Шум

Шум на пленке и в цифре

Раньше шум на фотопленке возникал из-за неоднородности химического состава эмульсии, которая покрывала пленку. Эмульсия состояла из микроскопических кристаллов светочувствительного вещества, обычно серебряного галогенида. Чем больше был размер кристаллов, тем выше была чувствительность пленки к свету, но и тем больше был шум. Поэтому малейшая ошибка с количеством света, попадающего в кадр, могла привести к шуму. Также он мог появиться при неправильном выборе температуры, времени и способа проявления пленки. Некоторые фотографы специально выбирали пленку с высокой зернистостью, чтобы придать своим снимкам особый стиль и атмосферу. 

Механизм возникновения шума на современных цифровых фото иной. Свет состоит из отдельных частиц — фотонов, которые случайным образом попадают на фотосенсор и вызывают электрический сигнал. Если на сенсор попадает слишком мало или, наоборот, чересчур много фотонов, повышается вероятность того, что запечатленная сцена будет сильно отличаться от реальной по яркости и цвету и на ней появятся дефекты в виде шума. Этот эффект особенно заметен при низком освещении (например, при ночной съемке) или высокой чувствительности ISO.

Причины появления цифрового шума

Вот несколько наиболее распространенных причин появления шума на фотоснимках. 

• Высокое значение ISO. Это параметр, который определяет, как сильно сенсор фотоаппарата реагирует на свет. Чем выше ISO, тем больше света улавливает техника и тем больше шума может появиться. Поэтому для съемки при плохом освещении лучше использовать минимально необходимое значение ISO.

• Долгая выдержка. Это параметр, который определяет, как долго на сенсор фотоаппарата воздействует свет извне. Чем дольше выдержка, тем больше света попадает на сенсор, но и тем больше вероятность появления шума. 
• Размер и разрешение матрицы фотоаппарата. В один и тот же физический размер матрицы может помещаться разное количество пикселей, то есть у матриц бывает разное разрешение. Чем больше пикселей на единицу физической площади, тем меньше каждый пиксель и тем меньше света он может захватить. Это приводит к тому, что пиксели становятся более чувствительными к электрическим помехам и шуму. Таким образом, при сравнении фотоаппаратов с одинаковым физическим размером матрицы, но разным разрешением (количеством пикселей), лучше выбирать тот, у которого меньше пикселей, чтобы снизить шум.
• Дефекты матрицы. Как и в любом техническом приспособлении, в сенсорах и объективах иногда возникают проблемы: производственные дефекты, повреждения, неработающие пиксели и т.д. Если такой недостаток есть, на фото могут появляться шумы в одних и тех же местах. 
• Модель камеры. Да, от этого тоже зависит, сколько шумов вы получите на снимке. Часто даже фотокамеры одного производителя выдают разное количество шума из-за того, что технологии производства их объективов и сенсоров сильно различаются. 
• Дефекты постобработки или сжатия. Это искажения картинки, которые возникают при применении различных эффектов, фильтров, коррекций, алгоритмов сжатия или при передаче изображений через интернет. Дефектами могут быть не только шумы, но и другие артефакты: размытие, блочность, полосы и т. д.

Виды цифрового шума

Вот какие типы шума вы можете заметить на своих фото.

По регулярности возникновения

• Постоянный. Он возникает на одном и том же месте от фотографии к фотографии и может быть связан с перегревом каких-либо конкретных участков сенсора во время длительных экспозиций («горячие» пиксели), а также с наличием «битых» пикселей. Он выглядит как яркие или темные точки на изображении, которые не соответствуют окружающему фону.
• Случайный. Это шум, который характеризуется случайными колебаниями яркости и цветности и выглядит как равномерные мелкие точки или зерна по всему изображению или в случайных его местах.

По характеру шума

• Яркостный (световой). Это точки, которые выглядят светлее или темнее окружения. Издалека такой шум может быть похож на пыль, которой «присыпано» изображение. Темный шум часто возникает из-за съемки слишком темных сцен, а светлый — из-за пересветов, но не только. 
• Хроматический (цветовой). Это шум, который выглядит как цветные пятна, разводы или рябь на картинке. Если приблизить картинку, можно заметить пиксели, которые являются более красными, зелеными или синими, чем они должны быть. Одна из причин появления хроматического шума — разная чувствительность цветовых каналов сенсора. Однако его могут вызывать и стандартные причины: высокое ISO, длительная выдержка и др.

Способы уменьшения фотошума

Поскольку часто фотошум портит качество и детализацию снимков, многие фотографы хотят уменьшить или убрать его. Вот какие способы борьбы с фотошумом существуют. 

В процессе съемки можно сделать следующее:

• избегать вечерней и ночной съемки, использовать естественный свет или дополнительные источники света — вспышку, светильники и т. д.;
• установить ISO на минимально необходимом для снимка уровне, так как высокая чувствительность увеличивает шум;
• задавать правильную экспозицию, потренировавшись до съемки и выбрав оптимальное сочетание диафрагмы, выдержки и ISO для различных условий фотосессии;
• по возможности фотографировать в формате RAW, а не JPEG. RAW — это несжатый формат, который сохраняет все данные с датчика изображения без потери качества и позволяет лучше контролировать и корректировать параметры изображения, такие как баланс белого, контраст, насыщенность, резкость и т. д.;
• не пользоваться длинной выдержкой слишком часто и долго, так как это может перегревать сенсор.

При постобработке фотографии с помощью Adobe Photoshop шум можно уменьшить так: 

1. Открыв снимок, выбрать в меню «Фильтр», затем «Шум» и «Уменьшить шум».
2. В появившемся окне настроить параметры фильтра, такие как «Интенсивность», «Сохранить детали», «Уменьшить шумы цветов» и «Детали резкости». Для просмотра результата фото можно приближать и отдалять.
3. Можно также включить опцию «Устранить артефакты JPEG», если фотография была сжата в этом формате. 
4. Нажать кнопку «ОК», чтобы сохранить изменения.

Еще один способ — открыть фотографию в RAW-редакторе, зайти в пункт «Детализация» и воспользоваться слайдерами «Уменьшение шума» и «Уменьшение цветового шума». 

Существуют и другие решения для постобработки фотографии. Например, специальные программы и онлайн-сервисы на основе искусственного интеллекта для снижения шумов на фото. Вот несколько примеров таких продуктов. 

DeNoize AI. Это платный сервис, который является частью пакета Topaz Photo AI. Он использует глубокое обучение, чтобы различать реальные детали изображения и шум и восстанавливать четкость и качество фотографий автоматически. Он подходит для разных типов и сюжетов фотографии: съемки животных, ночных пейзажей, макросъемки и др. 

Денойзер от VanceAI. Это один из целого пакета полезных онлайн-сервисов, работающих на основе искусственного интеллекта. С ним можно работать как прямо в браузере, так и на ПК, скачав программу. Для тестирования есть несколько бесплатных попыток, далее сервис нужно оплатить. 

Neural.Love. Это онлайн-платформа, которая предлагает разнообразные инструменты для улучшения разных типов контента, в том числе и фото. С помощью нее можно повышать качество снимков, восстанавливать старые фото, менять их тон и т. д.

Конечно, это лишь несколько примеров. Вы можете легко найти в интернете удобный сервис именно для ваших задач со множеством дополнительных функций: повышение четкости, увеличение разрешения фото и т. д.

Как и зачем добавляют шум на фотографию

Шум на фотографии — это не всегда нежелательный эффект. Иногда фотографы специально добавляют его на снимок, чтобы придать определенный стиль или атмосферу. Например, шум может имитировать зернистость старой пленки, создавать впечатление ретроснимка или же просто добавлять больше динамики с помощью текстуры. Иногда шум также помогает скрыть недостатки или артефакты, которые появились в результате съемки, сжатия или обработки фото.

Вот несколько способов нарочно добавить шум на снимок.

• Настройки камеры или объектива. Например, можно использовать старый или аналоговый объектив, который имеет свои особенности. Это творческий способ, который требует большого количества экспериментов.
• Шумный фильтр. Его можно наложить на картинку в Photoshop и других редакторах. Обычно там можно настроить интенсивность, тип и цвет помех, чтобы добиться нужного эффекта. 
• Дополнительные слои и текстуры. Еще один способ добавить шум на фотографию — поместить специальные текстуры поверх изображения отдельным слоем с помощью разных режимов наложения. Текстуры можно легко найти в интернете. Регулировка происходит с помощью изменения режимов наложения слоя и его прозрачности. 

Добавление шума на фотографию — это вопрос вкуса и стиля. Некоторые фотографы очень любят шум, а другие стараются избавиться от него любыми способами. 

Шум на иллюстрации как художественный прием

Не только фотографы используют этот эффект для украшения — он очень популярен среди иллюстраторов. Его применяют, чтобы добавить в проект больше динамики и объема (в частности, с помощью шума часто рисуют тени и высветленные участки), придать определенную атмосферу и настроение. 

Вот основные способы добавления шума на цифровые иллюстрации.

• Шумные кисти. В Photoshop, Procreate и многих других графических редакторах существуют особые инструменты, известные как шумные кисти (noisy brushes). Это кисти с неровной текстурой, например имитирующие уголь, мелкие капли, брызги, крошки и т.д.

• Фильтры. Пример — уже упомянутый выше предустановленный фильтр «Шум» в Photoshop, который позволяет добавить зернистость к картинке равномерно или по гауссову распределению. 
• Фактуры и текстуры. Многие программы для рисования содержат специальные фактурные фильтры или кисти. Они зачастую имитируют различные реальные материалы, такие как хлопок, дерево, кирпич и т. д. Кроме того, текстуры можно скачать отдельно.

• Сторонние плагины. Некоторые из них предлагают более широкий спектр возможностей и опций, чем стандартные функции ПО. Например, плагины Noiseware и Real Grain для Photoshop позволяют детально настраивать шумы и зерно.

Использование шума в цифровых иллюстрациях требует чувства меры. Умелая работа может существенно улучшить результат, однако избыток зернистости может привести к визуальной перегруженности картинки.