ПОДАВЛЕНИЕ ШУМА СРЕДНИМ ИЗОБРАЖЕНИЕМ

Шум на изображении может снизить уровень детализации цифровых или пленочных фотографий, поэтому уменьшение этого шума может значительно улучшить итоговое изображение или отпечаток. Проблема в том, что большинство методов уменьшения или удаления шума также всегда приводят к смягчению изображения. Некоторое смягчение может быть приемлемым для изображений, состоящих в основном из гладкой воды или неба, но листва в пейзажах может пострадать даже при консервативных попытках уменьшить шум.

В этом разделе сравниваются несколько распространенных методов шумоподавления, а также представлена ​​альтернативная методика:усреднение нескольких экспозиций для уменьшения шума. Усреднение изображения распространено в высококачественной астрофотографии, но, возможно, недостаточно используется для других типов съемки при слабом освещении и ночной фотографии. Усреднение позволяет уменьшить шум без ущерба для детализации, поскольку фактически увеличивает отношение сигнал/шум (SNR) вашего изображения. Дополнительным бонусом является то, что усреднение может также увеличить битовую глубину вашего изображения — сверх того, что было бы возможно с одним изображением. Усреднение также может быть особенно полезно для тех, кто хочет имитировать плавность ISO 100, но чья камера использует только ISO 200 (например, большинство цифровых зеркальных фотокамер Nikon).

КОНЦЕПЦИЯ

Усреднение изображения работает, исходя из предположения, что шум на вашем изображении действительно случайный. Таким образом, случайные колебания выше и ниже фактических данных изображения будут постепенно выравниваться по мере усреднения все большего количества изображений. Если бы вы сделали два снимка гладкого серого пятна, используя одни и те же настройки камеры и в одинаковых условиях (температура, освещение и т. д.), вы бы получили изображения, подобные показанным слева.

На приведенном выше графике представлены колебания яркости вдоль тонких синих и красных полос пикселей на верхнем и нижнем изображениях соответственно. Пунктирная горизонтальная линия представляет среднее значение или то, как выглядел бы этот график, если бы шум был нулевым. Обратите внимание, как каждая из красных и синих линий однозначно колеблется выше и ниже пунктирной линии. Если бы мы взяли значение пикселя в каждом месте вдоль этой линии и усреднили его со значением пикселя в том же месте для другого изображения, то изменение яркости уменьшилось бы следующим образом:

Несмотря на то, что среднее значение этих двух показателей по-прежнему колеблется выше и ниже среднего значения, максимальное отклонение значительно уменьшается. Визуально это приводит к тому, что участок слева выглядит более гладким. Два усредненных изображения обычно производят шум, сравнимый с настройкой ISO, которая вдвое менее чувствительна, поэтому два усредненных изображения, снятых с ISO 400, сравнимы с одним изображением, снятым с ISO 200, и так далее. Как правило, величина колебания шума падает на квадратный корень из числа усредняемых изображений, поэтому вам нужно усреднить 4 изображения, чтобы уменьшить величину вдвое.

СРАВНЕНИЕ ШУМА И ДЕТАЛИЗАЦИИ

Следующий пример иллюстрирует эффективность усреднения изображения на реальном примере. Следующая фотография была сделана с ISO 1600 на камеру Canon EOS 300D Digital Rebel и страдает от чрезмерного шума.

<тд> <тд> <тд> <тд> <тд> <тд>

100% кадрирование регионов на левые
Исходный	2 изображения	4 изображения

Обратите внимание, как усреднение уменьшает шум и выделяет детали для каждой области. Программы шумоподавления, такие как Neat Image, являются лучшим доступным арсеналом для борьбы с шумом, и поэтому они используются в качестве эталона в следующем сравнении:

<тд> <тд> <тд> <тд> <тд> <тд> <тд> <тд> <тд> <тд> <тд> <тд>

Исходный	2 изображения	4 изображения	Чистое изображение	Медианный фильтр

Шумоподавление в Neat Image Pro Plus 4.5 использует настройки по умолчанию и «автоматическую тонкую настройку»

Neat Image лучше всего подходит для подавления шума на гладком небе, но он жертвует некоторыми мелкими деталями на ветвях деревьев и вертикальными линиями раствора/затирки на кирпичной кладке. Повышение резкости можно использовать для улучшения оставшихся деталей и значительного улучшения резкости в целом, но повышение резкости не может восстановить потерянную информацию. Медианный фильтр — это примитивный метод, который присутствует в большинстве версий Photoshop. Он вычисляет значение каждого пикселя, взяв медианное значение всех соседних пикселей. Это эффективно для удаления очень мелкого шума, но оставляет большие колебания и устраняет детали на уровне пикселей. В целом, Neat Image — ваш лучший вариант для ситуаций, когда вы не можете использовать усреднение изображения (снимки с рук). В идеале можно было бы использовать комбинацию двух методов:усреднение изображения для максимально возможного увеличения отношения сигнал-шум, а затем «Чистое изображение» для уменьшения любого оставшегося шума:

<тд> <тд> <тд> <тд> <тд> <тд> <тд> <тд> <тд>

Исходный	Усреднение: 4 изображения	Чистое изображение	Чистое изображение + Усреднение

Шумоподавление в Neat Image Pro Plus 4.5 использует настройки по умолчанию и «автоматическую тонкую настройку»

Обратите внимание, как аккуратное изображение плюс усреднение теперь могут сохранять вертикальные детали в кирпичах и поддерживать плавный вид с низким уровнем шума. Недостатки метода усреднения включают повышенные требования к памяти (несколько файлов изображений для одной фотографии) и, возможно, более длительное время экспозиции. Усреднение изображения не работает с изображениями, которые страдают от полосатых шумов или фиксированного структурного шума. Обратите внимание, что яркий белый «горячий пиксель» в левом нижнем углу верхнего и нижнего изображений не уменьшается при усреднении. Усреднение, в отличие от других снимков, требует нулевого движения камеры *между* экспозициями, а также во время экспозиции. Особое внимание следует уделить технике, а усреднение можно использовать только для фотографий, сделанных на очень прочном штативе.

УСРЕДНЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЙ В PHOTOSHOP С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СЛОЕВ

Выполнение усреднения изображения в Adobe Photoshop выполняется относительно быстро с использованием слоев. Идея состоит в том, чтобы сложить каждое изображение в отдельный слой и смешать их вместе, чтобы каждый слой вносил одинаковый вклад. Если по какой-то причине один слой получает больший вес, чем другой, смешивание изображений будет не таким эффективным.

Сначала необходимо загрузить в Photoshop все изображения, которые необходимо усреднить, а затем скопировать и вставить каждое изображение одно поверх другого, чтобы все они находились в одном окне проекта. После этого можно начинать усреднение. Ключ к усреднению в Photoshop заключается в том, чтобы помнить, что непрозрачность каждого слоя определяет, насколько «пропускается» слой за ним, и то же самое касается каждого изображения под ним. Это означает, что, например, для правильного усреднения четырех изображений не следует устанавливать непрозрачность каждого слоя на 25%. Вместо этого следует установить непрозрачность нижнего (или фонового) слоя на 100%, слоя поверх него на 50%, затем следующего слоя на 33% и, наконец, верхнего слоя на 25%. Это показано ниже:

Для усреднения любого количества изображений
процент непрозрачности каждого слоя рассчитывается по следующей формуле:

Примечание. Все отметки красного цвета добавлены для ясности;
на самом деле они не будут видны в Photoshop.

РЕКОМЕНДАЦИИ

Когда следует выполнять усреднение изображения, а не просто делать более длительную экспозицию при более низкой чувствительности ISO? Следующий список ситуаций может оказаться полезным:

• Чтобы избежать чрезмерного фиксированного шума при длительной выдержке.
• Для камер, не поддерживающих режим ручной выдержки, выдержка может быть ограничена 15–30 секундами. В таких случаях рассмотрите следующее:сделайте два снимка при ISO 800 и 30 секундах, чтобы получить грубый эквивалент (как по яркости, так и по уровню шума) одной 60-секундной экспозиции при ISO 400. Возможны многие другие комбинации...
• Для ситуаций, когда вы не можете гарантировать бесперебойную работу в течение определенного времени. Например, вы можете фотографировать в общественном месте и вам нужен низкий уровень шума, но вы не можете сделать достаточно длинную выдержку, потому что в кадре часто проходят пешеходы. Затем вы можете сделать несколько коротких снимков между прохожими.
• Чтобы выборочно заморозить движение в низкодетализированных, быстро движущихся областях, сохраняя при этом низкий уровень шума в высокодетализированных, более медленно движущихся областях. Пример тому — звездная ночь с листвой на переднем плане.
• Чтобы уменьшить шум в тенях (даже на снимках с низким значением ISO), когда вы хотите позже выделить детали в тенях с помощью постобработки.