图像噪声等疵病的由来和常用对策

                                                                        图/文 吴启海

“噪声”是数字图像数据中出现了不希望存在的干扰或杂散信号，其形态表现和胶片拍摄时出现的光晕、幻像等杂散光不同。因画面出现较多是点状，也称为“噪点”。

这种噪声常发生在亮度超出光电元件感度范围或在长时间曝光（图1）、选用高感光度设置及文件压缩引起数据丢失之时。

不同时间拍摄总是出现在相同的画面位置的噪声称为“固定格式噪声”，例如暗部噪声、像素转换寻常引起噪声等。在不同拍摄时间会在不同画面位置出现的噪声称为“随机噪声”，闪光噪声和热噪声都是“随机噪声”。

 

图1

暗部噪声和热噪声

数码影像的暗部最易出现噪声，並与影像传感器和图像处理器性能有直接关系。另外，当对尺寸较小的图像（低像素）放大时易产生暗部噪声。在Phtoshop上进行图像暗部调节时也易产生“暗部噪声”。

 “热噪声”是环境温度或数码相机相关电子器件温度升高时引起拍摄画面上出现的噪声。 

块状噪声和马赛克

JPEG文件格式保存图像，当压缩率太大时，画面上会出现方块形的图案，影响成像清晰度。JPEG格式的特性是由8x8点组成，易引起“块状噪声”。“块状噪声”有时也称“马赛克”现象。

数字图像分辨率较低或压缩过大时，会在画面上出现影响图像质量的传统摄影没有的现象，整个图像看上去好像是由一个个小图块拼装而成的，这种类似马赛克图案组成画面，也称为“马赛克”效应。另外一种特别情况，有时为了获得某种特殊表现效果，要求把平滑的图像转换成具有马赛克效果的形式

降噪模式［NR］

尼康等多种品脾数码相机在进行长时间（1秒或更长时）曝光时提供的一种优化质量、降低噪点的功能。有专家推荐，当曝光时间超过1/15秒时，应开启NR功能，尤其是拍摄夜景时

莫尔条纹和伪色

莫尔条纹在被拍摄原景物上是不存在的，因此也应该是一种噪声信号。法国人发现两层具有莫尔图案的丝绸叠加在一起时会产生有趣的波形图案，这就是莫尔条纹的来历。例如有细微纹路、格子和点状的毛衣等，最易在数码图像上出现莫尔条纹。

加入低通滤波器，其目的是去掉对提高数码相机整体清晰度无益的高频部分，避免拍摄的图像出现莫尔条纹、伪色和伪像等。当然，只有图像中的纹路、格子细节与CCD的像素点之间的距离非常接近时，才易产生莫尔条纹。从数码相机的成像原理和A/D转换时采样分析，景物的细节分辨极限超过CCD的分辨能力时，易出现频谱混叠干涉，导致莫尔条纹的形成。由此可见，在数码相机中，并不是镜头像质越高，图像就越清晰。莫尔条纹也可以使用软件通过相应处理方法减少或消除。

画面内密集排列的单色块状物体，高亮度高反差部位，密集的网状景物，最易在数码影像中出现莫尔条纹。改变镜头的焦距或变动拍摄距离，有时也会出现意想不到的效果。

目前市场上能见到的形形色色数码单反相机中，只有佳能公司生产的EOS D系列使用3个光学低通光滤器，配合了能高速高质量进行图像处理的新型DiGICⅡ图像处理器，在实现高分辨率画质和减少伪色等噪声方面取得了完美的平衡和成功（图3）。建议经常拍摄时装题材的摄影师或影友应优先选购不易出现莫尔条纹和伪色、伪像的数码单反相机。

图2

 

图3

                    

紫边

 拍摄高对比的景物时，在画面高光部和暗部之间会出现条状紫色窄带。这是光的衍射和像素上电荷“溢出“引起的，造成数码相机上RGB CCD在进行彩色插值时发生错误。通常影像传感器上绿色的像素比红色和蓝色像素多一倍，使品红色成为主色调。

为了降低图像中紫边现象，在拍摄时尽量避免大背光，以減少衍射，也可以使用闪光灯、反光板补光，用于降低图像的反差等。不同数码相机、不同类型镜头、不同拍摄环璄和光照条件会出现不同的结果。当然，紫边也可以在后期处理中利用Photoshop等软件修正，“吸管工具”、“ 毛笔工具”、“ 仿制图章工具”等都可以使用，有一定效果。

高光溢出

影像传感器上的每一个像素能够存储的电量都是有上限的，溢出是指某个像素上过饱和电荷流到邻近像素上的现象。在数码影像中常见的“高光溢出”会损失影像高光位的细节。对于“高光溢出”目前常见对付措施除了可用相应软件进行后期处理补救外，还可采用适当减少画面的曝光、保留高光位影像部分细节等方法。

锯齿形轮廓和起毛发虚

图像的轮廓出现不连续、不光滑的曲线。本来是连续的线条，成像后变成有断线、有锯齿状、有重影的不光滑的线条（图4）。也有人称为“肋骨”状线条。这是数码影像中特有的现像，与传统摄影出现微粒增大、图像变粗糙是两种不同的表现。

起毛指数字图像和文字放大时在轮廓线上出现一段一段的颤抖现象，造成影像发虚粗糙不实。打印时，分辨率太低也会出现“起毛发虚”。高质量高像素的数码相机见不到这种现象。

 

图4

轻便型和单反数码相机噪声比较

我们列出了佳能公司生产的有效像素数为800万的两种数码相机的噪声测量结果（图5、图6）。

1. Pro1是不可更换镜头的消费级轻便型数码相机，EOS 20D是消费级单反型可换镜头数码相机。在ISO 400时，Pro1的图像噪声约是EOS 20D的4倍；EOS 20D在ISO1600时的噪声表现仅与Pro1在ISO 200时相当。由此可见，在高感光度设置时，轻便相机的噪声缺陷得到充分暴露，与同像素单反相机比较，图像质量差异非常明显。

2. EOS 20D在曝光时间1/30秒-30秒范围内，噪声均控制在允许的较小数值内，不随曝光时间增加而变化，当到达ISO1600时，长时间曝光的噪声仍控制在3.0以内，与Pro1在ISO 100时噪声效果相当。快门曝光时间长达15秒时，Pro1的噪声竟达到14，是EOS 20D的10倍。由此可见，数码单反相机的夜景等长时间曝光拍摄效果是轻便相机无可比拟的。

                       图5

 

   

 

                                图6

 

   

使用过长曝光时间和使用高感光度都会在图像上引起噪声。相对而言，高感光度的影响更严重些。

曝光时间大于1秒，直到15-30秒，是易产生噪声的间隔范围。通常轻便相机表现比数码单反相机明显。优良的数码单反相机长时间曝光时防噪效果较满意。

高感光度引起噪声和噪点较严重。轻便数码相机通常超过ISO 400时，图像因超点明显常无法使用，单反相机由于影像传感器面积大、降噪功能强大，效果明显优于轻便型相机，感光度往往可以达到1600甚它3200，仍有较好的拍摄效果。

 

文章作者为本培训中心教师,本文已刊登在2006年11期“照相机”杂志上。  未经本网站同意不得转载.