Ruído em imagens - Parte 2

Entender as características do ruído em câmeras digitais vai lhe permitir saber como o ruído influencia nas suas fotos. As seguintes seções discutem a variação tonal do ruído, ruído 'chroma' e ruído na luminância e ainda aspectos relacionados a freqüência e magnitude de ruídos em imagens. Exemplos de variações de ruído baseadas em 'ISO' e canais de cor também são mostrados para três câmeras diferentes.

Características

O ruído não muda somente dependendo da exposição da foto e da câmera, mas pode variar dentro de uma mesma imagem. Em câmeras digitais, regiões mais escuras terão mais ruído que regiões mais claras; com filme o oposto é verdade.

Note como o ruído se torna menos pronunciado quando os tons se tornam mais claros. Regiões mais claras têm um sinal mais forte pois têm mais luz, resultando uma razão entre sinal e ruído total maior. Isso significa que imagens que estão sub expostas terão ruído muito mais visível -- mesmo se forem clareadas para um nível mais natural. Por outro lado, imagens super expostas terão menos ruído e isso pode ser bem vantajoso, assumindo que seja possível escurecê-las depois e que nenhuma região onde havia textura fique completamente branca (ver "Compreendendo Histogramas, Parte 1").

O ruído é composto de dois elementos: flutuações em cor e em luminância. Ruído colorido ou ruído 'chroma' tem, normalmente, uma aparência menos natural e pode tornar imagens inúteis se não for controlado. O exemplo abaixo mostra o ruído naquilo que era originalmente um quadrado cinza neutro, mostra também os efeitos separados do ruído 'chroma' e luminância.

A quantidade relativa de ruído 'chroma' e luminância pode variar significativamente de um modelo de câmera para outro. Existem maneiras de reduzir ambos através do uso de softwares, mesmo assim, a eliminação completa do ruído na luminância pode produzir imagens com uma aparência 'plastificada'.

Flutuações no ruído podem variar tanto na magnitude quanto na freqüência espacial, apesar dessa última ser uma característica que normalmente é ignorada. O termo 'grão fino' (em inglês 'fine-grained') é muito usado em relação a filmes para descrever o ruído cujas flutuações ocorrem em distâncias muito curtas, o que é o mesmo que ter uma alta freqüência espacial. O exemplo abaixo mostra como a freqüência espacial pode mudar a aparência do ruído.

Se os dois quadrados acima fossem comparados com base somente na magnitude de suas flutuações (como fazem a maioria dos artigos de revisão de câmeras), então diria-se que o quadrado da direita tem mais ruído. Sob uma rápida inspeção visual, o da esquerda é que parece ter muito mais ruído que o da direita. Isso se deve exclusivamente à distribuição espacial do ruído em cada um dos quadrados.

Apesar da freqüência espacial estar sendo enfatizada, a sua magnitude também é importante por ter um efeito notável. O próximo exemplo mostra dois quadrados que têm desvios padrão diferentes, mas a mesma freqüência espacial.

Note como o quadrado da esquerda aparenta ser muito mais suave que o da direita. Ruído de alta magnitude pode se sobrepor a texturas finas como panos ou folhas, e pode ser muito mais difícil de remover sem causar suavização da imagem. A magnitude do ruído normalmente é descrita baseada numa medida estatística chamada 'desvio padrão', que quantifica a variação típica que um pixel tem de seu valor "real". Esse conceito pode ser compreendido inspecionando-se os histogramas de cada um dos quadrados do exemplo anterior:

Se nenhum dos quadrados tivesse ruído, todos os pixels estariam representados por uma linha exatamente no meio do histograma. Conforme o nível de ruído aumenta, a largura desse histograma em forma de sino também aumenta. Apresentamos o histograma RGB, mas a mesma comparação pode ser feita para a luminosidade (a medida mais comum de ruído) e para cada um dos canais de cor. Para mais informações sobre tipos de histogramas, por favor veja: "Compreendendo Histogramas: Luminância e Cor".

Exemplos

é muito útil experimentar com a sua câmera, para que você consiga lidar e saber quanto ruído é gerado em cada opção de 'ISO'. Os exemplos abaixo mostram as características do ruído gerado por três câmeras diferentes ao se fotografar uma imagem teste cinza com diferentes opções de 'ISO'.

Note as diferenças em cada um dos modelos, canal de cor e 'ISO'. Repare como cada canal de cor tem quantidades bem diferentes de ruído. O canal azul normalmente tem muito mais ruído e o verde tem menos em câmeras que usam 'Bayer arrays'. Note também como a câmera Epson apresenta manchas de cor que são muito mais visíveis que o ruído causado somente por flutuações no brilho.

Você também pode notar como aumentar o 'ISO' sempre produz mais ruído em uma câmera, mas a variação de ruído na troca de 'ISO' muda muito de câmera para câmera. Quanto maior a área de um pixel no sensor da câmera, maior será a capacidade de receber luz -- produzindo assim um sinal mais forte. Como resultado, câmeras com pixels fisicamente maiores geralmente vão aparentar ter menos ruídos, já que o sinal é maior em relação ao ruído. é por isso que câmeras com mais megapixels espremidos em uma mesma área não necessariamente produzem imagens melhores. Por outro lado, um sinal mais forte necessariamente leva a ruídos menos notáveis, já que é a quantidade relativa de ruído e sinal que determina quão ruidosa será uma imagem. Apresar da Epson PhotoPC 800 ter pixels muito maiores que a Canon PowerShot A80, ela tem visivelmente muito mais ruído -- especialmente no 'ISO' 400. Isso acontece pois a Epson em questão é muito mais velha e gerava muito mais ruído, devido ao hardware e software menos sofisticados.

Para mais informações, por favor veja a primeira parte desse tutorial, chamada:
"Ruído em Imagens Digitais: Exemplos e Características"