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:
-
- Яркостные;
- Цветовые или хроматические.
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:
- Завышенная величина ISO;
- Продолжительная выдержка
- Размер ячеек матрицы и плотность их размещения велика;
- Технология производства матрицы;
- Другие причины.
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:
- Использовать светосильные объективы;
- Снимать с минимальной чувствительностью ISO;
- Избегать продолжительных выдержек;
- Включать систему шумоподавления в фотоаппарате;
- Ограничить применение цифрового увеличения.
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:
- «Фильтр»;
- «Шум»;
- «Уменьшить шум».
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.
