Что такое цветовые шумы в камере смартфона

Ещё со времён первого фотоаппарата — камеры-обскура, диафрагма влияла на то, каким получится снимок. Раньше приходилось вручную настраивать диафрагму для получения качественного снимка. После того как появились зеркальные камеры, необходимость в настройках отпала. Камеры стали в автоматическом режиме подбирать настройки уровней экспозиции и яркости.

Какую функцию выполняет диафрагма в камере

Диафрагма является одним из трёх ключевых частей камеры. Основная её функция заключается в контроле количества освещения, которое попадает на основной датчик фотокамеры. Также с помощью неё определяется какие объекты в кадре будут в фокусе, а какие нет.

От диафрагмы зависит насколько ярким или тёмным получится изображение.

Технически, диафрагма открывает объектив камеры. Чем шире это отверстие, тем больше света попадает на датчик и тем ярче становится фотография. Соответственно узкое отверстие делает более тёмные снимки.

Измерение диафрагмы

Диафрагму измеряют специальным числом, которое имеет собственную спецификацию, например, f/2.0. Чем ниже число диафрагмы, тем шире раскрывается отверстие.

Данная величина является относительной и не привязана к устройству. Вычисляется она отношением фокусного расстояния к диаметру отверстия входного зрачка камеры.

Для камер смартфонов обычно используются диафрагмы в диапазоне от f / 1.7 до f / 2.4.

Диафрагма в камере смартфона

В отличие от фотоаппаратов, в которых предусмотрено изменение величины диафрагмы с помощью замены апертуры, в камере смартфона она статична. Технически она представляет собой пластину с отверстием, расположенную перед объективом камеры.

Так как смартфоны обладают небольшим объемом пространства, где можно разместить камеру, то создаются небольшие зрачки камеры и соответственно они расположены близко к объективу. Благодаря короткому фокусному расстоянию увеличивается ширина угла обзора камеры.

От размера диафрагмы меняется величина светосилы.

Чем больше света попадет на сенсор камеры смартфона, тем меньше устройство затрачивает сил на обработку сигнала и улучшение качества картинки.

Это также влияет на количество так называемого «шума» на изображениях. Однако в этом случае важны условия освещения. При ярком освещении через широкую диафрагму проходит большое количество света, что приводит к «засветке». И наоборот при плохом освещении, особенно если съемка ведётся в ночное время суток, камеры, у которых слабая светосила снимают только однотонную черноту.

Конечно, современное программное обеспечение смартфонов позволяет сглаживать недостатки или избыток светосилы, однако всё же следует понимать основные тенденции устройства.

Соотношение диафрагмы и расширения камеры

Широкая диафрагма в камере смартфона не всегда является показателем высокого качества. Данное значение всегда следует рассматривать с показателем разрешение в пикселях.

Для камер с высоким показателем разрешения не всегда требуется слишком широкое отверстие объектива, чтобы захватить необходимое количество света.

Также следует понимать, что при низком количестве пикселей разрешения и небольшой диафрагме будут возникать проблемы во время съёмки с плохим освещением.

Современные решения для диафрагмы

С развитием технологий каждая компания, выпускающая смартфоны, стремится к уменьшению числа диафрагмы на камере. Если пару лет назад стандартом считались камеры с диафрагмой f/2.4, то современные гаджеты уже выпускаются с числом f/1.8-f/1.7.

Появляются смартфоны с двойной диафрагмой. На таких устройствах пользователь может сам задавать какую диафрагму использовать.

Совет! Если остальные характеристики камеры смартфонов равны, то стоит отдавать предпочтение тем, у которых показатель диафрагмы меньше.

Источник: https://mobcompany.info/interesting/diafragma-v-kamere-smartfona-zachem-ona-nuzhna.html

108 мегапикселей — прорыв или провал? Как на самом деле работают камеры iPhone, Samsung и Huawei

Давайте по порядку. Разрешение фотографии — это количество пикселей на полотне. Камера с разрешением 48 Мп делает полотно с 48 миллионами цветных кубиков. Камера с 64 Мп даёт полотно с 64 миллионами точек, а сенсор с 108 Мп — 108 миллионов.

Единственная польза от количества пикселей — это количество объектов, которое рисует на полотне изображение. Последнее влияет на детализацию. То есть на 12-мегапиксельном снимке при приближении можно разглядеть меньше мелких объектов, чем на снимке в 108 Мп.

Нет. Самое важное в мобильной камере — количество сценариев, при которых она окажется полезной. «Много пикселей» не равно «много сценариев». Главным фактором, влияющим на гибкость камеры, является свет.

Его либо много, либо мало. Чем больше света, тем лучше фотография. «Лучше» — значит чётче, с хорошим динамическим диапазоном и правильным балансом белого.

Поэтому многопиксельные камеры сильно зависят от количества света.

Чем больше пикселей, тем они, как правило, меньше. А это плохо. Представьте, что пиксель — это маленькое полотно, в которое врезаются фотоны, частицы света. Если пиксель большой — в него попадает много фотонов. Если маленький — мало.

Как следствие, при идеальном свете 108-мегапиксельные снимки будут однозначно хорошими. А вот при плохом — нет. Потому что маленькие пиксели получают мало света или не получают вовсе. Результатом дефицита света являются шумы на снимках. Шумы — это зернистость фотографий, наличие пикселей неправильного цвета.

108 Мп Xiaomi Mi Note 10. Фото © Фото © LIFE / Татьяна Руденко

В 108-мегапиксельной камере пиксели обязаны быть маленькими. Потому что их нужно расположить на матрице мобильной камеры. Последняя априори не может быть большой, потому что в смартфоне все компоненты упаковываются очень плотно.

И (или) большие пиксели. Что такое матрица фотоаппарата? Матрица — это микросхема со светочувствительными фотодиодами, пикселями. Фотодиод под действием света создаёт электрический сигнал, который впоследствии преобразуется в цифровой сигнал. Он поступает в процессор, который уже задаёт пикселям нужные цвета, после чего получается изображение.

О, это задача нетривиальная. Потому что производители смартфонов предпочитают не оглашать эти параметры, если там нечем хвалиться. Впрочем, двумя годами ранее ситуация во флагманском сегменте начала меняться в лучшую сторону. Huawei со своими P20 Pro и P30 Pro навязала конкуренцию остальным вендорам и в размерах сенсоров.

Вопреки неразговорчивости брендов в большинстве случаев размеры сенсоров всё же узнать можно. Дело в том, что сегодня есть два поставщика фотоматриц на рынке смартфонов — Samsung и Sony. А уж в презентациях этих компонентов разработчики раскрывают все параметры, включая размеры матрицы и пикселя.

Размер матрицы — это диагональ светочувствительного сенсора, которая указывается в так называемых видиконовых дюймах. Последние вычисляются по специальной формуле, не зная которой, в числовых значениях можно запутаться довольно просто. Как бы там ни было, мы перевели для вас в нормальные миллиметры диагонали самых популярных на рынке мобильных матриц.

Если на крышке смартфона из Поднебесной красуется надпись 48MP, с вероятностью на 90% речь идёт о камере Sony IMX 586.

Этот сенсор используется как в бюджетниках вроде Redmi Note 7 Pro, так и в условных флагманах типа OnePlus 7. Её размер — 1/2″, или примерно 8,4 мм.

Размер каждого из 48 Мп — 0,8 микрометра (мкм).

Всю нишу 64-мегапиксельных сенсоров занял сенсор Samsung ISOCELL Bright GW1.Он используется в основном в устройствах среднего ценового сегмента вроде Realme XT и Vivo NEX 3. И физический размер уже 1/1,72″, или примерно 9,8 мм. При этом размер пикселя такой же, как Sony IMX 586, — 0,8 мкм.

В iPhone 11 используется классический 12-мегапиксельный сенсор от, скорее всего, компании Sony. Сама Apple не раскрывает эту информацию. Впрочем, как и Huawei. За них проблему решают разборщики. Тем не менее известно, что размер сенсора равен 1/2,55″,или примерно 6,7 мм. Да, матрица маленькая, зато размер пикселя — 1,4 мкм.

А теперь посмотрим на датчик Galaxy S20. Он называется Samsung ISOCELL Bright HM1. Размер — 1/1,33″, или примерно 12,7 мм. ISOCELL Bright HM1 — самый большой на сегодня мобильный сенсор в мире. Но! Истинный размер пикселя при этом всё равно остаётся маленьким — 0,8 мкм.

Только с точки зрения физики. Хоть физические параметры важны, не менее ценно и программное обеспечение, которое обслуживает датчик. ПО можно условно поделить на две категории: алгоритмы первичной обработки изображения и алгоритмы постобработки.

Первые отвечают за то, чтобы информация, которая попадает на сенсор, для начала просто сложилась в корректное изображение. Вторые нужны для улучшения снимка, наложения эффектов. Так вот, сейчас — про первичные алгоритмы.

Самых важных два. Первый — фильтр Байера. Он назван в честь Брайса Байера, изобретателя алгоритма. Нужен для раскраски изображения, полученного с цифровой матрицы. Ведь по умолчанию они собирают монохромное изображение из пикселей, которые «поймали» свет и которые не поймали.

Фильтр Байера. Фото © Wikipedia

Фильтр Байера берёт ячейку из четырёх монохромных пикселей (2 х 2) и раскрашивает одну точку красным, одну точку синим и две — зелёным. Такой фильтр называется RGGB (Red, Green, Green, Blue).

Зелёный доминирует, потому что он якобы лучше и приятнее для трихроматического зрения человека. Но это, судя по всему, условность, поскольку существуют и другие комбинации. Huawei, например, предпочитает RYYB (Red, Yellow, Yellow, Blue).

Так снимки получаются теплее и светлее.

Второй алгоритм отвечает за разделение исходного изображения на большие или маленькие пиксели в зависимости от сценария съёмки. Помните про размер пикселя 0,8 мкм? Так вот, Samsung и Sony придумали программы, которые искусственно увеличивают пиксели.

У корейцев их уже два — Tetracell и Nanocell. Первый склеивает истинные пиксели размером 0,8 мкм в большой цифровой пиксель размером 1,6 мкм. Второй работает аналогично, но превращает маленькие истинные пиксели с цифрой на 2,4 мкм. Японцы пока что носятся только с алгоритмом Quad Buyer, который по аналогии с Tetracell превращает 0,8 мкм в 1,6 мкм.

Из-за этих алгоритмов все 40-, 48-, 64- и 108-мегапиксельные смартфоны по умолчанию снимают фотографии с разрешением 10 Мп, 12 Мп, 16 Мп и 27 Мп соответственно.

Это значит, что снимки всех многопиксельных смартфонов автоматически проходят мощную цифровую обработку на первичном этапе формирования изображения. С одной стороны, это хорошо.

Samsung и Sony уверяют, что синтетическое увеличение пикселей — это благо, которое позволяет получать более светлые снимки в условиях плохой освещённости. С другой — плохо. Поскольку склейка пикселей не всегда проходит гладко.

Нет-нет, но на снимках можно обнаружить артефакты в виде неправильной текстуры кожи, смазанной кирпичной кладки здания или кроны деревьев.

Фото © Long Wei / VCG via Getty Images

С суперразрешением ситуация комичная. Дело в том, что съёмка в 108 Мп (или 40, 48, 64 Мп) требует включения отдельного режима в интерфейсе смартфона. Причём зачастую нужная кнопка прячется в дебрях настроек. Такое решение является либо следствием невостребованности режима, либо умышленным огораживанием его от пользователя.

И то и другое легко объяснить. Потому что в разрешении от 40 до 108 Мп фотографировать бессмысленно. Во-первых, в этом режиме отключаются все вспомогательные алгоритмы: HDR, боке, ночная съёмка и не только. Как следствие, снимать остаётся лишь пейзажи при идеальном свете.

Во-вторых, даже при съёмке в искусственных 27 Мп смартфон Xiaomi Mi Note 10 рендерит изображение две-три секунды. Это немного, но любая задержка в фотосессии — это плохо. При съёмке в 108 Мп смартфон замирает дольше. Процессор захлёбывается в обработке гигантского массива данных.

В-третьих, по причине всё ещё большого количества входящей информации затвор камеры срабатывает медленно. Поэтому желательно фотографировать со штативом.

На все три критерия обычному пользователю просто чихать. Он хочет достать смартфон, нажать кнопку и получить красивый снимок. Без танцев с бубном.

Фото © Leon Neal / Getty Images

Вообще, существует убеждение, что, чем больше обработок (особенно на раннем этапе формирования) проходит изображение, тем оно дальше от истинного.

Это тонкая грань, поскольку в таком случае очень легко свалиться в субъективизм как какому-нибудь воинствующему аудиофилу, который прогревает наушники перед прослушиванием FLAC.

Однако в мире мобильных фотографий всё же есть объективные причины согласиться с высказыванием выше.

Источник: https://life.ru/p/1307697

Что нужно изменить в камере смартфона будущего?

Не так давно в сети появилась новость о том, что теперь есть камера с разрешением более 100 Мп. Таких резких скачков в характеристиках компонентов смартфона не было очень давно.

Только вот нужно ли это или это очередная бесполезная функция ради функции? Одна из тех, что позволяют продать даже относительно средненький смартфон, но с киллер-фичей.

Звучит, конечно, хорошо, но для чего нужно такое разрешение на самом деле? И нужно ли?..

Как освободить память смартфона

Предположим, представленная камера действительно сделает снимок с разрешением более 100 Мп. Что дальше? Такому разрешению снимков должен соответствовать объем встроенной памяти.

Например, у меня в медиатеке за много лет накопилось около 30000 снимков. Если я выкачиваю их в память своего смартфона, от моих 256 ГБ остается всего ничего свободного места.

И это при камере с разрешением всего 16 Мп.

Кроме разрешения фотографий, заявлено, что новинка от Samsung сможет снимать видео в разрешении 6K. Тут вопросов еще больше. С одной стороны, большое разрешение помогает при создании видео, с другой стороны, даже 4K на смартфоне это так себе развлечение. Много шумов, недостаточная детализация при малейшем ухудшении освещения и многие другие ограничения.

Тут, кстати небольшой совет. Просто проверьте, не снимали ли вы видео в 4K и не лежат ли они в памяти. У меня такое было. Не заметил, что был включен этот режим, и занял много памяти, а потом искал, как освободить.

Почему камеры не улучшаются

В свое время Стив Джобс говорил, что пользователи не знают, чего они хотят. Он считал обязанностью производителя рассказать им об этом. Со временем его слова становятся все более понятными.

Как в свое время у нас ”отобрали” связку кнопочного телефона и КПК, дав в замен смартфоны, так сейчас нам надо дать не просто увеличение числа мегапикселей, а настоящий прорыв, ну или хотя бы новый вектор развития.

Направление в сторону увеличения разрешение в целом понятно. Количество мегапикселей стало основным мерилом качества камер в понимании конечного потребителя.

Аналогичную ситуация можно наблюдать с диагональю телевизоров, мощностью автомобилей и многим другим. Это успешно культивируется, и производители начинают мериться сами знаете чем именно в этом показателе.

Вот только все забывают о таких параметрах как, например, светосила для камер, качество матрицы для телевизоров и крутящий момент для автомобилей.

Винить в этой ситуации некого. Большинство покупателей не искушены в технологиях и не обладают иногда слишком сложными, техническими знаниями, а производители хотят зарабатывать, а не вкладываться в непонятные для конечного потребителя технологии. Вместо этого рекламируют неплохие, но не самые важные улучшения.

Плохо ли иметь большое разрешение камеры

В целом, нет ничего плохого в том, что разрешение камер растет и производители научились программными методами бороться с недостатками такого направления развития. Основным недостатком можно назвать увеличение шумов на снимке. Но именно их и можно ”почистить” за счет программного обеспечения.

Многие производители занимаются этим очень успешно, а современные высокопроизводительные компоненты смартфонов хорошо с этим справляются. В итоге мы получаем достаточно чистую картинку для такого небольшого сенсора, который установлен в смартфоне.

В первую очередь, стоит понять, из-за чего на снимке появляются шумы, с которыми надо бороться программными средствами.

Через каждых из этих фильтров проходит только один цвет, их сочетание и дает камере понимание того, свет какого цвета попал на каждую светочувствительную ячейку. Эти ячейки и есть те самые пиксели.

Соответственно, количество мегапикселей камеры равно количеству миллионов таких ячеек на крохотном сенсоре, размер которых с трудом достигает нескольких миллиметров.

Для более глубокого изучения вопроса: Как работает камера смартфона

Такое близкое расположение точек (расстояние между ними измеряется в микрометрах), да еще и в таком количестве уже приводит к тому, что на итоговом снимке проявляются помехи и шумы.

Если программное обеспечение камеры понимает, что в конкретном месте снимка должно быть, например, небо, оно убирает множество мелких цветных точек (помех) и делает снимок более однородным.

В современных условиях к этому и должны стремится производители камер смартфонов, а не к снятию с сенсора изначальной информации, как это пытаются делать некоторые из них.

Немного дальше остальных в этом вопросе продвинулись инженеры компании Sony (по крайней мере, они так заявляют). Для улучшения качества итогового снимка, они идут немного другим путем.

Обычно, после снятия данных с сенсора формируется файл в формате JPEG, который и обрабатывается процессором. В последних моделях Sony в обработку идет файл в формате RAW, который содержит существенно больше деталей и информации о снимке.

После его обработки и снижения шумов, он преобразуется в итоговый JPEG.

В таком подходе есть плюсы, но компания Sony очень старается сохранить уровень вмешательства в снимки на минимальном уровне. Вот только, как говорилось выше, от этого надо уходить, ведь это не зеркалка, в которой размер сенсора в десятки раз больше.

Отсюда можно сделать вывод, что обработка готовых снимков — это несомненно добро, а не зло, но и о размере матрицы не стоит забывать. Это может немного изменить толщину смартфона, так как увеличение площади сенсора потребует переработку оптики, но работать в этом направлении надо, а некоторые производители об этом забывают.

Правда, надо отдать должное, в новом сенсоре от Samsung, о котором мы говорили в начале этой статьи, площадь сенсора увеличена. Правда, только для того, чтобы разместить на ней новые миллионы чувствительных ячеек или, если простым языком, мегапикселей.

Этапы развития камер

Если говорить о камерах смартфонов, я бы отметил несколько основных моментов, которые можно назвать качественным скачком, а не просто усовершенствованием. Вы можете со мной не согласиться, но вот они:

• увеличение разрешение до 12 Мп
• появление оптической стабилизации
• появление второго модуля
• съемка видео в 960 fps

По первому и второму пункту вопросов, думаю, не будет. Дальнейшее развитие разрешения уже является блажью, а оптическая стабилизация зачастую полезна, если она не склонна к ошибкам.

Наличие второго, третьего и последующих модулей, позволяет в небольшом корпусе реализовать систему зумирования, вот только производители часто используют в этих второстепенных модулях более простые сенсоры. Иногда, это приводит к тому, что цифровое увеличение фотографии сделанной на основной модуль, позволяет достичь лучших результатов, чем отдельный модуль с ”оптическим” увеличением.

Видео с частотой 960 кадров в секунду это скорее игрушка, но очень интересная, и жалко, что производители задвинули развитие этой технологии в дальний ящик. Для полноценной реализации этой функции нужна быстрая память, так как поток информации очень большой.

На него и ведется съемка, а когда она будет завершена, информация относительно медленно передается на основной накопитель.

Сейчас в таком формате можно снимать буквально долю секунды видео, которая потом превратиться в несколько секунд итогового видео с замедленной скоростью. Было бы здорово, если бы производители увеличили это время хотя бы в несколько раз.

Камера нового поколения

Все, сказанное выше, является личным мнением, построенном на некоторых фактах о развитии технологий. Теперь поговорим о том, что было бы неплохо применить в камерах смартфонов в ближайшее время. Мнение опять же будет субъективным, но обсудить это можно в нашем Telegram-чате. Там всегда найдется с кем об этом поговорить.

В первую очередь, на мой взгляд, надо перестать гнаться за разрешением камеры, остановиться на уровне чуть выше 20 Мп и сконцентрироваться на увеличении размера сенсора. Это приведет к тому, что смартфону придется вносить меньше изменений при обработке снимка, что автоматически скажется на его качестве.

В качестве второго изменения я бы предложил работу над увеличением светосилы и вывел этот параметр в число основных, чтобы люди видели именного его в технических характеристиках, а не только разрешение.

Третьим пунктом я бы возродил работу над съемкой сверхзамедленных видео. Они смотрятся интересно и позволяют в прямом смысле слова разглядеть мгновение. Если хорошо поработать над этой функцией, она перестанет быть просто игрушкой. В конце концов, это существенно интереснее, чем 120 fps и даже 240 fps.

Кроме вышеописанных изменений, я бы предложил на всех смартфонах делать нормальное отключение стабилизации изображения. Дело в том, что сейчас она отключается очень плохо и из-за подвеса модуля изображение дергается даже при съемке со стабилизаторами вроде OSMO Mobile.

Последним моментом я бы осторожно назвал дальнейшую работу над улучшением программной обработки снимков. Она и сейчас хороша, но предела совершенству нет. Правда, не стоит делать из нее культ.

Что еще можно улучшить в камере смартфона

Я не претендую на абсолютную правоту своего мнения. Я, как и все, не знаю, что должно стать революций в мобильной фотографии. Если бы я знал, я бы уже занимался продвижением этой идеи и готовился разбогатеть.

Пока я просто предложил свое видение эволюционного развития камер. При этом, к фронталке я не имею большого количества вопросов. Со своими задачами она в целом справляется. Вот только под экран ее как-то надо спрятать.

На данный момент, камера смартфона нужна для того, чтобы достать устройство из кармана, сделать снимок и убрать его обратно. Для чего-то большего нужна отдельная камера.

Производители убеждают нас в обратном, но не стоит в это верить. Полноценная камера все равно сможет сделать больше, и с этим бессмысленно спорить.

Иначе, зачем профессионалы покупают дорогущие камеры, если все так хорошо, как смартфоностроители показывают в своих рекламах?

Пусть камера смартфона не дотягивает до про-решений, но это нормально. Просто не стоит гнаться за цифрами. Это неправильный вектор развития.

Источник: https://AndroidInsider.ru/analitika/chto-nuzhno-izmenit-v-kamere-smartfona-budushhego.html

Цифровой шум на фотографии. Виды шума. Причины возникновения

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.

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).

Рис. 1 — Цифровые шумы в цветовом пространстве Lab

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 ЗАКРЫТОЙ КРЫШКОЙ! 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.

Рис. 2 — Постоянный цифровой шум

«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

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).

Рис. 3 — Оценка уровня шума на фотографии

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

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.

Источник: https://photohandle.com/tsifrovoy-shum-na-fotografii/

5 причин появления шума на фотографиях и как избежать его появления при съемке

Вы знаете, что быстрым и популярным способом оценки технического качества фотографии, которым пользуются инспекторы фотостоков, выступает оценка зашумленности снимка?

Что такое цифровой шум?

Цифровой шум это хаотичные цветные или однотонные пиксели, разбросанные по фотографии. Чем больше шума, тем хуже выглядит снимок.

• Увеличенный пример шумной фотографии вы видите ниже.
• Знакомо такое?
• Новички идут по ложному пути, изучая способы борьбы с цифровым шумом и методы его подавления.
• Это ненужная потеря времени.
• Изучите и поймите причины появления цифрового шума, и исчезнет необходимость борьбы с ним.

Почему на фотографии появляется шум

Причин появления шума немного, и на часть из них вы можете повлиять.

• Некачественная матрица фотоаппарата
• Высокое значение ISO при съемке
• Неправильная обработка фотографии

1. Если вас интересует физика процесса проявления шума и не пугает слово «флюктуация», то рекомендую статью: Визуальный шум цифровых камер на CambridgeColor.
2. Шумы матрицы фотоаппарата
3. Это источник постоянного цифрового шума, повлиять на который невозможно.
4. Шумность матрицы определяется качеством изготовления и взаимосвязь проста.

Чем дешевле фотоаппарат, тем более дешевая матрица в нем установлена, и тем большее количество шума вы получите на фотоснимках.

Отмечу, что при длительной работе матрица фотоаппарата перегревается, что приводит к появлению или увеличению количества шума. Длительной работой матрицы фотоаппарата можно считать съемку на выдержках в несколько часов или съемку большого количества кадров без остановки.

Разумеется, матрицы дешевых фотоаппаратов более подвержены нагреву.

Высокое значение ISO при съемке

Из предыдущих абзацев следует вывод, что дорогой фотоаппарат позволит избежать шума в кадре. Это верный вывод, пока вы не начнете снимать на высоких значениях ISO.

Дорогой фотоаппарат не избавляет от шума на фотографиях. Дорогой фотоаппарат снимает на более высоких значениях ISO, что приводит к меньшей зашумленности снимка. Но, это не означает, что шума в кадре не будет совсем.

Приведу пример.

Дешевые фотоаппараты порождают обилие цифрового шума при съемке на 400ISO. Топовые фотоаппараты обладают подобным уровнем шума при съемке на 6500ISO и выше.

Запомните.

Чем хуже фотоаппарат, тем больше шума вы получите при поднятии ISO.

Порог появления шума зависит от качества матрицы фотоаппарата. Сделайте серию тестовых фотографий, последовательно поднимая ИСО, и рассмотрите кадры в 100% масштабе. Вы увидите, при каком значении ИСО уровень шума станет неприемлем.

Как снимать ночью без шума

• Опишу отдельно, хоть это и частный случай.
• Снимая ночью, неопытный фотограф вынужден поднимать ISO, чтобы обеспечить короткую выдержку для съемки с рук.
• Поднятие ISO приводит к увеличению количества цифрового шума, и чем хуже матрица фотоаппарата, тем большее количества шума будет на итоговом кадре.
• Как этого избежать?
• Очень просто.

Используйте съемку на низком ISO и штатив для съемки. Также может помочь использование встроенной или выносной вспышки.

Качество снимков, полученных при использовании встроенной вспышки будет ужасным. Но описание этих страстей выходит за рамки темы этой статьи.

Как избежать шума

Из первой части статьи можно сделать вывод, что не нужно снимать на тех значениях ISO на которых появляется большое количество шума.

Стоимость фотоаппарата неважна, поскольку отодвигается порог появления шума, но не исчезает вероятность его появления.

Большое количество цветного шума начинающие фотографы добавляют в процессе обработки фотографии в Лайтруме или Фотошопе.

Добавление происходит при следующих операциях:

• Поднятие экспозиции или резкое осветление теней
• Добавление резкости
• Насыщенность цвета и изменение цвета

Поднятие экспозиции или резкое осветление теней

Начинающие фотографы пренебрегают изучением правильного экспонирования кадра, уповая на съемку в RAW формате или последующую обработку. Они полагают, что смогут вытянуть экспозицию кадра в Лайтруме или другом конвертере. Подобная тактика работает, пока речь идет о небольшой коррекции экспозиции.

При сильном программном поднятии экспозиции, в осветленных теневых участках появляется большое количество цифрового цветного шума.

Это обусловлено алгоритмами работы самой программы обработки.

Научитесь правильно экспонировать кадр. Это избавит вас от необходимости вытягивать тени, что положительно скажется на низком уровне шума.

1. Добавление резкости
2. В современной фотографии любят добавлять резкость.
3. Отчасти это связано с тем, что постобработка предоставляет возможность, а отчасти с тем, что социальные сети любят сжимать фотографии, что сказывается на резкости.
4. Не разбирающиеся в тонкостях новички избыточно повышают резкость с расчетом на будущее автоматическое понижение качества фотографии при загрузке в социальные сети.
5. Поднятие резкости увеличивает резкость всему, что есть на снимке, включая шум.
6. Чем больше вы добавите резкости, тем большее количество шума и его усиление вы получите на итоговой фотографии.

Способов увеличения резкости много. Но нет такого, который бы не увеличивал шумность снимка.

Насыщенность цвета и изменение цвета

Новички любят сильно изменять настройки цвета в фотошопе или лайтруме. Нужно учитывать, что чем сильнее изменяется цвет, тем сильнее проявляется цветной шум снимка.

Подобное происходит и при конвертации в черно-белое изображение. Сильно изменение слайдеров насыщенности, яркости или изменения цвета приводит к появлению шума в конвертированном черно-белом изображении.

Как убрать шум

• Существует огромное количество программ и плагинов, которые уменьшают цифровой шум на снимке, и рассмотрение которых выходит за пределы этой статьи.
• Я долго использовал программу шумоподавления Noiseware Professional, пока не осознал простую истину.
• Достаточно не делать ничего из того, что я описал выше или не злоупотреблять этим, и вам не придется убирать шум специально.
• Несмотря на кажущуюся простоту, это стало откровением.
• В нынешнее время у меня нет необходимости в удалении шума по причине его отсутствия.
• Достаточно уметь снимать, избегая съемки на высоких значениях ISO и правильно экспонируя кадр.
• Это универсальный способ, который работает в любых условиях и на любых камерах.

Источник: https://ghostlybear.com/osnovy-fotografii/65-shum-na-fotografiyah

Как избавиться от цифрового шума на фотографии

Шумы на фотоизображении – это извечная проблема, с которой сталкиваются, как начинающие любители фотографии, так  и профессионалы. Цифровой шум проявляется в виде отдельных светлых, темных или цветных точек, которые могут заполнять целые области на фотографии.

Владельцы мобильных телефонов, снимающие на свои гаджеты при слабом освещении, хорошо знакомы с подобной проблемой. Впрочем, и обладатели продвинутых зеркальных камер зачастую сталкиваются с тем, что на фотоизображениях проявляются контрастные точки, которые портят общее впечатление от снимков.

В этой статье мы поговорим о том, как уменьшить влияние шумов на фотографии при съемке, а также как устранить подобные мелкие дефекты изображения программными средствами.

Уменьшение шумов на фото при съемке

Нужно сразу отметить, что шумы в цифровой фотографии есть всегда и это обусловлено особенностями светочувствительной матрицы, составляющей основу любого цифрового фотоаппарата.

Однако в большинстве случаев уровень шумов настолько мал, что человеческий глаз оказывается не способным разглядеть дефекты изображения.

Но в некоторых ситуациях, особенно при съемке в условиях недостаточного освещения, цифровые шумы на снимке уже становятся хорошо заметными. Существует несколько способов уменьшить влияние шумов при съемке:

— Не использовать высокие значения светочувствительности ISO

Когда съемка происходит при слабом освещении в отсутствии вспышки, приходится повышать чувствительность матрицы, чтобы фотография получилась более светлой.

Однако чрезмерное увеличение значения ISO в настройках фотоаппарата приводит к тому, что изображения становятся слишком шумными.

Влияние значения ISO можно оценить на примере, по зоне фотографии внутри красного овала (кликабельно):

Хотя производители фототехники в настоящее время упорно работают в направлении уменьшения уровня шумов для высоких значений ISO, тем не менее, не стоит бездумно использовать расширенный диапазон  светочувствительности.

Лучше выбирать минимально возможное или среднее значение ISO, и только после пробных фотографий делать соответствующие выводы о необходимости повышения чувствительности матрицы.

Таким образом, увеличивать значение ISO следует только тогда, когда в этом действительно существует необходимость.

В условиях недостаточного освещения старайтесь применять светосильные объективы или вспышку. Что касается оптики, то чем шире будет открыта диафрагма, тем короче можно будет сделать выдержку. Все это позволит делать более качественные фото при слабом освещении без необходимости серьезно повышать значение светочувствительности ISO и, тем самым, увеличивать риск проявления шума.

— Снимайте со штатива

Это особенно актуально для тех ситуаций, когда Вы снимаете какие-либо статические объекты в условиях низкой освещенности.

Использование штатива позволит установить настройки чувствительности сенсора фотокамеры на их наименьшее значение, что, в свою очередь, снизит вероятность проявления цифрового шума на снимках.

— Предохранение фотокамеры от перегрева

Не секрет, что цифровой шум начинает проявляться сильнее при нагреве сенсора цифровой камеры. Здесь действует простое правило – чем выше температура матрицы, тем больше шумов на фотоизображении. В этой связи старайтесь подолгу не снимать в условиях жары,  повышенной влажности и действия прямых солнечных лучей, а также не использовать без особой надобности слишком длительные выдержки.

Кроме того, учитывайте тот факт, что при использовании режима LiveView в цифровых зеркальных фотоаппаратах светочувствительная матрица работает не только во время экспонирования кадра, но и чуть дольше, что может приводить к ее дополнительному нагреву. Поэтому не стоит злоупотреблять съемкой в этом режиме, дайте сенсору своего фотоаппарата время на то, чтобы остыть.

— Съемка в RAW

Снимать предпочтительнее в формате RAW. Этот формат содержит больше информации, чем JPEG, соответственно у Вас появляется больше возможностей для получения качественного снимка. Кроме того, Вы сможете уменьшить шумы на фотоизображении уже при конвертировании RAW-файлов посредством программного обеспечения для обработки снимков.

Современные цифровые фотоаппараты оснащаются различными функциями шумоподавления, однако используемые в них программные алгоритмы далеки от совершенства и не всегда корректно подавляют шум.

К тому же, если Ваш фотоаппарат уже удалил часть шумов, это может затруднить последующую обработку и доводку фотографии на компьютере.

Как удалить шум на фотографии в фотошоп

Пользуясь возможностями одного из графических редакторов, можно спокойно удалить цифровой шум с фотографии. В Adobe Photoshop эта процедура обычно выполняется через штатный фильтр Reduce Noise (через меню Filter — Noise – Reduce Noise). Перед тем, как обрабатывать снимок, необходимо открыть его в Photoshop и продублировать (Layers – Duplicatelayer). Благодаря этому в конце работы по удалению шумов Вы всегда сможете сравнить оригинал с обработанным снимком. После открытия фильтра Reduce Noise Вы начинаете работать в режиме (Basic), где будут доступны следующие параметры:

— Интенсивность или сила (Strength). Данный параметр обеспечивает уменьшение шумов светимости – чем правее Вы двигаете ползунок, тем сильнее будет ослабевать шум. Главное тут не переусердствовать, чтобы вместе с цифровым шумом с фото не исчезли различные мелкие детали.

— Сохранить детали (Preserve Details). С помощью регулирования этого ползунка Вы можете восстанавливать исчезнувшие мелкие детали фотоизображения, но при этом учтите, что на фото будет возвращаться и шум.

Здесь Вам придется найти оптимальный баланс между тем, чтобы оставить мелкие детали фото и смириться с присутствием определенного уровня шума  и тем, чтобы полностью устранить шумы, смирившись с потерей некоторых деталей.

— Уменьшить шумы цветов (Reduce Color Noise). Этот параметр используется для устранения цветных пятен с фото.

— Детали резкости (Sharpen Details). С помощью данной опции можно попытаться восстановить резкость фотоизображения, которая, естественно, ухудшается с уменьшением цифрового шума.

Поэкспериментируйте с настройками, после чего переходите к дополнительному режиму этого же фильтра (Advanced). Тут Вы можете уменьшить шум в отдельно взятом канале благодаря вкладке «На канал» (Per Channel). Для каждого канала доступно изменение все тех же вышеупомянутых параметров «Интенсивность» и «Сохранить детали».

Подберите оптимальные настройки фильтра для конкретного фотоизображения.

Если Вам необходимо избавиться от так называемого яркостного шума, то есть от небольших элементов на фото, имеющих различия в яркости, то можно начать со следующих установок: Интенсивность – 9 — 10, Сохранение деталей – 3 — 6%.

В случае же если Вы имеете дело с хроматическим шумом (наличием цветных пятен на фотографии), то можно установить следующее значение Reduce Color Noise – 70 – 100%.

В заключении стоит отметить, что степень проблемы цифрового шума на фотоизображениях зачастую преувеличивается самими фотографами, которые просто не желают видеть каких-либо «дефектов» на своих снимках.

Однако нужно помнить о том, что рассматривая снимок в 100-процентном масштабе на мониторе компьютера, Вы будете видеть шумы несколько раз большие по площади, чем на той же фотографии, размещенной, например, в онлайновом фотоальбоме. Вдобавок к этому, каких-либо универсальных  алгоритмов удаления шума в настоящее время не существует.

Это значит, что подавление шума или его устранение программными средствами так или иначе приводит к частичной потере мелких деталей, ухудшению точности цветопередачи и резкости фотографии.

Поэтому не нужно стремиться к тому, чтобы всегда полностью удалять шум на своих фотоизображениях, в большинстве случаев будет достаточно и его простого уменьшения до приемлемого уровня. Хотя если Вы планируете заниматься коммерческой или стоковой фотографией, то Вам придется более строго относиться к технической стороне снимков и подобным мелким дефектам фотоизображений.

Источник: http://www.fotokomok.ru/kak-izbavitsya-ot-cifrovogo-shuma-na-fotografii/