Tutorial

Cauta in Foto-Magazin:
 


Aparitii editoriale


Expunerea
[click]  

Compozitia
[click]  

Lumina si iluminarea
[click]  


O varza fotogenica
[click]  

Bill Jay Confesiuni
fotografice
[click]  

 

 

Despre zgomotul din imaginile digitale

1. Introducere
Zgomotul din imaginile digitale este similar cu zgomotul de fond ce apare in boxele unui ampificator chiar si cand nu exista semnal de intrare sau cu "purecii" care apar pe ecranul TV-ului cand semnalul de radiofrecventa este slab. Deoarece aparatele foto digitale contin numeroase componente electronice, acestea genereaza semnale electrice parazite, nelegate de imaginea propriuzisa dar peste care se suprapun si care ajung pana in imaginea care va fi stocata. Folosirea pentru fotografiat a unei camere foto D-SLR, care are un senzor mai mare si un procesor care poate aplica algoritmi sofisticati de reducere a zgomotul din imagini, conduce la obtinerea de fotografii practic fara zgomot.


Canon_400d_1600.jpg


Fotografie realizata cu Canon 400D la 1.600 ISO


Camerele foto digitale compacte, care au un senzor mai mic si procesoare mai simple, produc imagini mai zgomotoase, in special la sensibilitati mari. Fiecare fotosit al senzorului este in fapt o componenta electronica, capabila sa transforme lumina incidenta in semnal electric. Dar chiar si in absenta luminii, va apare un slab transfer de electroni, care se va transpune intr-un semnal electric chiar daca foarte slab. Fiecare fotosit va genera propriul semnal electric, diferit de la unul la altul.


O masura a zgomotului din imagine poate fi calculat cu Adobe Photoshop, in fereastra Histogram (Expanded View).


Canon_400d_1600_dev_std.jpg


Zgomot mare (deviatia standard=19%) intr-o zona monotona
din imaginea precedenta.
Canon 400D la 1.600 ISO


Comprimarea imaginilor in JPEG-uri, pentru a fi salvate pe carduri, introduce noi artefacte, de exemplu suprafetele uniforme vor capata un aspect granulat.


2. Raportul semnal-zgomot
Raportul dintre nivelul semnalului util si nivelul zgomotului (Raportul semnal/zgomot sau Signal-Noise Ratio, SNR) masoara calitatea imaginii. Un SNR mare permite vizualizarea celor mai fine detalii ale subiectului. Intr-o fotografie cu un SNR mic, zgomotul ineaca detaliile fine iar calitatea imaginii se reduce. Sa ne inchipuim doi prieteni conversind intr-o piata publica. Semnalul util reprezinta conversatia dintre cei doi, zgomotul fiind reprezentat de galagia din piata. Daca piata se aglomereaza, galagia creste iar cei doi prieteni se inteleg din ce in ce mai greu.


3. Tipuri si cauze de zgomot in imaginile digitale
a) Zgomotul termic (dark current noise) - lumina care cade pe suprafata unui fotosit este transformata in semnal electric; datorita imperfectiunilor tehnologice, chiar si in absenta vre-unui foton incident, fotositurile produc curent, de aceea denumit Dark Current Noise. Acest curent este produs de aparitia aleatorie de electroni si de goluri in masa semiconductoare si depinde de temperatura inconjuratoare (creste o data cu agitatia termica), de aceea acest tip de zgomot devine foarte important in fotografia in infrarosu.


Dark_noise.gif



Fotografie realizata cu Canon 400D la 1.600 ISO cu capacul pe obiectiv
Detaliu la 400%, RGB si pe canalele R, G si B


Zgomotul termic variaza in intensitate de la un fotosit la altul si reprezinta principala componenta a zgomotului din imaginile digitale. Zgomotul termic depinde de doi parametrii: temperatura inconjuratoare si timpul de expunere si este direct proportinal cu acestia. De aici s-au desprins doua solutii:
- pentru a reduce zgomotul termic, la senzorii de inalta calitate, se folosesc dispozitive de racire (de exemplu cu azot lichid, pentru senzorii folositi in astrofotografie: o scadere a temperaturii cu 5 grade Celsius duce la injumatatirea zgomotului termic si practic la anularea lui la temperaturi sub - 30 grade);
- o a doua solutie este aplicabila si pentru camerele foto digitale obisnuite, pentru cazurile care necesita timpi lungi de expunere, deci mult zgomot termic: imediat dupa expunerea cadrului, se realizeaza o a doua expunere, cu capacul pus pe obiectiv dar pastrind acelasi timp de expunere si aceeasi sensibilitate ISO. Se obtine un cadru care contine doar informatii despre zgomotul termic (Dark Frame) si care este folosit ulterior pentru a extrage zgomotul din primul cadru.


b) zgomotul de citire - fotositul expus la lumina produce un curent foarte mic; acesta este preluat de amplificatoare si convertit de convertoare analog-digitale. Datorita variatiilor in functionarea unui amplificator in timp, un fotosit expus repetat la aceeasi cantiate de lumina, va produce semnale electrice de nivele usor diferite (Readout Noise). Zgomotul de citire apare ca urmare a celor doua procese:
- zgomotul propriu al amplificatoarelor de semnal analogic si
- zgomotul propriu al convertorului analogic-digital.
Zgomotul de citire este independent de timpul de expunere la lumina al senzorului si este prezent chiar si in cadrele luate cu capacul montat pe obiectiv (dark frame). In cadrele expuse in conditii obisnuite de iluminare, zgomotul de citire este dominant in zonele intunecoase.


c) Zgomotul cu model constant. Intre fotositurile din compunerea unui senzor exista mici diferente fizice (suprafata ocupata, grosimea stratului de siliciu, etc) si electrice (variatii ale dopajului siliciului de la un fotosit la altul, rezistente diferite, variatii ale interferentelor, etc). Ca urmare, un fotosit va produce constant un semnal usor diferit de fotositul invecinat. Senzorii CCD au cate un amplificator pe fiecare canal de citire, in timp ce senzorii CMOS au cate un amplificator pe fiecare pixel. Datorita unor mici variatii, fiecare amplificator va produce sistematic rezultate usor diferite in raport cu celelalte, introducind si ele zgomot. Deoarece diferentele receptie si de amplificare sunt constante de la un cadru la altul, reducerea acestui tip de zgomot, denumit Fixed Pattern Noise, este cel mai simplu de anulat de procesorul camerei.


d) O alta sursa de "zgomot" este fotonul insusi! Luind in considerare caracterul de particula al fotonului, in timpul expunerii, un numar de fotoni va traversa obiectivul si va fi colectat de fiecare fotosit. Dar caracterul dual al fotonului (unda - particula) arata ca nu se poate determina cu precizie ce numar de fotoni va cadea pe o anumita suprafata, si doar estima statistic o medie si o abatere standard. Asadar, expunind un fotosit pentru perioade de timp egale la o lumina de intensitate constanta, numarul de fotoni incidenti variaza de la o expunere la alta. Variatia este cu atat mai mare cu cat mai multi fotoni cad pe suprafata unui fotosit; deoarece distribuitia este de tip Poisson, variatia este proportionala cu radacina patrata a numarului de fotoni pe unitatea de suprafata, de exemplu o dublare a numarului de fotoni duce la o crestere a variatiei de 1,4 ori. Dar, deoarece ceea ce conteaza este raportul semnal-zgomot, calitatea imaginii creste: semnalul se dubleaza, in timp ce zgomotul creste doar de 1,4 ori.


e) Orice senzor fabricat in zilele noastre are mai multe milioane de fotosituri, fiecare fotosit avind numeroase contacte si circuite de control, amplificare, conversie, etc. Datorita tehnolgiei extrem de complicate implicata in productie, exista probabilitatea ca unele fotosituri sa prezinte defecte de fabricatie: fie un contact intreupt pe lantul de date, fie un scurtcircuit. Contactul intrerupt va duce la absenta semnalului electric corespunzator acelui fotosit, indiferent de cantitatea de lumina la care este expus, iar in imagine va apare, la coordonatele corespunzatoare acelui fotosit un pixel constant negru (dead pixel, pixel mort).


Dead_pixel.jpg


Pixeli morti (dead pixel)


Scurtcircuitul pe lantul de date va conduce la aparitia unui semnal maximal, indiferent de cantitatea de lumina la care este expus fotositul, iar in imagine va apare un pixel alb, constant, pe toate cadrele (hot pixel, pixel alb).


Hot_pixel.jpg


Pixeli in scurtcircuit (hot pixel)


Pe un wafer de siliciu apar un numar aproximativ constant de "defecte". Dintr-un vafer se obtin, prin taiere, mai multi sau mai putini senzori, in functie de suprafata acestora. Cu cat senzorul este mai mic, cu atat riscul de a prezenta un defect este mai mic, si invers, cu cat senzorul este mai mare, cu atat riscul unui fotosit defect este mai mare. Normele de calitate impun un numar maxim de pixeli defecti pe suprafata unui senzor; depasirea numarului de pixeli defecti duce la rebutarea acelui senzor (rebut care se reflecta totusi in pretul de productie). Prin urmare, productia de senzori de mici dimensiuni are, din acest punct de vedere, o rata mai mare de succes.


In ultima vreme, cresterea puterii de calcul a procesoarelor care coordoneaza camerele foto digitale a permis implementarea unei functii de mapare a fotositurilor. Deoarece fotositurile defecte produc constant rezultate eronate, prin functia de mapare, procesorul identifica coordonatele acestor fotosituri si, in procesul de conversie a imaginii, va inlocui semnalul eronat al fotositului defect cu o medie a semnalelor fotositurilor invecinate. Aceasta procedura este "mascata" de majoritatea producatorilor sub numele "Noise reduction". O imagine ne-cosmetizata a corectei functionari a pixelilor din senzorul dvs. poate fi obtinuta doar analizind imaginile in format RAW.


mascarea_hot_pixel_in-JPEG.jpg


Mascarea unui hot pixel in timpul comprimarii JPEG (crop 3.000%)


In schimb, in imaginile JPEG, aceste defecte sunt "compensate" de procesele de interpolare si compresie.

 



© Calin-Stefan Ragalie
iulie, 2010
Foto-Magazin.ro

 


Bookmark and Share

Comentarii:

Ancuta T. - 05 Aug 2010, ora 19:08
Interesant, multummim!

Vali Goaga - 08 Sep 2010, ora 17:43
Foarte util, multumiri!

Fabian Gabor - 04 Dec 2010, ora 19:16
Nu stiam ca se poate masura nivelul zgomotului in Photoshop. Multumesc pentru informatie. Puteai sa mai adaugi ceva informatii despre zgomotul de luminozitate si de culoare. Din experienta mea zic ca fotografiile color au mai mult zgomot decat cele alb-negre.

dinosaur victrola - 02 Apr 2011, ora 21:14
Photoshop e bun dar cea mai buna masura antizgomot se ia inainte de a face poza. Folositi ISO cit mai mic.

Sorin D. - 17 Feb 2012, ora 21:44
Concis si la obiect.Sunt totusi in continuare nelamurit de ce ar fi de preferat:activarea noise reduction in meniul ap. foto?ori prelucrarea ulterioara cu ajutorul unui program de editare?

cristian a. - 31 Jul 2012, ora 17:28
complimente pt munk dvoastra dle. Pt mine a fost de mare ajutor acest articol

Lasa un comentariu:

nume*:
Nu sunt permise decat mesaje cu continut relevant si in tema cu subiectul articolului.
NOTA: Campurile marcate cu * sunt obligatorii.

e-mail (nu va fi facut public)*:

website (fara http://):

comentariu*:

trimite


Aveti un articol interesant? Il asteptam pe adresa office@foto-magazin.ro. Redactia evalueaza articolele primite si premiaza cel mai bun articol publicat in luna precedenta cu suma de 50 RON.
Ultimele 5 subiecte din forum care au primit raspunsuri:

Zvonuri despre
obiective »

   de Dorian
   ieri, la ora 11:29
Rumoare la Canon 2 »
   de Dorian
   acum 5 zile, la ora 08:30
Rumoare la Nikon »
   de Nikon
   acum 6 zile, la ora 10:08
procesare RAW? »
   de Nikon
   acum 7 zile, la ora 08:38
Bancuri cu si
despre fotografi »

   de Avram
   acum 8 zile, la ora 20:18

Pana acum, cei 9631 de utilizatori au scris 127208 mesaje.

 

 


Site-ul include cookie-uri. Detalii aici

Politica de confidentialitate