[CV] Noise in Image Sensor

Noise:

Unwanted modification of signal during

• capture
• conversion
• transmission
• processing

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Image Sensor 의 노이즈의 종류는 크게 다음과 같음.

Photon Shot Noise (Scene Dependent)

• Quantum nature of light
• Random arrival and detection of photons : Poisson Distribution
  • 광자에 의한 electron의 생성이 random process 를 따름
  • 때문에 variation이 존재함.
  • Photon Noise는 Poisson Noise를 따름: $p(x)=\frac{\lambda^x e^{-\lambda}}{x!},\text{ where } \mu(x)=\lambda$
  • mean $\lambda$가 10~20 이상이면 Gaussian Distribution과 매우 유사함: 통계적으로는 30-40 이상으로 애기하는 경우가 더 많으나 실무에선 10~20 이상만 되어도 적용하기도 함.

2023.10.25 - [.../Math] - [Math] Poisson Distribution (포아송분포)

[Math] Poisson Distribution (포아송분포)

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Readout Noise (Scene Independent)

• Electronic Noise (열소음, Thermal noise):
  • Pre “analog-to-digital conversion” → 전류와 전압의 불안정성 및 변동유발.
  • 주로 온도 등에 따른 열잡음임: charge carrier의 thermal motion에서의 fluctuation이 합쳐져서 발생.
  • Gaussian Distribution 을 따르며, 고성능의 sensor일 수록 std $\sigma$가 낮음.
  • $p(x)=\frac{1}{\sigma \sqrt{2\pi}}e^{-\frac{1}{2} \left(\frac{x-\mu}{\sigma}\right)^2}$

2023.10.25 - [.../Math] - [Math] Normal Distribution (정규분포)

[Math] Normal Distribution (정규분포)

• Quantization Noise:
  • 양자화 에러에 해당.
  • Post analog-to-digital conversion
  • 오늘날에는 12-14bit 정도로 High Intensity Resolution의 image sensor를 사용하기 때문에 거의 무시 가능함.

2022.09.22 - [Computer/ETC] - Round-off Error vs. Truncation Error

Round-off Error vs. Truncation Error

 

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Other Sources (Scene Independent)

• Dark Current Noise:
  • Electronic Noise 와 마찬가지로 Thermal Noise의 일종.
  • Thermally generated electrons: 빛이 아닌 열에 의해 전자가 생성되는 discrete event!
  • light 이 아닌 thermal에 의한 것으로 셔터의 long exposure (2분 이상) 에서 발생됨 : Poisson distribution 을 따름.
  • exposure time이 길수록 심해짐.
• Fixed Pattern Noise:
  • Defective pixels.
  • Dark Frame Subtraction으로 제거 가능.

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같이 보면 좋은 자료들

https://www.youtube.com/watch?v=hb6SARVQEJQ

2022.09.26 - [Programming/DIP] - [DIP] Signal to Noise : Amplitude, Power, and Differential SNR

[DIP] Signal to Noise : Amplitude, Power, and Differential SNR