نویز در دوربینهای دیجیتال

توضیح :
این مطلب در حال تکمیل شدن هست ممکن هست بعضی اطلاعات ناقص و یا پراکنده باشن که به مرور زمان کامل میشن.

هر دوربین دیجتال چند بخش مهم و اساسی داره:
بدنه
قسمتهای اپتیکال مثل لنزها
سنسور
پردازنده
و ....

بدنه:
بدنه وظیفه حفاظت از اجزای داخلی دوربین رو به عهده داره یک بدنه مقاوم میتونه از دوربین در برابر ضربات احتمالی , رطوبت و گردو خاک محافظت کنه همچنین طراحی و شکل ظاهری بدنه دوربین مسئله مهمی هست دوربینها باید از نظر طراحی بدنه به شکلی باشن که بتونن آرگونومی مناسبی رو ارائه بدن و به قول معروف خوش دست باشن دوربینهایی که آرگونومی خوبی دارن کمتر دست عکاس رو خسته میکنن همچنین محل قرار گیری دکمه ها در دوربین باید طوری باشه که عکاس بتونه تا حد ممکن به راحتی به تنظیمات کلیدی دسترسی داشته باشه تا سوژه مورد نظر رو از دست نده.

لنز:
بخش عمده ای از چیزهایی که ما در جهان میبینیم تاریکه و به خودی خود نوری ساطع نمیکنه اون چیزی که باعث مرئی شدن یک جسم و در نتیجه دیده شدن اون میشه انعکاسی هست که از اون جسم ساطع میشه و به چشم ما میرسه این اتفاق برای دوربینهای دیجیتال هم دقیقا به همین شکل رخ میده نور از قسمتهای اپتیکال دوربین عبور میکنه وارد بدنه میشه و در نهایت به سنسور دوربین میرسه.
نقش یک لنز مناسب در دوربین عکاسی نقش بسیار کلیدی و حساسی هست لنز دوربین از قسمتهای مختلف مثل عدسی ها و موتور لرزش گیر و دیافراگم تشکیل شده و از نظر عملکرد دقیقا مثل چشم انسان میمونه مسائل متعددی در تعریف یک لنز خوب و مناسب برای شما باید مورد نظر قرار بگیرن هر لنز بر اساس مشخصات فنی میتونه قابلیتها و توانایی های خاصی رو ارائه میده که عکاس میتونه از اونها تو بالا بردن جنبه هنری کارش استفاده کنه ولی مسئله اولیه و مهم در تعریف یک لنز خوب ایجاد نکردن موج و بلور در قسمتهای مختلف مخصوصا مناطق کناری تصویر هست که به کیفیت و پرداخت عدسی ها مربوط میشه سایر مسائل در مورد یک لنز بیشتر مربوط به موارد فنی مثل فاصله کانونی نسبت به اندازه سنسور و ایجاد عمق دید و مقدار زوم اپتیکال و نور گیری و لرزشگیریه مناسب هست.
لنز از عدسی های مختلف تشکیل شده در نتیجه از همون قوانین فیزیکی که در مورد عدسی ها صدق میکنه پیروی میکنه.
وقتی نور به عدسی برخورد میکنه شکسته و به سمت نقطه همگرایی هدایت میشه به نقطه همگرایی نقطه کانونی یا focal point میگن و به فاصله نقطه همگرایی با عدسی فاصله کانونی یا focal length گفته میشه.در شکل زیر نقطه کانونی با حرف F و فاصله کانونی با حرف f مشخص شده اند.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

در دوربینهای عکاسی اندازه فاصله کانونی معمولا به میلیمتر اندازه گیری میشه فاصله کانونی تاثیر مستقیمی بر روی وسعت دید عکسها داره هر چقدر فاصله نقطه کانونی با عدسی که به اون فاصله کانونی (Focal length ) میگن کمتر بشه میتونه تصویری با دید وسیعتر شکل بگیره که اصطلاحا به اون واید (wide) یا زاویه گسترده میگن و هر چقدر اندازه فاصله کانونی بیشتر باشه تصویری با دید محدودتر شکل میگیره که اصطلاحا به اون تله (Tele) گفته میشه.
برای درک راحت تر شکل زیر رو نگاه کنید:

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

شکل زیر نمایش دهنده رابطه فاصله کانونی و وسعت دید بر روی یک سنسور 35 میلیمتری هست عکسها از فاصله ثابت و تنها با تغیر فاصله کانونی لنز (زوم) گرفته شدن هر چقدر فاصله کانونی بیشتر بشه وسعت دید محدود میشه:

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

با تعاریف بالا به صورت غیر مستقیم با تعریف زوم اپتیکال هم در لنز آشنا شدید زوم اپتیکال با زیاد کردن فاصله کانونی و در عوض تمرکز بر یک نقطه محدودتر (نسبت به جایی که قرار گرفته اید ) در لنز به وجود میاد به همین لنزهای زوم طول بیشتری دارند یا به هنگام زوم در یک لنز آکاردئونی طول لنز افزایش میابد.

اعداد و ارقامی که بر روی لنز دوربینها اعلام میشه نمایش دهنده برخی از مشخصات لنز هست که آشنایی با اونها میتونه راهنمایی خوبی برای شناخت عملکردهای لنز باشه:

f به نمایندگی از کلمه (fraction) به معنی "کسر" که بهش f number یا focal ratio و lens aperture هم میگن نشون دهنده نسبت کانونی هست و عددی هست که از تقسیم فاصله کانونی لنز (Focal Length) به قطر مردمک ورودی به دست میاد , عدد f هر چقدر کوچیکتر باشه دیافراگم لنز گشادتر هست و نور بیشتری به سنسور میرسه مثلا:

اگه فرضا قطر مردمک 12 میلیمتر و فاصله کانونی 24 میلیمتر باشه f یا نسبت کانونی برابر با 2 میشه که به صورت F2.0 نمایش داده میشه اگر میزان F یا نسبت کانونی رو بالا ببریم مثلا F=4 باشه در فاصله کانونی 24 میلیمتر قطر مردمک 6 میلیمتر میشه که تنگتر از 12 میلیمتر هست.

به لنزهایی که دارای نسبت کانونی کوچکتر در نتیجه دیافراگم بازتری هستن اصطلاحا لنزهای سریع یا براق هم گفته میشه بنابراین اگر در جایی با این عبارات برخورد کردید بدونید که منظور لنزهایی هستند که دیافراگم بازتری دارند.

1:2.8-5.2
نشون میده حداکثر مقدار باز شدگی دیافراگم در حالت واید کامل (بدون هیچ زومی) 2.8 و موقع تله کامل (حداکثر زوم اپتیکال) 5.2 هست.

4.5~108mm
نمایش دهنده فاصله کانونی لنز در حالت زوم هست که از محدوده 4.5 میلیمتر شروع میشه و تا 108 میلیمتر ادامه پیدا میکنه.
با تقسیم 108 به 4.5 میتونی زوم اپتیکال لنز رو به دست بیاری مثلا 108/4.5=24 که مساوی میشه با 24X زوم اپتیکال.

روی بعضی لنزها به این شکل هم نوشته میشه 108-4.5
سنسور:
همونطور که چشم انسان نورها رو تبدیل به سیگنالهای بایو الکتریک میکنه که برای مغز معنی و مفهوم خاصی داره سنسور های دیجیتال هم از مواد حساس به نور ساخته شدن که نور رو تبدیل به سیگنالهای الکتریکی میکنن این سیگنالها در نهایت تبدیل به کدهایی میشه و این کدها در کنار هم عکس دیجیتال رو شکل میدن به این ترتیب که هر کد موءید مشخصات خاصی از رنگ مشخصی برای هر پیکسل هستن سنسورها این اطلاعات رو به پردازنده دوربین برای پردازش میفرستن که بخش بزرگی از اونها رو jpeg پروسسور تشکیل میده به عکسی که مستقیما توسط سنسور دوربین ضبط میشه عکسهای خام گفته میشه که برخی دوربینها اونهارو با فرمت RAW ذخیره میکنن عکسهای که با فرمت RAW ذخیره شدن دقیقا همون اطلاعاتی هستن که سنسور به پردازنده دوربین منتقل میکنه ولی هنوز (به طور تقریبی) پردازشی بر روی اونها صورت نگرفته...
اما اون چیزی که بیشتر کاربرها (مخصوصا اون دسته ای که زیاد هم حرفه ای نیستن) با اون سرکار دارن عکسهایی با فرمت Jpeg یا JPG هستن.

پردازنده:
یکی از وظایف پردازنده های دوربینهای دیجیتال دریافت اطلاعات خام (RAW) و ویرایش اونها با استفاده از متدهای خاص و Post Processing افکتها قبل از فشرده سازی و ذخیره هست , که عمده کار این افکتها کم کردن نویز و ازبین بردن اطلاعات نادرستی هست که سنسور ضبط کرده بدیهیه که قبل از اعمال این افکتها الگوریتمهایی وظیفه شناسایی این اطلاعات نادرست رو به عهده دارن تا قسمتهای صحیح عکس دچار دستخردگی نشه.
با توضیحات بالا حتما این فکر به ذهن شما خطور کرده که اون چیزی که در پردازنده دوربینها اتفاق میوفته عمدتا نرم افزاری هستن یعنی این الگوریتمهایی که در غالب Firmware به دوربین انتقال پیدا میکنن برای پردازنده دستور العملهایی رو صادر میکنن که در نهایت منجر به شکل گیری و ذخیره تصویر میشه به همین دلیل هست که با تغییر Firmware در برخی از دوربینها شما شاهد تفاوت در کیفیت عکسها هم میشین که در ادامه مقاله با دلیل این تغییرات بیشتر آشنا میشید.
قبل از رفتن به سراغ نویز این توضیح رو هم اضافه کنم که عکسهای خامی که با فرمت RAW ذخیره شدن این امکان رو به شما میدن تا Post Processing افکتها و سایر تغییراتی رو که پردازنده دوربین به صورت نرم افزاری در داخل دوربین روی عکسها اعمال میکنه شما در خارج دوربین و به شکل دلخواه خودتون اعمال کنید! یعنی ممکنه که در برخی سناریوها شما از عملکرد پردازنده داخلی دوربین راضی نباشید و به همین دلیل تصمیم بگیرین که کار پردازش رو خارج از دوربین و با سلیقه شخصی خودتون به عهده بگیرین البته برای دستیابی به نتیجه مطلوب شما باید اطلاعات کافی در مورد این عملکردها و میزان اثر اونها داشته باشین که تا انتهای این مقاله با بعضی از اونها آشنا میشید.


نویز:
نویز در دوربینهای دیجیتال چالش برانگیز ترین عنصری هست که عکاسان آماتور و حرفه ای کم و بیش با اون دست به گریبان هستن ....
نویزها اطلاعات نادرست یا بهتر بگوییم نامطلوبی هستن که به هنگام تبدیل نور به سیگنال الکتریکی در سنسور دوربین به وجود میاد یکی از عمده ترین دلایل به وجود اومدن این اطلاعات نامطلوب نور ناکافی هست نور ناکافی باعث میشه که سنسور موقع دریافت نور و تبدیل اون به سیگنال الکتریکی رنگ رو به درستی و یا با دقت کافی تشخیص نده در نتیجه یا اطلاعات رنگی کم و بیش نزدیک به رنگ اصلی رو منتقل میکنه یا اینکه دچار خطای اساسی تری میشه و اطلاعات رنگ دیگه ای رو منتقل میکنه خطای اول عمدتا باعث Luminance Noise میشه و خطای دوم باعث Chroma Noise که به اون Color Noise هم میگن.

Chroma Noise:

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

Luminance Noise:

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

راه حلها:
راه حلهای مبارزه با نویز در دوربین های دیجیتال شامل راه حلهای فیزیکی و نرم افزاری میشه:

راه حلهای فیزیکی:
یک راه حل خرید دوربینهایی هست که سنسور بزرگی داشته باشن سنسور بزرگتر باعث میشه به لحاظ فیزیکی سطح بیشتری از هر پیکسل در معرض تابش نور قرار بگیره که خود به خود منجر به ثبت دقیقتر و بهتر رنگ مورد نظر میشه این راه حل از قائده هر چقدر پول بدی آش میخوری کاملا پیروی میکنه! و در اکثر مواقع باعث میشه که شما پول قابل توجهی هزینه کنید ولی معمولا راه حل قطعی و خوبی هست البته باید سازنده سنسور رو از نظر دور نکنید چون در مواقعی دیده شده که سنسور بزرگتر از یک برند در مقابل سنسور کوچکتر از برند دیگه بازنده بوده!!


در دوربینهای SLR و یا دوربینهای کامپکتی که قابلیت تعویض لنز دارن میتونید از لنزهای براق تر که دیافراگم بازتری دارن استفاده کنید باز تر بودن دیافراگم باعث میشه که نور بیشتری به سنسور دوربین تابیده بشه که در نتیجه مساوی با ثبت بهتر و دقیقتر رنگها هست و کمک میکنه دوربین با حساسیت پائینتر (ISO کمتر) عکس بگیره این راه حل هم معمولا باعث میشه که شما پول خوبی هزینه کنید و البته نکته منفی دیگه ای هم داره که در ادامه متوجه اون میشین!

یک راه حل خوب ولی نه چندان کار آمد دیگه برای مقابله با نویز این هست که شما مطمئن بشید که نور به اندازه کافی به سنسور دوربین شما میرسه!! تا دوربین بتونه با حساسیت پائینتر در نتیجه نویز کمتر عکس بگیره.
برای اینکار یک راه استفاده از فلاش هست این راه حل ساده ترین و شاید کار آمد ترین راه حل باشه مخصوصا برای دوربینهایی که سنسور کوچکی دارن , شما به صورت فیزیکی برای لحظه عکاسی نور محیط رو با استفاده از فلاش زیاد میکنید و همین مسئله باعث میشه نور بیشتری به سنسور برسه ولی متاسفانه در خیلی از مواقع اصالت و طبیعیت عکس رو ازبین میبره چون یک منبع نور نا متعارف به محیط اضافه شده ولی برای عکاسی در مواردی که شما فقط به دنبال یک ثبت خاطره ساده با دوستانو خانواده هستید راه حل خوبیه و تقریبا همه دوربینهایی که این روزها وارد بازار میشن به یک فلاش داخلی مجهز هستن.

اگر نمیخواین از فلاش استفاده کنید و مثل اکثر مردم پول زیادی هم برای خریدن دوربینهای سنسور بزرگه گرون قیمت ندارین راه حل بعدی این هست که با استفاده از تنظیمات دوربین سعی کنید که دیافراگم لنز رو تا حد ممکن باز نگه دارین و یا سرعت شاتر رو کم کنید تا نورگیری سنسور با موفقیت و کمترین خطای ممکن صورت بگیره این راه حل شامل نکات مثبت و منفی میشه که نکات منفی اون قابل تامل هستن چون عکاسی به این روشها در همه سناریو ها امکان پذیر نیست:
1.باز نگه داشتن دیافراگم باعث کاهش عمق میدان لنز میشه که شاید همیشه مطلوب نباشه و باعث بلوری شدن بک گراند عکس بشه:

مثلا:
عکس با دیافراگم باز F3.2

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

عکس با دیافراگم تنگ F8.0

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

نکته دیگه ای که باید در نظر بگیرید این هست که تنگ کردن دیافراگم برای بلوری نشدن بک گراند مساوی با نوردهی کمتر به سنسور هم هست که یا باید حساسیت و ایزوی بالا جبران بشه که باعث ایجاد نویز بیشتر میشه یا اینکه باید سرعت شاتر رو پائین نگه دارین که اون هم باعث ایجاد موشن بلور که در پائین توضیح بیشتری در مورد اون وجود داره میشه.


2.پایین آوردن سرعت شاتر که باعث میشه موقع ضبط عکس اجسام در حال حرکت موشن بلور به وجود بیاد:
مثلا در این دو عکس که از ماشینهای در حال حرکت در خیابون گرفته شده دقت کنید.
سرعت شاتر بالا

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

سرعت شاتر پائین:

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

پائین آودن سرعت شاتر باعث مشکل دیگه ای هم میشه و اون این مسئله هست که دوربین لرزش های دست رو هم ثبت میکنه با وجود عرضه دوربینهایی که لرزش گیرهای اپتیکال دارن شاید فکر کنید این مشکل چندان جدی نیست ولی متاسفانه این لرزش گیرها در اکثر مواقع اونطور که در موردشون تبلیغ میشه کار آمد نیستن و نمیتونن از بلوری و در نتیجه محو شدن عکسهایی که در سرعت شاتر کند توسط دست گرفته شدن جلوگیری کنن! برای همین شما در اکثر مواقع حتما به یک سه پایه احتیاج پیدا میکنید.


راه حلهای نرم افزاری:
این راه حلها تقریبا از همون لحظه که عکس رو میگیرین به صورت اتوماتیک توسط پردازنده دوربین شروع میشه در نور کم و در حالتهای اتوماتیک معمولا اکثر دوربینهای مدرن سعی میکنن با توجه به نور محیط و لرزش دست عکاس توازن خوبی بین حساسیت یا ایزو و سرعت شاتر دوربین بر قرار کنن به این معنی که دوربین لرزشهای دست رو شناسایی میکنه و اگر لرزش دست کم باشه سرعت شاتر کمتر و ایزوی پائینتری رو انتخاب میکنه و در غیر اینصورت سرعت شاتر و ایزوی بالاتر رو اعمال میکنه ....
به هر حال اگر لرزش دست زیادی دارین و اعصاب زیاد جالبی ندارین و یا کمی حرفه ای تر هستین و از نتایجی که رو حالت اتوماتیک میگیرن راضی نیستید میتونید به حالتهای Manual سویچ کنید.
در اکثر دوربینهای امروزی داخل منوی تنظیمات گزینه هایی برای کم کردن نویز تعبیه شده که میتونید اونهارو تحت عناوینی مثل Noise Reduction و NR یا AN و در مدلهای حرفه ای تر CNR و LNR و ... پیدا کنید تغییر پارامترهای این گزینه ها میتونه در بعضی مواقع با نتایج قابل قبولی همراه باشه.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

ولی اگر از الگوریتم کاهش نویز داخلی دوربین راضی نیستید این پایان ماجرا نیست و میتونید نتایج بهتری بعد از انتقال عکسها روی کامپوتر شخصیتون بگیرید ...

موقع استفاده از الگوریتمهای کاهش نویز , چه داخلی که توسط پردازنده دوربین اعمال میشه و چه خارجی که نرم افزارهای کامپیوتری هستن بهتره مواردی رو از نظر دور نکنین !!

در دنیای واقعی عکسها شامل دو دسته از جزئیات میشن یکی جزئیاتی که توسط تغییرات در روشنایی به وجود میان و به اونها luminance detail میگن و دیگری جزئیاتی که توسط تنوع در رنگها به وجود میان و به اونها chroma detail میگن برای همین کم کردن نویز به صورت نرم افزاری چه در داخل دوربین چه در خارج دوربین چندان هم مجانی صورت نمیگیره و همیشه همراه با از دست دادن مقدار زیادی از جزئیات هست.
همونطور که در بالا توضیح داده شد در دوربینهای دیجیتال انواع نویز شامل دو دسته میشن یکی Luminance Noise که به شکل دونه دونه های سیاه و سفیده کوچیکو بزرگ دیده میشه و Chroma Noise که به صورت دونه دونه های رنگی دیده میشه.

در شکل زیر Luminance Noise در سمت راست و Chroma Noise در سمت چپ تصویر دیده میشه.


[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]


Details VS Noise
جزئیات در مقابل نویز:
از اونجایی که بیشتر اطلاعات ذخیره شده در یک عکس از نوع Luminance Detail هستن از بین بردن Luminance Noise میتونه تاثیر زیادی در جزئیات عکسها باقی بگذاره و باعث بیش از حد نرم و کم جزئیات شدن عکسها بشه برخی دوربینهای کامپکت که معمولا سنسورهای کوچیکی دارن با استفاده از الگوریتمهای سنگین (Luminance Noise Reduction) به اختصار LNR در پردازنده داخلیشون مقدار زیادی از جزئیات رو در عکس فدای کاهش نویز میکنن که در همه سناریو ها نتیجه مطلوبی نداره و موقع خرید دوربین و یا اعمال تنظیمات NR بر روی دوربین کاربر باید به این نکته توجه کنه که از بین بردن Luminance Noise به صورت افراطی و بیش از حد توسط پردازنده داخلی دوربین منجر به از دست رفتن جزئیات به صورت غیر قابل بازگشت میشه و در عوض داشتن کمی Luminance Noise میتونه جزئیات عکس رو حفظ کنه ضمن اینکه بعدا توسط کاربر قابل حذف هست.
به صورت کلی سعی کنید دوربینها و تنظیماتی را انتخاب کنید که جزئیات فدای کاهش نویز تصویر نشه!


مثال:
دوربینی که LNR قوی ای اعمال میکنه:

ISO3200

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

گوشه ای از عکس به صورت کراپ شده:

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

دوربینی که LNR نسبتا کمی بر روی عکس اعمال میکنه:

ISO3200

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]


گوشه ای از عکس به صورت کراپ شده:

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]


عکس دوم با وجود Noise بیشر جزئیات بالاتری رو حفظ کرده توجه داشته باشید که با اعمال LNR به صورت خارجی بعدا و توسط نرم افزار میتوان noise عکس دوم را کم کرد ولی سناریویی که برای عکس اول به وجود اومده غیر قابل بازگشت خواهد بود.

عکس دوم بعد از اعمال Luminance NR به صورت خارجی:

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

به صورت کراپ شده:

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]


ادامه دارد...