밝은 영역은 더 많은 빛으로 인해 더 강한 신호를 가지고, 더 높은 전체 SNR의 결과. 즉, 노출이 부족한 이미지는 나중에 보다 자연스러운 수준으로 밝게 하더라도 더 눈에 띄는 노이즈를 갖습니다. 반면에 과다 노출 된 이미지는 소음이 적고 나중에 어둡게 할 수 있으며 텍스처가있어야하는 단단한 흰색영역이 없다고 가정하면 실제로 유리할 수 있습니다("히스토그램 이해, 파트1"참조).

노이즈는 색상과 휘도의 변동이라는 두 가지 요소로 구성됩니다. 색상 또는 "크로마" 노이즈는 일반적으로 외관이 부자연스러우며 제어되지 않으면 이미지를 사용할 수 없게 만들 수 있습니다. 아래 예제에서는 크로마와 휘도 소음의 별도 효과와 함께 원래 중립 회색 패치에 대한 노이즈를 보여 주습니다.

이미지 노이즈		휘도 노이즈
		크로마 노이즈

크로마와 휘도 노이즈의 상대적 양은 카메라 모델마다 크게 다를 수 있습니다. 노이즈 감소 소프트웨어는 크로마와 휘도 노이즈를 선택적으로 줄이는 데 사용할 수 있지만 휘도 노이즈를 완전히 제거하면 부자연스럽거나 "가소성"으로 보이는 이미지가 발생할 수 있습니다.

공간 주파수는 종종 무시된 특성이지만 소음 변동은 크기와 공간 주파수 모두에서 다를 수 있습니다. "세분화된"이라는 용어는 필름과 함께 자주 사용되어 짧은 거리에서 변동이 발생하는 소음을 설명하며, 이는 높은 공간 주파수를 갖는 것과 동일합니다. 아래 예제에서는 공간 주파수가 노이즈 모양을 변경하는 방법을 보여 주습니다.

저주파 노이즈(거친
텍스처)
표준 편차: 11.7

고주파 노이즈(미세한
텍스처)
표준 편차: 12.5

위의 두 패치가 변동의 크기에만 기반을 둔 경우(대부분의 카메라 리뷰에서 수행됨) 오른쪽 패치가 더 높은 노이즈를 가진 것처럼 보입니다. 육안 검사를 받으면 오른쪽 패치가 왼쪽 패치보다 훨씬 덜 시끄러운 것처럼 보입니다. 이는 전적으로 각 패치의 노이즈 공간 주파수 때문입니다.

노이즈의 공간 주파수가 강조되고 있지만 그 크기는 여전히 매우 두드러진 영향을 미칩니다. 다음 예제에서는 표준 편차가 다르지만 동일한 공간 주파수를 갖는 두 개의 패치를 보여 주겠습니다.

낮은 크기 노이즈(부드러운
텍스처)
표준 편차: 11.7

높은 크기 노이즈(거친
텍스처)
표준 편차: 20.8

왼쪽의 패치가 오른쪽 패치보다 훨씬 더 부드럽게 표시되는 방법을 확인할 수 있습니다. 크기가 높은 노이즈는 패브릭이나 단풍과 같은 미세한 질감을 압도할 수 있으며 이미지를 과도하게 부드럽게 하지 않고도 제거하기가 더 어려울 수 있습니다. 노이즈의 크기는 일반적으로 픽셀이 "true" 값에서 갖는 일반적인 변동을 정량화하는 "표준 편차"라는 통계 측정값을 기반으로 설명됩니다. 이 개념은 각 패치에 대한 히스토그램을 보고 이해할 수도 있습니다.

노이즈 크기 선택:

낮다

높다

	RGB 히스토그램

위의 각 패치에 노이즈가 없는 경우 모든 픽셀은 평균에 있는 한 줄에 있습니다. 소음 수준이 증가함에 따라 이 히스토그램의 너비도 증가합니다. 우리는 RGB 히스토그램에 대해 이것을 제시하지만, 동일한 비교는 또한 광도 및 개별 색상 히스토그램을 위해 이루어질 수 있습니다. 히스토그램 유형에 대한 자세한 내용은 다음을 참조하십시오:"히스토그램 이해: 광미와 색상."

예제

주어진 ISO 설정에서 발생하는 소음의 양을 느낄 수 있도록 카메라를 실험하는 것이 좋습니다. 아래 예제는 매끄러운 회색 패치에 대해 세 가지 다른 카메라의 노이즈 특성을 보여 줍니다.

	ISO 100	ISO 200	ISO 400
캐논 EOS 20D 픽셀 영역: 40 μm2 2 0004년에 출시
캐논 파워샷 A80 픽셀 면적: 9.3 μm2 2003년 출시
엡손 포토PC 800 픽셀 면적: 15 μm2 1999년에 출시

채널 표시:

빨강

녹색

파랑

모두

(최고의 JPEG 품질, 일광 백색 균형 및 기본 선명)

카메라 모델, 컬러 채널 및 ISO 속도로 인한 차이점을 유의하십시오. 아래 버튼 위에 마우스를 이동하여 각 개별 채널의 소음이 매우 다른지 확인합니다. 파란색 과 녹색 채널은 일반적으로 바이엘 어레이가있는 디지털 카메라에서 각각 가장 높고 낮은 소음을 가지게됩니다 ("디지털 센서 이해"참조). 또한 Epson은 밝기 변동으로 인한 소음보다 훨씬 더 불쾌한 색상 패치를 개발하는 방법에 유의하십시오.

또한 ISO 속도를 높이면 항상 지정된 카메라의 소음이 높아지지만 카메라 간의 소음 변화는 더 복잡합니다. 카메라 센서의픽셀 영역이 클수록 광 수집 능력이 높아져 더 강한 신호를 생성합니다. 따라서 물리적으로 더 큰 픽셀을 가진 카메라는 일반적으로 노이즈에 비해 신호가 커지므로 일반적으로 덜 시끄러운 것처럼 보입니다. 이 때문에 동일한 크기의 카메라 센서에 더 많은 메가픽셀이 포장된 카메라가 반드시 더 나은 이미지를 생성하지는 않습니다. 반면에, 이미지가 얼마나 시끄러운지 결정하는 신호와 소음의 상대적인 양이 기때문에 신호가 강해지는 소음이 반드시 낮아지는 것은 아닙니다. 엡손 PhotoPC 800캐논 파워샷 A80보다 훨씬 큰 픽셀을 가지고 있지만, 특히 ISO 400에서 눈에 띄게 더 많은 소음이 있습니다. 이는 훨씬 오래된 엡손 카메라가 덜 정교한 전자 장치로 인한 내부 소음 수준이 훨씬 높았기 때문입니다.