FOTOŠKOLA: Šumí jak umí (a jak mu dovolíme)

15. listopadu 2005
TWEET SDÍLET
FOTOŠKOLA: Šumí jak umí (a jak mu dovolíme)
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


Hardcore akce Sekiro byla dohrána se zavázanýma očima. Zvládnete to také?

Hardcore akce Sekiro byla dohrána se zavázanýma očima. Zvládnete to také?

Jakoby nestačilo, že na hru celou dobu nekoukal, on ji ještě ke všemu dokázal odehrát za méně jak 2 hodiny!

Radek Wunderlich
Streamování herSekiro: Shadows Die Twice
Samsung The Frame – co umí a jak se ovládá unikátní řada televizorů

Samsung The Frame – co umí a jak se ovládá unikátní řada televizorů

Vyzkoušeli jsme si The Frame (2021), který má stále co nabídnout. Chlubní se hlavně sice režimem uměleckých děl, ale rozhodně je více důvodů, proč jej zvolit místo klasiky.

Tomáš Holčík
SamsungTelevizory
Recenze Switch verze hry Gang Beasts. Bojovka, kterou se naučíte během chvilky

Recenze Switch verze hry Gang Beasts. Bojovka, kterou se naučíte během chvilky

Her, které se hodí na párty s kamarády, stále není mnoho. Tahle jednoduchá bojovka pro tento účel není vůbec špatná volba.

Martin Nahodil
Gang BeastsBojovéRecenze
Velký update pro Fénixy. Šestá řada dostává vylepšené režimy, které se zalíbí zejména cyklistům

Velký update pro Fénixy. Šestá řada dostává vylepšené režimy, které se zalíbí zejména cyklistům

** Na řadu Fenix 7 stále čekáme, a tak Garmin aktualizuje starší řadu ** Téměř 15MB update se zalíbí zejména cyklistům ** V rámci updatu došlo i na opravy několika výrazných chyb systému

Martin Chroust
FénixAktualizace softwaruGarmin
Jak poslat dopis nebo balík, a nechodit kvůli tomu na poštu

Jak poslat dopis nebo balík, a nechodit kvůli tomu na poštu

Karel Kilián
SlužbyČeská poštaČesko
Icarus zjemňuje podmínky. Permanentní ztráta postavy se hráčům nezamlouvala

Icarus zjemňuje podmínky. Permanentní ztráta postavy se hráčům nezamlouvala

Už jste také zařvali na nehostinné planetě bez možnosti pokračovat?

Michal Maliarov
IcarusSurvival
Youtuber odhalil zatím nepředstavený objektiv od Nikonu

Youtuber odhalil zatím nepředstavený objektiv od Nikonu

Běžně jsou veškeré úniky informací anonymní, aby se informátoři nedostali do problémů. V tomto netradičním případě se ale zdroj informací k únikům hlásí a má k tomu důvod.

Jan Pánek
Objektivy
Mobilní unikát. Špičkový čipset Samsung Exynos 2200 dostal RDNA2 grafiku s podporou Ray Tracingu

Mobilní unikát. Špičkový čipset Samsung Exynos 2200 dostal RDNA2 grafiku s podporou Ray Tracingu

** Samsung oznámil čipset, na němž v Evropě poběží řada Galaxy S22 ** Grafický adaptér Mali nahradil RDNA2 čip od AMD ** Čipset má do mobilů dostat konzolovou grafiku včetně Ray Tracingu!

Martin Chroust
Exynos 2200AMD
Samsungu unikla celá řada tabletů Galaxy Tab S8. Novinky budou hned tři, displej Ultry bude doslova obří

Samsungu unikla celá řada tabletů Galaxy Tab S8. Novinky budou hned tři, displej Ultry bude doslova obří

** Samsung na únor chystá novou řadu tabletů Galaxy Tab S8 ** Tentokrát se bude jednat hned o tři novinky ** Všechny poběží na Snapdragonu 8 Gen 1 a nabídnou stylus S Pen

Martin Chroust
StylusTablety