ماهیت نویز در دوربینهای دیجیتالی

نویز از کجا میآید؟

نویز میتواند ناشی از قطعات به کار رفته در ساخت دستگاه یا محیطی باشد که در آنجا قصد استفاده از دوربین را داریم. بهعنوان مثال، تشعشعات الکترومغناطیسی، میدانهای مغناطیسی و حتی گرمای زیاد جزء عوامل خارجی ایجاد نویز به شمار میآیند. ساختار داخلی و نوع طراحی مدار داخلی دوربین نیز تأثیر بالایی در میزان نویز خواهد داشت. به همین دلیل ممکن است عکسهای گرفته شده با دوربینهای ارزانقیمت که برای بودجههای کم در نظر گرفته شدهاند، نسبت به نمونههای گرانتر در موقعیتهای مشابه، نویز بیشتری داشته باشند.
سنسور دوربین نيز نویز تولید میکند و حتي هنگام ارسال اطلاعات مربوط به عکس، نویز ایجاد میشود. نسبت اطلاعات ارسالی به پارازیت ایجاد شده، نسبت سیگنال به نویز (SNR) نام دارد. پس هر چه سیگنال قویتر باشد، تأثیر نویز کمتر و کیفیت اطلاعات ارسالی بهتر خواهد بود. خوشبختانه مقدار نویز حاصل از سنسور و قطعات دوربین معمولاً ثابت است و در نتیجه با قویتر شدن سیگنال ارسالی، نویز کمتر دیده خواهد شد.
برای درک بهتر، مثالي میزنیم. اندازه سنسور بيشتر دوربینهای کامپکت معمولی، 1/2.3 اینچ (62/4×16/6 میلیمتر) است. اگر یک دوربین ده مگاپیکسلی از این سنسور استفاده کند، یعنی حدود ده میلیون سلول حساس به نور روی سطح 45/28 میلیمتری سنسور وجود دارد. با تابیده شدن نور به این سلولها، آنها فعال شده و سیگنال را ارسال میکنند. پس اگر در نور روز عکاسی کنیم، به دليل وجود نور زیاد، سیگنال ارسالی توسط سلولها به اندازه کافی قوی خواهد بود، بهطوری که نویز حاصل از ارسال سیگنال به چشم نمیآید. حال اگر بخواهید در اتاق نشیمنی که با یک لامپ شصت واتی روشن شده عکاسی کنید، مقدار نوری که به هر یک از سلولها میرسد، کم خواهد شد و در نتیجه سیگنال ارسالی نیز ضعیف شده و نویز دوربین بیشتر خود را نشان ميدهد. این مشکل در دوربینهای DSLR که اندازه سنسور و در نتیجه اندازه سلولهای حساس به نور آنها بزرگتر است، کمتر به چشم میخورد که اين مسئله باعث میشود این دوربینها در محیطهای کمنور کارایی بهتری داشته باشند. پس اگر روزی به دوستتان گفتید که یک دوربین هشت مگاپیکسلی خوب خریدهاید و او موبایل جدید هشت مگاپیکسلی خود را به رخ شما کشید، میتوانید مطمئن باشید که دوربین موبایل او در مقابل دوربین شما حرفی برای گفتن نخواهد داشت. اگرچه ممکن است در نگاه اول عکسها روی اندازه کوچک یکی باشند، اما کافیست مثل تصویر زیر (که ظاهرا بودن نویز است) عکس را در اندازه بزرگ ببینید تا نظرتان تغییر کند.

مورد دیگری که میتواند میزان نویز عکس را افزایش دهد، استفاده از مقدار ایزوی بالا است. ایزوی بالاتر، مقدار سیگنال ارسالی را تقویت میکند. بهعنوان مثال، میزان نور موردنیاز یک عکس با حساسیت ISO 200، نصف شدت نور موردنیاز همان عکس با ISO 100 است. اما همزمان با تقویت سیگنال، نویز تولید شده نیز تقویت خواهد شد. به همین دلیل عکسهایی که با ایزوی بالا گرفته میشوند، مقدار نویز بیشتری نسبت به عکسهایی که در میزان ایزوی پایین گرفته شدهاند، خواهند داشت. در اینجا نیز دوربینهای DSLR برتری دارند. سنسور بزرگتر این سری از دوربینها امکان استفاده از ایزوی بالا، بدون ایجاد مقدار زیادی نویز را امکانپذیر میسازد. در برخی از دوربینها صحبت از عکاسی خوب در محیطهای کمنور به میان آمده که در بسیاری از موارد از افزایش ایزو برای این کار استفاده میشود. در نتیجه باید انتظار داشته باشیم که با یک عکس پر از نویز روبهرو شویم و اگر دوربین به الگوریتمهای کاهش نویز مجهز است، احتمالاً عکسی بدون جزئیات کافی به دست خواهیم آورد.

استفاده از زمانهای شاتر طولانی نیز میتواند باعث ايجاد نویز شود. باز نگه داشتن شاتر علاوه بر جمعآوری نور از محیط، نویز بیشتری را هم ارسال میکند. در نتیجه برای رسیدن به یک عکس با نور مناسب در محیطي کمنور، در مقایسه با محیطي با نور مناسب، مقدار نویز بیشتری ایجاد خواهد شد.
مدل دیگری از نویز که منشاء آن به ارسال نامناسب سیگنال یا مشکلات ساختاری دوربین و دیگر عوامل مربوط است، هنگامی نمایان میشود که تمامی سلولها بهطور یکسان در مقابل نور تابیده شده واکنش نشان ندهند. به همین دليل برخی پیکسلها ممکن است بسیار روشن یا بسیار تاریک ثبت شوند. این سری از نویزها الگوی ثابتی داشته و به آنها Fixed Noise گفته میشود. بالا بودن دمای محیط و سنسور نیز در تشدید این نویز مؤثر هستند. به همین دليل به دارندگان دوربینهای DSLR که دارای قابلیت Live View هستند، توصیه میشود که به دليل داغ شدن سنسور، بهطور مداوم از Live View استفاده نکنند و قبل از عکس گرفتن، Live View را خاموش کرده و کمی به دوربین فرصت دهند تا سنسور خنک شود (Live view يا نمايش زنده چيست؟ ).

آیا میتوان نویز را حذف کرد؟
امروزه بيشتر سازندگان دوربین از الگوریتمهایی برای کاهش نویز عکس در داخل دوربین استفاده میکنند. معمولاً نویزهای ثابت به دليل یکسان بودن الگوی نقاط ایجاد شده روی عکس تحت شرایط یکسان محیطی، توسط نرمافزار دوربین تا حدودی قابل حذف است. نویزهای تصادفی (Random Noise) آنهایی هستند که در اثر مقدار ایزو یا نوردهی بالا ایجاد شدهاند. این مدل از نویزها الگوی ثابتی ندارند و حذف آنها مشکل بوده و ممکن است منجر به قربانی شدن جزئیات عکس شود.

علاوه بر خود دوربین، نرمافزارهایی وجود دارند که میتوانند نویز عکس را تشخیص داده و تا حدودی آن را کاهش دهند. از معروفترین آنها میتوان به Noise Ninja، Neat Image و Noise Ware Pro اشاره کرد. یکی از های کاهش نویز معروف، Median نام دارد که در برخی از دوربینهای دیجیتال نیز تعبیه شده است. در این هر پیکسل با پیکسلهای کنار آن مقایسه شده و در صورت وجود اختلاف زیاد در شدت نور پیکسلها، آن پیکسل با میانگین پیکسلهای کنار آن جایگزین خواهد شد. با آنکه این روش نویز را کم میکند، اما احتمال از دست رفتن جزئیات عکس نیز بالا بوده و در نهایت ممکن است بهطور کامل جزئیات عکس از بین برود.
دیگر Pixel Binning نام دارد که امروزه کمتر مورد استفاده قرار ميگيرد. در این روش، پیکسلها در گروههای چهار، نه یا حتی شانزده تایی بهعنوان یک پیکسل در نظر گرفته میشوند که عکس حاصل از این پیکسلها نویز کمتر، اما کیفیت پایینتری خواهد داشت.
امتیاز ویژه دیگری که دارندگان دوربینهای DSLR و برخی دوربینهای کامپکت حرفهای از آن برخوردار هستند، امکان عکسبرداری با فرمت RAW است. معمولاً ابزارهایی که برای کار با این نوع فرمت عکس وجود دارند، قابلیتی برای کاهش نویز عکس نیز در نظر گرفتهاند که نتیجه آن بهتر از سیستم کاهش نویز روی عکسهای فشرده شده است.

پیشنهاد من در این باره چیست؟
آسانترین راه برای جلوگیری از ایجاد نویز، خرید یک دوربین با سنسور بزرگ است (راهنمای خرید دوربین دیجیتال را مطالعه کنید ). دوربینهای DSLR انتخاب بسیار مناسبی به شمار میآیند و حتی در مقدار ISO 800 نیز نتیجه قابل قبولی دارند. در مورد دوربینهای کامپکت نیز تا حد امکان سعی کنید دوربینی بخرید که سنسور نسبتاً بزرگی داشته باشد (با این حال هر چقدر هم اندازه سنسورهای دوربینهای کامپکت بزرگ باشد، باز هم به اندازه سنسور دوربینهای DSLR نخواهد بود).
راه دیگری که خوشبختانه خرجی هم ندارد، دقت در انتخاب مقدار ایزو و زمان نوردهی با توجه به نوع شرایط محیط است که به تمرین زیادی نياز دارد، اما گاهی هم شرایطی پیش میآید که مجبور هستیم از زمان نوردهی زیاد و ایزوی بالا استفاده كنيم. پس همواره یک برنامه کاهش نویز را روی کامپیوتر خود نصب کنید تا در صورت لزوم کمی از نویزهای عکس شما را از بین ببرد.

اگر از دوربینهای عکاسی دیجیتال استفاده کرده باشيد، حتماً نویز را در عکسها دیدهاید. آن دانههای رنگی که بهطور پراکنده در عکسهایی که در محیط کمنور یا در مقدار ایزوی بالا گرفته شدهاند، دیده میشوند. تمام وسایل الکترونیکی نویز تولید میکنند. پارازیت روی امواج رادیو، برفکهای تلویزیون و صدای هیس که از بلند کردن صدای یک بلندگو به گوش میرسد، همگی ناشی از نویز دستگاههای الکترونیکی است. حتی خازنی که شارژ و دشارژ میشود، مقدار کمی نویز تولید میکند. دوربین دیجیتال هم از این دسته جدا نیست و به دليل ماهیت دیجیتالي خود، نویز تولید میکند. این روزها دیگر نمیتوان مقالات بررسی دوربینهای دیجیتال را بدون بررسی نویز دید. خیلی از مقالات درباره کاهش یا افزایش نویز نوشته شدهاند و قطعا آموزشهای زیادی را برای حذف نویز در عکسهای دیجیتال دیده و خواندهاید. اما میدانید که نویز چیست و چرا بوجود میآید؟