Привет, в этой статье я хотел пролить свет на один из важнейших вопросов в съёмке. Как снимать, чтобы изображение не шумело? Это чисто техническая статья и может показаться нудной, но таков путь тех, кто хочет углубиться в понимании. Если всё же лень вникать, то советую сразу перескочить до раздела "Настройки для меньшего шума" и начинать читать оттуда. В любом случае, я надеюсь, что статья будет вам полезна.
В этой статье вы узнаете:
- о том, что такое ISO и что такое чувствительность матрицы;
- коротко о том, какие процессы происходят в камере при съемке;
- виды шумов и когда они возникают;
- что такое усиление сигнала?
- ISO vs шум;
- ISO vs динамичесский диапазон;
- Что такое ETTR?
Понятие ISO
Что такое ISO?
Во многих источниках вы можете столкнуться с тем, что под ISO подразумевают чувствительность матрицы камеры. Но так ли это? ISO дословно переводится как International Organisation for Standartisation - международная организация по стандартизации. Она некогда установила некие стандарты для измерения чувствительности плёнки и с тех пор эта аббревиатура в фото- и кинопроизводстве стала означать чувствительность сенсора камеры.
На самом деле это не совсем так. Чувствительность матрицы камеры это заводской параметр и не существует никакого слайдера или ползунка способного её регулировать, а то что в камерах называется ISO это уровень усиления сигнала, поступающего от матрицы. Принцип здесь ровно такой же, как покрутить уровень громкости на аудиосистеме.
Далее мы разберём основные понятия, для того, чтобы понимать с каким ISO снимать, чтобы изображение меньше шумело. Но сразу предупреждаю, что будет сложно.
Основные понятия
Сигнал - первое понятие - сигнал - это тот поток фотонов, который попадает на каждый пиксель нашей матрицы. Чем меньший поток или сигнал уловила матрица - тем темнее будет пиксель.
Шум - это тоже сигнал, но сигнал случайного характера и как правило нежелательный. В этой статье мы рассмотрим три разновидности шума, но об этом далее.
Отношение сигнал/шум - это характеристика, которая показывает соотношение уровня сигнала (свет) к шумам. Чем выше этот показатель - тем чище будет изображение. Сокращённое название этой характеристики SNR - Signal to noise ratio.
Динамический диапазон - это диапазон значений яркости, который способна записать камера. Другими словами можно сказать, что динамический диапазон - это способность камеры яркостные перепады сцены от самых тёмных участков к самым светлым. У этого параметра есть чёткая зависимость от уровня шумов - чем больше шума тем меньший диапазон камера сможет записать.
Природа шумов
Источник
В процессе съёмки у нас возникает две разновидности шумов, которые можно объединить в две группы: фотонный шум и шум считывания. В свою очередь шум считывания можно разделить ещё на две категории: шум чтения на входе и на задней стороне. Фотонный шум - природного происхождения, два других - порождения нашей камеры.
Фотонный шум
Сцена, которую мы снимаем создаёт шум просто потому, что фотоны, летящие к нашей матрице не все поступают одинаково. Они сами по своей сути испускаются и отражаются случайным образом, что и является источником шума. Особенно это заметно в тёмных областях и на то есть математическая причина. Количество таких случайностей равно квадратному корню от общего числа фотонов, которые объект съёмки отражает в данный момент. И отсюда получается, что в процентном соотношении тёмные области больше подвержены воздействию шума, чем светлые ибо получают меньше фотонов.
Шум чтения на входе аналогового усиления
Чтобы перечислить причины появления шума на входе мне не хватит статьи, это может быть ток, протекающий через фоточувствительные элементы камеры, тепло и т.п. Это не столь важно, а важно то, что каждый из этих факторов будет добавлять шум на конечное изображение.
Шум чтения на задней стороне
Причины его появления полностью зависят от физических процессов внутри камеры. Современные производители камер настолько преуспели в изготовлении сенсоров (или, в некоторых случаях, они отдали приоритет различным конструктивным особенностям сенсоров), что во многих камерах уровень «фонового шума чтения» (он же шум чтения по потоку ) в сенсорах очень низок. Возникает этот вид шума после аналогового усиления сигнала. И это важное замечание. Скоро вы узнаете почему.
Усиления сигнала
Аналоговое усиление сигнала
Попадание на матрицу фотонов приводит к тому, то пиксели начинают испускать электроны. И эта зависимость прямопропорциональна. Далее камера преобразует этот заряд в аналоговое напряжение и усиливает его - это аналоговое усиление сигнала. А сила этого усиления напрямую зависит от настроек ISO, установленных в момент съёмки.
До этого момента на изображения воздействовали и фотонный шум и шум чтения на входе, соответственно, как и сигнал, они тоже будут усилены. Зато на этом этапе шумы чтения на задней стороне ещё не будут усилены, потому что они возникнут немного далее.
После прохождения аналогового усилителя информация преобразуется в цифровую
Но в самом конце процесса захвата изображения может произойти так называемое цифровое усиление. Цифровое усиление особенно важно, поскольку оно происходит после того, как электроника камеры вносит шум чтения на выходе.
Цифровое усиление сигнала
После прохождения аналогового усилителя информация преобразуется в двоичный код, который теперь уже может прочитать наш ПК. Этот процесс называется аналогово-цифровым преобразованием. Двоичное число является уже конечным результатом каждого пикселя.
На этом этапе тоже возникает шум, но в зависимости от модели камеры, он может составлять незначительную долю от общего размера изображения. Он может быть даже незаметным до тех пор, пока вам не понадобится очень сильно поднять яркость картинке с помощью цифрового усиления на этапе постобработки или когда вы захотите воспользоваться расширенными значениями ISO. Цифровое усиление же в камере связано с расширенными настройками ISO. Они действуют аналогичным образом, как и ползунки яркости в редакторе. Они не влияют на аналоговое усиление, а усиливают уже цифровой сигнал со всеми шумами, которые появились на разных этапах захвата изображения. При этом расширеные значени ISO обрезают динамический диапаозон.
Приоритет - аналоговое усиление. Если вам для получения кадра с нужной экспозицией необходимо воспользоваться расширенными значениями ISO, то лучше этого избегать и использовать максимально высокое родное значение, а потом уже поднять яркость на посте. Так вы сохраните динамический диапазон.
Настройки для меньшего шума
ISO
Покажу самый простой способ, как выбрать наиболее бесшумное ISO в вашей камере. Для этого воспользуемся сайтом PhotonsToPhotos. Переходим по ссылке ниже
Input-reffered read noise versus ISO settings
Перед нами открывается пустое поля, где далее будет информация о шумах считывания конкретной модели камеры. Справа от поля есть большой список моделей камер всех брендов. Ищем свою и нажимаем на неё. Теперь в поле появляется график, по которому мы видим, что к примеру для Sony ILCE-7M4 уровень шумов при достижении значения ISO400 снизится и с дальнейшим повышением ISO будет оставаться почти неизменным. Значения ISO, при которых уровень шума остаётся неизменным называются инвариантными и для этой модели камеры они находятся в диапазоне от ISO400.
Если камеры нет в списке
В представленной таблице не всегда можно найти свою камеру, но это не значит, что мы не сможем подобрать самое бесшумное ISO экспериментальным методом. Для этого нужно включить ручной режим на камере, чтобы выдержка и диафрагма на протяжении эксперимента не изменялись. Далее сделать серию снимков в тёмном помещении с различными значениями ISO.
Далее на посте выровнять значения экспозиции между кадрами и оценить визуально, когда уровень шумов будет снижаться. К примеру, на Photonstophoto уровень шумов для моей камеры должен быть ниже, начиная со значения ISO400 и далее оставаться практически неизменным.
Посмотрим, что на практике и сравним визуально уровень шумов на снимке с ISO100 и ISO400. Важно, перед тем, как начать сравнивать нужно обязательно отключить все настройки резкости и шумоподавления, которые может включать графический редактор по умолчанию. Например в CaptureOne такое есть.
Очевидно, что при значении ISO400 изображение шумит гораздо меньше. А теперь попробуем аналогично сравнить снимки с ISO400 и ISO1250.
Как видите уровень шумов остался практически неизменным. Здесь стоит оставить ещё одно важно замечание. Чтобы можно было более точно сравнить визуально нужно, чтобы экспозиции кадров были максимально приближены друг к другу. Но и у этой фишки, есть своя обратная сторона.
Обратная сторона - динамический диапазон
На PhotonsToPhotos есть ещё одно интересное исследование - зависимость динамического диапазона камеры от значения ISO
Photographic Dynamic Range versus ISO Settings
Способ рабы с графиком аналогичен, а показывает он то, как изменяется динамический диапазон камеры при разных значениях ISO. И если взять в пример ту же камеру, то мы можем увидеть, что с повышением ISO динамический диапазон будет снижаться.
Какое ISO выбрать - теперь вопрос практики. Как можно заметить по графику, что при ISO100 диапазон камеры будет равен 11 стопам экспозиции. А если отклониться в сторону выбора ISO400, при котором уровень шумов будет минимальным, то потеря динамического диапазона составит 1 стопу. Я считаю, что это оптимальный выбор для этой камеры.
Здесь важно ещё и то, что вы снимаете, в какое время и при каком освещении. Возможно такой широкий динамический диапазон вам вовсе и не нужен, поэтому в случае, к примеру, с туманной пасмурной погодой, можно смело сместить свой выбор в сторону ещё меньшего уровня шумов.
Пишите в коментариях, если хотите, чтобы я выпустил статью о том, что такое динамический диапазон камеры.
Техника ETTR
Expose to the right - экспонирование в правую сторону. В наших камерах есть такой прибор как гистограмма. Надеюсь, вы знаете что это такое. А если не знаете, что это такое, то в списке приборов графических редакторов у меня есть его описание.
Техника ETTR широко известна и заключается в преднамеренном переэкспонировании кадров - смещению к правому краю гистограммы. Отсюда и название. Смысл этой техники в том, чтобы сместить как можно больше тёмных областей изображения в сторону светлых (направо по гистограмме), так как сенсоры наших камер так устроены, что у них есть гораздо больше ресурса сохранять информацию как раз из светлых областей. Проще потом на посте понизить экспозицию кадра, не теряя информацию, чем вытягивать тёмные области, а вместе с ними и все шумы.
Важное замечание - при съёмке в Jpeg следует доводить изображение до края гистрограммы, тогда как у RAW есть запас ещё в пару ступеней и можно даже слегка пережечь изображение. Но это тоже дело практики с каждой конкретной камерой.
И ещё одно, переэкспонирование следует выполнять не усилением сигнала с матрицы (ISO), а физически усиливая поток с помощью выдержки и диафрагмы. Так как техника ETTR призвана расширить динамический диапазон, а повышение ISO его будет только сокращать.
В завершении
Наверное пора заканчивать эту статью. Дальше всё будет зависить от вашей практики работы с конкретными моделями камер. Я очень надеюсь, что статья была для вас полезной. Жду лайки, коментарии и новые подписки) Пока)