Шум и зерно

pavel_kosenko — 26.09.2011 — Фото В процессе написания книги «Живая цифра», который длится больше года и уже подходит к концу, я решил отказаться от некоторых ранее написанных глав, дабы не растекаться мыслью по древу. Предлагаю вашему вниманию одну из них. В столе оставлять жалко, буду рад, если материал окажется любопытен. От основного русла повествования он довольно сильно отходит в сторону, поэтому в книге этого не будет.

* * *

В цифровой картинке проявление визуального шума наиболее характерно для теней и особенно заметно в случае повышения их яркости. Это связано с низкой мощностью сигнала по сравнению с мощностью шума, а также особенностями работы полупроводников, АЦП и алгоритмов обработки полученных сигналов. Кроме этого, на матрице шум имеет весьма упорядоченную, а значит хорошо осязаемую глазом, структуру. Сделайте на свою камеру кадр с закрытой крышкой объектива на минимальное ISO и выдержкой, скажем, 30 секунд. На первый взгляд, полученный файл будет полностью чёрным. Теперь увеличьте экспозицию при конвертации и повысьте контраст. Перед вами шум матрицы во всей своей «красе».



У фотоплёнки природа шума другая. Она связана с кристаллами галогенида серебра (после проявки — гранулы серебра), которые являются основой светочувствительной эмульсии. Плёночное зерно, как и цифровой шум, представляет собой некоторую «паразитную» структуру, которая чисто визуально как бы накладывается на нашу фотографию. На самом деле не накладывается, а является её частью, т.к. изображение на фотоплёнке состоит из зерна. Давайте посмотрим на зерно ч/б фотоплёнки.



Если в процессе экспонирования отдельно взятый кристалл галогенида серебра получил необходимую дозу света, то после проявки такой кристалл превратится в видимую гранулу серебра. С точки зрения фотографического изображения — в чёрную точку. На самом деле, чёрное пятнышко относительно малого размера и некоторой формы. Если же на гранулу свет не попал, то после проявки галогенид останется «прозрачным», то есть не видимым глазу.

Общая площадь «облучённых» галогенидов по отношению к «необлучённым» определяет полупрозрачность некоторой единицы площади изображения. Максимальная концентрация прореагировавших со светом кристаллов соответствует максимальной непрозрачности изображения на фотоплёнке, минимальная — максимальной прозрачности. Между этими значениями находятся средние плотности концентрации гранул, которым соответствуют различные градации серого.

Чем больше средний размер кристаллов, тем они чувствительнее к свету за счёт своей площади. В зависимости от размера кристаллов определяется светочувствительность фотоплёнки ISO. Соответственно, чем больше чувствительность, тем больший средний размер имеют кристаллы галогенида серебра, которые формируют изображение. И тем лучше видит его человеческий глаз на итоговой фотографии.

Размеры кристаллов также определяют степень детализации нашего изображения. Если размер зафиксированных на плёнке деталей сопоставим с размером кристала, то это означает, что детали меньшего размера мы на фотографии не увидим. Чем больше размер кристалла, тем меньше различаемость мелких деталей на фотографии за счёт того, что их «перекрывает» зерно плёнки.

Не менее важной характеристикой зерна является форма кристаллов. До 80-х годов прошлого века эмульсия на плёнках была толще, а кристалы более объёмными. Характер получаемого именно в таких условиях изображения соответствует распространённой эстетике восприятия плёночного зерна. То есть у большинства людей, которые имеют представлении о том, что такое зерно, при упоминании «плёночного зерна» возникают ассоциации с картинкой, полученной с помощью традиционной эмульсии.

В начале 90-х годов компания Kodak изобрела новый тип эмульсии на основе так называемых кристалов «Т»-формы (от слова «tabular» — плоский). Особенность технологии заключается в использовании более плоских зёрен в более тонком слое эмульсии.



Утоньшение эмульсии позволило:

• увеличить контурную резкость и разрешающую способность за счёт снижения переотражений света в толще эмульсии и нечёткости контуров чёрной точки;
• увеличить КПД захвата света и, как следствие, фотошироту плёнки за счёт большей чувствительности кристаллов к свету (увеличить допустимую ошибку экспозиции с точки зрения недодержки)

При этом пришлось в некоторой степени пожертвовать художественностью зерна, которое в традиционном исполнении выглядит более привлекательно. Именно по этой причине Kodak до сих пор продолжает выпускать плёнки на основе обоих типов зёрен.

Технология Т-Grain была запантентована и широко используется не только компанией Kodak, но и Fujifilm, Ilford.

Описанные выше процессы формирования изображения гранулами серебра явлются частью негативного фотохимического процесса. То есть получение кристаллами света и их последующее проявление в виде чёрных точек серебра соответствует светлым областям итоговой фотографии. Соответственно, зерно должно лучше всего проявляться в светах и полностью отсутствовать в глубоких тенях плёночной фотографии. На самом деле, относительно светов это не совсем так, потому что в ярких светах плотность галогенидов серебра фотоплёнки настолько высока, что обычно полностью блокирует свет при печати.

В итоге на отпечатке мы получаем достаточно чистые света. Тени также получаются относительно чистыми, в силу того, что им соответствуют непроэкпонированные области на плёнке, то есть области, где зерно себя не проявило — вместо зерна здесь мы обычно видим вуаль эмульсии, которая сама по себе тоже обладает некоторой структурой случайного шума, но другого характера и менее выраженного. А вот самые видимые «зерновые участки» приходятся на область средних и средне-ярких областей и особенно хорошо проявляются там, где сюжет высококонтрастен.

По характеру захвата изображения зернистость «Т»-формы весьма похожа на плоскостный сенсор цифровой матрицы. Поэтому такое зерно намного больше похоже на цифровой шум, чем традиционное. Кроме этого, шум вуали также является «плоским» и по своему характеру ближе к цифровому.

Таким образом, цифровой шум и плёночное зерно имеют как различия, так и некоторые сходства.

1. Цифровой шум проявляет себя в основном в тенях. Плёночное зерно наоборот, в тенях практически не проявляется и лучше всего выражено в среднем и относительно светлом тоне.
2. На фотоплёнке чёрные тени в некоторой степени уступают место структуре вуали, которая похоже на цифровой шум, но проявляется в гораздо меньшей степени.
3. Характер традиционного, эстетически более приятного (привычного взгляду) зерна, отличается от характера зерна современных фотоплёнок T-max типа, который в свою очередь намного больше похож на цифровой шум.
4. Структура цифрового шума более упорядочена, плёночного зерна — хаотична.

До сих пор мы рассматривали негативный процесс. Но и для позитивной (слайдовой) плёнки выводы будут точно такими же. Это связано с тем, что в слайдовой плёнке процесс формирования изображения происходит точно также, в негативном процессе. Далее, за счёт так называемой второй проявки, плёнка обращается и становится позитивной. По сути позитивная плёнка отличается от негативной более сложным процессом проявки и некоторыми технологическими особенностями (в частности, отсутствием антиореольного слоя). Так, например, любую негативную плёнку можно проявить как позитивную, и наоборот. Такие «неправильные» проявки называется cross-процессами и используются для экспериментов с цветовыми смещениями.

Но вернёмся к зерну. Итак, характер зерна на негативной и позитивной плёнке одинаковый. Соответственно, выводы, которые мы сделали выше, будут применимы и в отношении слайдов. А как насчёт цвета? Ведь до сих пор мы рассматривали только чёрно-белую фотоплёнку.

В основе цветной фотоплёнки лежат те же самые процессы, только эмульсионных слоёв у цветных плёнок три. Каждый из них чувствителен к своей части спектра и содержит краситель, обратный этой части спектра. Для позитивных плёнок процесс сложнее, а красители другие, но суть формирования изображения, как мы уже сказали, точно такая же, как и в случае негатива.

В каждом слое эмульсии на основе кристаллов галогенида серебра формируется случайная структура зерна. Итоговое изображение складывается из трех составляющих. За счёт случайности структуры зерна в каждой отдельно взятой точке изображения оно может проявляться в виде нескольких близко расположенных друг к другу цветных зёрен. Это и определяет хроматический, или другими словами, цветной шум. Который по своей сути очень похож на шум в цифровой фотографии, только проявляется в большей степени в других зонах — не в тенях, а в средних и светлых диапазонах.

Так же, как сейчас производители фототехники и Raw-конверторов борятся с цветным шумом, с ним боролись и борятся производители фотоплёнок. Хроматический шум воспринимается человеческим глазом как цветной дребезг, от которого рябит в глазах. Этот артефакт, как правило, не играет на руку ходожественности восприятия. Поэтому цветной шум обычно интересует фотографов с точки зрения его минимизации, как артефакта цветных фотопроцессов. А вот для чёрно-белых фотографий в некоторых случаях полне можно говорить о намеренном использовании эффекта плёночного зерна в качестве художественного приёма. На самом деле, никто не мешает добавлять ретро-зерно и на цветную фотографию, только делать это надо аккуратно и, как правило, так, чтобы зерно было нейтральным по цвету.

Давайте внимательно посмотрим на скан реальной ч/б фотографии, которую любезно предоставил Влад Абдуллин.



Как видите, подтверждаются предыдущие теоретические рассуждения. В самых ярких светах и в глубоких тенях зерно проявляется минимальным образом. И наоборот, в довольно широкой области среднего тона (в т.ч. в силу особенностей восприятия человека) мы видим зерно наиболее явно. Чем выше локальный контраст (контраст в отдельно взятой области фотографии), тем, естественно, лучше проявляется зерно — это в общем, очевидно. Чтобы окончательно убедиться в полном отсутствии зерна в тенях, давайте посмотрим на непроэкспонированный кусочек фотоплёнки, например, на межкадровое пространство.



Зерна в левой части этой иллюстрации действительно нет, есть лишь слабоощущаемая неоднородность, которая является вуалью плёнки.

Именно в связи с особенностями минимального проявления зерна в глубоких тенях на фотоплёнке, некоторые пейзажные фотографы до сих пор предпочитают использовать плёночную технику для ночной съёмки. Кроме того, что цифровая фотография в принципе грешит шумами в тенях, где этот эффект многократно усиливается тепловыми шумами матрицы, возникающими в ходе длительного экспонирования. На фотоплёнке этих проблем нет, в итоге мы можем получить достаточно чистые глубокие тени, которые в ночной фотографии часто занимают основную площадь изображения.

* * *

В рамках этой статьи я ставил своей целью разобраться в различиях и сходствах плёночного зерна и цифрового шума. С тем, чтобы понять, в каких случаях и как именно можно (и нужно ли) использовать наложение зерна на цифровую картинку. Однако до описания эстетической целесообразности и конкретных практических приёмов дело не дошло. Возможно, в будущем я напишу практическое продолжение этой заметки.

Полагаю, нетрудно и самостоятельно разработать подходы по добавлению зерна, используя приведённые здесь соображения. Также практические методики подробно демонстрирует Дима Новак на семинаре Чёрно-белая фотография в цифровую эру. Не исключаю также, что рано или поздно Дима напишет соответствующие статьи и выложит в своём блоге.

Оставить комментарий

Популярные посты:

• Ранее
• Архив