Цифровой шум — что это такое? Способы борьбы с цифровым шумом.

Цифровой шум — это дефект фотографии, вносимый фото сенсором цифрового фотоаппарата. Цифровой шум проявляется в виде хаотично расположенных точек различных по яркости и цвету. Особенно он заметен на однотонных поверхностях — небо, кожа, участки теней. Цифровой шум придает фотографии неестественный вид — изображение будто присыпано песком.ифровой шум — это дефект фотографии, вносимый фото сенсором цифрового фотоаппарата. Цифровой шум проявляется в виде хаотично расположенных точек различных по яркости и цвету. Особенно он заметен на однотонных поверхностях — небо, кожа, участки теней. Цифровой шум придает фотографии неестественный вид — изображение будто присыпано песком.

Цифровой шум.

С момента появления фотографии уже прошло более сотни лет, а вопрос получения качественного фото остается актуальным и по сей день. Честно сказать, это один из самых главных вопросов фотографии. Если проводить аналогию с пленочной фотографией, то аналогом цифрового шума будет зернистость пленки. Во времена пленочных фотоаппаратов фотограф мог бороться с зернистостью только двумя способами — использовать мелкозернистые пленки с низкой светочувствительностью (низким ISO) или специальными проявителями, разработанными для уменьшения этого явления. Вернемся в наш век — к цифровым фотоаппаратам. Если не вдаваться в термины, то цифровой шум — это детали изображения, выглядящие так, как не должны выглядеть. Это мелкие элементы изображения (частицы / точки), которые выглядят как светлые, темные или цветные точки. Цифровой шум отвлекает зрителя от фотографии, придает неестественный вид изображению и, в целом, портит впечатление от снимка, даже если на нем изображено что-то уникальное и достаточно редкое. Каким бывает цифровой шум?

• Постоянный цифровой шум.
• Случайный цифровой шум.

Постоянный цифровой шум проявляется одинаково на всех фотографиях (для конкретного фотоаппарата конечно) и связан с «горячими» и «битыми» пикселями. На месте битых пикселей постоянно горят светлые или темные точки. Горячие пиксели проявляются при длительных выдержках, когда фотосенсор сильно нагревается. Проявляться горячие пиксели могут в виде цветных точек, расположенных на одном и том же месте от кадра к кадру. Для того, чтобы узнать сколько горячих пикселей и в каких местах матрицы вашей фотокамеры они расположены проведите следующий опыт:

Закройте крышку фотоаппарата, выберите максимальное значение чувствительности ISO, выставьте выдержку 30 секунд, отключите встроенный шумоподав  и вы все увидите.

Ниже на фотографии вы можете посмотреть горячие пиксели моей фотокамеры Nikon D90.

Цифровой шум на фотографии. Горячие пиксели.

Фотография сделана с ISO 3200, выдержка 30 секунд, объектив камеры был закрыт крышкой. Случайный цифровой шумвыглядит как точки произвольного цвета, хаотично разбросанные по всему кадру. Данный вид шума хорошо заметен на однотонных поверхностях (небо, кожа, тени). цифровой.

Еще один способ делений цифровых шумов на категории:

• Яркостный цифровой шум (luminance noice).
• Хроматический цифровой шум (chrominance noice).

Яркостный цифровой шум (luminance noice)  проявляется на изображении в виде маленьких темных точек (или пятен) и зачастую напоминает зерно обычной фотопленки. Хроматический цифровой шум (chrominance noice)  на изображении проявляется в виде маленьких пятен (точек) другого цвета, отличается от цвета той области, где такой шум проявляется (именно поэтому он очень хорошо виден). Хроматический цифровой шум сильно бросается в глаза и неприятен для восприятия.

Факторы влияющие на уровень цифрового шума.

• Физический размер фотосенсора и его разрешение. Чем меньше физический размер (габариты) фотосенсора и больше его разрешение, тем выше уровень шумов для данной матрицы — не нужно гнаться за мегапикселями. Данное утверждение актуально при неизменной технологии изготовления фотосенсоров. Электроника шагает вперед семимильными шагами. Производители поддерживают «шумность» матрицы на одном уровне, а мегапиксели год от года увеличиваются.
• Чувствиетльность фотосенсора (чувствительность ISO ). Фактически чувствительность фотосенсора постоянна, меняется только коэффициент усиления сигнала. Чем выше ISO, тем больше цифрового шума вы увидите на фотоснимке (при  усилении сигнала возникает больше искажений). Современные фотоаппараты обычно сами выставляют ISO, и в режиме Auto это значение колеблется в диапазоне 50-150 ISO для компактных камер. В компактах может вообще отсутствовать возможность ручного выбора чувствительности ISO — электроника сама решит, что лучше =). В зеркальных камерах диапазон  ISO шире и а автоматическом режиме может быть от 100-400 ISO, для дорогих «зеркалок» диапазон ISO с приемлемым уровнем цифровых шумов естественно выше.
• Выдержка или время экспонирования кадра. Уровень цифровых шумов сильно зависит от температуры фотосенсора, чем температура выше, тем выше уровень шума на изображении. При серийной съемке температура матрицы повышается, поэтому последний кадр из серии будет самым «шумным». Чем короче выдержка, тем меньше цифровых шумов. При длительной выдержке (1 секунда и более) уровень цифровых шумов возрастает. Здесь нужно понимать, что не во всех случаях можно установить короткую выдержку. Например: Фотосъемка танцев в темном помещении. Использовать дополнительное освещение (вспышку) нельзя, так как это может сбить танцоров с ритма и будет мешать зрителю, а использование длительной выдержки приведет к появлению «шевеленки» (смазанность изображения). В данном случае придется пойти на компромисс — увеличить ISO и как следствие можно будет уменьшить выдержку и избежать «смазанности изображения».

Для того, чтобы не быть голословным, посмотрите фотографии с одинаковой выдержкой — 30 секунд и разными значениями чувствиетльности ISO (200 и 3200).

Фотография сделана с чувствительностью ISO 200, выдержка 30 секунд.

Фотография сделана с чувствительностью ISO 3200, выдержка 30 секунд. Влияние ISO и выдержки на цифровые шумы вы можете посмотреть в конце статьи.

Цифровой шум. Способы борьбы с цифровым шумом.

Борьбу с цифровым шумом можно разделить на два этапа: борьба с шумом на уровне возникновения и устранение цифрового шума (более профессиональный термин — подавление цифрового шума) на готовом изображении. Борьба с цифровым шумом на этапе возникновения.

• Уменьшение чувствительности фотосенсора — уменьшение ISO.
• Уменьшение выдержки.
• Применение светосильной оптики — диафрагму объектива можно открыть шире и, как следствие, можно сделать короче выдержку и уменьшить ISO.
• Применение дополнительного освещения (вспышка) при фотографировании. Применение вспышки позволит улучить освещенность и, как следствие, уменьшить выдержку и ISO.
• Включить «шумоподав» на фотоаппарате. По умолчанию на большей части фотоаппаратов включен режим шумоподавления на высоких ISO и длинных выдержках. Режимы цифрового шумоподавления хороши для тех людей, которые не заморачиваются на обработке фотографий, но для микростокера это не приемлемо. Встроенные в фотоаппарат функции шумоподавления очень просты и без доли стеснения безвозвратно удаляют мелкие детали изображения с вашего снимка, поэтому встроенный «шумоподав» лучше отключить, а удаление цифровых шумов делать в специально предназначенных для этого программах, в них этот процесс более контролируем.
• Фотосъемка в формате RAW. При фотосъемке в этом формате у фотографа больше возможностей по редактированию снимка в графических редакторах, так как RAW формат содержит больше информации о снимке, чем JPG, следовательно, и шансов на получение качественного снимка больше.

Об устранении цифрового шума на этапе его возникновения мы поговорили, теперь давайте перейдем к подавлению цифрового шума в специальных программах.

Программы для подавления цифровых шумов.

На сегодняшний день существует большое количество способов подавления шумов в графических редакторах. Написано много плагинов и программ для решения этой проблемы. Во многих редакторах имеются встроенные возможности подавления  шумов. В этой статье я не буду углубляться в программы подавления цифровых шумов, а лишь приведу несколько способов и программ.

Подавление цифрового шума.

• Подавление цифровых шумов встроенными средствами Adobe photoshop и Adobe photoshop lightroom.
• Использование «экшенов» (actions) к Adobe photoshop для устранения цифровых шумов. Экшены — специальные макросы, в которых записана определенная последовательность действий на основе стандартных функций Photoshop.
• Плагины и отдельные специализированные программы  для подавления цифровых шумов: Noise Ninja, Akvis Noise Buster, Topaz DeNoise, Neat Image, Grain Surgery, также возможности шумоподавления есть и в конвертере RAW файлов — Adobe Camera Raw, этот список можно продолжать и дальше )))
• Уменьшение разрешения снимка в постобработке — один из способов борьбы с цифровыми шумами. Операция уменьшения  разрешения снимка называется recize или ресайз. Фактически, после ресайза величина шума остается прежней, но в силу меньшего размера изображения цифровой шум становиться менее заметным.

Влияние чувствительности ISO и выдержки на цифровой шум.ISO 200Выдержка 1/30 секундыВыдержка 8 секундВыдержка 30 секундДавайте изменим чувствительность ISO на 800 и посмотрим как это повлияет на цифровой шум.ISO 800Выдержка 1/30 секундыВыдержка 8 секундВыдержка 30 секундДавайте изменим чувствительность ISO на 3200 и посмотрим как это повлияет на цифровой шум.ISO 3200Выдержка 1/30 секундыВыдержка 8 секундВыдержка 30 секунд

Даже не смотря на то, что изображения не в оригинале, а в сжатом JPG видно, что цифровой шум значительно увеличивается при увеличении ISO и выдержки. При сжатии файлов в JPG также появляется цифровой шум (артефакты сжатия).  Электроника развивается очень быстро, быть может, когда-нибудь цифровой шум удастся победить, будь то программный алгоритм подавления шумов или абсолютно «бесшумная» матрица фотоаппарата.