نویز و روش های کاهش آن

بیابان ها و کویر از دیرباز در بین ایرانیان به آسمان تاریک شهره بوده اند و همچنان از نظر مردم جامعه ٬ کویر بهترین آسمان شب را در بین تمامی اقلیم ها داراست.

حالا فرض کنید شما برای اولین بار پس از خرید دوربینتان٬‌در حال برنامه ریزی برای سفر به مناطق کویری برای ثبت آسمان شب هستید. پس از تاریکی هوا دوربیتان را با منظره ای از شن های کویری ترکیب میکنید و رو به آسمان پرستاره ی کویر اولین عکس نجومیتان را ثبت میکنید.

در نگاه اول عکس با آن چیزی که در تصورتان بوده٬ تفاوت اساسی دارد.

یکی از این اختلافات٬‌نویزهایی است که در زمینه ی عکستان به وجود آمده است و شما را کمی دلسرد میکند.

در این مقاله به معرفی نویز٬ روش های کاهش آن و همچنان نرم افزارهای مربوط به کاهش نویز میپردازیم.

نویز چیست؟

نویز را میتوان عامل مزاحم بین ما و داده ای که در تلاش برای ثبت آن هستیم٬‌تعریف کرد که البته تنها مخصوص عکس نیست. شوری بیش از حد غذا نیز دقیقا نویز است که عامل مزاحمی برای چشیدن طعم واقعی غذا است بنابراین هر عامل مزاحمی را میتوانیم نویز تعریف کنیم و در عکاسی آسمان شب نیز نویز را عامل مزاحمی برای رسیدن به داده ی اصلی در نظر میگیریم.

در ثبت یک تصویر نویزها دسته بندی متفاوتی دارند و انواع نویز ها را در عکاسی نجومی شاهد هستیم که در اینجا به مهم ترین آنها میپردازیم.

مهمترین و بیشترین نویزهایی که با آنها سرو کار خواهید داشت عبارت اند از:

  • Luminance Noise
  • Dark Current Noise

نویزهای Luminanceنویزهایی هستند که تنها تابعی از زمان هستند و به صورت تصادفی در تصویر به وجود می آیند. این نویزها را در بیشتر تصاویر نجومی خواهید دید.

در عکس زیر نمونه ای از این نویزها را مشاهده میکنید.

 

دسته ی دیگر نویزها٬ نویزهای Dark Current هستند. این نوع نویزها تابعی از زمان و همچنین دمای سنسوراند.

بعد از مدتی نوردهی بعضا نقاط روشنی را بر روی تصویر میبیند که این نقاط در تمام تصویر شما پراکنده شده اند. به این نقاط تاریک و روشن Dark current Noise  میگوییم.

در شکل زیر٬ نمودارDark current Noise   را برحسب دما مشاهده میکنید و مشاهده میشود که هرچه دما کاهش میابد٬ مقدار دارک کارنت نویز هم کاهش میابد.

 

همان طور که گفتیم٬‌Dark Current Noise ها تابعی از دما و زمان هستند. در نمودار زیر مقادیر این نویزها را براساس دوربین های مختلف و بر حسب دما مشاهده میکنید.

 

همان طور که مشاهده میشود ٬‌برای مثال در دوربین Canon 7D mark2 مقادیر Dark Current Noise در دماهای بالا به شدت افزایش یافته و تابعی خطی از دما است.

حالا٬‌قبل از اینکه به سراغ نویزها برویم٬‌یک تعریف را خواهیم داشت.

نسبت سیگنال به نویز (SNR):

نسبت سیگنال به نویز دقیقا برابر حاصل تقسیم سیگنال ها به نویز است و بیانگر میزان برتری سیگنال ثبت شده در تصویر به نویز آن است.

هرچه سعی کنیم مخرج این کسر یعنی نویز را کاهش دهیم٬ مقدار سیگنال به نویز افزایش میابد که مطلوب ماست.

در شکل زیر نمودار SNR را برای دوربین Nikon D810مشاهده میکنید.

حالا سوال اینجاست که چطور میتوان این نویزها را برطرف کرد؟

شاید بهترین پاسخ برای این سوال این است که:‌پیشگیری از به وجود آمدن نویز به مراتب بهتر از تلاش برای رفع کردن آن است.

نویزهای به وجود آمده در تصویر را میتوان به روش های مختلفی کاهش داد که در ادامه به این روش ها میپردازیم.

  • استفاده از مساحت موثر بیشتر و سایز پیکسل بزرگتر

اگر حق انتخاب داشته باشید٬ از بین یک دوربین موبایل ۲۰ مگاپیکسلی و یک دوربین فول فریم ۱۶ مگاپیکسلی کدام یک را انتخاب میکنید؟؟

اگر دوربین موبایل را انتخاب میکنید٬‌سخت در اشتباهید.

دوربین های موبایل به دلیل سایز کوچک تری که نسبت به سنسور دوربین های DSLRو به خصوص فول فریم ها دارند٬ به مراتب مساحت موثر کمتر و همچنین سایز پیکسل کوچک تری نیز دارند. در واقع در دنیال امروز دوربین های دیجیتال تعداد زیاد پیکسل که از آن به عنوان مگاپیکسل دوربین یاد میشود٬ اصلا اهمیت ندارد و آن چیزی که حایز اهمیت است٬‌آن است که سایز پیکسل و همچنین گستره ی دینامیکی کدام دوربین بیشتر است؟؟

گستره ی دینامیکی دوربین تفاوت روشنایی نقاط روشن و تاریک است که از مهم ترین پارامترهای یک دوربین به خصوص در عکاسی نجومی به شمار میرود.

بنابراین یک دوربین فول فریم با ۱۶ مگاپیکسل رزولوشن٬‌سایز پیکسل بیشتری نسبت به یک دوربین موبایل ۲۰ مگاپیکسلی دارد و از این جهت گستره ی دینامیکی خیلی بالاتری را داراست و برای عکاسی نجومی بسیار مناسب است.

دوربین ۶دی کنون پیکسل سایز ۶ میکرون و نسل اول کنون ۵دی سایز پیکسل ۹ میکرونی داشت و جالب اینجاست که همین دوربین یکی از بهترین و ایده آل ترین دوربین های عکاسی آسمان شب به شمار میرفت.

بگذارید برای واضح تر شدن موضوع مثالی بزنیم:

فرض کنید تعدادی سطل را در زیر باران قرار دادید. هر کدام از سطل ها بنا به ظرفیتشان توانایی جمع آوری آب را دارند. هر چه حجم ظرف بزرگتر باشد٬ مقدار بیشتری آب را درون خودش جای میدهد.

سایز پیکسل در دوربین دقیقا مصداق حجم این سطل است و آب باران هم دقیقا همان فوتون های نوری است که بر روی پیکسل ها میبارند و اگر بیش از اندازه فوتون به داخل یک پیکسل سرازیر شود٬‌اتفاقی به نام Saturationیا اشباع اتفاق می افتد.

 

بنابراین هرچه از سایز پیکسل بزرگتری بهره ببریم٬‌گستره ی دینامیکی تصویر بالاتر رفته و مقدار نویز کاهش میابد.

 

  • استفاده از لنزهای سریع تر

تنها کلمه ای که در باب لنزهای سریع میتوان گفت این است که لنز سریع دقیقا یک معجزه است.

منظور از لنزهای سریع٬ لنزهای هستند که با در اختیار قرار دادن دیافراگم باز‌٬ حجم نور ورودی را افزایش میدهد و با این کار دیتای بیشتری بر روی سنسور ثبت شده و نسبت سیگنال به نویز را افزایش میدهد.

قبلا هم گفته ایم که اگر بخواهیم بازه ی ایده آلی برای دیافراگم در لنزها در نظر بگیریم٬ میتوان بازه ی دیافراگم ۲ تا ۸/۲ را نام برد.

.

لازم به یادآوری است که مطالبی که گفته میشود صرفا برای عکاسی نجومی منظره ی شب کاربرد دارد و تعمیم آن به دیگر شاخه های عکاسی صحیح نیست.

 

به ازای هر استاپ افزایش دیافراگم٬‌میزان نور ورودی به میزان دو برابر کاهش میابد. این بدان معنی است که اگر دیافراگم را از ۲ بر روی ۴ قرار دهیم٬ از آنجایی که دو استاپ دیافراگم بسته شده٬ ۴ برابر کاهش نور خواهیم داشت.

همینجا میشود به اهمیت دیافراگم در عکاسی آسمان شب پی برد. در عکاسی آسمان شب٬‌سوژه ها به میزان کافی کم نور هستند و در واقع ما در حال عکاسی از کم نور ترین سوژه های ممکن هستیم و استفاده از لنزهایی با دیافراگم باز به افزایش نور ورودی و در نتیجه افزایش جزییات کمک بسیار زیادی میکند.

برای مثال لنزهای سیگما سری آرت ۱۴ و ۲۰ و ۲۴ و ۳۵ و ۵۰ میلی متر که همگی کمینه ی دیافراگم کمتر از ۲ دارند٬ بسیار به شما کمک خواهند کرد.

  • استفاده از موتورهای ردیاب

در عکاسی آسمان شب به دلیل کم نور بودن سوژه ها٬ نیاز به افزایش میزان نورهای ورودی است و نمیتوان مثل عکاسی در نور روز نوردهی ها را تا کسری از ثانیه پایین آورد. نوردهی های هر عکسی در این شاخه ی عکاسی معمولا بین ۱۵ تا ۳۰ ثانیه است که این افزایش نوردهی بسته به لنز و دوربینی که استفاده میگردد میتواند متغیر باشد.

دلیل این تغییرات در میزان نوردهی٬ حرکت زمین است. از آنجا که زمین در حال حرکت است ناظر ایستاده بر روی زمین٬ آسمان شب را در حال چرخش میبیند. در واقع چرخش آسمان شب به دلیل حرکت وضعی زمین است و به همین دلیل است که اجرام آسمانی از خورشید گرفته تا سیارات دارای طلوع و غروب هستند.

 

به دلیل چرخش آسمان و حرکت ستاره های زمینه ی آسمان٬ نوردهی ها نمیتوانند از مقدار معینی بیشتر شوند و همواره باید این مقادیر را رعایت کرد که در صورت رعایت نکردن این مقادیر٬ ستاره ها نقطه ای ثبت نمیشوند.

موتورهای ردیاب که قبلا مفصلا در مورد آنها صحبت کردیم٬‌دقیقا خلاف این عمل را انجام میدهند. در واقع این موتورها با چرخش دوربین با سرعتی معادل سرعت زمین٬ مانع از حرکت ستاره ها در زمینه ی عکس میشوند.

این کار به ما کمک میکند که با افزایش نوردهی نیازی به افزایش ایزو نداشته باشیم و در نتیجه میزان نویز کنترل شود.

 

سه موردی که در بالا گفته شد٬‌از بهترین روش ها برای کنترل و جلوگیری از افزایش ایزو و در نتیجه نویز است. استفاده ی همزمان از دیافراگم باز٬‌موتور ردیاب و دوربین های با سایز پیکسل بزرگ به افزایش چشم گیر جزییات و نتیجتا کاهش نویز کمک زیادی میکند.

 

  • زمان بندی مناسب برای استفاده ی بهتر از نور

آسمان شب به اندازه ی کافی کم نور است و در نور کم عکاسی کردن به تولید نویز بیشتری کمک میکند. اگر زمینه ی عکس شما تاریک باشد٬ برای افزایش جزییات آن نیاز به افزایش مقدار Shadowوجود دارد و همین موضوع باعث افزایش نویز میشود.

یکی از راه های غلبه بر تاریکی زمینه ی تصویر در عکس های نمای باز نجومی٬‌استفاده از زمان بندی مناسب در ثبت عکس است. برای مثال با یک زمان بندی مناسب میتوان عکس را در لحظه ی طلوع ماه ثبت کرد تا به روشن تر شدن زمینه کمک کنیم و از طرفی ماه هنوز آنقدر ارتفاع نگرفته تا باعث کاهش تعداد ستاره های آسمان شود. این کار باعث میشود تا با استفاده از نور ماه زمینه ی عکس را با جزییات بیشتری ثبت کرد و درنتیجه نیاز کمتری به افزایش Shadowو نتیجتا افزایش نویز باشد.

در عکس زیر من با استفاده از نور ماه در لحظه ی طلوعش٬ سعی در نورپردازی طبیعی زمینه کردم و در نتیجه جزییات خوبی از زمینه ی تصویر ثبت شد.

 

هر چه تلاش کنیم که با استفاده از لنزهای با دیافراگم باز نور ورودی را افزایش دهیم یا اینکه با استفاده از موتور ردیاب آسمان مقدار نوردهی را افزایش دهیم تا به کاهش نویز کمک کنیم و یا از سنسورهایی با مساحت موثر بالا استفاده کنیم٬‌باز هم نمیتوان از نویز فرار کرد. نویز ذات سنسور های دیجیتال است و در دماهای مختلف همواره مقداری نویز تولید خواهد شد. حالا فرض کنید با انجام تمامی مراحل بالا٬ به عکس نهایی رسیدیم که در نهایت مقداری نویز در تصویر وجود دارد.

حالا چطور میتوان این مقدار نویز به وجود آمده را از بین برد و در نهایت به عکسی با نویز قابل قبول رسید؟؟

ما باید علاوه بر تلاش برای ثبت عکس هایی با نویز کمینه٬ روش های کاهش نویز را هم فرا بگیریم تا بتوانیم نویز عکس ها را تا مقدار مطلوب کاهش دهیم.

در ادامه روش های کاهش نویز را مرور میکنیم.

  • Dark Frame

وقتی شما عکسی را ثبت میکنید در واقع علاوه بر دیتای عکس٬ مقداری نویز نیز ثبت کرده اید. یعنی عکس شما مجموعه ای از دیتا و نویز است. اگر بتوانیم نویز را از عکس به روش هایی کم کنیم٬‌در نهایت به عکسی با دیتای بالا و نویز کم میرسیم.

روش اصلی برای به دست آوردن فریمی که تنها نویز باشد ٬‌ثبت دارک فریم هاست.

دارک فریم ها که مجموعه ای از نویز و بایاس هاست عکسی است که هیچ دیتایی در آن ثبت نشده است.

بگذارید ساده تر به موضوع نگاه کنیم.

من در حال تلاش برای ثبت یک عکس ٬‌مقدار نوردهی را بر روی سی ثانیه٬‌عدد ISO را بر روی ۴۰۰۰ و دیافراگم را بر روی ۲ گذاشته و عکسی را ثبت میکنم.

در این حالت ٬‌عکس من مجموعه ای از ستاره ها٬ سوژه ی زمینی و نویز است.

حالا میتوانم درب دوربین را ببندم و با همان تنظیمات قبلی یعنی سی ثانیه نوردهی٬ عدد ISOبرابر با ۴۰۰۰ و دیافراگم ۲ مجددا عکسی دیگر ثبت کنم اما تفاوت این دو عکس در این است که در عکس دوم از آنجا که درپوش دوربین بسته بوده٬ هیچ داده ای ثبت نشده و تنها مقداری نویز بر روی تصویر ثبت شده است.

با کم کردن عکس دوم از عکس اول به عکسی خواهیم رسید که میزان نویز قابل قبولی دارد.

نکته: دوربین شما از هر شرکتی که خریداری شده باشد (Canon, Nikon, Fuji, …) و در بخش تنظیمات٬ گزینه ای به نام Long Exposure Noise Reduction  دارد که اگر فعال باشد دقیقا همین عمل ثبت Dark Frame را انجام میدهد با این تفاوت که پس از ثبت هر عکس٬ خود دوربین به صورت خودکار شاتر را پایین آورده و عکس قبلی را تکرار میکند.

این عمل باعث کند شدن روند عکاسی شما میگردد و به همین دلیل توصیه میشود که در ثبت عکس های آسمان شب این گزینه ی دوربین را غیر فعال کنید و هر جا که نیاز به ثبت دارک فریم بود٬‌آن را به صورت دستی انجام دهید.

 

 

اما ذکر این نکته در اینجا ضروری است که در عکاسی نمای باز نجومی و منظره ی شب٬ نیازی به ثبت دارک فریم ها نیست چرا که با روش های جدید کاهش نویز و همچنین پلاگین های متنوعی که وجود دارد٬‌میتوان نویز عکس را تا میزان قابل قبولی کاهش داد.

  • Plugin

روش دومی که ما برای کاهش نویز در عکس های منظره ی شب استفاده میکنیم٬ بهره بردن از پلاگین های متعددی است که در اختیار ما قرار دارند.

دو پلاگین قدرتمند در کاهش نویز عبارت اند از :

  • Nik Collection – Dfine
  • Noiseware
  • Adobe Camera Raw Noise Reduction Tab

پلاگین Nik Collection  پلاگینی است در سال ۱۹۹۵ شروع به کار کرد و در سال ۲۰۱۲ توسط گوگل خریداری شد. این پلاگین در زمانی که زیر پرچم گوگل بود پیشرفت بسیار خوبی را تجربه کرد اما در سال ۲۰۱۷ توسط شرکت DXO خریداری شد. شرکت DXOکه شرکت مشهوری در زمینه ی نقد و بررسی دوربین ها و لنزهاست از سال ۲۰۱۷ این پلاگین را گسترش داد. در زمان گوگل استفاده از این پلاگین رایگان بود اما اکنون که زیر مجموعه ی DXO  است٬‌برای استفاده از این پلاگین باید هزینه ی آن را پرداخت کنید.

 

تذکر:‌هر چند که حمایت از اثر مولف کاملا توصیه میشه و کار بسیار مناسب و اخلاقی است اما اگر توان پرداخت این هزینه را ندارید میتوانید از وبسایت های فارسی زبان آن ها را دانلود کنید که به صورت کرک شده و کاملا رایگان در اختیار شما قرار گرفته است.

 

در عکس زیرروش دستیابی به Dfineو محیط آن  را مشاهده میکنید.

برای رسیدن به Dfine  باید از مسیر Filter-Nik collection- Dfine به این پلاگین دسترسی پیدا کنید.

 

 

در این پلاگین هم به صورت اتوماتیک و هم به صورت دستی میتوانید نقاطی را به عنوان Control Point انتخاب کنید تا کاهش نویز بر اساس آن نقاط انجام شود. در روش دستی این عمل کاملا توسط شما انجام میشود و کنترل کاملی بر روی تعداد و مکان قرار گیری Control Point ها خواهید داشت.

لازم به ذکر است که در روش دستی٬ میتوانید بر روی کانال های رنگی در سه رنگ قرمز٬ آبی و سبز به صورت جداگانه Noise Reduction  را اعمال کنید و در هر مرحله مقدار کاهش نویز را در کادر گوشه ی پایین سمت راست ببینید.

پلاگین دومی که در اینجا معرفی شد Noiseware است.

پلاگینی که امکانات بیشتری را نسبت به Dfine در اختیار شما قرار میدهد٬  Noiseware  است.

 

 

 

در این پلاگین میتوانید با استفاده از پروفایل های آماده ای که موجود است٬ کاهش نویز انجام دهید و همچنین بر روی کانال های مختلف کنترل داشته باشید.

این پلاگین نسبت به Dfine از امکانات بیشتری برخوردار است اما راستش را بخواهید٬‌تمامی آنچه برای کاهش نویز در عکس های منظره نیاز دارید٬ در Dfine  وجود دارد و نیازی به استفاده از تمامی امکانات Noiseware نیست.

در سومین مرحله به سراغ خود Camera Raw  خواهیم رفت.

پلاگین Adobe Camera Raw که به اختصار آن را ACR مینامیم٬ خود نیز ابزارهای خوبی برای کنترل نویزهای Luminace   و Dark Current Noise ها دارد که البته بسیار ابزارهای ساده ای هستند.

در این پلاگین کافی است با استفاده از بخش Detailبه noise reductionبروید و با حرکت نوارهای Luminance  و Color noiseها بتوانید این نویز ها را حذف کنید.

 

 

لازم به ذکر است که در آخرین نسخه ی این پلاگین٬ شاهد رشد هر چه بیشتر الگوریتم های کاهش نویز نسبت به الگوریتم های آن در نسخه های قدیمی تر ACRهستیم.

 

نویز جز جدانشدنی عکاسی آسمان شب است و رسیدن به یک تصویر با نویز کم هم هدفی است که تمامی عکاسان آسمان شب به دنبال آن هستند. خرید تجهیزاتی که به ثبت یک تصویر کم نویز کمک کند برای مثال خریداری دوربین هایی با سایز پیکسل بزرگتر و همچنین استفاده از لنزهایی با دیافراگم باز اولین مرحله برای کاهش مقدار نویز تصویر است در حالی که استفاده از پلاگین های کاهش نویز در مرحله ی Post Processing نیز قدم بعدی در کاهش نویز نهایی تصویر است.

فراموش نکنید که رسیدن به یک عکس با نویز پایین مستلزم استفاده ی همزمان از تمامی مراحل گفته شده است بنابراین اگر تصویر پر نویزی ثبت میکنید٬ تلاش نکنید که تمامی نویز تصویر را از بین ببرید چرا که خیلی مواقع کاهش بیش از حد نویز به مصنوعی شدن هر چه بیشتر عکس دامن میزند و در نهایت تصویر نامطلوبی را به دست میدهد. اگر از دوربین های فول فریمی مثل Canon 5D mark4 یا  Nikon D850 و یا حتی مدل های ارزان تر فول فریم مثل Canon 6D  استفاده میکنید٬‌به دلیل گستره ی دینامیکی این دوربین ها میتوانید امیدوار باشید که در صورت ثبت یک تصویر با نویز بالا٬‌ بتوانید نسبت سیگنال به نویز را در عین کاهش نویز زیاد٬ بالا نگه دارید اما اگر از دوربین های کراپ سنسور استفاده میکنید٬ تلاش برای از بین بردن تمامی نویزها شدیدا تصویر را تخریب میکند.

 

بدون دیدگاه

ارسال دیدگاه

اجرا شده توسط: همیار وردپرس