Цифровой шум. Часть 2

Понимание шумовых характеристик цифровых камер поможет Вам узнать, как шум повлияет на ваши фотографии. В этом топике обсуждаются разновидности шума: тональный, цветовой и световой, а также частота и величина шума. Также показаны примеры шумов при различных ISO в разных цветовых каналах для трех различных цифровых камер.

Предлагаем вначале ознакомится с первой частью темы «Цифровой шум«

ХАРАКТЕРИСТИКИ

Шум изменяется не только в зависимости от настроек экспозиции и модели камеры, но и варьирует в пределах отдельного изображения. Для цифровых камер, более темные области будут содержать больше шума чем более яркие области; для пленок – наоборот.

Заметьте насколько шум становится менее явным при более ярких тонах. Яркие области имеют более сильный сигнал, так как на них попадает больше света, это приводит к высокому отношению сигнал – шум. То есть, недодержаные изображения будут иметь более видимый шум даже если потом Вы осветлите их до естественного уровня. С другой стороны, пересвеченные изображения будут иметь меньше шума и могут фактически быть выгодными, предполагая, что Вы можете затемнить их позже (при условии что никакая область не стала совсем белой с потерей структуры).

Шум состоит из двух элементов: отклонения в цвете и в светимости. Цветовой шум (или хроматический) обычно более неестественен по виду и может дать непригодные изображения если не держать его под контролем. На примере ниже показан шум на первоначально нейтральном сером участке с разделением эффектов шума светимости и цвета.

Цветовой и световой шум может значительно варьировать в зависимости от модели камеры. Программное обеспечение по уменьшению шума может использоваться для устранения как цветового, так и светового шума, однако полное устранение светового шума может привести к неестественному пластмассово выглядящему изображению.

Шумовые колебания могут меняться по величине и по частоте (хотя частота часто не принимается в расчет). Термин «мелкозернистый» часто использовался по отношению к пленке, чтобы описать шум с колебаниями по коротким расстояниям, это является тем же самым что и наличие высокой частоты. Пример ниже показывает, как частота может изменить вид шума.

Так как два участка выше были сравнены исключительно по величине их колебаний (как сделано в большинстве обзоров камер), то участок справа имеет более высокий шум. Однако при визуальном осмотре участок справа кажется намного менее шумным чем участок слева. Так что эта характеристика должна полностью соотноситься с частотой шума в каждом участке.

При том, что частота шума столь важна, ее величина также имеет очень заметный эффект. Следующий пример показывает два участка, которые имеют различные стандартные отклонения, но ту же самую частоту.

Заметьте, что участок слева кажется намного более гладким, чем участок справа. Шум большой величины может перекрыть тонкие структуры, типа ткани или листвы, и его труднее удалить без смягчения изображения. Величина шума обычно описывается на основании статистической меры, названной «стандартным отклонением,», которая определяет типичные изменения пикселя от его «истинного» значения. Чтобы лучше понять, взгляните на гистограмму для каждого участка:

Малая амплитуда колебаний:

Большая амплитуда колебаний:

Если бы каждый из вышеупомянутых участков имел нулевой шум, все пикселы, были бы одной линией, расположенной посередине. При увеличении уровня шума, увеличивается ширина этой гистограммы, формируя как бы колоколообразную кривую. Здесь представлена гистограмма для RGB, хотя то же самое можно сделать и для яркости (самая общая мера полного шума) и для каждого цвета.

ПРИМЕРЫ

Поэкспериментировав с вашей камерой, Вы можете получить представление о том, сколько шума она производит при данных ISO. Примеры ниже показывают шумовые особенности для трех различных камер при съемке однородного серого образца.

Все каналы:

Заметны различия в зависимости от модели камеры, цветового канала и ISO. Синий и зеленый каналы будут иметь самый высокий и самый низкий уровни шумов соответственно. Также отметьте, что Epson дает цветовой шум, который является намного больше нежелательным, чем шум, вызванный только колебаниями яркости.

Вы можете также видеть, что увеличение ISO всегда производит более высокий шум для данной камеры, однако изменение шумов между камерами более сложно. Чем больше область пикселя в матрице камеры, тем больше его способность собирать свет и, таким образом, создавать более сильный сигнал. В результате камеры с бОльшими физическими размерами пикселя будут менее шумными, из-за большего соотношения сигнал — шум. Вот почему камеры с большим количеством мегапикселов, размещенных на той же самой по размеру матрице не обязательно произведут лучшее изображение. С другой стороны, более сильный сигнал не обязательно ведет, к понижению шума, так как соотношение количества сигнала и шума определяет насколько шумным будет изображение. Даже при том, что Epson PhotoPC 800 имеет намного большие пиксели чем Canon PowerShot A80, он имеет явно больше шума — особенно при ISO 400. Это потому, что более старая камера Epson имеет намного более высокие внутренние шумовые уровни, вызванные менее сложной электроникой.