FOTOŠKOLA: Šumí jak umí (a jak mu dovolíme)

15. listopadu 2005
TWEET SDÍLET
Od vzniku digitální fotografie je jejím problémem šum, který je obsažen v každém snímku. Konstruktéři a my uživatelé se snažíme, aby ho bylo co nejméně. Digitální šum, pokud je markantní, se projevuje na fotografii v podobě barevných teček, skvrn a degradace ostrosti. Proč šum vzniká a jak jej omezit, o tom je následující článek.

Proč vzniká šum

Jedna z nejdůležitějších součástí Vašeho digitálního fotoaparátu je snímač. Funkcí snímače je měnit fotony dopadajícího světla na elektrony a tím získávat elektrický náboj jako hlavní stavební kámen budoucí fotografie (odkaz na můj článek „Jak vznikají fotografie v digitálu?“).Čím více světla (fotonů), tím větší náboj (elektronů). Tento převod „mají na starost“ sloučeniny křemíku obsažené ve snímacím prvku. Tyto sloučeniny se však vyznačují nestálostí elektrických parametrů. Dochází k uvolňování a přeskakování elektronů na snímači fotoaparátu, které nevygeneruje světlo odražené od fotografované scény, ale jiné elektromagnetické vlny (např. rozhlasoý a televizní signál, mobilní telefony aj.), ale i teplo. Čím delší je doba expozice, okolní teplota a vnější elektomagnetické rušení, tím více se může vygenerovat nebo přeskočit elektronů, které nenesou informaci o snímaném obrazu. Těmto elektronům se říká šum.
Hodnoty elektrického náboje vygenerované jednotlivými prvky snímače jsou analogovým modelem obrazu, který je dále na cestě k A/D převodníku náchylný na chyby. Teprve na výstupu A/D převodníku je analogový signál digitalizován a je odolný proti poruchám.

V A/D převodníku se přiřazují hodnotám elektrického náboje hodnoty jasu ve škále 0 až 255, tedy pro každý barevný kanál 256 úrovní jasu (RGB v osmibitovém režimu). Nula (teoreticky) je zcela tmavá a 255 úplně světlá. Té odpovídá max zisk např. 2 mV. Takzvané zvýšení citlivosti např. ze ISO 100 na ISO 200 probíhá tak, že AD převodník přiřadí polovičnímu náboji tj. 1mV (a vyšší) hodnotu jasu 255 a stejně postupuje v nižších hodnotách náboje. Tím se snížil maximální zisk z jednotlivých prvků snímače na polovinu a hodnoty šumu zůstaly stejné, neboli odstup od šumu se dramaticky snížil. Šum se už může projevit. Zvláště patrné je to u modrého kanálu, protože ten má nižší citlivost než ostatní kanály, proto musí být zesílen více, tudíž šum je patrnější. Toto „zvyšování citlivosti snímače“ má podstatný vliv na šum výsledné fotografie.


Čas 0,5 sec. ISO 100


Čas 0,5 sec. ISO 400 Šum se podstatně zvýšil. Výřez z části nad nejbližším obloukem.

Měření šumu.

Některé zkušebny měří střední hodnotu šumu daného fotoaparátu a sestavují graf šumu při daném ekvivalentu citlivosti ISO. Tento graf znázorňuje, kolik šumu se nachází v průměrném obraze (všech jasů). Neukazuje šum v konkrétním jasu. V tmavých partiích bývá šum výraznější a rušivější. Modrý kanál (B) vykazuje obvykle vyšší hodnotu šumu než ostatní barevné kanály (RG). Šum je závislý na mnoha faktorech a jde částečně o náhodný parametr. Rozdíly v rámci dvou po sobě jdoucích identických měření jedné laboratoře jsou do 5 %. Mír;u šumu nelze brát jako absolutní hodnotu. Je možné srovnávat jednotlivé fotoaparáty v rámci jedné metodiky (zkušebny). Vypovídací schopnost má i sledování průběhu šumu daného přístroje. V grafech je na horizontální ose ekvivalent citlivosti ISO a na vertikální ose stupnice šumu dané zkušebny (standardní odchylka signálu). Prostě číslo 4 znamená dvojnásobný šum než číslo 2 při dané metodice. Vytváří se graf jasové složky šumu a tři grafy jednotlivých RGB barevných kanálů.

 
Grafy D-SLR zrcadlovky s větším (APS-C) snímačem.
Kultivovaný průběh grafu s pozvolným nárůstem šumu.
I při ISO 1600 fotografie použitelné.

 
Grafy kompaktního přístroje s menším snímačem 1/1,8” rozlišení 8,2 Mpx.
Agresivní nárůst šumu zejména barevného. Od ISO 200 v podstatě nepoužitelné.
Při ISO 300 zapíná redukce šumu, ovšem na úkor jiného parametru obrazu.

 
Průběh grafu klasického kompaktu 1/2,5”, 5 Mpx.
Nárůst šumu není agresivní.

Témata článku: Fotoškola


OnePlus 11 je dalším vyzyvatelem špičkových Androidů. Chybí mu jen lepší zoom a bezdrátové nabíjení

OnePlus 11 je dalším vyzyvatelem špičkových Androidů. Chybí mu jen lepší zoom a bezdrátové nabíjení

** OnePlus 11 5G je dalším vyzyvatelem topmodelů známějších značek ** Po čínské premiéře došlo i na globální variantu telefonu** Spolu s ním byl představen i první tablet značky OnePlus

Martin Chroust
SnapdragonSmartphony
Mobilní čipsety budou desetijádrové. Změnu má odstartovat Samsung, záhy by se měli přidat i další

Mobilní čipsety budou desetijádrové. Změnu má odstartovat Samsung, záhy by se měli přidat i další

** Samsung chystá na příští rok 10jádrový superprocesor ** Na 10 jader má v roce 2024 přejít i Qualcomm a Mediatek ** Potřebujeme však deset jader v mobilu? A co na to baterie?

Martin Chroust
ExynosMobilní procesorySmartphony
Jak dobře vybrat bezdrátová sluchátka. Velká zajistí ticho a pohodlí, s malými klidně můžete sportovat

Jak dobře vybrat bezdrátová sluchátka. Velká zajistí ticho a pohodlí, s malými klidně můžete sportovat

Bezdrátová sluchátka, to nejsou jen populární a módní kapesní modely True Wireless. Například pro cestování jsou vhodnější velké modely s aktivním potlačením hluku. Poradíme, jaké máte možnosti a na co si dát pozor.

Jaromír Puk
Bezdrátová sluchátka
Nový hit. Tahle appka vám udělá profilovku jako od pouličního ilustrátora

Nový hit. Tahle appka vám udělá profilovku jako od pouličního ilustrátora

** Aplikace NewProfilePic se na Androidu stala hitem ** Můžete si v ní vytvořit profesionálně vypadající profilovky ** Pozor ale na agresivní cenovou politiku za Pro verzi

Martin Chroust
FotografieUmělá inteligenceMobilní aplikace
Dron Gambit se stane součástí tajného programu Off-Board Sensing Station. Vyhledá cíle pro letouny s lidskou posádkou

Dron Gambit se stane součástí tajného programu Off-Board Sensing Station. Vyhledá cíle pro letouny s lidskou posádkou

** Americká společnost General Atomics vyvíjí pokročilé autonomní bojové drony řady Gambit ** Ty se stanou součástí utajovaného programu Off-Board Sensing Station ** Momentálně již probíhají přípravy na letové testy

Stanislav Mihulka
VojenstvíDrony
Apple a Google blokují mobilní inovace. Americké Ministerstvo obchodu na 50 stránkách vyzývá k nutným změnám

Apple a Google blokují mobilní inovace. Americké Ministerstvo obchodu na 50 stránkách vyzývá k nutným změnám

** Po Evropě a Indii utahují chystají omezení i Spojené státy ** Google a Apple zřejmě budou muset splnit další důležitá pravidla ** Zatím se jedná jen o doporučení, legislativa se objeví později

Martin Chroust
Apple App StoreGoogle PlayUSA
Tohle je Google zítřka. AI pronikne do vyhledávání, map a překladače

Tohle je Google zítřka. AI pronikne do vyhledávání, map a překladače

** Včera úřadoval Microsoft a ukázal světu nový Bing ** Dnes se umělou inteligencí chlubí Google v Paříži ** Očekávání byla velká, ale dočkali jsme se hlavně drobností

Jakub Čížek
AI ve vyhledávačíchGoogle