מה ההבדל בין איזו גבוה לרעש סיגנלי ומה הגורמים לרעש

מה ההבדל בין איזו גבוה לרעש סיגנלי ומה הגורמים לרעש

בכל חנוכה או צילומי לילה באופן כללי, אפשר לשמוע אנשים מתלוננים שהם צילמו חנוכיות והתמונות רועשות  בגלל יכולות האיזו של המצלמה. המסקנה שלהם זה שיש צורך להחליף את המצלמה. העניין הוא שחלק לא קטן הוא לא בכלל המצלמה והרעש שהם מקבלים. והסיבה היא שמה שמייצר את הרעש לא בהכרחך קשור ליכולת של המצלמה שלהם ואני יסביר למה בפשטות עד כמה שאני יכול.

איזו גבוהה

אתחיל בזה שהעלאת האיזו במצלמה לא משנה את יכולות הרגישות של המצלמה. כמות האור שהחיישן קלט במהירות סגר (לדוגמה) של 1/200 תיהיה זהה באם מדובר על איזו 100 או איזו 3200. הרי כמות האור המגיע לחיישן היא תיהיה זהה. (כמות אור/זמן חשיפה). אז אם הרגישות לא השתנתה. מה כן קרה בתוך המצלמה?

התשובה היא שהמעבד של המצלמה עושה חישוב אחר בהתאם למה שביקשתם. קרוב למה שקורה שאתם מכניסים תמונה לתוכנה לעיבוד תמונה ומעלים את החשיפה. כמות האור הגדולה יותר בתמונה שתקבלו היא הרי לא הגדלת הרגישות אלא הבהרה של התמונה. את אותו הדבר עושה הגוף של המצלמה.

בואו נסתכל על התמונות הבאות:

התמונה הראשונה צולמה עם איזו נמוך מידי לתנאי האור שהיו במקום והגדלתי בארבע סטופים את הבהירות בתוכנת עיבוד תמונה (Capture One) ומתחת הגדלה של חלק קטן ממנה

Nikon D300. ISO-200 F/4.5 1/80

Nikon D300. ISO-200 F/4.5 1/80

מתחת לזוג תמונות אלא צילמתי הפעם עם איזו גבוהה יותר והגדלתי חלק קטן גם כן.

Nikon D300. ISO-3200 F/4.5 1/80

Nikon D300. ISO-3200 F/4.5 1/80*2

כמו שאתם רואים צילום באיזו גבוהה מייצר פחות רעש מתהליך ההבהרה בתוכנה לעיבוד תמונה, מדוע? מפני שהאלגוריתם של המצלמה עובד טוב יותר. יש משהו שיצרני המצלמות פתרו בנושא. אבל בכל מקרה לא מדובר על רגישות גבוהה יותר של המצלמה אלא עיבוד תמונה של הקובץ בתוך גוף המצלמה.

כלומר, בתמונה המצולמת באיזו גבוה המעבד מגביר את הנתונים הנמדדים על ידי החיישן. מידת הרעש המתקבלת תלויה בשילוב שבין יכולות החיישן, המעבד והידע שיש ליצרן לגבי המצלמה שלו. הבהרה בתוכנה לעומת זאת תלויה לא רק ביכולת החיישן אלא גם ביכולת של כותבי התוכנה להתאים אלגוריתם הבהרה וטיפול ברעשים אופטימאלי לכל דגם של מצלמה.

סיגנל גבוהה

עכשיו אחרי שהבנו מה זה באמת איזו גובה (או יותר נכון שהבנו שאין באמת דבר כזה להגדיל את רגישות המצלמה) אני אנסה להסביר בפשטות מה זה אות (סיגנל) גבוהה.

חיישן מורכב מפיקסלים וכל פיקסל הוא למעשה תא פוטואלקטרי. כלומר תא אשר רגיש לאור. התא הזה בנוי בצורה כזאת שכאשר אור נכנס אליו ופוגע בדפנות התא המידע מומר לאותות חשמליים שמעוברים כמידע למעבד של המצלמה. בשלב הזה המעבד של המצלמה לוקח את כל המידע הזה מכל התאים הפוטואלקטרים (מכל הפיקסלים) והופך אות המידע לתמונה. וכך נוצרת תמונה.

עכשיו אני אתן דוגמאות לרמת רעש גבוה, המפורשות בטעות על ידי חלק מהצלמים, כבעיה של איזו גבוה. ובעקבותיה המסקנה הלא תמיד נכונה והיא שיש צורך להחליף את המצלמה.

שאתחנו מצלמים במהירות סגר גובה כגון 1/200 הזמן שדרכו נכנס אור פנימה לתוך החיישן הוא קצר יותר מכמות האור שנכנסת לחיישן בזמן חשיפה של דקה שלמה. במהלך דקה שלמה. אותו תא פוטואלקטרי מקבל מידע ללא הפסקה. למעשה התא מופגז בכמות קבוע של אור במשך של דקה שלמה.  המידע הזה זורם ללא הפסקה אל תוך המעבד שבסופו של דבר הופך אותו לאות. אבל, לפעולה זו יש גם תוצר לוואי והוא צבירה של רעש במהלך החשיפה הממושכת.

Fujifilm GFX 50S @ISO-1600

דוגמה נוספת היא צילום נרות או צילומי רחוב עם מנורות רחוב צהובות. כאשר מצלמים נרות מצלמים אובייקט שמאיר בתחום אורכי הגל הארוכים בהם רגישות כל החיישנים ללא יוצא מן הכלל נמוכה מהרגישות לאורכי הגל הקצרים. החלפת המצלמה לא תפתור את זה לחלוטין מפני שכל החיישנים עובדים בעיקרון פיסיקלי זהה המבוסס על חיישן מחומר סיליקוני ותגובתם ל"אור בצבעים שונים" אינה אחידה. סיבה הנוספת היא הצמצם. כן, כן. גודל הצמצם שאתם בוחרים להשתמש בו ישפיע גם הוא על כמות הרעש הסיגנלי שאתם מקבלים. מפני שכמה שהצמצם יהיה יותר פתוח ככה החיישן יוצף בכמות אור גדולה יותר ויהיה פחות קטעים חשוכים בתמונה (עוד קצת ואני ואסביר את זה). עכשיו תשלבו זמן חשיפה גבוה עם צמצם פתוח ודירשה קטנה מהמעבד של המצלמה להבהרי את התמונה (להעלות "רגישות") וקיבלתם רעש סיגנלי נמוך. אבל רוב אנשים לא מסתובבים עם עדשות עם צמצם 1.4 וסוגרים צמצם לקבל עומק שדה גדול (או שהם מצלמים עם צמצם סגור מחוסר בררה. מפני שאלה העדשות שיש להם) יותר ועל ידי כך מקבלים יותר קטעים חשוכים בתמונה. עכשיו אולי ברור יותר למה צילום חנוכיות או צילומי רחוב בשעות הלילה מייצר רעש רב. גם כי עובדים במהיריות סגר נמוכות וגם סוגרים צמצם או עובדים עם עדשות ללא אפשרות לפתוח צמצם כמו שצריך ולבסוף מעלים איזו. (וזה אחד הסיבות שצלמים מקצועיים מחזיקים עדשות עם צמצמים של 1.4) זה לא בעיה של איזו גובה אלא סיגל גובה וזה משהו אחר לגמרי. זאת גם הסיבה שחשיפות ממושכות בלילה מייצרות יותר רעש מחשיפות ממושכות במהלך היום.

המסקנה היא למעשה שהנתון החשוב אינו רמת הרעש בתמונה אלא היחס בין רמת האות (סיגנל) לרמת הרעש. אם נעלה את רמת האות, למשל על ידי פתיחת צמצם או שימוש במבזק, התמונה תיראה טוב יותר למרות שרמת הרעש נותרה קבועה.

Fujifilm X-T2 @ISO-12800

בעיה נוספת היא שכאשר מצלמים בתנאים של מחסור באור. רוב האנשים מצלמים תמונה כהה מידי ומבהירים בבית. דבר שכמובן מייצר עוד יותר רעש, מפני שהבהרה בתוכנה לעיבוד תמונה מדגישה את הרעש הסיגנלי שנוצר. במקום לצלם תמונה בהירה בכמות הנכונה רוב האנשים בוחרים לצלם תמונה כהה ולהבהיר בבית.

נעשה הפוגה קטנה של תמונת נוף רגוע ונחזור לכתבה

למי ממכם ששם לב אז יש פעמים שבהם אנחנו עובדים עם איזו גבוה והתמונות נראות טוב ויש פעמים שאנחנו נצלם בדיוק עם אותו האיזו בתנאי תאורה שונים ולפתע נקבל הרבה יותר רעש. למה זה? ובכן כמו שאמרתי מקודם זה "צבע האור", של גודל הצמצם, של זמן החשיפה והדבר האחרון הוא כמות החושך בתמונה. לדוגמה שמצלמים נרות בחדר חשוך יהיה יותר רעש בגלל האזור החשוך דוקא. לעומת זאת אם תצלמו חדר ללא חלקים חשוכים באותו האיזו תקבלו הרבה פחות רעש. לשאלה של עד כמה רעש נקבל. התשובה היא בסוג המצלמה שיש לכם. דגמים מתקדמים יותר יצליחו לייצר תמונה עם פחות רעש. אבל בסופו של דבר כל המצלמות ייצרו רעש בקטעים החשוכים בתמונה.

לסיכום

אין ספק למצלמה יש תפקיד בכמות הרעש שנוצר. אבל לא זה העיקר פה. החלק החשוב זה להבין את הקשר שבין תנאי הצילום, הנושא המצולם והתוצאה הסופית.

תעבדו עם עדשות עם צמצמים פתוחים על מנת להקטין חלקים חשוכים בתמונה. תנסו להימנע מהבהרה של התמונה בשלב העיבוד אלא בשלב הצילום. איך? לפתוח צמצם ולהעלות איזו ככל הנדרש. ובחירה נכונה של מהירות הסגר. מהי בחירה נכונה? זה תלוי במידה רבה בנושא המצולם והציוד שברשותכם. אין תחליף לניסוי ותהייה, רצוי על בסיס הבנה מוקדמת.

בצילומי לילה למשל, אם אין סיבה אומנותית (למשל מריחה של עננים) לפעמים עדיף להרים עוד קצת את האיזו ולעבוד על מהירות סגר גבוהה יותר מאשר להשאר על איזו נמוך ולחשוף את החיישן לדקות שלמות של לילה חשוך. עוד נזכור שלא תמיד צריך תמונה מאורת היטב. לפעמים תמונה חשוכה קצת ושלא עברה עיבוד תמונה במחשב יוצאת לא פחות טובה ובוודאי יותר מעניינת. ותזכרו שאתם ורק אתם יכולים וצריכים להכיר את המצלמה שלכם ולדעת מה המגבלות והגבולות שלה. תנסו לצלם חשיפות שונות עם דרגות איזו שונים על מנת לדעת מה הגבול העליון שבוא אתם יכולים לקבל תמונה שמישה. אם תעבדו נכון. תגלו שחלק מהבעיות בתוצאה הסופית של הצילום נמצאות אצלכם ולא במצלמה.

Fujifilm X-T2 @ISO-12800

Nikon D610 @ISO-250

Nikon D800E @ISO-640