Che cos'è il rumore in una fotografia digitale?

Quali tipi di effetti sono presenti nelle immagini digitali che vengono definiti "disturbi"?

Quali sono le diverse fonti di rumore?
Cosa causa ogni tipo di rumore?
Quali sono le caratteristiche dei diversi tipi di rumore?
Come si manifestano visivamente i diversi tipi di rumore nell'immagine? (vale a dire, i diversi tipi di rumore "sembrano diversi" è l'immagine risultante, e in che modo differirebbero dall'occhio?)
Come puoi minimizzare ogni tipo?
Quali diverse tecniche di post-elaborazione sono più appropriate per ogni tipo diverso?

— balestruccio
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Il rumore è spesso definito come qualsiasi deviazione da un segnale "puro". Il segnale è considerato come modello di luminosità dell'immagine, quindi ogni variazione nei valori dei pixel che rappresentano l'immagine è rumore. Queste variazioni derivano principalmente da:

Rumore di sparo. Il modo casuale in cui i fotoni vengono emessi da una sorgente luminosa provoca variazioni casuali nella luminosità dell'immagine. Meno fotoni hai, più questo rumore è evidente. Può essere ridotto ottenendo più luce sul sensore.
Rumore di corrente oscura (termica). Il calore prodotto dalla telecamera (che essendo una radiazione elettromagnetica proprio come la luce può apparire sul sensore). Dal momento che non fa parte della scena è rumore. Può essere ridotto raffreddando il sensore, limitando i tempi di esposizione (più a lungo è attivo il sensore più si riscalda) o riprendendo una cornice scura (cioè con l'otturatore chiuso o il copriobiettivo acceso) per sottrarre dall'immagine originale (alcuni le telecamere hanno un'impostazione per automatizzare questo).
Non uniformità della risposta fotografica (disturbo del motivo fisso). Ciò deriva dalle imperfezioni del silicio che rendono i pixel leggermente più o meno sensibili dei loro vicini. La calibrazione può ridurre la PRNU, sebbene possa dipendere da parametri come il tempo di esposizione.
Leggi il rumore. Disturbo elettrico generato dal circuito che legge i valori dai pixel del sensore. Può essere ridotto utilizzando un ISO più elevato (nel caso in cui il segnale non sia massimizzato, amplificando il segnale prima della lettura significa che il rumore di lettura è una percentuale più piccola del segnale) o usando una videocamera con rumore di lettura inferiore. Puoi guardare le figure del rumore dell'ombra alla base ISO per darti un'idea del rumore di lettura.
Rumore di quantizzazione. Arrotondamento degli errori quando un segnale analogico viene convertito in un set finito di valori digitali descrittivi. Di solito non si nota, può essere ridotto utilizzando un sensore che memorizza più bit per pixel, ad esempio 14 anziché 12.

Di seguito sono tecnicamente rumorosi ma raramente indicati come tali:

Moire / aliasing. Una sorta di rumore di quantizzazione spaziale, l'aliasing sorge a causa di schemi di interferenza e spaziatura fissa degli elementi del sensore. Può essere ridotto da un filtro anti-aliasing (normalmente montato sul sensore di serie) o aumentando la frequenza di campionamento (numero di pixel per unità di area), ovvero più megapixel con lo stesso obiettivo.
Manufatti di compressione, quando un'immagine è memorizzata come JPEG. Può essere ridotto selezionando l'impostazione di massima qualità per JPEG o riprendendo raw.
Pixel caldi, pixel bloccati, pixel scuri. Elementi del sensore che forniscono sempre zero o la massima risposta possibile.

Il termine "rumore di colore" descrive come si manifesta il rumore - non è una fonte di rumore come sopra. Il rumore di colore si riferisce a variazioni casuali nel colore dei pixel, non solo nella loro luminosità. Il rumore di colore è facile da rimuovere poiché l'occhio è meno sensibile alle variazioni spaziali di colore, la perdita di dettagli dovuta alla riduzione del rumore è meno evidente.

Anche in questo caso il "rumore ad alta frequenza" si riferisce ad un'altra caratteristica, la frequenza spaziale o la distanza ravvicinata tra i picchi del rumore.

— Matt Grum
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Bella risposta ... vale la pena notare che queste fonti di rumore (tranne gli artefatti JPEG) sono presenti nei dati grezzi, che è un colore (rosso, verde o blu) per pixel. Quindi l'aspetto esatto del rumore (come "disturbo del colore", ecc.) Dipende anche dai dettagli dell'algoritmo di demosaicing che combina i dati di più pixel per formare un'immagine a colori.

— Coneslayer

Wow, pensavo di aver capito il rumore prima, ma era abbastanza lontano dalla mia testa.

— dpollitt,

@ coneslayer-- in realtà, a meno che tu non abbia un sensore Foveon, il modello bayer limiterà le informazioni misurate dal chip a un colore per pixel. La successiva interpolazione di quella griglia per produrre un'immagine a tre colori aggraverà qualsiasi rumore prodotto, ma di per sé non è una fonte di rumore. Significa che, praticamente parlando, il rumore non è limitato a un singolo pixel, quindi rimuoverlo può essere doloroso (da una prospettiva teorica).

— mmr,

maledire il foveon! Senza quel sensore non dovrei dire [la maggior parte] ogni volta che parlo di sensori bayer o di demosaicing! È ancora possibile avere fonti di rumore che si presentano come monocromatiche o colorate che non sono il risultato della demosaicing, ad esempio il rumore nello spettro infrarosso quasi visibile ha maggiori probabilità di eccitare i pixel dietro i filtri rossi.

— Matt Grum,

@Nir Sì, fa parte del colpo di niose. Aumentare l'ISO non crea rumore come molte persone pensano (tranne una piccola quantità dovuta al processo di amplificazione) ma rivela semplicemente il rumore in quanto amplifica sia il rumore che il segnale. Quando si aumenta l'ISO si tende a utilizzare un'esposizione più breve o un'apertura più piccola, in modo da ottenere più rumore di ripresa. Se si abbassa l'ISO mantenendo l'otturatore e l'apertura costanti, si ottiene più rumore non meno!

— Matt Grum,

-5

Hai solo bisogno di conoscere due tipi di rumore che provengono da tutte le telecamere, visibili a ISO più elevati.

Chroma Noise - tipo di rumore macchiato colorato.
Rumore di luminanza: grana, rumore simile a un film.

Per ridurre al minimo tale rumore, prova a non scattare con ISO più elevati che iniziano a deteriorare la qualità dell'immagine (diversa per ogni fotocamera). L'uso di obiettivi veloci come f2.8 o F1.4 potrebbe aiutarti in situazioni di scarsa luminosità a non spingere ISO troppo in alto per mantenere la velocità dell'otturatore abbastanza elevata. Se la scena è troppo scura, l'unico modo per ridurre al minimo il rumore è utilizzare un flash.

Infine, esistono software come Noise Ninja o Dnoise che possono aiutarti a liberarti del rumore senza sacrificare il QI.

— Ben Bibikov
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Francamente non è vero - specialmente la parte "visibile a ISO più alti" e l'intero commento di D3.

— rfusca,

Non ho intenzione di votare questo atm., Ma trovo la dichiarazione (troppo) semplificata sui due tipi di rumore non troppo male. Se la roba sulla Nikon viene rimossa, penso che questa potrebbe essere una risposta utile se semplificata :-)

— Martin