Photon Fluctuations and Photographic Noise

Abstract

Photographic emulsions are found to have experimentally-measured detective quantum efficiencies with peak values of less than 3%. Although such low values have been demonstrated to be not far removed from the highest values attainable with high-latitude on/off detectors of the silver halide type, they have nevertheless given rise to widely conflicting opinions concerning the influence on photographic granularity of the photon fluctuations in the exposure. This is essentially due to the complexity of the photographic process, which obscures the statistical processes which are inherent to the input/output relationship of the photon/grain interaction.

General arguments are developed which indicate the inevitability of a causal relationship between photon noise and granularity. Calculations are made of the quantitative contribution to detector noise from the photon fluctuations for a hypothetical detector having intrinsic properties which approximate to those of practical photographic emulsions.

Résumé

On a trouvé que les émulsions photographiques ont une efficacité quantique de détection mesurée expérimentalement ne dèpassant pas 3%. Bien qu’il ait été démontré que des valeurs aussi faibles ne sont pas tellement éloignées des plus hautes valeurs atteintes avec des détecteurs binaires du type halogénure d’argent de latitude étendue, elles ont néanmoins donné naissance à de très larges conflits d’opinion au sujet de l’influence, lors de l’exposition, de la fluctuation des photons sur la granularité photographique. Ceci est dû essentiellement à la complexité du processus photographique qui cache les processus statistiques inhérents à la relation entrée/sortie dans l’interaction photon-grain.

On a développé des arguments généraux indiquant qu’une relation de cause à effect entre la fluctuation quantique et la granularité est inévitable. On a calculé l’influence de la fluctuation quantique sur la bruit du détecteur pour un détecteur hypothétique ayant des propriétés intrinsèques très voisines de celles des émulsions photograpiques ordinaires.

Zusammenfassung

Es wurden photographische Emulsionen gefunden, die experimentell ermittelte “detective quantum efficiencies” (DQE) mit Peakwerten von weniger als 3% besitzen. Obwohl diese niedrigen Werte nicht weit von den höchsten Werten liegen, die mit großflächigen ja-nein-Detktoren vom Silberhalogenidtyp erzielt wurden, gaben sie Anlass zu widersprüchlichen Meinungen über den Einfluss der Photonenschwankungen bei der Belichtung auf die photographische Körnigkeit. Dies ist im wesentlichen auf die Komplexität des photographischen Prozesses zurückzuführen, welche die statistischen Prozesse verbirgt, die dem Eingangs-Ausgangs-Verhältnis der Photonen-Korn-Wechselwirkung eigen sind. Es wurden Schlussfolgerungen gezogen, welche die Unvermeidlichkeit einer kausalen Beziehung zwischen Photonenrauschen und Körnigkeit anzeigen. Berechnungen wurden gemacht über den quantitativen Beitrag der Photonenschwankungen zum Detektorrauschen, und zwar für einen hypothetischen Detektor, der die Eigenschaften besitzt, die praktischen photographischen Emulsionen nahe kommen.

Riassunto

E’ stato trovato che le emulsioni fotografiche hanno un valore di efficienza quantica registrabile, misurata sperimentalmente, con picco inferiore at 3%.

Per quanto sia stato dimostrato che questo basso valore non è molto distante dai più alti valori ottenibili con detector on/off con alta latitudine, del tipo ad alogenuri di argento, tuttavia essi hanno dato luogo ad un aumento del già largo conflitto di opinioni riguardante l’influenza della fluttuazione di fotoni, durante l’esposizione, sulla granularità fotografica.

Questo è soprattutto dovuto alla complessità del meccanismo del processo fotografico, che viene ad annullare tutti quei dati statistici che sono alla base della relazioni input/output sulle interazioni fotoni/granuli.

Sono state elaborate considerazioni che indicato l’inevitabilità di una relazione causale tra il rumore di fondo e la granularità. Sono stati fatti anche calcoli per individuare il contributo quantitativo alla registrazione del rumore di fondo da parte della fluttuazione dei fotoni, per un ipotetico detector avente proprietà intrinseche molto vicine a quelle di una emulsione fotografica pratica.