Šum (noise)

V elektronice je šum přímým důsledkem fungování mikrosvěta, kdy elementární částice jsou ve věčném pohybu. V důsledku toho bude každý pixel senzoru, i když je zcela stíněn od světla, generovat nějaký malý signál, který je právě produktem těchto mikroskopických fluktuací. Má náhodnou strukturu (jeho obsah není možné předvídat) a je nazýván šum (Noise). Jeho úroveň roste s teplotou.

Pokud bude pixel několikrát za sebou exponován stejnou hodnotou, díky šumu nepředá stejný signál, ale pokaždé jiný signál, který bude mírně oscilovat kolem správné hodnoty. A protože je šum náhodný a nezávislý pixel od pixelu, tak různé pixely exponované stejnou hodnotou předají různý signál, který se právě bude lišit o šum.

Zcela zakrytý senzor nevyprodukuje nulový (černý) signál, ale náhodné barvy různých pixelů - šum. Pokud je užitečný signál v poměru k šumu slabý (hovoříme o malém odstupu signálu od šumu, Signal-to-noise Ratio, SNR), bude šum hrát v obraze významnou složku.
Je-li odstup signálu od šumu velký, šum se logicky projeví v obraze méně. Pokud slabý signál z ukázky výše zesílíte, bude se zesilovat šum i signál vždy společně. Šum totiž není možné od signálu oddělit. Přesně toto se provádí při zvyšování ISO citlivosti. Viz ISO šum.

Šum je tím menší, čím je užitečný signál relativně k šumovému pozadí silnější. Hovoříme potom o tzv. odstupu signálu od šumu či poměru signál/šum (Signal-to-noise Ratio, SNR). Větší plocha každého pixelu reálného senzoru nachytá více světla a proto šum klesá se stoupající plochou (velikostí) senzoru. To je mj. důvodem dramaticky nižší úrovně šumu DSLR ve srovnání s kompaktními fotoaparáty.

Senzor reálné DSLR používá Bayerovu masku a v ní je zelená složka zastoupená dvakrát častěji než červená a modrá. Díky tomu je plocha zelených pixelů větší a šum v zelené složce obrazu (kanále) nejmenší ve srovnání s šumem viditelným v červeném a modrém kanále. Modrý kanál se ale kvůli nižší citlivosti pixelů na modrou barvu více zesiluje a proto bývá šum v modrém kanále daleko nejsilnější.

Červený kanál Zelený kanál Modrý kanál

Výřez malé části snímku pořízeného při vysokém ISO odhalí vysoký šum zejména v modrém kanále.

Šum také omezuje dynamický rozsah. Důvodem je neschopnost senzoru vykreslit černou, která díky šumu není zcela černá, ale podle úrovně šumu více či méně šedá.

Filmové zrno

K šumu je často přirovnáváno filmové zrno. Jedná se také o šum, avšak způsobený náhodnou velikostí stříbrných zrn filmu. Má však nepravidelnou strukturu - zrnitost (granularitu) a proto vytváří zajímavou a náhodnou texturu, která je akceptována okem mnohem lépe, než digitální šum.

Viz též Artefakty obrazu, ISO šum, Redukce šumu (Noise Reduction, NR), Šum dlouhé expozice

 

Zpět na slovník

Text a obrázky - copyright © 2011 ing. Roman Pihan.

Nemohou být použity či přetištěny bez svolení autora vyjma pro privátní a nekomerční použití.

 

 Mnohem více informací o DSLR, optice, expozici, ostření atd. najdete v knize Mistrovství práce s DSLR.