Niente rovina uno scatto come il rumore. Sapere cosa lo causa e come riconoscerlo può farti risparmiare molta frustrazione e alcuni filmati inutili.
Ci sono poche cose frustranti come notare il rumore in un'immagine mentre scatti ma non essere in grado di identificare la causa del problema. In questo articolo, esamineremo in modo approfondito il rumore esaminando prima alcune conoscenze di base dei sensori prima di esaminare il rumore nelle sue varie forme. Allora da dove cominciare?
Immagini.
Nozioni di base sull'imaging
Il rumore proviene da un paio di fonti. La luce riflessa fluisce nell'obiettivo e cade sul sensore, che è coperto da milioni di fotositi - o pixel - che convertono i livelli variabili delle onde luminose in segnali digitali. Queste piccole variazioni nella corrente sono ciò che crea immagini nei sensori moderni.
Nel sensore più comune per la produzione di film in questi giorni, il CMOS, collegato a ciascun fotosito è un amplificatore che regola l'uscita di ciascun pixel tagliando o aumentando la tensione, rendendo l'immagine rispettivamente più scura o più luminosa. L'utente può farlo regolando il guadagno o ISO. I dati dal sensore vengono letti e la carica dei pixel viene ripristinata.
Una volta che le informazioni del sensore vengono lette, i dati passano attraverso un convertitore analogico-digitale a 12 bit (spesso abbreviato in ADC o A/D) dove la varianza di tensione a ciascun pixel viene convertita in un valore binario. Inoltre, la posizione dei pixel e altre impostazioni della fotocamera definite dall'utente vengono salvate come metadati nel dispositivo di archiviazione della fotocamera.
La maggior parte del rumore proviene dal sensore o dalla conversione da analogico a digitale.
Cos'è il rumore dell'immagine?
In parole povere, il rumore dell'immagine è costituito da fluttuazioni indesiderate di colore o luminanza che oscurano i dettagli nello scatto che stavi cercando di catturare. (Puoi vedere esempi di vari tipi di rumore su Neat Video.)
Il rumore dell'immagine si verifica principalmente nel metraggio sottoesposto poiché i pixel hanno poche fluttuazioni di luce da segnalare nell'immagine desiderata ma vengono amplificati eccessivamente dai valori ISO aumentati. Oltre all'esposizione, i sensori sono anche soggetti a una serie di altri problemi che creano rumore nell'immagine finale. Anche il calore del sensore o altre interferenze esterne possono causare rumore.
Possiamo dividere il rumore dell'immagine in due categorie:interno e interferenza.
Rumore interno
Il rumore dell'immagine proveniente dall'interno della fotocamera ha alcune cause principali. Le tre cause principali sono elettricità, calore e livelli di illuminazione del sensore.
In situazioni di scarsa illuminazione in cui il sensore viene sovravoltato (ISO spinto), ogni pixel ha una fluttuazione dell'onda luminosa molto ridotta da segnalare prima di essere amplificato. Quando vedi del rumore in queste situazioni, stai effettivamente vedendo i pixel interessati che segnalano le fluttuazioni della tensione dell'amplificatore del pixel sul sensore.
Rumore di interferenza
Fattori al di fuori della fotocamera possono anche influenzare i livelli di rumore nell'immagine finale. Questo tipo di rumore è un po' più raro del rumore interno in molte fotocamere moderne, ma può comunque influire sull'immagine finale.
Il rumore di interferenza è in genere abbastanza facile da individuare perché sembra più un motivo sovrapposto all'immagine piuttosto che lo sfarfallio inerente al rumore elettronico. Anche fattori banali come le forti trasmissioni radio nell'area possono causare rumore elettronico e sono difficili da controllare quanto le radiazioni cosmiche.
Quali sono i tipi più comuni di rumore video?
Interno
- Rumore gaussiano
Il rumore gaussiano è un tipo di rumore del sensore. È principalmente un effetto collaterale del calore del sensore. Il calore è solitamente il risultato della tensione e dei livelli di illuminazione del sensore.
Il rumore gaussiano è più evidente come una costante, svolazzante su un fotogramma sottoesposto, sovravoltato (ISO spinto per ottenere l'esposizione). Nella maggior parte dei sensori, questo rumore tenderà ad essere blu nelle immagini sottoesposte.
- Rumore a pattern fisso
Il rumore a pattern fisso di solito deriva da difetti nel processo di produzione di un particolare sensore. Sorge quando diversi pixel hanno diversi livelli di fotosensibilità.
Nel video, questo rumore è relativamente facile da individuare a causa della piccola variazione dei livelli di output dei pixel interessati. L'FPN non si muove o vibra come fanno altre forme di rumore elettronico. Al contrario, appare come una sovrapposizione di pixel più luminosi delle effettive informazioni registrate. È più facile da individuare in situazioni di scarsa illuminazione, ma anche altri fattori possono esacerbarlo.
- Rumore di sale e pepe
Tecnicamente indicato come rumore "Fat-tail distribuito" o "impulsivo", il rumore Salt and Pepper si manifesta come pixel che riportano erroneamente letture luminose nelle parti scure del fotogramma o letture scure nelle parti luminose. Sembra simile ai pixel morti, tranne per il fatto che il rumore di sale e pepe produrrà questo effetto in modo casuale. Di solito, la conversione da analogico a digitale o altri errori nell'interpretazione dei pixel causano questo tipo di rumore.
- Tiro
Il rumore dello scatto è il tipo principale di disturbo nelle parti più scure dell'immagine. Tecnicamente soprannominato "Photon Shot Noise", questo tipo di rumore risulta dalla variazione naturale e intrinseca dei fotoni che colpiscono ogni pixel in un dato momento, in base al livello di esposizione. Più tecnicamente, le "fluttuazioni quantistiche statistiche" causano questo, ma hai un'idea.
Il rumore dello scatto è la principale causa del "blocco" nell'ombra di uno scatto sottoesposto o sovravoltato. A livelli estremi, il rumore dello sparo diventa rumore di sale e pepe.
- Quantizzazione
Quantizzazione è un termine non specifico del rumore dell'immagine. In sostanza, la quantizzazione riduce un ampio insieme di valori (di solito) in continua evoluzione al fine di ottenere un valore di somma totale praticabile o un insieme rappresentativo più piccolo di dati di output. I quantizzatori hanno un determinato numero di possibili valori di output e, man mano che i dati vengono elaborati, vengono effettivamente arrotondati a uno di questi valori.
La quantizzazione è piuttosto semplice da comprendere nelle applicazioni video:le letture individuali di milioni di pixel vengono quantizzati in un set rappresentativo più piccolo. Nelle cerchie di video, questo viene comunemente chiamato "binning dei pixel".
Nel video, il rumore di quantizzazione di solito non è rilevabile poiché tutti i pixel saranno più o meno interessati allo stesso modo. Possono verificarsi errori quando l'immagine viene ritagliata ben oltre i limiti estremi dei valori di quantizzazione del convertitore A/D. Può anche essere notevolmente peggiorato da un forte rumore di altri tipi nell'immagine.
- Anisotropo
Il rumore anisotropico (An-isotropico) si verifica quando la lettura del sensore viene campionata o quantizzata. Questo tipo di disturbo riduce la risoluzione dell'immagine percepita negli scatti interessati unendo insieme dettagli fini, creando motivi che in realtà non sono presenti o interpretando le linee rette come frastagliate.
Chiunque abbia familiarità con i video dovrebbe ottenerlo abbastanza rapidamente, basti pensare al terribile aliasing e al moiré delle prime generazioni di DSLR.
Questo tipo di rumore nelle videocamere di solito si manifesta quando la risoluzione nativa del sensore è molto superiore a quella registrata. Molte fotocamere più vecchie hanno scelto di campionare la risoluzione più alta fino alla risoluzione registrata piuttosto che semplicemente ridimensionare l'output per adattarlo, causando gran parte del terribile aliasing e moiré dei primi sensori video di grande formato.
Interferenza
- Periodo
Il rumore periodico è un rumore di interferenza. Si verifica quando un numero qualsiasi di segnali naturali o artificiali interferisce con il segnale registrato. In genere appare come una sovrapposizione di pattern fisso sopra l'immagine desiderata.
Quando si lavora con i video, è essenziale imparare a individuare il tipo di rumore che influisce sull'immagine durante le riprese. Per molti tipi di rumore dell'immagine, ci sono modi abbastanza semplici per ridurre o annullare gli impatti negativi sul filmato se sai come individuare il tipo corretto durante le riprese. Se vedi del rumore nella tua immagine, ricordati di allontanarti dalla fotocamera, prendere nota del tuo ambiente, quindi scorrere un elenco di ogni tipo di rumore nella tua testa per sviluppare una strategia per ridurre il mal di testa in post. I rimedi tecnici ti serviranno bene, ma non scartare mai un po' di ingegno creativo.