Ich bin derzeit an einem Projekt beteiligt, bei dem ein Bildsensor programmiert wird. Unser Sensor gibt uns Rauschen, deshalb möchten wir das korrigieren. Jemand anderes im Projekt hatte die Idee, ein "schwarzes" Bild aufzunehmen, dh den Objektivdeckel aufzusetzen und ein Bild aufzunehmen, das ausschließlich schwarz sein soll. (Offensichtlich liegt es nicht am Rauschen.) Zu diesem Zeitpunkt nimmt er bei nachfolgenden Aufnahmen die Pixelwerte vom schwarzen Bild und subtrahiert sie vom regelmäßig aufgenommenen Bild.
Das Bild sieht besser aus und der größte Teil des Rauschens wird entfernt. Ich bin jedoch nicht davon überzeugt, dass dies der beste Ansatz zum Entfernen des Rauschens ist, und zwar aus folgenden Gründen:
Der Bereich des fixierten Bildes beträgt [-172 194] (366 Werte) gegenüber dem Standardbereich von [0 255]. Wenn es neu gezeichnet wird, wird es auf [0 255] zurückgesetzt, und es sieht besser aus, aber ich glaube, das ist falsch.
Ich sollte erwähnen, dass das neue Bild bei schwachem Licht aufgenommen wird.
Ist diese Methode zur Beseitigung des Rauschens geeignet? Warum oder warum nicht?
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Antworten:
Das schwarze Bild ist die Summe aus einem festen Muster und dunklem Rauschen (das höchstwahrscheinlich einer Normalverteilung folgt, da es normalerweise aus Stromschwankungen resultiert). Sie möchten das feste Muster, aber nicht das dunkle Rauschen subtrahieren. Durch Subtrahieren des zufälligen Rauschens von einem Signal wird lediglich das Gesamtrauschen erhöht und damit die Signalqualität verringert.
Um eine gute Schätzung für das feste Muster zu erhalten, sollten Sie eine beträchtliche Anzahl von Frames erfassen (sagen wir 25, obwohl 100 Ihnen natürlich nur die Hälfte des Rauschens hinterlassen) und diese mitteln. Da das dunkle Rauschen zeitlich unkorreliert ist (sein sollte), wird es gemittelt, sodass Sie ein festes Muster mit geringem Rauschen erhalten, das Sie von Ihren zukünftigen Bildern abziehen können und das das Rauschen in Ihrem Bild nicht erhöht.
Beachten Sie, dass das feste Muster in der Regel von der Belichtungszeit abhängt (eine CCD-Kamera kann beispielsweise während des Schichtbetriebs Elektronen ansammeln). Daher müssen Sie für jede Belichtungszeit eine Kalibrierung durchführen. Wenn Sie die Belichtungszeiten häufig variieren und dies machbar ist, können Sie Ihr Experiment so einrichten, dass nach jedem Experiment eine Reihe von dunklen Rahmen erfasst werden. Dies bedeutet, dass Sie für jedes Experiment eine Kalibrierung erhalten.
Wenn Sie einen rauscharmen (dh gemittelten) dunklen Rahmen subtrahieren, erhalten Sie einige negative Werte (da das bei der Bildaufnahme auftretende dunkle Rauschen negative Werte haben kann), der Bereich Ihres Bildes sollte sich jedoch nicht wesentlich vergrößern. Wenn dies der Fall ist, ist dies ein Zeichen dafür, dass Sie entweder nicht genügend dunkle Rahmen gemittelt haben oder dass sich das feste Muster geändert hat, da Sie eine andere Belichtungszeit verwenden.
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Dieser Ansatz ist gültig und wird in der Tat in einigen High-End-Kameras verwendet: Der Sensor nimmt zuerst ein Foto mit geschlossenem Verschluss auf und subtrahiert es vom "wahren" Foto. Das hat zwei Vorteile:
Diese Methode kann bei unterschiedlichen Belichtungszeiten zu unterschiedlichen Ergebnissen führen.
Das photonische Rauschen bleibt unberührt.
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Ich denke, das hängt vom verwendeten Sensor ab.
Sie können eine Reihe von Bildern (z. B. 10000) mit aufgesetztem Objektivdeckel aufnehmen und den Mittelwert / die Standardabweichung für jedes Pixel vergleichen. Wenn möglich, können Sie dasselbe für ein gleichmäßiges "helles" Bild tun (keine Überbelichtung, nur gleichmäßige Helligkeit).
Wenn es signifikante Unterschiede zwischen den "dunklen Mitteln" gibt, ist es eine gute Idee, das dunkle Mittel für jedes Pixel zu subtrahieren. Wenn es signifikante Unterschiede zwischen (heller Mittelwert - dunkler Mittelwert) für jedes Pixel gibt, kann die Division durch dieses "mittlere weiße Bild" ebenfalls eine Verbesserung darstellen.
Aber Sie müssen diese Statistiken wirklich erstellen, um herauszufinden, was Sinn macht.
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In der Regel sollten negative Werte auf Null abgeschnitten werden, wenn Sie den dunklen Rahmen subtrahieren.
Ich bin überrascht, dass Sie durch die Subtraktion von dunklen Frames Werte von -172 erhalten. Es bedeutet, dass:
Können Sie Bilder eines normalen Rahmens, eines dunklen Rahmens und dann der subtrahierten Version posten?
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negative values should be truncated to zero when you subtract the dark frame. Das sollten Sie nicht tun, da Sie sonst die dunklen Bereiche Ihres Bildes nicht gut entrauschen können. Es ist besser, das Rauschen "natürlich" zu halten, bevor Sie wirklich versuchen, es zu entfernen.