Цифровой шум. Часть 1

«Цифровой шум» является цифровым эквивалентом зерна пленки для аналогичных камер. Для цифровых изображений, этот шум проявляется как случайные точки на однородной поверхности и это может значительно ухудшить качество изображения. Хотя шум часто портит изображение, иногда он желателен, так как может добавить старомодный, гранулированный вид изображению, которое напоминает ранние пленочные фото. Немного шума может также увеличить кажущуюся четкость изображения. Шум зависит от настроек чувствительности камеры, длины экспозиции, температуры, и варьирует для различных моделей камер.

КОНЦЕПЦИЯ

Некоторая степень шума всегда присутствует в любом электронном устройстве, которое передает или получает «сигнал». Для телевидения этим сигналом являются данные радиопередачи, переданные по кабелю или полученные через антенну; для цифровых камер – это свет, который попадает на матрицу камеры. Даже при том, что шум неизбежен, он может стать настолько маленьким относительно сигнала, что покажется незаметным. Отношение сигнал – шум (SNR – signal to noise ratio) — полезный и универсальный способ сравнить относительные количества сигнала и шума для любой электронной системы; высокие отношения будут иметь очень немного видимого шума, тогда как противоположность верна для низких отношений. Изображения ниже показывают камеру, производящую очень шумную картину слова «signal» на однородном фоне. Полученное изображение демонстрирует увеличенную 3-D картинку сигнала над фоновым шумом.

Изображение выше имеет достаточно высокое отношение сигнал – шум для того, чтобы ясно различить информацию изображения и фоновый шум. Низкое отношение сигнал – шум произвело бы изображение, где «сигнал» и шум более сопоставимы и таким образом более трудны для различения.

ТЕРМИНОЛОГИЯ

Настройки ISO камеры являются стандартом, который описывает абсолютную чувствительность к свету. Параметры настроек ISO обычно кратны двум, например, ISO 50, ISO 100 и ISO 200, они могут иметь широкий диапазон значений. Более высокие числа представляют большую чувствительность, и отношение двух чисел ISO представляет их относительную чувствительность, означая, что фотография с ISO 200 потребует вполовину меньше времени, чтобы достигнуть того же уровня экспозиции как при ISO 100 (при условии, что все другие параметры и настройки одинаковы). ISO является аналогом ASA для различных пленок, однако цифровая камера может иметь несколько различных значений ISO. Это достигнуто усилением сигнала изображения в камере, однако это также усиливает шум и таким образом более высокие значения ISO произведут к прогрессивно большему шуму.

ТИПЫ ШУМОВ

Цифровые камеры производят три общих типа шумов: случайный шум, фиксированный шум и шум полосками. Три изображения ниже показывают примеры каждого типа шума на гладком сером фоне.

Случайный шум характеризуется колебаниями цвета и интенсивности выше и ниже фактической интенсивности изображения. Всегда существует немного случайного шума при любой длине экспозиции, больше всего на случайный шум влияет ISO. Картина случайного шума изменяется, даже если параметры настройки экспозиции идентичны.

Фиксированный шум включает то, что называют «горячими пикселами», которые возникают когда интенсивность пиксела далеко превосходит интенсивность окружающих случайных шумовых колебаний. Фиксированный шум вообще проявляется при очень длинных выдержках и усиливается при более высоких температурах. Фиксированный шум уникален и покажет почти то же самое распределение горячих пикселов при одних тех же условиях (температура, длина экспозиции, ISO).

Шум полосками очень зависит от камеры, это шум, который вводит камера, когда читает данные с матрицы. Шум полосками является самым видимым при больших ISO и в тенях, или когда изображение было чрезмерно ярким. Шум полосками может также увеличиться для некоторых белых балансов, в зависимости от модели камеры.

Хотя фиксированный шум кажется более нежелательным, обычно его легче удалить, так как он повторим. Внутренняя электроника камеры должна знать матрицу, и это поможет вычесть фиксированный шум, чтобы показать истинное изображение. Фиксированный шум несет намного меньше проблем, чем случайный шум в последнем поколении цифровых камер, однако даже малейшее его количество может быть более нежелательным, чем случайный шум.

Менее нежелательный случайный шум обычно труднее удалить не ухудшая изображение. Компьютеры имеют трудности при различении случайного шума от естественных структур, типа тех, которые встречаются в грязи или листве, так, если Вы удаляете случайный шум, Вы часто удаляете эти структуры тоже. Программы, типа Neat Image и Noise Ninja могут быть очень хороши при сокращении шума, все еще сохраняя фактическую информацию изображения.