Redukce šumu sloučením expozic (1. část) – Test účinnosti

140907_101_titulni_fotka

Šum v digitální fotografii je obecně považován za velký problém a je možno sledovat snahu velké části fotografující obce o jeho potlačování, mnohdy na úkor zachování detailní kresby v obraze. Patrná je také velká obava z používání vyšších hodnot ISO a tak mnohdy zbytečně vznikají rozmazané fotografie ať už vlivem nastavení nízkých hodnot ISO a z toho pramenící nutnosti fotografovat delším časem, nebo v důsledku přehnané snahy o potlačení šumu vyžehlením obrazu při následném postprocesu.

K největšímu ničení kresby vlivem silných algoritmů pro potlačení šumu přitom dochází v segmentu kompaktních fotoaparátů a mobilních telefonů a také při fotografování do formátu JPEG u digitálních zrcadlovek. Tedy tam, kde to většinou ani není na místě. Většina fotografií pořízených těmito přístroji se nedočká tisku na větší formát než 15 x 10 cm (to v lepším případě), častěji však zamíří pouze na monitory počítačů a v ještě větší míře na displeje mobilních zařízení. Zde jsou fotografie zobrazeny tak zmenšené, že případný šum, který obsahují, vůbec nemá šanci vyniknout a lidský zrak ho ani nezaznamená. Zato si u takových fotografií spolehlivě všimneme rozpatlané a neostré kresby.

Situace je jiná u profesionální produkce, která se dočká výtisků na velký formát. Zde je nutno rozlišovat mezi reportážní a dokumentaristickou fotografií a ostatní tvorbou. Zatímco u reportážní fotografie je primární obsah a divák automaticky přimhouří oko nad technickou kvalitou fotografie (šum je zde obecně akceptován), tak u dalších typů fotografie většinou šum ani vzniknout nemůže, protože prakticky vždy fotografujeme na nejnižší nativní ISO fotoaparátu. Ať už se jedná o módní a reklamní snímky, které se osvětlují soustavou zábleskových světel nebo o krajinářskou fotografii, kterou snímáme dlouhým časem ze stativu. Disciplínou, která většinu kombinuje popsané techniky, je pak svatební fotografie.

Já osobně dávám při reportážním způsobu fotografování přednost fotografii s detailní kresbou, i kdyby to mělo být na úkor zvýšeného množství šumu. Pokud to podmínky vyžadují, neváhám ani na svém 5 let starém Canonu EOS 7D fotografovat na ISO 6400. Barevnou složku digitálního šumu (náhodně rozmístěné červené, zelené a modré body) dokáží RAW konvertory prakticky 100% odstranit bez ztráty kvality a jak se to má s jasovou složkou šumu si ukážeme v následujícím testu.

Za jednu z nejúčinnějších metod pro odstranění šumu, zejména při nočních expozicích, je považována metoda zprůměrování více expozic stejné scény. Při této metodě se vychází z ověřeného předpokladu, že digitální šum je v obraze distribuován náhodně, tj. na každém snímku se nachází jinde. Pokud tyto snímky prolneme do jednoho pomocí funkce sloučení Medián, zachováme v obraze to, co mají snímky společné – tedy kresbu a odstraníme z fotografie to, v čem se snímky liší – tedy šum. Přesný postup, jak tuto techniku aplikovat si ukážeme ve druhé části článku. Nyní se pojďme podívat na výsledky testování.

Metodika testování

Snímal jsem ze stativu večerní scénu ohniskem 15 mm (24 mm po přepočtu na kinofilm), při cloně f/11. Čas závěrky jsem přizpůsoboval hodnotě ISO tak, aby byla u všech snímku zachována stejná expozice. Snímal jsem jako vždy do formátu RAW. Nejprve jsem pořídil srovnávací fotografii při ISO 100 a následně jsem pořídil vždy pět stejných expozic při ISO 1600, ISO 3200, ISO 6400 (max. nativní ISO mého fotoaparátu) a ISO 12800.

Při zpracování snímku jsem nejprve provedl odstranění barevné složky šumu v Adobe Photoshop Lightroomu, který tuto zcela odstraní bez vlivu na kresbu snímku. Ve snímcích tedy zbyla pouze jasová složka šumu, pro jejíž odstranění jsem použil metodu sloučení expozic. Té se budu podrobněji věnovat ve druhé části článku. Pro možnost porovnání účinnosti metody sloučení expozic jsem kromě této také provedl redukci šumu v Lightroomu (pro každou hodnotu ISO mám vytvořený speciální profil, který na fotografie aplikuji) a nakonec jsem ještě provedl redukci šumu v aplikaci Dfine 2 z balíku zásuvných modulů pro Photoshop Nik by Google. Ten měl za úkol simulovat automatickou redukci šumu, která běžně probíhá ve fotoaparátu. Nechal jsem tedy provést automatickou analýzu obrazu a následnou automatickou redukci šumu. Věřím, že při podrobném nastavení by bylo možno dosáhnout kvalitnějšího výsledku, ale i tak lze uvažovat o kvalitněji provedeném odšumění než je běžné při odšumění přímo ve fotoaparátu.

Test redukce šumu

Detailněji se podíváme na fotografii snímanou při ISO 12800. To je extrémní hodnota mého fotoaparátu, kterou běžně vůbec nepoužívám. Na této krajní hodnotě lze nejlépe demonstrovat účinnost jednotlivých metod odšumění. Nejprve se podíváme, jak vypadá fotografie ve zvětšení 1:1. Pro srovnání uvádím ukázku fotografie pořízené při ISO 100.

ISO 100, výřez 1:1 z originálního rozlišení (18 MPx)

ISO 100, výřez 1:1 z originálního rozlišení (18 MPx)

Když se podíváme na snímek pořízený při ISO 12800 bez jakékoliv redukce šumu uvidíme, že barevná složka šumu tvoří prakticky dominantu snímku.

ISO 12800, výřez 1:1 z originálního rozlišení (18 MPx)

ISO 12800, výřez 1:1 z originálního rozlišení (18 MPx)

Při odšumění v Lightroomu dochází k plnému potlačení barevné složky šumu a je částečně redukována jasová složka.

ISO 12800, výřez 1:1 z originálního rozlišení (18 MPx), odšumění v Lightroomu 5.6

ISO 12800, výřez 1:1 z originálního rozlišení (18 MPx), odšumění v Lightroomu 5.6

Po použití metody odšumění sloučením pěti expozic je jasová složka výrazněji více redukována, při současném zachování kresby detailů.

ISO 12800, výřez 1:1 z originálního rozlišení (18 MPx), odšumění metodou sloučení expozic

ISO 12800, výřez 1:1 z originálního rozlišení (18 MPx), odšumění metodou sloučení expozic

Nakonec ještě srovnání s automatickým odšuměním. Jasová složka šumu je redukována účinněji, ale za cenu ztráty detailní kresby.

ISO 12800, výřez 1:1 z originálního rozlišení (18 MPx), automatické odšumění v Dfine 2

ISO 12800, výřez 1:1 z originálního rozlišení (18 MPx), automatické odšumění v Dfine 2

Při porovnání původního obrazu s obrazem, který prošel odšuměním metodou sloučení expozic je vidět výrazný účinek této metody.

V tomto zvětšení se může zdát obraz přeci jen neakceptovatelně zrnitý. Pojďme se tedy podívat, jak vypadá obraz zmenšený pro velikost tisku 15 x 10 cm při tiskovém rozlišení 300 ppi. Nejprve opět snímek pořízený při ISO 100.

140907_206_ISO_100_low_res_original_RAW

ISO 100, výřez 1:1 z rozlišení pro tisk 15 x 10 cm

Na originálním souboru opět pozorujeme výrazně velké množství barevné složky šumu, který zcela odvádí pozornost od kresby ve fotografii.

ISO 12800, výřez 1:1 z rozlišení pro tisk 15 x 10 cm

ISO 12800, výřez 1:1 z rozlišení pro tisk 15 x 10 cm

Po redukci šumu v Lightroomu je patrná jeho jasová složka, ovšem pro informativní účely je kvalita fotografie akceptovatelná.

140907_208_ISO_12800_low_res_LR_NR

ISO 12800, výřez 1:1 z rozlišení pro tisk 15 x 10 cm, odšumění v Lightroomu 5.6

Vzhledem k rozlišení běžného počítačového monitoru kolem 100 ppi, bude vytištěná fotografie cca 3x menší, než jak je prezentována na obrazovce. Pokud toto vezmeme v potaz, tak výtisk 15 x 10 cm je pro mě po redukci šumu metodou sloučení expozic kvalitativně zcela vyhovující.

ISO 12800, výřez 1:1 z rozlišení pro tisk 15 x 10 cm, odšumění metodou sloučení expozic

ISO 12800, výřez 1:1 z rozlišení pro tisk 15 x 10 cm, odšumění metodou sloučení expozic

Nakonec opět srovnání s automatickým odšuměním. Ztráta kresby v detailech je výrazná a pro mě osobně neakceptovatelná. Zatímco množství šumu se zmenšováním fotografie klesá, rozmazání kresby se naopak zvýrazňuje.

ISO 12800, výřez 1:1 z rozlišení pro tisk 15 x 10 cm, automatické odšumění v Dfine 2

ISO 12800, výřez 1:1 z rozlišení pro tisk 15 x 10 cm, automatické odšumění v Dfine 2

Pro názornost uvádím výřezy výsledků odšumění také pro další snímané hodnoty ISO:

ISO 1600, výřez 1:1 z originálního rozlišení (18 MPx)

ISO 1600, výřez 1:1 z originálního rozlišení (18 MPx)

ISO 1600, výřez 1:1 z rozlišení pro tisk 15 x 10 cm

ISO 1600, výřez 1:1 z rozlišení pro tisk 15 x 10 cm

ISO 3200, výřez 1:1 z originálního rozlišení (18 MPx)

ISO 3200, výřez 1:1 z originálního rozlišení (18 MPx)

ISO 3200, výřez 1:1 z rozlišení pro tisk 15 x 10 cm

ISO 3200, výřez 1:1 z rozlišení pro tisk 15 x 10 cm

ISO 6400, výřez 1:1 z originálního rozlišení (18 MPx)

ISO 6400, výřez 1:1 z originálního rozlišení (18 MPx)

ISO 6400, výřez 1:1 z rozlišení pro tisk 15 x 10 cm

ISO 6400, výřez 1:1 z rozlišení pro tisk 15 x 10 cm

 

Vyhodnocení účinnosti jednotlivých metod odšumění

Při pohledu na originální fotografie ve zvětšení 1:1 je patrný vysoký nárůst digitálního šumu při vysokých hodnotách ISO. Celkový digitální šum, a zejména jeho barevná složka, je patrný už při nejnižší testované hodnotě ISO 1600.

Neupravená fotografie, výřez 1:1 z originálního rozlišení (18 MPx)

Neupravená fotografie, výřez 1:1 z originálního rozlišení (18 MPx)

Po zmenšení fotografie pro tisk 15 x 10 cm je šum při ISO 1600 akceptovatelný a viditelný začíná být při ISO 3200. Je tedy patrné, že šum je pro kvalitní tisk nutné nějakým způsobem omezit. Tedy přinejmenším jeho barevnou složku, což dnes již není problém pro většinu RAW konvertorů na trhu.

Neupravená fotografie, výřez 1:1 z rozlišení pro tisk 15 x 10 cm

Neupravená fotografie, výřez 1:1 z rozlišení pro tisk 15 x 10 cm

Při redukci šumu v Lightroomu je zcela potlačena barevná složka šumu a to i při externích hodnotách ISO. Do hodnoty ISO 3200 je jasový šum akceptovatelný, výrazně ruší od ISO 6400.

Redukce šumu v Lightroomu 5.6, výřez 1:1 z originálního rozlišení (18 MPx)

Redukce šumu v Lightroomu 5.6, výřez 1:1 z originálního rozlišení (18 MPx)

Po zmenšení souboru pro tisk 15 x 10 cm je šum mírně patrný u ISO 6400, ale i u ISO 12800 je možné vytisknout dostatečně kvalitní reportážní snímek.

Redukce šumu v Lightroomu 5.6, výřez 1:1 z rozlišení pro tisk 15 x 10 cm

Redukce šumu v Lightroomu 5.6, výřez 1:1 z rozlišení pro tisk 15 x 10 cm

Při metodě sloučení expozic je šum akceptovatelný až do hodnoty ISO 6400 a výrazněji ovlivňuje kvalitu až při ISO 12800.

Redukce šumu sloučením expozic, výřez 1:1 z originálního rozlišení (18 MPx)

Redukce šumu sloučením expozic, výřez 1:1 z originálního rozlišení (18 MPx)

Po zmenšení fotografie pro tisk ve formátu 15 x 10 cm je šum do ISO 6400 prakticky nepostřehnutelný a ani při ISO 12800 není tak dramatický, aby znemožnil akceptovatelný výtisk fotografie.

Redukce šumu sloučením expozic, výřez 1:1 z rozlišení pro tisk 15 x 10 cm

Redukce šumu sloučením expozic, výřez 1:1 z rozlišení pro tisk 15 x 10 cm

Při použití automatického odšumění je pro mě kresba neakceptovatelně rozmazaná už při ISO 1600, a proto se automatickému odšumění vyhýbám.

Automatická redukce šumu v Dfine 2, výřez 1:1 z originálního rozlišení (18 MPx)

Automatická redukce šumu v Dfine 2, výřez 1:1 z originálního rozlišení (18 MPx)

Automatická redukce šumu v Dfine 2, výřez 1:1 z rozlišení pro tisk 15 x 10 cm

Automatická redukce šumu v Dfine 2, výřez 1:1 z rozlišení pro tisk 15 x 10 cm

 

Závěr

Při reportážním způsobu fotografování je, při kvalitě dnešních digitálních zrcadlovek a možnostech omezení digitálního šumu při postprodukci, zbytečné se obávat použití vyšších hodnot ISO. To samozřejmě platí při důsledném fotografování do formátu RAW a při správné expozici. Zvyšování hodnoty ISO způsobuje totiž nejen zvyšování množství digitálního šumu, ale souběžně s navýšením hodnoty ISO klesá dynamický rozsah snímače. Takže zatímco při fotografování na nativní nastavení hodnoty ISO máme k dispozici téměř +/- 2EV expoziční rezervy, při vysokých hodnotách ISO o tuto rezervu přicházíme. Také nesmíme fotografie podexponovat, při vytažení kresby ze stínů v nich dramaticky narůstá množství digitálního šumu.

Metody pro redukci digitálního šumu jsou zejména v RAW konvertorech velmi účinné při zachování detailní kresby ve fotografii. V případě nočních expozic, u kterých chceme pracovat s krátkými časy závěrky, je vhodným způsobem odstranění digitálního šumu metoda sloučení expozic. Ta je účinnější, než klasické nástroje pro odstranění šumu. Při fotografování do formátu JPEG nám pak, např. při sportovní reportáži kdy fotíme v dlouhých dávkách, nezbývá než se spolehnout na automatickou redukci šumu. Tomu se ale raději zkuste vyhnout.

Ve druhé části článku si podrobně popíšeme postup redukce digitálního šumu metodou sloučení expozic.

Advertisements

4 thoughts on “Redukce šumu sloučením expozic (1. část) – Test účinnosti

  1. Pingback: Přehled článků | Jan Zeman Photography

  2. Pingback: Fotografické základy – Citlivost ISO | Jan Zeman Photography

  3. Pingback: Redukce šumu sloučením expozic (2. část) – Postup v Adobe Photoshop a Photoshop Lightroom | Jan Zeman Photography

Zanechat Odpověď

Vyplňte detaily níže nebo klikněte na ikonu pro přihlášení:

WordPress.com Logo

Komentujete pomocí vašeho WordPress.com účtu. Odhlásit / Změnit )

Twitter picture

Komentujete pomocí vašeho Twitter účtu. Odhlásit / Změnit )

Facebook photo

Komentujete pomocí vašeho Facebook účtu. Odhlásit / Změnit )

Google+ photo

Komentujete pomocí vašeho Google+ účtu. Odhlásit / Změnit )

Připojování k %s