1. admin

    admin Administrator Staff Member

    Bài viết:
    8,476
    Nhận Likes:
    620
    Ratings:
    +672 / 15 / -26
    Image Noise - TÌm hiểu về nhiễu ảnh

    Nhiễu ảnh (Image Noise) trong ảnh số tương ứng với nhiễu phim ở ảnh analog. Bạn có thể liên tưởng đến hệ thống âm thanh nhà bạn sẽ phát ra tiếng xì xì khi được mở ở mức to nhất. Với ảnh số, nhiễu ảnh xuất hiện ngẫu nhiên dưới dạng vết lốm đốm trên bề mặt mượt mà và nó làm giảm chất lượng hình ảnh. Mặc dù nhiễu ảnh làm giảm giá trị của hình ảnh nhưng đôi khi lại cần thiết khi muốn tạo phong cách xưa gợi nhớ lại thời film ban đầu. Nhiễu ảnh ở mức độ nhất định cũng có thể tăng độ sắc nét của hình ảnh. Nhiễu ảnh tăng lên khi thay đổi cài đặt ở máy ảnh: thời gian phơi sáng, nhiệt độ và khác nhau ở mỗi series máy khác nhau.

    Khái niệm

    Nhiễu ảnh luôn luôn xuất hiện theo nhiều mức độ khác nhau ở các thiết bị điện tử truyền tải và nhận tín hiệu. Với tivi tín hiệu này là dữ liệu truyền hình được truyền tải thông qua cáp hoặc nhận nhờ antenna; với máy ảnh số, tín hiệu này là ánh sáng tới cảm biến máy ảnh. Mặc dù không tránh được nhiễu ảnh nhưng nhiễu ảnh có thể nhỏ tới mức dường như không tồn tại. Tỉ lệ tín hiệu nhiễu (SNR - Signal to Noise Ratio) là cách phổ biến để so sánh tương quan giữa tín hiệu và nhiễu ảnh cho bất kì hệ thống điện tử nào; tỉ số cao sẽ ít bị nhiễu ảnh còn ngược lại thì sẽ nhiều nhiễu ảnh. Chuỗi hình ảnh dưới cho thấy hình cực nhiễu trên nền mượt. Ngoài ra còn có hình ảnh 3-D phóng lớn mô tả tín hiệu phía trên nền nhiễu.

    IN1.png

    Hình ảnh trên có SNR cao tách thông tin hình ảnh khỏi nhiễu nền. SNR thấp sẽ tạo hình ảnh có tín hiệu và nhiễu ảnh ngang nhau nên khó phân biệt hai thứ.

    IN2.png

    Thuật ngữ

    Cài đặt ISO ở máy ảnh, hay còn gọi là ISO speed, là tiêu chuẩn mô tả độ nhạy cảm tuyệt đối của cảm biến với ánh sáng. Thông số cài đặt của ISO thường được liệt kê với tỉ lệ gấp đôi: ISO 50, ISO 100, ISO 200 và tiếp tục đến các giá trị cao hơn. Giá trị càng cao thể hiện độ nhạy càng cao và tương ứng với bội số nhân 2 của nó, có nghĩa là tại ISO 200 sẽ chỉ cần 1/2 thời gian để phơi sáng để đạt được mức phơi sáng tại ISO 100 (tương tự cho các giá trị khác). Tốc độ ISO tương tự như tốc độ ASA trên film, tuy nhiên một máy ảnh kỹ thuật số có thể chụp hình ảnh ở các tốc độ ISO khác nhau. Điều này được thực hiện bằng cách khuếch đại tín hiệu hình ảnh trong máy ảnh, nhưng cũng có nghĩa là nó khuếch đại nhiễu, cho nên ở tốc độ ISO cao sẽ sinh ra nhiều nhiễu hơn.

    Kiểu nhiễu

    Máy ảnh số sản sinh ra 3 loại nhiễu chính: nhiễu ngẫu nhiên - random noise, nhiễu mẫu cố định - fixed pattern noise, và nhiễu theo dải - banding noise. Ba ví dụ dưới đây minh hoạ cho 3 loại nhiễu trên nền xám.

    IN3.png

    Nhiễu ngẫu nhiên có đặc trưng bởi cường độ và màu sắc biến động trên và dưới cường độ ảnh thực tế. Luôn luôn có nhiễu ngẫu nhiên này trong bất cứ trường hợp nào phơi sáng dài và bị ảnh hưởng bởi tốc độ ISO. Nhiễu ngẫu nhiên luôn thay đổi ngay cả khi các thiết lập phơi sáng không đổi.

    Nhiễu cố định bao gồm những gì được gọi là điểm nóng - "hot pixels", do khi cường độ của điểm ảnh vượt qua các biến động của nhiễu ngẫu nhiên. Nhiễu cố định thường xuất hiện khi thời gian phơi sáng khá dài và càng trầm trọng hơn khi nhiệt độ cao hơn. Mẫu cố định dường như không thay đổi khi chụp ở cùng điều kiện (nhiệt độ, thời gian phơi sáng, tốc độ ISO).

    Nhiễu dải phụ thuộc khá nhiều vào máy ảnh, và thường thấy khi máy ảnh đọc dữ liệu từ cảm biến. Nhiễu dải thường được thấy khi chụp ở tốc độ ISO cao trong bóng râm hoặc khi sáng quá mức. Nhiễu dải có thể tăng do cân bằng trắng, tuỳ thuộc vào từng máy ảnh.

    Cho dù nhiễu cố định thường xuất hiện hơn, nhưng nó lại có thể dễ dàng loại bỏ vì tính lắp lại. Bộ phận điện tử bên trong máy ảnh có thể nhận biết và loại bỏ khỏi hình ảnh thật. Mẫu cố định thường không phải là vấn đề lớn so với nhiễu ngẫu nhiên ở các thế hệ máy ảnh mới, tuy nhiên ngay cả khi chỉ một lượng nhỏ nhiễu cố định có thể gây tệ hại hơn nhiễu ngẫu nhiên.

    Nhiễu ngẫu nhiên thường khó loại bỏ mà không mà giảm chất lượng hình ảnh. Máy tính thường gặp khó khăn khi phát hiện nhiễu ảnh ngẫu nhiên ví dụ như bụi bẩn trên lá, do đó nếu loại bỏ nhiễu sẽ loại bỏ độ nét của ảnh. Các chương trình xử lý ảnh như Neat Image và Noise Ninja có thể làm giảm nhiễu này, nhưng vẫn giữ được thông tin ảnh thực tế. Chúng ta sẽ bàn thêm về kỹ thuật loại bỏ nhiễu trong một bài viết khác.

    Hiểu được các đặc điểm nhiễu ảnh của máy ảnh số sẽ giúp bạn biết được nhiễu ảnh sẽ ảnh hưởng đến ảnh của bạn như thế nào. Phần dưới đây sẽ nói đến nhiều loại nhiễu ảnh khác nhau, nhiễu ảnh độ sáng và sắc độ, tần suất và cường độ của nhiễu ảnh. Ví dụ nhiễu ảnh dựa trên ISO và kênh màu cũng được giới thiệu với ba máy ảnh số khác nhau.

    Các đặc điểm

    Nhiễu ảnh thay đổi không chỉ do cài đặt phơi sáng và mẫu máy mà còn do từng hình ảnh khác nhau. Với máy ảnh số, vùng tối sẽ nhiễu ảnh nhiều hơn vùng sáng, máy chụp film thì lại ngược lại.

    IN4.png

    Chú ý làm thế nào nhiễu ảnh lại ít hơn khi tones trở nên sáng hơn. Vùng sáng có tín hiệu mạnh hơn do nhiều ánh sáng hơn, kết quả là tỉ lệ SNR cao hơn. Có nghĩa là hình ảnh đó khi được chụp ở chế độ phơi sáng thiếu sẽ thấy nhiễu, ngay cả khi bạn làm nó sáng như tự nhiên. Mặt khác, hình ảnh được chụp phơi sáng thừa một chút sẽ ít nhiễu hơn và đây thực sự là một ưu điểm, giả sử bạn có thể làm ảnh tối hơn sau đó nên sẽ không có khu vực nào có màu trắng.

    Nhiễu cũng được tạo ra từ hai thành phần khác: màu sắc và độ sáng. Nhiễu do màu sắc hoặc sắc độ thường không tự nhiện xuất hiện và có thể làm cho hình ảnh không dùng được khi không kiểm soát được. Ví dụ sau đây cho thấy nhiễu từ màu sắc (sắc độ) và độ sáng như thế nào.

    IN5.png

    Sự ảnh hưởng của sắc độ và độ sáng đối với từng dòng máy ảnh kỹ thuật số khác nhau là khác nhau. Phần mềm làm giảm nhiễu có thể được dùng để loại bỏ cả nhiễu sắc độ và độ sáng, tuy nhiên nếu loại bỏ hoàn toàn nhiễu độ sáng có thể làm cho hình ảnh mất tự nhiên hoặc nhìn như "plastic".

    Nhiễu cũng có thể khác nhau ở cả cường độ và tần suất, mặc dù đặc điểm tần suất hay bị bỏ quên. Thuật ngữ "hạt mịn" được dùng khá phổ biến ở máy film để mô tả nhiễu biến động trên một khoảng cách ngắn, tương tự như nhiễu ở tần suất cao. Ví dụ dưới đây cho thấy tần suất thay đổi thì nhiễu thay đổi thế nào.
    [TABLE="width: 600, align: center"]
    <tbody>[TR]
    [TD="align: center"] IN6.png [/TD]
    [TD="align: center"] IN7.png [/TD]
    [/TR]
    </tbody>[/TABLE]

    Nếu so sánh hai mẫu nhiễu ở trên dựa trên cường độ (như được thực hiện trong các bài review về máy ảnh số), thì mẫu phía bên phải dường như có nhiễu cao hơn. Sau khi kiểm tra hình ảnh, thì thực ra mẫu bên phải lại ít nhiễu hơn mẫu bên tránh. Điều này là do tần suất của nhiễu.

    Trong khi tần suất không được nhấn mạnh, thì cường độ lại có một tác dụng khá nổi bật. Ví dụ tiếp theo cho thấy hia mẫu nhiễu khác nhau nhưng ở cùng một tần suất.
    [TABLE="width: 600, align: center"]
    <tbody>[TR]
    [TD="align: center"] IN8.png [/TD]
    [TD="align: center"] IN9.png [/TD]
    [/TR]
    </tbody>[/TABLE]

    Lưu ý làm thế nào mà mẫu bên trái lại mượt hơn mẫu bên phải. Cường độ nhiễu cao hơn có thể lại tốt hơn, ví dụ như vải hoạc lá, có thể rất khó khăn để loại bỏ mà không làm mềm ảnh. Cượng độ nhiễu thường được mô tả dựa trên cách thống kê gọi là "độ lệch tiêu chuẩn" (standard deviation), định lượng sự thay đổi của một điểm ảnh so với giá trị chuẩn. Khái niệm này cũng có thể được hiểu bằng cách xem biểu đồ histogram sau:
    [TABLE="width: 500, align: center"]
    <tbody>[TR]
    [TD="align: center"] IN10.png
    Cường độ thấp[/TD]
    [/TR]
    [TR]
    [TD="align: center"] IN11.png
    Cường độ cao[/TD]
    [/TR]
    </tbody>[/TABLE]

    Nếu các mẫu trên không có nhiễu, tất cả các điểm ảnh sẽ ở đường trung bình. Khi mức độ nhiễu tăng lên, làm chiều rộng của biểu đồ tăng theo. Hình trên hiển thị biểu đồ histogram RGB, mặc dù so sánh tương tự có thể thực hiện trên độ sáng và các kênh màu độc lập. Để hiểu hơn về kiểu biểu đồ histogram, mời các bạn xem thêm bài Tìm hiểu biểu đồ Histogram - Phần 2: Độ sáng & Màu sắc.

    Ví dụ

    Sẽ rất hữu ích để thử nghiệm máy ảnh của bạn sinh nhiễu như thế nào khi đặt các chế độ ISO khác nhau. Ví dụ sau đây cho thấy các đặc điểm của nhiễu khác nhau trên 3 máy ảnh khác nhau đối với mẫu mà một mảnh màu xám.
    [TABLE="width: 500, align: center"]
    <tbody>[TR]
    [TD="align: center"] IN12.png
    Kênh Red[/TD]
    [/TR]
    [TR]
    [TD="align: center"] IN13.png
    Kênh Green[/TD]
    [/TR]
    [TR]
    [TD="align: center"] IN14.png
    Kênh Blue[/TD]
    [/TR]
    [TR]
    [TD="align: center"] IN15.png
    Cả ba kênh RGB[/TD]
    [/TR]
    </tbody>[/TABLE]

    Lưu ý sự khác nhau giữa các model máy khác nhau, các kênh màu và tốc độ ISO. Các kênh màu Blue và Green thường có độ nhiễu cao nhất, bạn có thể xem thêm phần Cảm biến máy ảnh số để hiểu nguyên nhân tại sao. Cũng nên lưu ý rằng máy Epson gây nhiễu bởi màu sắc nhiều hơn so với nhiễu bởi độ sáng.

    Bạn có thể tăng tốc độ ISO để sinh nhiễu nhiều hơn, tuy nhiên nhiễu giữa các máy càng phức tạp hơn. Diện tích của mỗi điểm ảnh trên cảm biến càng lớn thì lượng sáng càng nhiều, do đó nhận tín hiệu tốt mạnh hơn. Và kết quả là các máy ảnh có diện tích vật lý của điểm lớn hơn sẽ sinh ít nhiễu hơn. Đây là lý do tại sao máy ảnh có khả năng ghi ảnh có kích thước MegaPixel lớn hơn nhưng trên cùng diện tích cảm biến không tạo được hình ảnh tốt hơn. Mặt khác, một tín hiệu mạnh không nhất thiết dẫn đến nhiễu ít hơn do tính tương đối giữa tín hiệu và nhiễu. Mặc dù Epson PhotoPC 800 có nhiều điểm ảnh hơn Canon PowerShot A80, nhưng hình ảnh lại nhiễu hơn, đặc biệt ở ISO 400. Đó là vì chiếc máy ảnh cũ Epson sẽ có nhiễu cao hơn do đặc tính thiết bị điện tử.

    Đây là một nội dung trong loạt bài viết cùng tìm hiểu và nâng cao trình độ chụp ảnh!

    handheld.vn lược dịch & biên tập​
     

Chia sẻ trang này