СТАТЬЯ

Почему слабое освещение не означает наличие заметного шума — функции шумоподавления в камерах EOS и Cinema EOS

При съемке в условиях нехватки света не стоит бояться недопустимого шума на изображениях. Эксперты Canon рассказывают о работе функций и возможностей шумоподавления в новых камерах Canon EOS и Cinema EOS.
Мужчина смотрит вбок, удерживая камеру возле лица, — его силуэт запечатлен на фоне пурпурно-оранжевого предзакатного неба.

Снимая при высоких значениях ISO в условиях нехватки света, готовьтесь увидеть на изображении заметный цифровой шум. Однако во многих ситуациях использование объектива со стабилизатором и встроенный стабилизатор в таких камерах, как Canon EOS R5, поможет работать с менее высокой светочувствительностью ISO. «Раньше многие снимали со штативом, — говорит Майк Бернхилл из Canon Europe. — Однако штатив не всегда практичен. Поэтому возможность снимать с рук с длительной выдержкой и низким ISO открывает целый мир новых возможностей».

Шум на изображении — это вечная проблема фотографов и видеографов, работающих при слабом освещении. Однако не позволяйте боязни шума помешать вам — благодаря технологиям и функциям, которые доступны на новых камерах Canon EOS и Cinema EOS, шум перестал быть непреодолимой проблемой.

Не стоит полагать, что цифровые изображения стали полностью лишены эффекта зернистости, однако при съемке с высокими значениями ISO (или усиления) либо длительной выдержкой разница очевидна, поскольку в условиях съемки, где необходимо использовать такие настройки экспозиции, изначально соотношение сигнал/шум будет ниже. Повышение чувствительности ISO позволяет захватить больше деталей, но вместе с шумом, в результате чего шум становится более заметным. Схожим образом работает и функция детализации теней при постобработке — она словно создает новый шум, однако на самом деле лишь делает видимым тот шум, что уже имелся на изображении. Тени — это области, от которых датчик изображения получил меньше всего света, в результате чего соотношение данных к шуму значительно ниже.

Так возможно ли свести к минимуму или хотя бы уменьшить количество шума на видео, снятых при слабом освещении? В этой статье мы собрали полезную информацию о технологиях и возможностях шумоподавления, в частности доступных на камерах Canon.

«Существует две категории шума, — говорит Майк Бернхилл, ведущий специалист по продукции Canon Europe. — Одна из них — это шум, который образуется перед съемкой по причине электромагнитных явлений, например дробовой шум от фотонов или взаимные помехи. Мы в Canon всегда стараемся устранить такие шумы, реализуя новые конструкции датчиков изображения для повышения соотношения сигнал/шум.

Однако есть и другой шум, который возникает на стадии обработки цифрового изображения и может быть разделен на хроматический и яркостный». Эти два типа шума можно устранить с помощью шумоподавления, которое применяется либо камерой, либо в программном обеспечении. Возможности шумоподавления в современных камерах Canon EOS и Cinema EOS стали гораздо эффективнее, чем технологии предыдущих поколений. А возможности обработки, которыми располагают компьютерные программы типа бесплатной Canon Digital Photo Professional (DPP), делают возможные результаты шумоподавления еще более невероятными.
Созданное при слабом освещении изображение пейзажа с водоемом и крутыми холмами. На правой половине изображения, созданной с более высоким значением ISO, шум значительно более заметен.

Шум уже давно является проблемой, связанной со съемкой при высоких значениях ISO. Левая половина этого изображения создана с ISO 100 и выдержкой 2,6 сек., однако из-за длительной выдержки вода кажется размытой. Правая половина изображения создана с выдержкой 1/125 сек., однако для достаточного освещения сцены потребовалось поднять ISO до 25 600. Это помогло запечатлеть детали на поверхности воды, однако шум на изображении получился гораздо более заметным, особенно в небе. Оба изображения сняты на камеру Canon EOS 850D с объективом Canon EF 16-35mm f/2.8L II USM (в продаже доступно новое поколение: EF 16-35mm f/2.8L III USM) и следующими параметрами: 23 мм, f/8.

Canon EOS R6 без объектива, в которой можно увидеть полнокадровый датчик изображения.

Более высокое соотношение сигнал/шум обеспечит более высокую четкость изображений; сигналом в этом смысле называют информацию, сохраненную камерой. «В итоге все сводится к размеру пикселей, то есть фотоприемников или "световых колодцев" датчика изображения, — говорит Майк. — Чем больше такой "световой колодец", тем больше фотонов он может поглощать, соответственно тем выше будет соотношение сигнал/шум». Это основная причина превосходного качества изображений, созданных при слабом освещении на камеру Canon EOS R6, — ее 20,1-мегапиксельный полнокадровый датчик изображения имеет меньшее число пикселей, распределенных по области датчика, чем полнокадровый датчик 45 МП, что означает их больший размер.

Использование функций шумоподавления в камере

Новые камеры EOS, такие как Canon EOS R5 и EOS R6, предлагают три типа встроенного автоматического шумоподавления: при высоких значениях ISO, при серийной съемке и при длительной выдержке.

Несмотря на название, шумоподавление при высоких значениях ISO можно использовать с любыми значениями ISO, хотя его эффективность будет более заметной именно с высоким ISO. «В системе каждой камеры прописаны карты хроматического и яркостного шума, — рассказывает Майк. — Эти карты разработаны нашими инженерами и основаны на спецификации датчика изображения и параметрах ISO. Они сообщают камере, что при съемке в формате JPEG при определенных значениях ISO необходимо применить то или иное значение шумоподавления».

Можно выбрать один из трех уровней шумоподавления при высоких значениях ISO, однако настроить параметры для хроматического и яркостного шума можно только в специальной программе, например DPP. «Эти предустановленные карты шума требуется создавать заранее, чтобы сэкономить время, — говорит Майк. — К примеру, при съемке футбольного матча на камеру Canon EOS R3 со скоростью 30 кадров/сек. такие параметры должны быть прописаны в систему, чтобы все происходило мгновенно».
Снимок экрана Digital Photo Professional, где можно увидеть силуэт дерева на фоне пурпурного неба, а справа — элементы управления шумоподавлением.

Функции шумоподавления в программе Canon Digital Photo Professional позволяют устранять хроматический (цветовой) шум отдельно от яркостного, что будет полезно, какую бы камеру вы ни использовали. «Если вы снимаете на камеру с датчиком высокого разрешения, то, возможно, захотите применить более сильное яркостное шумоподавление, поскольку можете немного пожертвовать разрешением, — предлагает Майк. — Однако при съемке на камеру с датчиком меньшего разрешения яркостное шумоподавление может привести к потере деталей».

Камера Canon EOS R3 в разрезе; на изображении виден байонет RF и датчик изображения камеры.

Датчик изображения Canon EOS R3 с задней подсветкой позволяет разместить больше электрических компонентов процессора прямо на датчике изображения. «Возможность установить конвертеры A/D ближе к источнику сигнала означает, что помех будет меньше, следовательно уровень шума, возникающего еще перед преобразованием в обработанный цифровой сигнал, будет ниже», — рассказывает Майк.

Как и шумоподавление при высоких значениях ISO, шумоподавление при серийной съемке можно применить только на камере к файлам JPEG. «Этот метод может сработать и с файлами RAW, однако мы стараемся сделать упростить и ускорить процесс, — говорит Майк.

— Шумоподавление при серийной съемке схоже с техникой фокус-стекинга, поскольку требует создания нескольких изображений с одной позиции, после чего происходит их сравнение и совмещение. После этого камера устраняет случайный шум, оставляя только данные, которые присутствуют на каждом кадре серии.

По этой причине такое шумоподавление предназначено только для съемки статичных объектов. Все объекты, которые находятся в разных точках кадра на соседних изображениях, будут обозначены как шум и устранены».
Шумоподавление при длительной выдержке можно применять к файлам JPEG и RAW. Для разметки шума с определенным шаблоном, возникающего при длительном экспонировании, требуется вторая экспозиция. «По сути это современная версия темнового кадра, — поясняет Майк. — Для этого требуется создание двух изображений, причем для одного из них на объектив нужно надеть крышку. На современных камерах EOS затвор автоматически закрывается для создания второй экспозиции». Свет не попадает на датчик, и такой кадр будет содержать исключительно шум.

«Камера сравнивает шум на темновом кадре с шумом на изображении и отмечает странные пиксели или случайный шум, который образует система, а не камера».

При длительных экспозициях камера нагревается, что также может стать источником интерференции — Майк рекомендует не использовать камеру непрерывно, чтобы она успевала остыть между созданием изображений. «Даже если просто откинуть экран, камера уже будет нагреваться немного меньше», — добавляет он.
Специалист в белых перчатках очищает датчик изображения камеры Canon.

Есть ли у вас оборудование Canon?

Зарегистрируйте свое оборудование и получите доступ к бесплатным консультациям экспертов, обслуживанию оборудования, интересным мероприятиям и специальным предложениям — участвуйте в программе Canon Professional Services.
Вид на листья высоких пальмовых деревьев на фоне ночного неба, где видны звезды и Млечный Путь.

В астрофотографии необходимо снимать с относительно низкими значениями ISO, чтобы обеспечить минимальный уровень шума еще на этапе съемки. «Фотографии звезд не жалуют чрезмерной обработки, поскольку из-за этого многие звезды в кадре могут исчезнуть», — говорит Майк. Снято на камеру Canon EOS R6 с объективом Canon RF 16mm F2.8 STM и следующими параметрами: 25 сек., f/2.8 и ISO 6400.

Изображение полевых цветов крупным планом; гистограмма сильно смещена в правую сторону (к засветке).

При фотосъемке использование техники ETTR (экспозиция со смещением вправо) может помочь в устранении шума в темных участках изображения RAW, созданного при дневном свете. Для этого требуется обеспечить передержку теней на этапе съемки — это поможет сохранить минимальный уровень шума — после чего скорректировать экспозицию в программе для обработки файлов RAW, такой как Canon Digital Photo Professional (DPP).

Шумоподавление для видео

При съемке видео уровень шума также может быть довольно высоким, а на видео справляться с шумом значительно труднее. «Некоторые камеры EOS позволяют снимать видео RAW, что поможет свободно управлять изображениями при постобработке, — говорит Майк. — Однако с видео все иначе, поскольку каждый ролик содержит множество кадров. Поэтому логично использовать минимально допустимое значение ISO, а затем применить шумоподавление камеры, чтобы получить максимально четкое изображение».

Арон Рандхава, специалист по маркетингу профессионального видеооборудования Canon Europe, согласен с тем, что функции шумоподавления в камере абсолютно необходимы для производства видео. «Операторы не могут свободно управлять экспозицией за счет настройки выдержки, а шум может стать более заметным на видео. Более того, в наши дни эффективное шумоподавление на видеокамерах требуется потому, что операторы хотят получить изображения с широким динамическим диапазоном для поставки материалов HDR».
Диаграмма концепции датчика изображения Canon DGO — верхнее и нижнее усиление совмещаются для создания единого изображения HDR.

В датчике изображения Canon DGO (с двойным усилением), которым оснащены профессиональные видеокамеры EOS C300 Mark III и EOS C70, каждый пиксель датчика считывает информацию с двумя уровнями усиления, после чего получившиеся два изображения совмещаются в одно. Верхнее усиление сохраняет даже мельчайшие детали в тенях и снижает уровень шума, а нижнее усиление оптимизирует уровень детализации в светлых участках. Совмещение этих двух версий позволяет создавать потрясающе четкие материалы HDR.

«Шумоподавление на камерах Cinema EOS работает вместе с аппаратными и программными компонентами, — говорит Арон. — Что касается аппаратного обеспечения, Canon продолжает разрабатывать передовые технологии датчика изображения, чтобы обеспечить создание изображений с минимальным уровнем шума».

«Еще с выпуска оригинальной Canon EOS C300 мы используем для шумоподавления инновационную технологию Dual Pixel CMOS. Свет воспринимается двумя раздельными фотодиодами для каждого пикселя, что позволяет датчику применять нормализацию к полученным данным и снижать уровень возможного шума».

Canon продолжает развивать технологии датчиков изображения для видео — камеры Canon EOS C300 Mark III и EOS C70 оснащены революционным датчиком Canon DGO с двойным усилением. «Эта технология создает два изображения, которые считываются с разными уровнями усиления, после чего совмещаются в единое изображение с низким уровнем шума и 16 ступенями динамического диапазона», — поясняет Арон.
Оператор-постановщик Бен Шерлок снимает на камеру Canon EOS C300 Mark III в сельской местности, на фоне виднеются кусты и водная гладь.

Революционный датчик — DGO

Узнайте, как камеры EOS C300 Mark III и EOS C70 обеспечивают 16+ ступеней динамического диапазона и низкий уровень шума благодаря абсолютно новой технологии датчика изображения Canon.
Крупный план ЖК-экрана Canon EOS C70, на котором виден процесс и параметры съемки двух людей.

На камерах Cinema EOS можно снимать с Canon Log 2 или Canon Log 3 — на дисплее написано, что Log 3 используется для текущей съемки на Canon EOS C70. «Canon Log 2 обеспечивает максимальный динамический диапазон, однако также повышает уровень шума в тенях, — рассказывает Арон. — Canon Log 3 требует меньших усилий для постобработки изображения. Однако благодаря преимуществам нового датчика изображения Canon DGO гамма-кривая Canon Log 2 стала более доступной обычным пользователям, которые хотят быстро получить необходимые материалы с минимальной тратой времени на постобработку».

Возможности шумоподавления Cinema EOS

«Наши видеокамеры также оснащены процессорами DIGIC DV, которые используют сложные программные алгоритмы в целях шумоподавления с сохранением качества изображения, — продолжает Арон. — Пользователи камер Cinema EOS могут свободно управлять обработкой изображений посредством таких элементов управления шумоподавлением, как пространственный фильтр и корреляция кадра. Пространственный фильтр применяет к кадру едва заметный эффект мягкой фокусировки, а корреляция кадра сравнивает шум на разных кадрах и использует эти сведения для его устранения».

На новых камерах Cinema EOS доступно от 1 до 12 уровней шумоподавления с пространственным фильтром и от 1 до 3 уровней корреляции кадра. Выбранный по умолчанию режим пространственного фильтра различается в зависимости от модели камеры. К примеру, на Canon EOS C500 Mark II выбран уровень 1, а на EOS C300 Mark III и EOS C70 он полностью отключен. «Это многое говорит о том, насколько датчик изображения DGO хорош в устранении шума, — говорит Арон. — Конечно же, шумоподавление также применяется ко всем файлам RAW. Это сделано для того, чтобы пользователи получали более четкие изображения при постобработке».

«Корреляция кадра по умолчанию отключена на всех камерах Cinema EOS. Одной из причин такого подхода является возможное несоответствие эффективности этой функции для разных сцен. Бывают изображения, при анализе которых корреляция кадра обеспечивает достойный результат, поскольку алгоритму удается выявить шум при сравнении кадров, однако в других случаях функция может быть менее эффективна в отношении не столь заметного шума».
Оператор снимает на полной мусора свалке на камеру Canon EOS C300 Mark III.

«Если выбрать на камере Cinema EOS более сильный эффект пространственного фильтра, где доступно 12 уровней, основным недостатком будет то, что изображение в целом станет значительно менее четким, — говорит Арон. — Это серьезная проблема для крупнобюджетного кинопроизводства, однако если вы снимаете документальные репортажи для телевидения, это может стать приемлемым вариантом». © Рон Батцдорф

Помимо шумоподавления существуют и другие варианты снизить риски возникновения шума на видеоматериалах. «Одной из основных составляющих качественного изображения — как для видео, так и для фото — является высокое соотношение сигнал/шум, — рассказывает Арон. — Чтобы увеличить этот показатель, необходимо в первую очередь обеспечить должное освещение сцены. Добавьте еще пару источников света, прежде чем задумываться об использовании более высоких значений ISO или функции усиления на камере».

«Затем стоит выбрать более широкую диафрагму, чтобы в камеру попадало больше света. Также подумайте о выдержке: допустима ли съемка с выдержкой 1/25 сек. или же стоит выбрать значение 1/50 сек.? Наконец, не забывайте о переключении гамма-кривой с Canon Log 2 на Canon Log 3, если хотите обеспечить более высокую детализацию в тенях.

Если все эти опции не дали нужного результата, только после этого попробуйте повысить чувствительность ISO».

Использование этих стратегий при наличии в современных камерах Canon ряда инновационных технологий, включая датчики изображения, предназначенные для повышения соотношения сигнал/шум процессоры и мощные возможности шумоподавления, позволяет создавать фотографии и видео более высокой четкости даже при слабом освещении.

Автор Marcus Hawkins


Похожие статьи

Подпишитесь на рассылку

Нажмите здесь, чтобы получать вдохновляющие истории и интересные новости от Canon Europe Pro