Auflösung, Schärfe und Rauschen

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Das Rauschen

Bildrauschen ist im Wesentlichen die unerwünschten Schwankungen der Lichtintensität über den Bereich des Bildes. In Erscheinung tritt es am offensichtlichsten durch unpassende Farbpunkte oder Helligkeitspunkte im Bild. Normalerweise variiert das Rauschen in zufälliger Weise über die gesamte Bildebene, aber auch strukturierter Muster – wie sinusförmige Interferenzmuster (manchmal als kohärentes Rauschen bezeichnet) – und festes Rauschen – bei ladungsgekoppelten Sensoren ( CCDs) – ist bekannt.

Wir betrachten das Rauschen normalerweise als ein zufälliges Muster, das dem wahren Bildsignal hinzugefügt wird beziehungsweise dieses überlagert.

Obwohl es eine intrinsische Unvorhersehbarkeit gibt, kann ein zufälliger Prozess statistisch definiert werden, beispielsweise durch seinen Mittelwert, seine Varianz oder seine Wahrscheinlichkeitsverteilung.

Die räumlichen Eigenschaften können z. B. durch die Autokorrelationsfunktion und das Leistungsspektrum zusammengefasst werden.

Die Ursachen für Bildrauschen

Die Ursachen für das Rauschen eines Bildes können sein:

  1. Zufällige “Aufteilung” des Lichts.
  2. Wenn das Lich in ein elektrisches umgewandelt wird, tritt photoelektrisches Rauschen auf.
  3. Elektronisches Rauschen tritt in jedem System mit elektronischen Komponenten auf.
  4. Quantisierungsrauschen tritt bei der Digitalisierung auf.
  5. Poisson-Belichtungsrauschen: Eine Zufälligkeit von Photonen in einer nominal gleichmäßigen Belichtungsverteilung liegt vor.

Die erste Ursache für Bildrauschen tritt in analogen fotografischen Systemen auf. Die Bilder Rauschen aufgrund der zufälligen Kornstruktur im Film.

Der zweite und dritte Fall sind die Hauptursache für Bildrauschen bei CCD- und CMOS-Sensoren.

Der vierte Fall tritt mehr oder weniger häufig in allen digitalen Systemen auf, in denen ein Helligkeitswert in eine endliche Anzahl von Werten quantisiert wird.

Das Poisson-Belichtungsrauschen ist in allen Bildern vorhanden. Es entsteht, weil die vom Abbildungssystem eingefangenen Photonen zufällig in Raum und Zeit eintreffen. Die relative Größe und damit Bedeutung des Poisson-Belichtungsrauschen hängt vom System und seiner Verwendung ab.

Jeder, der einmal versucht hat, ein fotografisches Negativ stark zu vergrößern, ist mit der Erscheinung einer körnigen Struktur auf dem Bild vertraut. Das fotografische Rauschen ist gut untersucht und die Verfahren zur Quantifizierung sind unkompliziert.

Rauschen auf analogem Film

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Digitales Rauschen

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