使用灰階卡輕松搞定圖像信噪比

灰階卡是影像測(cè)試學(xué)家專門(mén)為圖像的信噪比檢測(cè)研發(fā)一種測(cè)試圖卡。噪聲是指圖像密度的隨機(jī)變動(dòng)，具體指的是膠片的顆?；蛘哒f(shuō)數(shù)字圖像上像素級(jí)的變動(dòng)。這是一個(gè)關(guān)鍵的圖像質(zhì)量因素，和圖像清晰度一樣重要。它和圖像的動(dòng)態(tài)范圍相關(guān)性較強(qiáng)——即一定亮度范圍內(nèi)相機(jī)可以提供的優(yōu)秀的信噪比和反差。因?yàn)樗突镜奈锢韺W(xué)相關(guān)——光的光子性質(zhì)和熱度的熱效應(yīng)——所以它是必然存在的。幸運(yùn)的是我們能做到的是極大的降低噪聲——對(duì)于數(shù)碼相機(jī)，尤其是大像素的數(shù)碼單反相機(jī)（4mm2或更大）。但是，在小型的數(shù)碼相機(jī)的微小像素的噪音，特別是在高的感光度，通過(guò)降噪軟件處理時(shí)，會(huì)帶有明顯的副作用。

一般監(jiān)控?cái)z像機(jī)的圖像信噪比是在50dB，像美電貝爾系列BL-CB800ATM-N。 ?

信噪比是信號(hào)電壓對(duì)于噪聲電壓的比值，通常用符號(hào)s/n來(lái)表示。由于在一般情況下，信號(hào)電壓遠(yuǎn)高于噪聲電壓，比值非常大，信噪比的單位用db來(lái)表示。一般攝像機(jī)給出的信噪比值均是在agc（自動(dòng)增益控制）關(guān)閉時(shí)的值，因?yàn)楫?dāng)agc接通時(shí)，會(huì)對(duì)小信號(hào)進(jìn)行提升，使得噪聲電平也相應(yīng)提高。?信噪比的典型值為45~55db，若為50db，則圖像有少量噪聲，但圖像質(zhì)量良好；若為60db，則圖像質(zhì)量?jī)?yōu)良，不出現(xiàn)噪聲。 ? ??

大多數(shù)情況下，噪聲被認(rèn)為是質(zhì)量的退化。但一些黑白攝影師卻偏偏喜歡它的圖像效果，有很多人青睞35mm?Tri-X膠片。（膠片顆粒和數(shù)字噪聲在算法上有比較大的區(qū)別，前者用的是乘法并且光譜依賴于圖像密度，后者用的是加法。）點(diǎn)彩派畫(huà)家，代表人物George?Seurat，s手動(dòng)創(chuàng)造出圖像“噪聲”，而今天可以用Photoshop在幾秒內(nèi)完成。但是對(duì)于大多數(shù)攝影家，當(dāng)然不希望噪聲的出現(xiàn)。?噪聲的測(cè)試可以通過(guò)Imatest的很多模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)：?Multicharts，Multitest，eSFR?ISO，Colorcheck，Stepchart，SFR，SFRplus和Uniformity。其中Multicharts，Multitest和eSFR?ISO是功能最全面的三個(gè)噪聲測(cè)試模塊。?

噪聲在灰階卡中的表現(xiàn)如下圖所示。噪聲的計(jì)算通常用的是均方根RMS，A到C列是通過(guò)灰階卡來(lái)模擬的信號(hào)噪聲。這種方法是通過(guò)最小密度0.05并且密度階梯為0.1，等同于柯達(dá)Q-13和Q-14測(cè)試卡。他們是經(jīng)過(guò)了伽馬值1/2.2（根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)）的調(diào)整。此圖增加了比常規(guī)相機(jī)更多的信號(hào)噪聲，如A列和B列，而C列是無(wú)噪聲，D列則是佳能EOS-10D在感光度1600下拍攝Q-13灰階卡時(shí)的一個(gè)真實(shí)情況?？梢悦黠@的看出噪聲，但是對(duì)于1600感光度的相機(jī)來(lái)說(shuō)已經(jīng)是非常好的表現(xiàn)了，無(wú)疑是經(jīng)過(guò)了軟件后期的降噪處理。A列灰階反映的是傳感器內(nèi)部的常量噪聲，也就是說(shuō)在進(jìn)行伽馬編碼處理之前。而當(dāng)它進(jìn)行1/2.2伽馬編碼之后，噪聲在暗區(qū)增強(qiáng)，而在亮區(qū)減弱?？逻_(dá)方面指出這并不是一個(gè)真實(shí)的情況。因?yàn)閭鞲衅髟肼晳?yīng)該是在亮區(qū)趨向于增強(qiáng)。?

B列的灰階圖案中噪聲則顯得比較均勻，也就是說(shuō)在像素層面上它是一個(gè)不變量。噪聲應(yīng)該因此而在傳感器中隨著亮度升高得到增強(qiáng)（在進(jìn)行伽馬編碼之前），因此相對(duì)于A更加接近實(shí)際傳感器的表現(xiàn)。?

噪聲趨向于是一個(gè)常量，除非是在非常暗的區(qū)域，因?yàn)槿庋酆茈y觀察到。而噪聲在最亮的區(qū)域則會(huì)比較低，因?yàn)樯{(diào)相應(yīng)曲線“S”與伽馬曲線疊加?；?

這些原因，處于中間的灰度區(qū)——噪聲最容易看到的區(qū)域，經(jīng)常用來(lái)計(jì)算噪聲平均值。通常省略掉圖像密度大于1.5或者小于0.1的那些區(qū)域。

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