Kohina

[Isaskarsso]

Kohina sanana esiintyy digikuvauksessa usein!
Puhutaan kuvakohinasta!
Mitä tuo käytännössä tarkoittaa ja miten se ilmenee?

Kohinaa epäilen määrätyksi aaltoalueeksi ja aaltoliikkeeksi,jota kamera ei pysty tulkitsemaan kuvaksi.
Kohin on tuttu radiotekniikasta mutta minulle se ei ole ollenkaan tuttu kuvauksesta.

Kaikkinainen alltoliike on kait käsitettävä "häiriönä"olemassa olevassa sabiilissa tilassa.Kuten valo,rarioaallot,ääniaallot jne.
Häiriö sanan voi ymmärtää parhaiten tyynestä vedenpinnasta ja kiven aiheuttamista aalloista!
Kohina lienee mys alltoliikettä,eli häiriötä mutta se lienee normaalissa häiriössä(valo)olevaa häiriötä.

[heppu]

Ihan yhtä outo mullekkin, olen sen vaan mieltänyt rakeisuudeksi kuvassa. Sitä mistä rakeisuus on digiaikana muuttunut kohinaksi en kyllä tiedä, onko sillä väliä ja olenko ollenkaan oikeassa?

[tjokela]

En ole kovin syvällisesti perehtynyt CMOS (tai CCD) - sensorien tekniikkaan, mutta esitän tässä jonkinlaisen valistuneen arvauksen digitaalikameroissa syntyvän kohinan syntytavasta.

Pikselihän koostuu valoherkästä elementistä (valodiodi tms), sekä jonkinlaisesta integraattorista, joka integroi valodiodin antamaa virtaa. Valodiodiin osuva fotonien virta nostaa jonkin solmupisteen jännitettä valotusaikaan ja valoon verrannolisen verran. Koska valon määrä on verrannollinen valodiodin pinta-alaan, saadaan pienillä pikseleillä (pokkarit) jännitettä nostettua vähemmän kuin suurilla pikseleillä (järkkärit). Puolijohteissa syntyy aina myös kohinaa (lämpökohina, raekohina, 1/f-kohina, yms.), joka summautuu integroituun jännitteeseen. Koska tämä kohina on aina suunnilleen samansuuruista, on sen osuus hyötyjännitteestä suurempi pienillä pikseleillä kuin suurilla pikseleillä. Tässä kohdassa kuvioon astuu myös ISO-herkkyys, jonka tarkoituksena on käsittääkseni säädellä integroidun signaalin vahvistusta A/D-muuntimen haluamalle tasolle. Eli mitä heikompi signaali (signaali-kohinasuhde), sitä enemmän signaalia täytyy vahvistaa. Samalla joudutaan kuitenkin myös kohinaa vahvistamaan enemmän.

Kohinaa voidaan vähentää ainakin kaksoisnäytteistyksellä, joka puree ainakin CMOS-kennon layoutissa esiintyviin epäsovituksiin.

Jos jollain on enemmän tietoa aiheesta, olisi mielenkiintoista kuulla menikö edellinen sepustus aivan täydellisesti metsään :)

-Tommi

[Isaskarsso]

Elikkä!Suuri kenno(paljon pixeleitä)tuottaa enemmän pätötehoa suhteessa loistehoon,kuin pien kenno(vähän pixeleitä)?

Pätöteholla muodostetaan kuva ja loisteho haittaa kuvan muodostusta.

Miten sen huomaa kuvasta,jos tarkastelee vain yhtä kuvaa?

[adapteri]

Enemmän pixeleitä samalla pinta-alalla tuottaa enemmän kohinaa. Yhteen pikseliin osuu vähemmän fotoneita ja vahvistusta pitää olla enemmän. Silloin vahvistuu kennon oma kohina. Siis jos samalla pinta-alalla on 2 megapikseliä tai 5 megapikseliä, pienemmällä pikselimäärällä on helpompi tuottaa kohinattomampi kuva.

Kennon ja kameran oma kohina on samanlaista kuin teeveekuva, kun lähetettä ei ole. Yhden pikselin alueella kohina on samanlaista kohinaa, kuin mikä tahansa sähköinen kohina. Pikselissä on omat sisäiset kohinalähteensä ja tietysti myös esim kosminen säteily saattaa liipaista pienen pikselin virrat liikkeelle. Mitä pienempi pikseli on, sitä herkempi se on ulkoisille häiriöille.

[tjokela]

Elikkä!Suuri kenno(paljon pixeleitä)tuottaa enemmän pätötehoa suhteessa loistehoon,kuin pien kenno(vähän pixeleitä)?

Tässä yhteydessä on hyödyllisempää tarkastella jännite (tai virta) - suureita, koska analogia->digitaali-muunnin muuntaa nimenomaan jännite(virta)-signaalin digitaaliseen muotoon. Edelleen, kannattaa miettiä mieluummin mitä tapahtuu yhdelle pikselille, koska kaikki muut pikselit toimivat samalla tavalla. On syytä myös huomata, että nimenomaan pikselin koko on merkitsevä tekijä, ei niinkään sensorin (kenno) koko.

Pätöteholla muodostetaan kuva ja loisteho haittaa kuvan muodostusta.

Pätötehon ja loistehon käsitteet ovat hyödyllisempiä sähkövoimatekniikassa, eikä niillä ole juurikaan tekemistä kohinan kanssa.

Miten sen huomaa kuvasta,jos tarkastelee vain yhtä kuvaa?

Ok. Yritän selittää kohinan vaikutuksen vielä hiukan yksinkertaisemmin:

Voidaan ajatella, että jokainen sensorin pikseli on valomittari, joka mittaa sille lankeavan valonsäteen voimakkuutta välillä 1-256. Oletetaan, että tietylle pikselille lankeaa valonsäde, jonka voimakkuus on 128. Ilman kohinaa (tai tarpeeksi pienellä kohinalla), tallennetaan kuvatiedostoon tarkalleen tämä arvo. Jos kohina on tarpeeksi suurta, tähän oikeaan arvoon kuitenkin summautuu jokin pieni luku, jonka suuruus riippuu kohinan voimakkuudesta suhteessa signaalin voimakkuuteen. On tärkeä huomata, että tämä pieni luku on täysin satunnainen, joten kahteen vierekkäiseen pikseliin voivat summautua esimerkiksi luvut -2 ja 2. Kuvassa tämä ilmiö voidaan parhaiten havaita tasakirkkauksiselta pinnalta, sillä kohina aiheuttaa vaihtelua halutun kirkkausarvon molemmin puolin.

Todellisuudessa asiat ovat tietysti hiukan monimutkaisempia, sillä esimerkiksi epälineaarinen kvantisointi (gammakorjaus) sekä interpolointi vaikuttavat edellämainittuihin asioihin.

-Tommi

[timkopon]

Miten sen huomaa kuvasta,jos tarkastelee vain yhtä kuvaa?

Esimerkki löytyy sivun alalaidasta linkin takaa.

http://koti.mbnet.fi/~timkopon/Kuvat/Ca ... index.html

[colto]

Tuolla on vähän selvitetty kohinaa digikuvauksessa

http://www.cs.tcd.ie/courses/computervi ... Noise.html

[mitts]

Suurin syy, miksi kohina käytännössä haittaa on se, että se on satunnaista. Eli siis kahdessa vierekkäisessä pikselissä kohinaa on (eri syistä) eri määrä, eikä noita kohinan määriä voida helposti arvioida. Jos kohina olisi vakiota, sen voisi helposti laskennallisesti poistaa kuvasta.

Eli siis kohina ilmenee siten, että pikselissä on "väärä väri tai valoisuus", mutta eniten siten, että kussakin pikselissä on satunnaisesti erilainen virhe kuin naapurissa. Siksi kohina on helpointa havaita sellaisessa kuvassa, jossa oletamme että vierekkäiset pikselit ovat samanvärisiä, esimerkiksi vaikka sininen taivas. Tässä taivasesimerkissä kohina siis ilmenee niin, että vierekkäisillä pikseleillä on eri sinisen sävyt tai, jos kohina on tosi pahaa, niin pikseli saattaa olla vaikka punainen tai vihreä.

Kohinan ohjelmallisen poistamisen haasteena on siis yrittää "arvata" (jollakin algoritmilla), miten paljon kohina on kutakin pikseliä vääristänyt.

[haba]

Eli, jos verrataan esim. Minoltan Z1:tä jossa pienin ISO luku on 50 tai Fujin S5000:ta jossa se on 160, niin silloinhan vaikuttaisi että tuossa Minoltassa esiintyisi vähemmän kohinaa (ainakin teoriassa)?

[jwalley]

Eli, jos verrataan esim. Minoltan Z1:tä jossa pienin ISO luku on 50 tai Fujin S5000:ta jossa se on 160, niin silloinhan vaikuttaisi että tuossa Minoltassa esiintyisi vähemmän kohinaa (ainakin teoriassa)?

Fujin SCCD:n herkkyys ei ole suoraan verrattavissa perinteisen CCD:n herkkyyteen. SCCD:llä herkkyys/kohinasuhde on perinteistä parempi.

[haba]

Mitenkäs nuo valotus ajat vaikuttaa kohinaan, koska Minoltassa on mahdollisuus 15s:n valotusaikaan kun taas Fujissa vain 2s?


Ps. Millaisissa otoksissa tarvitsee 15s:n valotusaikaa?

[M.B.]

Fujin SCCD:n herkkyys ei ole suoraan verrattavissa perinteisen CCD:n herkkyyteen. SCCD:llä herkkyys/kohinasuhde on perinteistä parempi.

No eipä tosiaan ole, kun markkinointiosasto on kertonut kaikki luvut vähintään kahdella. -> Kohina näyttää vähäsemmältä, jos verrataan verrataan samalla nimellisellä ISO luvulla otettuja kuvia. Jos taas verrataan todellisia herkkyyksiä, kuten allaolevassa esimerkissä on tehty, niin...

http://www.dpreview.com/reviews/fujifil ... page12.asp

"Here we will be comparing the FinePix S5000 with an output image size of three megapixels to a 'normal CCD' three megapixel digital camera, in this case Canon's PowerShot A70. As you will note from the exposure values the A70 is more sensitive than its quoted ISO 50 producing almost the same shutter speed at F5.6 as the S5000 did at its rated ISO 200."

Canonin näkemys "ISO 50" herkkyydestä on pikemminkin ISO 80 ja Fujin "ISO 200" näyttää olevan aika samaa tasoa. Nämä merkit edustavatkin markkinoiden ääripäitä. Useimmat kamerat ovat hieman luvattua epäherkempiä, esim. ISO 100 onkin todellisuudessa ISO 80 jne.

Sinänsä ihme touhua, ettei jengi (kameroita arvostelevat webbisivustot mukaanluettuina) tunnu näinkään rankasta fuskaamisesta välittävän, vaikka paljon pienemmistä jutuista jaksetaan nipittaa sivukaupalla.

[Isojp]

Jos pysytään aiheessa eli kohinassa, niin käytännössä olen huomannut digillä (G3) kuvatessa huonoissa olosuhteissa, että on huonompi vaihtoehto pitää ISO-arvo pienenä ja ehkä alivalottaa kuva ja manipuloida sitä jälkikäteen kuin nostaa reilusti ISOa. Jälkimmäisellä tavalla tehtynä mielestäni kohina on pienempää varsinkin varjokohdissa. Olenko oikeassa? Eli oli ISO-arvo 50-100 tai jopa 200, niin pääasia on että CCD-kenno saa riittävästi valoa. Tässä tapauksessa puhun nyt lähinnä paikallaan pysyvästä kohteesta..

[jwalley]

Jos taas verrataan todellisia herkkyyksiä, kuten allaolevassa esimerkissä on tehty, niin...

http://www.dpreview.com/reviews/fujifil ... page12.asp

Kohina S5000:n kuvissa johtuu Fujin selkeästi keskimääräistä agressiivisemmasta "default" terävöityksestä (normal). Soft-asetuksella kohina on erittäin vähäistä.

[Islander]

Mitenkäs nuo valotus ajat vaikuttaa kohinaan, koska Minoltassa on mahdollisuus 15s:n valotusaikaan kun taas Fujissa vain 2s?


Ps. Millaisissa otoksissa tarvitsee 15s:n valotusaikaa?

Pakko sanoa että z1:llä saa valoituksen jopa 30 sekuntiin :) näin manuaalin mukaan, mitä sellaisella sitten tekee on eriasia...