Главнаявсякое → Шумы на снимках цифровых камер (результаты тестов)
6 399 просмотров
В этой статье 884 слов.
Bukvus - отправка ошибок

Шумы на снимках цифровых камер (результаты тестов)

Здравствуйте, друзья!

Тема «шумов» на цифровых снимках это тема которая нас всех волнует т.к. ошибки экспозиции или желание фотографа показать детали в тёмных областях снимка ведут нас к осветлению изначально темного снимка и из ТЬМЫ появляются ШУМЫ :)

Шумы на снимках цифровых камер (результаты тестов)

Сегодняшняя моя статья будет краткой (но наглядной и важной!) т.к. и без того немало сил вложено в измерения, приспособление скрипта графиков и чтение огромного количества литературы по теме. Всё не охватить, у меня еще заготовлено для вас много интересной информации, в том числе в переведённом с английского языка виде.

Шумы на снимках цифровых камер (результаты тестов)

Все ваши конструктивные замечания по теме я учту и отвечу т.к. на первый взгляд всё просто, но чем глубже вникаешь, тем сложнее.

к содержанию ↑

Итак, ШУМЫ

Существует много типов «шумов», которые влияют на цифровое фотографическое изображение.

Краткое описание шумов приведённое мной здесь основано на статье Emil Martinec, профессора по физике в университете Энрико Ферми и колледже университета Чикаго и других сходных статьях.

к содержанию ↑

Фотонный шум

Шумы на снимках цифровых камер (результаты тестов)

Свет состоит из отдельных сгустков энергии названных фотонами. Фотоны попадают на светочувствительный элемент в разное время и разные точки. Из-за этой неравномерности мы получаем разные результаты в разных сенселях и можем говорить о том что световой поток шумит (у нас нет единого уровня света, он всё время неоднородный по площади сенсора). Чем больше фотонов попадает на сенсель, тем лучше отношение сигнал / шум (SNR) благодаря которому мы можем высветлять картинку без видимого шума.
Важно: фотонный шум возникает при наличии света. Если я плотно закрою объектив крышкой, то фотонного шума на чёрном кадре не будет.

Подробнее..

к содержанию ↑

Шум чтения.

Зависит от электронной начинки камеры. Это процесс измерения количества попавшего на сенсель света и перевод этого значения в цифровой вид. Касается как качества сенселей, так и качества АЦП и потерь на электрической обвязке. Т.е. это тот «шум», который генерирует сама фотокамера.

Подробнее..

Шумы на снимках цифровых камер (результаты тестов)

к содержанию ↑

Структурный шум (бандинг)

Структурный шум это разновидность шума чтения, но мы выделим его в отдельную категорию т.к. он визуально может быть отличим от других видов шума.
Человеческий глаз легко различает узоры и потому мы замечаем повторяющиеся рисунки на общей картине шумов.

Подробнее..

к содержанию ↑

Тепловой шум

Тепловой шум связан с нагревом сенсора. Чаще всего проявляется на длинной выдержке когда сенсор нагревается, выдержки примерно с минуту и более.
Особенно проявляются «горячие» пиксели, которые в обычных условиях не видны.

Кроме того тепловой шум генерирует нагрев усилителя сигнала, он виден как свечение.

Шумы на снимках цифровых камер (результаты тестов)

Nikon D800, свечение в нижней части кадра

Подробнее..

к содержанию ↑

Неоднородность сенселей

Характеристики отдельных сенселей отличаются т.к. нет ничего идеального и таким образом измеренное ими количество фотонов тоже отличается.

Подробнее..

к содержанию ↑

Ошибки дискретизации

Округление значений до целочисленных, влияет слабо.

Подробнее..

к содержанию ↑

Резюме по шумам

Из всех типов «шумов» нас будет больше волновать шум чтения т.к. во-первых, он играет наиболее важную роль при слабом сигнале в тенях (это те самые тени, которые мы собрались «вытягивать»), а во-вторых, мы можем его уменьшить выбрав камеру, которая меньше «шумит».

Для того чтобы выделить шум чтения мы закрываем объектив или байонет камеры крышкой (лучше байонет), ставим выдержку 1/125 sec, диафраму f8 и наименьшее ISO.
Если мы делаем наши измерения с объективом, то поставьте его на метку бесконечности и используйте телеобъектив чтобы не было виньетирования. Для той же цели мы прикрываем диафрагму.

Снимаем в RAW на всех значениях ISO с интервалами 1/3 EV, т.е. 100, 125, 160, 200 и т.д.

На разных фотокамерах наименьшее ISO отличается. Минимальное я пока нашёл ISO 31 у Nikon D850.

к содержанию ↑

Графики шума чтения

Ввиду того что в блоге окошко для отображения графиков мелковато я предлагаю посмотреть их по ссылке (на моём же сайте)

Данные по камерам будут мной время от времени пополняться и они будут еще быстрее пополняться, если вы увидите что вашей камеры в списке нет, сделаете серию снимков по моему описанию (закрытый крышкой байонет, выдержка 1/125s, диафрагма f8 и изменение ИСО от минимума до максимума с шагом 1/3 EV. Все снимки в RAW), выложите куда-то в облако (Яндекс.Диск или подобное) и пришлёте мне ссылку на di@vargone.ru. И я буду признателен и всё фотографическое сообшество!

Данные по тем камерам, которые уже есть среди протестированных я тоже принимаю, по ним я построю график колебания шумности в пределах одной модели фотокамеры. Пока все дублирующиеся камеры которые я проверял, что старые, что новые, «шумят» очень близко в пределах одной модели, но кто знает? Может именно ваша камера отклоняется от заводских норм...

к содержанию ↑

Итоги и выводы

Сегодняшняя заметка касается в основном желающих вытаскивать детали из теней и я знаю, что таких фотографов много. Хороший способ иметь мало шумов на снимке это не вытаскивать тени, оставляя их там где они есть. Вот темно под скамейкой и правильно. Свет туда не попадает, ничего интересного там нет — оставьте, пусть будет темно. А если «вытаскивать», то вот они шумы, в полном объеме.

С шумом чтения можно бороться если делать «темновой» кадр и вычитать его из следующего. Так поступают некоторые современные фотокамеры. Я лично пока заметил это только за FUJI GFX 50s, которая и лидирует по низким шумам чтения среди всех остальных фотокамер.

Вот как раз про методы борьбы с шумами это следующая отдельная тема. Пару приёмов я вам расскажу.

Удачных снимков! :)

Не забывайте, пожалуйста, нажимать "поделиться" Вконтакте, Фейсбуке, Гугл+ и т.д., а также оценку 5*, если вам понравилась статья!

Оцените, пожалуйста, статью
1 балл2 балла3 балла4 балла5 баллов (43 votes, average: 4,79 out of 5)
Loading ... Loading ...

Рекомендовать

Подписаться на RSS ленту

Купить штатив Gitzo
Купить штатив или фоторюкзак Manfrotto
Купить светофильтры LEE

Хотите бесплатно получать свежие
статьи по фото?

  • - тесты обьективов и фотокамер
  • - статьи по истории фототехники
  • - секретные приемы фотосьемки
  • - проф. методы обработки в фотошопе

http://evtifeev.com


купить светофильтр B+W

Добавить комментарий

 

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong> <img src="" alt="" title="" height="" width="">

Гости могут загрузить 2 картинки (можно отметить кликами левой кнопкой мыши на названиях файлов, с зажатой клавишей Ctrl), размером не более 800KB каждая. Картинки должны быть форматов jpeg, pjpeg, png.

Шумы на снимках цифровых камер (результаты тестов): 12 комментариев

  1. А можно в двух словах про вычитание темного кадра?

    Как я понимаю это дубликат с поправкой экспозиции в минус, а как вычитание сделать одного из другого?

    Ваше мнение: Thumb up 0 Thumb down 0 Только зарегистрированные пользователи могут голосовать
  2. Эх, жаль, что еще Canon 5D Mark II. Но сравнение Первого пятака и третьего удивили. :)

    Ваше мнение: Thumb up 0 Thumb down 0 Только зарегистрированные пользователи могут голосовать
    • Александр, скоро еще несколько камер добавится и качественно переработаю материал (добавлю примеры фрагментов снимка с шумами)

      Ваше мнение: Thumb up 0 Thumb down 0 Только зарегистрированные пользователи могут голосовать
  3. Похоже, данные в вашем графике по шумам не совсем корректны. Из них следует, что шумы у Никон Д750 будто бы больше, чем у Никон Д7100. В отношении Пентакс К-1 можно вообще заподозрить зловещий заговор ))

    cloud.mail.ru/public/8cNH/GJJUwHmRB

    Ваше мнение: Thumb up 0 Thumb down 0 Только зарегистрированные пользователи могут голосовать
  4. Дмитрий, спасибо за большой и полезный труд!

    Хотелось бы также увидеть краткое описание методики, с формулами, использованными для обработки данных, если это возможно.

    Ваше мнение: Thumb up 0 Thumb down 0 Только зарегистрированные пользователи могут голосовать
    • Павел, конечно, описание методики в ближайшее время!

      Не хотел писать сразу чтобы другие сайты банально не скопировали.

      Ваше мнение: Thumb up 0 Thumb down 0 Только зарегистрированные пользователи могут голосовать
      • Я об этом не подумал. Может, тогда не надо все нюансы? Просто в общих словах — берем кадр, делаем то-то... Потому что ничего не написать о методике тоже плохо, как и написать всё

        Ваше мнение: Thumb up 0 Thumb down 0 Только зарегистрированные пользователи могут голосовать
        • Согласен!

          Если вкратце. Была такая книга «Desktop scanners : image quality evaluation / Robert Gann.».

          Там впервые (насколько знаю) было предложено оценивать шум по формуле: SNR = Mean / Std.Dev

          Предложение очень здравое и им пользуются все до сих пор.

          SNR — соотношение сигнал / шум (signal to noise ratio)

          Mean — уровень сигнала (average intensity value)

          Std Dev (Standard deviation) — стандартное отклонение (how widely intensity values vary)

          При закрытой крышке уровень сигнала ноль. А вот отклонение как раз показывает насколько камера шумит сама по себе, без фотонного шума. Т.е. если бы мы оценивали не абсолютно чёрный кадр с шумом, а реальную картинку, то использовали бы еще и Mean, чтобы можно было сопоставлять результаты измерений снимков сделанных в разных условиях освещения.

          Для оценки результатов можно использовать фотошоп, он даёт нам значения Mean и St.Dev, но тут кроется подвох... Если мы будем смотреть в фотошопе, то проявлять будет RAW конвертером, а они давно уже не нейтральны, для разных камер повышают яркость, используют шумодав и правят дисторсию _не информируя_ об этом пользователя и, как правило, эти функции неотключаемы. Т.е. ползунок шумоподавления есть, а реакции на него нет т.к. он всегда включен.

          Если RAW конвертер вмешался в обработку снимка, то результаты не могут считаться корректными. Конвертеры у многих разные (Adobe Camera Raw, Capture One, RawTherapee, Irridiant, RPP и т.д.).

          Потому я использую программу для исследования RAW файлов — RAW Digger. Он делает только демозаику с помощью бесплатной библиотеки Libraw и всё. Таким образом берутся RAW снимки на разных ISO, загружаются в RAW Digger и проводится анализ по центру кадра где нет виньетирования.

          Проверка

          Понятно, что методику нельзя использовать без перепроверки результатов. Потому кроме как тестировать на темновых кадрах я проверял проходящие через меня камеры и на обычных кадрах. Делал снимок со штатива с одинаковыми параметрами, находил однородную плашку (например, ровная серая стена здания) и измерял шум по Mean / St.Dev. Результаты пока подтверждались.

          Также я сравниваю результаты с сайтом Photons to Photons, который измеряет ДД (ДД ограничен шумамми в тенях) по той же примерно (!) методике. Результаты близкие, графики имеют изгибы в тех же местах и менее «шумящая» камера по моим тестам у них также имеет преимущество по ДД.

          Итоги и выводы

          Конечно, нужно собрать массу материала, его внимательно проанализировать и к каждому графику приложить семплы сравнения с другими камерами. Это в будущем. Но сейчас уже можно что-то говорить о «шумах» и, главное, об использовании «нечестных» способов улучшить картинку (шумодавах, инвариантном ИСО и т.д.)

          Ваше мнение: Thumb up 0 Thumb down 0 Только зарегистрированные пользователи могут голосовать
  5. Вычитание темнового кадра есть почти на всех фотоаппаратах, но по умолчанию часто выключено. Эту функцию включал даже на древних Nikon D70 и Canon 10D.

    Ваше мнение: Thumb up 0 Thumb down 0 Только зарегистрированные пользователи могут голосовать
  6. Спасибо за статью. Жду продолжения.

    У меня камера Fujifilm X-E1. Есть ли с нее равки для исследования шумов или выслать? Или эта камера не представляет интереса?

    P.S. Небольшая поправочка по физике света. В современной науке засилие бюрократии, потому до сих пор многими физиками считается, что свет это летящие фотоны, но это не так. Свет это волны, то есть колебания среды. В то, что является средой, углубляться не буду, скажу лишь, что это связано с гравитационными полями. Давайте вспомним извесный всем фотографам закон обратного квадрата, по которому интенсивность света от источника в точке пространства обратно пропорциональна квадрату расстояния до него. А теперь вспомним формулу силы тяготения между телами и забудем навсегда про фотоны.

    Ваше мнение: Thumb up 0 Thumb down 0 Только зарегистрированные пользователи могут голосовать
    • Здравствуйте!

      Все камеры которых нет в списке представляют интерес! Это база знаний и потому я там и Nikon D700 вставил и другие не самые новые камеры. Чтобы можно было увидеть технологический прогресс, который не всегда присутствует в новых моделях в аспекте шума.

      Я, конечно, не физик. И учил физику в электротехническом университете больше двадцати лет назад. Но я еще не слышал что отменили корпускулярно-волновую теорию и теперь осталась только волновая...?!

      Ваше мнение: Thumb up 0 Thumb down 0 Только зарегистрированные пользователи могут голосовать
    • Давайте не будем писать фигню! В квантовой электродинамике свет и «корпускулы» рассматриваются, как квантовые поля разных типов, имеющие, впрочем, существенные различия. Это и является современным представлением.

      Ваше мнение: Thumb up 0 Thumb down 0 Только зарегистрированные пользователи могут голосовать
Страница 1 of 11