Rumore Digitale nelle Fotocamere - Parte 1

Il "rumore d'immagine" è l'equivalente digitale della grana della pellicola per le fotocamere analogiche. In alternativa, si può pensare come analogo al sottile sibilo di sottofondo che puoi sentire dal tuo impianto audio al volume massimo. Per le immagini digitali, questo rumore appare come granelli casuali su una superficie altrimenti liscia e può degradare significativamente la qualità d'immagine. Anche se il rumore spesso danneggia un'immagine, è talvolta desiderabile poiché può aggiungere un aspetto vintage, granuloso che ricorda le prime pellicole. Un po' di rumore può anche aumentare la nitidezza apparente di un'immagine. Il rumore aumenta con l'impostazione di sensibilità della fotocamera, la lunghezza dell'esposizione, la temperatura, e varia anche tra diversi modelli di fotocamere.

CONCETTO: RAPPORTO SEGNALE-RUMORE

Un certo grado di rumore è sempre presente in qualsiasi dispositivo elettronico che trasmette o riceve un "segnale". Per le televisioni questo segnale sono i dati di trasmissione via cavo o ricevuti all'antenna; per le fotocamere digitali, il segnale è la luce che colpisce il sensore. Anche se il rumore è inevitabile, può diventare così piccolo rispetto al segnale da apparire inesistente. Il rapporto segnale-rumore (SNR) è un modo utile e universale per confrontare le quantità relative di segnale e rumore per qualsiasi sistema elettronico; rapporti alti avranno rumore visibile minimo mentre l'opposto è vero per rapporti bassi. La sequenza di immagini sotto mostra una fotocamera che produce un'immagine molto rumorosa della parola "segnale" su uno sfondo liscio. L'immagine risultante è mostrata insieme a una rappresentazione 3D ingrandita che rappresenta il segnale sopra il rumore di fondo.

L'immagine sopra ha un SNR sufficientemente alto da separare chiaramente l'informazione d'immagine dal rumore di fondo. Un basso SNR produrrebbe un'immagine dove il "segnale" e il rumore sono più comparabili e quindi più difficili da discernere l'uno dall'altro.

TERMINOLOGIA: VELOCITÀ ISO

L'"impostazione ISO" o "velocità ISO" di una fotocamera è uno standard che descrive la sua sensibilità assoluta alla luce. Le impostazioni ISO sono solitamente elencate come fattori di 2, come ISO 50, ISO 100 e ISO 200 e possono avere un ampio range di valori. Numeri più alti rappresentano maggiore sensibilità e il rapporto di due numeri ISO rappresenta la loro sensibilità relativa, significando che una foto a ISO 200 impiegherà metà tempo per raggiungere lo stesso livello di esposizione di una scattata a ISO 100 (tutte le altre impostazioni uguali). La velocità ISO è analoga alla velocità ASA per diverse pellicole, tuttavia una singola fotocamera digitale può catturare immagini a diverse velocità ISO. Questo è ottenuto amplificando il segnale d'immagine nella fotocamera, tuttavia questo amplifica anche il rumore e quindi velocità ISO più alte produrranno progressivamente più rumore.

TIPI DI RUMORE

Le fotocamere digitali producono tre tipi comuni di rumore: rumore casuale, rumore "a pattern fisso", e rumore a bande. I tre esempi qualitativi sotto mostrano casi pronunciati e isolanti per ogni tipo di rumore su uno sfondo grigio ordinariamente liscio.

Rumore a Pattern Fisso
Lunga Esposizione
Bassa Velocità ISO Rumore Casuale
Breve Esposizione
Alta Velocità ISO Rumore a Bande
Fotocamera Suscettibile
Ombre Schiarite

Rumore casuale è caratterizzato da fluttuazioni di intensità e colore sopra e sotto l'intensità d'immagine reale. Ci sarà sempre un po' di rumore casuale a qualsiasi lunghezza di esposizione ed è più influenzato dalla velocità ISO. Il pattern di rumore casuale cambia anche se le impostazioni di esposizione sono identiche.

Rumore a pattern fisso include quelli che sono chiamati "pixel caldi", definiti come tali quando l'intensità di un pixel supera di molto quella delle fluttuazioni casuali ambientali. Il rumore a pattern fisso appare generalmente in esposizioni molto lunghe ed è esacerbato da temperature più alte. Il rumore a pattern fisso è unico in quanto mostrerà quasi la stessa distribuzione di pixel caldi se scattato nelle stesse condizioni (temperatura, lunghezza esposizione, velocità ISO).

Rumore a bande è altamente dipendente dalla fotocamera, ed è rumore introdotto dalla fotocamera quando legge i dati dal sensore digitale. Il rumore a bande è più visibile ad alte velocità ISO e nelle ombre, o quando un'immagine è stata eccessivamente schiarita. Il rumore a bande può anche aumentare per certi bilanciamenti del bianco, a seconda del modello di fotocamera.

Anche se il rumore a pattern fisso appare più fastidioso, è solitamente più facile da rimuovere poiché è ripetibile. L'elettronica interna della fotocamera deve solo conoscere il pattern e può sottrarre questo rumore per rivelare la vera immagine. Il rumore a pattern fisso è molto meno un problema nelle ultime generazioni di fotocamere digitali, tuttavia anche la minima quantità può essere più distrattiva del rumore casuale.

Il meno fastidioso rumore casuale è solitamente molto più difficile da rimuovere senza degradare l'immagine. I computer hanno difficoltà a discernere il rumore casuale da pattern di texture fini come quelli che si verificano in terra o fogliame, quindi se rimuovi il rumore casuale spesso finisci per rimuovere anche queste texture. Programmi come Neat Image e Noise Ninja possono essere notevolmente buoni a ridurre il rumore mantenendo l'informazione d'immagine reale. Vedi anche la mia sezione sulla mediazione d'immagine per un'altra tecnica per ridurre il rumore.

Continua alla parte 2: "Rumore d'Immagine: Esempi e Caratteristiche"

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