Разные виды стекинга. Уменьшение шумов с помощью стекинга средствами Photoshop.
Красивое картинко просто для привлечения внимания.
Технология стекинга - сложение нескольких кадров одного и того же сюжета - известна давно. По существу, это та же мультиэкспозиция, но нацеленная на разрешение скорее технических, чем творческих задач.
Сегодня мы кратко классифицируем разные виды стекинга и подробно рассмотрим один из них - сложение нескольких кадров с целью уменьшить количество шумов и повысить детализацию.
Стекинг существует в нескольких ипостасях.
Пейзажистам наиболее известен стекинг с брекетингом по экспозиции - HDR. Если сцена очень контрастна и не умещается в диапазон регистрируемых сенсором яркостей, то снимается несколько кадров с разной экспокоррекцией относительно исходной точки отсчета, которые складываются в изображение с большим динамическим диапазоном. Далее такая фотография может разными способами (например, за счет tonemapping) компрессироваться до нормального динамического диапазона, адекватного устройству вывода (монитор, принтер), но это изображение уже сохраняет весь диапазон яркостей сцены.
Одна из моих фотографий Праги, HDR из 3 кадров (контраст утреннего городского пейзажа не укладывался в ДД сенсора Canon 5D)
Тем, кто занимается макросъемкой, известен также стекинг с брекетингом по фокусировке. Если объект не умещается в ГРИП, а диафрагму не дает зажать дифракция, то снимают несколько кадров с перефокусировкой (или со сдвигом камеры в глубину относительно объекта) и объединяют их в один с помощью специального софта. Получается полностью резкий объект (в пределах диапазона сделанной перефокусировки).
Кольцо полностью не умещается в ГРИП на разумных диафрагмах, применен стекинг двух кадров с разной фокусировкой
Существуют и более экзотические виды стекинга. Например, сложение кадров с разным балансом белого (обычно сконвертированных из одного RAW) для сцен со смешанным освещением. Или сложение черно-белых кадров, сделанных с разными цветными светофильтрами, для получения цветной фотографии (способ, который использовал еще Прокудин-Горский).
Есть еще несколько видов стекинга, при которых параметры и условия съемки у всех кадров одинаковые, но между фотографиями в серии существует разница во времени съемки.
- Сложение кадров серийной съемки, с целью получить раскадровку фаз движения объекта (например, в спорте). К этому же типу стекинга по сути можно отнести и сложение кадров интервальной съемки для получения эффекта треков звезд на небе.
Около 60 кадров, снятые в течение часа, были сложены с помощью программы StarStax (технология описана здесь)
- Сложение кадров для увеличения экспозиции (значения яркости пикселей нескольких фотографий складываются). Например, несколько кадров с короткой выдержкой можно сложить для получения аналога суммарной выдержки, а количество динамических шумов при этом будет меньше, чем при съемке с аналогичной единичной непрерывной выдержкой. Этот метод часто используется в астрофотосъемке, когда светимость объекта небесной сферы очень мала, а кадр с выдержкой в несколько десятков минут будет слишком подвержен тепловым и фотонным шумам, особенно если с сенсора удален инфракрасный фильтр.
- Стекинг для уменьшения шумов и повышения детализации. В этом случае значение яркости каждого пикселя вычисляется путем усреднения значений его яркости на всех кадрах. За счет этого видимые шумы уменьшаются, и даже растет детализация.
Такому стекингу и посвящен этот материал.
Для чего все это может нам пригодиться?
Случаются безвыходные ситуации, когда условия освещения не самые лучшие, штатива с собой нет, а фотография нужна. Приходится поднимать ISO, чтобы получить достаточно короткую выдержку, шумов при этом будет много.
Иногда и фототехника не обеспечивает желаемый уровень шумов даже на низких значениях ISO, особенно если используется агрессивная обработка по цвету и контрасту, применение профилей и т.д.
Мало кто задумывается, что проблема решается довольно легко. Практически в одно нажатие кнопки на фотокамере. И после этого - буквально в несколько кликов при обработке.
При съемке достаточно перевести аппарат в режим серийной съемки и выстрелить очередью из десятка кадров. Современные беззеркалки имеют хорошую скорость, например, моя E-M5 позволяет за секунду (то есть по сути за единственное нажатие спуска) получить 8-9 кадров. Для стекинга этого будет вполне достаточно, при этом, если мы снимаем с рук, сам кадр в целом и отдельные объекты не успеют сильно переместиться.
Итак, чтобы показать вам, как это работает, я вышел на балкон и пульнул серией первое, что увидел (разумеется, в режиме М, чтобы камера не меняла параметры съемки). Сюжет не несет никакой смысловой нагрузки, первое, что попалось для демонстрации :)
Сконвертировал 7 исходных RAW в тифы с помощью RPP. Как видно из превьюшек, я очень прилично потянул экспозицию (конечно, в этом сюжете было бы целесообразно использовать брекетинг по экспозиции и сшить HDR, но мне ведь нужно продемонстрировать именно стекинг с целью уменьшения шумов, поэтому все кадры проэкспонированы одинаково).
После конвертации картинка выглядит довольно плачевно, особенно в тенях, хотя фото сделано на ISO 200. Дело в том, что помимо сильной экспокоррекции я еще применил профиль пленочной симуляции и сильно поднял насыщенность.
Далее опишу сам процесс обработки серии (стекинг), в результате которого шумы у нас намного сократятся.
1. Откроем все полученные тифы в Фотошопе.
2. В меню File выберем пункт Scripts -> Load Files into Stack...
3. В открывшемся окне нажимаем кнопку Add Open Files и жмем OK.
4. Получаем документ, где все кадры серии сложены друг над другом в виде слоев. Чтобы не захламлять память и рабочее пространство, закрываем исходные файлы.
5. Поскольку кадры сняты с рук, а не со штатива, кадрирование в них разное, и нужно их выровнять друг относительно друга. С этим неплохо справляется встроенные инструментарий Фотошопа. Идем в меню Edit -> Auto-Align Layers:
Если кадры несильно отличаются, то обычно авторежим работает нормально.
6. Теперь нужно все слои объединить в один смарт-объект, для чего выделяем все слои и нажимаем правую кнопку мыши, в выпадающем меню выбираем Convert to Smart Object.
7. Итак у нас есть группа слоев, которые выровнены друг относительно друга и объединены в смарт-объект, иначе - в Stack, единую группу.
Для этой группы можно применять различные режимы смешивания и усреднения информации, которые доступны в меню Layer -> Smart Object -> Stack Mode.
Я не буду сейчас углубляться в изучение всех режимов. Из всего списка нам понадобится лишь пара - Mean и Median. Однако разницу между ними нужно понимать.
Mean - это обычное среднее арифметическое. То есть сумма значений элементов, поделенная на их количество. Допустим, у нас в семи слоях значения яркости одного пикселя варьируются так:
5, 7, 3, 9, 4, 6, 5.
Тогда среднее арифметическое этих значений будет примерно 5.6.
Median - это медиана. От среднего арифметического эта статистическая функция отличается тем, что усредняет не все числа, а лишь 1 или 2 значения (в зависимости от четного или нечетного кол-ва элементов), находящиеся в середине ранжированного ряда всех значений. В нашем случае ряд будет выстроен так:
3, 4, 5, 5, 6, 7, 9
И медианой для этого ряда будет число 5, находящееся в середине ряда. Если бы снимков было не 7, а 8, то мы бы в качестве медианы взяли среднее арифметическое двух срединных значений.
Медиана выгодно отличается от среднего арифметического тем, что сильные единичные перепады на нее не оказывают влияния. Допустим, в одном из кадров у нас вдруг проявился горячий пиксель (или человек, или муха пролетела, не важно), и яркость этого участка прыгнула с обычных 9 до 20. Медиана при этом так и останется равной 5. А вот среднее арифметическое уже станет больше 7.
Для нас это означает, что среднее арифметическое слоев лучше уменьшает регулярные шумы, тогда как медиана с этим справляется чуть хуже, но зато она более устойчива к внезапным сильным перепадам яркости. Например, если в кадре были движущиеся объекты, то медиана оставит их след только в тех участках, где эти объекты присутствовали на всех кадрах серии.
Что ж, применим режим Mean к нашему стеку. Это может занять продолжительное время, а зависимости от количества и разрешения фотографий.
Сравним результат до и после:
Как видно, шумы почти полностью ушли.
По детализации медиана выглядит чуть-чуть лучше (но и шумов там больше).
Теперь взглянем на футбольное поле:
При использовании среднего арифметического в итоговом кадре мы получили все фазы движения человека с одинаковой интенсивностью (100%, поделенные на кол-во кадров).
С медианой ситуация иная - в финальный кадр попали только те части двигающихся ребят, которые присутствовали в одном и том же месте на всех кадрах. Поскольку парень в клетчатой рубашке во всех кадрах находится в разных местах, то он вообще не попал в результирующее изображение. А от парня в красном сохранились лишь те участки, которые были неизменны на всех кадрах.
Используя режим стекинга "Median", можно без дополнительного софта например полностью "очистить" улицу от прохожих или даже движущихся машин (разумеется, при этом должно быть сделано достаточное количество кадров, чтобы на каждый участок улицы приходился хотя бы один кадр, в котором на этом участке нет машины или человека).
Но мы сейчас все-таки говорим больше о шумах, поэтому давайте посмотрим еще на пару кропов (с легким шарпом):
Видно, насколько меньше стало шумов. Намного улучшилась читаемость высокочастотных деталей - например, проводов.
Вот так с помощью простой серийной съемки и буквально 5-минутной обработки можно спасти практически любой относительно статичный кадр в сложных условиях.
По десятилетнему опыту препресса могу с уверенностью сказать, что ни один даже самый продвинутый шумодав не может справиться с шумами и сохранить при этом детали так же хорошо, как это делает простой стекинг всего лишь полудюжины кадров.
Примечание:
В некоторых современных камерах есть возможность получить разные виды стекинга непосредственно при съемке.
Однако главный недостаток такой реализации заключается в строгой необходимости снимать со штатива, тогда как при обработке в фотошопе есть возможность совместить не идеально совпадающие изображения, снятые серией с рук.