ما هي الضوضاء في التصوير الفوتوغرافي؟ What Is Noise in Photography?

Table of Contents

• What is Noise?
• What Causes Noise in Photography?
• Shot Noise
• Digital Noise
• How to Minimize Noise in Photography
• How ISO Affects Digital Noise
• Does Noise Reduction Software Work?
• Summary

جدول المحتويات

ما هي الضوضاء؟
ما الذي يسبب الضوضاء في التصوير الفوتوغرافي؟
ضوضاء اللقطة،
الضوضاء الرقمية،
كيفية تقليل الضوضاء في التصوير الفوتوغرافي،
كيف يؤثر ISO على الضوضاء الرقمية،
هل يعمل برنامج تقليل الضوضاء؟ ملخص

ما هي الضوضاء؟

الضوضاء عبارة عن حجاب محبب في الصورة الفوتوغرافية، مما يحجب التفاصيل ويجعل الصورة تبدو أسوأ بكثير. في بعض الحالات، يمكن أن تكون الصور مزعجة للغاية لدرجة أنها غير قابلة للاستخدام بشكل أساسي. على مستوى ما، نحن جميعًا على دراية بمفهوم الضوضاء، إن لم يكن في التصوير الفوتوغرافي، ففي مجالات أخرى، مثل الموسيقى والتسجيل الصوتي.

من المؤكد أنك لاحظت أنه حتى في غرفة هادئة، هناك "هسهسة" في الخلفية في مقاطع الفيديو أو الصوت التي تسجلها. هذه الهسهسة ليست شيئًا نسمعه بشكل طبيعي، ولكنها تظهر في التسجيلات الصوتية (خاصة مع ميكروفون منخفض الجودة). في مكان ما على طول الطريق، تسللت العيوب إلى صوتك.

وينطبق الشيء نفسه في التصوير الفوتوغرافي. في الواقع، حتى إذا التقطت صورة مع غطاء العدسة، فإن الصورة الناتجة لن تكون سوداء تمامًا. قد يكون الأمر قريبًا، ولكن سيكون هناك دائمًا عيوب صغيرة: وحدات بكسل عشوائية ومشرقة ومتغيرة اللون.

في هذه الحالة، يمكنك رؤية وحدات البكسل العشوائية بسهولة شديدة فقط عن طريق تفتيح الصورة في Lightroom أو Photoshop. إذا لم تقم بذلك من قبل، فمن المعقول أن تعتقد أنه سيؤدي ببساطة إلى تغيير حجم الصورة بسلاسة من الأسود إلى الرمادي إلى الأبيض دون مشكلة - ولكن هذا ليس هو الحال. وبدلاً من ذلك، من الناحية العملية، ستصبح الصورة أقبح وأقبح، مع وجود مساحات كبيرة من تغير اللون والبكسلات ذات المظهر الغريب. يُعرف هذا بالضوضاء.




What is Noise?


Noise is a grainy veil in a photograph, obscuring details and making the picture appear significantly worse. In some cases, photos can be so noisy that they are essentially unusable. At some level, we are all quite familiar with the concept of noise – if not in photography, then in other fields, such as music and audio recording.

You’ve surely noticed that, even in a quiet room, there is a background “hiss” in videos or audio that you record. That hiss isn’t something we hear normally, but it shows up in audio recordings (especially with a lower-quality microphone). Somewhere along the way, imperfections crept into your sound.

The same is true in photography. In fact, even if you take a photo with your lens cap on, the resulting picture won’t be totally black. It might be close, but there will always be tiny imperfections: random, bright, and discolored pixels.

In this case, you can see the random pixels very easily just by brightening the image in Lightroom or Photoshop. If you’ve never done this before, it’s reasonable think that it would simply scale a photo smoothly from black to gray to white without an issue – but that’s not the case. Instead, in practice, the photo will become uglier and uglier, with huge areas of discoloration and strange-looking pixels. This is known as noise.

تسمى هذه العيوب العشوائية بالضوضاء
These random imperfections are called noise.
هذه الصورة، التي تم التقاطها عند ISO 12800، بها قدر هائل من الضوضاء. هذا كثير جدًا بالنسبة لأي استخدامات معقولة

This photo, taken at ISO 12,800, has a tremendous amount of noise. This is way too much for any reasonable uses.

ما الذي يسبب الضوضاء في التصوير الفوتوغرافي؟

من الناحية الفنية، سيكون هناك دائمًا قدر من الضوضاء في كل صورة. لا يوجد شيء يمكنك القيام به لمنع ذلك؛ إنها خاصية فيزيائية للضوء والتصوير الفوتوغرافي.

هناك نوعان رئيسيان من الضوضاء في صورك الفوتوغرافية: ضوضاء اللقطة والضوضاء الرقمية. على الرغم من أنها تأتي من مصادر مختلفة، إلا أنه من الصعب عادةً التمييز بين ضوضاء اللقطات والضوضاء الرقمية عندما تنظر إلى الصورة النهائية، لأنها تؤدي بشكل عام إلى نفس النتيجة: وحدات البكسل التي تكون ساطعة جدًا أو داكنة جدًا أو مشوهة بشكل عشوائي.


What Causes Noise in Photography?


Technically, some amount of noise will always be in every photo. There is nothing you can do to prevent this; it is a physical property of light and photography.

There are two broad types of noise in your photographs: shot noise and digital noise. Although they come from different sources, shot noise and digital noise are typically hard to distinguish from one another when you look at the final photo, since they generally lead to the same result: pixels that are randomly too bright, too dark, or discolored.

ضوضاء الالتقاط

ضوضاء اللقطة، أو ضوضاء الفوتون، هي عشوائية بسبب الفوتونات الموجودة في المشهد الذي تقوم بتصويره، وهي متحفظه وعشوائية.

ينبعث الضوء ويعكس كل ما يمكنك رؤيته، لكنه لا يحدث بنمط ثابت، والنتيجة هي التحبب. على سبيل المثال، قد يصدر مصباح كهربائي خافت جدًا ما معدله 1000 فوتون في الثانية، ولكن كل ثانية فردية ستكون مختلفة قليلاً - 986 فوتونًا، 1028 فوتونًا، 966 فوتونًا، 981 فوتونًا، 1039 فوتونًا، وهكذا. إذا كنت تلتقط صورة مدتها ثانية واحدة لهذا المصباح، فلن تحصل على نفس النتيجة تمامًا في كل مرة. وهذا ما يسميه المصورون "ضوضاء اللقطة" في الصورة.


Shot Noise


Shot noise, or photon noise, is randomness due to photons in the scene you are photographing, which are discreet and random.

Light emits and reflects off everything you can see, but it does not happen in a fixed pattern, and graininess is the result. For example, a very dim lightbulb may emit an average of 1000 photons per second, but each individual second will be a bit different — 986 photons, 1028 photons, 966 photons, 981 photons, 1039 photons, and so on. If you’re taking a one-second long picture of this lightbulb, you won’t get exactly the same result each time. This is what photographers call “shot noise” in an image.

كيفية تقليل الضوضاء في التصوير الفوتوغرافي

يمكنك التفكير في الضوضاء باعتبارها "خلفية" لكل صورة تلتقطها. سيكون موجودًا دائمًا، بغض النظر عما تقوم بتصويره. هدفك إذن هو أن تتغلب البيانات الفعلية (أي المشهد الحقيقي الذي تحاول تصويره) على هذه الخلفية. أفضل طريقة للقيام بذلك هي التقاط المزيد من الضوء.

فكر في موقف لا تلتقط فيه ما يكفي من الضوء في المجال، ويتغلب التشويش في الصورة على الإشارة - المعلومات الفعلية. أولا وقبل كل شيء، سوف تكون صورتك مظلمة للغاية. لم تلتقط الكثير من الضوء من المشهد. ولكن أبعد من ذلك، عندما تحاول زيادة سطوع الصورة على جهاز الكمبيوتر الخاص بك، ستجعل الإشارة والنسبة الكبيرة من الضوضاء أكثر وضوحًا، مما يؤدي إلى ظهور صورة محببة ومتغيرة اللون بشكل كبير!

إذا سبق لك أن سمعت مصطلح نسبة الإشارة إلى الضوضاء، فهذا هو ما يشير إليه. الصورة ذات "المزيد من الضوضاء" ليست دائمًا أمرًا سيئًا لجودة الصورة - لأن الإشارة ربما زادت أيضًا، ربما بمقدار أكبر نسبيًا، مما يجعل الضوضاء أقل وضوحًا بشكل عام. ما يهم هنا هو ببساطة النسبة.

إذًا، كيف يمكنك الحصول على أفضل جودة للصورة في صورك؟ يتعلق الأمر كله بالتقاط المزيد من الإشارات الفعلية حتى تتمكن من التغلب على خلفية الضوضاء التي ستكون موجودة دائمًا. يمكنك القيام بذلك عن طريق استخدام سرعة غالق أطول، أو ضبط فتحة عدسة أوسع، أو تصوير مشهد أكثر سطوعًا (أكثر سطوعًا). بمعنى آخر، من خلال التقاط "تعريض ضوئي" أكبر.

هذه هي الطريقة التي يمكنك من خلالها تقليل ظهور التشويش في الصورة. أي شخص يطلب منك استخدام ISO أقل لتقليل الضوضاء يبالغ في تبسيط الأمور. إذا قمت فقط بخفض ISO الخاص بك دون تغيير أي إعدادات أخرى لالتقاط المزيد من الضوء، فستحصل ببساطة على صورة أكثر قتامة - وهي صورة تحتاج إلى تفتيحها في مرحلة ما بعد المعالجة، لتكشف عن كل الضوضاء التي حاولت إخفاءها (وفي الواقع ، عادةً أكثر مما لو كنت قد استخدمت للتو ISO أعلى).

.



How to Minimize Noise in Photography


You can think of noise as, essentially, a “backdrop” for every picture you take. It will always be there, no matter what you’re photographing. Your goal, then, is to have the actual data (i.e., the real scene you’re trying to photograph) overpower this background. The best way to do that is to capture more light.

Consider a situation where you don’t capture enough light in the field, and the noise in an image overpowers the signal – the actual information. First of all, your photo will be extremely dark. You didn’t capture much light from the scene. But beyond that, when you attempt to brighten the photo on your computer, you’ll make both the signal and the large proportion of noise more visible, resulting in a photo that looks hugely grainy and discolored!

If you’ve ever heard the term signal-to-noise ratio, this is what it’s referring to. A photo with “more noise” isn’t always a bad thing for image quality – because the signal might have increased as well, perhaps by a proportionally greater amount, making the noise less visible overall. What matters here is simply the ratio.

So, how do you get the best image quality in your photos? It’s all about capturing more actual signal so that you can overpower the backdrop of noise that will always be present. You can do this by using a longer shutter speed, setting a wider aperture, or photographing a more luminous (brighter) scene. In other words, by capturing a greater “luminous exposure.”

That’s how you reduce the appearance of noise in an image. Anyone who tells you to use a lower ISO to reduce noise is oversimplifying things. If you just lower your ISO without changing any other settings to capture more light, you’ll simply get a darker photo – a photo which you need to brighten in post-processing, revealing all the noise you tried to hide (and, in fact, typically more than if you had just used a higher ISO).


كاميرا نيكون D7000 + 105 مم f/2.8 @ 105 مم، ISO 100، 1/40، f/3.2
هنا، تمكنت من التقاط الكثير من الضوء باستخدام فتحة العدسة وسرعة الغالق، مما يضمن أقصى جودة للصورة
NIKON D7000 + 105mm f/2.8 @ 105mm, ISO 100, 1/40, f/3.2
Here, I was able to capture a lot of light with my aperture and shutter speed, ensuring maximum image quality.

كيف يؤثر ISO على الضوضاء الرقمية

إن ISO هو إعداد الكاميرا الوحيد الذي يزيد من سطوع الصورة، بخلاف فتحة العدسة وسرعة الغالق. عادةً ما يقال أن رفع مستوى ISO (للحصول على صورة أكثر سطوعًا) يؤدي إلى زيادة الضوضاء. هل هذا صحيح؟

ابدأ بالأساسيات. ISO ليس له أي تأثير على الإطلاق على ضوضاء اللقطة. لا يمكن جسديا. كما غطينا منذ قليل، فإن ضوضاء اللقطة تتعلق تمامًا بعشوائية الضوء المنبعث والمنعكس من المشهد نفسه - وهو أمر لا يمكن أن يعتمد على إعدادات الكاميرا.

لذلك، يؤثر ISO فقط على الضوضاء الرقمية، والمعروفة أيضًا بالضوضاء الإلكترونية. قد تكون الطريقة التي يؤثر بها ذلك مفاجئة في البداية، ولكنها تصبح منطقية بعد بعض التفكير: بالنسبة للكاميرات النموذجية في الإعدادات العادية، سيؤدي رفع ISO إلى تقليل مقدار الضوضاء الإلكترونية. وهذا هو عكس ما قيل لك على الأرجح.

قبل أن تتوقف عن التصوير الفوتوغرافي بغضب، تذكر: ما يهم بالنسبة لجودة الصورة ليس مقدار الضوضاء الفعلي. إنها نسبة الإشارة إلى الضوضاء.

سيؤدي استخدام ISO أعلى إلى تقليل "كمية" الضوضاء. ولكن عندما تقوم بالتصوير بحساسية ISO عالية، فذلك لأنه لم يكن لديك خيار ولم تتمكن من زيادة سطوع الصورة بأي طريقة أخرى - أي من خلال التقاط المزيد من الضوء الفعلي. هذا يعني أن نسبة الإشارة إلى الضوضاء لن تكون جيدة جدًا. بمعنى آخر، لم تقم بالتقاط ما يكفي من البيانات للتغلب على ستارة الضوضاء، حتى لو كانت تلك الستارة أقل قوة قليلاً.

سأؤكد هنا أنه من الجيد أن تقوم الكاميرا بتقليل الضوضاء الإلكترونية عند مستويات ISO أعلى. ولهذا السبب نقوم برفع حساسية ISO في الكاميرا بدلاً من التصوير على حساسية ISO الأساسية وزيادة سطوع كل شيء في مرحلة ما بعد المعالجة - تحصل على تعزيز جودة الصورة بهذه الطريقة، نظرًا لأن الضوضاء الإلكترونية أقل. لكن نسبة الإشارة إلى الضوضاء هي ما يهم حقًا بالنسبة لجودة الصورة، ولهذا السبب لا يقوم المصورون بتصوير كل شيء عند ISO 12800 طوال الوقت. أفضل طريقة لتقليل ظهور التشويش في الصورة هي إغراقها بالضوء.

(في الواقع، وعلى نفس المنوال، فإن التقاط صور لمشهد أكثر إضاءة سيزيد من "كمية" ضوضاء الفوتون. لكنه يزيد الإشارة بشكل أكبر بكثير، مما يحسن نسبة الإشارة إلى الضوضاء، وبالتالي جودة الصورة.)





How ISO Affects Digital Noise


Your ISO is the only camera setting other than aperture and shutter speed that brightens a photo. Commonly, raising your ISO (to get a brighter photo) is said to increase noise. Is that true?

Start with the basics. ISO has no effect whatsoever on shot noise. It physically can’t. As we covered a moment ago, shot noise is entirely about the randomness of light emitted and reflected from the scene itself – something that couldn’t possibly depend upon your camera settings.

So, ISO only affects digital noise, also known as electronic noise. The way it affects it may be surprising, at first, but it makes sense after some thought: For typical cameras at normal settings, raising your ISO will lower the amount of electronic noise. This is exactly the opposite of what you’ve probably been told.

Before you quit photography in exasperation, remember: What matters for image quality is not the actual amount of noise. It’s the signal-to-noise ratio.

Using a higher ISO will reduce the “amount” of noise. But when you’re shooting at a high ISO, it’s because you had no choice and couldn’t brighten the photo any other way – i.e., by capturing more actual light. This means that your signal-to-noise ratio won’t be very good. In other words, you didn’t capture enough data to overpower the curtain of noise, even if that curtain is slightly less strong.

I’ll emphasize here that it’s a good thing for your camera to reduce electronic noise at higher ISOs. That’s why we raise ISO in camera rather than shooting at base ISO and brightening everything in post-processing – you get an image quality boost that way, since electronic noise is lower. But signal-to-noise ratio is what really matters for image quality, which is why photographers don’t go around shooting everything at ISO 12,800 all the time. By far the best way to reduce the appearance of noise in an image is to drown it out with light.

(Indeed, along the same lines, taking photos of a more luminous scene will increase the “amount” of photon noise. But it increases the signal far more, improving your signal-to-noise ratio, and thus image quality.)


NIKON D800E + 14-24 مم f/2.8 @ 14 مم، ISO 3200، 25 ثانية، f/2.8
هناك سبب لاستخدامي ISO 3200 هنا بدلاً من تفتيح صورة ذات ISO منخفض في Lightroom أو Photoshop: جودة الصورة أفضل، وذلك بفضل المستوى المنخفض من الضوضاء الإلكترونية

NIKON D800E + 14-24mm f/2.8 @ 14mm, ISO 3200, 25 seconds, f/2.8
There’s a reason I used ISO 3200 here rather than brightening a low-ISO photo in Lightroom or Photoshop: The image quality is better, thanks to the lower level of electronic noise

هل يعمل برنامج تقليل الضوضاء؟

أخيرًا، من المؤكد أن بعض الأشخاص سوف يتساءلون عن إعدادات "تقليل الضوضاء" في برامج ما بعد المعالجة الخاصة بهم. هل هذه في الواقع تقلل من الضوضاء، أم أن هناك مشكلة؟

في الممارسة العملية، هناك صيد. سيؤدي استخدام خوارزميات تقليل الضوضاء إلى تقليل الضوضاء الظاهرة في صورتك، ولكنه يضر أيضًا بالتفاصيل المشروعة ويجعلها أقل وضوحًا. إذا كنت تستخدم الكثير من تقليل الضوضاء، فسوف ينتهي بك الأمر إلى الحصول على صور تبدو وكأنها بلاستيكية. وهذا أسوأ بكثير من بعض الحبوب البسيطة.

لا يزال الحد من الضوضاء أداة مفيدة. إذا كان التشويش في الصورة واضحًا بشكل خاص، فستحتاج إلى استخدام المعالجة اللاحقة لتقليل بعض منه. من الأساليب المفيدة هنا تطبيق تقليل التشويش الانتقائي على مساحات كبيرة دون الكثير من التفاصيل، مثل الخلفيات خارج نطاق التركيز، مع تقليل التشويش إلى درجة أصغر على الصورة ككل.

خلاصة القول: لا تتجنب تقليل الضوضاء تمامًا، ولكن كن حذرًا عند استخدامه.



Does Noise Reduction Software Work?


Finally, some people certainly will wonder about “noise reduction” settings in their post-processing software. Do these actually reduce noise, or is there a catch?

In practice, there is a catch. Using noise reduction algorithms will reduce the apparent noise in your photo, but it also harms legitimate details and makes them less sharp. If you use too much noise reduction, you’ll end up with photos that look like plastic. That’s far worse than some simple grain.

Noise reduction is still a useful tool. If the noise in an image is especially obvious, you’ll want to use post-processing to reduce some of it. A useful technique here is to apply selective noise reduction to large areas without much detail, like out-of-focus backgrounds, while reducing noise to a smaller degree on the image as a whole.

The bottom line: Don’t avoid noise reduction entirely, but be cautious when you use it.


كاميرا نيكون D7000 + 105 مم f/2.8 @ 105 مم، ISO 3200، 1/100، f/2.8
لقد استخدمت تقليل الضوضاء هنا، بما في ذلك التعديلات المحلية لتحسين جودة الخلفية. هذا ملحوظ بشكل خاص في أحجام الطباعة الكبيرة.
NIKON D7000 + 105mm f/2.8 @ 105mm, ISO 3200, 1/100, f/2.8
I used noise reduction here, including local adjustments to improve the quality of the background. This is especially noticeable at larger print sizes.

ملخص

الصور الفوتوغرافية التي تحتوي على قدر كبير من الضوضاء، سواء كانت رقمية أو ضوضاء ملتقطة، هي الصور التي تكون فيها العيوب العشوائية هائلة. الكاميرا الخاصة بك ليست في الواقع أعلى صوتًا، ولكن قد تشعر بالغضب لأن التفاصيل الحقيقية لصورتك ليست قوية بما يكفي لإخفاء خلفية الضوضاء.

ليس من الصعب استخدام هذه المعرفة لالتقاط صور أفضل. ما عليك سوى زيادة البيانات الحقيقية التي تلتقطها كلما أمكن ذلك (باستخدام سرعة غالق أطول، أو فتحة عدسة أكبر، أو مشهد أكثر إضاءة). إذا وصلت إلى الحد المعقول لهذه المتغيرات الثلاثة، فإن خياراتك المتبقية ليست رائعة. ارفع ISO لتقليل التشويش الرقمي (المفضل)، أو قم بزيادة سطوع الصورة عبر برنامج ما بعد المعالجة (ليس جيدًا - إلا إذا كنت في إعداد ISO ثابت). وفي كلتا الحالتين، من الأفضل دائمًا التقاط المزيد من الضوء في المقام الأول.

تعتبر الضوضاء الرقمية وضوضاء اللقطات عشوائية، والطريقة للتغلب على العشوائية هي البيانات الحقيقية. إذا تذكرت ذلك، فستتمكن من تقليل الضوضاء في التصوير الفوتوغرافي الخاص بك والتقاط صور بأعلى جودة.


Summary


Photographs with high amounts of noise, digital or shot noise, are ones where random imperfections are overwhelming. Your camera isn’t actually any louder, but it might be angry that the real details of your photo aren’t strong enough to drown out the noise backdrop.

It’s not hard to use this knowledge to take better images. Just increase the real data you’re capturing whenever possible (with a longer shutter speed, a larger aperture, or a more luminous scene). If you have hit the reasonable limit for those three variables, your remaining options aren’t great. Raise your ISO to reduce digital noise (preferable), or brighten the photo via post-processing software (not as good – unless you’re at an invariant ISO setting). Either way, it always is better to capture more light in the first place.

Digital noise and shot noise are both randomness, and the way to overwhelm randomness is with real data. If you remember that, you will be able to minimize noise in your photography and take the highest quality pictures.