Ridurre il rumore introduzione

Vi ricordate la grana presente nelle fotografie a pellicola o il sibilo di un impianto hi-fi ad alto volume?
Anche nella fotografia digitale è presente un problema analogo che può compromettere seriamente lo scatto, è comunemente chiamato “Rumore d’immagine”; ma da cosa dipende? La fotocamera digitale utilizza apparati elettronici allo scopo di fornire l’immagine finale attraverso l’acquisizione, il trasporto e l’elaborazione del segnale utile al quale si sommano altri segnali dannosi dovuti alle proprietà intrinseche dei materiali che lo veicolano.

Il risultato è un degrado della qualità finale, una sorta di inquinamento del segnale utile, che paghiamo per poter ottenere un’immagine digitale; è un fenomeno fisico molto complesso e di difficile risoluzione influenzato peraltro anche dalla temperatura del sensore e dalle lunghe esposizioni. Esiste un RUMORE CASUALE che è inevitabile. Esso sarà quasi invisibile nel caso in cui ci sia un buon SEGNALE UTILE.

L’indice SNR (Signal to noise ratio o rapporto segnale rumore) è un valore che esprime la qualità del segnale “utile”. Più è alto meglio è, ma quello che interessa sapere è che aumentando gli ISO il valore purtroppo diminuirà. Intervenire sulla sensibilità assoluta ISO comporta (soprattutto per le fotocamere più economiche) un aumento del RUMORE. Ciò è causato dal fatto che in realtà non aumentiamo la quantità di luce che colpisce il sensore ma amplifichiamo ciò che abbiamo già catturato (e di conseguenza amplifichiamo anche il rumore) e nonostante il miglioramento tecnologico delle unità di amplificazione nelle recenti reflex troveremo sempre un “inquinamento” del segnale UTILE.

In questa introduzione ci interesseremo solo delle tre più frequenti tipologie di rumore:

• HOT PIXEL
• CASUALE
• BANDING

• RUMORE DI HOT PIXEL

Compare generalmente nelle lunghe esposizioni e a parità di ISO , viene aumentato dalle alte temperature e dal tempo di esposizione. Generalmente si osserva nella la stessa posizione del sensore, quindi si presenta sempre (o quasi) negli stessi punti dell’immagine . 

 

Immagine finale = Immagine iniziale – Dark Frame

TIP: Per distinguere il rumore Hot Pixel dal rumore casuale provate a scattare una foto di 5 minuti con gli iso al minimo (evitate le modalità Low-iso presenti eventualemente in camera,restate su valori numerici es: 100 iso 200 iso )

La tecnica chiamata “Dark Frame Subtraction” permette di gestire in parte questo fenomeno. Si tratta di effettuare uno scatto identico al primo con otturatore estremamente chiuso e con il tappo davanti l’obiettivo, meglio ancora con uno straccio avvolto attorno per evitare infiltrazioni. In tal modo si ottiene un fotogramma con solamente il rumore denominato “a schema fisso”. Successivamente, tale fotogramma “sporco” viene sottratto in post-produzione al frame precedente. Questa tecnica seppur buona non fa miracoli ed è solamente la base di partenza delle più complesse tecniche utilizzate in astrofotografia.

Il software Rawtherapee permette la sottrazione del dark frame. (link)

•  RUMORE CASUALE

Il rumore casuale è dovuto alle proprietà intrinseche della materia. E’ impossibile da eliminare alla radice perchè va formandosi lungo il percorso fatto dal SEGNALE UTILE nel circuito elettrico della fotocamera. Esso varia di volta in volta e non è possibile prevederne uno schema. Valori bassi di ISO comportanto un minor RUMORE CASUALE. Nella pratica dovremo usare il comando iso con parsimonia e come ultima strada possibile. E’ il disturbo più difficile da rimuovere senza compromettere la qualità della foto perchè i software di riduzione del rumore faticano a distinguerlo da texture utili all’immagine. Infatti, spesso il risultato che si ottiene è quello di rimuovere anche quello che non dovrebbero riducendo quindi la qualità finale dell’immagine.

 TIP : Per distinguerlo dagli altri tipi di rumore scattare una foto ad altissimi iso e tempi brevi

• BANDING

Si tratta della presenza di BANDE di rumore rettilinee spesso in corrispondenza di fonti luminose puntiformi (es. lampioni). Tale problema dipendente dal tipo di Reflex, in particolare dal tipo di sensore che monta.
Il Banding peggiora aumentando gli ISO ed è influenzato dal valore di Bilanciamento del Bianco (White Balance) impostato. Inoltre è molto visibile nelle zone scure dell’immagine.

Tale disturbo, nasce dalla lettura delle informazioni provenienti dal sensore. Pertanto, dipende esclusivamente dal modello di fotocamera e dal software di elaborazione dei dati. Anche fotocamere molto costose possono produrre del banding.

TIP : Se possedete una reflex sensibile a questo problema evitate di scattare lunghe esposizioni comprendenti oggetti puntiformi molto luminosi o comunque che abbiano una forte differenza di luminosità con lo sfondo.

• COME POSSO RIDURRE IL RUMORE E QUALI TECNICHE SONO EFFICACI?

Nella prossima guida vedremo come ridurlo ma la cosa migliore è evitare di generarlo già in fase di scatto, quindi al contrario della pellicola l’ideale è esporre a destra ,cioè portare a casa scatti leggermente sovraesposti (senza bruciare) per poi abbassarne la luminosità via software ed esponendo principalmente tramite il tempo e il diaframma,usando la variazione degli iso come ultima risorsa

Evitate le sottoesposizioni come la PESTE !

Nelle ombre l’ SNR è molto basso e come conseguenza avremo un rumore molto più pronunciato ma non solo,il sensore non ha una distribuzione omogenea dei toni bensì lineare,quindi nelle alte luci avremo il maggior numero di sfumature possibili ,concentrarle per quanto possibile a destra (alte luci) è quindi la scelta migliore per salvarsi da brutti fenomeni di solarizzazione o banding dei toni.

• MEGLIO AUMENTARE GLI ISO IN CAMERA O IN POST-PRODUZIONE?

La domanda non è banale,ma fatemi fare una premessa: così come aumentare gli iso in camera non aumenta il numero di fotoni che colpiscono il sensore, anche per i software di elaborazioni non sarà mai possibile aumentare l’esposizione in maniera genuina, nonostante il nome del comando “esposizione” suggerisca il contrario.

C’è parecchia confusione terminologica ed è male.

Quindi con AUMENTO DELL’ESPOSIZIONE si intende aumentare il numero di fotoni, cioè la luce che colpisce il sensore, mentre variare gli ISO implica un’amplificazione del segnale d’origine (guadagno)

Allora, che cosa è meglio fare quando le condizioni non permettono di cambiare l’esposizione? E’ bene aumentare gli iso direttamente sulla macchina fotografica o farlo successivamente attraverso il software di elaborazione?
Dopo diverse ricerche sono giunto alla conclusione che la prima soluzione consente di avere un rumore più trattabile e garantire passaggi tonali più graduali nelle ombre ed evita, per quanto possibile, effetti di solarizzazione (quel brutto fenomeno di scalettamento tra le diverse sfumature). Questo perché l’amplificatore di segnale della camera lavora in analogico prima di digitalizzare l’informazione, in pratica non arrotonda valori adiacenti per interi come invece succede via software (digitalizzazione). Possiamo dire che i valori dell’informazione saranno trattati “più gentilmente” .

Tip: La peggiore situazione si ha nelle ombre di una foto sottoesposta tentando di aumentare la luminosità via software. Evitate sempre di sottoesporre!

Riassumento :

• Evitare gli alti iso. Se proprio dovete, usate quelli sulla fotocamera (per ridurre il rumore casuale)
• Esponete a destra intervendo SOLO su apertura e tempo di esposizione e non agendo sugli iso. Scattate in RAW.( rischiate il rumore casuale)
• Evitare luci puntiformi su sfondo molto scuro, in base alla reflex (banding)
• Evitare lunghe esposizioni ad alte temperature. Tenete presente che le lunghe esposizioni scaldano il sensore, quindi fate raffreddare il sensore in caso di foto “long exposure” (Per evitare gli hot pixel)
• Prendere confidenza con la tecnica del “dark frame subtraction” nelle lunghe esposizioni e foto notturne, scopritene i pregi e difetti. E’ una delle tecniche più semplici alla base dell’astrofotografia (Hot Pixel)
• A parità di tecnologia e numero pixel preferire le Reflex con sensore di maggiori dimensioni ad esempio : tra una d700 e una d300 preferire la prima 🙂
• Disattivare le funzioni di riduzione del rumore on-camera ad alti iso, mentre la riduzione del rumore per lunghe pose è una tecnica simile al dark frame subtraction e come tale ogni scatto durerà circa il doppio, tenerne conto in termini di durata della batteria e numero di scatti.

Ringrazio particolarmente l’amico Francesco Hiroki Moriguchiper per la correzione del testo.

Fonti:  http://www.cambridgeincolour.com/, http://en.wikipedia.org/wiki/Image_noise