ノイズが露光時間に依存しないのはなぜですか？

投稿では、カメラは多くの迅速な読み取りを統合するのではなく、単一の露出を使用するのはなぜですか？重要な質問は、ノイズが露出時間に依存するかどうかでした。ノイズとは、相対ノイズ（S / N）ではなく、絶対ノイズ（N）を意味します。この相関関係は、露光時間中にノイズが蓄積されると思っていたので、長ければ長いほどノイズが高くなると確信しました。

この仮説をテストするために、S = 0になるように、レンズのレンズキャップを使って黒い画像を撮影しようとしました。Canon 600D、ISO100、f / 3.5を使用しています

単純な平均または2次平均（sqrt（sum_i（R_i ^ 2））ですべてのピクセルの平均値を計算するpythonスクリプトを作成しました。ここで、R_iは赤のチャネルのみを考慮したi番目のピクセルです。

私はpythonからrawを読み取ることができないため、jpegを使用しました。jpegを使用すると、ノイズの解像度はかなり小さい（1/256）が、興味深い結果が得られた。

ここでプロット：y軸はノイズ、x軸は露出時間。

ノイズは1秒の露出までかなり一定であるように見え、その後増加し始めます

ISO3200での撮影も試みましたが、結果は次のとおりです。

予想通り、ノイズははるかに大きくなります（〜10倍）が、露出時間の動作は似ています（おそらく少し早く上昇します）。

なぜこの動作なのか？

緑のチャンネルのほうがうるさいのはなぜですか？

まず、JPEGを使用してノイズを評価することはできません。圧縮は、最小限の圧縮であっても、ノイズの外観に測定可能な/目に見える影響を与えます。実際にノイズを評価できるのは、RAW画像のみです。

念のため、画像ノイズの主な原因はフォトンショットノイズとは？評価しているノイズは、カメラ読み取りノイズ、電子回路を通過する電気によって生成され、イメージセンサーで使用されている材料のわずかな欠陥によって引き起こされる可能性があるノイズです。読み取りノイズは通常、熱などの追加の要因によって変化し始めるまで、特定のISOレベルのセンサーの固定要素です。さらに、信号を一瞬ディスカッションに取り込むために...読み取りノイズは最大信号のごくわずかな割合であるため、グラフのピークが0.009 @ ISO 3200であっても、その上に十分に強力な画像信号をたたくと、 、読み取りノイズの影響は実際には無視できるほど小さいため、実質的に無意味です。フォトンショットノイズ、または、（単一のフォトダイオードの物理的なフルウェル容量と比較して）弱い信号とフォトンストライクの広く分散した一貫性のないパターンから生じる画像信号自体のノイズは、高いISOノイズの主な原因です。読み取りノイズの兆候を見つけるには、ISO 3200写真の最も暗い影を深く掘り下げる必要があります。

1秒まで露光する場合、回路に十分な熱を蓄積して影響を与えていないため、読み取りノイズの量はフラットであると思います。テストによると、1秒の露出に達するまでに、熱が蓄積し始めており、影響があります。長時間露光を続けると、読み取りノイズ全体に対する熱ノイズの影響が大きくなります。

私はCMOSイメージセンサーのエンジニアではないので、それ以上のことはできません。私が読んだソニーとキヤノンの両方が発行した数多くの特許に基づいて、露出時間とともにノイズが増加する理由は他にもあると私は申し上げます。さまざまなノイズの発生源を特定、追跡、および排除することを目的とする、非常に多くのノイズ緩和特許が特許のネザーに浮かんでいます。ほとんどは、暗電流ノイズ、アンプノイズ、またはA / Dコンバータノイズを扱いますが、他の原因があります。一部の特許では、電源供給からの暗電流が読み出し中にノイズを増加させる可能性を排除するために、読み出し中に一次電源を遮断してノイズ緩和と読み出し容量回路を遮断しています（キヤノンの特許であると私は信じています。

言うまでもありませんが、露出が特定のしきい値を超えると、熱ノイズは間違いなく主要なノイズ発生源になります。私はそのしきい値が正確に1であるとは思っていませんでしたが、あなたのテストは確かに多くを示しているようです。