不知所云的REALITY

星空降噪探析

wolongshan:

星空季即将来临,这里和小伙伴们分享一下星空摄影中对两种不同噪点的降噪方法,祝大家都拍出星空大片。


注:本文的部分对比图片,需要点击大图才能看出差别。




先来两张我最近拍的星空。


图1: D800 24mm 两张合成。天空:F2.8 ISO3200 15S, 地面:F5.6 ISO400 149S


图2: D800 14mm 两次曝光。天空:F2.8 ISO3200 20S, 地面:F2.8 ISO800 80S




1.关于噪点


夜景拍摄的噪点有两种:一种是由高ISO产生的随机噪点,它出现的位置和强度都是随机的,每一次拍摄都不一样;还有一种是由长曝光引起的固定噪点,在相机参数一样的情况下,这种噪点每次出现的位置和强度大体是一样的。拍摄夜景,由于光线不足,很多时候必须使用高ISO或者长曝光,甚至是两者的结合来拍摄。由于这两种噪点的不同的特性,我们需要用两种不同的办法来降噪。


单反相机的内部对这两种不同的噪点,都有相应的自动降噪功能,不同的相机可以查阅说明书。


图3:机内高感降噪



我个人的习惯是手动处理,机内降噪都不选用。相机机内的高iso降噪设置,只影响jpg文件输出。因为我用raw文件拍摄,这个设置对raw文件没有影响。而机内长曝光降噪,会花费两倍的正常曝光时间,我也不选用。一般我都通过手动拍摄暗场的方法来解决,后面会有具体介绍。


需要注意的是,想要有效的减少这两种噪点,不是光靠后期就能完成的,而是需要前期和后期结合起来才能够做到。这篇文章主要介绍针对这两种噪点采取的前后期策略,最后如何在时间和画质之间找到适合当时情况的最佳选择。以下我做的测试,以及一些推荐的数据都是基于尼康D800做的,如果是5D3或者其他的相机,这些数值可能有些不太一样,需要酌情调整。


值得一提的是,这里提到的噪点,在小图中看不太明显,如果只是微信分享一下,或者自娱自乐的话,这一点点的画质差别可以忽略,而应该花更多精力考虑基本的构图和光线控制。本文主要是针对对画质要求很高的风光狗们而写的。


2. 星空夜景的大体拍摄参数(D800, 14-24F2.8)


这里给出的参数是光污染比较小的情况下,构图完成后,不移动相机和三脚架,对天空和地景分别曝光的参数。


天空: iso3200, f2.8 20s


地面:iso400-800, f4-f5.6, 4-10min


我一般情况都是用14毫米端拍的。对于天空曝光的参数比较固定,全幅机这个设置肯定可以把没有光污染的银河拍的很清楚了,而有光污染的天空会更亮。有的时候我也使用 iso1600 f2.8,30秒,差别不是很大。


地面的曝光参数变化较多,因为有的时候漆黑一片,有时候有月光,有的时候环境会有其他光源,比如周围的光污染,车灯等, 还有的时候可以人为的补光。所以这个参数变化范围比较大,有的时候30秒曝光也够了,但有的时候则会曝光很长的时间。


这时有人会问,为什么不一次曝光把天空和地面一次拍下来呢?实际上,有些时候,地面和天空光比不大,使用天空的参数一次曝光,也可以得到很好的拍摄效果。但是大部分情况下,一次曝光会有一些不完美的地方,比如:


1. 因为普遍情况下地景都比较暗,需要比天空更多的曝光时间。采用一次曝光,前景往往欠曝,需要后期提亮,这样就意味着前景的噪点会比较多。


2.如果前景离镜头比较近的话,由于采用F2.8拍摄天空,即使在14mm的超广角,景深也往往会不够,造成前景在焦外,不够清晰。


所以,这时需要在保证景深(F4~F5.6)的情况下,用尽量短的时间(4~10min),获得噪点相对比较少的照片(ISO400~800)。D800在iso400-800时的噪点比高iso有明显优势。曝光时间过长的话,整个拍摄会非常耗时,同时噪点也会增加,所以一般控制在10分钟以内。


在没有月光,没有其他的辅助照明的情况下,一般前景会比星空要暗3档左右。iso800, F4, 10分钟可以使地面的曝光比天空多2档 (相对于iso3200, F2.8 20秒),基本也就够亮了。


这里顺便介绍一下对焦。天空拍摄对焦比较简单,就是对到无穷远,(差不多是横8字中间最细的那个地方。前景我推荐手动对焦,就是说看刻度尺,因为14mm的景深非常大,在f4的时候,对焦调到2米,景深是从1米到无穷远。对景深和焦距不熟悉的情况下,可以用手机应用查讯,比如PhotoPills,以及其他很多免费应用。


图4  photopills 截图



分开拍天空和地面还有个好处,就是在降噪的时候,两个部分可以分开处理。


一般情况天空我建议要拍4-8张,拍摄的时候相机不动.,所有的拍摄参数都一样,然后用这4-8张做多帧合成。地面也是一样,但是由于地面曝光时间很长,拍4张左右就可以了。另外,如果地面曝光时间比较长,超过2-3分钟的话,建议盖上镜头盖拍一张暗场,以便后期除去固定的彩色噪点。


这里我说地面和天空分开拍,主要是为了提高画质,降低噪点。原则上,在拍摄所有的照片时,相机都是不动的,只是分开曝光而已,这样可以保证你的照片和实景是一样的.


总结一下:天空14mmf2.8 iso3200 20-30s, 拍8张左右(不动相机,同样参数),拍多张主要目的是减少噪点


地面(没有月光时):14mmf4,iso800, 8min拍2-4张,然后外加一张暗场。


3. 随机(高iso)噪点的对付办法--多帧降噪


3.1 噪点对比


随机噪点主要是在高Iso情况下产生的,D800在iso1600到iso6400会有比较明显的噪点差别。个人觉得D800的图片噪点在iso3200以下可用,佳能的相机除了6D以外,噪点相对要更多一些,特别是在暗处的细节部分会比较明显。


由于这种噪点是随机的,用同样的设置拍,每次噪点的出现位置都不一样,所以解决的方案就是同一个场景拍很多张,然后取平均数,这样多次拍摄,被摄的景物并没有影响;而噪点缺由于取了平均值,被大大减弱了。


我使用D800做了一些试验,找到了自己满意的噪点和拍摄时间之间的平衡。如果你使用其他器材,我建议你自己也可以做一下这方面的测试,看看到底是哪个参数更适合你,这样到了夜景拍摄的现场,心里就比较有底。


图5 测试环境14mm F2.8




下面的图都是右上角红色方框部分,200%的截图,


这张看小图噪点并不明显,只有放的很大的时候才能区分出来。D800拍摄的图像放大到200%,相当于放大打印1米到1米半这么大尺寸的照片。


图6 ISO1600 vs. ISO3200



下面5张照片分别是一张两张四张八张和十六张,堆栈合成的效果。我个人觉得8张合成已经噪点非常少了。16张和8张差别不是特别大,但是前期要花多一倍的时间。所以对于D800, 4张或者8张堆栈所获得的降噪效果已经让人非常满意。继续拍摄和堆栈更多的图片,不会再明显的提升画质。


图7 单张



图8 两张



图9 四张



图10 八张



图11 16张



图12 4张堆栈噪点明显降低。



3.2 后期堆栈操作方法


后期堆栈操作方法有几种,我介绍自己使用的直接PS改图层透明度(Opacity)的方法。


堆栈降噪的操作:假设有n个图层,从底部往上数分别是图层1, 图层2,…, 图层n-1, 图层n。在各个图层对齐以后,把第n个图层的透明度改为1/n,就可以了。比如第1层100%,第2层50%,第3层33%,第4层25%。(注意:设置的图层透明度百分比只能为整数) 。这样操作,实现了最终图片是由所有图层的平均值加总而成。


图13 PS操作界面



3.3 星空在动怎么办?


星空曝光30秒左右,连续拍摄多张可以发现星星是在移动的,所以必须先对齐以后才能用上面的办法降噪。一个简单的办法是,做一个蒙板,把地面全部挡住,只看到星空,然后就能对齐对上了。具体操作看下面的例子:


我用的是2015年版本的lightroom和photoshop cc。前期8张曝光,相机不动。


第一步 图14 LR里选中8张照片后,右键"Edit In" =>“Open as Layers in Photoshop...”



图15 PS里面显示的8个图层。



第二步:PS里面在最上面的图层,建立一个蒙板,把地面挡住,只露出星空。图16



图17


第三步:把蒙板拷贝到每一个层(按 alt用鼠标左键拖拉把这个蒙板复制到其他图层)图18



第四步:选择所有图层,edit=>auto align layers,选择缺省自动就可以,不需要其他设置,8个图比较大可能需要半分钟左右。这一步完成之后,你可以看到每个层都有点旋转了,天空对齐了,但是地面就对不上了。(注意我们这里只处理天空,地面是分开拍的,最后合成一下就可以了。)然后我们要做的就是用3.2的办法,改图层的透明度。图19



这是最后降噪前后,放大了300%的星空对比图。图20左:1张曝光, 右:16张堆栈



大家也可以看到,如果不是特别追求画质或者时间比较紧急,其实就拍一张也行。如果追求画质,照片要打印比较大的尺寸的话,这个降噪步骤就能体现出差别了。另外,LR和PS里面都有其他的降噪工具,也需要一并使用,这里就不详细介绍啦。


上面介绍了多帧堆栈降噪的办法,同时两个和它非常类似的应用。(1)没有nd滤镜实现长曝光。前期一样,连续拍摄多张。比如说,如果单张只有5秒钟曝光,那么联系拍摄6张,就可以相当于30秒的长曝光。后期用一样的办法在PS里面堆栈即可。(2)拍摄星轨。用30秒曝光,相机不要动,连续拍摄几十上百张。后期的时候用地面对齐,然后图层属性选择加亮(lightening),就会等价于曝光几十分钟的效果,而且往往噪点小很多。


另外,多帧降噪,除了使用图层设置透明度为1/n的方法,还可以使用 半岛雪人插件。第三个办法是用PS有一个自带的script。file =>script=>statistics 选平均值 ,获得的也是一样的效果。


4. 固定的sensor 热噪点对付办法(暗场)


4.1 噪点对比


固定热噪点的对付办法是是用暗场来抵消。暗场的照片,是盖上镜头盖, 用原来一样的参数曝光出来一张全黑的照片,这就是暗场照片。拍摄时一定要注意,镜头盖要盖严实或者拿个黑布把整个镜头都盖上,甚至可以把相机装到包里面慢慢曝光。


图21 d800 iso 800 8min



上面3张照片分别是单张10分钟,2张10分钟多帧降噪,和2张多帧降噪+暗场。这是特别暗的拍摄环境,相机设置D800 ISO800 14mm F2.8 10min。前面两张彩色的点就是sensor热噪点。第三张就是加了暗场,可以看到那个彩色的麻点都没有了。这几张照片都是放大到300%的效果。


4.2 后期处理


后期处理方法非常简单,把两张照片放到PS里面,暗场放上面,正常拍摄的图片放下面。然后把暗场那张的属性变成不同(difference),这样噪点就没有了,下面这个截屏可以很明显的看到区别。


图22 未使用暗场



图23 使用暗场



5. 结论


现场拍摄的时候, 考虑一张片子总共允许的拍摄时间。


a.天空,地景看情况,多帧2~8张,


b. 地景暴光超过2-3分钟,考虑暗场


一般说拍摄张数越多越干净,但是边际效益是递减的。要在有限的时间内,达到画质和效率的平衡。所以很多时候我也就是拍一张天空拍一张面也就结束了,这个噪点问题并不严重。


本文由Terry整理, 唐鹏帮忙校对。



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