노이즈(Noise)란 무엇인가?
이번 글에서는 Noise 에
대하여 살펴보겠습니다.
노이즈(Noise)는 원하지 않는
무작위 변동이나 오류로 인해
이미지에 나타나는
아티팩트(artifacts)나
왜곡을 말합니다.
어두운 환경에서 촬영을 할 경우
쉽게 관측할 수 있습니다.
이미지 촬영 과정에서 노이즈는 어떻게 발생하는가?
사진을 촬영하는 과정 중
어디서 노이즈가
발생하는 것일까요?
전체적인 과정을
보면서 찾아보겠습니다.
4가지를 살펴보겠습니다.
- Shot Noise (포톤 노이즈)
- Dark Current Noise (암전류 노이즈)
- Dark Noise (암 노이즈)
- Quantization Noise (양자화 노이즈)
빛이 이미지 센서에 도달하여
Pixel 에 모여서 전기 신호로 바뀔 때,
Shot Noise 가 발생합니다.
빛의 에너지가 불규칙적이기 때문에
동일 시간동안 빛을 모아도
픽셀에 모이는 Photon 개수가
다르게 됩니다.
Shot Noise 는 Poisson 분포를 따릅니다.
이미지 센서에는 빛이 없는 환경에서
자연적으로 발생하는 노이즈가 있습니다.
이것을
Dark Current Noise (암전류 노이즈)
라고 부릅니다.
센서가 작동할 때 자연스럽게
발생하는 열에 의해 생성되는
전자의 무작위 움직임
때문에 생깁니다.
온도가 높을수록
노이즈 수준이 증가합니다.
이 Noise 도 Poisson 분포를 따릅니다.
Dark Noise는 Dark current의 변동성으로
인해 발생하는 노이즈를 말합니다.
즉, Dark current 자체가 일정한 값으로
고정되어 있지 않고,
센서 내부의 다양한 요소로
인해 미세하게 변동할 수 있습니다.
이러한 변동이 무작위적인
성질을 가지고 있습니다.
Dark Noise는 Dark current Noise 와
같은 개념으로
사용하기도 합니다만,
엄밀히 말하면 조금
더 넓은 개념입니다.
Dark Noise는 Gaussian 분포를 따릅니다.
측정한 값을 저장할 수 있는 값으로
바꾸는 과정에서도
Quantization Noise 가 발생합니다.
우리가 이전에 살펴본
앨리어싱과 비슷한 개념입니다.
반올림을 하여 맞추기 때문에
Noise 가 발생한다고
쉽게 유추해 볼 수 있습니다.
이 Noise 는 Uniform 분포를 따릅니다.
노이즈를 줄이는 방법
노이즈를 제거하기 위한 방법으로
일부로 노이즈를 섞어 촬영한 뒤,
후처리로 깨끗한 이미지로
복원하는 방법을
사용하기도 하고
노이즈를 최대한 제거하여
촬영하는 특수 장비를 이용하기도 합니다.
이 특수 카메라는 온도가 매우 낮아,
온도와 관련있는 노이즈들을
줄일 수 있습니다.
그런 건 난 잘 모르겠고,
노이즈란 이미지에
나타나는 오류
참고자료
