Wstęp
Jedną z przewag fotografii cyfrowej nad analogową, przynajmniej jeśli chodzi o wy- godę pracy, jest możliwość zmiany czułości w trakcie robienia zdjęć bez konieczności zwijania rolki filmu w po- łowie i zakładania nowej. Jedno zdjęcie możemy zrobić z czu- łością odpowiadającą ISO 100, kolejne z ISO 400, a następne ponownie z ISO 100. Łatwość zmiany czułości prowokuje do korzystania z takich wartości ISO, o jakich nie śniło nam się w czasach analoga. Filmy o czułościach rzędu ISO 800 czy ISO 1600 należały do rzadkości i dawały tak marne rezultaty, że nie- wiele osób w ogóle z nich korzystało. Dziś ekwiwalent ISO 1600 dostępny jest w większości nawet prostych kompaktów. Jednak cyfra nie uniezależniła nas od światła – wysokoczułe filmy sre- browe dużym ziarnem przyprawiają o zgrzytanie zębów, a wy- sokie czułości w cyfrówkach, w zamian za możliwość zrobienia zdjęcia, zmuszają fotografującego do pogodzenia się z szumami.
Szumy - czyli cyfrowe ziarno
- Tekst Łukasz Kacperczyk O autorze
- Zdjęcia Krystian Bielatowicz O autorze
- Zobacz dyskusję o tym temacie
Co to takiego i skąd się biorą?
Szumy widoczne przy wysokich czułościach to tzw. cyfrowe ziarno. Określenie to pojawiło się jeszcze w czasach fotografii analogowej, w której oznaczało, że zdjęcie składa się z bardziej lub mniej widocznych kropek. Im wyższa czułość filmu na światło, tym większe i bardziej wyraźne kropki. Powiększenie ziarna skutkuje obniżeniem rozdzielczości obrazu, rozumianej jako zdolność do rejestracji szczegółów.
W cyfrze rolę ziarna pełnią szumy, czyli zakłócenia obrazu. Objawiają się większymi lub mniejszymi (w zależności od wybranej czułości) kolorowymi punktami lub wręcz plamami. Matryce cyfrówek mają jedną, stałą czułość na światło – zazwyczaj w okolicach najniższej wartości ISO oferowanej przez aparat. Wszystkie pozostałe ekwiwalenty czułości są osiągane na zasadzie wzmacniania sygnału z matrycy – im bardziej sygnał trzeba wzmocnić (przy wysokich czułościach), tym większe zakłócenia się pojawiają, zupełnie jak we wzmacniaczach audio. Bardzo wiele zależy wtedy od jakości pierwotnego sygnału, czyli od ilości światła przyjętego przez matrycę. Im mniej czysty sygnał wyjściowy, tym gorzej wypadają rezultaty jego wzmacniania, ponieważ już na początku stosunek sygnału do szumu był nie najlepszy.
I tu pojawia się kwestia wielkości przetwornika obrazowego i licz- by punktów światłoczułych. Zakładając, że fizyczna wielkość matrycy (czyli jej wymiary) nie zmienia się, wraz ze wzrostem rozdzielczości maleją punkty światłoczułe, ponieważ musimy zmieścić ich więcej na tej samej powierzchni. Dlatego, jeśli fizyczna wielkość sensora pozostanie taka sama, fotodiody matrycy 6 megapikseli będą większe od fotodiod matrycy 10 megapikseli. A im większy punkt światłoczuły, tym więcej światła jest w stanie zarejestrować i tym bardziej jest na to światło czuły.
To dlatego fizycznie malutkie matryce w kompaktach cyfrowych pod względem jakości zdjęć przy wysokich czułościach nie wytrzymują konkurencji z dużymi matrycami lustrzanek. Przy najniższych czułościach różnice są niezauważalne i zazwyczaj dotyczą aspektów innych niż szumy.
Natomiast kiedy wkraczamy na poziom ekwiwalentu ISO 400
i wyżej, zdjęcie wykonane lustrzanką cyfrową można wskazać bez wahania. Najwyższe czułości rzędu ISO 800 lub 1600 w kom- paktach należy traktować jako ostatnią deskę ratunku, kiedy nie ma innego sposobu na wykonanie zdjęcia. Zresztą nawet lustrzanki dopiero od niedawna oferują sensowną jakość zdjęć przy najwyższych czułościach. Oczywiście na najlepszej pozycji są tu lustrzanki cyfrowe o matrycy pełnoklatkowej (czyli o wymiarach odpowiadających klatce filmu 24 × 36 mm) – np. Nikon D3 oferujący niezłe rezultaty nawet przy magicznej czułości ISO 6400. Również lustrzanki o najpopularniejszej wielkości matrycy APS-C (Nikon oznacza ją symbolem DX, wymiary 23,6 × 15,8 mm) radzą sobie w ciemnościach o niebo lepiej od kompaktów.
Kiedy przeszkadzają najbardziej?
Podstawowym minusem zaszumionych zdjęć wykonanych przy wysokich czułościach jest wspomniane już cyfrowe ziarno, czyli kolorowe plamki. W skrajnych przypadkach przybierają one postać gęstej, barwnej kaszki, która zasnuwa obraz, eliminując większość szczegółów – wygląda to jak obraz w źle dostrojonym telewizorze.
Wiemy już, że im fizycznie mniejsza matryca, i im więcej punktów światłoczułych musiał na niej zmieścić producent, tym większe szumy przy czułościach wyższych niż podstawowe. Jednak czy te różnice nie są przesadzone? Czy na pewno istnieją z tak prozaicznej przyczyny, jak fizyczne wymiary przetwornika obrazowego? Aby zrozumieć kolosalną różnicę między efektami uzyskiwanymi za pomocą cyfrowych lustrzanek, wystarczy porównać wymiary sensorów wykorzystywanych w aparatach kompaktowych.
Tradycyjnie posłużę się przykładem z ogródka Nikona. Jeden z najwyższych modeli linii Coolpix – oznaczony symbolem P5100 – rejestruje obrazy za pomocą matrycy w rozmiarze 1/1,72 cala, co oznacza, że sensor obrazowy ma wymiary ok. 7,6 × 5,7 mm. Tymczasem amatorska lustrzanka cyfrowa Nikon D60 jest wyposażona w matrycę formatu DX, czyli o wymiarach 23,6 × 15,8 mm. Jak widać, różnica powierzchni jest ogromna. Tym większa, że Nikon Coolpix P5100 ma na matrycy 12 milionów punktów światłoczułych, a D60 10 mln. Nie dość, że fotodiody są większe ze względu na różnicę wymiarów przetworników, to jeszcze dochodzi kwestia mniejszej liczby komórek. Nic dziwnego, że zdjęcia wykonane tymi aparatami przy czułości ISO 800 są nieporównywalne.
Jednak zacieranie detali i obniżenie rozdzielczości to nie jedyne minusy zaszumienia zdjęcia. Równie irytujący jest ogólny spadek kontrastu (zdjęcie wygląda na wyprane), który często jest połączony z obniżeniem nasycenia kolorów. Co ciekawe, każdy aparat ma swoją charakterystykę i przy skrajnych ustawieniach ISO zachowuje się w specyficzny sposób, np. nasycenie barw potrafi się zmieniać selektywnie. Przy pewnych ustawieniach (innych czułościach) nagle jeden z kolorów niemalże znika – na zdjęciu wykonanym przy ISO 800 jest, a na kolejnym, przy ISO 1600, zbliża się do szarości.
Kiedy fotografujemy przy wysokich czułościach, niezwykle ważne jest właściwe naświetlenie zdjęcia. Szumy pojawiają się najpierw na ciemnych obszarach, z których do matrycy dociera najmniej światła. Dlatego też najważniejsze to postarać się, by do przetwornika obrazowego dotarła odpowiednia ilość światła. Nawet najmniejsze niedoświetlenie zdjęcia spotęguje szumy i sprawi, że obraz będzie wyglądał źle – czasem ziarno pojawia się nawet na niedoświetlonych fotografiach wykonanych przy najniższych czułościach.
Mimo że szumy niekorzystnie wpływają na oddawanie szczegółów, to właśnie zdjęcia pełne szczegółów mają szansę wyglądać lepiej przy wysokich czułościach. A to dlatego, że cyfrowe ziarno najłatwiej zauważyć na gładkich powierzchniach, jednolitych pla- mach barwnych, na których kolor przestaje być jednorodny i za- mienia się w masę kolorowych punkcików. Kiedy fotografujemy scenę pełną szczegółów, niewielkie elementy składowe obrazu niejako maskują szumy.
Jak z nimi walczyć?
Jeśli nie fotografujemy akurat ruchomych obiektów, mocujemy aparat do statywu, ustawiamy niską czułość i korzystamy z długiego czasu otwarcia migawki. Najsku- teczniejszym sposobem na uniknięcie dużych szumów związanych z wysokimi czułościami jest fotografowanie przy niskich wartościach ISO. Czasem jednak nie ma wyjścia. Przede wszystkim należy wtedy zadbać o wła- ściwe naświetlenie zdjęcia, ponieważ, jak już wspomniałem, niedoświetlenie to największy sojusznik szumów. Warto też tak kadrować zdjęcia, by nie było na nich zbyt wielu gładkich powierzchni, na których kolorowe plamki będą dobrze widoczne. Pamiętajmy też, że lepiej przy czułości ISO 800 lub 1600 zrobić ziarniste zdjęcie, niż nie zrobić go w ogóle. W pewnych sytuacjach liczy się przede wszystkim dokumentacyjny aspekt fotografii, technika i estetyka schodzą na dalszy plan. A w niektórych przypadkach szumy mogą nawet pozytywnie wpłynąć na nastrój zdjęcia – traktujemy je tak jak ziarno w czasach analoga. Wykorzystywanie ziarna jako elementu budującego klimat zdjęcia sprawdza się zwłaszcza w fotografii czarno-białej, np. podczas fotografowania w gęstej mgle, kiedy to odpowiednio pozbawione kolorów szumy dodadzą kompozycji ciekawej faktury.
Kiedy jednak nie możemy zaakceptować szumów na danym zdjęciu, a jesteśmy zmuszeni do skorzystania z wysokiej czułości, z pomocą przychodzi wbudowana w wiele aparatów funkcja redukcji szumów. Jest to programowy filtr, który analizując ziarnistość obrazu, zmniejsza ją m.in. przez pewne rozmycie szczegółów. Skuteczne systemy wprowadzają niedużo zmian, ale przy najwyższych czułościach (zwłaszcza w kompaktach) istnieje ryzyko wystąpienia niepożądanego efektu akwareli. Zdjęcie wygląda wtedy jakby zostało namalowane farbami wodnymi – jest nienaturalne, składa się z gładkich plamek o jednolitych kolorach i jest pozbawione szczegółów (patrz ramka). Jeśli nie zamierzamy obrabiać później zdjęć na komputerze i zdecydujemy się na oglądanie ich na ekranie lub niewielkie wydruki, możemy bez obawy stosować redukcję szumów w aparacie.
W celu uchronienia początkujących użytkowników sprzętu przed efektem cyfrowego ziarna, producenci ograniczają zakres czułości dostępny w trybie auto ISO, kiedy to aparat sam dobiera czułość w zależności od poziomu oświetlenia. Zaawansowane modele pozwalają fotografującemu samodzielnie ustalić maksymalną czułość dostępną w tym trybie, dzięki czemu możemy mieć pewność, że zdjęcie nie przekroczy akceptowanego przez nas poziomu zaszumienia.
Ciągły postęp technologiczny sprawia, że aparaty cyfrowe – zarówno lustrzanki, jak i kompakty – coraz lepiej radzą sobie z wysokimi czułościami. Nadal jednak producentom sprzętu nie udało się wyeliminować cyfrowego ziarna. Dlatego tak ważne jest, by zrozumieć zasadę jego powstawania i nauczyć się radzić sobie z nim lub, w niektórych sytuacjach, przeciągnąć na swoją stronę i zmusić do współpracy. Nie ma bowiem takiej “wady”, której nie można by wykorzystać w świadomym fotografowaniu. Ale to już temat na osobny artykuł.
Warto wiedzieć
Stosując funkcję redukcji szumów zdjęć wykonywanych przy wysokich czułościach, należy zastanowić się, jak ważne są dla nas dane fotografie. Jeśli zależy nam na nich na tyle, że dopuszczamy myśl o późniejszej komputerowej obróbce, najlepiej wyłączyć odszumianie w aparacie. Istnieje wiele dedykowanych rozwiązań programowych, które dają użytkownikowi dużą kontrolę nad całym procesem i umożliwiają zachowanie większej liczby szczegółów. Obraz odszumiony bezpośrednio w aparacie może być pozbawiony detali, których nie uda się odzyskać.
Zaawansowane aparaty dają użytkownikowi możliwość włączenia
i wyłączenia systemu redukcji szumów. W lustrzance Nikon D60
w menu znajdziemy krótkie wyjaśnienia dotyczące wybranej funkcji.
Warto wiedzieć
Użytkownicy cyfrówek mogą spotkać się z szumami nie tylko podczas fotografowania przy wysokich czułościach. Zakłócenia obrazu pojawiają się też przy długich czasach ekspozycji (już od kilku sekund). Są to zazwyczaj pojedyncze jasne plamki na ciemnym tle oraz rozjaśnione rogi kadru – w niektórych aparatach jeden z nich, w innych dwa lub więcej. Powodem jest rozgrzewanie się matrycy aktywnej przez dłuższą chwilę. Niektóre aparaty (np. Nikon D60 przy ekspozycjach od 8 s) radzą sobie z tym problemem w taki sposób, że zaraz po naświetleniu zdjęcia wykonują jeszcze jedno, przy zamkniętej migawce i takim samym czasie aktywności sensora, tworząc w ten sposób wzorzec czerni, który następnie porównują ze zdjęciem i programowo eliminują zakłócenia. Czasem ten sposób odszumiania ma swoją osobną pozycję w menu – jest oddzielony od odszumiania związanego z wysokimi czułościami. Informację na ten temat znajdziemy w instrukcji obsługi aparatu.
Ćwiczenia
Wykonaj zdjęcia porównawcze przy tej samej wysokiej czułości (od ISO 800 wzwyż), jedno przy dobrym oświetleniu (np. w dzień), drugie w oświetleniu słabym (np. wieczorem, we wnętrzu). Porównaj rezultaty. Na którym zdjęciu szumy są bardziej widoczne? Na którym bardziej przeszkadzają?