Ingenting förstör ett skott som buller. Att veta vad som orsakar det och hur man känner igen det kan spara mycket frustration – och en del värdelösa bilder.
Det finns få saker som är så frustrerande som att märka brus i en bild medan du fotograferar men att inte kunna identifiera orsaken till problemet. I den här artikeln kommer vi att ta en djupgående titt på brus genom att först granska lite grundläggande sensorvetenskap innan vi undersöker brus i dess olika former. Så var ska man börja?
Bildbehandling.
Grundläggande bildbehandling
Buller kommer från ett par källor. Reflekterat ljus strömmar in i linsen och faller på sensorn, som är täckt av miljontals fotoplatser - eller pixlar - som omvandlar de variabla nivåerna av ljusvågorna till digitala signaler. Dessa små strömavvikelser är det som skapar bilder i moderna sensorer.
I den vanligaste sensorn för filmproduktion nuförtiden, CMOS, fäst vid varje fotoplats är en förstärkare som justerar uteffekten av varje pixel genom att skära eller öka spänningen, vilket gör bilden mörkare respektive ljusare. Användaren kan göra detta genom att justera förstärkningen eller ISO. Data från sensorn läses och pixelladdningen återställs.
När sensorinformationen läses, passerar data genom en 12-bitars analog-till-digital-omvandlare (ofta förkortad till ADC eller A/D) där variansen i spänning till varje pixel omvandlas till ett binärt värde. Dessutom sparas pixelplats och andra användardefinierade kamerainställningar som metadata i kamerans lagringsenhet.
Majoriteten av bruset kommer från sensorn eller analog-till-digital konvertering.
Vad är bildbrus?
Enkelt uttryckt är bildbrus oönskade fluktuationer i färg eller luminans som döljer detaljer i bilden du försökte ta. (Du kan se exempel på olika typer av brus på Neat Video.)
Bildbrus uppstår främst i underexponerade bilder eftersom pixlar har små ljusfluktuationer att rapportera i den avsedda bilden men överförstärks av förstärkta ISO-värden. Utöver exponering är sensorer också känsliga för en rad andra problem som skapar brus i den slutliga bilden. Värmen från sensorn eller andra yttre störningar kan också orsaka brus.
Vi kan dela in bildbrus i två kategorier:internt och störningar.
Internt brus
Bildbrus som kommer inifrån kameran har några grundorsaker. De tre huvudorsakerna är el-, värme- och sensorbelysningsnivåer.
I situationer med svagt ljus där sensorn överspänningssätts (ISO trycks in), har varje pixel mycket små ljusvågsfluktuationer att rapportera innan den förstärks. När du ser brus i dessa situationer ser du faktiskt de påverkade pixlarna som rapporterar fluktuationerna i spänningen från pixelns förstärkare över sensorn.
Störningsbrus
Faktorer utanför kameran kan också påverka brusnivåerna i den slutliga bilden. Den här typen av brus är lite ovanligare än internt brus i många moderna kameror, men det kan fortfarande påverka den slutliga bilden.
Störningsbrus är vanligtvis ganska lätt att upptäcka eftersom det ser mer ut som ett mönsteröverlägg på din bild snarare än det fladdrande som är inneboende till elektroniskt brus. Vardagliga faktorer som starka radiosändningar i området kan också orsaka elektroniskt brus – och de är lika svåra att kontrollera som kosmisk strålning.
Vilka är de vanligaste typerna av videobrus?
Intern
- Gaussiskt brus
Gaussiskt brus är en typ av sensorljud. Det är främst en bieffekt av sensorvärme. Värmen är vanligtvis ett resultat av sensorns spänning och belysningsnivåer.
Gaussiskt brus är mest märkbart som ett konstant fladdrande över en underexponerad, överspänningsram (ISO tryckt för att få exponering). I de flesta sensorer tenderar detta brus att vara blått i underexponerade bilder.
- Brus med fast mönster
Ljud med fast mönster beror vanligtvis på brister i tillverkningsprocessen för en viss sensor. Det uppstår när olika pixlar har olika nivåer av ljuskänslighet.
I video är detta brus relativt lätt att upptäcka på grund av den lilla variansen i utgångsnivåerna för påverkade pixlar. FPN rör sig inte eller pratar på det sätt som andra former av elektroniskt brus gör. Istället visas det som en överlagring av pixlar som är ljusare än den faktiska information som registreras. Det är lättast att upptäcka i svagt ljus, men andra faktorer kan också förvärra det.
- Salt- och pepparljud
Tekniskt hänvisat till som antingen "Fat-tail distributed" eller "Impulsive" brus, Salt and Pepper brus manifesterar sig som pixlar som felaktigt rapporterar ljusa avläsningar i mörka delar av bilden eller mörka avläsningar i ljusa partier. Det ser ut som döda pixlar, förutom att salt- och pepparbrus kommer att producera denna effekt slumpmässigt. Vanligtvis orsakar analog-till-digital-konvertering eller andra fel i pixeltolkningen denna typ av brus.
- Skott
Shot Noise är den huvudsakliga typen av brus i mörkare delar av bilden. Tekniskt kallad "Photon Shot Noise", den här typen av brus beror på den naturliga, inneboende variationen i fotoner som träffar varje pixel vid varje given tidpunkt, baserat på exponeringsnivån. Mer tekniskt sett orsakar "statistiska kvantfluktuationer" detta, men du förstår idén.
Skottljud är den största orsaken till "blockiteten" i skuggorna av ett underexponerat eller överspänningsskott. Vid extrema nivåer blir Shot-brus till Salt- och Peppar-brus.
- Kvantisering
Kvantisering är en term som inte är specifik för bildbrus. I huvudsak reducerar kvantisering en stor uppsättning av (vanligtvis) kontinuerligt föränderliga värden för att få ett fungerande totalsummavärde eller mindre representativ uppsättning utdata. Kvantiserare har ett visst antal möjliga utdatavärden, och allt eftersom data bearbetas avrundas det effektivt till ett av dessa värden.
Kvantisering är ganska enkel att förstå i videoapplikationer - miljontals pixlars individuella avläsningar kvantiseras till en mindre representativ uppsättning. I videocirklar kallas detta vanligtvis för "pixel binning."
I video är kvantiseringsbrus vanligtvis omöjligt att upptäcka eftersom alla pixlar kommer att påverkas mer eller mindre lika. Fel kan uppstå när bilden klipps långt utanför de extrema ändarna av kvantiseringsvärdena för A/D-omvandlaren. Det kan också förvärras avsevärt av starkt brus av andra typer i bilden.
- Anisotropisk
Anisotropt (An-isotropt) brus uppstår när sensoravläsningen samplas eller kvantiseras. Den här typen av brus minskar den upplevda bildupplösningen i berörda bilder genom att blanda ihop fina detaljer, skapa mönster som faktiskt inte finns där eller tolka raka linjer som taggiga.
Alla som är bekanta med video borde få den här ganska snabbt — tänk bara på den fruktansvärda aliasing och moaré hos de första generationerna av DSLR:er.
Denna typ av brus i videokameror visar sig vanligtvis när den inbyggda sensorupplösningen är mycket högre än den som registreras. Många äldre kameror valde att prova den högre upplösningen ner till inspelad upplösning snarare än att bara skala utdata för att passa, vilket orsakade mycket av den fruktansvärda aliasing och moaré hos tidiga storformatsvideosensorer.
Störningar
- Periodisk
Periodiskt brus är störningsbrus. Det inträffar när ett valfritt antal naturliga eller konstgjorda signaler stör den inspelade signalen. Det visas vanligtvis som en fast mönsteröverlagring ovanpå den önskade bilden.
När du arbetar med video är det viktigt att lära dig att upptäcka vilken typ av brus som påverkar din bild när du fotograferar. För många typer av bildbrus finns det ganska enkla sätt att minska eller förneka de negativa effekterna på bilderna om du vet hur du hittar rätt typ när du fotograferar. Om du ser brus i din bild, kom ihåg att ta ett steg tillbaka från kameran, notera din miljö och sedan gå igenom en lista över varje typ av brus i ditt huvud för att utveckla en strategi för att minska din huvudvärk i posten. Tekniska lösningar kommer att tjäna dig väl, men släng aldrig bort lite kreativ uppfinningsrikedom.