Co to są szumy i cyfrowe ziarno?

Szum to zmiany w obrazie cyfrowym, które nie są związane z fotografowaną sceną i powstają w wyniku zakłóceń powstających na matrycy światłoczułej. Szum nasila się na wyższych czułościach, przy długich ekspozycjach i w słabym oświetleniu.

Matryca cyfrowa, którą znajdziemy w każdym aparacie cyfrowym, CCD czy CMOS, składa się z pikseli światłoczułych, które przechwytują światło i generują nośniki prądu. Ilość tych nośników zależy od ilości światła padającego na poszczególny piksel. Jednak poza światłem mogą się one tworzyć z innych powodów, takich, jak np. temperatura, czy wzmocnienie sygnału z matrycy.

Na szum mogą też mieć wpływ inne urządzenia elektroniczne znajdujące się w bezpośrednim sąsiedztwie naszego aparatu, jednak w codziennym fotografowaniu jest to zjawisko raczej rzadkie. Generalnie, większe matryce np. APS-C, FF czy Mikro Cztery Trzecie oferują większe piksele i mniejsze ich zagęszczenie, dzięki czemu szumią mniej niż mniejsze sensory, które znajdziemy w większości aparatów kompaktowych.

Matryca światłoczuła, jak większość urządzeń elektrycznych, się grzeje i im wyższą temperaturę osiąga, tym większe prawdopodobieństwo zaszumienia. Szum pogłębia się także przy wzmocnieniu sygnału, gdy światła jest mało i piksel otrzymuje go niewystarczająco dużo. Warto zaznaczyć, że szum wygląda inaczej nawet na tej samej czułości, jeżeli światła jest mniej. Ta sama scena sfotografowana na ISO 6400 przy dobrym oświetleniu będzie wyglądać inaczej w słabym świetle, nawet jeżeli wydłużymy czas ekspozycji, żeby wyrównać ekspozycję.

Matryca w słabszym oświetlaniu po prostu „widzi" mniej, a wzmacniając sygnał uzyskujemy większe szumy. Dlatego warto przy testach szumu na wyższych czułościach ISO, zwrócić uwagę na sceny sfotografowane w słabym oświetleniu i na wysokich czułościach.

To one, tak naprawdę, pokazują jak aparat radzi sobie na wyższych czułościach, w słabym świetle, czyli w warunkach, w których będzie pracował. Scenki testowe są zazwyczaj fotografowane przy mocnym oświetleniu, nawet te na wyższych czułościach, co nie oddaje struktury szumu, jaką uzyskamy przy słabym oświetleniu.

Szum na wyższych czułościach, szczególnie ten regularny, można porównać do ziarna negatywów o wyższych czułościach. Tego typu negatywy charakteryzują się większą ziarnistością, niż negatywy niskoczułe, którą wyraźnie widać na większych odbitkach. Niektórzy fotografowie tak lubią ziarno, że nawet w dobrym oświetleniu stosują filmy z czułością ISO 1600 albo wyższą, żeby uzyskać ten efekt.

Podobnie wygląda sytuacja z szumem cyfrowym, który dodaje zdjęciom struktury, która przypomina ziarno analogowe. Jeżeli wykonaliśmy zdjęcie na niskiej czułości, to w programie graficznym możemy dodać cyfrowe ziarno, jednak najprostszym rozwiązaniem jest fotografowanie na wyższych czułościach ISO nawet w dobrym oświetleniu, podobnie jak ma to miejsce na negatywie. Oczywiście każdy producent inaczej programuje matryce i nawet jak są tego samego producenta, to mogą dawać inną strukturę cyfrowego ziarna. Żeby stwierdzić czy odpowiada nam cyfrowe ziarno z konkretnego aparatu, warto przejrzeć testy czułości ISO. Najbardziej wyraźne cyfrowe ziarno uzyskamy przy wyłączonej redukcji szumu, albo na najniższym jej poziomie.

Zazwyczaj jednak szum jest zjawiskiem niepożądanym. Najprostszym rozwiązaniem jest zastosowanie niższej czułości ISO, jednak nie zawsze pozwala na to oświetlenie i warunki np. nie dysponujemy statywem, albo fotografujemy ruchome obiekty. Aparaty cyfrowe oferują wbudowane systemy usuwania szumu na wyższych czułościach ISO i dłuższych ekspozycjach. Jeżeli ustawimy odpowiedni poziom odszumiania dla wyższych czułości ISO, powinniśmy uzyskać kompromis między zmniejszeniem szumu i wypraniem najdrobniejszych szczegółów.

Jeżeli przesadzimy z odszumianiem, uzyskujemy rozmyty obraz, który będzie pozbawiony szczegółów. Usuwanie szumu możemy też wykonać w postprodukcji, korzystając z różnych programów graficznych, od Photoshopa po Noise Ninja, który może też działać jako wtyczka.

Jeżeli chodzi o długie ekspozycje, to odszumianie polega na wykonaniu drugiego zdjęcia bez otwarcia migawki, dzięki czemu aparat upewnia się, co jest obrazem, a co szumem i za pomocą odpowiednich algorytmów usuwa ten pierwszy.