Vì sao ảnh chụp thiếu sáng dễ xuất hiện nhiễu hạt?
Vật lý 12 • Khám phá mở rộng
Ở mức sáng thấp, số photon cảm biến thu được ít và dao động ngẫu nhiên trở nên lớn so với tín hiệu. Nhiễu đọc và các nguồn khác trong camera cũng có thể đáng kể. Vì vậy một ảnh được làm sáng lên dễ lộ các đốm khác nhau dù cảnh khá đều. [1][2]
Một nguồn ổn định vẫn cho các lần đếm khác nhau
Trong mô hình shot noise thông dụng, photon không đến đều như những viên hàng được giao đúng số mỗi thời điểm. Các khoảng nhận bằng nhau từ cùng một nguồn ổn định có thể thu số photon khác nhau. Hamamatsu dùng thống kê Poisson để mô tả trường hợp này. [1]
Khi có nhiều photon, dao động tương đối thường nhỏ hơn; với ít photon, nó chiếm phần lớn hơn của tín hiệu. Nói “ít sáng dễ nhiễu” không có nghĩa mọi nguồn sáng tuân đúng một mô hình thống kê trong mọi điều kiện.
Hình dung hai lần đếm một dòng khách: một nhóm nhỏ thêm hay thiếu một người có vẻ khác nhiều hơn hai nhóm rất đông. Ví dụ giúp nhớ tỷ lệ biến động, không định nghĩa photon là con người.
Không phải mọi đốm đều do photon
Mạch đọc chuyển điện tích thành số có dao động riêng. Nhiệt có thể tạo các điện tích nền; thời gian phơi và nhiệt độ cảm biến ảnh hưởng đóng góp ấy. Hamamatsu phân biệt các nguồn này với shot noise của ánh sáng. [2]
Đốm speckle khi chiếu laser lên mặt nhám lại có cơ chế giao thoa; không nên gọi mọi hình lốm đốm là một hiện tượng duy nhất.
Tăng số trên màn hình chưa thêm photon
Khuếch đại tín hiệu có thể làm ảnh dễ thấy hơn nhưng không tự bổ sung số photon đã thiếu lúc chụp. Thu thêm ánh sáng hay kết hợp các dữ liệu phù hợp có thể giúp, song còn đánh đổi về chuyển động, phơi sáng và xử lý.
Làm mịn mạnh có thể giảm đốm nhìn thấy đồng thời làm mất chi tiết thật. Một ảnh mượt không tự chứng minh máy đã ghi được nhiều thông tin hơn.
Số megapixel không đủ để dự đoán chất lượng thiếu sáng: cần xét ánh sáng thu, hiệu suất chuyển đổi, nhiễu và cách xử lý. Bản chất nằm trong dữ liệu thu được, không chỉ kích thước file ảnh.
Kết nối với bài học
Đọc thêm: Phổ điện từ khác nhau về tần số và tương tác ra sao.
Chương trình Vật lý 12 · Trợ lý AI Ước Mơ Lớn.