Dinaminis diapazonas ir fotografinė platuma. Dinaminis diapazonas ir jo praktinė reikšmė

Dinaminis diapazonas - Tiesą sakant, fotoaparato jutiklio verčių skirtumas, dėl to atsirandančios detalės ryškioje šviesoje ir nesant šviesos. Kalbant tiesiogiai apie fotografavimo procesą, dinaminio diapazono reikšmės paprastai matuojamos ekspozicijos vienetais ( EV). Dinaminis diapazonas taip pat yra kažkas, su kuriuo turite susidurti, kai pasiekiate skirtingus fotografinių failų formatus. Čia dinaminio diapazono charakteristika nustatoma atsižvelgiant į konkretaus failo formato duomenų tipą ir fotografavimo proceso metu siekiamus tikslus. Pavyzdžiui, jpeg formato dinaminio diapazono reikšmės nustatomos remiantis 8 bitų gama – pakoreguotu spalvų atvaizdavimo standartu. sRGB. Šiuo atveju jpeg formato dinaminio diapazono reikšmė yra 11.7EV. Jei imsime kitą formatą - Rediance HDR, čia jau artėja dinaminio diapazono reikšmė 256EV.

Dažnai šis terminas reiškia bet kokį ryškumo signalų santykio skirtumą fotografuojant. Tarkime, skiriasi šviesiausių ir tamsiausių tonų ryškumo signalų santykiai, skiriasi balto ir juodo laukų šviesumo signalo santykiai fotopopieriuje, skiriasi fotojuostos optinio tankio santykiai, ir tt Kiekvienu konkrečiu atveju dinaminio diapazono charakteristika, atsižvelgiant į informacijos generavimui reikalingų bitų skaičių, taip pat turėtų būti vertinama skirtingais požiūriais. Pavyzdžiui, 10, 12, 14 bitų fotoaparato keitiklis iš skaitmeninio į analogą, kaip taisyklė, nuskaito reikšmes tiesine skale, o fotografinių failų formatų atvejais – gama koreguotas standartines reikšmes. yra naudojami. Dažnai pasitaiko nemažai atskirų niuansų, kai kompiuteriniu skaičių vaizdavimo formatu išmatuotas dinaminis diapazonas (pusiau tikslūs skaičiai) yra kiek platesnis nei sveikųjų skaičių, nepaisant to, kad abiem atvejais kalbame apie 16 bitų.

Šiuolaikinės fotokameros ir juostos neturi pakankamai dinaminio diapazono, kad būtų galima perteikti bet kokią sceną be iškraipymų. Trūkumas ypač pastebimas naudojant kompaktiškus skaitmeninius fotoaparatus ir spalvotas apverčiamas juostas. Daugelis šiuolaikinių skaitmeninių fotoaparatų suteikia vartotojui fotografavimo serijomis funkciją, tačiau dažnai negali tiksliai užfiksuoti ryškių peizažų su šešėliais objektais fotografuojant dieną. Tačiau dinaminio diapazono trūkumo problemos yra visiškai išsprendžiamos. Tam naudojami: objektų apšvietimo korekcija, dirbtinio apšvietimo užtikrinimas, specialių kamerų darbo režimų įrengimas ir kiti būdai. Taip pat galite kompensuoti dinaminio diapazono trūkumą neatsižvelgdami į apšvietimo, scenos ar kampo pokyčius. Pasirinkę šią parinktį, jie padidina fotoaparato jutiklių dinaminį diapazoną arba naudoja vaizdų, užfiksuotų iš, derinį skirtingos reikšmės ekspozicija. Dinaminio diapazono gylis priklauso nuo matricos dydžio, kuo ji didesnė, tuo Daugiau informacijos Ant nuotraukos.

Tuo tarpu kiekvienai iš dviejų nurodytų variantų reikia atsižvelgti į kai kuriuos dalykus:

Norėdami įrašyti vaizdą su didesniu ryškumo diapazonu, naudokite konkretų failo formatą. Šie formatai šiandien apima: OpenEXP, Radiance HDR, Photoshop, RAW , Microsoft HD nuotrauka.

Metodo taikymas tonų atvaizdavimas vaizdų ir nuotraukų kūrimo procese gauti plataus dinaminio diapazono vaizdus.

Naudojant metodą tonų atvaizdavimas netiesiniams atskirų pikselių ryškumo pokyčiams.

Naujausia tonų atvaizdavimo technika dabar plačiai naudojama apdorojant vaizdus su nedideliu ryškumo verčių diapazonu. Naudojant tonų atvaizdavimo metodą, galima padidinti tokių vaizdų vietinio kontrasto vertę. Tuo tarpu daugelis profesionalūs fotografai yra gana skeptiškai nusiteikę dėl tonų atvaizdavimo technikos šis metodas dinaminio diapazono išplėtimas " fantastinis“ Reikalas tas, kad apdorojimo rezultatas yra, taip sakant, nufotografuota 4000 vaizdų, artimų kompiuterinių žaidimų vaizdų stiliui.

Dabar apsvarstykite koncepciją dinaminis diapazonas fiziniu požiūriu, t. y. remiantis skaitmeninio fotoaparato matricos konstrukcija.

CCD matricos dinaminis diapazonas.

Kad jutiklis būtų jautrus įvairiam fotografuojamo objekto apšvietimui, t. y. galėtų tinkamai ir proporcingai atkurti tiek tamsiąsias (šešėlio) puses, tiek šviesiąsias (ryškumo) puses, kiekvienas pikselis turi turėti potencialą pakankamai talpos šulinys. Toks potencialo šulinys turėtų išlaikyti minimalų krūvį, kai jį veikia silpnai apšviestos objekto dalies šviesa, ir tuo pačiu metu gali tilpti didelis krūvis, jei objekto dalies apšvietimas yra didelis.

Toks potencialo šulinio gebėjimas kaupti ir išlaikyti tam tikro dydžio krūvį vadinamas potencialinio šulinio gyliu. Tai potencialo šulinio gylis, kurį lemia matrica.

Scheminė šoninio drenažo iliustracija.

Drenažo naudojimas lemia sudėtingesnį CCD elementų dizainą, tačiau tai pateisinama dėl žalos, padarytos vaizdui dėl žydėjimo.

Kita problema, kuri pablogina CCD matricos gaunamo vaizdo kokybę, yra vadinamoji. įstrigę pikseliai (stuck pixels), dažnai vadiname juos „sulaužytais“. Šie pikseliai atsiranda esant bet kokiam užrakto greičiui, kitaip nei triukšmas, kuris yra chaotiškas ir yra lokalizuotas toje pačioje vietoje. Jie siejami su prastai pagamintais CCD elementais, kuriuose net esant minimaliam apšvietimo laikui įvyksta laviną primenantis elektronų skilimas į potencialo šulinį. Kiekviename paveikslėlyje jie rodomi taškelių pavidalu, kurių spalva labai skiriasi nuo netoliese esančių.

Dinaminis diapazonas fotografijoje apibūdina ryšį tarp didžiausio ir mažiausio išmatuojamo šviesos intensyvumo (atitinkamai baltos ir juodos spalvos). Gamtoje nėra absoliučios baltos ar juodos spalvos – tik įvairus šviesos šaltinio intensyvumo ir objekto atspindžio laipsnis. Dėl šios priežasties dinaminio diapazono sąvoka tampa sudėtingesnė ir priklauso nuo to, ar apibūdinate įrašymo įrenginį (pvz., fotoaparatą ar skaitytuvą), atkūrimo įrenginį (pvz., spausdinimą ar kompiuterio ekraną), ar patį objektą.

Kaip ir naudojant spalvų valdymą, kiekvienas aukščiau esančios vaizdų grandinės įrenginys turi savo dinaminį diapazoną. Spaudiniuose ir ekranuose niekas negali būti ryškesnis už atitinkamai popieriaus baltumą arba maksimalų pikselių intensyvumą. Tiesą sakant, kitas prietaisas, kuris nebuvo paminėtas aukščiau, yra mūsų akys, kurios taip pat turi savo dinaminį diapazoną. Tokiu būdu vaizdo informacijos perkėlimas tarp įrenginių gali turėti įtakos jo atkūrimui. Todėl dinaminio diapazono sąvoka yra naudinga santykinis palyginimas originalią sceną, fotoaparatą ir vaizdą ekrane arba spaudinyje.

Šviesos poveikis: apšvietimas ir atspindys

Scenos su dideliais atspindėtos šviesos skaisčio svyravimais, pvz., su juodais objektais, be stiprių atspindžių, iš tikrųjų gali turėti didesnį dinaminį diapazoną nei scenos, kuriose krintanti šviesa skiriasi. Bet kuriuo iš šių atvejų nuotraukos gali lengvai viršyti fotoaparato dinaminį diapazoną, ypač jei nežiūrite į ekspoziciją.

Todėl norint įvertinti dinaminį diapazoną labai svarbu tiksliai išmatuoti šviesos intensyvumą arba apšvietimą. Čia mes naudojame terminą apšvietimas, kad apibrėžtume tik krintantį šviesą. Tiek apšvietimas, tiek ryškumas paprastai matuojami kandelomis per kvadratinis metras(cd/m2). Žemiau pateiktos apytikslės dažniausiai naudojamų šviesos šaltinių vertės.

Čia matome, kad galimi dideli krintančios šviesos svyravimai, nes aukščiau pateikta diagrama yra sugraduota dešimties laipsniais. Jei scena apšviesta netolygiai, tiek tiesiogiai, tiek išsklaidytai saulės šviesa, vien tai gali neįtikėtinai išplėsti scenos dinaminį diapazoną (kaip matyti kanjono saulėlydžio pavyzdyje su iš dalies apšviesta uola).

Skaitmeniniai fotoaparatai

Nors fizinę reikšmę Dinaminis diapazonas realiame pasaulyje yra tiesiog santykis tarp labiausiai ir mažiausiai apšviestų sričių (kontrasto), o jo apibrėžimas tampa sudėtingesnis aprašant matavimo priemones, tokias kaip skaitmeniniai fotoaparatai ir skaitytuvai. Prisiminkite iš straipsnio apie skaitmeninių fotoaparatų jutiklius, kad šviesa yra saugoma kiekvieno pikselio savotiškame termose. Kiekvieno termoso dydis, be to, kaip vertinamas jo turinys, lemia skaitmeninio fotoaparato dinaminį diapazoną.

Fotopikseliai sulaiko fotonus taip, kaip termosai sulaiko vandenį. Todėl perpildžius termosą, vanduo išsilieja. Perpildytas nuotraukos pikselis vadinamas prisotintu ir negali atpažinti tolesnių įeinančių fotonų – taip nustatomas fotoaparato baltos spalvos lygis. Idealiam fotoaparatui jo kontrastas būtų nustatomas pagal fotonų skaičių, kurį gali sukaupti kiekvienas nuotraukos pikselis, padalytas iš minimalaus išmatuojamo šviesos intensyvumo (vieno fotono). Jei viename pikselyje galima išsaugoti 1000 fotonų, kontrastas bus 1000:1. Kadangi didesnė ląstelė gali saugoti daugiau fotonų, DSLR fotoaparatai paprastai turi didesnį dinaminį diapazoną nei kompaktiniai fotoaparatai(dėl didesnio pikselių dydžio).

Pastaba: Kai kuriuose skaitmeniniuose fotoaparatuose yra pasirenkamas žemas ISO nustatymas, kuris sumažina triukšmą, bet taip pat sumažina dinaminį diapazoną. Taip yra todėl, kad šis nustatymas iš tikrųjų per daug eksponuoja vaizdus vienu žingsniu, o vėliau sumažina ryškumą ir taip padidina šviesos signalą. Pavyzdžiui, daugelis „Canon“ fotoaparatų turi galimybę fotografuoti esant ISO 50 (mažesniam nei įprastas ISO 100).

Iš tikrųjų vartotojų fotoaparatai negali skaičiuoti fotonų. Dinaminis diapazonas ribojamas iki tamsiausio tono, kurio tekstūros nebegalima įžvelgti – tai vadinama juodos spalvos lygiu. Juodos spalvos lygį riboja tai, kaip tiksliai galima išmatuoti signalą kiekviename nuotraukos pikselyje, todėl žemiau jį riboja triukšmas. Dėl to dinaminis diapazonas didėja mažėjant ISO greičiui ir fotoaparatams, kurių matavimo neapibrėžtis yra mažesnė.

Pastaba: net jei nuotraukos pikselis galėtų suskaičiuoti atskirus fotonus, skaičių vis tiek ribotų fotonų triukšmas. Fotonų triukšmas sukuriamas dėl statistinių svyravimų ir yra teorinis minimalus triukšmas. Gautas triukšmas yra fotonų triukšmo ir nuskaitymo klaidos suma.

Taigi apskritai skaitmeninio fotoaparato dinaminis diapazonas gali būti apibūdintas kaip santykis tarp didžiausio (esant pikselių sodrumui) ir mažiausiui (esant nuskaitymo klaidai) išmatuojamo šviesos intensyvumo. Labiausiai paplitęs skaitmeninių fotoaparatų dinaminio diapazono matavimo vienetas yra f-stop, kuris apibūdina ryškumo skirtumą laipsniais 2. 1024:1 kontrastas šiuo atveju taip pat gali būti apibūdinamas kaip dinaminis diapazonas 10 f- sustojimai (nes 2 10 = 1024, priklausomai nuo taikymo, kiekviena f pakopa taip pat gali būti apibūdinta kaip "zona" arba "eV".

Skaitytuvai

Skaitytuvai vertinami pagal tą patį sodrumo ir triukšmo santykį kaip ir skaitmeninių fotoaparatų dinaminis diapazonas, išskyrus tai, kad jie apibūdinami tankiu (D). Tai patogu, nes iš esmės panašu į tai, kaip pigmentai sukuria spalvą spaudinyje, kaip parodyta toliau.

Taigi bendras dinaminis diapazonas pagal tankį atrodo kaip skirtumas tarp didžiausio (D max) ir mažiausio (D min) pigmento tankio. Skirtingai nuo 2 galių f-stopams, tankis matuojamas 10 laipsniais (taip pat kaip Richterio skalė žemės drebėjimams). Taigi 3,0 tankis reiškia 1000:1 kontrastą (nes 10 3,0 = 1000).

Užuot nurodę tankio diapazoną, skaitytuvo gamintojai paprastai nurodo tik Dmax reikšmę, nes Dmax – Dmin paprastai yra maždaug lygus Dmax. Taip yra todėl, kad, skirtingai nei skaitmeniniai fotoaparatai, skaitytuvas valdo savo šviesos šaltinį ir užtikrina minimalų blyksnį.

Esant dideliam pigmento tankiui, skaitytuvams taikomi tokie patys triukšmo apribojimai kaip ir skaitmeniniams fotoaparatams (nes abu matavimui naudoja daugybę fotopikselių). Taigi išmatuojamą Dmax taip pat lemia šviesos signalo skaitymo procese esantis triukšmas.

Palyginimas

Dinaminis diapazonas skiriasi taip plačiai, kad jis dažnai matuojamas logaritmine skale, panašiai kaip labai skirtingi žemės drebėjimo intensyvumai matuojami vienoje Richterio skalėje. Tai didžiausias išmatuojamas (arba atkuriamas) dinaminis diapazonas įvairių įrenginių bet kokiais pageidaujamais vienetais (f-stops, tankis ir kontrasto santykis). Užveskite pelės žymeklį ant kiekvienos parinkties, kad jas palygintumėte.

Atkreipkite dėmesį į didžiulį skirtumą tarp atkuriamo spausdinimo dinaminio diapazono ir skenerių bei skaitmeninių fotoaparatų matuojamo diapazono. Palyginti su realiu pasauliu, tai yra skirtumas tarp maždaug trijų f sustojimų debesuotą dieną su beveik plokščia šviesa ir 12 ar daugiau f sustojimų saulėtą dieną, kai atsispindi didelio kontrasto šviesa.

Aukščiau pateiktus skaičius reikia naudoti atsargiai: iš tikrųjų spaudinių ir monitorių dinaminis diapazonas labai priklauso nuo apšvietimo sąlygų. Spaudiniai esant netinkamam apšvietimui gali nerodyti viso savo dinaminio diapazono, o monitoriams reikia beveik visiškos tamsos, kad išnaudotų savo galimybes, ypač plazminiams ekranams. Galiausiai, visi šie skaičiai tėra apytiksliai apytiksliai; faktinės vertės priklausys nuo įrenginio veikimo laiko arba spaudinio amžiaus, modelio kartos, kainų intervalo ir kt.

Atkreipkite dėmesį, kad monitorių kontrastas dažnai yra labai didelis, nes jiems nėra gamintojo standarto. Didesnis nei 500:1 kontrasto santykis dažnai yra labai tamsaus juodo taško, o ne ryškesnio balto taško rezultatas. Šiuo atžvilgiu reikia atkreipti dėmesį į kontrastą ir ryškumą. Didelis kontrastas be didelio ryškumo gali būti visiškai panaikintas net ir išsklaidyta žvakių šviesa.

Žmogaus akis

Žmogaus akis iš tikrųjų gali suvokti platesnį dinaminį diapazoną, nei paprastai įmanoma naudojant fotoaparatą. Atsižvelgiant į situacijas, kai mūsų vyzdžiai išsiplečia ir susitraukia, kad prisitaikytų prie šviesos pokyčių, mūsų akys gali matyti beveik 24 f-stop diapazone.

Kita vertus, norint teisingai palyginti su vienu kadru (su pastovia diafragma, užrakto greičiu ir ISO), galime atsižvelgti tik į momentinį dinaminį diapazoną (esant pastoviam vyzdžio pločiui). Norint gauti visišką analogiją, reikia žiūrėti į vieną scenos tašką, leisti akims prisitaikyti ir nežiūrėti į nieką kitą. Šiuo atveju yra daug nenuoseklumo, nes mūsų akių jautrumas ir dinaminis diapazonas kinta priklausomai nuo ryškumo ir kontrasto. Labiausiai tikėtinas diapazonas būtų 10–14 f-stop.

Šių skaičių problema yra ta, kad mūsų akys yra labai prisitaikančios. Esant itin silpnai žvaigždžių šviesai (kai mūsų akys naktiniam matymui naudoja strypus), jie pasiekia dar platesnius momentinius dinaminius diapazonus (žr. „Žmogaus akies spalvų suvokimas“).

Spalvų gylio ir dinaminio diapazono matavimas

Net jei kieno nors fotoaparatas galėtų uždengti dauguma dinaminis diapazonas, tikslumas, kuriuo šviesos matavimai paverčiami skaičiais, gali apriboti naudojamą dinaminį diapazoną. Darbinis arklys, konvertuojantis nuolatinius matavimus į atskiras skaitines reikšmes, vadinamas analoginiu-skaitmeniniu keitikliu (ADC). ADC tikslumą galima apibūdinti bitų gyliu, panašiu į skaitmeninių vaizdų bitų gylį, nors reikia atsiminti, kad sąvokos nėra keičiamos. ADC sukuria reikšmes, kurios saugomos RAW faile.

Pastaba: aukščiau pateiktos vertės atspindi tik ADC tikslumą ir neturėtų
naudojamas interpretuoti 8 ir 16 bitų vaizdo failų rezultatus.
Be to, visoms vertėms rodomas teorinis maksimumas, tarsi nebūtų jokio triukšmo.
Galiausiai šie skaičiai galioja tik linijiniams ADC ir bitų talpai
netiesiniai ADC nebūtinai koreliuoja su dinaminiu diapazonu.

Pavyzdžiui, 10 chromos gylio bitų konvertuojami į galimų skaisčių diapazoną nuo 0 iki 1023 (nes 2 10 = 1024 lygiai). Darant prielaidą, kad kiekviena ADC išvesties reikšmė yra proporcinga faktiniam vaizdo ryškumui(tai yra, padvigubėjus pikselių reikšmę, padvigubinti ryškumą), 10 bitų gali užtikrinti ne didesnį kaip 1024:1 kontrasto santykį.

Dauguma skaitmeninių fotoaparatų naudoja 10–14 bitų ADC, todėl teoriškai jų didžiausias dinaminis diapazonas yra 10–14 sustojimų. Tačiau toks didelis bitų gylis tik padeda sumažinti vaizdo plakatą, nes bendrą dinaminį diapazoną paprastai riboja triukšmo lygis. Kaip didelis vaizdo bitų gylis nebūtinai reiškia didesnį spalvų gylį, didelio tikslumo ADC skaitmeniniame fotoaparate nebūtinai reiškia, kad jis gali įrašyti platų dinaminį diapazoną. Praktiškai skaitmeninio fotoaparato dinaminis diapazonas net nepriartėja prie teorinio ADC maksimumo; iš esmės 5-9 sustojimai yra viskas, ko galite tikėtis iš fotoaparato.

Vaizdo tipo ir spalvų kreivės poveikis

Ar tikrai skaitmeninių vaizdų failai gali užfiksuoti visą aukščiausios klasės instrumentų dinaminį diapazoną? Internete yra daug nesusipratimų dėl vaizdo gylio ir įrašyto dinaminio diapazono santykio.

Pirmiausia turime išsiaiškinti, ar kalbame apie įrašytą ar rodomą dinaminį diapazoną. Net įprastas 8 bitų JPEG failas gali įrašyti begalinį dinaminį diapazoną – darant prielaidą, kad konvertuojant iš RAW buvo pritaikyta chromos kreivė (žr. straipsnį apie kreivių ir dinaminio diapazono taikymą), o ADC turi reikiamą bitų gylį. Problema kyla dėl dinaminio diapazono naudojimo; jei per daug bitų pasklinda per dideliu spalvų diapazonu, vaizdas gali būti plakatinis.

Kita vertus, rodomas dinaminis diapazonas priklauso nuo gama korekcijos arba spalvų kreivės, kurią numato vaizdo failas arba naudojama vaizdo plokštė ir monitorius. Naudojant gama 2.2 (asmeninių kompiuterių standartas), teoriškai būtų įmanoma perteikti beveik 18 f-stopų dinaminį diapazoną (skyrius apie gama korekciją tai apims, kai bus parašytas). Nepaisant to, jis gali nukentėti nuo didelio plakato. Vienintelis standartinis sprendimas šiandien pasiekti praktiškai begalinį dinaminį diapazoną (be matomų plakatų) yra didelio dinaminio diapazono (HDR) failų naudojimas Photoshop (arba kitoje programoje, kuri palaiko OpenEXR formatą).

Pastaruoju metu internete atsiranda vis daugiau originalių vaizdų, vizualiai labai netipiškų – spalvingų, itin detalių, primenančių arba realistų dailininkų paveikslus, arba kokybiškas ranka pieštų animacinių filmų iliustracijas. Nuo pat atsiradimo santrumpa HDR tvirtai įsiliejo į kasdienį virtualių nuolatinių žmonių gyvenimą, jų žargonu gavusi transliteraciją HDR. Tie, kurie nežinojo jo reikšmės, antrino ekspertams, kruopščiai rašydami didžiosiomis raidėmis, kad nesupainiotų KhDR su VDR arba, geru atveju, su KGB. Na, o patys ekspertai įtemptai propagavo šią naują fotografijos kryptį, kūrė tinklaraščius, diskutavo forumuose, o svarbiausia – skelbė internetinėse galerijose. Tiesą sakant, tai, kas buvo paslėpta už šios santrumpos, buvo tai, kas padarė reklamą pati geriausia. Vieni hiperrealius vaizdus vadino užkrečiama liga, kiti – klasikinės fotografijos išsigimimo įrodymu, treti – pažangių šiuolaikinio skaitmeninio meno tendencijų progresyvia išraiška.

Diskusijos tęsiasi iki šiol, įgydamos dar ekstremalesnių formų. Tiesa, naujosios krypties sėkmės ir autentiškumo skeptikai pamažu pradeda priimti dalykus tokius, kokie jie yra. O HDR apologetai šimtamečius eksperimentuotojus Man Ray ir Laszlo Moholy-Nagy įvardija kaip hipotetinius naujosios atlikimo technikos propaguotojus, kurie, jei būtų gyvi mūsų laikais, tikrai sugalvotų kažką panašaus. Įdomus vieno garsaus HDR fotografo Jespero Christenseno požiūris: „Naujos šiuolaikinės vizualinės medijos, įskaitant fotografiją, techninės galimybės visada apima autorių bandymus ir paieškas jų dvasią atitinkančiomis kryptimis, ieškoti naujų meninės raiškos formų. Be to, susipynimas techniniu lygmeniu taip pat sukelia painiavą siužeto ir estetiniame lygmenyse. Hibridiniai vaizdai, tokie kaip HDR, nebėra tik mūsų laikų reiškinys, bet akivaizdžiai dominuojanti ateities tendencija. Bet prie moralinių ir estetinių temos aspektų tikriausiai grįšime ateityje.
publikacijų Tuo tarpu visų pirma paliesime teoriniai pagrindai ir praktinė HDR vaizdų gavimo pusė.

Dinaminio diapazono problema

Be teorijos – niekur. Bet mes stengsimės tai pateikti prieinamomis sąlygomis. Taigi, angliškame termine HDR yra kokybinis vienos mums jau seniai žinomos sąvokos apibrėžimas - dinaminis diapazonas (pažodinis HDR vertimas yra „didelis dinaminis diapazonas“). Išskaidykime jį po gabalėlį, pradėdami nuo pagrindinio apibrėžimo - „aukštas“. Kas yra dinaminis diapazonas? Tikrai mūsų nuolatiniai skaitytojai tai įsivaizduoja bent bendrai. Dabar atėjo laikas įsigilinti į detales. Tiesa, DD fotografijoje apibūdina didžiausio ir mažiausio išmatuojamo šviesos intensyvumo santykį. Tačiau realiame pasaulyje nėra grynos baltos ar juodos spalvos, o tik skirtingi šviesos šaltinių intensyvumo lygiai, besikeičiantys iki be galo mažų verčių. Dėl šios priežasties DD teorija tampa sudėtingesnė, o pats terminas, be tikrojo fotografuojamo objekto apšvietimo intensyvumo santykio apibūdinimo, gali būti taikomas ir spalvų gradacijų, atkuriamų vaizdinės informacijos įrašymo įrenginiais – fotoaparatais, aprašymui. , skaitytuvai, ar jų išvesties įrenginiai – monitoriai, spausdintuvai.

Žmogus atėjo į šį pasaulį visiškai savarankiškas, jis yra idealus evoliucinio natūralaus vystymosi „produktas“. Kalbant apie fotografiją, tai išreiškiama taip: žmogaus akis geba atskirti šviesos intensyvumo diapazoną nuo 10–6 iki 108 cd/m2 (kandela kvadratiniame metre; kandela – šviesos intensyvumo matavimo vienetas, lygus). į šviesos intensyvumą, skleidžiamą tam tikra kryptimi monochromatinės spinduliuotės šaltinio, kurio dažnis yra 540x1012 Hz, o tai savo ruožtu atitinka žalios spalvos dažnį).

Įdomu pažvelgti į tokias reikšmes: grynos žvaigždžių šviesos intensyvumas siekia tik 10-3 cd/m2, saulėlydžio/aušros šviesos intensyvumas – 10 cd/m2, o tiesiogine dienos šviesa apšviestos scenos intensyvumas – 105 cd. /m2. Saulės ryškumas artėja prie milijardo kandelų kvadratiniame metre. metras. Taigi akivaizdu, kad mūsų regėjimo gebėjimai yra tiesiog fenomenalūs, ypač jei juos sugretinsime su mūsų sugalvotų informacijos išvesties įrenginių, tokių kaip CRT monitoriai, galimybėmis. Juk jie gali teisingai perduoti vaizdus tik nuo 20 iki 40 cd/m2 intensyvumo. Bet tai bendrai informacijai – apšilimui ir palyginimui. Tačiau grįžkime prie dinaminio diapazono, kuris mums, skaitmeniniams fotografams, rūpi labiausiai. Jo plotis tiesiogiai priklauso nuo fotoaparato jutiklio elementų dydžio.

Kuo jie didesni, tuo DD platesnis. Skaitmeninėje fotografijoje f-stopai (dažnai vadinami EV) naudojami jo dydžiui apibūdinti, kurių kiekvienas atitinka šviesos intensyvumo pokytį du kartus. Tada, pavyzdžiui, scenoje, kurios kontrasto lygio sklaida yra 1:1024, bus 10 dinaminio diapazono f-stopų (210–1024). SLR skaitmeninis fotoaparatas atkuria DD, lygų 8-9 f-stopams, plazminio televizoriaus skydeliai – iki 11, o nuotraukų atspauduose telpa ne daugiau kaip 7 f-stopai. Tuo tarpu maksimalaus ir minimalaus kontrasto santykis visiškai tipiškam vaizdui – ryški dienos šviesa už lango, tankus dalinis šešėlis patalpoje – gali siekti 1:100 000, nesunku paskaičiuoti, kad tai atitiks 16–17 f. Beje, žmogaus akis vienu metu suvokia kontrasto diapazoną 1:10 000. Kadangi mūsų regėjimas atskirai fiksuoja apšvietimo intensyvumą ir jo spalvą, tuo pačiu metu akiai prieinama šviesos gama yra 108 (10 000 ryškumo atspalvių padauginus). 10 000 spalvų atspalvių).

Bitų gylio problemos

Atkreipkite dėmesį, kad žodis „spalva“ įsiskverbė į mūsų pokalbį, sujungdamas „intensyvumo“ ir „kontrasto“ sąvokas. Pažiūrėkime, kas tai yra dinaminio diapazono kontekste. Pereikime prie pikselių lygio. Paprastai tariant, kiekvienas vaizdo pikselis turi dvi pagrindines šviesos charakteristikas – intensyvumą ir spalvą. Tai aišku. Kaip išmatuoti unikalių spalvų, sudarančių nuotraukos spalvų schemą, skaičių? Naudojant bitų gylį – nulių ir vienetų skaičius, bitai, naudojami kiekvienai spalvai pavaizduoti. Pritaikius juodai baltam vaizdui, bitų gylis lemia pilkų atspalvių skaičių. Nuotraukos su didesniu bitų gyliu gali užfiksuoti daugiau atspalvių ir spalvų, nes jose yra daugiau nulių ir vienetų derinių. Kiekvienas skaitmeninio vaizdo spalvotas pikselis reiškia tam tikrą trijų spalvų – raudonos, žalios ir mėlynos – derinį, dažnai vadinamą spalvų kanalais. Jų spalvų intensyvumo diapazonas nurodytas bitais kanale.

Tuo pačiu metu bitai pikselyje (anglų santrumpa – bpp) nurodo bendrą trijuose kanaluose prieinamų bitų kiekį ir iš tikrųjų reiškia spalvų skaičių viename pikselyje. Pavyzdžiui, įrašant spalvų informaciją 8 bitų JPEG formatu (24 bitai pikselyje), kiekvienam iš trijų kanalų apibūdinti naudojami aštuoni nuliai ir vienetai. Mėlynos, žalios ir raudonos spalvų intensyvumą rodo 256 atspalviai (intensyvumo gradacijos). Skaičius 256 sėkmingai užkoduotas dvejetainiu būdu ir lygus 2:8. Jei sujungsite visas tris spalvas, vieną 8 bitų vaizdo pikselį galima apibūdinti 16 777 216 atspalvių (256?256?256 arba 224). Mokslininkai išsiaiškino, kad 16,7 milijono atspalvių visiškai pakanka fotografijos kokybės vaizdams perteikti. Taigi pažįstama „tikroji spalva“. Atsižvelgiant į tai, ar vaizdas bus laikomas platesniu DD, ar ne iš esmės priklauso nuo bitų skaičiaus viename spalvų kanale. 8 bitų vaizdai laikomi LDR (mažo dinaminio diapazono) vaizdais. 16 bitų vaizdai, gauti po RAW konvertavimo, taip pat klasifikuojami kaip LDR. Nors jų teorinis DD galėtų būti 1:65 000 (216). Tiesą sakant, daugumos fotoaparatų sukurtų RAW vaizdų DD yra ne didesnis kaip 1:1000. Be to, RAW konvertavimui naudojama viena standartinė tonų kreivė, nepriklausomai nuo to, ar konvertuojame failus į 8 ar 16 bitų vaizdus. Todėl dirbdami su 16 bitų gausite daugiau aiškumo nustatydami atspalvius/gradacijas ir intensyvumą, bet negausite nei „gramo“ papildomo DD. Norėdami tai padaryti, jums reikės jau 32 bitų vaizdų - 96 bitai pikselyje! Juos vadinsime didelio dinaminio diapazono vaizdais – HDR(I).

Visų problemų sprendimas

Didelio dinaminio diapazono kadrai... Vėl pasinerkime į bitų teoriją. Pažįstamas RGB modelis vis dar yra universalus vaizdų aprašymo modelis. Atskirų pikselių spalvų informacija yra užkoduota kaip trijų skaičių, atitinkančių atspalvio intensyvumo lygius, derinys. 8 bitų vaizdams jis svyruos nuo 0 iki 255, o 16 bitų – nuo ​​0 iki 65 535. Pagal RGB modelį juoda spalva vaizduojama kaip „0,0,0“, tai yra, visiškas nebuvimas intensyvumo, o balta - kaip „255, 255, 255“, tai yra spalva, kurios intensyvumas yra didžiausias iš trijų pagrindinių spalvų. Koduojant leidžiami tik sveikieji skaičiai. Tuo tarpu realiųjų skaičių – 5,6 arba 7,4 – ir bet kokių trupmeninių slankiojo kablelio skaičių naudojimas RGB modelyje yra tiesiog nepriimtinas. Būtent dėl ​​šio prieštaravimo išrado vienas iš amerikiečių kompiuterių genijai Paulius Debevecas. 1997 m. kasmetinėje kompiuterinės grafikos specialistų konferencijoje SIGGRAPH Paulius išdėstė pagrindinius savo naujojo mokslinis darbas, apimantis būdus, kaip iš nejudančių vaizdų išgauti didelio dinaminio diapazono žemėlapius ir integruoti juos į atvaizduotas scenas naudojant naująjį Radiance grafikos paketą. Tada Paulius pirmą kartą pasiūlė fotografuoti tą pačią sceną kelis kartus su skirtingomis ekspozicijos reikšmėmis ir tada sujungti vaizdus į vieną HDR vaizdą. Grubiai tariant, informacija, kurią turi tokie vaizdai, atitinka fizinius intensyvumo ir spalvos kiekius. Skirtingai nuo tradicinių skaitmeninių vaizdų, kurie susideda iš spalvų, kurias supranta išvesties įrenginiai – monitoriai, spausdintuvai.

Nurodant apšvietimo vertes kaip realius skaičius, teoriškai pašalinami visi dinaminio diapazono išvesties apribojimai. Skeptikai gali paklausti, pavyzdžiui, kodėl gi ne tiesiog pridėti vis daugiau bitų, apimančių patį ekstremaliausią šviesos ir tonų kontrasto diapazoną? Faktas yra tas, kad nuotraukose su siauru DD pristatymui šviesios spalvos Naudojamas žymiai didesnis bitų skaičius nei tamsiesiems. Todėl, pridėjus bitus, proporcingai padidės dalis tų, kurie skirti tikslesniam aukščiau minėtų tonų aprašymui. Ir efektyvus DD išliks beveik nepakitęs. Priešingai, slankiojo kablelio skaičiai, kurie yra tiesiniai dydžiai, visada yra proporcingi faktiniam ryškumo lygiui. Dėl šios priežasties bitai yra tolygiai paskirstyti visame DD, o ne tik sutelkti į šviesių tonų sritį. Be to, tokie skaičiai fiksuoja tonų reikšmes pastoviu santykiniu tikslumu, nes mantisa (skaitmeninė dalis), tarkime, 3,589-103 ir 7,655-109, pavaizduota keturiais skaitmenimis, nors antrasis yra du milijonus kartų didesnis. nei pirmasis.

HDR vaizdų papildymai leidžia perteikti be galo platų ryškumo diapazoną. Viską gali sugadinti naujosios HDR kalbos neatpažįstantys monitoriai ir spausdintuvai – jie turi savo fiksuotą ryškumo skalę. Tačiau protingi žmonės sugalvojo procesą, vadinamą „tonų atvaizdavimu“ – tonų atvaizdavimu arba atvaizdavimu (pažodžiui – žemėlapio kūrimu), kai 32 bitų HDR failas konvertuojamas į 8 arba 16 bitų, pritaikius daugiau. ribotas rodymo įrenginių DD. Iš esmės tonų atvaizdavimo idėja yra pagrįsta detalumo ir toniškumo praradimo didžiausio kontrasto srityse problemos sprendimu, jas išplečiant, kad būtų perteikta visapusiška spalvinė informacija, esanti 32 bitų skaitmeniniame vaizde.

Kur prasideda sėkmingas HDR?

Vienas iš keturių mūsų šiandienos herojų – italas Gianluca Nespoli – puikiai išmano toninius palyginimus. Jis bene labiausiai techniškai išmanantis. Be „Photoshop“, jis entuziastingai eksperimentuoja su kitais profesionaliais grafikos paketais, įskaitant tokius, kurie yra specialiai sukurti HDR rezultatams optimizuoti. Visų pirma, tai yra Photomatix. Programa, derindama kelis vaizdus su skirtingomis ekspozicijomis, sukuria 32 bitų failą su išplėstiniu DD, o tada pritaiko jam tonų atvaizdavimą, naudodama vieną iš dviejų algoritmų, dar vadinamų operatoriais: visuotiniu arba vietiniu. Visuotinis operatorių derinimo procesas susiveda į pikselių intensyvumo apibendrinimą kartu su toninėmis ir kitomis vaizdo charakteristikomis. Be to, vietinio operatoriaus darbe atsižvelgiama į kiekvieno pikselio vietą kitų atžvilgiu. Iš esmės HDR vaizdų generavimo funkcija kartu su „tonų atvaizdavimu“ taip pat yra įdiegta „Photoshop CS2“. To visiškai pakanka užduotims, kurias įgyvendina danas Christensenas ir jauna fotomenininkė iš Sankt Peterburgo Mikaella Reinries. Ketvirtasis mūsų herojus Gustavo Orensteinas vis dar neapsisprendė, kuriam darbo įrankiui teikti pirmenybę, todėl yra linkęs eksperimentuoti su naujais programinės įrangos HDR ištekliais.

Žemiau pažiūrėsime praktiniais niuansais dirbant su kiekviena iš dviejų pagrindinių programų, apibendrinant rekomendacijas, gautas iš šių naujos bangos nuotraukų iliustratorių. Kol kas išsiaiškinkime, kokios šaltinio reikia norint gauti vaizdus su išplėstiniu DD. Akivaizdu, kad be kelių nuotraukų su skirtingos reikšmės ekspozicija yra būtina. Ar užteks vieno „neapdoroto“ RAW? Ne visai. Bendras DD, gautas konvertavus net didžiausią RAW vaizdą su skirtingais ekspozicijos lygiais, negali būti platesnis nei dinaminis diapazonas, kurį atkūrė jūsų fotoaparatas. Tai tas pats, kas DD vaizdą RAW režimu supjaustyti į kelias dalis.

„Neapdoroti“ failai yra užkoduoti 12 bitų kanale, o tai atitinka 1:4096 kontrasto sklaidą. Ir tik dėl 12 bitų kodavimo nepatogumų, TIFF vaizdams, gautiems iš RAW, kiekvienam kanalui priskiriama 16 bitų. Vien su RAW vis tiek kažkaip išsiversite, jei nekalbame apie didelio kontrasto sceną. Fotografuojant kelis kadrus, skirtus tolimesniam derinimui į vieną, reikia laikytis tam tikrų ekspozicijos parametrų nustatymo procedūrų ir net fiziškai sumontuoti pačią kamerą. Iš esmės ir „Photoshop“, ir „Photomatix“ ištaiso nedidelius nenuoseklumus, kai vienas ant kito uždeda pikselių matricas, kurios atsiranda nuotraukose iš ekspozicijos serijų dėl netinkamo fotoaparato fiksavimo. Be to, dažnai labai trumpos ištraukos o geras įrenginio fotografavimo greitis automatinio kadrų režimo (o tai ypač svarbu, jei objektas kadre juda) leidžia kompensuoti galimus perspektyvos iškraipymus. Tačiau vis tiek labai pageidautina juos sumažinti iki nieko, o tam reikės fotoaparato patikima parama gero trikojo pavidalu.

Jesperas Christensenas visur nešiojasi itin lengvą Gitzo anglies pluošto trikojį. Kartais, siekdamas didesnio stabilumo, jis pakabina krepšį ant jo centrinės kolonos, nuotolinio valdymo pulteliu ar laikmačiu neliečia užrakto mygtuko ir užblokuoja savo Canon 20D veidrodį. Kameros nustatymuose svarbiausia, be nuolatinės diafragmos išlaikymo visiems kadrams, kurie sudarys būsimą HDR vaizdą, yra nustatyti jų skaičių ir ekspozicijos diapazoną. Pirmiausia, naudodami fotoaparato taškinį matuoklį, jei tokį turite, išmatuokite apšvietimo lygį tamsiausiose ir šviesiausiose scenos vietose. Būtent šį DD spektrą reikia įrašyti naudojant kelias ekspozicijas. Nustatykite ISO jautrumą iki minimumo. Bet koks tonų atvaizdavimo proceso triukšmas bus dar labiau pabrėžiamas. Mes jau kalbėjome apie diafragmą. Kuo kontrastingesnė scena, tuo trumpesnis ekspozicijos intervalas tarp kadrų. Kartais gali prireikti iki 10 kadrų 1 EV intervalais (kiekvienas ekspozicijos vienetas atitinka dvigubą šviesos lygį). Tačiau, kaip taisyklė, pakanka 3–5 RAW kadrų, kurie skiriasi vienas nuo kito dviem apšvietimo stotelėmis. Dauguma vidutinės klasės fotoaparatų leidžia fotografuoti ekspozicijos gretinimo režimu, leidžiant tris kadrus +/-2 EV diapazone. Automatinio fotografavimo serijomis funkciją galima lengvai apgauti ir fotografuoti dvigubai platesniu diapazonu. Tai daroma taip: pasirinkite tinkamą centrinę ekspoziciją ir prieš fotografuodami tris nustatytus kadrus nustatykite ekspozicijos kompensavimo vertę į -2 EV. Atlikę juos, greitai perkelkite kompensavimo slankiklį iki +2 EV žymos ir paleiskite dar vieną trijų kadrų seriją. Tokiu būdu, pašalinus pasikartojančią centrinę ekspoziciją, jums liks penki kadrai, apimantys sritį nuo +4 EV iki -4 EV. Tokios scenos DD priartės prie 1:100 000.

nuo Photoshop iki HDR pasaulio

Kadangi „Photoshop“ yra prieinama visiems, taip pat pasiekiami didelio dinaminio diapazono vaizdai. Meniu Įrankiai yra komanda Sujungti į HDR. Čia prasideda kelias į reprezentatyvų HDR vaizdą. Iš pradžių visos jūsų kombinuotos ekspozicijos bus rodomos kaip viena nuotrauka peržiūros lange – tai jau 32 bitų vaizdas, tačiau monitorius dar negali parodyti visų savo privalumų. Atminkite, kad „kvailas“ monitorius yra tik 8 bitų išvesties įrenginys. Jam, kaip nerūpestingam moksleiviui, reikia viską surikiuoti į vietas. Tačiau dešiniajame lango kampe esanti histograma jau daug žadančiai išsitiesė ir tapo tarsi kalno viršūnė, bylojanti apie visą naujai sukurtame vaizde glūdintį DD potencialą. Histogramos apačioje esantis slankiklis leidžia matyti detales tam tikrame tonų diapazone. Šiame etape jokiu būdu nenustatykite bitų gylio mažesnio nei 32. Priešingu atveju programa iš karto pašalins šešėlius ir šviesas, dėl kurių, tiesą sakant, visas šis triukšmas.

Gavusi leidimą sukurti kitą HDR stebuklą, „Photoshop“ sugeneruos vaizdą, atidarydama jį pagrindiniame programos darbo lange. Jo algoritmų atsako greitis priklausys nuo jūsų procesoriaus galios ir garsumo laisvosios kreipties atmintis kompiuteris. Tačiau turint visas bauginančias galimybes gauti kažką labai didelio, kelių megabaitų, 32 bitų HDR (darant prielaidą, kad jis surinktas, pavyzdžiui, iš trijų vaizdų) „svers“ tik apie 18 MB, o ne vienas 30 MB standartinis TIFF 'u.

Tiesą sakant, iki šiol mūsų veiksmai buvo tik dalis paruošiamasis etapas. Dabar atėjo laikas pradėti gauto HDR vaizdo ir monitoriaus dinaminių diapazonų derinimo procesą. 16 bitų kanale režimo meniu yra kitas mūsų žingsnis. „Photoshop“ atlieka tonų atvaizdavimą naudodamas keturis įvairių metodų. Trys iš jų – ekspozicija ir gama, paryškinimo suspaudimas ir histogramos išlyginimas – naudoja ne tokius sudėtingus pasaulinius operatorius ir leidžia rankiniu būdu reguliuoti tik nuotraukos ryškumą ir kontrastą naudojant išplėstinį DD, susiaurinti DD, stengiantis išlaikyti kontrastą arba sumažinti paryškina, kad jie patektų į 16 bitų vaizdo ryškumo diapazoną.

Didžiausią susidomėjimą kelia ketvirtasis būdas – lokali adaptacija. Su juo dirba Michaela Reinries ir Jesper Christensen. Todėl šiek tiek daugiau apie tai. Pagrindinė priemonė čia yra tonų kreivė ir ryškumo histograma. Perkeldami kreivę, perskirtą tvirtinimo taškais, galite perskirstyti kontrasto lygius visame DD. Tikriausiai turėsite apibrėžti kelias tonų sritis, o ne tradicinį skirstymą į šešėlius, vidurinius tonus ir šviesius. Šios kreivės nustatymo principas yra visiškai identiškas tam, kuriuo pagrįstas Photoshop's Curves įrankis. Tačiau Spindulio ir Slenksčio slankiklio funkcijos šiame kontekste yra labai specifinės. Jie kontroliuoja vietinio kontrasto kitimo lygį – tai yra, pagerina detales mažų vaizdo plotų mastelyje. Tuo tarpu kreivė, atvirkščiai, koreguoja DD parametrus viso vaizdo lygyje. Spindulys nurodo pikselių skaičių, kurį tonų atvaizdavimo operatorius laikys vietiniu. Pavyzdžiui, 16 pikselių spindulys reiškia, kad kontrasto reguliavimo sritys bus labai siauros. Toniniai poslinkiai įgaus aiškiai pastebimą, per daug apdorotą charakterį, nors ir žydės gausybe detalių, atrodys visiškai nenatūralus, be jokios fotografijos užuominos. Didelis spindulys taip pat nėra sprendimas - vaizdas pasirodys natūralesnis, bet gana nuobodus detalių atžvilgiu, be gyvybės. Antrasis parametras – slenkstis – nustato gretimų pikselių ryškumo skirtumo ribą, kuri leis juos įtraukti į tą pačią vietinio kontrasto reguliavimo sritį. Optimalus slenkstinės reikšmės diapazonas yra 0,5-1. Įvaldžius pirmiau minėtus komponentus, „tonų atvaizdavimo“ procesas gali būti laikomas sėkmingai baigtu.

Su Photomatix į HDR pasaulį

Ypač visiems, kuriems reikia nuotraukų su labai plačiu DD 2003 m., prancūzai sugalvojo Photomatix programą, Naujausia versija kurį šiandien galima atsisiųsti nemokamai (visiškai veikia, tik palieka savo „vandens ženklą“ vaizde). Daugelis HDR sėjimo gerbėjų mano, kad tai yra efektyvesnė, kai reikia reguliuoti 32 bitų vaizdo tonalumą ir intensyvumą su sumažintais išvesties įrenginių bitų gylio parametrais. Jiems priklauso ir italas Gianluca Nespoli. Štai jo žodžiai: „Šios programos sukurtos HDR nuotraukos išsiskiria geresne dangaus ir medžių detale, neatrodo per daug „plastikinės“, jose rodoma daugiau aukštas lygis kontrastas ir spalvų tonas. Vienintelis „Photomatix“ minusas yra patobulinimas, kartu su visais vaizdo pranašumais ir trūkumais, tokiais kaip triukšmas ir JPEG glaudinimo artefaktai. Tiesa, kūrėjų kompanija „MultimediaPhoto SARL“ žada šiuos niuansus panaikinti, o be to su tokiu pat triukšmu pvz.
Tokios programos kaip „Neat Image“ atlieka gerą darbą.

Be tonų atvaizdavimo galimybių, Photomatix turi keletą papildomų ekspozicijos lygio nustatymų, o jo atspalvių atvaizdavimo algoritmą galima pritaikyti net 16 bitų TIFF. Kaip ir „Photoshop“, pirmiausia turite sukurti 32 bitų HDR ryšį iš atskirų kadrų su skirtinga ekspozicija. Norėdami tai padaryti, programa turi parinktį Generuoti HDR. Patvirtinkite ekspozicijos vertes, pasirinkite standartinę tonų kreivę (rekomenduojama) ir „Photomatix“ pasiruošęs pristatyti jums savo HDR vaizdo versiją. Failas sveria maždaug tiek pat, kiek ir „Photoshop“ versija, ir turės tą patį plėtinį – .hdr arba .exr – su kuriuo jį bus galima išsaugoti prieš prasidedant tonų susiejimo procesui. Pastaroji inicijuojama pagrindiniame HDRI programos meniu pasirinkus atitinkamą komandą. Jo darbo lange yra daug skirtingų nustatymų, kurie gali sukelti painiavą. Tiesą sakant, čia nėra nieko sudėtingo. Histograma rodo vaizdo ryškumo pasiskirstymą per atspalvių atvaizdavimą. Stiprumo slankiklis nustato vietinio kontrasto lygį; Šviesumo ir spalvų sodrumo parametrai yra atitinkamai atsakingi už ryškumą ir spalvų sodrumą. Šviesių ir tamsių histogramos sričių ribiniai taškai gali būti palikti pagal numatytąsias vertes. „Photomatix“ siūlo tik keturis kontrasto išlyginimo nustatymus, priešingai nei „Photoshop“ tikslesni nustatymai nuo 1 iki 250. Tiesą sakant, toks valdymo lygis ne visada yra pageidautinas. Mažai tikėtina, kad neprofesionalui rūpėtų skirtumas, kuris bus tarp išlyginimo spindulio verčių, tarkime, 70, 71 ir 72. Mikrokontrasto reguliavimas reiškia vietinį lygį, tačiau vaizdų atveju kurie iš pradžių yra triukšmingi arba prisotinti įvairiausių artefaktų, jo nereikėtų per daug naudoti.

Kai „tonų atvaizdavimas“ suderina monitorių su HDR vaizdu...

...galite panaudoti savo ankstesnius įgūdžius dirbdami su Photoshop programa ir redaguodami HDR vaizdą savo skoniui, rizikuodami ir rizikuodami. Atminkite, kol kas fotografijos visuomenės požiūris į dirbtinai sukurtus plataus spektro gaminius yra dviprasmiškas. „Jei norite būti sėkmingi šioje srityje, pabandykite plėtoti savo originalus stilius„Ir nepraktikuokite kartojimo“, – pataria Michaela Rainies. „Tai ypač svarbu tokiais subtiliais ir plačiai nukopijuotais mėgėjų lygiu kaip HDR.

Atlikdamas tolesnį apdorojimą po tonų atvaizdavimo proceso, fotografas teikia pirmenybę sluoksnių kaukėms ir suliejimui ant jų (Blur grupės įrankiai, ypač Gauso suliejimas). Iš sluoksnių maišymo režimų Michaela mėgsta perdangą ir spalvą, kurios leidžia pasiekti norimą kontrasto lygį. Gustavo Orensteinas ir Jesperas Christensenas čia taip pat prideda „Soft Overlay“. Jesperas dirba su šiuo sluoksniu Dodge ir Burn įrankių šepečiais. Pirmoji padeda aiškiau nupiešti detales šešėliuose, antroji padeda sukurti dramatišką kontrastą. Tiek Michaela, tiek Gustavo negali atlikti savo darbo be jų. Nors Gianluca labiau mėgsta tamsinti ir pašviesinti įprastą dažų teptuką Overlay sluoksnio maišymo režimu su minimaliu skaidrumo (nepermatomumo) lygiu. Kad vaizdai būtų tinkami spalvų sodrumas veikia su atspalvio / sodrumo ir pasirinktiniais spalvų nustatymais. Gianluca sukuria pasikartojantį sluoksnį; Jis taiko Gauso suliejimo filtrą (spindulys 4 pikseliai, skaidrumas 13%) ir perdengia jį dauginimo arba perdangos režimu. Tada jis iškviečia kitą dublikatą ir dirba su atskirų jame esančių spalvų, ypač baltos, juodos ir neutralios pilkos, sodrumo lygiais, kurie sukuria papildomą plataus dinaminio diapazono pojūtį. Iš keturių mūsų ekspertų tik Jesperas Christensenas aktyviai naudoja Wacom skaitmenines grafikos planšetes, bet jis puikiai išsiverstų ir be jų – jam reikia įrenginių kitiems projektams.

Paprastai kalbant, tolesnis HDR vaizdų apdorojimas, žinoma, yra grynai asmeninis klausimas, priklausantis ne tiek nuo techninių programos galimybių, kiek nuo subjektyvios menininko kūrybinės vizijos. O kalbėti apie šimtus individualių kiekvieno iš šių dienų autorių pageidavimų būtų beprasmiška. Kai kurie žmonės, kaip Michaella, siekia paprastumo rinkdamiesi įrankius vizualinėms užduotims įgyvendinti. Pavyzdžiui, jai „Photoshop shadow/highlight“ yra brangesnis už visus brangiausius ir įmantriausius įskiepius. O kažkas, kaip maestro Orensteinas, toliau eksperimentuoja su Photomatix, HDR Shop, Light Gen ir panašiais DD plėtikliais. Patyrusiems grafinių redaktorių naudotojams turbūt svarbiau susikoncentruoti ne į naujų programinės įrangos produktų įsisavinimą, o į savo stiliaus kūrimą ir holistinio kūrybiškumo savyje puoselėjimą. Tuo tarpu pradedantiesiems norėčiau patarti nepasimesti techniniuose aspektuose, o pradėti nuo aukštos meninės vizijos ir darbo vietos formavimo šiam nuostabiam ir perspektyviam nuotraukų iliustracijos žanrui.

Plataus dinaminio diapazono vaizdo kameros

Plataus dinaminio diapazono (WDR) kameros sukurtos taip, kad būtų užtikrintas aukštos kokybės vaizdas esant foniniam apšvietimui ir esant tiek labai ryškioms, tiek labai tamsioms sritims ir detalėms kadre. Tai neleidžia šviesioms sritims būti prisotintoms, o tamsioms – per tamsioms. Tokios kameros dažniausiai rekomenduojamos stebint objektą, esantį priešais langus, iš užpakalio apšviestose duryse ar vartuose, taip pat esant dideliam objektų kontrastui.

Vaizdo kameros dinaminis diapazonas paprastai apibrėžiamas kaip ryškiausios vaizdo dalies ir tamsiausios to paties vaizdo dalies santykis, ty viename kadre. Šis santykis kitaip vadinamas maksimaliu vaizdo kontrastu.

Dinaminio diapazono problema

Deja, tikrasis vaizdo kamerų dinaminis diapazonas yra griežtai ribotas. Jis yra žymiai siauresnis nei daugumos realių objektų, peizažų ir net filmų bei fotografinių scenų dinaminis diapazonas. Be to, stebėjimo kamerų naudojimo sąlygos dažnai būna toli gražu ne optimalios esančios ryškiai apšviestų sienų ir objektų fone arba fone „Nuotraukoje“ gali būti ryškių dėmių su per didelėmis ryškumo gradacijomis, kurias sunku perteikti naudojant standartines kameras. Pavyzdžiui, įprastos gatvės saulės šviesoje ir šešėlių nuo namų kontrastas yra nuo 300:1 iki 500:1. tamsios arkos ar vartų perėjos su saulės apšviestu fonu kontrastas siekia 10 000:1, interjeras. tamsus kambarys prieš langus turi kontrastą iki 100 000:1.

Gauto dinaminio diapazono plotį riboja keli veiksniai: paties jutiklio (fotodetektoriaus), apdorojimo procesoriaus (DSP) ir ekrano (vaizdo valdymo įrenginio) diapazonai. Įprastų CCD (CCD matricų) maksimalus kontrastas yra ne didesnis kaip 1000:1 (60 dB) intensyvumo. Tamsiausią signalą riboja terminis triukšmas arba jutiklio „tamsi srovė“. Ryškiausią signalą riboja įkrovos kiekis, kurį galima išsaugoti atskirame pikselyje. Paprastai CCD yra sukonstruoti taip, kad šis įkrovimas būtų maždaug 1000 tamsių įkrovimų dėl CCD temperatūros.

Dinaminis diapazonas gali būti žymiai padidintas specialioms fotoaparatų programoms, pavyzdžiui, moksliniams ar astronominiams tyrimams, aušinant CCD ir naudojant specialias skaitymo ir apdorojimo sistemas. Tačiau tokie metodai, būdami labai brangūs, negali būti plačiai naudojami.

Kaip minėta pirmiau, daugeliui užduočių reikalingas 65–75 dB (1:1800–1:5600) dinaminis diapazonas, todėl rodant sceną net su 60 dB diapazonu, tamsiose vietose esančios detalės bus prarastos dėl triukšmo ir šviesiose srityse bus prarastos detalės arba diapazonas bus nutrauktas iš karto. Nuskaitymo sistemos, analoginiai stiprintuvai ir analoginio-skaitmeninio keitikliai (ADC), skirti vaizdo įrašams realiuoju laiku, riboja CCD signalą iki 8 bitų (48 dB) dinaminio diapazono. Šis diapazonas gali būti išplėstas iki 10–14 bitų naudojant atitinkamus ADC ir analoginio signalo apdorojimą. Tačiau šis sprendimas dažnai pasirodo esąs nepraktiškas.

Kitas alternatyvus grandinės tipas naudoja netiesinę transformaciją logaritminės funkcijos arba jos aproksimacijos forma, kad suspaustų 60 dB CCD išvesties signalą į 8 bitų diapazoną. Paprastai tokie metodai slopina vaizdo detales.

Paskutinis (minėtas aukščiau) ribojantis veiksnys yra vaizdo rodymas. Įprasto CRT monitoriaus, veikiančio šviesioje patalpoje, dinaminis diapazonas yra apie 100 (40 dB). LCD monitorius yra dar labiau ribotas. Vaizdo įrašo kelio generuojamas signalas, net ir apribotas iki 1:200 kontrasto, rodant bus sumažintas dinaminiame diapazone. Norėdami optimizuoti ekraną, vartotojas dažnai turi reguliuoti monitoriaus kontrastą ir ryškumą. Ir jei jis nori gauti didžiausio kontrasto vaizdą, jis turės paaukoti dalį dinaminio diapazono.

Standartiniai sprendimai

Yra du pagrindiniai technologiniai sprendimai, naudojami siekiant užtikrinti didelį dinaminį diapazoną fotoaparatams:

• kelių kadrų ekranas – vaizdo kamera užfiksuoja kelis pilnus vaizdus arba atskiras jo sritis. Be to, kiekviena „nuotrauka“ rodo skirtingą dinaminio diapazono sritį. Tada fotoaparatas sujungia šiuos skirtingus vaizdus, ​​kad sukurtų vieną didelio dinaminio diapazono (WDR) vaizdą;
• netiesinių, dažniausiai logaritminių, jutiklių naudojimas – tokiu atveju jautrumo laipsnis skirtinguose apšvietimo lygiuose yra skirtingas, o tai leidžia pasiekti platų dinaminį vaizdo ryškumo diapazoną viename kadre.

Naudojami įvairūs šių dviejų technologijų deriniai, tačiau labiausiai paplitusi yra pirmoji.

Norint gauti vieną optimalų vaizdą iš kelių, naudojami 2 būdai:

• lygiagretus dviejų ar daugiau jutiklių vaizdas, sudarytas iš bendros optinės sistemos. Tokiu atveju kiekvienas jutiklis užfiksuoja skirtingą scenos dinaminio diapazono dalį dėl skirtingo ekspozicijos laiko (akumuliacijos), skirtingo optinio slopinimo atskirame optiniame kelyje arba naudojant skirtingo jautrumo jutiklius;
• nuoseklus vaizdo rodymas vienu jutikliu su skirtingu ekspozicijos (akumuliacijos) laiku. Ekstremaliais atvejais daromi bent du atvaizdai: vienas su maksimaliu, o kitas su daugiau trumpą laiką kaupimas.

Nuoseklus ekranas, kaip paprasčiausias sprendimas, dažniausiai naudojamas pramonėje. Ilgalaikis kaupimas užtikrina tamsiausių objekto vietų matomumą, tačiau ryškiausi fragmentai gali būti neapdoroti ir netgi sukelti fotodetektoriaus prisotinimą. Vaizdas, gautas su mažu kaupimu, tinkamai atvaizduoja šviesius vaizdo fragmentus, neapdorodamas tamsių sričių, kuriose yra triukšmo lygis. Fotoaparato vaizdo signalų procesorius sujungia abu vaizdus, ​​paimdamas šviesias dalis iš „trumpo“ vaizdo, o tamsias – iš „ilgo“ vaizdo. Derinimo algoritmas, leidžiantis sukurti sklandų vaizdą be siūlės, yra gana sudėtingas, todėl čia jo neliesime.

Pirmoji koncepciją sujungti du skirtingu gavimo laiku gautus skaitmeninius vaizdus į vieną vaizdą su plačiu dinaminiu diapazonu pristatė kūrėjų grupė, vadovaujama profesoriaus I.I. Zivi iš Tech-nion, Izraelis. 1988 metais ši koncepcija buvo užpatentuota (Y.Y. Zeevi, R. Ginosar ir O. Hilsenrath „Wide Dynamic Range Camera“), o 1993 metais buvo panaudota kuriant komercinę medicininę vaizdo kamerą.

Šiuolaikiniai techniniai sprendimai

Šiuolaikiniuose fotoaparatuose, siekiant išplėsti dinaminį diapazoną, pagrįstą dviejų vaizdų gavimu, naudojamos Sony dvigubo nuskaitymo matricos (Double Scan CCD) ICX 212 (NTSC), ICX213 (PAL) ir specialūs vaizdo procesoriai, pavyzdžiui, SS-2WD arba SS-3WD. daugiausia naudojamas. Pastebėtina, kad tokių matricų SONY asortimente rasti nepavyksta ir ne visi gamintojai nurodo jų naudojimą. Fig. 1 schematiškai pavaizduotas dvigubo kaupimo principas. Laikas rodomas NTSC formatu.

Diagramos rodo, kad jei įprasta kamera sukaupia 1/60 s lauką (PAL-1/50 s), tai WDR kamera sukompiliuoja dviejų vaizdų lauką, gautą sukaupus per 1/120 s (PAL-1/100 s). ) kai kurioms apšviestoms detalėms ir per 1/120–1/4000 s – stipriai apšviestoms detalėms. 1 nuotraukoje rodomi kadrai su skirtingomis ekspozicijomis ir WDR režimo sumavimo (apdorojimo) rezultatas.

Ši technologija leidžia „pakelti“ dinaminį diapazoną iki 60–65 dB. Deja, WDR numerius dažniausiai pateikia tik geriausi gamintojai kainų kategorija, likusi dalis apsiriboja informacija apie funkcijos buvimą. Esamas koregavimas paprastai graduojamas santykiniais vienetais. 2 nuotraukoje parodytas standartinės ir WDR kameros lyginamojo bandymo pavyzdys, kai tikrinama šviesa iš stiklinės vitrinos ir durų. Yra kamerų modelių, kurių dokumentacijoje rašoma, kad jie veikia WDR režimu, tačiau apie reikalingą specialių elementų bazę neužsimenama. Tokiu atveju natūraliai gali kilti klausimas, ar deklaruojamas WDR režimas yra toks, kokio tikimės? Klausimas teisingas, nes net mobilieji telefonai jau naudoja automatinį ryškumo valdymo režimą įtaisytosios kameros, vadinamos WDR, vaizdui. Kita vertus, yra modelių su deklaruotu dinaminio diapazono išplėtimo režimu, vadinamu Easy Wide-D arba EDR, kurie veikia su standartiniais CCD. Jei šiuo atveju nurodoma plėtimosi vertė, ji neviršija 20-26 dB. Vienas iš būdų išplėsti dinaminį diapazoną yra Panasonic Super Dinamic III technologija. Jis taip pat pagrįstas dviguba kadro ekspozicija 1/60 s (1/50C-PAL) ir 1/8000 s (po to atliekama histogramos analizė, vaizdo padalijimas į keturias parinktis su skirtinga gama korekcija ir sumaniu jų sumavimu DSP. ). Fig. 2 paveiksle pateikta apibendrinta šios technologijos struktūra. Tokia sistema dinaminį diapazoną išplečia iki 128 kartų (42 dB).

Perspektyviausia technologija, leidžianti išplėsti televizijos kameros dinaminį diapazoną, yra skaitmeninių pikselių sistemos (DPS) technologija, sukurta Stanfordo universitete 1990 m. ir patentuotas PIXIM Inc. Pagrindinė DPS naujovė yra ADC naudojimas, norint konvertuoti fotoįkrovos vertę į savo skaitmeninė vertė tiesiai kiekviename jutiklio pikselyje. CMOS (CMOS) jutiklių matricos apsaugo nuo signalo kokybės pablogėjimo, o tai padidina bendrą signalo ir triukšmo santykį. DPS technologija leidžia apdoroti signalą realiu laiku.

PIXIM technologija vaizdui sukurti naudoja techniką, vadinamą kelių mėginių ėmimu aukščiausios kokybės ir suteikia platų keitiklio (šviesos/signalo) dinaminį diapazoną. PIXIM DPS technologija naudoja penkių lygių daugialypį mėginį, leidžiantį gauti signalą iš jutiklio su viena iš penkių ekspozicijos verčių. Ekspozicijos metu matuojama kiekvieno kadro pikselio apšvietimo vertė (standartiniam vaizdo signalui – 50 kartų per sekundę). Vaizdo apdorojimo sistema nustato optimalus laikas ekspoziciją ir išsaugo gautą reikšmę, kol pikselis tampa per daug prisotintas ir tolesnis įkrovos kaupimasis nustos. Ryžiai. 3 paaiškina adaptyvaus kaupimo principą. Šviesos pikselio reikšmė išsaugoma ekspozicijos laiku T3 (kol pikselis yra 100 % prisotintas). Tamsus pikselis kaupė krūvį lėčiau, todėl jo vertė išliko laiku T6. Išsaugotos vertės (intensyvumas, laikas, triukšmo lygis), išmatuotos kiekviename pikselyje, vienu metu apdorojamos ir konvertuojamos į aukštos kokybės vaizdą. Kadangi kiekvienas pikselis turi savo įmontuotą ADC, o šviesos parametrai matuojami ir apdorojami nepriklausomai, kiekvienas pikselis efektyviai veikia kaip atskira kamera.

PIXIM vaizdo gavimo sistemos, pagrįstos DPS technologija, susideda iš skaitmeninio vaizdo jutiklio ir vaizdo procesoriaus. Šiuolaikiniai skaitmeniniai jutikliai naudoja 14 ir net 17 bitų kvantavimą. Palyginti mažas jautrumas, kaip pagrindinis CMOS technologijos trūkumas, būdingas ir DPS. Tipiškas šios technologijos kamerų jautrumas ~1 liuksas. Tipiškas 1/3" formato signalo ir triukšmo santykis yra 48–50 dB. Deklaruojamas didžiausias dinaminis diapazonas yra iki 120 dB s tipinė vertė 90-95 dB. Galimybė reguliuoti kiekvieno jutiklio matricos pikselio kaupimo laiką leidžia formuojant vaizdą naudoti tokį unikalų signalų apdorojimo metodą kaip vietinių histogramų derinimo metodas, kuris gali žymiai padidinti vaizdo informacijos turinį. Technologija leidžia visiškai kompensuoti foninį apšvietimą, išryškinti detales, įvertinti ne tik pirmame, bet ir vaizdo fone esančių objektų bei detalių erdvinę padėtį. 3, 4 ir 5 nuotraukose rodomi kadrai, padaryti naudojant standartinę CCD ir PIXIM kamerą.

Praktika

Taigi galime daryti išvadą, kad šiandien, jei reikia, atlikite vaizdo stebėjimą sunkiomis sąlygomis Su didelio kontrasto apšvietimu galite pasirinkti fotoaparatą, kuris tinkamai perteikia visą objektų ryškumo diapazoną. Šiuo tikslu geriausia naudoti vaizdo kameras su PIXIM technologija. Gana gerus rezultatus suteikia dvigubu nuskaitymu pagrįstos sistemos. Kaip kompromisą galime laikyti pigias televizijos kameras, pagrįstas standartinėmis matricomis ir elektroninėmis sistemomis EWD bei kelių zonų BLC. Natūralu, kad pageidautina naudoti įrangą su nurodytomis charakteristikomis, o ne tik paminėjus konkretaus režimo buvimą. Deja, praktikoje konkrečių modelių rezultatai ne visada atitinka lūkesčius ir reklaminius teiginius. Bet tai jau kitos diskusijos tema.