如果你问任何一个摄影师,他最希望他的数码相机的那部分应该改进的话,绝大多数都会将降低图像噪点这一条放在最前列。虽然经过最近几年传感器的发展,图像的噪点大大的降低了,但仍然是数码摄影中不可避免的问题。不论你的相机是小DC,或者专业DC,或者是全幅数码单反,在某种条件下,你都可能会碰到噪点的问题。
但是,不论你的相机什么类型的,图像的噪点总是可以被降低的,我们可以通过软件,改变曝光设置,或者通过你对相机传感器的工作方式的了解来降低图像的噪点。
噪点的来源
什么是噪点?数码摄影中为什么会出现噪点?我们该如何避免它?
噪点是低照明摄影中的主要问题之一。除非想利用噪点来强调气氛外,大部分摄影师都是不想要它的。我们来看看噪点的形式,为什么会出现,以及在拍摄和后期处理时如何对付它。
什么是噪点?噪点是来自于一个期望值的随机变量信号。这个词,来自于早期无线电系统中人们能够听到的那种嘶嘶声。在本应该安静的时候,无线电操作员却能够听到嘶嘶的生音,这种嘶嘶声被他们称为噪声。噪声这个词被广泛的应用在电子领域,用来形容来自一个完美信号的随机变量,当摄影从模拟转为数码后,它也被自然而然的因为电子的缘故传播了过来。在胶片时代,我们有“颗粒”问题,虽然和我们说的噪点有相似的地方,但它们完全是两码事。需要指出的是,噪点并不是能够从信号分离开的,它是信号的组成部分。噪点是一个信号可以被察觉出来的变量,所以它不能被简单的从信号中“剥离”。除非你对场景有所了解,否则你是无法完全区分噪点和信号的。本文中,噪点和噪声是一个意思,在英文中,它们都是一个词,noise,只是在汉语中通常不会用噪音来描述影像中出现的随机变量,而称其为噪点。
数码摄影中噪点的三个主要来源:
电子噪点(噪声):电子噪点通常又被称为“读噪声”。它是相机内的电子线路对通过的信号添加噪声的结果。它是由于线路温度升高后随机释放的电子造成的。很多人认为这是相机中噪声的主要来源,但事实上,在现代的相机中,这种噪声已经非常少了。它并不依赖于信号,而是被保持在与图像的亮度一样的很低的水平,其结果是,电子噪声很快就被图像的亮度信号取代。因此,它多存在于图像的阴影部分。在某些相机上,电子噪声与在高ISO设置时的信号减弱有关联。很多摄影师并未注意到这点,他们感觉随着“音量”的增加,噪声也会升高。但是,这样做只是让噪声随着信号的变大而变大--并不会增加新的噪声。当ISO升高时,电子噪声的信噪比并不会下降,而且就像前面说的那样,随着科技的不断发展,对于某些相机(特别是佳能的数码单反)来说,其实是改进了不少。

电子噪声多出现在图像的阴影部分。
光子噪声:产生影像的光并不是一种连续的现象。它是以单独的被称为光子的包或者量子的形式出现的。光子形成一个影像的过程就像往卡普奇诺咖啡上撒巧克力粉那样。只撒一点点,你会看到很明显的随机的点形成的图案。再撒,巧克力的颜色会越明显,前面的随机图案会消弱。当你继续,撒了足够的巧克力粉后,泡沫就会被巧克力粉覆盖,形成了统一的棕色,但如果你仔细观察,你会发现这个统一的棕色仍然是由随机组成的点形成的。
对光子来说也是这样,我们用来形成影像的光(也就是光子)越少,随机性也就越明显--用电子的术语来说,就是信噪比低。信噪比是由一个影像的像素中光子数量量的平方根决定的(并不一定是捕捉到的像素,因为它同样适用于输出像素,而输出像素更重要,因为当我们观看一个影像时,我们看到的是输出像素)。这也告诉了我们,信噪比在一个影像的亮的部分是高的(即噪点低)。现在已经很明显了,阴影部分受到了双重打击,因为它不光要受到电子噪声的打击,同时还要背负光子噪声的沉重负担。

图案噪声,又称像素反应不一致性(Pixel Response Non-Uniformity-PRNU)。它的产生来自于数码相机传感器中的像素和相关的读取电子原件的不完美的事实。如果像素和读取原件都很完美,那么每个像素都是一样的,但是,在现实中,它们都稍有不同。这样,行像素与列像素会以稍微不同的方式表现出来,这样就形成像苏格兰呢那样的图案。随着技术的不断进步,图案噪声在现代的新型数码单反中已经很少了。图案噪声,同样也在阴影部分更明显,所以,影像的阴影部分现在真的就是重灾区了,受到的三重打击。

图案噪声多出现于较老的相机中,现在的新型相机图案噪声已经很少见了。
应对噪点
对付噪点的第一步,就是在影像的捕捉阶段尽可能的少捕捉它。摄影师能够控制的,就是光量和ISO的设置。就像前面介绍的那样,曝光越强,噪点越低(这里曝光指的是传感器上得到的光的强度和时间)。所以我们的目标是获得最大的曝光,我们要在有限的条件下选择一个最慢的,但足够避免相机振动的快门速度和最大的,但能够达到景深要求的光圈。
一般来说,你降低了ISO就能够得到一个最大的曝光,但是,如果你使用手动模式,曝光可以和ISO无关,你可以用两种方法来调整关系以降低噪点。一个方法是我们后面要讲的所谓的向右曝光。相机厂家通常都会在传感器上保留一点点额外的感光能力来适应更高的高光空间。如果你知道高光的准确极限,这个空间可以被用的获得更大的曝光。向右曝光就是摄影师检查拍摄的照片的直方图,根据直方图增加下一张照片的曝光直到高光能够达到最右边,这样你就完全利用了你所能够使用的所有的空间。
第二个技术,如果你的相机在ISO提高时,电子噪声降低,你可以用类似的方式来控制ISO。在这种情况下,增加ISO,直到直方图到达右边,也就是说,你得到了你能够得到的,不损失高光的最高的ISO。因为改善的只是阴影部分,所以第一个方法,最大曝光法,应该优先使用。
降噪
噪点和细节是亲兄弟。如果为了让一个影像看上去平滑而降低了细节,其噪点也被会被平滑掉。这也就是那些低像素的照相机拍出来的片子看起来很“平滑”的原因--因为它捕捉的细节更少些。降噪就是尝试区分由噪点产生的变量和由细节产生的变量,然后只去平滑噪点。在这么做的时候,它会寻找变量之间的相关性,随机噪点之间没有相关性,所以,可以将二者区分开来。市面上有各种不同的降噪技术,我们对它们进行测试,来找到最适合我们自己的,因为降噪是很主观的事。
另一个主观因素是大部分细节都是由人眼从影像的明度中看出来的,也就是说色彩通道可能由于强烈的“去噪”而在视觉上没有失去很多的细节。可以通过将图像转换到LAB模式(明度通道L和色度A与B),只对A和B通道进行去噪,然后再转换回RGB(有些去噪系统会自动这么做)。
阴影噪点可以很简单的通过提高黑色水平来处理。这样会出现“塞入”的阴影,但它们和阴影的噪点比起来要更不明显些。图案噪点比较难对付一些。降噪并不能影响到它,因为它并不是随机的。最好的解决办法是拍摄一幅空白的,黑暗和灰色的样片,选择让它在与在影像相同的色阶下出现图案噪点,然后将图案噪点从影像中提取出来。这是一个很费时的工作,而且很容易出错。好在现代的新型相机中图案噪点已经很少了。这也就是为什么许多摄影师首先要选择那些不受图案噪点影响的相机了。
最终的调整是对影像的不同部分用不同去噪技术去噪。例如,如果天空的噪点很多,我们可以根据天空的蓝色做一个蒙版,然后只对蒙版内进行去噪。因为天空没有细节,所以可以对它进行比较强的降噪,而不会影响到图像中有细节的部分。