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:

• чувствительность ISO;
• выдержка;
• плотность размещения пикселей (размер ячеек матрицы) Оптимальный размер лежит в пределах от 6 до 11 мкм. В компактных камерах размер ячеек составляет 3-5 мкм, что и обусловливает высокий уровень шумов;
• технология производства сенсоров. В общем случае матрицы CMOS генерируют больше шума, чем матрицы ПЗС;
• а также технические параметры матрицы (дефекты кристаллической решетки кремния, примеси, не работающие пиксели и т.д.).

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:

• яркостный цифровой шум (англ. luminance noise);
• хроматический цифровой шум (англ. chrominance noise);
• шум, который возникает при длительных выдержка (англ. stuck pixels).

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).

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;
• случайный шум.

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 ЗАКРЫТО� КРЫШКОÐ! 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.

«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

• стандартные фильтры – Adobe Photoshop, Adobe Lightroom;
• популярные плагины для Adobe Photoshop: Adobe Camera RAW, Topaz DeNoise, Neat Image Pro 7, Grain Surgery;
• маскировка шума путем уменьшения размера изображения.

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).

Для определения значения Std Dev инструментом Rectangular Marquee необходимо выделить участок с РАВНОМЕРНОРЯРКОСТЬЮ. 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.