Что такое шум в цифровой фотографии?

Какие виды эффектов присутствуют в цифровых изображениях, называемых «шумом»?

  • Каковы различные источники шума?

  • Что вызывает каждый тип шума?

  • Каковы характеристики различных типов шума?

  • Как различные типы шума визуально проявляются на изображении? (т. е. будут ли разные виды шума «выглядеть по-разному» в результирующем изображении, и как они будут отличаться для глаза?)

  • Как минимизировать каждый тип?

  • Какие различные методы постобработки наиболее подходят для каждого вида?

Ответы (2)

Шум часто определяется как любое отклонение от «чистого» сигнала. Сигнал принимается за образец яркости изображения, поэтому любое изменение значений пикселей, представляющих изображение, является шумом. Эти вариации возникают в основном из-за:

  • Шум выстрела. Случайный способ испускания фотонов из источника света вызывает случайные изменения яркости изображения. Чем меньше у вас фотонов, тем более заметен этот шум. Можно уменьшить, направив больше света на датчик.

  • Темновой ток (тепловой) шум. Тепло, производимое камерой (которое, будучи электромагнитным излучением, подобно свету, может проявляться на датчике). Поскольку это не часть сцены, это шум. Его можно уменьшить, охладив матрицу, ограничив время экспозиции (чем дольше матрица активна, тем больше она нагревается) или сняв темный кадр (т. е. с закрытым затвором или закрытой крышкой объектива), чтобы вычесть из исходного изображения (некоторые камеры имеют настройку для автоматизации этого).

  • Неравномерность фотоотклика (фиксированный фоновый шум). Это происходит из-за несовершенства кремния, из-за которого пиксели становятся немного более или менее чувствительными, чем их соседи. Калибровка может уменьшить PRNU, хотя это может зависеть от таких параметров, как время экспозиции.

  • Читать шум. Электрический шум, создаваемый схемой, которая считывает значения с пикселей сенсора. Можно уменьшить, используя более высокое значение ISO (в случае, когда сигнал не максимизируется, усиление сигнала перед считыванием означает, что шум считывания составляет меньший процент от сигнала) или используя камеру с более низким уровнем шума считывания. Вы можете посмотреть на цифры шума теней при базовом ISO, чтобы получить представление о шуме чтения.

  • Шум квантования. Ошибки округления при преобразовании аналогового сигнала в конечное множество дискретных цифровых значений. Обычно не заметно, но его можно уменьшить, используя датчик, который хранит больше битов на пиксель, например, 14 вместо 12.

Нижеследующее технически является шумом, но редко упоминается как таковое:

  • Муар/алиасинг. Своего рода шум пространственного квантования, алиасинг возникает из-за интерференционных картин и фиксированного расстояния между сенсорными элементами. Его можно уменьшить с помощью сглаживающего фильтра (обычно устанавливаемого на датчик в стандартной комплектации) или увеличив частоту дискретизации (количество пикселей на единицу площади), т. е. большее количество мегапикселей с тем же объективом.

  • Артефакты сжатия, когда изображение хранится в формате JPEG. Можно уменьшить, выбрав настройку максимального качества для файлов JPEG или сняв в формате RAW.

  • Горячие пиксели, битые пиксели, темные пиксели. Сенсорные элементы, которые всегда дают либо нулевой, либо максимально возможный отклик.

Термин «цветовой шум» описывает, как шум проявляется — это не источник шума, как указано выше. Цветовой шум относится к случайным изменениям цвета пикселей, а не только их яркости. Цветовой шум легко удалить, так как глаз менее чувствителен к пространственным изменениям цвета, потеря деталей из-за шумоподавления менее заметна.

Опять же, «высокочастотный шум» относится к другой характеристике, пространственной частоте или тому, насколько близко друг к другу расположены пики шума.

Хороший ответ ... стоит отметить, что эти источники шума (кроме артефактов JPEG) присутствуют в необработанных данных, которые представляют собой один цвет (красный, зеленый или синий) на пиксель. Таким образом, точное появление шума (как «цветовой шум» и т. д.) зависит также от деталей алгоритма демозаики, который объединяет данные из нескольких пикселей для формирования цветного изображения.
Вау, я думал, что раньше понимал шум, но это было далеко за пределами моей головы.
@coneslayer - на самом деле, если у вас нет датчика Foveon, шаблон Байера ограничит измеренную информацию от чипа одним цветом на пиксель. Последующая интерполяция этой сетки для создания трехцветного изображения усугубит любой производимый шум, но сама по себе не является источником шума. Это означает, что на практике шум не ограничивается одним пикселем, поэтому его удаление может быть болезненным (с теоретической точки зрения).
@ммр А? Я не говорил, что шаблон Байера или демозаика были источником шума. Я сказал, что алгоритм демозаики влияет на появление шума.
будь проклят фовеон! Без этого датчика мне не пришлось бы говорить [большинство] каждый раз, когда я говорю о датчиках Байера или демозаике! По-прежнему возможны источники шума, которые проявляются как монохромные или цветные, но не являются результатом демозаики, например, шум в ближнем видимом инфракрасном спектре с большей вероятностью будет возбуждать пиксели за красными фильтрами.
@Matt Grum - Где шум, который мы получаем при высоких значениях ISO? это часть "дробового шума"? (Я почти уверен, что это не тепловой шум, шум чтения или квантования)
@Nir Да, это часть выстрела в Ниосе. Повышение ISO не создает шума, как думают многие (за исключением небольшого количества из-за процесса усиления), оно просто выявляет шум, так как усиливает шум, а также сигнал. Когда вы увеличиваете ISO, вы, как правило, используете более короткую экспозицию или меньшую диафрагму, поэтому вы получаете больше дробового шума. Если вы уменьшите значение ISO, оставив выдержку и диафрагму постоянными, вы получите больше шума, а не меньше!
@Matt Grum - спасибо за объяснение, я этого не знал - может быть, вам следует добавить это в ответ, чтобы люди, которые не читают комментарии, также видели это
@Nir: люди должны знать, что чтение комментариев, написанных Мэттом, — хорошая идея :-)
Разве тепловой шум не уменьшается при использовании более низкого ISO? Потому что тепловой шум усиливается больше при использовании более высоких значений ISO.
@Nir: Как сказал Мэтт Грум, увеличение ISO само по себе не добавляет большого шума. В дополнение к тому, что он сказал, следует отметить, что усиление сигнала также увеличивает разницу между пикселем с более низким уровнем шума и пикселем с более высоким уровнем шума. Другими словами, амплитуды вейвлета для «шумового изображения» больше, что при объединении с вейвлетом для фактического изображения (которое, вероятно, будет иметь более низкое отношение сигнал-шум из-за более короткого времени воздействия) дает более выраженный шум. чем было бы при более низком ISO.
что вы подразумеваете под съемкой темного кадра (т.е. с закрытым затвором или крышкой объектива), чтобы вычесть из исходного изображения ? И как это уменьшит шумы на уже сделанном фото? Я думаю, что я что-то упускаю здесь

Вам нужно знать только два вида шума, которые сопровождают все камеры и которые видны при более высоких значениях ISO.

  • Chroma Noise - тип шумов с цветными пятнами.
  • Luminance Noise — зернистый, пленочный шум.

Чтобы свести к минимуму такие шумы, старайтесь не снимать при более высоких значениях ISO, которые начинают ухудшать качество изображения (различное для каждой камеры). Использование светосильных объективов, таких как f2.8 или F1.4, может помочь вам в условиях слабого освещения не устанавливать слишком высокое значение ISO, чтобы поддерживать достаточно высокую скорость затвора. Если сцена слишком темная, единственный способ минимизировать шум — использовать вспышку.

Наконец, есть программное обеспечение, такое как Noise Ninja или Dnoise, которое может помочь вам избавиться от некоторого шума без ущерба для IQ.

Просто откровенно неправда - особенно часть «видно при более высоких ISO» и весь комментарий D3s.
Я не собираюсь голосовать за этот банкомат, но я нахожу (чрезмерно) упрощенное утверждение о двух видах шума не так уж плохо. Если материал о Nikon будет удален, я думаю, что это может быть полезным, хотя и слишком упрощенным ответом :-)
Что такое шум в цифровой фотографии?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v