Jaki ma charakter? Dlaczego potrafi być nierównomierny? Co to jest „demozaikowanie”. Radzimy, jak opanować szum w filmach.
Kontynuujemy nasz cykl artykułów poświęconych zakłóceniom wpływającym na jakość obrazu filmowego. W pierwszej części tej serii omówiliśmy zagadnienia związane ze szczegółowością obrazu, sposobami odczytu matrycy oraz aliasingiem i morą. Tym razem zajmiemy się odwiecznym wrogiem każdego filmowca i fotografa, czyli szumem.
Problem rosnącej ilości zakłóceń wraz ze zwiększaniem się światłoczułości nie jest oczywiście niczym nowym. Dokładnie z tym samym borykali się i nadal borykają użytkownicy taśmy filmowej czy filmów światłoczułych, gdzie ilość ziarna zwiększa się wraz z czułością materiału. O ile jednak ziarno często traktuje się jako coś „szlachetnego” i dodającego obrazom charakteru (o ile tylko jego ilość jest rozsądna), o tyle cyfrowego szumu nie lubi chyba nikt.
Warto jednak zauważyć, że używanie jednego określenia „szum” nie do końca oddaje złożoność i ilość zjawisk, które się na te niepożądane cyfrowe zakłócenia składają. Nie będziemy w tym miejscu przeprowadzać wykładu z fizyki obejmującego wszystkie możliwe rodzaje szumu, skupimy się jedynie na tym, co może zaobserwować użytkownik danego aparatu czy kamery.
Jednorodność szumu
Pierwszym ważnym aspektem szumu jest jego jednorodność. Prawidłowo wyglądający szum powinien mieć losowy charakter i być równomiernie rozmieszczony w obrębie kadru. Zdarzają się jednak sytuacje, kiedy tak nie jest. Po pierwsze, ze względu na pewne różnice pomiędzy fizycznymi parametrami poszczególnych pikseli, w obrazie możemy obserwować szum o strukturalnym charakterze, po angielsku nazywany „fixed pattern noise”. Jego obecność świadczy o nie najlepszej jakości wykonania matrycy światłoczułej w danym urządzeniu. Jest on bardzo trudny do usunięcia w postprodukcji, zalecamy zatem unikania urządzeń, które się tego rodzaju szumem charakteryzują.
Nieco przejaskrawiony na potrzeby omówienia przykład szumu o strukturalnym charakterze
Sony A7S III
Jeden z najmniej szumiących filmujących aparatów dostępnych obecnie na rynku. We wprawnych rękach potrafi dać użyteczny obraz nawet na czułościach tak wysokich jak ISO 51200.
Drugi problem związany z niejednorodnością szumu to jaśniejsze „plamy” na matrycy, występujące, jeśli zbyt blisko sensora zostały umieszczone inne grzejące się elementy aparatu czy kamery, takie jak procesor, akumulator czy gniazdo kart pamięci. Teoretycznie daną plamę da się w postprodukcji dopasować pod względem jasności do reszty kadru, ale w praktyce nie pozbędziemy się w ten sposób związanej ze zwiększoną lokalnie temperaturą degeneracji obrazu. Urządzeń, w których tego rodzaju problemy występują, też zatem radzimy unikać.
Jasne plamy świadczące o wyższej temperaturze matrycy, która najprawdopodobniej nagrzała się od zbyt blisko niej położonych elementów elektronicznych.
Jak sprawdzić, czy dany problem występuje w naszym urządzeniu? Wystarczy po prostu nagrać jednolitą powierzchnię (lub wręcz włączyć nagrywanie bez zdejmowania dekielka z obiektywu) przy odpowiednio wysokiej czułości przez dłuższą chwilę, tak by urządzenie filmujące rozgrzało się, a następnie przyjrzeć się, czy w nagranym ujęciu widzimy coś niepokojącego. Można też poszukać profesjonalnie przeprowadzonych testów w internecie. Jeśli nie znajdziemy filmowych, warto zwrócić uwagę na te przeprowadzane przez astrofotografów – w tej dziedzinie niejednorodności szumu również potrafią być poważnym problemem ze względu na stosowane tam bardzo długie czasy naświetlania.
Poza jednorodnością szumu warto też zwrócić uwagę na jego charakter, a konkretniej – kolor i fakturę. Umiejętne spojrzenie na te detale może nam nieco powiedzieć o sposobie przetwarzania obrazu filmowego przez dany aparat czy kamerę.
Większość współczesnych urządzeń rejestrujących obrazy korzysta z matryc z tzw. maską Bayera, czyli zestawem kolorowych filtrów, powodujących, że na każde cztery piksele, dwa zbierają jedynie informacje o kolorze zielonym, jeden o czerwonym, a jeden o niebieskim. Wszystkie te piksele szumią, stąd też, jeżeli dany aparat czy kamera nie ingeruje przesadnie w obraz i np. filmuje w surowym formacie (RAW), szum w tak zarejestrowanych plikach będzie kolorowy – czerwony, zielony i niebieski. Czerwonego i niebieskiego szumu jest przy tym zazwyczaj nieco więcej niż zielonego.
Stopklatka z filmu w formacie RAW. Widać tu szum o typowym dla tego rodzaju plików charakterze.
Canon EOS R5
Jeden z niewielu aparatów filmujących w formacie RAW
Nie tylko filmuje w formacie RAW, ale jako jedyny potrafi też kompresować filmy w formacie RAW, by zajmowały mniej miejsca przy zachowaniu świetnej jakości.
Jeśli natomiast nie filmujemy w formacie RAW, to nasz aparat czy kamera musi zamienić obraz, w którym każdy z pikseli zawiera jedynie informacje o jednym kolorze na obraz, gdzie każdy piksel ma informacje o wszystkich trzech składowych. Proces ten, na cześć wspomnianej już maski Bayera nazywa się „debayeringiem” lub „debayerowaniem”, ewentualnie „demozaikowaniem”. To, co dostaniemy na wylocie tego procesu, w dużej mierze zależy od algorytmów stosowanych przez poszczególnych producentów. Niektórzy zachowują w takim wynikowym obrazie szum kolorowy, inni starają się, by miał on monochromatyczny charakter i nieco przypominał analogowe ziarno. Jeszcze inni nie dają użytkownikowi kontroli nad procesem odszumiania, przez co obraz, owszem, szumu zawiera niewiele, ale jest zdegenerowany i pozbawiony szczegółów.
Przykład przetworzonego przez aparat ujęcia, w którym szum ma monochromatyczny, a nie kolorowy charakter.Przykład nadmiernie odszumionego pliku filmowego. Szum w dużej mierze został zastąpiony mało estetycznymi odszumionymi „plackami”. Brak też szczegółów.
Fujifilm X-H2S
Nowsze aparaty Fujifilm są znane z relatywnie przyjemnego dla oka, monochromatycznego, przypominającego ziarno szumu w trybie filmowym. Jako jedyne oferują też międzyklatkową redukcję szumu na poziomie aparatu.
Powoduje to, że trudno jest porównywać np. zmierzone liczbowo w oparciu o tablicę testową wartości zaszumienia obrazu. Aparat, który silnie odszumia filmy, osiągnie w takim teście lepsze wyniki, ale wizualnie obraz z niego może prezentować się znacznie gorzej niż obraz z innego urządzenia, które na tej samej czułości będzie oferować obraz z przyjemnym dla oka cyfrowym ziarnem. Warto zatem samodzielnie przeprowadzać testy lub czytać te opracowane przez znających się na rzeczy specjalistów.
Dodajmy przy tym, że większość producentów daje użytkownikom kontrolę nad redukcją szumu w swoich aparatach. Funkcja ta jest też dostępna w programach do montażu. W obu przypadkach może być ona realizowana na dwa sposoby. Można albo redukować szum w każdej klatce obrazu niezależnie, tak jak ma to miejsce w fotografii, albo też wykorzystać fakt, że sąsiednie klatki filmu są zazwyczaj bardzo do siebie podobne, więc można pozbyć się szumu i zachować szczegóły porównując je ze sobą. Tego rodzaju funkcję międzyklatkowej redukcji szumu znajdziemy m.in. w aparatach Fujifilm czy programie DaVinci Resolve Studio. Rozwiązanie to jest też bardzo popularne w astrofotografii.
Przykłady różnych stopni intensywności szumu. W tym przypadku poza redukcją szumu widzimy też np. utratę faktury ściany. Każdy użytkownik musi zatem samodzielnie wybrać nastawę, przy której kompromis między jednym a drugim mu odpowiada.
Blackmagic DaVinci Resolve Studio 18
Jeden z najbardziej zaawansowanych programów do montażu na rynku. Oferuje, między innymi, zaawansowane algorytmy redukcji szumu w filmach.
To, czy zdecydujemy się na usuwanie szumu już na etapie nagrywania, zostawimy to do etapu postprodukcji, czy też w ogóle odpuścimy sobie redukcję szumu, zależy od wielu czynników. Możemy wśród nich wymienić osobiste preferencje estetyczne autora danego filmu, sprzęt i oprogramowanie, na którym ów pracuje oraz artystyczne aspekty wizualne danej produkcji filmowej. Ważne jest jednak, by po pierwsze znać możliwości posiadanego sprzętu i wiedzieć, w jakim zakresie daje on obraz o akceptowalnym zaszumieniu, a po drugie wiedzieć, co z tym szumem można ewentualnie zrobić, gdy materiał już nagramy.
Na co dzień redaktor w portalu Optyczne.pl, gdzie regularnie testuje najnowszy sprzęt filmowy. Oprócz tego zawodowo filmuje i prowadzi szkolenia z filmowania, a po godzinach zajmuje się fotografią i kinem niezależnym. Absolwent Montażu Filmowego na PWSFTviT oraz Inżynierii Dźwięku i Obrazu na Politechnice Gdańskiej.
