ゲイン

はじめに

ゲインは、ユーザーがイメージングセンサーピクセル内の読み出し回路の前置増幅を設定できるパラメーターです。写真では、一般に ISO と呼ばれます。ゲインを上げるとセンサーの前置増幅が増加し、光に対する感度が高まるため、画像が明るくなります。

ゲインの使用

ゲインは、最小限の時間的コストで HDR 取得を使用する際にシーンのダイナミックレンジを拡大するのに役立ちます。非常に暗い領域の点群を取得するのにも適しています。ただし、高ゲインには、センサーが測定するすべてのものを増幅するという大きな欠点があります。これにはノイズが含まれており、その結果、単一取得のダイナミックレンジに影響が生じ、ピーク信号対ノイズ比が低下します。したがって、最適な低ノイズの 3D 点群が必要な場合は、ゲインを低く保つことを推奨します。

警告

ゲイン値が高くなると、点群内のノイズが増加します。

場合によっては、点が得られないよりもノイズの多い点を得たほうが良い場合があります。時間の制約が厳しく、対象物が暗い場合のシナリオを考えてみましょう。少ない時間的コストで暗い領域から情報を抽出するには、ゲインを活用するのが有効なパラメーターです。

注釈

ゲインは、シーン内の非常に暗い領域からデータを抽出するための効果的なツールです。

以下の表は、 Zivid 3D カメラで利用可能なゲインとストップの関係を示しています。

ゲイン	1x	2x	4x	8x	16x
ストップ	0	+1	+2	+3	+4
dB	-6	0	6	12	18

下の画像は、フレームのダイナミックレンジに対するゲインの影響を示しています。青線はゲイン = 1 の測定信号を示し、黒線はゲイン = 2 の同じ測定信号を示します。

下の画像は、測定された信号レベルと光の強度の関係を示しています。

点群におけるゲインの影響

ゲイン値を高くするとノイズが増加します。これは、ゲインを例えば露光時間と引き換えにした場合の同等露出の取得と比較すると、精密度が低下することになります。この精密度の低下は、キャプチャ間のノイズの増加と、ピクセル間のノイズの増加の両方として現れます。

ただし、同様の露出で HDR 取得をキャプチャする場合、ノイズはオーバーサンプリングされるため、効果的に平均化されます。このため、長い露光時間での単一取得と比較して、高ゲインの複数取得を使用することで同じ精密度を維持できる場合があります。

同程度の露光で複数回取得することで、ノイズを抑制できます。