Дмитрий Крупский
Персональный сайт

Фото >> Обзоры >> Длинная выдержка или высокая чувствительность ISO - от чего больше шума?
Ноябрь 2004

С самого начала появления цифровой фотографии, зашумленность получаемого изображения была одной из главных ее проблем. Одинаковое количество света, попадающего на единичный элемент матрицы цифрового фотоаппарата, может преобразовываться в разное количество электричества и, следовательно, отображаться на финальной картинке точками разной яркости. Результат мы воспринимаем на глаз как шум.

Цифровой шум имеет две составляющие:

1. Фиксированный шум, вызванной различной чувствительностью разных элементов матрицы. Является неизменной во времени "персональной" характеристики конкретной матрицы. Шум этого типа хорошо поддается простому алгоритму шумоподавления, широко используемому при ночной съемке: делается второй кадр при закрытом затворе, и полученное фиксированное распределение неоднородностей вычитается из основного, первого кадра.

2. Случайный шум, вызванный разным откликом одного и того же элемента матрицы с течением времени, от снимка к снимку, вокруг какого-то среднего, "номинального", или "правильного" значения.

Существует довольно много программных средств, позволяющих уменьшать заметность шума на цифровом изображении. Конечно, при их использовании в той или иной степени вместе с шумом пропадают и мелкие детали фотографии.

Вообще говоря, технологии совершенствуются, размеры матриц увеличиваются, так что шумы цифрового изображения становятся все менее заметными. Думаю, в ближайшие годы эта проблема и вовсе уйдет в прошлое. Однако все же цифровым шумам и методам борьбы с ними пока по-прежнему уделяется довольно много внимания.

Среди этих разговоров настойчиво повторяется идея, что цифровые шумы нарастают как с увеличением чувствительности матрицы, выражаемой эквивалентным числом ISO, так и с увеличением экспозиции (при удлиннении выдержки). Ведь, теоретически говоря, увеличить чувствительность ISO в четыре раза - это то же самое, что увеличить в четыре раза выдержку (с точки зрения правильной экспозиции).

Однако будут ли в действительности эти два фактора одинаковым образом сказываться на количестве цифрового шума? Заранее предвидя результат, я все же решил провести эксперимент.

Для теста я использовал фотоаппарат Olympus C-5050 (хотя уверен, что результаты можно смело распространить на все камеры, использующие ПЗС-матрицу в качестве светочувствительного элемента, поскольку физические причины появления цифрового шума неизменны).

Съемка велась в помещении, со штатива. Сделана серия снимков - при эквивалентной чувствительности ISO 64, 100, 200 и 400, с выдержками 1/2, 1, 2, 4, 8 и 16 секунд. Правильная экспозиция подбиралась изменением диафрагмы. Правда, диапазон ее регулировки у C-5050 не слишком широк, так что на угловые снимки (в левом верхнем и правом нижнем углу) его уже не хватало. Однако для наглядности даны все варианты.

Приведены, конечно, фрагменты изображений, в масштабе 100%.

Главный вывод, который можно сделать на основании этих снимков:

Увеличение выдержки (например, от 1 сек до 8 сек) при неизменном ISO (например, 64), приводит к гораздо меньшему увеличению шумов, чем увеличение чувствительности ISO (например, от 64 до 400) при неизменной выдержке.

ISO 64 --- 1 c	ISO 400 --- 1 c
ISO 64 --- 8 c

Посмотрим теперь, насколько эффективен режим "ночной съемки", при котором реализуется субтрактивный алгоритм шумоподавления (при закрытом затворе делается второй кадр, который затем вычитается из первого).

Без шумоподавления	Шумоподавление включено
ISO 100 --- 16 c	ISO 100 --- 16 c
ISO 400 --- 1 c	ISO 400 --- 1 c

Действительно, шумоподавление работает (на мой взгляд, даже слишком агрессивно - светлые точки из левого столбика, иначе называемые "горячими пикселами", не только исчезают, но даже становятся темными - в правом столбике, при включении шумоподавления).

И все же картинка для ISO 100 выглядит предпочтительнее, даже при 16-секундной выдержке (слева вверху), чем для ISO 400 при 1 секунде и включении шумоподавления (справа внизу).

То есть, мы опять наблюдаем драматическое снижение качества изображения при больших значениях ISO. Этот фактор влияет более существенно, чем увеличение времени экспозиции или включение режима подавления шумов.

Вывод: при ночных съемках со штативом всегда используйте минимально возможное значение ISO. Сопутствующее этому увеличение выдержки картинку не испортит.

В качестве послесловия хочу сделать следующее замечание.

Уровни шумов, видимые на приведенных выше снимках, могут показаться Вам значительными, и даже способствовать формированию негативного отношения к модели Olympus C-5050. Так вот - это будет несправедливо! Во-первых, условия съемки там действительно тяжелые: недостаток освещения и необходимость в длинных выдержках. А кроме того, все относительно! Для примера приведу фрагменты двух снимков. Левый сделан фотоаппаратом Olympus C-5050, а правый - несколько более дешевой камерой, C-4000. Сравните и почувствуйте разницу!

Снимки сделаны сразу один за другим, со штатива, с одинаковыми параметрами (ISO100, F/7.0, выдержка 6 секунд), отключенной системой шумоподавления. Фрагменты приведены в масштабе 100%.

Подробный обзор фотоаппарата Olympus Camedia C-5050 Zoom.