Riduzione del rumore mediando immagini multiple

Una tecnica utilizzata in astrofotografia per ridurre il rumore è quella di scattare diverse immagini dello stesso soggetto e poi mediarle. Una componente fondamentale del rumore è infatti di tipo casuale e mediando opportunamente una serie di immagini dello stesso soggetto si riesce a ridurlo efficacemente.
Questa tecnica può essere utilizzata anche nella fotografia tradizionale con l’ovvia limitazione ai soggetti statici come paesaggi, still-life ecc. Per applicare questa tecncica è necessario scattare una serie di immagini identiche dello stesso soggetto perfettamente allineate da mediare successivamente in fase di post produzione. Il numero di queste immagini dovrebbe essere una potenza di 2 (2,4,8,16,32,64,….).

Le immagini ottenute vanno mediate due a due con un programma di fotoritocco come photoshop o gimp. Per mediare due immagini e sufficiente porre la seconda immagine su di un livello sopra la prima con opacità a 50% e poi appiattire il tutto.

Si otterrà così una nuova immagine che è una media delle due e il cui rumore è minore delle immagini di partenza. Bisogna ripetere poi questo passo fino ad ottenere un’unica immagine finale.

Supponiamo ad esempio di avere 8 diversi scatti ed identifichiamoli con un numero da 1 ad 8.
Mediamo gli scatti 1 e 2 ed il risultato chiamiamolo 1a, poi mediamo gli scatti 3 e 4 ed otteniamo 2a, 5 e 6 -> 3a, 7 e 8 -> 4a.
A questo punto ripetiamo il procedimento con 1a,2a,3a e 4a.
Mediamo 1a e 2a ed otteniamo 1b, 3a e 4a ed otteniamo 2b.
Mediamo infine 1b e 2b ed otteniamo l’immagine finale.

Questa immagine finale non è altro che la media delle 8 immagini di partenza con un livello di rumore però decisamente ridotto.

Analizziamo ora un esempio pratico per valutare l’efficacia di questa tecnica.

Ho effettuato la stessa foto 8 volte diverse ed ho successivamente mediato 2, 4 e 8 immagini in modo da poter confrontare il livello di rumore di una singola immagine con quello di 2, 4 e 8 immagini mediate.
Inoltre ho effettuato la sequenza di 8 foto 4 volte ognuna con un livello di iso differente (200-400-800-1600). Il livello di rumore varia infatti con il variare della sensibilità impostata della macchina ed ovviamente perggiora con l’aumentare della sensibilità. Negli scatti effettuati non è stato applicato nessun altro sistema di riduzione del rumore. Molte fotocamere digitali e raw converter permettono infatti di appllicare degli algoritmi di riduzione del rumore. Sebbene questi algoritmi siano sempre più sofisticati, insieme alla riduzione del rumore causano sempre anche una perdita di dettagli.

Dalle immagini ottenute ho selezionato un crop una zona scura evidenziata in rosso (dove il rumore è più visibile). Per evidenziare ulteriormente il rumore ho aumentato al luminosità, applicato uno sharpening elevato ed ingrandito il crop del 200%. Ho ricreato in questo modo una situazione veramente estrema in cui il rumore viene evidenziato moltissimo, non dimentichiamo quindi che in situazioni “normali” il livello di rumore è molto minore di quello presente in questo esempio.
Analizziamo nella tabella sottostante i risultati di questo esperimento.
Ogni colonna della tabella contiene 4 diversi crop delle immagini ottenute con la tecnica appena descritta e scattate con la stessa sensibilità. Le immagini della prima colonna sono fatte a 200iso, quelle della seconda a 400iso, quelle della terza ad 800iso e quelle della quarta a 1600iso.
Ogni colonna contiene 4 immagini che dall’alto in basso rappresentano la media di 8, 4 e 2 scatti più uno scatto singolo non mediato.
Ho inoltre allineato sulla stessa riga le immagini che visivamente hanno un livello di rumore simile.

200 iso	400 iso	800 iso	1600 iso

Questa tabella mette in evidenza che mediando 2 scatti si ottiene un miglioramento del rumore che corrisponde quasi al dimezzare la sensibilità, mentre mediando 8 scatti corrisponde quasi ad usare una sensibilità di 1/4.
Ad esempio il rumore di 2 scatti a 1600 iso è simile a quello di uno scatto singolo ad 800iso. Mentre 8 scatti ad 1600 iso hanno un rumore simile ad uno a 400iso ed 8 scatti ad 800iso sono quasi uguali ad uno a 200iso.
Mediando infine 8 scatti a 200iso si ottiene un immagine praticamente priva di rumore.

Per finire ricordo nuovamente che l’esempio di questo test è stato fatto ad hoc per mettere particolarmente in evidenzia il rumore e che nelle situazioni “normali” il rumore è MOLTO minore di quanto non appaia in questo test.