Entendedo ruido em fotografia digital
Existem muitas coisas que ainda quero falar sobre fotografia, entretanto, é importante definir um conceito técnico que muito desconhecem e que é, muitas vezes, o principal responsável pelas fotos reprovadas dos iniciantes na venda de fotos através das agencias de Microsktock ele é o RuÃdo, em português ou como a maioria recebe um “Not Approved” e logo depois alguma coisa com “Noise–Noise, film grain, over-sharpening, or artifacts at full size”.
O “RuÃdo” que tanto se fala é o equivalente digital dos grãos dos filmes utilizados nas em câmeras de filme. Outra forma de ilustramos o que é ruÃdo, podemos pensar nele como o equivalente ao sutil chiado que se percebe quando uma música é ouvida num volume muito alto. Para as fotografias digitais, esse ruÃdo aparece como manchas aleatórias em uma superfÃcie normalmente lisa e compromete significativamente a qualidade das fotos. Apesar de o ruÃdo ser considerado um “defeito” de uma foto, ele pode causado propositalmente, já que pode conferir as fotos um aspecto antigo e que remeta aos filmes. Um pouco de ruÃdo também pode aumentar a nitidez da imagem. O ruÃdo aumenta proporcionalmente à sensibilidade escolhida (ISO) e tempo de exposição. A quantidade de ruÃdo também varia muito dependendo da câmera utilizada, câmeras profissionais de alto nÃvel costumam ter muito menos ruÃdo que câmeras compactas comuns.
Conceitos
Algum nÃvel de ruÃdo sempre existe em qualquer aparelho eletrônico que transmite ou recebe um ’sinal’. Para as televisões esse sinal são os dados da transmissão enviados por cabo ou recebidos pela antena da TV; para as câmeras digitais, o sinal é a luz que atinge o sensor da câmera. Mesmo sendo inevitável, o ruÃdo pode se tornar tão pequeno relativamente ao sinal que pode ser considerado inexistente. A razão entre o sinal e o ruÃdo (SNR, do inglês ’signal to noise ratio’) é uma maneira útil e universal de comparar as quantidades relativas de sinal e ruÃdo para qualquer sistema eletrônico; razões altas terão pouco ruÃdo visÃvel enquanto o oposto vale para baixas razões. A seqüência de imagens abaixo mostra uma câmera produzindo uma figura com muito ruÃdo da palavra ’signal’ contra um fundo suave. A imagem resultante é mostrada junto com uma representação 3D mostrando o sinal sobre o ruÃdo de fundo.
Terminologia
O ISO de uma câmera (em inglês “ISO setting” ou “ISO speed”) é um padrão que descreve a sensibilidade absoluta a luz. O ISO normalmente é apresentado em variações de 2, como ISO 50, ISO 100 e ISO 200 e pode ter uma grande variedade de valores. Valores mais elevados representam maior sensibilidade e a razão entre dois valores de ISO representa a sensibilidade relativa entre elas, ou seja, uma foto com ISO 200 demorará a metade do tempo que uma foto com ISO 100 para atingir o mesmo nÃvel de exposição (se todos os outros parâmetros da câmera forem fixados). O ISO das câmeras digitais é a mesma coisa que a ASA encontrada nos filmes para câmeras analógicas. Claro que a diferença é que uma única câmera digital pode fotografar em diferentes ISO sem troca de filmes. O aumento do ISO é possÃvel amplificando-se o sinal do sensor da câmera, mas isso também amplifica o ruÃdo, assim, quanto maior o ISO, mais ruÃdo a imagem terá.
Tipos de ruÃdo
Câmeras digitais produzem três tipos de ruÃdo: aleatório, de padrão fixo e de bandas. As três imagens abaixo mostram exemplos qualitativos pronunciados de casos isolados de cada um dos tipos de ruÃdo contra um fundo cinza.
O ruÃdo aleatório é caracterizado por flutuações de intensidade e tom de cor em relação a imagem real. Sempre haverá alguma quantidade de ruÃdo aleatório em qualquer duração de exposição e ela será muito influenciada pelo ISO. O padrão do ruÃdo aleatório muda mesmo quando as propriedades da exposição são as mesmas (é exatamente por isso que ele é chamado de aleatório).
O ruÃdo de padrão fixo inclui o que se costuma chamar de “hot pixels” (do inglês: ‘pixels quentes’), que são chamados assim quando a intensidade de um pixel ultrapassa muito a das flutuações de ruÃdo aleatório. O ruÃdo de padrão fixo geralmente aparece em situações de exposições longas e é exacerbado por temperaturas altas. Uma caracterÃstica importante é que ele mostra aproximadamente a mesma distribuição se as condições nas quais a imagem é produzida são a repetidas (temperatura, exposição e ISO).
O ruÃdo em banda depende muito da câmera utilizada e é introduzido pela própria câmera quando ela lê dados provenientes do sensor digital. Ele é mais visÃvel quando são usados ISO altos e nas áreas de baixa luz, ou quando uma imagem foi editada / clareada excessivamente. Dependendo da câmera ele também pode ser aumentado em função do balanço de branco escolhido.
Apesar de parecer ser o mais intrusivo, o ruÃdo de padrão fixo é normalmente o mais fácil de ser removido, devido a sua natureza repetitiva. A eletrônica da câmera tem que simplesmente saber o padrão e subtraÃ-lo da imagem capturada para revelar a imagem verdadeira. O ruÃdo de padrão fixo é um problema muito menor que o ruÃdo aleatório em câmeras de última geração, apesar de pequenas quantidades ainda serem ainda mais facilmente percebidas que o ruÃdo aleatório.
O ruÃdo aleatório é muito mais complicado de ser removido sem que a imagem seja danificada. Os algoritmos criados para isso ainda lutam para conseguir discernir entre o ruÃdo e texturas reais como as que ocorrem na terra ou folhas, assim tentativas de remover o ruÃdo acabam removendo essas texturas também.
RuÃdo em imagens
Entender as caracterÃsticas do ruÃdo em câmeras digitais vai lhe permitir saber como o ruÃdo influencia nas suas fotos. Os próximos tópicos discutem a variação tonal do ruÃdo, ruÃdo ‘chroma’ e ruÃdo na luminância e ainda aspectos relacionados a freqüência e magnitude de ruÃdos em imagens. Exemplos de variações de ruÃdo baseadas em ISO e canais de cor também são mostrados para três câmeras diferentes.
CaracterÃsticas
O ruÃdo não muda somente dependendo da exposição da foto e da câmera, mas pode variar dentro de uma mesma imagem. Em câmeras digitais, regiões mais escuras terão mais ruÃdo que regiões mais claras e com filme acontece ao contrario.
Note como o ruÃdo se torna menos pronunciado quando os tons se tornam mais claros. Regiões mais claras têm um sinal mais forte, pois têm mais luz, resultando uma razão entre sinal e ruÃdo total maior. Isso significa que imagens que estão sub expostas terão ruÃdo muito mais visÃvel - mesmo se forem clareadas para um nÃvel mais natural. Por outro lado, imagens super expostas terão menos ruÃdo e isso pode ser bem vantajoso, assumindo que seja possÃvel escurecê-las depois e que nenhuma região onde havia textura fique completamente branca (ver “Compreendendo Histogramas, Parte 1“).
O ruÃdo é composto de dois elementos: flutuações em cor e em luminância. RuÃdo colorido ou ruÃdo ‘chroma’ tem, normalmente, uma aparência menos natural e pode tornar imagens inúteis se não for controlado. O exemplo abaixo mostra o ruÃdo naquilo que era originalmente um quadrado cinza neutro, mostra também os efeitos separados do ruÃdo ‘chroma’ e luminância.
A quantidade relativa de ruÃdo ‘chroma’ e luminância pode variar significativamente de um modelo de câmera para outro. Existem maneiras de reduzir ambos através do uso de softwares, mesmo assim, a eliminação completa do ruÃdo na luminância pode produzir imagens com uma aparência ‘plastificada’.
A variação no ruÃdo pode acontecer tanto na magnitude quanto na freqüência espacial, apesar dessa última ser uma caracterÃstica que normalmente é ignorada. O termo ‘grão fino’ (em inglês ‘fine-grained’) é muito usado em relação a filmes para descrever o ruÃdo cujas flutuações ocorrem em distâncias muito curtas, o que é o mesmo que ter uma alta freqüência espacial. O exemplo abaixo mostra como a freqüência espacial pode mudar a aparência do ruÃdo.
Se os dois quadrados acima fossem comparados com base somente na magnitude de suas flutuações (como fazem a maioria dos artigos de revisão de câmeras), então diria-se que o quadrado da direita tem mais ruÃdo. Sob uma rápida inspeção visual, o da esquerda é que parece ter muito mais ruÃdo que o da direita. Isso se deve exclusivamente à distribuição espacial do ruÃdo em cada um dos quadrados.
Apesar de a freqüência espacial estar sendo enfatizada, a sua magnitude também é importante por ter um efeito notável. O próximo exemplo mostra dois quadrados que têm desvios padrão diferentes, mas a mesma freqüência espacial.
Note como o quadrado da esquerda aparenta ser muito mais suave que o da direita. RuÃdo de alta magnitude pode se sobrepor a texturas finas como panos ou folhas, e pode ser muito mais difÃcil de remover sem causar suavização da imagem. A magnitude do ruÃdo normalmente é descrita baseada numa medida estatÃstica chamada ‘desvio padrão’, que quantifica a variação tÃpica que um pixel tem de seu valor “real”. Esse conceito pode ser compreendido inspecionando-se os histogramas de cada um dos quadrados do exemplo anterior:
Se nenhum dos quadrados tivesse ruÃdo, todos os pixels estariam representados por uma linha exatamente no meio do histograma. Conforme o nÃvel de ruÃdo aumenta, a largura desse histograma em forma de sino também aumenta. Apresentamos o histograma RGB, mas a mesma comparação pode ser feita para a luminosidade (a medida mais comum de ruÃdo) e para cada um dos canais de cor.
Exemplos
É muito útil experimentar com a sua câmera, para que você consiga lidar e saber quanto ruÃdo é gerado em cada opção de ‘ISO’. Os exemplos abaixo mostram as caracterÃsticas do ruÃdo gerado por três câmeras diferentes ao se fotografar uma imagem teste cinza com diferentes opções de ‘ISO’.
Note as diferenças em cada um dos modelos, canal de cor e ‘ISO’. Repare como cada canal de cor tem quantidades bem diferentes de ruÃdo. O canal azul normalmente tem muito mais ruÃdo e o verde tem menos em câmeras que usam ‘Bayer arrays’. Note também como a câmera Epson apresenta manchas de cor que são muito mais visÃveis que o ruÃdo causado somente por flutuações no brilho.
Você também pode notar como aumentar o ‘ISO’ sempre produz mais ruÃdo em uma câmera, mas a variação de ruÃdo na troca de ‘ISO’ muda muito de câmera para câmera. Quanto maior a área de um pixel no sensor da câmera, maior será a capacidade de receber luz - produzindo assim um sinal mais forte. Como resultado, câmeras com pixels fisicamente maiores geralmente vão aparentar ter menos ruÃdos, já que o sinal é maior em relação ao ruÃdo. É por isso que câmeras com mais megapixels espremidos em uma mesma área não necessariamente produzem imagens melhores. Por outro lado, um sinal mais forte necessariamente terá um ruÃdo menos visÃvel, já que é a quantidade relativa de ruÃdo e sinal que determina quão ruidosa será uma imagem. Apresar da Epson PhotoPC 800 ter pixels muito maiores que a Canon PowerShot A80, ela tem visivelmente muito mais ruÃdo - especialmente no ‘ISO’ 400. Isso acontece, pois a Epson em questão é muito mais velha e gerava muito mais ruÃdo, devido ao hardware e software menos sofisticados.
Fontes: Cambridgeincolour.com
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