Что такое шумы на фотографии
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.
Стандарты качества в стоковой фотографии. Часть 4: Шумы
При неблагоприятном освещении фотографы повышают светочувствительность ISO, чтобы уловить больше света. Например, предположим, вы фотографируете с рук на улице объективом tele 400мм при диафрагме f/8 или f/10. Для правильной экспозиции потребуется короткая выдержка. Однако для правильной экспозиции не всегда возможно использовать желаемую выдержку 1/800 или 1/1000 при светочувствительности ISO 100. Итак, приходится повышать ISO, чтобы уловить достаточно света.
Увеличение значения ISO увеличивает количество электричества, проходящего через сенсор фотоаппарата, позволяя ему воспринимать больше света. Но от этого сенсор больше нагревается. Именно это повышение температуры сенсора вызывает искажение цветов пикселя, или цифровой шум. Искаженные цвета пикселей проявляются как пестрые точки в более темных частях снимка. Чем выше светочувствительность ISO, тем больше нагревается сенсор, и тем выше возможный уровень шума.
Шум может также появиться и при обработке фотографий. Редактирование кривых и контраста недоэкспонированного снимка может привести к появлению шума даже при использовании низкой ISO.
Определенное количество шума снимку не вредит. Если речь идет о незначительной зернистости, шум необязательно считается серьезной технической ошибкой.
Искажение цветов пикселя
Шум становится серьезной проблемой, когда цвета пикселя сильно искажены. Такой шум затрудняет работу со снимком, особенно если его требуется репродуцировать и печатать. Нежелательная цветовая гамма сильного шума наносит серьезный ущерб офсетной печати.
Примеры неприемлемого шума:
Данные снимки – яркие примеры неприемлемого шума. Для наглядности мы взяли фотографии с утрированным уровнем шума. Как вы заметили, речь идет не просто о зернистости или пестрых точках, цвета на снимке сильно искажены. Именно это искажение цветов – признак сильного, неприемлемого шума. Хотя и меньшее количество шума может испортить снимок, теперь вы имеете представление об искажении цветов, о котором идет речь.
По мере развития технологии цифровых фотоаппаратов и программного обеспечения (RAW-конвертеров, например), шум становится все менее острой проблемой.
Не бойтесь увеличивать ISO для получения правильной выдержки. Выдержка – это ваша основная задача. Стандартный современный фотоаппарат без проблем воспроизведет уличный дневной свет при ISO 400.
Если все же на вашем снимке присутствует шум, хорошенько рассмотрите фотографию в 100 процентом масштабе, чтобы решить, требуется ли устранить шум, можно ли его обработать или просто оставить, как есть.
Устранение шума: шумоподавление
Шум можно устранить. Однако необходимо быть очень осторожным. Существует множество программ и дополнений к графическим редакторам, которые позволяют устранить шум или снизить его уровень, но при неосторожном использовании они могут нанести намного больший ущерб снимку, чем сам шум.
Программы для шумоподавления могут серьезно повредить детали снимка. Если вы плохо знакомы с работой подобной программы, вы можете испортить фотографию, сделав ее еще хуже, чем до редактирования. Неумелое снижение шума на этом снимке привело к потере контуров, сделав снимок размытым, «пластиковым» и нечетким.
Большинство RAW-конвертеров включают приложения для снижения шума, которые, как правило, дают лучшие результаты. Снимайте в RAW-формате и подходите к подавлению шума с осторожностью.
Вот пример снимка, сделанного при ISO 2500, с высоким уровнем шума:
Если вы решили попытаться устранить шум с помощью RAW-редактора, существуют два основных способа:
Снижениеяркостногошума (Luminance Noise Reduction):
При снижении яркостного шума мы устраняем острые вариации яркости. Этот способ может быть достаточно радикальным. Например, в случае снимка, показанного ранее, снижение яркостного шума привело к потере деталей и структуры изображения.
Снижениецветовогошума (Chrominance Noise-Reduction):
При снижении цветового шума мы устраняем острые вариации цвета. Этот способ значительно мягче. В то время как снижение яркостного шума приводит к слишком размытому изображению, снижение цветового шума дает более зернистый эффект. Хотя в данном случае этот способ не позволил полностью устранить изначальное искажение цвета, оставив зернистые пятна на снимке.
В последнем снимке мы использовали оба способа, чтобы мягко снизить уровень шума, в то же время сохраняя детали и четкость.
И не забывайте, что всегда можно просто уменьшить разрешение изображения. Это поможет снизить уровень шума, а использовать максимальное количество пикселей, которое дает ваш фотоаппарат, не всегда необходимо.
Обработка шума: черно-белое изображение
Как мы уже говорили ранее, самый большой вред, который шум наносит снимку – это мелкие цветные пятнышки, те самые зеленые и фиолетовые точки. Это искажение цветов может сделать изображение непригодным для коммерческого использования или офсетной печати.
Для черно-белой фотографии шум не представляет собой такую большую проблему. Поэтому снимок, испорченный высоким уровнем шума, можно спасти, конвертировав его в черно-белый. Более того, если вы фотографируете при плохом освещении и предполагаете, что на фотографии будет много шума, делайте черно-белый снимок.
Это 100% масштаб фотографии неба, сделанной матрицей 10мп. После конвертации фотографии в черно-белый пейзаж с помощью программы NIK на изображении появилась зернистость как на старых пленочных фотографиях, которая, однако, не портит снимок, а придает ему выразительность. Это неплохая фотография.
Обработка шума: зернистость
Шум и зернистость – не одно и то же. Когда мы говорим о зернистости, мы говорим о текстуре пленочных фотографий. Вкратце, пленка содержит крошечные кристаллы солей галогенидов серебра, которые являются светочувствительным элементом. После проявки пленки эти кристаллы оставляют зернистую текстуру. В черно-белых пленках присутствуют микроскопические нити, которые оставляют реальную зернистость на бумаге. В цветных пленках помимо серебра во время проявки формируются сгустки краски. Серебро затем удаляется с пленки с помощью химикатов, оставляя только цветное изображение. Именно эти маленькие сгустки краски называют зернистостью цветной пленки, хотя, строго говоря, зернистостью они не являются.
Чем более чувствительна пленка (эквивалент более высокой ISO в цифровых фотоаппаратах), тем более крупные остатки серебра и сгустки краски, и тем чаще они образуют мелкие хаотичные скопления, становясь более заметными для невооруженного глаза.
Это 100% разворот отлично отсканированного негатива. Разрешение фотографии 8000 пикселей, достаточно для использования изображения в любых целях. Это неплохая фотография.
Зернистость – одна и эстетических особенностей пленочных фотографий. Во многих цифровых редакторах есть фильтры и опции для имитации зернистости пленки. Зернистость и цифровой шум – это не одно и то же. Хотя осторожное применение пленочной зернистости может замаскировать неравномерные цветные точки с помощью красивой, равномерной текстуры.
Четких и простых правил применения данного способа нет, основным ориентиром служит конечный результат, а если перестараться, пострадает качество изображения. Начните обработку RAW файла, работайте медленно и осторожно, и внимательно следите, когда увеличение зернистости начинает скорее вредить снимку, чем делать его лучше. Чрезмерное применение искусственной пленочной зернистости может придать снимку чересчур обработанный, неестественный вид.
Это 100% разворот очень красивой и великолепно использованной зернистости. Учитывая, что фотография была сделана матрицей 21мп, вполне уместно применение подобной однотонной зернистости, чтобы подчеркнуть настроение более художественных снимков. Это неплохая фотография.
Оставить, как есть: приемлемый шум
Если цифровой шум не искажает цвета, обладает ровной текстурой и сочетается с общей композицией снимка, создавая красивое изображение, его не обязательно устранять, он может даже выглядеть красиво. Если у шума равномерная красивая текстура, не стоит беспокоиться. Сохраняйте критический подход и честность. Подходите к вопросу осмотрительно, избегайте искажения цветов, но не бойтесь небольшого количества шума.
Статья написана по материалам фотобанка iStockPhoto, фотографии авторов Gremlin.
Последнее изменение: 17 октября 2019 в 16:18.
Как убрать шумы с фотографии
Как понять, что такое шумы на фотографии, ели мы привыкли их слышать, но не видеть. В колонке или наушниках часто появляются помехи разного рода. Звуковой шум появляется из-за сбоя передачи волны. На снимке или на дисплее камеры можно увидеть цветовые искажения, они выглядят как мелкозернистая пыль темного цвета, если это монохромный, или как разноцветные точки, если шумы цветные. В небольших количествах такие эффекты могут даже приукрасить снимок, если будут выглядеть как задумка автора. Но чаще всего они являются результатом неправильных настроек камеры и недостатка освещения при съемке.
Существует 2 принципиально разных вида шума на фотографии – монохромный и цветной.
Как не допустить шумы на фотографии
Борьба за качество снимка состоит из поиска баланса между количеством шумов и резкостью изображения. Оптимальным вариантом считается не допускать излишки в процессе съемок. Для этого существует ряд советов и мероприятий.
Программы дя шумоподавления
Фотографы, давно занимающиеся обработкой фотографий, имеют в арсенале и инструменты для ретуши и обработки «сырых» снимков. Таких программ, приложений или плагинов десятки, популярных 4-5 штук. Ими пользуются более 95% пользователей.
Последние 2 программы имеют узкую направленность и не пригодны для художественной обработки, они созданы для конвертации снимков из RAW-формата камеры. Для подобных целей создавали и Lightroom, и Adobe Camera RAW, но затем их функционал значительно расширился.
Подробнее о Lightroom
Программа Lightroom – незаменимый помощник для фотографа, в его возможности входит работа с изображениями: конвертирование из RAW, настройка резкости, контрастности, регулировка баланса белого, корректировка цветов и яркости. В функционале программы если вкладка Noise Reduction, в ней шумы делятся на 2 типа и каждый можно подтянуть отдельно. Luminance отвечает за яркостные помехи, а Color – за цветовые. Таким образом вы можете привести в порядок пиксели до загрузки в Фотошоп для художественной обработки.
Каждый из инструментов включает по 3 слайдера, у Luminance: Яркость, Детализация и Контраст; у Color: Цвет, Детализацию и Переходы. Двигая бегунки, можно убрать яркость, интенсивность и выраженность зернистости, а также повысить резкость отдельных элементов.
Если требуется поработать с областью изображения, а не со всем снимком, то используются следующие инструменты:
Представляя собой слайдеры, данные инструменты позволяют мягко настроить резкость и уровень шумов на выбранном участке, не изменяя картины в целом. Если применение параметров отрицательно отразилось на резкости, то можно поправить ситуацию инструментом Sharpening. Движение ползунка изменяет резкость снимка, а чтобы не вернулся шум применяем «Masking». Маска позволяет сохранить резким границы объектов, избавляясь от помех.
Как убрать шум в Фотошопе
Самый популярный графический редактор справляется с шумом не так профессионально, как менее раскручены программы. Все потому что данная функция не является основной для Фотошопа.
За «шумы» отвечает» фильтр «Reduce Noise», где можно выбрать базовый уровень или продвинутый. Первый делает манипуляции на всех каналах одновременно, снижая интенсивность шумов при относительной стабильности резкости. В продвинутом режиме можно вручную производить изменения по каждому из каналов отдельно. Изменять можно параметры:
Для более профессиональной и тонкой работы с шумами на фотографии можно использовать плагин Adobe Camera RAW. Он устанавливается на Photoshop и выполняет функции конвертера с дополнительным шумоподавлением в процессе обработки. По функционалу плагин значительно обходит встроенный фильтр, из ощутимых преимуществ можно выделить:
Как убрать шум с фотографии. Подводим итоги
Все программы с функцией шумоподавления выполняют схожие действия в процессе снижения интенсивности помех и шума на изображении. Для каждой фотографии в разное время может подойти любая из перечисленных программ. С их помощью убираются яркостный (светлые или темные пиксели) и цветной (яркие пиксели контрастных цветов) шумы.
Работать с ними достаточно просто: можно довериться разработкам производителей и их алгоритмам, а можно провести ручную чистку снимка. Любая из этих манипуляций требует, как минимум, понимания процесса, как максимум все тонкости влияния каждого пункта из настроек.
Как правило, опытные фотографы уже давно пользуются одной из программ и вряд ли променяют удобство на новомодные примочки, а новичкам не принципиально, на какой программе изучать редактирование. Каждая из программ имеет преимущества в какой-то области, а также недостатки. Но развитие цифровой фотографии идет огромными скачками, предлагая каждые полгода очередное «открытие».
Производители выпускают новые версии уже известных программ, разрабатывают принципиально новые инструменты, камеры становятся все умнее, а матрицы все сложнее. В таком случае, цифровой шум скоро станет диковинкой и будет считаться художественным эффектом и задумкой автора.
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.