Что такое шум на фото
5 причин появления шума на фотографиях и как избежать его появления при съемке
Вы знаете, что быстрым и популярным способом оценки технического качества фотографии, которым пользуются инспекторы фотостоков, выступает оценка зашумленности снимка?
Что такое цифровой шум?
Цифровой шум это хаотичные цветные или однотонные пиксели, разбросанные по фотографии. Чем больше шума, тем хуже выглядит снимок.
Увеличенный пример шумной фотографии вы видите ниже.
Новички идут по ложному пути, изучая способы борьбы с цифровым шумом и методы его подавления.
Это ненужная потеря времени.
Изучите и поймите причины появления цифрового шума, и исчезнет необходимость борьбы с ним.
Почему на фотографии появляется шум
Причин появления шума немного, и на часть из них вы можете повлиять.
Если вас интересует физика процесса проявления шума и не пугает слово «флюктуация», то рекомендую статью: Визуальный шум цифровых камер на CambridgeColor.
Шумы матрицы фотоаппарата
Это источник постоянного цифрового шума, повлиять на который невозможно.
Шумность матрицы определяется качеством изготовления и взаимосвязь проста.
Чем дешевле фотоаппарат, тем более дешевая матрица в нем установлена, и тем большее количество шума вы получите на фотоснимках.
Отмечу, что при длительной работе матрица фотоаппарата перегревается, что приводит к появлению или увеличению количества шума. Длительной работой матрицы фотоаппарата можно считать съемку на выдержках в несколько часов или съемку большого количества кадров без остановки.
Разумеется, матрицы дешевых фотоаппаратов более подвержены нагреву.
Высокое значение ISO при съемке
Из предыдущих абзацев следует вывод, что дорогой фотоаппарат позволит избежать шума в кадре. Это верный вывод, пока вы не начнете снимать на высоких значениях ISO.
Дорогой фотоаппарат не избавляет от шума на фотографиях. Дорогой фотоаппарат снимает на более высоких значениях ISO, что приводит к меньшей зашумленности снимка. Но, это не означает, что шума в кадре не будет совсем.
Дешевые фотоаппараты порождают обилие цифрового шума при съемке на 400ISO. Топовые фотоаппараты обладают подобным уровнем шума при съемке на 6500ISO и выше.
Чем хуже фотоаппарат, тем больше шума вы получите при поднятии ISO.
Порог появления шума зависит от качества матрицы фотоаппарата. Сделайте серию тестовых фотографий, последовательно поднимая ИСО, и рассмотрите кадры в 100% масштабе. Вы увидите, при каком значении ИСО уровень шума станет неприемлем.
Как снимать ночью без шума
Опишу отдельно, хоть это и частный случай.
Снимая ночью, неопытный фотограф вынужден поднимать ISO, чтобы обеспечить короткую выдержку для съемки с рук.
Поднятие ISO приводит к увеличению количества цифрового шума, и чем хуже матрица фотоаппарата, тем большее количества шума будет на итоговом кадре.
Как этого избежать?
Используйте съемку на низком ISO и штатив для съемки. Также может помочь использование встроенной или выносной вспышки.
Качество снимков, полученных при использовании встроенной вспышки будет ужасным. Но описание этих страстей выходит за рамки темы этой статьи.
Как избежать шума
Из первой части статьи можно сделать вывод, что не нужно снимать на тех значениях ISO на которых появляется большое количество шума.
Стоимость фотоаппарата неважна, поскольку отодвигается порог появления шума, но не исчезает вероятность его появления.
Большое количество цветного шума начинающие фотографы добавляют в процессе обработки фотографии в Лайтруме или Фотошопе.
Добавление происходит при следующих операциях:
Поднятие экспозиции или резкое осветление теней
Начинающие фотографы пренебрегают изучением правильного экспонирования кадра, уповая на съемку в RAW формате или последующую обработку. Они полагают, что смогут вытянуть экспозицию кадра в Лайтруме или другом конвертере. Подобная тактика работает, пока речь идет о небольшой коррекции экспозиции.
При сильном программном поднятии экспозиции, в осветленных теневых участках появляется большое количество цифрового цветного шума.
Это обусловлено алгоритмами работы самой программы обработки.
Научитесь правильно экспонировать кадр. Это избавит вас от необходимости вытягивать тени, что положительно скажется на низком уровне шума.
В современной фотографии любят добавлять резкость.
Отчасти это связано с тем, что постобработка предоставляет возможность, а отчасти с тем, что социальные сети любят сжимать фотографии, что сказывается на резкости.
Не разбирающиеся в тонкостях новички избыточно повышают резкость с расчетом на будущее автоматическое понижение качества фотографии при загрузке в социальные сети.
Поднятие резкости увеличивает резкость всему, что есть на снимке, включая шум.
Чем больше вы добавите резкости, тем большее количество шума и его усиление вы получите на итоговой фотографии.
Способов увеличения резкости много. Но нет такого, который бы не увеличивал шумность снимка.
Насыщенность цвета и изменение цвета
Новички любят сильно изменять настройки цвета в фотошопе или лайтруме. Нужно учитывать, что чем сильнее изменяется цвет, тем сильнее проявляется цветной шум снимка.
Подобное происходит и при конвертации в черно-белое изображение. Сильно изменение слайдеров насыщенности, яркости или изменения цвета приводит к появлению шума в конвертированном черно-белом изображении.
Как убрать шум
Существует огромное количество программ и плагинов, которые уменьшают цифровой шум на снимке, и рассмотрение которых выходит за пределы этой статьи.
Я долго использовал программу шумоподавления Noiseware Professional, пока не осознал простую истину.
Достаточно не делать ничего из того, что я описал выше или не злоупотреблять этим, и вам не придется убирать шум специально.
Несмотря на кажущуюся простоту, это стало откровением.
В нынешнее время у меня нет необходимости в удалении шума по причине его отсутствия.
Достаточно уметь снимать, избегая съемки на высоких значениях ISO и правильно экспонируя кадр.
Это универсальный способ, который работает в любых условиях и на любых камерах.
Цифровой шум. 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.
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 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 шум выглядит как точки произвольного цвета, хаотично разбросанные по всему кадру. Данный вид шума хорошо заметен на однотонных поверхностях (небо, кожа, тени). На рисунке ниже вы как раз можете увидеть случайный цифровой шум.
Цифровой шум на изображение
Еще один способ делений цифровых шумов на категории:
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.
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.
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.
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.
Если вам встретились незнакомые термины – загляните в словарь фотографа, прочитайте о том как можно заработать на собственных фотографиях в статье “Заработай на хобби! Самые прибыльные темы на микростоках (фотобанках)!“, узнай о программах для калибровки монитора в домашних условиях, список самых прибыльных фотобанков вы можете увидеть в статье “Микростоки. 10 самых популярынх микростоков!”
Поставь обработку фотографий на автопилот, за счет новых навыков из тренинга “Adobe Lightroom — это просто, как 1,2,3”
Добейся личного и профессионального успеха за счет тренинга “Трамплин к успеху“
Цифровой шум на фотографии
Цифровой шум на фотографии — дефект изображения, который заключается в возникновении хаотически разбросанных пикселей случайного цвета и яркости по всему изображению, не соответствующих зарегистрированному свету. Основные причины возникновения шума:
В цветных фотографиях шум имеет разную интенсивность в каждом цветовом канале, что и придает ему определенный цвет. Цветовой шум изображения может быть усилен в процессе обработки, путем изменения цветового баланса, настройки баланса белого. Например, шум на фотографии, снятой при свете лампы накаливания, имеет преимущественно желто-синие оттенки, но при коррекции синего канала изображения, для компенсации желтизны фотографии, синий шум увеличится.
Шум проявляется на однотонных участках, в градациях, и особо заметен на тёмных участках изображения при высветлении.
Виды цифрового шума на фотографиях
В зависимости от природы возникновения цифрового шума в цветовых каналах, различают:
Для лучшего понимания природы яркостного и цветового шумов, воспользуемся цветовым пространством Lab, где L (lightness) – канал, в котором содержится информация про световые (яркостные) градации на фотографии, а в каналах a и b – цветовая (хроматическая) информация (рис. 1).
Рис. 1 – Цифровые шумы в цветовом пространстве Lab
Как видно из рисунка, шумы канала L отвечают за яркостный цифровой шум, а шумы в каналах а и b за хроматический.
Возникновение цифрового шума на фотографиях
В зависимости от структуры возникновения цифрового шума различают:
Постоянный шум возникает на одном и том же месте от фотографии к фотографии в связи с перегреванием сенсора во время длительных экспозиций («горячие» пиксели), а также с «битыми» пикселями. Зависит от сенсора фотоаппарата.
Для определения размещения «горячих» пикселей постоянного цифрового шума на фотографии, можно провести такой опыт: при максимальном значении ISO, 30-секундной выдержке и с ЗАКРЫТОЙ КРЫШКОЙ! объектива нажать на спуск. В итоге получается «звездная матрица» фотоаппарата.
На фотографии ниже (рис. 2), показан шум матрицы при ISO 1250, 30 с выдержки. Для наглядности был поднят контраст изображения. На самом деле этот шум не настолько явный, имеет свои градации и цвет, так как каждый фотоэлемент нагревается по-разному.
Рис. 2 – Постоянный цифровой шум
«Битые» пиксели видны на светлых участках фотографий (например, небо) в виде черных точек. Но не стоит путать «битые» пиксели с пылью!
Случайный цифровой шум на фотографиях проявляется в виде яркостного и хроматического цифровых шумов.
Как убрать шум с фотографии
Оценка уровня шума на фотографии
Для объективной оценки уровня шумов на фотографии в Photoshop служит параметр Std Dev (Стандартное отклонение) в палитре Histogram. Значение Std Dev показывает, насколько широко изменяются значения яркости изображения (или его фрагментов). Для монотонной заливки Std Dev = 0, а для участка с равными долями черного и белого Std Dev = 127,5. Чем меньше значение Std Dev, тем меньше шум на фотографии (рис. 3).
Рис. 3 – Оценка уровня шума на фотографии
Для определения значения Std Dev инструментом Rectangular Marquee необходимо выделить участок с РАВНОМЕРНОЙ ЯРКОСТЬЮ. В палитре Histogram выбираем канал Luminosity (для оценки яркостных цифровых шумов) или по каналам RGB (для оценки хроматических цифровых шумов) и проверяем значение Std Dev на выделенном участке. Равномерность яркости можно отследить Пипеткой (Eyedropper), отслеживая информацию в палитре Info.
Если Std Dev меньше 3 — уровень шумов приемлемый, больше 3 — нужно применять меры по их снижению. В тенях шумы менее заметны, потому значение Std Dev не более 5 также приемлемо.
В итоге обнаруживается канал, в котором значение Std Dev заметно выше, чем в других. В таком случае, иногда достаточно отредактировать этот канал, чтобы снизить цифровой шум на фотографии.
В примере необходимо убрать шум во всех цветовых каналах, особенно в Blue.
Боремся с шумами на фотографиях
Независимо от мастерства фотографа, на цифровых снимках возможно появление шумов. То есть они присутствуют всегда, только при определённых условиях или характеристиках съёмки, они будут более заметны. Эффект особенно проявляется, когда нужно распечатать фотографию большого формата. Шумы на изображениях возникают по нескольким причинам, но есть способы позволяющие, если не избавиться полностью от этого явления, то заметно снизить его.
Что такое цифровой шум
В фотоаппаратах, которые использовались до появления цифровой техники, фотография фиксировалась на целлулоидной плёнке, покрытой соединениями серебра. Плёнка выпускалась разных степеней чувствительности, что позволяло получать хорошее изображение при разном освещении. В цифровых фотоаппаратах, объектив фокусирует кадр на полупроводниковой матрице. Это тонкая пластина из чистого кремния, на которой по специальной технологии создаются миллионы фототранзисторов. Каждый такой элемент называется пиксель. Он преобразует полученное, через оптику, количество света в электрический потенциал.
Для корректной работы светочувствительного элемента, на него подаётся определённое питающее напряжение от аккумулятора фотоаппарата. В процессе работы этой цифровой системы на выходе получается не только полезный сигнал, но и цифровой шум (зерно, помехи, дефекты). Эти помехи, прежде всего, определяются физическими процессами, протекающими в полупроводниковых элементах. Визуально они представляют собой мельчайшие цветные точки, появляющиеся на фотографии. Такие точки могут иметь разный размер, цвет и яркость. В обычной фотографической практике рассматриваются два вида дефектов:
При некоторых видах съёмки на фотографии может возникнуть ещё одна разновидность помех – это дефекты от слишком продолжительной выдержки. Такие шумы возникают при астрофотографии на снимках звёзд и галактик.
Причины появления
Шум проявляется в любом электронном устройстве, в том числе и цифровых фотоаппаратах. Это обусловлено процессами, протекающими в полупроводниковых элементах и некоторыми другими причинами. Увеличение помех может быть вызвано следующими факторами:
Увеличение чувствительности сенсора на фотоаппарате, означает только то, что на усилитель сигнала подаётся большее напряжение. При повышении коэффициента усиления, чувствительность элемента действительно возрастает и можно снимать при пониженном освещении, но увеличение усиления влечёт за собой возрастание цифровых дефектов, что будет хорошо заметно на фотографии.
Продолжительная выдержка обеспечивает длительное воздействие света на матрицу. Помехи при этом так же возрастают. Качество фотографии зависит от физических характеристик матрицы фотоаппарата, точнее от размера чувствительных элементов и расстояния между ними.
Рекламируя компактные «мыльницы», фотоаппараты бюджетного класса, производители указывают большое число мегапикселей, но у таких фотоаппаратов матрицы так же небольшого размера. Это означает, что расстояние между пикселями очень маленькое и матрица в процессе работы нагревается, что приводит к возрастанию шумов.
В отношении двух типов матриц (ПЗС и КМОП) мнения неоднозначные. На низких уровнях чувствительности ПЗС шумит меньше, чем КМОП, но с нагревом сенсора помехи заметно возрастают и их сложнее удалять системой шумоподавления. Дефекты с КМОП матрицы проще поддаются обработке, но заменить на фотоаппарате один тип матрицы на другой невозможно, поэтому следует пользоваться тем, что имеется в наличии. Кроме этих причин возникновения дефектов, они могут проявляться из-за низкого качества изготовления сенсора и наличия «битых» пикселей.
Как избежать появления дефектов
Самый актуальный вопрос – это как избежать шумов на фотографии. Полностью устранить их невозможно, но снизить уровень вполне реально. Если
фотоаппарат ещё не приобретён, следует покупать модель с сенсором большего размера. В таких конструкциях проще избежать перегрева матрицы. При фотосъёмке нужно соблюдать некоторые правила, позволяющие уменьшить появление зерна:
Стоит понимать, что любая система подавления цифровых шумов — не панацея. Так как по факту в их задачу входит удаление дефектных пикселей с фотографии, а значит снижение детализации. Как итог, чем больше было их удаленно, тем более «замыленной» получится результатирующий кадр.
При съёмке в жаркий солнечный день фотоаппарат должен быть максимально защищён от перегрева корпуса, поскольку
при этом нагревается сенсор и уровень зерна на фотографии возрастает. Если, в дальнейшем, планируется распечатка фотографий большого формата, то эти правила нужно строго соблюдать, так как при таком увеличении помехи будут особенно заметны.
Оценка уровня шума
Объективно оценить можно только наличие «битых» пикселей на светочувствительном элементе фотоаппарата. Для этого нужно установить максимальную чувствительность, закрыть объектив специальной заглушкой и сделать снимок при 30 секундной выдержке. В результате на чёрном фоне будут хорошо заметны белые точки. Это дефект матрицы и точки будут на каждом изображении. Алгоритма, который мог бы точно анализировать шумовую составляющую и отделять её от полезного сигнала, не существует, иначе не было бы никаких проблем. Поэтому помехи на фотографии можно оценить только визуально.
Варианты удаления
Для удаления зерна нужно воспользоваться возможностями фоторедактора. В программе Adobe Photoshop для этой цели имеется полезный инструмент. Сначала необходимо открыть в программе нужную фотографию, затем последовательно включить следующие пункты:
В открывшемся окне имеются четыре ползунка, с помощью которых можно устранить некоторые дефекты изображения. Регулировки «Интенсивность» и «Сохранить детали» позволяют сбалансированно снизить яркостные дефекты. При повышении интенсивности воздействия, дефекты становятся менее заметными, но снижается и детализация. Это можно компенсировать регулировкой «Сохранить детали». Алгоритм «Уменьшить шумы цветов» позволяет подавить цветовые дефекты, при этом резкость не уменьшится, но снизится цветовая насыщенность. Ползунок «Детали резкости» повышает чёткость отдельных элементов фотографии. Сравнить исходное изображение и полученный результат, можно нажав кнопку «Просмотр». Эти коррекции выполняются в режиме «Основной». Если перейти в режим «Дополнительно», нажав соответствующую кнопку, то можно снижать уровень зерна в каждом из каналов RGB.
В фотошопе есть и другие, более сложные инструменты, позволяющие «почистить» фотографию от шумов. Технология получения гламурного портрета, как с обложки глянцевого журнала, предполагает работу с несколькими слоями. Здесь используется размытие по Гауссу, создание чётких контуров отдельным деталям и другие приёмы обработки. Работая с каждым слоем по-отдельности, шумы на изображении удаётся удалить практически полностью.
Опытные фотографы знают, что лучше постараться не допустить появления избытка шумов в процессе съёмки, чем, впоследствии, сложно и долго их удалять. Соблюдение простых правил позволяет получать фотографии отличного качества без их обработки. Устранять шум на изображении, в некоторых случаях, не рекомендуется, так как этот процесс неизбежно снижает детализацию снимка, поэтому приходится отказываться от коррекции фотографии, чтобы сохранить мелкие, но наиболее важные, детали изображения.