Ruisonderdrukking

Er kan ruis in een foto voorkomen. Maar wat is ruis precies, hoe ontstaat het, hoe voorkom je het zoveel mogelijk en hoe kom je er het beste vanaf?

Wat is ruis?

Iedere fotograaf heeft ergens wel eens gelezen dat hij door het verhogen van de ISO-waarde meteen een grotere kans maakt op meer ruis (noise). Die ruis is te zien als een soort korrelige structuur die over de foto ligt en een foto aardig kan verpesten.

Wanneer je een foto bewerkt in een product als Photoshop of Capture One, dan kan die ruis sterker gaan opvallen of juist minder zichtbaar worden.

Iedere foto heeft wel wat ruis. We zijn nu eenmaal nog niet in staat om camera’s zo te maken dat ze bijvoorbeeld een zwart vlak ook echt als helemaal zwart kunnen fotograferen. Soms komt dit door natuurlijke verschijnselen die buiten de camera liggen, soms omdat de elektronica de verwerking nog niet perfect aankan. Wanneer je de lensdop op de camera houdt en een foto maakt, kun je dat zien. Zelfs dan bevinden er zich namelijk een aantal minuscule witte stipjes in het zwarte beeld.

Ruis bestaat uit niets anders dan pixels die om technische of natuurkundige redenen te donker, te helder of verkleurd zijn.

Opnameruis

Opnameruis, ook ‘shot noise’ of fotonruis genoemd, ontstaat door de fotonen (lichtdeeltjes) die in het licht van de scene voorkomen. Het licht is in werkelijkheid namelijk helemaal niet zo gelijkmatig als je zou kunnen denken. Een lamp zal bijvoorbeeld niet op ieder moment evenveel fotonen alle kanten op sturen maar in aantal fotonen steeds een beetje fluctueren.

Stel dat je met het licht uit een lamp een oppervlakte verlicht, dan zal daardoor niet op iedere plek van die oppervlakte altijd evenveel fotonen terecht kunnen komen. Sommige stukjes worden daardoor lichter dan andere.

Normaal valt dit niet op omdat het verlichten in een langere tijd plaatsvindt. In de loop van de tijd zal ieder plekje evenveel fotonen ontvangen. Dat is gewoon statistiek. Maar verminder je de tijd, zoals je bij sommige foto’s doet, dan begint dat meer zichtbaar te worden.

Elektronische ruis

Er bestaat ook iets als elektronische, ook digitale ruis genoemd. Deze ruis ontstaat doordat de sensor van de camera en de overige elektronica in de camera niet perfect zijn. Zodra een opname wordt gemaakt ontstaan door de verwerking van deze elektronica kleine afwijkingen in de metingen.

Het is vaak erg moeilijk om aan de foto te zien of de ruis die daarin voorkomt is ontstaan door opnameruis of door de elektronische ruis. Maar meestal is opnameruis de grootste boosdoener. Toch bevindt zich in de ruis ook altijd wat elektronische ruis. Ze spelen dus samen een rol in het eindresultaat.

Ruis verminderen

Omdat ruis in iedere foto voorkomt, kun je het niet voorkomen. Wat je wel kunt doen is het zo weinig mogelijk laten opvallen. Fotografeer je scenes met veel licht dan zul je merken dat je in die opnamen zowat geen ruis zult terugvinden.

In een ‘veel licht scene’ bevinden zich veel fotonen. Daardoor zal er minder opnameruis ontstaan. Daarnaast hoef je het licht niet te versterken in bijvoorbeeld Capture One of Adobe Lightroom.

Maar maak je een foto te donker, dan bevinden zich daar minder fotonen in waardoor opnameruis meer zal ontstaan. Daarnaast zal, wanneer je deze foto in bijvoorbeeld Photoshop lichter probeert te maken, de ruis ook meer gaan opvallen. Het verschil tussen de ruis en de andere pixels valt dan immers meer op.

Afb 1 is gemaakt met weinig licht van een studiolamp, ISO 100, f/5,6 en 1/250s. Om de foto tijdens de nabewerking van de juiste ‘belichting’ te voorzien moesten we in Photoshop de waarde voor de Exposure sterk verhogen. Hierdoor werd de ruis goed zichtbaar. Vooral naast de schouders in de donkere achtergrond is dit goed te zien.

Afb 2 is gemaakt met meer licht afkomstig van de studiolamp, de overige instellingen (ISO 100, f/5,6 en 1/250s) zijn exact hetzelfde gehouden. Hier hoefden wij de Exposure niet te verhogen. Daardoor is in deze opname de ruis naast de schouders nauwelijks te zien.

Kortom, door langere sluitertijden te gebruiken of door met een groter diafragma te werken, neemt de zichtbare ruis in de foto af. Je kunt natuurlijk ook meer licht toevoegen aan de scene met bijvoorbeeld studiolampen of flitsers zoals wij dat hier hebben gedaan.

En de ISO dan?

Fotografeer je een donkere scene dan zijn er weinig fotonen. Er ontstaat hierdoor opnameruis. Een hogere ISO-waarde verandert hier helemaal niets aan. Er zal hierdoor dus niet minder maar ook niet meer opnameruis ontstaan.

Als je een hogere ISO-waarde gebruikt, zal de camera wel de elektronische ruis verminderen maar de gemeten waarden van de diodes in de sensor voor jou moeten verhogen. Gaan we het licht in een foto ‘verhogen’ door de gevonden waarden op te hogen, dan valt de ruis meer op. Immers, er is heel wat opnameruis aanwezig (de foto werd immers gemaakt met weinig licht, waarom zou je anders met een hogere ISO-waarde hebben gefotografeerd?) en het verschil tussen de pixels en ruispixels wordt hierdoor beter zichtbaar. Daarom ‘krijg’ je met een hogere ISO-waarde meer ruis te zien.

In feite is het dus niet juist dat je door een hogere ISO-waarde meer ruis krijgt. Je krijgt niet meer ruis, je krijgt zelfs minder ruis, maar je ziet het wel beter. Zou je dezelfde scene daarentegen met een lagere ISO-waarde fotograferen, dan zul je met een groter diafragma en/of een langere sluitertijd moeten fotograferen. Daardoor zie je minder ruis, maar de foto wordt hier natuurlijk ook anders door.

De ‘versterking’ die voor hogere ISO-waarden wordt gebruikt is in de loop van de tijd wel steeds slimmer geworden. Het algoritme is er op aangepast dat het zoveel mogelijk rekening houdt met de aanwezige ruis en probeert het verschil zo klein mogelijk te houden. Juist door deze verbeterde methoden voor de versterking is het vaak zo dat je minder ruis ziet in een opname gemaakt met een hogere ISO-waarde dan een met een lagere ISO-waarde die daarna op de computer lichter wordt gemaakt. Dit ontstaat ook doordat de hogere ISO-waarde meer elektronische ruis verminderd.

Ruisonderdrukking

Het beste is natuurlijk om ruis te voorkomen, maar als het dan toch in een te grote mate is ontstaan, kun je proberen deze te onderdrukken met software. In sommige softwarepakketten zoals Photoshop vind je functies terug om ruis mee te verminderen. In Photoshop vind je dit terug onder Filter > Noise > Reduce Noise.

Wat dit soort software meestal doet is niet echt ruis verwijderen, maar vervagingstechnieken toe te passen die afbeeldingen opleveren waarin het detail wordt verminderd. Je moet hier dus mee oppassen.

Afb 3 is hetzelfde als afb 1, maar hier hebben we de Reduce Noise filter van Photoshop op losgelaten. De ruis naast de schouders is hierdoor inderdaad verminderd, maar het is ook duidelijk te zien dat dit gedaan is door de foto vager te maken.

Er bestaan additionele filters die pretenderen ruis beter te kunnen onderdrukken. Denk maar eens aan Noise Ninja of Topaz DeNoise. Een aantal softwarepakketten daarvan maakt gebruik van geavanceerde technieken zoals de zogenaamde dual-directionele debanding-technologie om bandingruis bij weinig licht te verminderen. Topaz gebruikt tegenwoordig de in eigen huis ontwikkelde zogenaamde Correct Black Level-parameter om ruis in schaduwtinten naar de juiste kleur om te zetten. Dat werkt behoorlijk goed.

Afb 4 is ook hetzelfde als afb 1, maar hier hebben we Topaz DeNoise gebruikt in een poging om de ruis te onderdrukken. We zien dat het eindresultaat in dit geval aanzienlijk beter is dan dat van de standaard Reduce Noise filter van Photoshop.

Goede ruisonderdrukking kan hierdoor soms een handig hulpmiddel zijn. Je kunt dit inzetten wanneer de ruis in een afbeelding sterk opvalt. We raden je wel aan om met maskers te proberen de ruisonderdrukking alleen daar toe te passen waar zich wat minder detail in bevindt.

 

Afb 1: Door onderbelichting ontstaat ruis
Afb 2: Aanzienlijker minder ruis door gebruik van meer licht
Afb 3: Ruisverwijdering met Reduce Noise kan vage foto's opleveren
Afb 4: Ruisonderdrukking met Topaz DeNoise levert hier een beter resultaat op