星空降噪探析
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。
