Шумы в фотографии. Начало. Урок 1

Как это выглядит.Шумы в фотографии проявляют себя как пятна, или отдельные пиксели, неоднородные по цвету (хроматический шум) или светлоте (яркостный шум). Важно уметь различать эти два типа шумов, ибо борьба с ними ведется по-разному, и изменения в фотографии, которые неизбежны в процессе удаления шумов, тоже будут различными. Благодаря волшебству Photoshop (далее «Фотошоп») мне удалось разделить шумы (фото 1) на составляющие (фото 2 и 3).



Рисунок 1: шумы в фотографии, ISO 12800 едениц.
Рисунок 2: яркостные шумы не содержат цветовых пятен.
Рисунок 3: хроматические шумы в чистом виде.
Причина, по которой на фотографии появляются шумы.
Шумы матрицы в цифровой фотографии есть всегда. Просто иногда их уровень столь мал, что мы его не видим. Я не хочу вдаваться в теорию полупроводников, дабы не перегружать вас бесполезной информацией (всё равно мы с этим ничего не сможем поделать), но закон таков: чем большую чувствительность матрицы (ISO) мы установим на фотокамере, тем больший шум мы получим (рис. 5-13). Чтобы иллюстрировать связь ISO с шумами, я сделал из бумаги импровизированную шкалу серых полей. Однако, к моему сожалению, такая шкала не подходила для этой статьи: фактура бумаги была очень похожа на яркостные шумы и могла ввести в заблуждение уважаемого читателя (рис. 4). Не желая тратить время на поиски и одноразовую покупку фотографической мишени с серыми полями, я «сгладил» фактуру бумаги выведя ее из резкости. Надеюсь, что эта нерезкость не будет вас смущать.



По мере увеличения чувствительности матрицы фотокамеры (Canon 5D-II) растут и шумы на фотографии. Последние две фотографии сделаны в расширенном диапазоне ISO: H1 и H2.
Также сила шумов зависит от светлоты снимаемого объекта: чем объект темней, тем шумы сильней заметны, особенно яркостные (рис. 14). Количество света, при котором ведется фотосъемка, тоже оказывает влияние на силу шума: чем меньше сила света попадающего на матрицу (а значит длинней выдержка) - тем больше уровень шума. Эта закономерность породила любопытную методику фотосъемки в астрофотографии. Вместо одной длительной выдержки (ведь съемка ведется ночью) используется серия коротких выдержек на одно и тоже изображение. Таким образом, к точечным изображениям звезд не добавляются и точечные шумы. А то новые звезды «загорались» бы каждую ночь.

Удалять шумы или нет?Многие фотографы воспринимают наличие шумов в фотографии как абсолютно недопустимым дефектом. Однако, удаление шума так же может привести к снижению качества изображения (ухудшается точность цветопередачи и резкость). Потому я за компромисс: небольшие, невидимые или не раздражающей силы шумы могут присутствовать в фотографии, а сильные ослабляются до приемлемого уровня. Однако, если вы делали фотографии для коммерческого использования, то заказчик вправе потребовать от вас полного отсутствия шума. Типичный пример – фотосъемка для стоковой фотографии. «Стоки» весьма строги к присутствию шума в изображении, и фотография запросто не пройдет технический контроль существующий у серьезных продавцов изображений.

Проблема шумов в фотографии часто преувеличена.Нетерпимость к присутствию шума в фотографии происходит как по психологическим причинам (фотограф не хочет видеть абсолютно никаких «дефектов» в изображении), так и из-за недопонимания цифровых и печатных технологий.

Психология фотографа. Пример из жизни: «Виктор, Canon 5D-II дает такие сильные шумына моих фотографиях, что я не могу использовать ISO выше 200 единиц». В голове прокручиваю варианты такого аномального поведения фотоаппарата, которая, как раз, имеет низкий уровень шумов. Прошу показать файлы. Пристально вглядываюсь. Еще пристальней. Вижу едва различимый шум, типичный для чувствительности 200 единиц этой камеры, который не будет виден зрителю ни в интернете, ни в печати. Убеждаю начинающего фотографа в том, что это не та сила шума, которую надо бояться и предлагаю попробовать расширить допускаемую им чувствительность хотя бы до 400 единиц. Действительно, у каждого фотографа свой предел шумов, который он еще терпит. Например, для меня это 3200 (на фотокамере Canon 5D-II, с учетом того, что я могу убрать шум после съемки в программе). Попробую в этой статье «расширить» диапазон допустимого ISO для таких фотографов.

Просмотр на экране монитора - вторая причина, по которой фотографы начинают нервничать. Если рассматривать фотографию в масштабе 100% (а при таком масштабе фотографы обычно и оценивают степень зашумленности), то на моем мониторе фотография имеет размер примерно 1х1,5 метра. И я могу видеть шумовые пятна достаточно большой площади. И такую же величину будут иметь пятна при печати фотографии 1х1,5 метра. Как часто вы печатаете столь большие фотографии? Скорей всего никогда. Предположим, что вас интересует отпечаток выставочного формата 40х60 см. В этом случае площадь пятен шума уменьшится в 6,25 раз. Но основная часть фотографов никогда не превысит размер отпечатка 20х30 см. Тогда пятна будут меньше по площади в 25 раз. Согласитесь, что это совсем не те шумы, которые мы видим при масштабе 100%. Поэтому, более реально оценивайте размер шумов при соответствующем размеру отпечатка или финальному изображению в сети увеличении (сравните заметность пятен на фото 15 и 16).



Рисунок 14: шумы усиливаются на темных объектов.
Рисунок 15: при 100% увеличении шумы на фотографии хорошо различимы.
Рисунок 16: При уменьшении размера изображения шумы на фотографии не видны.
Но не станем же мы каждый раз убирать шумы, как только нам нужно будет подготовить фотографию большего размера. Поэтому я использую «шумодав» (сленг фотографов) с такими настройками, которые обеспечат мне достойное изображение, при типичном максимальном размере отпечатка (для меня это 60 см. по длинной стороне кадра). Фотографии для интернета я вообще не рассматриваю, при таких маленьких размерах картинки получить шумы можно лишь используя запредельные значения ISO, на которых можно снимать только в экстремальном случае, который у меня, еще ни разу не случился.

Не провоцируйте.Иногда фотографы сами провоцируют увеличение шумов еще при фотосъемке. В результате получается двойное ухудшение фотографии: сперва шумами, затем их подавлением. Что необходимо знать, чтобы этого не допустить.

Не завышайте ISO. Зная, что увеличивая ISO сокращается выдержка затвора, а значит и нерезкость из-за дрожания рук фотографа, опытный фотограф работает на том минимальном пределе чувствительности, который лишь избавит его от "шевеленки" (сленг). Для этого надо знать, какая выдержка избавит от шевеленки (очень простое и известное правило), привыкнуть контролировать выдержку и желать управлять чувствительностью. В крайнем случае, можно выставить автоматическое ISO, когда фотокамера сама будет менять чувствительность до необходимого минимума. И Боже упаси вас бездумно использовать расширенный диапазон ISO, когда шумы усиливаются лавинообразно, в геометрической прогрессии, и практически убийственны для эстетской или коммерческой фотографии (рис. 12 и 13). Поэтому, производители упорно и успешно, работают в направлении снижения уровня шумов для высоких значений ISO.

Недоэкспонирование (темная картинка) - вторая причина усиления шумов. При последующем осветлении фотографии шумы будут так же усиливаться. Поэтому, старайтесь добиться правильной экспозиции (светлоты кадра) сразу (рис. 17).

Выключите шумоподавление в настройках фотокамеры, если в дальнейшем вы планируете обработку фотографии на компьютере (рис. 18). Это критично если вы снимаете в формат JPG (для формата RAW отменить шумоподавление можно позже, в RAW-конверторе). Почему это надо сделать? Шумоподавление в фотоаппарате выполняется не гибко и не по лучшим алгоритмам. Если фотокамера уже удалила часть шумов, то это затруднит последующую доводку фотографии на компьютере.

Использование режима Live View (просмотр в реальном времени, рис. 19) это то, чего долгое время не хватало цифровым зеркальным фотоаппаратам. Если у «мыльниц» вы видите изображение на экране фотокамеры всегда, а у зеркальных фотоаппаратов его можно было увидеть только после того, как сделан кадр. В последних моделях «зеркалок» появилась возможность наблюдать картинку на экране без съемки, как у мыльниц, если включить режим Live View. Однако, даром в фотографии ничто не дается. При включении Live View матрица работает не только во время экспонирования кадра, то есть краткий промежуток времени, а значительно дольше. Это может привести к приводит к тому, что матрица начинает нагреваться, а нагрев матрицы тоже усиливает шумы кадра. Вот почему производители (по крайней мере, Canon) ограничили время работы фотокамеры в этом режиме, и спустя минуту она сама выходит из этого режима для охлаждения матрицы. Не злоупотребляйте съемкой в этом режиме, давайте мтрице остыть.



Рисунок 17. Вверху: нормально экспонированный кадр. Внизу: кадр недоэкспонирован на 2 ступени и затем осветлен.
Рисунок 18: отключение подавления шумов фотокамеры в двух пунктах меню Canon 40D.
Рисунок 19: режим Live View зеркальной фотокамеры.Выполняя эти несложные рекомендации, мы сделаем всё, чтобы получить лучший результат при последующем удалении шума. Вторая часть урока расскажет о том, как уменьшить шум фотографии в Фотошопе и иных «шумодавах»