Wat is ruis

Digitale doka 15 - Wat is ruis

door Brigitte van Krimpen

Ruis in je digitale foto zie je liever niet, het verstoort de scherpte van je beeld en laat details minder goed naar voren komen, maar wat is ruis nu precies eigenlijk?  

Ruis ontstaat bij het omzetten van het analoge licht (de fotonen) naar een digitaal signaal (elektronen) op de sensor. Het licht dat op de sensor valt wordt opgevangen door miljoenen lichtgevoelige puntjes, pixels, die elk een klein deel van het licht opvangen. Hoe meer licht er valt op een individuele pixel, hoe beter het resultaat.

Het meten van licht gaat altijd gepaard met mogelijke fouten. Met weinig licht zal de camera het signaal moeten versterken om toch tot een goede belichting te komen. In de natuurkunde wordt dit de signaal/ruis verhouding genoemd. Gevolg is echter wel dat de ruis ook wordt versterkt. Dit zorgt ervoor dat de kwaliteit van de foto vermindert. Dit is te merken aan o.a. een grotere hoeveelheid pixels met een afwijkende kleur.

Ruis bestaat dus uit storende extra pixels die niet in de afbeelding thuishoren. Het kan ontstaan als gevolg van lange sluitertijden of onderbelichting. Bij die laatste komt de ruis dan duidelijk naar voren als de donkere delen worden opgelicht in de nabewerking.  Vooral oudere modellen camera’s geven bij onderbelichting eerder ruis. Ook fotograferen met een te hoge lichtgevoeligheid (ISO-waarde) kan ruis veroorzaken. Voor het gemak en eenvoud noemen we het lichtgevoeligheid, want technisch gesproken staat het voor signaalversterking van de sensor.

Goedkope camera’s vertonen ook eerder ruis.

De nieuwere cameramodellen kunnen gebruikt worden met hogere ISO waarden dan de oudere modellen. Tevens kan je bij veel camera’s binnen redelijke grenzen onderbelichten met een lage ISO waarde, om achteraf in de nabewerking de helderheid weer tot een normaal peil op te trekken. Hierdoor is het mogelijk om kortere sluitertijden te gebruiken wanneer dat gewenst is.  

Slechte lichtomstandigheden zijn dus vaak de boosdoener van aanwezige ruis. Als je geen gebruik maakt van een opslag in RAW komen daar ook afwijkingen bij die zijn ontstaan bij het comprimeren van het beeld naar het JPEG formaat.

Een belangrijke factor is tevens de verhouding tussen de sensorgrootte en het aantal pixels. Hoe meer megapixels, hoe minder ruimte elke pixel op de sensor heeft, hoe groter de kans dat de beeldkwaliteit hier onder te lijden heeft. Kleinere pixels vangen minder fotonen (lichtdeeltjes) op dan grotere pixels, hoe kleiner de pixels, hoe ruisgevoeliger de sensor is. Als twee camera’s dezelfde sensorgrootte hebben dan zal een 42 megapixel sensor meer ruis geven dan een 24 megapixel sensor.

Er bestaan meerdere soorten ruis, maar dit zijn de belangrijkste:

• Luminantieruis (Grijswaardenruis of helderheidsruis), een foto wordt korrelig of vlekkerig.
• Kleurruis (felgekleurde pixels in het beeld)

Bron: Cambridge in Colour

Luminantieruis is een beetje hetzelfde als filmkorrels. Het is gelijkmatig verdeeld over het beeld en is meestal het resultaat van het gebruik van een hoge ISO. Met de meeste ‘oudere’ camera modellen zou dat ISO 800 of hoger zijn en met de nieuwere camera’s ISO 1600 of hoger. Dit is echter slechts een algemene regel en zal getest moeten worden door bij weinig licht te fotograferen en de ISO geleidelijk te verhogen. Zorg dat je een statief gebruikt, zodat andere factoren zoals lichaamstrillingen, de resultaten niet beïnvloeden.

Luminantieruis kan per kleurkanaal verschillen, maar komt het meest voor in het blauwe kanaal. Je kan de ruis per kanaal corrigeren. Elke foto die als RGB (kleurruimte) in Photoshop  geopend wordt, bestaat uit 3 kleurkanalen: rood, groen en blauw, plus een samengesteld kanaal om de foto te kunnen bewerken. Open dus eerst elk kanaal apart om te zien of er ruis aanwezig is. Als je handmatig te werk gaat is het dus beter om 1 kanaal te corrigeren dan een totale aanpassing op alle kanalen uit te voeren.

Kleurruis verschijnt op het scherm of in de afdruk als kleine rode, groene en blauwe stippen en wordt meestal gezien in schaduwgebieden. Lange belichting, meer dan een of twee seconden, zullen vaak de kleurruis vergroten, evenals een grove onderbelichting.

Het verminderen van digitale ruis

Er zijn momenten dat ruis niet te vermijden is, voornamelijk bij situaties met weinig licht. Maar soms is het simpelweg doordat je vergeten bent om de ISO naar een lagere instelling te wijzigen of heb je onbedoeld te sterk onderbelicht in combinatie met het oplichten van de donkere delen in de nabewerking.

De meeste camera’s hebben een menu-instelling om digitale ruis te verminderen. Door gebruik te maken van een hoge ISO NR functie  (ruis vermindering) wordt echter de schrijfsnelheid van de camera vertraagt. Tevens werkt het  alleen bij Jpeg-foto’s, niet op RAW bestanden. Als je in RAW fotografeert, zal je de ruis dus altijd achteraf moeten elimineren tijdens de nabewerking.

Een andere camera functie is Lange belichting NR. Die functie onderdrukt de ruis die ontstaat door warm worden van de sensor bij lange belichtingstijden. Na de opname wordt direct nog een foto gemaakt, maar dan met gesloten sluiter. Resultaat: een zwart beeld (‘dark frame’). In dat zwarte beeld ‘kijkt’ je camera waar de ruis ontstaat, en gaat vervolgens met die gegevens je echte foto opschonen. Gevolg: minder ruis bij lange sluitertijden. Handig, behalve als de wachttijden tijdens twee opnamen een hindernis zijn (zoals bij bijvoorbeeld astrofotografie het geval kan zijn). Deze functie vertraagt de schrijfsnelheid ook, maar dat maakt niet uit omdat je gebruik maakt van een lange belichting

Er zijn veel technieken om ruis te beperken. Maar soms heb je simpelweg die hogere ISO waarde nodig om een bepaalde foto te kunnen maken, en neem je die ruis op de koop toe. Gelukkig kan er dan in de nabewerking nog behoorlijk wat aangepast worden, zodat de ruis niet meer (of minder) zichtbaar is.

Ruis is meer zichtbeer in de donkere delen    Bron: Cambridge in Colour

Digitale ruis vermindering in fotobewerkingsprogramma’s

Bewerkingssoftware werkt vaak met het toevoegen van een korrelpatroon om ongewenste luminantieruis te verstoppen. Deze patronen zijn dan vaak als presets (voorinstellingen) beschikbaar. Een filmkorrelpatroon creëert een patroon over het beeld om het luminantieruis gelijk te maken. Een foto naar zwart wit omzetten kan een truc zijn om kleurruis onzichtbaar te maken. Daarnaast komen er steeds meer programma’s die werken met AI (Artificial Intelligence). De software is dan self-learning en wordt steeds beter in de herkenning en verwijdering van ruis aan de hand van ingevoerd beeldmateriaal. Hierbij worden de details van het onderwerp ook steeds beter herkend en ontzien. Zeker in combinatie met gelijktijdige verscherping (Topaz Photo AI) is dit een enorme vooruitgang in het verwijderen van ruis.

Bekende software om ruis in de nabewerking te verminderen zijn :

• Adobe Photoshop Elements
• Adobe  Photoshop CC
• Adobe Lightroom
• Topaz deNoise (Standalone of als plugin)
• Neat Image (Standalone of als plugin)
• DXO PureRAW (Standalone of als plugin)
• ON1 NoNoise AI (Standalone of als plugin)
• Luminar ( versie 4 , AI , Neo)
• Soft Orbits

De manier waarop ruis herkend wordt is niet bij alle fabrikanten gelijk.

Zitten er dan alleen maar voordelen aan het verwijderen van ruis in je beeld?

Nee, zeker niet, het stringent verwijderen van ruis kan nadelige gevolgen hebben voor details en scherpte in je beeld, je voegt tenslotte pixels extra toe aan je foto.

Het gevolg kan zijn dat het beeld er nep en plastic-achtig uitziet, iets wat vooral te zien is in de kleine details, zoals het verenkleed van een vogel. Gebruik het dus bewust en spaarzaam en alleen als het echt noodzakelijk is.

In een aantal volgende artikelen zal ik enkele van bovenstaande softwarepakketten bespreken.