Billedstøj

 

Den støj som optræder i et billede skyldes fortrinsvis de elektroniske kredsløb,som omsætter fotonerne (lyset) til et ækvivalent billedsignal. Alle forstærkerkredsløb støjer. Det gælder også kameraets sensor. Er der lys nok, så vil billedsignalet være meget kraftigere end grundstøjen. I så fald er der et gunstigt signal/støj forhold og billedet vil derfor fremstå rent og klart.

Under dårlige lysforhold sætter vi kameraets ISO værdi op. I praksis øger vi forstærkningen i kredsløbene, men  grundstøjen følger desværre proportionalt med op.  Afstanden mellem billedsignal og støj bliver på den måde mindre  og støjen en mere dominerende faktor i billedet.

I et ellers klart og rent billede kan vi konstatere at i skyggen eksisterer problemet støj i bedste velgående. I skyggen er der selvsagt færre fotoner til rådighed og forholdet mellem billedsignal og støj derfor ret ugunstigt. ”Åbner” vi skyggen i et redigeringsprogram for at se flere detaljer, så får vi af nævnte årsag også tilsvarende mere støj at se.

Uanset ISO indstilling, så er det forholdet mellem antallet af fotoner og grundstøjen som bestemmer hvor meget støj vi får at se i billedet. Under dårlige lysforhold kan signal/støj forholdet kun forbedres ved at sensoren modtager fotoner i en længere tidperiode ved at vælge en lav ISO og i stedet forlænge lukkertiden eller åbne blænden.

Når vi ser sne på et fjernsynsbillede, så er det primært ikke støj, som fanges ind af antennen. Et passivt element, som en antenne, bidrager ikke til støj i sig selv. Det er TV tunerens grundstøj vi ser, fordi signalet er for svagt i forhold til støjen.

Det er ikke muligt at forstærke sig ud af et støjproblem. Men jo tidligere der sættes ind, jo bedre er det, alt andet lige. Der er ingen tvivl om at producenterne er blevet dygtigere på området. Sensorerne opbygges så de fanger mere lys end tidligere. I forbindelse med udlæsningen af billedsignalet fra sensoren er producenten også blevet bedre til at angribe støjen på kvalificeret vis. Hvordan er en mere eller mindre velbevaret hemmelighed. Sidst men ikke mindst er algoritmerne, som bruges til at filtre støjen væk med,  blevet mere sofistikeret.

Men træerne vokser som bekendt ikke ind i himmelen, og ved høj ISO er det tydeligt at støjundertrykkelsen går ud over opløsningen. I billige kompaktkameraer er støjundertrykkelsen ofte så kraftig, at billedet mere ligner en akvarel end et fotografi. Støjundertrykkelse koster i opløsning.

I forbindelse med komprimering af et JPG billede er det ikke muligt for algoritmen at skelne mellem støj og små detaljer i billedet, og alt andet lige er mange detaljer lig med en større JPG fil.

Den måde en JPG fil komprimeres på, betyder også at et skarpt og velbelyst billede ved samme komprimeringsfaktor fylder mere end et overbelyst og uskarpt billede. Der findes kameraer som udvælge det bedste billede ud af en serie ved at se på filens størrelse. Den største JPG fil forventes at indeholde det skarpeste og bedste billede.

Affotografer en testtavle eller et lignende fladt motiv ved  alle blændetrin, og sammenlign så størrelsen på de JPG billeder, der kommer ud af det. Den JPG fil som fylder mest i byte indeholder som regel også det skarpeste billede. Det er jo en nem måde at finde frem til det blændertrin, hvor et givent objektiv tegner det skarpeste billede. Det ses også tydeligt ved sådan en test, at allerede ved blænde 8 eller 11 begynder diffraktionen at påvirke skarpheden i negativ retning ved f. eks D-SLR kameraer med en sensor i APS-C størrelse. Jo større en sensor er, jo mere kan man blænde ned før diffraktionen påvirker opløsningen.

Her er nogle fakts vedrørende kamera støj.

Støjen benævnes ofte Hvidt støj. Hvidt støj indeholder pr. definition alle frekvenser ligeligt fordelt i frekvensspektret og støjen er tilfældig. Der er ikke et fast støjmønster, og det gør det meget vanskelig at filtrere for problemet.

En sensor består af mange små halvledere. Støjen i halvlederne er fortrinsvis af termisk natur, så jo koldere sensoren og tilhørende halvledere har det, jo mindre støj generes der. Der er ligeledes en anelse variation fra pixel til pixel i støjniveau, og enkelte pixel (Hotpixel) er defekte. Det søges mindsket ved pixel mapping og subtraktion af et korrigende støjbillede. Det fjerner ikke støjen, men reducerer dog støjniveauet lidt. Diverse algoritmer kan i forbindelse med udlæsning fra sensoren yderligere dæmpe støjen lidt. Hvordan er lidt af en fabrikshemmelighed, men vi kan konstatere at nogle producenter er bedre til det end andre.

Et kamera har ikke uanede kræfter når der skal sættes ind mod den resterende støj og ofte får vi ved høj ISO et JPG billede fra kameraet, som virker kunstigt og unaturligt, fordi der bogstavlig talt er blevet ”malet” og udglattet med en meget bred ”pensel”.

I Raw konverteren er der mulighed for at reducere den resterende støj på en mere rafineret måde. Hvor effektivt det kan ske er et spørgsmål om hvor godt redigeringsprogrammet kan skeldne mellem støj og billedinformation.

Tidsfaktoren er ikke særlig afgørende i en Raw konverter og med rigelig datakraft til rådighed, kan der derfor udføres mere nøjagtige analyser af støjbilledet, og det betyder at mere avancerede algoritmer kan tages i brug.

Det er ikke alt støj som generer ligemeget. Farvestøj er nok det der spinger mest i øjet, men heldigvis er det forholdsvis nemt at fjerne. Der skal en meget kraftig udglatning af krominanssignalet til, før det kan ses i billedet.

Med luminans støjen er det straks lidt sværere, fordi en kraftig støjreduktion så tydeligt påvirker billedets opløsning. Den blå kanal er ofte mere støjfuld end de 2 andre kanaler. De skyldes at forstærkningen i kanalerne ikke er ens.

Der er i virkeligheden ingen grund til at gå så kraftigt til værks over for luminansstøj. Lidt støj i billedet har ofte samme effekt som Dithering. Det glatte lidt ud, hvis der er en tendens til Color Banding, og er langt at foretrække frem for en reduktion i opløsning. Med dagens kameraer skal man op i meget store forstørrelser før det overhoved kan betale sig at fjerne en smule krominsstøj af den simple grund at det ikke ses på normal betragtningsafstand.