[Шум считывания] – Что такое шум считывания?

Когда камера измеряет количество света, захваченного каждым пикселем снимка, всегда присутствует некоторая погрешность. Эта неточность называется шумом чтения (или шумом считывания).

Поскольку сигналы, состоящие из различного количества фотонов, улавливаются и преобразуются в электрические сигналы, измеряемые в электронах, шум считывания выражается в количестве электронов (e-). Благодаря высокой точности электроники современных научных камер этот шум считывания обычно очень мал, порядка 1–3e- для камер, снимающих изображения при слабом освещении.

В приложениях с высокой освещённостью, например, когда каждый пиксель захватывает тысячи фотонов, эта погрешность ничтожно мала по сравнению с сигналом, поэтому шум считывания менее 5e- можно фактически игнорировать. Например, по сравнению с сигналом из 2000 фотоэлектронов, шум считывания даже в 10e- изменит отношение сигнал/шум менее чем на 3% и, вероятно, будет незаметен. Однако при низкой освещённости, когда количество фотонов может составлять десятки фотонов, низкий уровень шума считывания может играть значительную роль в отношении сигнал/шум и качестве изображения.

Благодаря параллельной архитектуре все КМОП-камеры демонстрируют распределение значений шума чтения от пикселя к пикселю. Поэтому в технических характеристиках иногда указывают два значения шума чтения в единицах e-. Медианное значение указывается таким образом, чтобы 50% пикселей имели значение шума чтения, равное или ниже этого значения, и даёт представление о типичном значении шума чтения для камеры. Среднеквадратичное значение (RMS) определяет среднеквадратичное значение всего распределения шума чтения, давая представление о количестве пикселей с высоким уровнем шума чтения, которые не учитываются при медианном измерении.

Некоторые специализированные камеры для съемки при слабом освещении имеют режим с низким уровнем шума, называемый режимом коррелированной мультивыборки (CMS). В этом режиме некоторое снижение частоты кадров достигается за счёт более точного измерения сигнала, что приводит к показателю шума считывания всего около 1,1e- (медиана) / 1,2e- (среднеквадратичное значение).