Was ist Rauschen in einem digitalen Foto?

Welche Arten von Effekten sind in digitalen Bildern vorhanden, die als "Rauschen" bezeichnet werden?

• Was sind die verschiedenen Lärmquellen?

• Was verursacht jede Art von Lärm?

• Was sind die Merkmale der verschiedenen Arten von Lärm?

• Wie machen sich die verschiedenen Arten von Rauschen im Bild visuell bemerkbar? (Das heißt, sehen verschiedene Arten von Rauschen anders aus als das resultierende Bild, und wie würden sie sich für das Auge unterscheiden?)

• Wie können Sie jeden Typ minimieren?

• Welche unterschiedlichen Nachbearbeitungstechniken sind für die jeweilige Art am besten geeignet?

Rauschen wird oft als Abweichung von einem "reinen" Signal definiert. Das Signal wird als Helligkeitsmuster des Bildes angenommen, so dass jede Variation der Pixelwerte, die das Bild darstellen, Rauschen ist. Diese Abweichungen ergeben sich hauptsächlich aus:

• Schuss Lärm. Die zufällige Art und Weise, wie Photonen von einer Lichtquelle emittiert werden, verursacht zufällige Variationen der Bildhelligkeit. Je weniger Photonen Sie haben, desto deutlicher ist dieses Rauschen. Kann reduziert werden, indem mehr Licht auf den Sensor fällt.

• Dunkelstrom (thermisches) Rauschen. Von der Kamera erzeugte Wärme (elektromagnetische Strahlung kann ebenso wie Licht auf dem Sensor auftreten). Da es nicht Teil der Szene ist, ist es Lärm. Sie kann durch Abkühlen des Sensors, Begrenzen der Belichtungszeiten (je länger der Sensor aktiv ist, desto mehr erwärmt er sich) oder durch Aufnehmen eines dunklen Rahmens (dh bei geschlossenem Verschluss oder Objektivdeckel) vom Originalbild (einige) subtrahiert werden Kameras haben eine Einstellung, um dies zu automatisieren).

• Fotoreaktionsungleichmäßigkeit (festes Musterrauschen). Dies ist auf Fehler im Silizium zurückzuführen, die dazu führen, dass Pixel etwas empfindlicher oder weniger empfindlich sind als ihre Nachbarn. Durch die Kalibrierung kann die PRNU verringert werden, obwohl dies von Parametern wie der Belichtungszeit abhängen kann.

• Geräusche lesen. Elektrisches Rauschen, das von der Schaltung erzeugt wird, die die Werte von den Sensorpixeln liest. Kann durch Verwendung eines höheren ISO-Werts (wenn das Signal nicht maximiert ist, bedeutet die Verstärkung des Signals vor dem Auslesen, dass das Leserauschen einen geringeren Prozentsatz des Signals ausmacht) oder durch Verwendung einer Kamera mit geringerem Leserauschen reduziert werden. Sie können sich die Schattenrauschwerte auf der ISO-Basis ansehen, um eine Vorstellung vom Leserauschen zu erhalten.

• Quantisierungsrauschen. Rundungsfehler, wenn ein analoges Signal in eine endliche Menge von digitalen Einzelwerten umgewandelt wird. In der Regel nicht auffällig, kann durch Verwendung eines Sensors, der mehr Bits pro Pixel speichert, z. B. 14 statt 12, reduziert werden.

Die folgenden sind technisch gesehen Lärm, werden aber selten als solche bezeichnet:

• Moire / Aliasing. Eine Art räumliches Quantisierungsrauschen, Aliasing, entsteht durch Interferenzmuster und den festen Abstand der Sensorelemente. Sie kann durch ein Anti-Aliasing-Filter (normalerweise standardmäßig am Sensor angebracht) oder durch Erhöhen der Abtastfrequenz (Anzahl der Pixel pro Flächeneinheit), dh mehr Megapixel mit demselben Objektiv, verringert werden.

• Komprimierungsartefakte, wenn ein Bild als JPEG gespeichert wird. Kann reduziert werden, indem die höchste Qualitätseinstellung für JPEGs oder Rohaufnahmen gewählt wird.

• Heiße Pixel, feste Pixel, dunkle Pixel. Sensorelemente, die immer entweder Null oder die maximal mögliche Antwort geben.

Der Begriff "Farbrauschen" beschreibt, wie sich das Rauschen äußert - es ist keine Rauschquelle wie oben. Farbrauschen bezieht sich auf zufällige Abweichungen in der Farbe von Pixeln, nicht nur in ihrer Helligkeit. Farbrauschen lässt sich leicht entfernen, da das Auge weniger empfindlich auf räumliche Farbabweichungen reagiert und der Detailverlust durch Rauschunterdrückung weniger spürbar ist.

Wieder bezieht sich "hochfrequentes Rauschen" auf eine andere Eigenschaft, die räumliche Frequenz oder wie nahe die Spitzen des Rauschens beieinander liegen.

Sie müssen nur zwei Arten von Rauschen kennen, die bei allen Kameras auftreten und bei höheren ISO-Werten sichtbar sind.

• Chroma Noise - Farbiges, fleckiges Rauschen.
• Luminance Noise - Körnung, filmähnliches Rauschen.

Um solche Störungen zu minimieren, sollten Sie versuchen, keine höheren ISO-Werte zu verwenden, da diese die Bildqualität beeinträchtigen (je nach Kamera unterschiedlich). Die Verwendung von schnellen Objektiven wie f2.8 oder F1.4 kann Ihnen in Situationen mit schlechten Lichtverhältnissen helfen, die ISO nicht zu hoch zu drücken, um die Verschlusszeit hoch genug zu halten. Wenn die Szene viel zu dunkel ist, können Sie das Rauschen nur mit einem Blitz minimieren.

Zu guter Letzt gibt es Software wie Noise Ninja oder Dnoise, die Ihnen dabei helfen kann, Rauschen zu beseitigen, ohne den IQ zu beeinträchtigen.