Для чего фотоаппарат кладут в холодильник?

Прихожу я как-то раз в гости к знакомому. Погода была жаркая. Спрашиваю:

– Попить холодненького нет у тебя ничего?

– Да в холодильник залезь, – говорит он мне.

Отправляюсь на кухню, открываю холодильник, а там...

...между кастрюлями и банками с газировкой лежит фотоаппарат! Да не просто лежит, а включенный, и слышно, фотографирует что-то... Но что?!

– Слушай, – это я своему знакомому, – а фотоаппарат тебе в холодильнике для чего? Портреты сосисок делать?

– Нет, – смеётся приятель, – это я «дарки» снимаю, темновые кадры.

– ???

И вот что он мне рассказал...

Наверное, у вас в семье есть цифровой фотоаппарат или смартфон с цифровой фотокамерой. Внутри такого фотоаппарата нет никакой плёнки, но как же тогда получается картинка? Для этого используется специальная микросхема – светочувствительная матрица, она же сенсор. Сенсор разбит на крохотные (в несколько тысячных долей миллиметра!) квадратики – пикселы. Из этих квадратиков (точек) в итоге и будет состоять полученная нами цифровая фотография.

Что происходит, когда мы нажимаем на спуск цифрового фотоаппарата? Каждый пиксел как бы «измеряет» яркость света, попавшего на него, и отправляет в центральный процессор (да-да, у вашего фотика, даже если он совсем недорогой, есть процессор!) три числа – яркость трёх цветовых каналов: красного, зелёного и синего. Смешивая эти основные цвета, в дальнейшем мы получим все остальные краски на фотографии.

Но что будет, если на пиксел матрицы свет вообще не попадает? По идее, он должен сообщить процессору три числа – ноль, ноль и ещё раз ноль. Полная чернота, тьма кромешная. Но это в теории! А вот на практике так не получается. Матрица фотоаппарата далеко не идеальна, по разным причинам (электропитание, чувствительность, температура окружающей среды и так далее), она постоянно немножко ошибается, «врёт». Скажем, вместо «трёх нулей» в какой то момент передаёт ноль, единицу и двойку. А в следующий – двойку, тройку и ноль. И так далее.

Что при этом происходит со снимком? Снимок портится – на нём появляется как бы разноцветная «рябь» из отдельных точек. Фотографы называют эту неприятную рябь «цифровым шумом» или просто «шумом». Если фотография снята в ярко освещённом помещении, шум обычно практически не заметен. А вот если помещение тёмное, скажем, в актовом зале во время концерта, шум видно очень хорошо. Ну а где его видно ну просто замечательно (точнее, отвратительно) – это съемки звёздного неба и далёких галактик на длинных выдержках. Вместо чёрного фона неба у нас будет «рябь» из разноцветных точек, совершенно на небо непохожая...

Однако человек умеет находить выход из самых сложных ситуаций! Да, матрица даёт нам изображение «с ошибками»; но что, если «вырезать» эти ошибки отдельно и попросту вычесть из данных кадра?

Представьте себе, что мы решаем примеры на уроке математики: 2 х 2 = 7, 3 х 3 = 12, 5 х 5 = 28, 6 х 8 = 51... «Неправильно!» – скажете вы. Да, неправильно. Однако обратите внимание: у всех результатов одна и та же ошибка, ровно на +3. Тогда если мы от неправильных результатов отнимем тройку, то получим правильные!

Пиксели матрицы фотоаппарата посылают на процессор в точности такие же числа, как в школьном учебнике. Значит, если мы измерим «ошибки» матрицы отдельно и вычтем их из кадра, то получим изображение намного лучшего качества, «исправим» его! Как?..

Закрываем крышку объектива фотоаппарата и фотографируем полную темноту – при тех же условиях съемки, при которых делался исходный снимок. На снимке останется только тот самый «шум», «коллекция ошибок». А потом с помощью специальных компьютерных программ шум темновых кадров вычитается из исходного изображения – и пожалуйста, исправленный чистый снимок готов!

Посмотрите на эти два кадра. Автор, астроном-любитель, снимал Млечный путь в окрестностях созвездия Южный Крест.

На первом снимке темновые кадры не использованы, и он выглядит довольно мутно и невыразительно, фон неба грязно-серый. На втором снимке использованы 20 темновых кадров для удаления шума – видите, насколько лучше стала картинка?

Астрономы используют и другие, более сложные методики для «чистки» фотографий – в итоге и получаются те шикарные красивые снимки объектов глубокого космоса, которые мы видим в научно-популярных книжках и телепередачах.

Итак, зачем класть фотоаппарат в холодильник? Да всё очень просто – если вы делали снимки на улице при температуре -2 градуса, то и темновые кадры нужно делать при температуре -2 градуса, с той же самой выдержкой и чувствительностью. А чтобы не терять драгоценное время, фотограф просто кладёт фотоаппарат в холодильник (а иногда даже в морозилку!) и делает темновые кадры там! Теперь понятно?

Рассказывает "Лучик" – пока ещё лучший в стране познавательный журнал для школьников и их родителей. Полистать номера журнала можно здесь. Подписаться на журнал – здесь. Выходит один раз в месяц.