На главную страницу
Список статей

Шум и зерно
Экспериментальная соната для букв без оркестра
_______________________________________________________

              
А.С.Грибоедов. «Горе от ума»

   I. Интродукция

   В стародавние времена зернистость изображения, характерную для плёночной фотографии, можно было худо-бедно сымитировать в Photoshop с помощью фильтра Add Noise. В более поздних версиях этой программы появился специальный фильтр Film Grain. Но появились ли вместе с этим фильтром новые возможности? Действительно ли этот фильтр может создать подобие плёночного зерна? Насколько результат будет лучше по сравнению со старым-добрым Add Noise? В поисках ответов на эти вопросы автор и решил провести несколько новых «маленьких ненаучных экспериментов».
 

   II. Аллегро

   Но зачем добавлять к изображению зерно и/или шум?

   Резонный вопрос! Ведь нередко приходится сталкиваться с прямо противоположной задачей: как сделать шумы менее заметными?

   Причин, по котором изображение после добавления шума улучшается, может быть несколько:

1.
Зрительное восприятие человека устроено таким образом, что протяжённые равноокрашенные области часто воспринимаются системой «глаза + мозг» как неестественные, пластмассовые, мультяшные. Именно по этой причине изображение, формируемое цифровыми камерами, часто выглядит несколько противоестественно, в то время как отпечатки с фотоплёнки смотрятся более привлекательными для глаза.

В традиционной фотографии недостающие глазу текстуры довольно успешно имитирует зерно фотоплёнки. Цифровой же шум создаёт у зрителя совершенно другие ощущения. Его присутствие создаёт на изображении неуместные разноцветные точки, которые зрительно никак не возможно ассоциировать с какой-либо натуральной текстурой.

Однако добавление некого специального шума к цифровой картинке в ряде случаев позволяет вполне успешно решить задачу создания иллюзии того, что утраченные текстуры восстановлены.

2.
Ещё одной причиной, по которой к изображению добавляют шум, является желание компенсировать искажения, обусловленные цифровой обработкой. Например, шумом можно замаскировать области неаккуратного цифрового редактирования или «восстановить» текстуры после применения фильтра Blur.

3.
Иногда бывает полезно добавить в картинку шум непосредственно перед печатью. Дело в том, что печатающие устройства часто растрируют изображение тем или иным образом (то есть, разбивают его по-новому на строки и элементы), что может приводить к заметным искажениям тонов, градиентов и т.п. Добавление шума в некоторых случаях помогает преодолеть погрешности растрирования при печати (то есть, сделать их менее заметными).

4.
Добавление шума в некоторых случаях может также увеличить зрительно воспринимаемую резкость (см. рис. 1 и 2).

Рис. 1. Фрагмент довольно размытого изображения		Рис. 2. Тот же самый фрагмент, но с добавленным шумом. Резкости, конечно, не прибавилось. Но зрительно многие участки смотрятся как более чёткие.

   Наверняка существуют и другие основания для добавления шумов в цифровое изображение… В рамках рубрики ненаучных тестов автор не претендует на полноту изложения… Однако пора уже без лишних раздумий и теоретизирований перейти к практическому тестированию!
 

   III. Анданте

   На рис. 3 приведена фотография, сделанная цифровой мыльницей. Как видно, отсутствие плёночного зерна действительно делает изображение немного «пластмассовым».

Рис. 3. Яузские ворота.

   Всегда ли это плохо? Трудно сказать… Таким изображениям свойственна своя эстетика. Иногда они бывают очень выразительны. Но по-своему! Совсем не так, как отпечатки, полученные оптическом образом с плёнки или пластинки.

   Отказывать таким изображениям в художественности — всё равно, что пренебрежительно относится к анимационной графике! А ведь многие рисованные мультипликационные кадры являют собой пример настоящего искусства!

   Впрочем, автор не стремится убедить читателя в чём-либо. Больше мнений, хороших и разных!
 

   IV. Скерцо

   На рис. 4 и рис. 5 тот же самый кадр представлен после двух вариантов компьютерной обработки.

Рис. 4. Результат после добавления шума с помощью фильтра Add Noise		Рис. 5. Результат после добавления зерна с помощью фильтра Film Grain

   Вначале (рис. 4) была предпринята попытка сымитировать зерно традиционным образом с помощью фильтра Add Noise. Для имитации зерна шум должен быть Gaussian и Monochromatic. Первое условие по сути означает, что чем больше отклонения от номинала — тем они менее вероятны. Второе условие означает, что шум не приведёт к резким отклонениям цвета в отдельных пикселях. Формально, оба эти условия должны обеспечить наиболее близкое подражание плёночному зерну. Однако не стоит принимать всё на веру: в различных практических ситуациях можно попробовать поэкспериментировать и с другими параметрами этого фильтра. К бесспорным преимуществам функции Add Noise следует также отнести возможность варьировать параметр Amount с точностью до сотых долей процента.

   На рис. 5 показан результат применения фильтра Film Grain (группа Artistic). Вспомогательные параметры Intensity и Highlight Area были установлены в ноль.

   В обоих случаях была выбрана довольно сильная (но ещё приемлемая) степень «шумизации»: Amount = 2 и Grain = 2. Столь большой уровень добавленного шума был призван упростить процедуру сравнения и анализа результатов. Также следует иметь в виду, что параметр Grain фильтра Film Grain может принимать, увы, лишь целочисленные значения.

   При сравнении результатов не следует «водить носом по экрану монитора»: разумнее смотреть на картинки с расстояния вытянутой руки.
 

   V. Финал

   Как легко догадаться, в рамках ненаучных экспериментов никаких категоричных и определённых выводов не последует. Но несколько слов на правах частного мнения автор всё же должен сказать.

   Эксперимент показал, что даже специальный фильтр Film Grain имитирует настоящее зерно плёнки далеко неидеально. А если учесть, что параметр Amount может быть выставлен более точно в фильтре Add Noise, то привлекательность инструмента Film Grain становится ещё меньше.

   Вместе с тем следует помнить, что автор вовсе не считает себя профессионалом в компьютерной обработке. Возможно в более умелых руках рассмотренные фильтры повели бы себя по-другому.

   Экспериментируйте самостоятельно! Именно в этом призыве — смысл всех статей, публикуемых в цикле «маленькие ненаучные тесты».

* * *

На главную страницу
Список статей

Для использования материалов этого сайта в коммерческих или некоммерческих целях необходимо получить от меня письменное разрешение, если обратное не оговорено в явной форме.