Nada arruina una toma como el ruido. Saber qué lo causa y cómo reconocerlo puede ahorrarle mucha frustración y algunas imágenes inútiles.
Hay pocas cosas tan frustrantes como notar el ruido en una imagen mientras está disparando pero no puede identificar la causa del problema. En este artículo, analizaremos en profundidad el ruido revisando primero la ciencia básica de los sensores antes de examinar el ruido en sus diversas formas. Entonces, ¿por dónde empezar?
Imágenes.
Conceptos básicos de imagen
El ruido proviene de un par de fuentes. La luz reflejada fluye hacia la lente y cae sobre el sensor, que está cubierto de millones de fotositos, o píxeles, que convierten los niveles variables de las ondas de luz en señales digitales. Estas pequeñas variaciones en la corriente son las que crean las imágenes en los sensores modernos.
En el sensor más común para la producción de películas en estos días, el CMOS, adjunto a cada sitio de fotos, es un amplificador que ajusta la salida de cada píxel cortando o aumentando el voltaje, haciendo que la imagen sea más oscura o más brillante, respectivamente. El usuario puede hacer esto ajustando la ganancia o ISO. Los datos del sensor se leen y la carga de píxeles se restablece.
Una vez que se lee la información del sensor, los datos pasan a través de un convertidor de analógico a digital de 12 bits (frecuentemente abreviado como ADC o A/D) donde la variación en el voltaje de cada píxel se convierte en un valor binario. Además, la ubicación de los píxeles y otras configuraciones de la cámara definidas por el usuario se guardan como metadatos en el dispositivo de almacenamiento de la cámara.
La mayor parte del ruido proviene del sensor o de la conversión de analógico a digital.
¿Qué es el ruido de imagen?
En pocas palabras, el ruido de la imagen son fluctuaciones no deseadas de color o luminancia que oscurecen los detalles en la toma que estaba tratando de capturar. (Puede ver ejemplos de varios tipos de ruido en Neat Video).
El ruido de la imagen surge principalmente en metraje subexpuesto, ya que los píxeles tienen poca fluctuación de luz para informar en la imagen prevista, pero se amplifican en exceso por los valores ISO aumentados. Más allá de la exposición, los sensores también son susceptibles a una variedad de otros problemas que crean ruido en la imagen final. El calor del sensor u otras interferencias externas también pueden causar ruido.
Podemos dividir el ruido de la imagen en dos categorías:interno e interferencia.
Ruido Interno
El ruido de la imagen que se origina dentro de la cámara tiene algunas causas fundamentales. Las tres causas principales son la electricidad, el calor y los niveles de iluminación de los sensores.
En situaciones de poca luz en las que el sensor está sobrevoltaje (se presiona ISO), cada píxel tiene muy poca fluctuación de onda de luz para informar antes de amplificarse. Cuando ve ruido en estas situaciones, en realidad está viendo que los píxeles afectados notifican las fluctuaciones del voltaje del amplificador del píxel sobre el sensor.
Ruido de interferencia
Factores más allá de la cámara también pueden afectar los niveles de ruido en la imagen final. Este tipo de ruido es un poco más raro que el ruido interno en muchas cámaras modernas, pero aun así puede afectar la imagen final.
El ruido de interferencia suele ser bastante fácil de detectar porque se parece más a un patrón superpuesto en la imagen que al aleteo inherente al ruido electrónico. Los factores mundanos como las fuertes transmisiones de radio en el área también pueden causar ruido electrónico, y son tan difíciles de controlar como la radiación cósmica.
¿Cuáles son los tipos más comunes de ruido de video?
Interno
- ruido gaussiano
El ruido gaussiano es un tipo de ruido del sensor. Es principalmente un efecto secundario del calor del sensor. El calor suele ser el resultado del voltaje y los niveles de iluminación del sensor.
El ruido gaussiano es más perceptible como un revoloteo constante a través de un marco subexpuesto y sobrevoltaje (ISO presionado para obtener exposición). En la mayoría de los sensores, este ruido tenderá a ser azul en las imágenes subexpuestas.
- Ruido de patrón fijo
El ruido de patrón fijo generalmente resulta de fallas en el proceso de fabricación de un sensor en particular. Surge cuando diferentes píxeles tienen diferentes niveles de fotosensibilidad.
En video, este ruido es relativamente fácil de detectar debido a la pequeña variación en los niveles de salida de los píxeles afectados. FPN no se mueve ni parlotea como lo hacen otras formas de ruido electrónico. En cambio, aparece como una superposición de píxeles más brillantes que la información real que se está grabando. Es más fácil de detectar en situaciones de poca luz, pero otros factores también pueden exacerbarlo.
- Ruido de sal y pimienta
Técnicamente conocido como ruido de "cola gruesa distribuida" o "impulsivo", el ruido Salt and Pepper se manifiesta como píxeles que informan erróneamente lecturas brillantes en las partes oscuras del marco o lecturas oscuras en las partes brillantes. Se ve similar a los píxeles muertos, excepto que el ruido Salt and Pepper producirá este efecto aleatoriamente. Por lo general, la conversión de analógico a digital u otros errores en la interpretación de píxeles provocan este tipo de ruido.
- Disparo
Shot Noise es el principal tipo de ruido en las partes más oscuras de la imagen. Este tipo de ruido, denominado técnicamente "ruido de disparo de fotones", es el resultado de la variación natural e inherente de los fotones que golpean cada píxel en un momento dado, según el nivel de exposición. Más técnicamente, las "fluctuaciones cuánticas estadísticas" causan esto, pero entiendes la idea.
El ruido de disparo es la principal causa del "bloqueo" en las sombras de un disparo subexpuesto o sobrevoltaje. En niveles extremos, el ruido de disparo se convierte en ruido de sal y pimienta.
- Cuantificación
La cuantificación es un término no específico del ruido de imagen. Esencialmente, la cuantificación reduce un gran conjunto de valores que (generalmente) cambian continuamente para obtener un valor de suma total viable o un conjunto representativo más pequeño de datos de salida. Los cuantificadores tienen un número determinado de posibles valores de salida y, a medida que se procesan los datos, se redondean a uno de estos valores.
La cuantificación es bastante simple de entender en las aplicaciones de video:las lecturas individuales de millones de píxeles se cuantifican en un conjunto representativo más pequeño. En los círculos de video, esto se conoce comúnmente como "agrupación de píxeles".
En vídeo, el ruido de cuantificación suele ser indetectable, ya que todos los píxeles se verán más o menos afectados por igual. Pueden ocurrir errores cuando la imagen se recorta mucho más allá de los extremos de los valores de cuantización del convertidor A/D. También puede empeorar significativamente con ruido fuerte de otros tipos en la imagen.
- Anisotrópico
El ruido anisotrópico (an-isotrópico) surge cuando se muestrea o cuantifica la lectura del sensor. Este tipo de ruido reduce la resolución de la imagen percibida en las tomas afectadas al mezclar detalles finos, crear patrones que en realidad no existen o interpretar líneas rectas como irregulares.
Cualquiera que esté familiarizado con el video debería obtener este con bastante rapidez; solo piense en el terrible efecto muaré y aliasing de las primeras generaciones de DSLR.
Este tipo de ruido en las cámaras de vídeo suele manifestarse cuando la resolución nativa del sensor es muy superior a la que se está grabando. Muchas cámaras antiguas optaron por muestrear la resolución más alta hasta la resolución grabada en lugar de simplemente escalar la salida para ajustarla, lo que provocó gran parte del terrible aliasing y muaré de los primeros sensores de video de gran formato.
Interferencia
- Periódico
El ruido periódico es ruido de interferencia. Ocurre cuando cualquier número de señales naturales o artificiales interfiere con la señal grabada. Por lo general, aparece como una superposición de patrón fijo en la parte superior de la imagen deseada.
Cuando se trabaja con video, es fundamental aprender a detectar el tipo de ruido que afecta a la imagen mientras se graba. Para muchos tipos de ruido de imagen, existen formas bastante simples de reducir o anular los impactos negativos en el metraje si sabe cómo detectar el tipo correcto mientras dispara. Si ve ruido en su imagen, recuerde alejarse de la cámara, tome nota de su entorno y luego revise una lista de cada tipo de ruido en su cabeza para desarrollar una estrategia para reducir su dolor de cabeza en la publicación. Los remedios técnicos te servirán bien, pero nunca descartes un poco de ingenio creativo.