Цифровая азбука. Часть 7. ЦИФРОВОЙ ШУМ.

Вопрос, как получить качественную фотографию, считается одним из самых главных с тех самых пор, когда фотография только-только появилась на свет, а это произошло ни много, ни мало уже более ста лет назад. Одним из аспектов качества является так называемая зернистость изображения.

Когда единственным носителем информации, где «оседала» картинка, была пленка, фотограф мог бороться с зернистостью только двумя способами – использовать мелкозернистые пленки с низкой светочувствительностью или специальные проявители, разработанные для минимизации этого явления. Обычно зернистость пленки возрастает в результате использования более высокочувствительных кристаллов галогенида серебра, которые применяются для повышения светочувствительности пленки. Сегодня проблема снижения зернистости решается в основном на стадии производства пленки: специально разработанная технология позволяет сделать кристаллы серебра более плоскими, благодаря чему сохраняется высокая светочувствительность пленки и одновременно уменьшаются размеры «зерна». Тем не менее «зерно» все же бывает заметно, особенно при печати фотографий большого формата.

Цифровая фотография несколько усложнила эту проблему, столкнув фотографа с двумя другими явлениями – с так называемым шумом цифровой фотокамеры и с шумом (помехами), возникающими в результате сжатия файлов изображений.

Шум в той или иной степени присущ практически всем изображениям, снятым цифровыми фотоаппаратами. На его появление влияет электроника камеры; появляется шум и в результате обработки сигнала, который создается при попадании света на светочувствительный сенсор (как известно, этот сигнал конвертируется из аналоговой формы в цифровую). Словом, помехи изображения вызываются несколькими факторами, но наиболее существенными, о которых нужно помнить, являются светочувствительность сенсора (матрицы) и выдержка. Например, на теневых участках недоэкспонированных снимков, а также на снимках, снятых с длинной выдержкой (в среднем более 1 секунды), или при установке высокой светочувствительности ISO (как правило, выше ISO 200), обычно можно заметить цветовые артефакты (своеобразный аналог «зерна» пленки) – небольшие, чаще всего разноцветные прямоугольные или неопределенной формы точки, ухудшающие качество изображения. Хорошо освещенные участки изображения это явление в большинстве случаев не за-трагивает: шумы практически незаметны или, как правило, неразличимы невооруженным глазом.

Так же, как и в случае с пленкой, помехи возрастают с ростом светочувствительности сенсора. Разница лишь в том, что зернистость – величина фиксированная для каждой пленки, а светочувствительность сенсора в большинстве цифровых фотоаппаратов можно менять самостоятельно (в меню, как правило, предлагается несколько установок ISO). Удобство очевидно: не нужно покупать пленки разной чувствительности и заботиться о том, в каких условиях освещения ее лучше использовать. Выбор светочувствительности «пленки» в цифровом фотоаппарате занимает считанные секунды, а значения ISO аналогичны значениям ISO фотопленки. Соотношение здесь простое: чем меньше светочувствительность, тем медленнее реагирует сенсор фотокамеры на свет.

Чаще всего фотолюбитель оставляет выбор светочувствительности автоматике камеры и пользуется автоматической установкой «Auto». В таком случае ISO находится в пределах от 50 до 150 (средние границы для фотоаппаратов потребительского класса). Более опытные фотографы могут воспользоваться отдельными установками светочувствительности, чаще всего это ISO 50, 100, 200, 400; некоторые фотокамеры предлагают ISO 800 и даже ISO 1600, их можно выбирать вручную. Такие установки существенно расширяют творческие возможности фотографа – в частности, позволяют сократить выдержку (можно снимать без штатива в условиях слабого освещения) и уменьшить диафрагму (увеличивается глубина резкости изображения). Очень часто это помогает добиться желаемого результата, например, если вы хотите получить оригинальный кадр или снимок при недостаточном освещении, и даже «вытянуть» сложные кадры. Снимки, приведенные справа, показывают, как с увеличением светочувствительности меняется выдержка и вместе с ней по-разному передается эффект падающей воды.

Более короткая выдержка (см. фото ниже), полученная при установке ISO 400, помогла избежать смаза изображения, который заметен при ISO 50. Здесь при недостаточной освещенности сюжета увеличение светочувствительности было единственным способом уменьшить выдержку и получить резкий кадр. Кстати, выдержки длиннее 1/30 секунды, как правило, уже «опасны» для общей резкости кадра: слишком велик риск получить смазанную картинку. Для таких выдержек необходим штатив, а для цифровых фотоаппаратов эта проблема крайне актуальна, учитывая компактность и легкость большинства моделей потребительского класса. Но согласитесь, немногие фотолюбители «горят желанием» таскать за собой штатив, даже небольшой. Так что в некоторых случаях повышение светочувствительности матрицы сыграет роль своеобразной «палочки-выручалочки».

Впрочем, за все приходится платить, и в данном случае платой является возросший уровень шума, хотя на приведенных кадрах он вполне приемлем. Вообще-то, если вы обычно печатаете фотографии стандартного размера 10х15 см, проблема эта, возможно, вас и не коснется (зависит от того, насколько высок уровень шума). А вот при печати снимков большего размера (скажем, 15х20 или 20х30 см) шум будет практически неизбежен. Поэтому, выбирая при съемке светочувствительность и выдержку, учитывайте ваши запросы в отношении размера отпечатков.

Конечно, всегда лучше использовать самую маленькую из возможных установок ISO. Высокая светочувствительность и шум – «неразлучная пара», и одно всегда сопутствует другому. Но когда увеличение светочувствительности способно спасти кадр, приходится идти на компромисс.

Другой важный параметр, влияющий на уровень шума, – выдержка. Особенно заметны шумы на снимках, сделанных с длинной выдержкой: чем длиннее выдержка, тем выше уровень шума. Это, как правило, ночная съемка и кадры, снятые без вспышки при слабом освещении. И хотя большинство современных цифровых фотокамер потребительского класса (не говоря уже о профессиональных) имеют функцию снижения шума, которая активизируется при выдержках в среднем более 1 секунды, помехи изображения все-таки бывают видны, более того, они способны реально подпортить общее впечатление.

Другой распространенный вид цифрового шума – помехи, сопутствующие сжатию изображения, – возникает при использовании сканеров. Дело в том, что при сканировании и последующей записи файлов данные обычно сжимаются для экономии места на носителе информации, что и вызывает появление шума. И чаще всего он проявляется при увеличении изображений – в виде разноцветных неровных, зазубренных или прямоугольных точек (кластеров).

В принципе, в настоящее время нет идеального решения, позволяющего устранить шум полностью. Есть лишь способы, позволяющие снизить его в той или иной степени. Да и восприятие качества – вещь довольно субъективная, ведь у каждого человека свои критерии. Поэтому остается лишь экспериментировать и выбирать, какой из способов, а может, даже их комбинация, будет оптимальным для вас.

Что касается шума, «производимого» цифровыми фотокамерами, то для борьбы с ним предлагаются в основном программные средства – разнообразные инструменты в компьютерных программах, служащих для редактирования цифровых изображений. Подробный разговор об этом – тема отдельной статьи, поэтому остановимся лишь на ключевых моментах.

Минимизация помех займет считанные секунды, если вы воспользуетесь популярной программой ACDSee (за эту опцию отвечает функция «Despeckle»). Только вот результат далек от идеала: картинка в большинстве случаев получается слишком «мягкой». Быстро снизить шум поможет и функция «Remove Noise» в программе Corel Painter или «Smart Blur» в программе Adobe Photoshop. Для того чтобы получить более высокое качество изображения, потребуется чуть больше времени и «Color Picker» – инструмент, позволяющий выбрать цветовые области с наибольшим шумом. Используя зум для увеличения изображения, можно тщательно изучить картинку и точнее определить местонахождение «проблемных» зон, а также тех областей, которые не нуждаются в обработке. Коррекция осуществляется с помощью фильтров «Smart Blur» и «Scratch&Dust». Иногда приходится сталкиваться с несколькими уровнями шума, в этом случае к помощи «Color Picker» придется прибегать несколько раз и в областях с меньшим уровнем шума выбирать уже другие установки фильтров. Снизить цифровой шум в областях со сложной специфической цветовой структурой поможет «волшебная палочка» Magic Wand – инструмент, позволяющий точно выбрать области изображения, нуждающиеся в коррекции. Вспомогательная функция «Polygonal Lasso» обеспечит надежный контроль и поможет исключить случайно захваченные детали изображения, которые вы хотите оставить без изменения. Выбранные участки корректируются с помощью все тех же фильтров «Smart Blur» и «Scratch&Dust» (к корректировке также можно прибегать неоднократно, в зависимости от уровней шума).

Менее известная, но достаточно эффективная программа SilverFast HDR имеет функцию отбраковки, которая позволяет установить фильтр на такое значение dpi, которое лучше всего соответствует шуму изображения. Например, установка «50 dpi» оптимальна для изображений с большой зернистостью (если корректируется отсканированная картинка) или с высоким уровнем шума (если вы имеете дело с файлом, записанным цифровым фотоаппаратом), а установка 133 dpi – для менее проблемных изображений. Программа оперирует с глубиной цвета до 48 бит и позволяет сразу же вывести результаты обработки на экран и сравнить их с оригиналом.

Шум в цифровых файлах с низким разрешением (как отсканированных, так и оригинальных, записанных цифровыми фотокамерами) особенно заметен при увеличении изображений для печати. Такие помехи, как уже упоминалось выше, называются «шумами сжатия», и для борьбы с ними следует привлечь специально разработанную программу рекурсивного сжатия Genuine Fractal Print Pro. Она позволяет сохранить изображение в виде рекурсивного файла, а затем увеличить его до нужного размера, после чего программа проанализирует данные кластеров шума и перемешает их, сглаживая и стирая различия цветов и оттенков. Помехи в результате такой операции значительно снижаются. И хотя при этом в какой-то степени снижается резкость изображения, ее можно восстановить – при помощи соответствующих функций и инструментов.

На качество изображения, снятого на обычную фотопленку, а затем оцифрованного с помощью сканера, оказывают влияние не только цифровые помехи, неизбежно возникающие при сжатии файла, но и зернистость самой пленки. В этом случае снизить зернистость пленки помогут опять-таки программные средства, например так называемое «Меню каналов» (Channels Menu). При загрузке этого меню вы получаете доступ к RGB-каналам: красному, зеленому и голубому. Если «пройтись» по каждому каналу, то обнаружится, что один из них (чаще всего голубой) отличается большей зернистостью по сравнению с другими. Выбрав его, можно использовать уже знакомые нам фильтры «Smart Blur» или «Scratch&Dust» для снижения общей зернистости канала. Затем такие же манипуляции пропорционально осуществляются и в других каналах. Для того чтобы максимально проконтролировать этот процесс и добиться оптимальных результатов, рекомендуем работать в дублированном слое, который затем можно «наложить» на фон (для более точного соответствия вашим индивидуальным требованиям).

Понятно, что далеко не каждый фотолюбитель захочет вникать во все тонкости коррекции изображения на компьютере. Но и в этом случае выход есть: к вашим услугам фильм-сканеры, которые предлагают, пожалуй, самое простое и удобное решение, позволяющее снизить зернистость пленки при оцифровке. Оптимальным выбором здесь будут фильм-сканеры, оснащенные технологией Grain Enhancement Management (GEM) от компании Applied Science Fiction. Digital GEM является составной частью уникальной технологии Digital ICE, которая позволяет получить максимально высокое качество при сканировании цветных негативов и слайдов, даже если они имеют повреждения и царапины, или потеряли свой первоначальный цвет, или имеют повышенную зернистость. Сканеры, оснащенные пакетом Digital ICE, автоматически обеспечивают высокое качество изображения; затраты сил и времени при этом – минимальны.

Digital GEM эффективно снижает зернистость, вызванную особенностями эмульсии пленки, автоматически повышает чистоту и прозрачность сканируемого изображения, одновременно сохраняя все его цвета, оттенки и резкость. Это осуществляется путем пошагового анализа индивидуальной структуры зернистости пленки (пиксель за пикселем) и выделения всех данных, относящихся к качеству изображения, цвету и резкости. Затем с помощью специально разработанных алгоритмов «зерно» удаляется из итоговой записи изображения. При этом оригинальное изображение не подвергается каким-либо изменениям (например, не теряет своей четкости, цвета и т. п.), так как технология основана исключительно на программном обеспечении, и при сканировании вы получаете «просто напросто» усовершенствованный оригинал.

В список самых популярных сегодня фильм-сканеров, предлагающих пакет Digital ICE, входят Minolta DiMAGE Scan Multi PRO и «тройка» от Nikon: Super Coolscan IV, Super Coolscan 4000 и Super Coolscan 8000. И хотя при их использовании изображения могут получиться чуть «мягче» тех, что сканировались на обычном сканере без применения этой технологии, а процесс сканирования с использованием технологии GEM немного увеличивает время обработки изображения, результаты, без сомнения, того стоят.