{"id":8353,"date":"2008-08-23T19:30:55","date_gmt":"2008-08-23T17:30:55","guid":{"rendered":"http:\/\/www.boscarol.com\/blog\/?p=8353"},"modified":"2011-06-08T13:08:42","modified_gmt":"2011-06-08T11:08:42","slug":"ricostruzione-della-scena-rumore","status":"publish","type":"post","link":"http:\/\/www.boscarol.com\/blog\/?p=8353","title":{"rendered":"Ricostruzione della scena: rumore"},"content":{"rendered":"<p>Se si cattura un&#8217;area uniforme con un sensore non ci sar\u00e0 una risposta uniforme, ma una risposta media con qualche termine di errore detto rumore. Analogamente, la risposta del sensore alla stessa scena ugualmente illuminata, potr\u00e0 essere diversa in tempi diversi.<\/p>\n<p>Il rumore in una immagine scattata con una fotocamera ha diverse origini:<\/p>\n<ul>\n<li>l&#8217;arrivo casuale dei fotoni;<\/li>\n<li>il CCD stesso;<\/li>\n<li>l&#8217;amplificatore;<\/li>\n<li>il convertitore analogico\/digitale;<\/li>\n<li>le interferenze elettriche;<\/li>\n<li>l&#8217;elaborazione del segnale.<\/li>\n<\/ul>\n<p><span style=\"font-family: mceinline;\"> <\/span><br \/>\n<strong><em>Photon noise<\/em><span style=\"font-weight: normal;\"> (causato dall&#8217;arrivo casuale di fotoni)<\/span><\/strong><\/p>\n<p>Chiamato anche <em>photonic noise<\/em>, o <em>noise from photon statistics<\/em>.<\/p>\n<p>\u00c8 una caratteristica della luce ed \u00e8 provocato dall&#8217;arrivo casuale dei fotoni. Ogni fotone \u00e8 un evento indipendente e il suo arrivo non pu\u00f2 essere precisamente previsto, ma solo in termini di probabilit\u00e0. Su una data area del sensore arriva in media un certo numero di fotoni al secondo (flusso di fotoni), ma ci sono fluttuazioni attorno a questa media. La legge statistica che governa queste fluttuazioni \u00e8 detta <a href=\"http:\/\/en.wikipedia.org\/wiki\/Poisson_distribution\" target=\"_blank\">distribuzione di Poisson<\/a> e questo tipo di rumore \u00e8 anche detto <em>Poisson noise<\/em>.<\/p>\n<p>Questo per esempio \u00e8 il <em>photon shot noise<\/em> di un cielo azzurro sul canale del verde (tratto da <a href=\"http:\/\/theory.uchicago.edu\/~ejm\/pix\/20d\/tests\/noise\/index.html\" target=\"_blank\">Emil Martinec<\/a>):<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" class=\"alignnone size-full wp-image-8354\" title=\"Photon shot noise\" src=\"https:\/\/i0.wp.com\/www.boscarol.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2009\/03\/1d3-shotnoise.jpg?resize=100%2C100\" alt=\"Photon shot noise\" width=\"100\" height=\"100\" data-recalc-dims=\"1\" \/><\/p>\n<p>Le fluttuazioni nel numero di fotoni da pixel a pixel \u00e8 completamente scorrelata. Questo rumore \u00e8 un &#8220;rumore bianco&#8221; (cio\u00e8 non ha periodicit\u00e0 e ha ampiezza costante su tutte le frequenze spaziali).<\/p>\n<p>Il <em>photon<\/em> <em>shot noise<\/em> appare maggiormente quando i fotoni in arrivo sono pochi; si pu\u00f2 ridurre aumentando il numero di fotoni in arrivo con una esposizione pi\u00f9 lunga.<\/p>\n<p>Tipicamente questo tipo di rumore viene trattato dal <em>Raw converter<\/em>.<\/p>\n<p><span style=\"font-family: mceinline;\"> <\/span><br \/>\n<strong><em>Sensor read noise<\/em><span style=\"font-weight: normal;\"> (causato dal CCD stesso)<\/span><\/strong><\/p>\n<p>Idealmente i numeri digitali registrati come dati Raw sono proporzionali al numero di fotoni che ha raggiunto quel <em>photosite<\/em>. In realt\u00e0 i numeri Raw non sono esattamente proporzionali perch\u00e9 i circuiti elettronici di lettura e conversione hanno delle fluttuazioni.<\/p>\n<p>Questo rumore \u00e8 una caratteristica del sensore, \u00e8 indipendente dall&#8217;esposizione e determina il rumore di base del sensore e con la <em>charge capacity<\/em> determina il <em>range<\/em> dinamico del sensore (rapporto tra <em>charge capacity<\/em> e <em>read-out noise<\/em>).<\/p>\n<p>Tipicamente viene rimosso nell&#8217;hardware della fotocamera, prima della conversione del segnale analogico in digitale.<\/p>\n<p><span style=\"font-family: mceinline;\"> <\/span><br \/>\n<strong><em>Fixed pattern noise<\/em><span style=\"font-weight: normal;\"> (causato dal CCD stesso)<\/span><\/strong><\/p>\n<p>Questo rumore \u00e8 dovuto alle diverse sensibilit\u00e0 dei pixel, causate per esempio dal diverso spessore del filtro, differenze di amplificazione, pixel morti. \u00c8 sempre lo stesso, costante nel tempo per ogni scatto e si pu\u00f2 determinare e rimuovere con <em>calibration<\/em><em> frame<\/em> che pu\u00f2 essere contenuto nel firmware della fotocamera.<\/p>\n<p><span style=\"font-family: mceinline;\"> <\/span><br \/>\n<strong><em>Dark current <\/em><span style=\"font-weight: normal;\">(causato dal CCD stesso)<\/span><\/strong><\/p>\n<p>Il rumore\u00a0<em>dark current<\/em> o <em>black current<\/em> o <em>thermal black<\/em> o <em>zero light<\/em> deriva dall&#8217;eccitazione del sensore non causata dai fotoni, ma da altre cause, per esempio dall&#8217;energia termica (calore) che produce elettroni che non derivano dall&#8217;incidenza dei fotoni, e che aumentano l&#8217;intensit\u00e0 del segnale.<\/p>\n<p>Si \u00e8 visto che la <em>dark current<\/em> raddoppia all&#8217;incirca ogni aumento di 5000 kelvin e aumenta con l&#8217;aumentare del tempo di esposizione. Quindi un metodo di rimozione parziale della <em>dark current<\/em> consiste nel raffreddare il sensore.<\/p>\n<p>La <em>dark current<\/em> si pu\u00f2 sottrarre mediante <em>dark frames<\/em> catturate senza esporre il sensore, per esempio con il tappo dell&#8217;obiettivo montato, nelle effettive condizioni di ripresa (tempo di esposizione e temperatura del sensore). La media delle <em>dark frames<\/em> si sottrae dalla immagine.<\/p>\n<p>Alternativamente pu\u00f2 essere misurata direttamente dal sensore, se ha i pixel del bordo coperti con metallo. Viene fatta la media dei valori di questi pixel e questa <em>dark current<\/em> media viene sottratta dai dati raw dell&#8217;immagine.<\/p>\n<p>Tipicamente viene registrato nel file Raw e trattato dal\u00a0<em>Raw converter<\/em> (per esempio DNG lo registra nel tag BlackLevel).<\/p>\n<p><span style=\"font-family: mceinline;\"> <\/span><br \/>\n<strong>Compensare il <em>flare<\/em> ottico<\/strong><\/p>\n<p>Il <em>flare<\/em> ottico \u00e8 l&#8217;illuminamento indesiderato e relativamente uniforme che si verifica nel piano dell&#8217;immagine di un sistema ottico, causato dalla dispersione e riflessione di una parte dell&#8217;illuminamento che arriva al sistema attraverso il diaframma. In generale si tratta di circa il 4% dell&#8217;illuminamento complessivo (dipende dalle caratteristiche della fotocamera) e non \u00e8 eliminabile a priori. Le immagini qui sotto sono tratte da slide di <a href=\"http:\/\/www.uschold.com\/pdf\/Symposium\/susstrunk.pdf\" target=\"_blank\">Sabine S\u00fcsstrunk<\/a>).<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" class=\"alignnone size-full wp-image-19283\" style=\"border: 0px none;\" title=\"Optical flare\" src=\"https:\/\/i1.wp.com\/www.boscarol.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2008\/08\/flare.jpg?resize=512%2C210\" alt=\"\" width=\"512\" height=\"210\" srcset=\"https:\/\/i1.wp.com\/www.boscarol.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2008\/08\/flare.jpg?w=775 775w, https:\/\/i1.wp.com\/www.boscarol.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2008\/08\/flare.jpg?w=300 300w\" sizes=\"(max-width: 512px) 100vw, 512px\" data-recalc-dims=\"1\" \/><\/p>\n<p>(Esiste anche un <em><a href=\"http:\/\/www.ilbanshee.net\/blog\/2008\/02\/22\/i-flare-ed-i-rivestimenti-anti-riflesso\" target=\"_blank\">flare<\/a><\/em><a href=\"http:\/\/www.ilbanshee.net\/blog\/2008\/02\/22\/i-flare-ed-i-rivestimenti-anti-riflesso\" target=\"_blank\"> di lente<\/a> che d\u00e0 luogo a riflessioni interne consistenti nell&#8217;ingresso di luce che non fa parte dell&#8217;immagine, luce che proviene dall&#8217;esterno della scena e che in parte viene portata sul sensore. Appare come un riflesso che occupa solo una zona dell&#8217;immagine (non \u00e8 uniforme sull&#8217;immagine). Questo tipo di <em>flare<\/em> si pu\u00f2 contrastare a priori con un sistema di lenti adatto o con un paraluce.)<\/p>\n<p><img loading=\"lazy\" class=\"alignnone size-full wp-image-19281\" style=\"border: 0px none;\" title=\"Flare di lente\" src=\"https:\/\/i0.wp.com\/www.boscarol.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2008\/08\/lensflare_sm.jpg?resize=320%2C240\" alt=\"\" width=\"320\" height=\"240\" srcset=\"https:\/\/i0.wp.com\/www.boscarol.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2008\/08\/lensflare_sm.jpg?w=320 320w, https:\/\/i0.wp.com\/www.boscarol.com\/blog\/wp-content\/uploads\/2008\/08\/lensflare_sm.jpg?w=300 300w\" sizes=\"(max-width: 320px) 100vw, 320px\" data-recalc-dims=\"1\" \/><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Se si cattura un&#8217;area uniforme con un sensore non ci sar\u00e0 una risposta uniforme, ma una risposta media con qualche termine di errore detto rumore. 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