Цифровой шум изображения | это… Что такое Цифровой шум изображения?

На левой части изображения приведён фрагмент фотографии снятой при неблагоприятных условиях (длинная выдержка, высокая чувствительность ISO), шум хорошо заметен. На правой части изображения — фрагмент фотографии снятой при благоприятных условиях. Шум практически незаметен

Цифрово́й шум — дефект изображения, вносимый фотосенсорами и электроникой устройств, которые их используют (цифровой фотоаппарат, теле-/видеокамеры и т. п.)

Содержание 1 Явление 2 Подавление цифрового шума 3 Причины возникновения цифрового шума 4 Что влияет на величину цифрового шума 5 См. также

Явление

Цифровой шум заметен на изображении в виде наложенной маски из пикселей случайного цвета и яркости.

На камерах с массивом цветных фильтров (к этому типу принадлежат большинство цифровых камер) цветовой шум обычно имеет визуально более крупные зерна, чем пиксели на изображениях. Это является побочным эффектом для алгоритма получения полноцветного изображения.

Для трехматричных систем или матрицы без фильтра шум будет более мелкозернистым.

В цветном изображении шум может иметь разную интенсивность для разных каналов изображения. Это визуально окрашивает его. Шум на фотографии снятой при лампах накаливания имеет преимущественно желто-синие оттенки, а не зелёно-фиолетовые. Дело в том, что хотя изначально все пиксели одинаково подвержены шуму, но после применения баланса белого синий канал изображения, и, соответственно, шум в нём увеличиваются сильнее.

Шум заметен на однотонных участках, а в особенности – на тёмных участках изображения.

Как принято в электронике, обычно говорят об отношении сигнал-шум. Наглядно можно сравнивать шум разных матриц так: привести две парные тестовые фотографии к одному размеру и одинаковой яркости, и после это визуально оценить цветовые шумы.

Иногда, цифровой шум отождествляют с такими явлениями обычной (химической) фотографии, как зернистость плёнки и фотографическая вуаль.

Подавление цифрового шума

Существуют всевозможные способы подавления цифрового шума на уровне сенсора, трактов цифрового фотоаппарата и при дальнейшей цифровой обработке.

На уровне сенсора используются пиксели большего размера и более плотно прилегающие друг к другу микролинзы. Также, можно использовать цветные фильтры, пропускающие больший процент света. Последний способ может отрицательно сказываться на качестве цветопередачи камеры.

Использование более высококачественных усилителей и АЦП с большей разрядностью также, очевидно, позволяет уменьшить шум. Иногда (например, в астрофотосъёмке) используют охлаждение матрицы.

Подавление цифрового стохастического шума при постобработке проводится усреднением яркости пикселя по некоторой группе пикселей, который алгоритм считает «похожими». Обычно при этом ухудшается детальность изображения, оно становится более «мыльным». Кроме этого, могут проявится ложные детали, которых не было на исходной сцене. Например, если алгоритм будет искать «похожие» пиксели недостаточно далеко, то мелкозернситый и среднезернистый шум может быть подавлен, а слабый, но всё равно довольно заметный неестественный «крупный» шум останется видимым.

Причины возникновения цифрового шума

На отношении сигнал-шум влияют шумы аналоговой электроники цифрового фотоаппарата («обвязка», усилители, АЦП), но основным источником цифрового шума является фотосенсор. Цифровой шум в фотосенсоре возникает по следующим причинам.

1. Дефекты (примеси и др.) потенциального барьера вызывают утечку заряда сгенерированного за время экспозиции — т. н. чёрный дефект. Такие дефекты видны на светлом фоне в виде тёмных точек.
2. (англ. Dark current  — Темновой ток) — является вредным следствием термоэлектронной эмиссии и «туннельного» эффекта и возникает в сенсоре при подаче потенциала на электрод, под которым формируется потенциальная яма. «Темновым» данный ток называется потому, что складывается из электронов, попавших в яму при отсутствии светового потока. Такие дефекты видны на темном фоне в виде светлых точек, т. н. белый дефект. Белые дефекты особенно проявляются при больших экспозициях. Основная причина возникновения темнового тока — это примеси в кремниевой пластине или повреждение кристаллической решётки кремния. Чем чище кремний, тем меньше темновой ток. На темновой ток оказывает влияние температура элементов камеры, электромагнитные наводки, как внешние, так и внутренние, от самой камеры. При увеличении температуры на 6-8 градусов, значение темнового тока удваивается.
3. Из-за шума, возникающего вследствие стохастической природы взаимодействия фотонов света с атомами материала фотодиодов сенсора. При движении фотона внутри кристаллической решётки кремния, вероятно, что фотон, «попав» в атом кремния, выбьет из него электрон, родив пару электрон-дырка, но сказать точно, сколько фотонов родит пары, а, сколько пропадет с какими-то другими эффектами нельзя. Электрический сигнал, снимаемый с сенсора будет соответствовать количеству рождённых пар. Снимаемый сигнал с сенсора при заданных выдержке и диафрагме (интенсивности света) будет определять квантовая эффективность — среднее число рождаемых пар электрон-дырка.
4. Из-за наличия дефектных (не работающих) пикселей, которые возникают при производстве фотосенсоров (несовершенство технологии) и всегда находятся в одном и том же месте. Для устранения их негативного влияния используются математические методы интерполяции, когда вместо дефектного «подставляется» либо просто соседний элемент, либо среднее по прилегающим элементам, либо значение, вычисленное более сложным способом. Естественно, что вычисленное значение отличается от фактического и ухудшает резкость конечного изображения. Этот же дефект вносит интерполяция, корректирующая конечное изображение, при использовании фильтра Байера.

Что влияет на величину цифрового шума

• Плотность пикселов — размер фотодиода на микросхеме зависит от технологии. По технологии CCD элементов «обвязки» у пиксела меньше, чем по технологии CMOS и больше площади сенсора достается линзе фотодиода. Это особенно сказывается на сенсорах маленького размера. При одинаковых физических размерах сенсора, у сенсора, имеющего большее разрешение, активная площадь каждого фотодиода меньше. На маленькие линзы фотодиода падает меньше света, меньшие потенциалы считываются с фотодиода и требуется бо́льшее аналоговое усиление сигнала перед оцифровкой.
  В результате больше уровень шума и меньше отношение сигнал-шум. Но данное утверждение справедливо только при неизменной технологии изготовления матрицы. Новые матрицы могут содержать менее шумные элементы и соответственно увеличивать можно или разрешение с сохранением уровня шума или сохранить разрешение, но уменьшить шум. На текущий момент производители предпочитают вариант сохранения уровня шума и увеличение разрешения.
• Время экспонирования. Темновой ток фотодиода при больших экспозициях сильно ухудшает отношение сигнал-шум. Чем больше время экспонирования (при равном количестве попавшего на матрицу света), тем больше тепловой шум транзисторов электроники и хуже отношение сигнал-шум.

См. также

• Шум квантования
• Цифровые технологии
• Шумопонижение

Цифровой шум | это… Что такое Цифровой шум?

Толкование

Цифровой шум

На левой части изображения приведён фрагмент фотографии снятой при неблагоприятных условиях (длинная выдержка, высокая чувствительность ISO), шум хорошо заметен. На правой части изображения — фрагмент фотографии снятой при благоприятных условиях. Шум практически незаметен

Цифрово́й шум — дефект изображения, вносимый фотосенсорами и электроникой устройств, которые их используют (цифровой фотоаппарат, теле-/видеокамеры и т. п.)

Содержание 1 Явление 2 Подавление цифрового шума 3 Причины возникновения цифрового шума 4 Что влияет на величину цифрового шума 5 См. также

Явление

Цифровой шум проявляется в виде случайным образом расположенных элементов растра (точек), имеющих размеры близкие к размеру пикселя.

Цифровой шум отличается от изображения более светлым или тёмным оттенком серого и цвета (яркостный шум англ. luminance noise) и/или по цвету (хроматический шум англ. chrominance noise).

Цифровой шум придаёт фотографии неестественный вид — создаётся ощущение, что на изображение наложена маска из точек различной яркости и цвета. В особенности, цифровой шум портит восприятие однотонно-окрашенных частей изображения (например голубого неба) и объёмное восприятие объектов заднего плана, находящихся не в фокусе.

Сама по себе величина шума — характеристика понятийная и мало информативная. Как принято в электронике, говорить надо об отношении сигнал-шум. Математический анализ цифрового шума выявляет нелинейную структуру в фотографическом изображении. Наглядно можно сравнивать шум разных матриц так: когда две парные тестовые фотографии после ресайза к одному размеру имеют одинаково заметный шум, и при этом ИСО на одной на стоп больше другой, то разница в шуме равна 1 стоп. Т.е. в два раза.

Иногда, цифровой шум отождествляют с такими явлениями обычной (химической) фотографии, как зернистость плёнки и фотографическая вуаль.

Подавление цифрового шума

Существуют всевозможные способы подавления цифрового шума на уровне сенсора, трактов цифрового фотоаппарата и на конечном цифровом изображении.

Алгоритмы выявления уровня цифрового шума основаны на отклонении шума от фона. Темновой ток нескольких миллионов фотодиодов сенсора корректируется методом привязки к «уровню чёрного» от группы пикселей, находящихся в полной темноте. Вычисляется систематическая поправка — «уровень чёрного» темнового тока (среднее значение), которая вычитается из тока каждого фотодиода для данного фото изображения.

Подавление цифрового стохастического (греч. stochastikos — случайный, вероятностный) шума проводится усреднением (интегрированием по множеству или апертуре (лат. apertura — отверстие) для каждого пиксела.

При подавлении шума усреднением несколько ухудшается резкость на конечном цифровом изображении.

Увлечение противошумовым фильтром, увеличением резкости поля и границ кадра приводит к тому, что изображение приобретает характерные для цифровых фильтров искажения — теряются оттенки на переходах яркости и цвета, снижается насыщенность тона, становится видна структура растра и пр.

Надо стремиться делать цифровые фотографии в условиях, обеспечивающих минимум темнового тока и шумов. Эти условия соблюдаются при хорошем освещении всех сюжетов кадра, которое обеспечивает съёмку при минимальной чувствительности и небольших выдержках.

Причины возникновения цифрового шума

На отношении сигнал-шум влияют шумы аналоговой электроники цифрового фотоаппарата («обвязка», усилители, АЦП), но основным источником цифрового шума является фотосенсор. Цифровой шум в фотосенсоре возникает по следующим причинам.

1. Дефекты (примеси и др.) потенциального барьера вызывают утечку заряда сгенерированного за время экспозиции — т. н. чёрный дефект. Такие дефекты видны на светлом фоне в виде тёмных точек.
2. (англ. Dark current — Темновой ток) — является вредным следствием термоэлектронной эмиссии и «туннельного» эффекта и возникает в сенсоре при подаче потенциала на электрод, под которым формируется потенциальная яма. «Темновым» данный ток называется потому, что складывается из электронов, попавших в яму при отсутствии светового потока.
   Такие дефекты видны на темном фоне в виде светлых точек, т. н. белый дефект. Белые дефекты особенно проявляются при больших экспозициях. Основная причина возникновения темнового тока — это примеси в кремниевой пластине или повреждение кристаллической решётки кремния. Чем чище кремний, тем меньше темновой ток. На темновой ток оказывает влияние температура элементов камеры, электромагнитные наводки, как внешние, так и внутренние, от самой камеры. При увеличении температуры на 6-8 градусов, значение темнового тока удваивается.
3. Из-за шума, возникающего вследствие стохастической природы взаимодействия фотонов света с атомами материала фотодиодов сенсора. При движении фотона внутри кристаллической решётки кремния, вероятно, что фотон, «попав» в атом кремния, выбьет из него электрон, родив пару электрон-дырка, но сказать точно, сколько фотонов родит пары, а, сколько пропадет с какими-то другими эффектами нельзя. Электрический сигнал, снимаемый с сенсора будет соответствовать количеству рождённых пар. Снимаемый сигнал с сенсора при заданных выдержке и диафрагме (интенсивности света) будет определять квантовая эффективность — среднее число рождаемых пар электрон-дырка.
4. Из-за наличия дефектных (не работающих) пикселей, которые возникают при производстве фотосенсоров (несовершенство технологии) и всегда находятся в одном и том же месте. Для устранения их негативного влияния используются математические методы интерполяции, когда вместо дефектного «подставляется» либо просто соседний элемент, либо среднее по прилегающим элементам, либо значение, вычисленное более сложным способом. Естественно, что вычисленное значение отличается от фактического и ухудшает резкость конечного изображения. Этот же дефект вносит интерполяция, корректирующая конечное изображение, при использовании фильтра Байера.
5. Из-за гамма-коррекции. Гамма-коррекция может осуществляться в электронном тракте или в процессоре. Наш глаз имеет логарифмическую чувствительность к свету, а фотосенсоры — линейную, поэтому слабые сигналы усиливаются больше, чем сильные, чтобы изображение имело привычный для человека вид. Часто для этого (и для некоторых других целей) используют таблицы перекодировки, определяющие соответствие входного и выходного сигналов.

Что влияет на величину цифрового шума

• Размер сенсора и его разрешение. Размер фотодиода на микросхеме зависит от технологии. По технологии CCD элементов «обвязки» у пиксела меньше, чем по технологии CMOS и больше площади сенсора достается линзе фотодиода. Это особенно сказывается на сенсорах маленького размера, поэтому для цифровых фотоаппаратов, кроме зеркалок, сенсоры, изготовленные по технологии CMOS, практически не применяют. При одинаковых физических размерах сенсора, у сенсора, имеющего большее разрешение, активная площадь каждого фотодиода меньше. На маленькие линзы фотодиода падает меньше света, меньшие потенциалы считываются с фотодиода и требуется бо́льшее аналоговое усиление сигнала перед оцифровкой. В результате больше уровень шума и меньше отношение сигнал-шум. Но данное утверждение справедливо только при неизменной технологии изготовления матрицы. Новые матрицы могут содержать менее шумные элементы и соответвенно увеличивать можно или разрешение с сохранием уровня шума или сохранить разрешение, но уменьшить шум. На текущий момент производители предпочитают вариант сохранения уровня шума и увеличение разрешения.
• Выбранный производителем диапазон эквивалентной чувствительности сенсора. Эквивалентная чувствительность сенсора определяет коэффициенты усиления сигналов в цифровом фотоаппарате и отношение сигнал-шум. Темновой ток является главным фактором, ограничивающим предел чувствительности сенсора (ISO 400/800).
• Время экспонирования. Темновой ток фотодиода при больших экспозициях сильно ухудшает отношение сигнал-шум. Чем больше время экспонирования, тем больше тепловой шум транзисторов электроники и хуже отношение сигнал-шум.
• Интересный компромисс наблюдается в фотоаппаратах с поворотными ЖК- дисплеями, крепящимися к камере на шарнирах. Это решение очень удобно для фотографа и самое главное — от сенсора отдаляется источник тепла и шума, что снижает темновой ток и помехи.

См. также

• Шум квантования

Wikimedia Foundation. 2010.

Игры ⚽ Поможем написать реферат

• Цифровой сертификат
• Цифровой формат

Полезное

Цифровой шум: что вызывает шум и как его уменьшить

Вы когда-нибудь замечали на своих фотографиях что-то похожее на статические помехи старого телевизора? Скорее всего, в какой-то момент вы, вероятно, видели, как это происходит на ваших фотографиях, и задавались вопросом, что, черт возьми, происходит. Если вы столкнулись с этими проблемами или только что услышали слово «шум» и не совсем его поняли, эта статья здесь, чтобы помочь. Цифровой шум — естественная часть фотографии, и есть много способов уменьшить его на ваших фотографиях. Здесь вы узнаете, что вызывает шум, как его уменьшить, а также советы по устранению его постфактум, если это необходимо.

Что такое цифровой шум в фотографии?

Цифровой шум, также известный как зернистость, представляет собой статические помехи, покрывающие ваши изображения. Подобно статическим помехам старого телевизора, шум создает визуальное искажение вашего изображения. Как правило, вы обнаружите шум на своих фотографиях при съемке в условиях низкой освещенности. В первую очередь, когда вы используете высокое значение ISO или значительно усиливаете тени при постобработке, шум начинает переполнять ваши изображения.

Шум на фотографиях может немного раздражать по разным причинам. Во-первых, это снижает общее качество. При наличии большого количества цифрового шума края могут выглядеть менее четкими, а мелкие детали труднее заметить на фотографии. Хотя шум может быть трудным для полностью избегать, важно научиться его смягчать. В конце концов, чем меньше шума на вашей фотографии, тем более качественное изображение вы получите.

Что вызывает цифровой шум

Проще говоря, цифровой шум возникает по трем основным причинам:

1. Высокая чувствительность ISO
2. Размер сенсора
3. Экспозиция вашей фотографии

В самом общем смысле шум возникает из-за высокого ISO. По мере увеличения значения ISO ваш датчик становится более чувствительным к любому падающему свету. Это, в свою очередь, увеличивает общую экспозицию вашей фотографии. Проблема в том, что чем выше чувствительность, тем больше искажений (шумов) начинает становиться видно. Вот почему часто можно увидеть шум на изображениях при слабом освещении. Поскольку вам нужно увеличить настройку ISO из-за недостатка света, вы получите дополнительный шум.

С учетом сказанного, есть и другие факторы, которые могут повлиять на количество шума в ваших изображениях. Второй фактор — размер сенсора. С датчиком меньшего размера меньше места для обработки того же количества света. Дополнительная нагрузка на датчики меньшего размера приведет к увеличению уровня шума даже при более низких значениях ISO. Вот почему полнокадровые камеры будут работать намного лучше, чем кропнутые датчики при слабом освещении. По той же причине ваш телефон делает довольно некачественные фотографии ночью. Сенсор меньшего размера означает меньшую способность обрабатывать свет, что может генерировать больше шума на вашей фотографии.

Наконец, шум всегда будет наиболее заметен в тенях вашего изображения. Если бы вы использовали высокие значения ISO в солнечный день, вы, вероятно, этого не заметили бы. Однако, если вы посмотрите на тени на этом изображении, они будут заполнены шумом. Когда в определенной области кадра меньше света (например, в тенях), появляется больше шума. Поскольку на ваших фотографиях меньше света, чтобы перекрыть его, шум будет гораздо более заметным. Вот почему редко можно заметить его в светах даже при очень высоких значениях ISO.

Как избежать шума на фотографиях

Есть несколько способов избежать шума на фотографиях. Первый и самый важный — использование более низкого значения ISO. Чем ниже значение ISO, тем меньше шума в целом вам придется иметь дело. Это самый простой способ уменьшить цифровой шум и полностью избежать проблемы. Проблема в том, что иногда вам нужно использовать высокое значение ISO в условиях низкой освещенности. Ночная съемка — яркий пример того, когда использование высокого ISO — единственный доступный вариант. В таких ситуациях, что еще вы можете сделать, чтобы уменьшить шум на ваших фотографиях?

Как я упоминал ранее, шум может быть вызван недостаточным количеством света, попадающим в камеру. Вот почему это чаще всего видно в тенях ваших изображений. К счастью, вы можете позволить большему количеству света попасть в камеру, отрегулировав настройки экспозиции. Если вы оказались в условиях слабого освещения, вместо того, чтобы повышать ISO, отрегулируйте выдержку и диафрагму. Использование более длинной выдержки или более широкой диафрагмы — два эффективных способа увеличить экспозицию. Более яркая экспозиция означает, что есть больше света, чтобы подавить шум, который преобладает на вашем изображении.

Научиться уменьшать шум на фотографиях не так сложно, как это кажется. В конце дня полностью избавиться от шума невозможно, но поможет более яркая экспозиция. Использование выдержки и диафрагмы для удовлетворения потребности в высоких значениях ISO — отличный способ снизить уровень шума на фотографии.

Как уменьшить шум с помощью редактирования фотографий

Если вы оказались в ситуации, когда вы просто не можете избежать шума в камере, у вас все еще есть варианты. Почти во всех программах для редактирования фотографий вы найдете какой-либо инструмент для уменьшения шума. Хотя этот метод не является идеальным решением, он помогает уменьшить уровень шума на ваших фотографиях.

В Lightroom на панели сведений вы найдете ползунок «Яркость». Этот ползунок работает, чтобы сгладить шум на вашем изображении и сделать его менее заметным. Теперь оговорка с любым инструментом шумоподавления заключается в том, что его нужно использовать экономно. Если вы переусердствуете с шумоподавлением, ваша фотография начнет выглядеть сглаженной и фальшивой. Поскольку этот инструмент по существу сглаживает шумовые искажения, он также влияет на детали вашей фотографии. Поэкспериментируйте с ползунком шумоподавления и убедитесь сами. Будьте осторожны с регулировкой и не перебарщивайте с ней! Вы можете рискнуть получить полностью фальшивую фотографию.

Перед шумоподавлением, Raw Photo.

После сильного шумоподавления. Пластик и подделка.

Заключение

Цифровой шум — неизбежная часть фотографии. Даже при самых низких значениях ISO в некоторой степени все равно будет виден шум. Когда вы увеличиваете ISO, этот шум становится все более заметным, пока он не станет просто отвлекающей частью вашего изображения. Вот почему важно помнить, что вызывает шум на фотографиях, чтобы лучше избегать его в будущем. Хотя в программах редактирования есть инструменты для шумоподавления, для достижения наилучшего результата разумно использовать их прямо в камере.

Если вы знаете кого-то, кто изо всех сил пытается справиться с шумом в своих фотографиях, обязательно поделитесь с ним этим постом!

Если вам понравилась эта статья, не забудьте подписаться на мой еженедельный информационный бюллетень , чтобы получать больше советов по фотографии и редактированию фотографий прямо на ваш почтовый ящик!

 

Что такое цифровой шум и как его уменьшить

Цифровой шум проявляется на фотографии в виде мелких точек по всему изображению, особенно в тенях. Шум относится к нежелательной информации. Это похоже на зернистость пленки в традиционной фотографии и варьируется от едва заметного до раздражающего признака низкого качества изображения.

Это может стать серьезной проблемой в экстремальных условиях. Например, в условиях слабого освещения, таких как ночная съемка, длительные выдержки и съемка с высокими значениями ISO, создается больше шума. Хорошей новостью является то, что у нас есть варианты того, как управлять цифровым шумом с помощью настроек камеры, программного обеспечения для постобработки или их комбинации.

В этой статье мы подробно рассмотрим сложный вопрос цифровой фотографии. Мы определим цифровой шум, типы шума и его причины, а также способы устранения или минимизации шума на ваших фотографиях.

Что такое шум в цифровых камерах?

На цифровом изображении шум проявляется как артефакты, не в смысле реликвии или старины, а как случайная вариация. Это визуальное искажение, не являющееся частью исходной сцены.

В случае цифровой фотографии он создается датчиком изображения или электронными компонентами камеры и имеет тенденцию ухудшать резкость и четкость изображения.

Мы сравниваем количество фотошумов с количеством желаемых данных как отношение сигнал/шум. Фотографы ищут высокий уровень информации или данных по сравнению с низким уровнем шума.

При хорошем освещении качественная камера может делать снимки со слабым шумом. Поэтому у него высокое отношение сигнал/шум. Меньше света, в большинстве случаев, приводит к большему шуму.

Крайним примером является радиоастрономия, которая имеет очень низкое отношение сигнал/шум. Эта форма фотографии работает при очень низком уровне реального освещения, но использует сложные технологии для извлечения информации и данных из изображений, которые в основном представляют собой шум.

Каковы источники цифрового шума?

Существует ряд источников цифрового шума в фотографии, включая случайный шум, фиксированный шаблонный шум и шум чтения.

• Случайный шум , такой как фотонный дробовой шум или просто дробовый шум, создается естественными колебаниями света.

• Фиксированный шаблонный шум возникает из-за различий в чувствительности отдельных пикселей в датчике камеры.

• Шум считывания , также известный как полосатый шум, представляет собой электронный шум, создаваемый схемой камеры при считывании данных с датчика.

Любой из этих факторов или все они могут способствовать возникновению шума на фотографии. Однако на ваших фотографиях они проявляются как два типа шума: яркостный шум и цветовой шум.

На приведенной ниже фотографии голубого неба с двумя окнами подробно показаны яркость и цветовой шум.

Если вы хотите глубже погрузиться в науку о цифровом шуме, в том числе о разнице между временным шумом и пространственным шумом, ознакомьтесь с этой статьей в Image Engineering.

Яркостной шум и цветовой шум

Яркостной шум — это случайный шум, связанный со светом. То, сколько или как мало света улавливается датчиком изображения, определяет количество шума в изображении. Это не влияет на цветовые тона изображения. Однако это может повлиять на яркость и испортить отличную фотографию.

То, как датчик камеры реагирует на изменения освещенности, приводит к яркостному шуму. Это приводит к тому, что посторонние пиксели становятся видимыми, создавая эффект зернистости изображения. Это наиболее заметно в тенях и при слабом освещении.

Иногда называемый хроматическим шумом или цветным шумом, цветовой шум проявляется в виде небольших полей цвета в однотонных областях изображения. Это тоже случайный шум. Он выглядит как точки или пиксели различных цветов и контрастирует с другими частями изображения.

Цветовой шум выглядит пятнистым и размытым, когда один цвет рядом с другим, а затем другой случайным образом разбросан. Это наиболее заметно в самых темных и самых светлых областях изображения.

Как снизить уровень шума

Хотя мы никогда не сможем избавиться от шума на цифровых фотографиях, мы можем предпринять ряд шагов, чтобы свести его к минимуму.

Начните с понимания настроек экспозиции вашей камеры. Из трех точек на треугольнике экспозиции настройка ISO влияет на шум больше, чем выдержка или диафрагма. Повышение ISO приводит к большему количеству шума на изображении. Но съемка с длинной выдержкой в ​​условиях низкой освещенности также позволяет накапливать дополнительный шум на сенсоре.

Съемка с более широкой диафрагмой позволяет большему количеству света попасть в камеру и делает возможным более низкое значение ISO. В то же время помните, что более широкая диафрагма ограничивает глубину резкости.

Если вам нужно освежить в памяти, у нас есть отличная статья о треугольнике экспозиции.

Шумоподавление в камере

Многие модели цифровых камер оснащены встроенным шумоподавлением (NR) для длинных выдержек, высоких значений ISO или и того, и другого. Это встроенное в камеру программное обеспечение для выявления и предотвращения шума или его минимизации.

Но за это приходится платить. Некоторые детали теряются при шумоподавлении. Поскольку камера работает над уменьшением цифрового шума, изображение приобретает все более искусственный вид. И если вы выберете настройку шумоподавления камеры, вы застрянете с ней. Программное обеспечение для обработки фотографий, такое как Photoshop и Lightroom, позволяет найти лучший баланс между шумом и детализацией.

Идеальный способ уменьшить цифровой шум — свести его к минимуму с оптимальной экспозицией. Отрегулируйте настройки камеры: снимайте с более короткой выдержкой и пропускайте больше света в камеру с более широкой апертурой. Это позволит оптимизировать экспозицию изображения, избежать шума и поддерживать низкий уровень ISO.

Снимайте с оптимальным для камеры значением ISO

Собственным значением ISO камеры является диапазон значений от самого низкого до самого высокого. Настройка ISO, обеспечивающая наилучшее качество изображения, не требует повышения напряжения на датчике. Другими словами, снимайте с таким значением ISO, при котором сенсор не перегревается и обеспечивается наилучшее соотношение сигнал/шум.

Съемка в золотой час, на свет, захватывает тени там, где шум наиболее вероятен, как на фото ниже.

Руководство по эксплуатации сообщит вам собственный ISO камеры. Поиск оптимальной настройки ISO или диапазона настроек, обеспечивающих наилучшие результаты, может занять немного времени. Но с небольшими пробами и ошибками вы можете найти настройку, которая сводит шум датчика изображения к минимуму, сохраняя при этом детализацию и тональный диапазон более качественного изображения.

Как размер сенсора влияет на шум

Размер сенсора цифровой камеры напрямую влияет на цифровой шум.

Одно из основных различий между кроп-сенсором и полнокадровыми камерами заключается в том, сколько шума они производят. Полнокадровый датчик может захватывать больше света; следовательно, его отношение сигнал/шум лучше, чем у камеры с кроп-сенсором.

Таким образом, сенсор кроп-камеры создает больше цифрового шума, чем его полнокадровый собрат.

Захват изображений в формате RAW

Если вы снимаете в формате JPG, это ваш выбор. Однако при съемке в формате RAW в камеру попадает больше информации. Это дает вам наибольшую гибкость в постобработке, лучший подход к уменьшению шума и большей детализации ваших фотографий.

Высветленные участки можно обработать, чтобы восстановить некоторые детали. Опять же, тени можно осветлить, чтобы восстановить потерянные детали.

Цифровой шум становится более управляемым благодаря более широким возможностям постобработки, если вы снимаете в формате RAW.

Управление цифровым шумом после фотосессии

Идеально избегать шума; однако программное обеспечение для обработки фотографий помогает исправить шум или, по крайней мере, справиться с тем, чего мы не можем избежать. Методы борьбы с шумом различаются в зависимости от типа шума.

Цветовой шум приводит к обесцвечиванию изображения или ослаблению цвета. Это влияет на цвет всего изображения, так что немного этого имеет большое значение.

Уменьшение яркостного шума приводит к потере резкости всего изображения. Поэтому будьте осторожны при уменьшении уровня шума изображения, чтобы не потерять слишком много резкости или деталей.

Шумоподавление в Lightroom

Удалить или уменьшить шум изображения цифровой камеры в Lightroom довольно просто.

В Develop  module, прокрутите меню справа до Detail . В разделе Noise Reduction вы найдете три ползунка для Яркость и три ползунка для Цвет .

По мере перемещения ползунка уменьшения шума яркости можно настроить ползунки детализации и контрастности. Это помогает восстановить некоторые детали и контрастность, потерянные при снижении уровня шума. Будьте осторожны, чтобы не добавить слишком много шумоподавления.

Ползунок  Color  выдвинут для уменьшения цветового шума. Отрегулируйте Detail  и Smoothness ползунки для смягчения переходов цветовых тонов. Опять же, будьте осторожны, чтобы не уменьшить цветовой шум до точки потери основного цвета изображения.

По мере выполнения настроек вы можете увеличивать масштаб главного окна или просматривать увеличенное изображение в маленьком окне прямо под  Деталь .

Детальный модуль Lightroom показан справа на снимке экрана ниже.

Шумоподавление в Photoshop

Процесс шумоподавления в Photoshop немного сложнее, чем в Lightroom.

Предлагает возможность маскировать слой, в котором вы уменьшаете шум. Это ограничивает подавление цветового шума определенной областью, поэтому все изображение не становится менее насыщенным. Кроме того, вы можете восстановить некоторую кажущуюся резкость, которая была потеряна из-за настроек подавления яркостного шума.

В разделе Filter выберите Camera Raw Filter . Нажмите  Detail  , чтобы открыть ползунки для Sharpening , Noise Reduction и Color Noise Reduction . Это дает вам некоторые настройки, которые могут улучшить качество изображения.

Для более расширенного набора параметров закройте Фильтр Camera Raw . Нажмите Фильтр , затем Шум , затем Уменьшить шум .

Начните с  Basic . Отрегулируйте ползунок Strength , чтобы уменьшить цифровой шум. Ползунок Preserve Details работает в сочетании с Strength для сохранения резкости.

По мере настройки Уменьшить цветовой шум , помните о снижении насыщенности при перемещении ползунка вправо. Sharpen Details влияет на все изображение, поэтому не заходите слишком далеко.

Установите флажок Удалить артефакт JPEG . Это сводит к минимуму эффекты сжатия JPEG, которые включают в себя блочный вид, иногда грубые края, называемые москитным шумом, и ухудшение цвета.

На приведенном ниже снимке экрана показана панель Photoshop «Уменьшение шума».

Расширенный параметр Photoshop

Чтобы получить дополнительные возможности шумоподавления, нажмите кнопку  Дополнительно  в окне Уменьшить шум  . Затем вы можете выбрать Всего , что мы описали выше, или На канал .

Выбор Per Channel  позволяет настроить отдельные цветовые каналы. Вы можете выбрать Красный , Зеленый или Синий .

Для каждого цветового канала можно настроить ползунки Сила и Сохранить детали . Эта операция дает вам еще больший контроль над программой шумоподавления Photoshop.

Ниже приведен снимок экрана расширенной панели «Уменьшение шума» в Photoshop.

Photoshop не может полностью удалить шум; однако, если вы используете его с изяществом и внимательным взглядом, вы можете добиться отличных результатов.

Другие опции программного обеспечения для уменьшения шума

Процессы, описанные выше, работают хорошо в большинстве случаев. Однако, если вы хотите сделать еще один шаг вперед, некоторые сторонние плагины прекрасно работают с Photoshop.

— Denoise AI от Topaz Labs — популярный подключаемый модуль Photoshop, получивший высокую оценку фотографов.

— ON1 NoNoise AI также использует искусственный интеллект для удаления шума и улучшения деталей.

— Dfine доступен как часть коллекции Nik; вы должны приобрести весь набор из восьми плагинов.

 – Neat Image – недорогое решение для снижения шума на цифровых изображениях. Он поставляется как в виде плагина, так и в виде отдельной программы.

— Imagenomic предлагает подключаемый модуль для удаления шума под названием Noiseware. Рецензенты дали ему оценки, аналогичные DeNoise AI.

Я не использовал ни один из этих плагинов, поэтому не могу их оценивать. Я всегда был доволен результатами, которые получаю от Photoshop и Lightroom.

Специализированные методы и процессы шумоподавления

Цифровые камеры генерируют полосовой шум или шум считывания как сенсором, так и электроникой камеры. А при длительных выдержках датчик остается включенным в течение более длительного времени. В результате на ваших фотографиях появляется дополнительный шум, вызванный нагревом сенсора.

Ваша модель камеры может иметь встроенную функцию шумоподавления при длительной выдержке. Аналогичный и, возможно, лучший результат может быть достигнут с помощью вычитания темных кадров.

Этот процесс требует, чтобы фотограф сделал два изображения с одной и той же камерой, объективом и настройками экспозиции, предпочтительно при одинаковой температуре. Один кадр — это фотография, которая должна стать конечным результатом, светлым изображением. Другой кадр представляет собой темное изображение, снятое с закрытой крышкой объектива.

Два изображения смешиваются в субтрактивном режиме. При этом шум из темного изображения используется для удаления нежелательного шума из светлого изображения, удаления фиксированного шаблонного шума и шума горячих пикселей, возникающего из-за слабого освещения и более длинной скорости затвора.

Том Миго снял видео о том, как выполнять вычитание темных кадров в Photoshop.