Индустрия производства развивается с высокой скоростью. Каждый год на выставках производители представляют новейшие технологии, позволяющие улучшить телевизоры и убедить людей, что пришло время для обновления.
Эволюция
Последние несколько лет провели нас от моделей с экранами на электронно-лучевой трубке до тонких телевизоров. Наблюдался взлет плазменных панелей и их падение. Затем пришла эра высокой четкости, полная поддержка HD и Ultra HD. Были эксперименты и с популярным трехмерным форматом, а также с формой экрана: его делали то плоским, то изогнутым. И вот наступил новый виток этой телевизионной эволюции - телевизоры с HDR. Именно 2016 год стал новой эрой в телевизионной промышленности.
в телевизоре?
Данная аббревиатура расшифровывается как «расширенный динамический диапазон». Технология дает возможность с максимальной точностью приблизить созданную картинку к тому, что человек видит в реальной жизни. Сам по себе наш глаз воспринимает сравнительно маленькое число деталей на свету и в тенях в один момент времени. Но после того как зрачки адаптируются к текущим условиям освещения, их чувствительность увеличивается почти вдвое.
Фотоаппараты и телевизоры с HDR: в чем отличия?
В обоих видах техники задача данной функции является одинаковой - с максимальной достоверностью передать окружающий мир.
Из-за ограничений матриц фотокамер делают несколько снимков с различной экспозицией. Один кадр является очень темным, другой - немного светлее, еще два - очень светлые. Все они потом соединяются при помощи специальных программ вручную. Исключением являются фотоаппараты со встроенной функцией склеивания кадров. Смыслом данной манипуляции является вытаскивание всех деталей из теней и светлых областей.
Телевизоры с поддержкой HDR производители сделали акцентированными на яркости. Так, в идеале устройство должно быть способно в произвольной точке выдавать значение в 4000 кандел на квадратный метр. Но при этом детализация в тенях не должна быть завалена.
Для чего нужен HDR?
Самыми важными параметрами для качества отображаемой картинки являются точность цветопередачи и контрастность. Если поставить рядом 4K-телевизор с HDR-телевизором, который имеет лучшую цветопередачу и увеличенный диапазон контрастности, то большая часть людей остановит свой выбор на втором варианте. Ведь на нем картинка выглядит менее плоско и более реалистично.
Телевизоры с HDR обладают увеличенной градацией, что позволяет получить большее число оттенков различных цветов: красного, синего, зеленого, а также их комбинаций. Таким образом, смыслом моделей с HDR является отображение более контрастной и полноцветной картинки, чем у других телевизоров.
Возможные проблемы
Для того чтобы в полной мере насладиться всеми плюсами технологии, к сожалению, нужны не только телевизоры с HDR, но и контент, который будет соответствовать технологии. В принципе, телевизоры с расширенным динамическим диапазоном изображения делают уже вполне качественно. Яркость моделей поднята в два раза, а подсветка стала локальной и прямой, то есть в одном кадре могут с различной яркостью подсвечиваться разные фрагменты. Самый с HDR является не совсем дешевым. Его стоимость - около 160 тысяч рублей. Эта модель - телевизор Sony. С HDR есть 55-дюймовый и 65-дюймовый экраны. К сожалению, бюджетные модели имеют недостаточную пиковую яркость, а подсветка в них не регулирует произвольные области матрицы. Также у них очень скромное количество передаваемых оттенков цветов.
Сложность использования старых моделей заключается в том, что эффект может быть противоположным тому, который задумал режиссер при съемке своего творения. Ведь совместно с колористами была разработана цветовая схема, а кадры были окрашены с использованием обширной палитры цветов, предоставленных специальным стандартом в кинематографе. Предыдущие модели телевизоров с таким стандартом не работают, так как не способны отобразить некоторые оттенки. Именно поэтому телевизионные версии фильмов смотрятся более бледно, чем должны.
Новые телевизоры с поддержкой HDR могут менять цветовую схему таким способом, как им захочется, применяя свои собственные алгоритмы, которые о видении режиссера не знают. По этой причине создатели придумали технологию, при которой совместно с видеосигналом передаются специальные метаданные, содержащие информацию с алгоритмами изменения картинки под телевизоры с функцией HDR. Теперь устройство знает, где необходимо осветлить, а где затемнить, а также то, в какие моменты нужно добавить какой-то оттенок. И если модель телевизора поддерживает такие возможности, то картинка будет выглядеть точно так, как хотел режиссер.
Контент скоро появится
На текущий момент времени телевизоры с HDR имеют ничтожно малое количество контента. Так, всего несколько названий предоставлено сервисами онлайн-видео, а также последний эпизод фильма «Звездные войны» снят и отредактирован в формате, похожем на HDR. Из-за этого может сформироваться мнение, что нет смысла в покупке телевизоров, поддерживающих расширенный динамический диапазон.
Однако это не так. Есть компании, которые предоставляют возможности для того, чтобы конвертировать видеоконтент в псевдо-HDR. Конечно, это не делается нажатием на одну кнопку, которая моментально в автоматическом режиме улучшит изображение без всякой посторонней помощи. Но есть набор утилит, которые во много раз облегчат работу, связанную с восстановлением задуманной режиссером и колористами цветовой схемы. А это значит, что со временем объемы контента высокого качества будут увеличиваться.
Варианты HDR
Так же как и с ранее выходившими технологиями HD и Blu-Ray, есть несколько мнений о том, как все должно быть реализовано. Поэтому HDR поделился на форматы. Самым распространенным является формат HDR10. Он поддерживается всеми телевизорами с HDR. В данном формате метаданные целиком присоединены к видеофайлу.
Следующий варианта - это Dolby Vision. Тут каждая сцена обрабатывается отдельно. Картинка из-за этого выглядит лучше. В России такой вариант поддерживается только телевизорами от LG. Проигрывателей с его поддержкой пока нет, так как современные модели слабы, и их процессоры не могут потянуть такую нагрузку. Владельцы же моделей с HDR10 с выходом обновлений получат обработку видео, приближенную к DV.
Требования
В 2016 году HDR-телевизоры стали массово появляться на рынке. Почти каждое устройство с поддержкой 4K может понимать этот формат. Но, к сожалению, понимать - это одно, а правильно отображать - совсем другое.
Идеальный вариант - это телевизор с OLED-матрицей и поддержкой 4K, который способен делать любой пиксель максимально ярким или же затемнять его. Подойдут и модели, обладающие ковровой подсветкой из светодиодов, которые индивидуально либо в группах регулируют яркость своих областей матрицы.
Обновление
Если ваш телевизор поддерживает технологию HDMI 2.0, то есть очень большая вероятность, что в ближайшее время будет получено программное обновление до нового стандарта, который нужен для того, чтобы передавать метаданные. Эти два стандарта полностью совместимы физически. Разница заключается лишь в способах программной обработки видеопотока.
Как это самое обновление получить, если оно не пришло автоматически? Необходимо зайти в настройки телевизора и выбрать пункт "Поддержка". Здесь должна быть возможность обновления, при выборе которой нужно будет подтвердить действие и выбрать загрузку по сети. Далее система сама отыщет новую прошивку и предложит ее установить.
Вывод
Как уже было сказано в начале статьи, большее число людей выберут полноцветную картинку, а не изображение с высоким разрешением. Это вполне логично. Ведь много пикселей - это, несомненно, хорошо, но еще лучше, когда пиксели хорошие. Список телевизоров с поддержкой HDR пока невелик. Такие модели есть у LG, Sony и Samsung.
Развитие технологии кажется значительно более перспективным, чем гонка за разрешением. На последних телевизионных выставках анонсированы новые модели, которые должны не только поддерживать высочайшее разрешение, но и давать высокую яркость, а также демонстрировать определенные уровни черного цвета и охватывать большое число оттенков. Нужно отметить, что формат HDR по умолчанию заявлен во множестве моделей, которые выйдут в 2017 году. Проблема может заключаться лишь в стандартах. Производителям контента и телевизоров нужно ее решать, и текущий год, судя по всему, будет посвящен именно этому.
Таким образом, мы выяснили, что такое HDR в телевизоре, для чего нужна эта технология, какие у нее преимущества и недостатки. Конечно, на сегодняшний день нельзя настоятельно рекомендовать любителям телевидения переходить на новые модели, так как технология все еще находится на стадии развития. Но, зная современные темпы развития, можно с уверенностью сказать, что через год HDR достигнет качественно иного уровня и все больше людей начнут приобретать телевизоры, поддерживающие расширенный диапазон. К этому времени производители контента как раз смогут произвести большое число фильмов и сериалов в формате HDR, и просмотр телевизора будет приносить еще большее любителям красивой картинки.
Функция DWDR представляет собой функцию расширенного динамического диапазон а. Она применяется в современных камерах видеонаблюдения для улучшения качества изображения. Это относится как к черно-белому, так и к цветному видео. Применяя эту опцию, владелец системы сможет увидеть те детали, которые иначе бы остались «за кадром». Например - даже при недостаточном освещении он сможет рассмотреть и часть объекта, находящуюся на свету, и то, что расположено в тени.
Обычно камеры «обрезают» лишнее, и темные участки смотрятся абсолютно черными, и увидеть что-либо можно лишь там, куда падает больше всего света. Применение других функций для улучшения качества изображения не позволяет сделать его более контрастным, передав все оттенки цветов (а не просто черный, белый и серый).
Например:
Увеличив время диспозиции, удастся лучше рассмотреть каждый фрагмент, но такой вариант неприемлем, если требуется вести съемку движущихся предметов;
Обработка картинки с целью усиления затемненных зон сделает их более яркими, но одновременно засветит те области, которые и так были хорошо заметны.
При описании технология DWDR способность камер к работе с изображением измеряется в децибелах. Оптимальный вариант - когда можно с одинаковой четкостью рассмотреть и то, что происходит на освещенной стороне (улицы), и на противоположной, находящейся в тени. Поэтому для уличных камер слежения этот параметр даже более важен, чем четкость.
Показатель в 2-3 и более мегапикселей вовсе не говорит о хорошей светочувствительности или высокой контрастности картинки. Подобная камера может выиграть только при хорошем освещении, но ночью или в тени покажет себя не лучшим образом.
Виды WDR
Что это - DWDR мы ответили. Но необходимо описать отличия двух распространенных способов, с помощью которых реализована эта функция:
WDR или RealWDR - технология, основанная на аппаратных методах;
DWDR или DigitalWDR - технология, основанная на программных методах.
Камеры с WDR используют двукратное (иногда четырехкратное) сканирование объекта. То есть, сначала делается снимок с обычной экспозицией, позволяющей увидеть детали на освещенной стороне. Затем производится съемка с увеличенной экспозицией - освещенная область засвечивается, а теневая становится более светлой. На третьем этапе оба кадра накладываются друг на друга, формируя уже ту картинку, которую увидит оператор.
Если в камере используется DWDR (обычно это IP-системы), все действия происходят исключительно за счет программ обработки изображения. Они сами определяют, какие зоны нужно сделать более яркими, контрастными, и не трогают те, которые и так хорошо просматриваются. Такой подход дает большую отдачу, но и требует дополнительной мощности от системы.
Зависимость от разрешения
Что значит DWDR для системы наблюдения на объекте? В первую очередь это возможность вести наблюдение при любых (в разумных пределах) условиях освещенности. Поэтому, приобретая камеру, необходимо смотреть не только на ее разрешение и угол обзора, но и на другие параметры.
В последние годы стоимость аппаратуры с указанной функцией падает в цене, однако все еще ощущается разница между ней и «простыми» видеокамерами. Если вы приобретаете оборудование из нижнего или среднего ценового сегмента, скорее всего, придется пожертвовать либо разрешение, либо дополнительными опциями.
Далеко не всегда нужна картинка в несколько мегапикселей, но и не везде требуется DWDR. Можно посоветовать, лишь отталкиваться от конкретных задач для конкретного объекта и выбирать оборудование уже на основании этого.
Динамический диапазон (сокращенно - ДД) применительно к фотографии - это способность светочуствительного материала (фотоплёнки, фотобумаги) или прибора (матрицы цифрового фотоаппарата) фиксировать и передавать без искажений весь спектр яркостей и цветов окружающего мира. По крайней мере, ту часть яркостей и цветов, которую воспринимать человеческий глаз.
Сразу хочу заметить, что возможности фотоаппарата значительно уступают возможностям человеческого зрения.
Цифровой фотоаппарат "видит" совсем не то, что выдит человек.
Современный цифровой фотоаппарат способен воспринимать
очень узкий диапазон светов и цветов реального мира.
Цифровой фотоаппарат, даже самая дорогая зеркалка, воспринимает намного меньше оттенков цветов, чем человек, однако он "способен увидеть", то что не воспринимается зрением человека, например часть ультрафиолетового спектра. Т.е. у фотоаппарата смещён диапазон восприятия - так бы сказал физик или биолог:о)
Кроме того, цифровой фотоаппарат не способен одновременно правильно передать как яркие так и тёмные объекты. Здесь бы физик сказал, что у матрицы фотоаппарата узкий динамический диапазон - ДД.
О тчего зависит динамический диапазон (ДД)
современного цифрового фотоаппарата?
В первую очередь динамический диапазон фотоаппарата зависит от характеристик матрицы. Я умышленно не называю конкретные характеристики матрицы потому, что во-первых - это слишком сложно для начинающего фотографа, а во-вторых - нужно ли фотографу это знать вообще? Понятно, что любому фотографу хочется заполучить фотоаппарат с уникально широким ДД, однако каждый производитель фотоаппаратов всячески расхваливает свою продукцию, но убедительных сравнительных тестов я пока нигде не нашёл...
А насколько вообще объективны и важны подобные тесты и сравнения? Полагаю, что во времена рыночной экономики с её жесткой конкуренцией в одной ценовой категории динамический диапазон матриц цифровых фотоаппаратов от разных производителей очень похожи, впрочем как и другие параметры.
Заметить разницу без использования специального оборудования практически нереально, а вашего зрителя прежде всего интересует визуальное восприятие вашего фото-шедевра, но никак уж не характеристики вашего фотоаппарата и, уж тем более, динамический диапазон матрицы, о котором ваш зритель даже и не догадывается... Если я не прав - киньте в меня камень:о)
Но всё-таки, что же делать фотографу, ведь количество сюжетов, укладывающихся в динамический диапазон современных цифровых фотоаппаратов очень мал и перед фотографом всегда стоит выбор - чем пожертвовать при фотосъёмке: деталями в тенях или в ярко освещённых областях кадра?
Пословица о том, что красота требует жертв здесь абсолютно неприемлема - часто смертельно трудно выбрать "жертву" без потери замысла... :о(
Взгляните хотя бы на эти фотографии, абсолютно не претендующие на роль шедевра, но сделанные в одно и тоже время, одним и одним и тем же фотоаппаратом с применением эксповилки, чтобы проиллюстрировать недостаточность ДД при съёмке самого обычного сюжета:
Яркость объектов в кадре на обоих фотографиях не уместилась в ДД матрицы фотоаппарата
Оказывается, в не самый яркий солнечный день (на небе таки есть облака) нелегко получить правильно экспонированный фото-снимок: выбирай фотограф, что тебе важнее - небо или горы? - и всё это из-за слишком узкого динамического диапазона современных цифровых фотоаппаратов:о(
Как расширить динамический диапазон
Конечно, помня о динамическом диапазоне, можно сделать побольше дублей с разной экспозицией, а потом выбрать лучший... но никто не гарантирует, что этот приём сработает - проблема то не в неправильности экспозиции, а в её большой разнице на разных участках кадра! Да и сюжет ждать не будет, особенно если объект съёмки двигается...
Но выход всё же есть: нам поможет...компьютер. Это ещё один камень в сторону противников компьютерной обработки фотографии. Отлично, если ваш фотоаппарат может снимать в RAW формате. Из одного RAW файла можно получить несколько JPEG файлов, каждый из которых будет отвечать за свой участок изображения. не составит большого труда.
Но даже при съёмке в JPEG формате, не всё потеряно. При съёмке пейзажа применяйте , желательно совместно со штативом - это позволит избежать проблем с совмещением разных кадров. Иначе вам придётся потратить достаточно времени, чтобы отретушировать границы переходов частей фотографии.
Если вы фотографировали без эксповилки - можно попробовать сделать несколько дублей исходной фотографии , а потом уже склеить полученные файлы. Здесь главное не перестараться, иначе результат может сильно отличаться от реального изображения.
Динамический диапазон в фотографии описывает соотношение между максимальной и минимальной измеримой интенсивностью света (белым и чёрным, соответственно). В природе не существует абсолютно белого или чёрного - только различные степени интенсивности источника света и отражательной способности предмета. В силу этого концепция динамического диапазона усложняется и зависит от того, описываете ли вы записывающий прибор (такой как камера или сканер), воспроизводящий (такой как отпечаток или дисплей компьютера) или собственно предмет.
Как и при управлении цветом, каждое устройство в приведенной выше цепи передачи изображения имеет свой собственный динамический диапазон. В отпечатках и дисплеях ничто не может стать ярче, чем белизна бумаги или максимальная интенсивность пикселя, соответственно. По сути, ещё один прибор, который не был упомянут выше, это наши глаза, у которых тоже есть свой собственный динамический диапазон. Передача информации из изображения между устройствами таким образом может повлиять на его воспроизведение. Следовательно, концепция динамического диапазона полезна для относительного сравнения исходной сцены, вашей камеры и изображения на вашем экране или на отпечатке.
Влияние света: освещённость и отражение
Сцены с высокими вариациями яркостей отражённого света, например, содержащие чёрные объекты вдобавок к сильным отражениям, могут в действительности иметь более широкий динамический диапазон, чем сцены с большой вариативностью падающего света. В любом из этих случаев фотографии могут запросто превысить динамический диапазон вашей камеры, особенно если не следить за экспозицией.
Точное измерение интенсивности света, или освещённости, следовательно, является критическим для оценки динамического диапазона. Здесь мы используем термин «освещённость», чтобы определить исключительно падающий свет. Как освещённость, так и яркость обычно измеряются в канделах на квадратный метр (кд/м 2). Приблизительные значения для часто встречающихся источников освещения приведены ниже.
Здесь мы видим, что возможны большие вариации в падающем свете, поскольку вышеприведенная диаграмма отградуирована в степенях десяти. Если сцена неравномерно освещена как прямым, так и рассеянным солнечным светом, одно это может невероятно расширить динамический диапазон сцены (как видно из примера с закатом в каньоне с частично освещённой скалой).
Цифровые камеры
Несмотря на то, что физический смысл динамического диапазона в реальном мире - это всего лишь соотношение между наиболее и наименее освещёнными участками (контраст), его определение становится более сложным при описании измерительных приборов, таких как цифровые камеры и сканеры. Вспомним из статьи о сенсорах цифровых камер , что свет сохраняется каждым пикселем в своего рода термосе. Размер каждого такого термоса, в дополнение к тому как оценивается его содержимое, и определяет динамический диапазон цифровой камеры.
Фотопиксели удерживают фотоны, как термосы сохраняют воду. Следовательно, если термос переполняется, вода выливается наружу. Переполненный фотопиксель называют насыщенным, и он неспособен распознать дальнейшее поступление фотонов - тем самым определяя уровень белого камеры. Для идеальной камеры её контраст в таком случае определялся бы числом фотонов, которое может быть накоплено каждым из фотопикселей, поделенным на минимальную измеримую интенсивность света (один фотон). Если в пикселе может сохраниться 1000 фотонов, контрастность будет 1000:1. Поскольку ячейка большего размера может накопить больше фотонов, у цифровых зеркальных камер динамический диапазон обычно больше, чем у компактных камер (в силу большего размера пикселей).
Примечание: в некоторых цифровых камерах существует дополнительная настройка низкого ISO, которая снижает шум, но также и сужает динамический диапазон. Это происходит потому, что такая настройка в действительности переэкспонирует изображения на одну ступень и впоследствии обрезает яркости - увеличивая таким способом светосигнал. Примером могут служить многие камеры Canon, которые имеют возможность снимать в ISO 50 (ниже обычного ISO 100).
В действительности потребительские камеры не могут подсчитать фотоны. Динамический диапазон ограничен наиболее тёмным тоном, для которого более невозможно различить текстуру - его называют уровнем чёрного. Уровень чёрного ограничен тем, насколько точно можно измерить сигнал в каждом фотопикселе и, следовательно, ограничен снизу уровнем шума . В результате динамический диапазон как правило увеличивается при снижении числа ISO, а также у камер с меньшей погрешностью измерения .
Примечание: даже если бы фотопиксель мог подсчитать отдельные фотоны, подсчёт тем не менее был бы ограничен фотонным шумом. Фотонный шум создаётся статистическими колебаниями и представляет теоретический минимум шума. Итоговый шум является суммой фотонного шума и погрешности считывания.
В целом, динамический диапазон цифровой камеры таким образом может быть описан как соотношение между максимальной (при насыщении пикселя) и минимальной (на уровне погрешности считывания) измеримой интенсивностью света. Наиболее распространённой единицей измерения динамического диапазона цифровых камер является f-ступень, которая описывает разницу в освещённости в степенях числа 2. Контраст 1024:1 в таком случае может быть также описан как динамический диапазон из 10 f-ступеней (поскольку 2 10 = 1024).В зависимости от применения, каждая f-ступень может быть также описана как «зона» или «eV».
Сканеры
Сканеры оцениваются по тому же соотношению насыщенности и шума, как и динамический диапазон цифровых камер, за исключением того, что они описываются в терминах плотности (D). Это удобно, поскольку концептуально аналогично тому, как пигменты создают цвет на отпечатке, как показано ниже.
Общий динамический диапазон в терминах плотности таким образом выглядит как разница между максимальной (D max) и минимальной (D min) плотностями пигмента. В отличие от степеней 2 для f-ступеней, плотность измеряется в степенях 10 (так же, как и шкала Рихтера для землетрясений). Таким образом, плотность 3.0 представляет контраст 1000:1 (поскольку 10 3.0 = 1000).
| Исходный динамический диапазон |
|
|---|---|
| Динамический диапазон сканера |
Вместо указания диапазона плотности производители сканеров обычно указывают только значение D max , поскольку D max - D min обычно приблизительно равно D max . Это потому, что в отличие от цифровых камер, сканер контролирует свой источник света, гарантируя минимальную засветку.
Для высокой плотности пигмента к сканерам применимы те же ограничения по шуму, что и для цифровых камер (поскольку оба они используют массив фотопикселей для измерения). Таким образом, измеримая D max тоже определяется шумом, присутствующим в процессе считывания светосигнала.
Сравнение
Динамический диапазон варьируется настолько широко, что его часто измеряют логарифмической шкалой, аналогично тому как крайне различные интенсивности землетрясений измеряются одной шкалой Рихтера. Здесь приведен максимальный измеримый (или воспроизводимый) динамический диапазон для различных устройств в любых предпочитаемых единицах (f-ступени, плотность и соотношение контраста). Наведите курсор на каждый из вариантов, чтобы их сравнить.
| Выберите тип диапазона: | |||
|---|---|---|---|
| Печать | Сканеры | Цифровые камеры | Мониторы |
Обратите внимание на огромную разницу между воспроизводимым динамическим диапазоном печати и измеримым сканерами и цифровыми камерами. Сравнивая с реальным миром, это разница между примерно тремя f-ступенями в облачный день с практически ровным отражённым светом и 12 и более f-ступенями в солнечный день с высококонтрастным отражённым светом.
Использовать вышеуказанные цифры следует с осторожностью: в действительности динамический диапазон отпечатков и мониторов сильно зависит от условий освещения. Отпечатки при неверном освещении могут не показать свой полный динамический диапазон, тогда как мониторы требуют практически полной темноты, чтобы реализовать свой потенциал - особенно плазменные экраны. Наконец, все эти цифры являются всего лишь грубыми приближениями; реальные значения будут зависеть от наработки прибора или возраста отпечатка, поколения модели, ценового диапазона и т.д.
Учтите, что контрастность мониторов зачастую сильно завышена , поскольку для них не существует стандарта производителя. Контрастность свыше 500:1 зачастую является результатом очень тёмной чёрной точки, а не более яркой белой. В связи с этим нужно уделять внимание как контрастности, так и яркости. Высокая контрастность без сопутствующей высокой яркости может быть полностью сведена на нет даже рассеянным светом от свечи.
Человеческий глаз
Человеческий глаз может в действительности воспринимать более широкий динамический диапазон, чем это обычно возможно для камеры. Если учитывать ситуации, в которых наш зрачок расширяется и сужается, адаптируясь к изменению света , наши глаза способны видеть в диапазоне величиной почти 24 f-ступеней.
 |
С другой стороны, для корректного сравнения с одним снимком (при постоянной диафрагме, выдержке и ISO) мы можем рассматривать только мгновенный динамический диапазон (при неизменной ширине зрачка). Для полной аналогии нужно смотреть в одну точку сцены, дать глазам адаптироваться и не смотреть при этом ни на что другое. В этом случае существует большая несогласованность, поскольку чувствительность и динамический диапазон наших глаз меняется в зависимости от яркости и контраста. Наиболее вероятным будет диапазон из 10-14 f-ступеней.
Проблема этих чисел в том, что наши глаза исключительно адаптивны. Для ситуаций исключительно неяркого звёздного света (когда наши глаза используют палочки для ночного видения) они достигают даже более широких мгновенных динамических диапазонов (см. «Цветовое восприятие человеческого глаза »).
Глубина цветности и измерение динамического диапазона
Даже если бы чья-то камера могла охватить большую часть динамического диапазона, точность, с которой измерения света преобразуются в цифры, может ограничить применимый динамический диапазон. Рабочая лошадка, которая занимается преобразованием непрерывных результатов измерений в дискретные числовые значения, называется аналогово-цифровым преобразователем (АЦП). Точность АЦП может быть описана в терминах разрядности, аналогично разрядности цифровых изображений , хотя следует помнить о том, что эти концепции неявляются взаимозаменяемыми. АЦП создаёт значения, которые хранятся в файле формата RAW .
Примечание: вышеприведенные значения отражают только точность АЦП и не должны
использоваться для интерпретации результатов для 8 и 16-битных файлов изображений.
Далее, для всех значений показан теоретический максимум, как если бы шум отсутствовал.
Наконец, эти цифры справедливы только для линейных АЦП, а разрядность
нелинейных АЦП необязательно коррелирует с динамическим диапазоном.
В качестве примера, 10 бит глубины цветности преобразуются в диапазон возможных яркостей 0-1023 (поскольку 2 10 = 1024 уровня). Предполагая, что каждое значение на выходе АЦП пропорционально актуальной яркости изображения (то есть, удвоение значения пикселя означает удвоение яркости), 10-битная разрядность может обеспечить контрастность не более 1024:1.
Большинство цифровых камер используют АЦП с разрядностью от 10 до 14 бит, так что их теоретически достижимый максимальный динамический диапазон составляет 10-14 ступеней. Однако такая высокая разрядность всего лишь помогает минимизировать постеризацию изображения , поскольку общий динамический диапазон обычно ограничен уровнем шума. Подобно тому, как большая разрядность изображения необязательно подразумевает большую глубину его цветности , наличие в цифровой камере высокоточного АЦП необязательно означает, что она в состоянии записать широкий динамический диапазон. На практике динамический диапазон цифровой камеры даже не приближается к теоретическому максимуму АЦП ; в основном 5-9 ступеней - это всё, чего можно ожидать от камеры.
Влияние типа изображения и кривая цветности
Могут ли файлы цифровых изображений в действительности записать полный динамический диапазон высококлассных приборов? В интернете наблюдается большое непонимание взаимосвязи разрядности изображения с записываемым динамическим диапазоном.
Для начала следует разобраться, говорим мы о записываемом или отображаемом динамическом диапазоне. Даже обыкновенный 8-битный файл формата JPEG может предположительно записать бесконечный динамический диапазон - предполагая, что во время преобразования из формата RAW была применена кривая цветности (см. статью о применении кривых и динамическом диапазоне), и АЦП имеет требуемую разрядность. Проблема кроется в использовании динамического диапазона; если слишком малое число бит распространить на слишком большой диапазон цвета, это может привести к постеризации изображения .
С другой стороны, отображаемый динамический диапазон зависит от коррекции гаммы или кривой цветности, подразумеваемой файлом изображения или используемой видеокартой и монитором. Используя гамму 2.2 (стандарт для персональных компьютеров), было бы теоретически возможно передать динамический диапазон из практически 18 f-ступеней (об этом расскажет глава о коррекции гаммы, когда будет написана). И даже в этом случае он мог бы пострадать от сильной постеризации. Единственным на сегодня стандартным решением для получения практически бесконечного динамического диапазона (без видимой постеризации) является использование файлов расширенного динамического диапазона (HDR) в Photoshop (или другой программе, например, с поддержкой формата OpenEXR).
Этой статьёй мы начинаем серию публикаций о весьма интересном направлении в фотографии: High Dynamic Range (HDR) — фотографии с высоким динамическим диапазоном. Начнём, конечно же, с азов: разберёмся с тем, что такое HDR-изображения и как правильно их снимать, учитывая ограниченные возможности наших камер, мониторов, принтеров и т.д.
Давайте начнем с основного определения Динамического диапазона.
Динамический диапазон определяется отношением темных и ярких элементов, которые важны для восприятия вашей фотографии (измеряется уровнем яркости).
Это не абсолютный диапазон, так как он, во многом, зависит от ваших личных предпочтений и того, какого результата вы хотите добиться.
Например, есть множество замечательных фотографий с очень насыщенными тенями, без каких-либо деталей в них; в этом случае можно говорить о том, что на такой фотографии представлена только нижняя часть динамического диапазона сцены.
- ДД снимаемой сцены
- ДД фотокамеры
- ДД устройства вывода изображения (монитор, принтер и т.д.)
- ДД человеческого зрения
Во время фотосъёмки ДД трансформируется дважды:
- ДД снимаемой сцены > ДД устройства захвата изображения (здесь мы подразумеваем под ним фотокамеру)
- ДД устройства захвата изображения > ДД устройства вывода изображения (монитор, фотоотпечаток и т.д.)
Следует помнить, что любая деталь, которая будет потеряна на этапе захвата изображения – никогда не сможет быть восстановлена в последующем (это мы рассмотрим подробнее чуть позже). Но, в конце концов, важно лишь то, чтобы полученное изображение, отображаемое монитором, или распечатанное на бумаге радовало ваш взгляд.
Типы динамического диапазона
Динамический диапазон снимаемой сцены
Какие из самых ярких и самых темных деталей сцены вы хотели бы запечатлеть? Ответ на этот вопрос полностью зависит только от вашего творческого решения. Вероятно, лучший способ усвоить это – рассмотреть несколько кадров, в качестве образца.
Например, на фотографии выше, нам хотелось запечатлеть детали как внутри помещения, так и за его пределами.
На этой фотографии, мы также хотим показать детали и в светлых и в тёмных областях. Однако, в этом случае детали в светлых областях нам более важны, чем детали в тенях. Дело в том, что области светов, как правило, хуже всего смотрятся при фотопечати (зачастую, они могут выглядеть как простая белая бумага, на которой и распечатан снимок).
В подобных сценах динамический диапазон (контрастность) может достигать значения 1:30 000 и более – особенно, если вы снимаете в тёмной комнате с окнами, через которые проникает яркий свет.
В конечном счете, HDR-фотография в подобных условиях – оптимальный вариант для получения снимка, радующего ваш взор.
Динамический диапазон фотокамеры
Если бы наши камеры были способны запечатлеть высокий динамический диапазон сцены за 1 снимок, мы бы не нуждались в методах, описанных в этой и последующих статьях, посвященных HDR. К сожалению, суровая действительность такова, что динамический диапазон фотокамер значительно ниже, чем во многих сценах, для съёмки которых они используются.
Как определяется динамический диапазон фотокамеры?
ДД камеры измеряется от самых ярких деталей кадра до деталей теней, превышающих уровень шума.
Ключевым моментом в определении динамического диапазона камеры является то, что мы измеряем его от видимых деталей области светов (необязательно и не всегда чисто белых), до деталей теней, чётко различимых и не теряющихся среди большого количества шума.
- Стандартная современная цифровая зеркальная камера может охватить диапазон в 7-10 стопов (в диапазоне от 1:128 до 1:1000). Но не стоит быть чересчур оптимистичным и доверять только цифрам. Некоторые фотографии, несмотря на присутствие внушительного количества шумов на них, в большом формате смотрятся великолепно, другие же – теряют свою привлекательность. Всё зависит от вашего восприятия. Ну и, конечно, размер печати или отображения вашего фото также имеет значение
- Диапозитивная фотоплёнка способна охватить диапазон в 6-7 стопов
- Динамический диапазон негативной плёнки составляет около 10-12 стопов
- Функция восстановления светов в некоторых RAW-конвертерах может помочь получить дополнительно до +1 стопа.
За последнее время технологии, применяемые в зеркалках шагнули далеко вперёд, но ожидать чудес, всё же, не следует. На рынке можно отыскать не так много камер, способных захватить широкий (по сравнению с другими камерами) динамический диапазон. Ярким примером может служить Fuji FinePixS5 (в настоящее время не выпускается), матрица которой имела двухслойные фотоэлементы, что позволило увеличить ДД, доступный S5 на 2 стопа.
Динамический диапазон устройства вывода изображения
Из всех этапов цифровой фотографии, вывод изображения, как правило, демонстрирует самый низкий динамический диапазон.
- Статический динамический диапазон современных мониторов варьируется в пределах от 1:300 до 1:1000
- Динамический диапазон HDR-мониторов может доходить до 1:30000 (просмотр изображения на таком мониторе может вызвать ощутимый дискомфорт для глаз)
- Динамический диапазон фотопечати большинства глянцевых журналов составляет около 1:200
- Динамический диапазон фотоотпечатка на качественной матовой бумаге не превышает 1:100
У вас вполне резонно может возникнуть вопрос: зачем при съёмке стараться захватить большой динамический диапазон, если ДД устройств вывода изображения настолько ограничен? Ответ заключается в компрессии динамического диапазона (как вы узнаете далее, тональное отображение также связана с этим).
Важные аспекты человеческого зрения
Поскольку свои работы вы демонстрируете другим людям, вам будет небесполезным усвоить некоторые основные аспекты восприятия окружающего мира человеческим глазом.
Человеческое зрение работает не так, как наши фотокамеры. Все мы знаем, что наши глаза адаптируются к освещению: в темноте зрачки расширяются, а при ярком свете – сужаются. Обычно, этот процесс занимает достаточно продолжительное время (он вовсе не моментальный). Благодаря этому, без специальной подготовки, наши глаза могут охватить динамический диапазон в 10 стопов, а в целом нам доступен диапазон около 24 стопов.
Контраст
Все детали, доступные нашему зрению, базируются не на абсолютной насыщенности тона, а на основе контрастов контуров изображения. Человеческие глаза очень чувствительны даже к самым незначительным изменениям контрастности. Вот почему концепция контрастности столь важна.
Общий контраст
Общий контраст определяется перепадом яркости между самыми темными и самыми светлыми элементами изображения в целом. Такие инструменты, как Кривые (Curves) и Уровни (Levels) изменяют только общий контраст, поскольку все пиксели с одним уровнем яркости они обрабатывают одинаково.
В общем контрасте выделяют три основных области:
- Средние тона
- Света
Совокупность контрастов этих трёх областей определяет общий контраст. Это означает, что если вы увеличите контрастность средних тонов (что бывает очень часто), вы потеряете общий контраст в области светов/теней при любом способе вывода изображения, зависящего от общего контраста (например, при печати на глянцевой бумаге).
Средние тона, как правило, отображают основной предмет съёмки. Если уменьшить контрастность области средних тонов, то ваше изображение будет блеклым. И, наоборот, при увеличении контрастности средних тонов, тени и света станут менее контрастными. Как вы увидите чуть ниже, изменение локального контраста может улучшить общее отображение вашей фотографии.
Локальный Контраст
Следующий пример поможет понять концепцию локального контраста.
Круги, расположенные друг напротив друга, в каждой из строк имеют абсолютно идентичные уровни яркости. Но правый верхний круг выглядит намного ярче, чем тот, что слева. Почему? Наши глаза видят разницу между ним и окружающим его фоном. Правый выглядит ярче на тёмно-сером фоне, по сравнению с таким же кругом, размещённом на более светлом фоне. Для двух кругов же, расположенных ниже, верно обратное.
Для наших глаз абсолютная яркость представляет меньший интерес, чем её отношение к яркости близлежащих объектов.
Такие инструменты, как Заполняющий свет (FillLight) и Резкость (Sharpening) в Lightroom, и Тени/Света (Shadows/Highlights) в Photoshop действуют локально и не охватывают сразу все пиксели одинакового уровня яркости.
Dodge (Затемнить) и Burn (Осветлить) – классические инструменты для изменения локального контраста изображения. Dodge&Burn – это по-прежнему один из оптимальных методов улучшения изображения, потому, что наши собственные глаза, естественно, неплохо могут судить о том, как та или иная фотография будет выглядеть в глазах стороннего зрителя.
HDR: управление динамическим диапазоном
Еще раз вернёмся к вопросу: для чего же тратить усилия и снимать сцены с динамическим диапазоном шире, чем ДД вашей камеры или принтера? Ответ заключается в том, что мы можем сделать кадр с высоким динамическим диапазоном и позже вывести его изображение через устройство с меньшим ДД. В чём суть? А суть в том, что в ходе этого процесса вы не потеряете никакой информации о деталях изображения.
Конечно, проблему съёмки сцен с высоким динамическим диапазоном можно решить и другими путями:
- Например, некоторые фотографы просто ждать пасмурную погоду, и не фотография вовсе, когда ДД сцены слишком высок
- Использовать заполняющую вспышку (при пейзажной фотосъёмке этот способ неприменим)
Но во время длительного (или не очень) путешествия вы должны иметь максимум возможностей для фотосъёмки, так что нам с вами следует найти более эффективные решения.
К тому же окружающее освещение может зависеть не только от погоды. Для лучшего понимания этого, давайте вновь рассмотрим несколько примеров.
Фото выше весьма тёмное, но, несмотря на это, на нём запечатлён невероятно широкий динамический диапазон света (было снято 5 кадров с шагом в 2 стопа).
На этой фотографии свет, падающий из окон справа был весьма ярким, по сравнению с тёмным помещением (в нём не было источников искусственного освещения).
Так что ваша первая задача – запечатлеть на камеру полный динамический диапазон сцены, исключив потерю каких-либо данных.
Отображение динамического диапазона. Сцена с низким ДД
Давайте, по традиции, сначала посмотрим на схему фотосъёмки сцены с низким ДД:
В рассматриваемом случае при помощи камеры мы можем охватить динамический диапазон сцены за 1 кадр. Незначительные потери деталей в области теней, как правило, не являются существенной проблемой.
Процесс отображение на этапе: фотокамера – устройство вывода, в основном, осуществляется с помощью тональных кривых (обычно, сжимающих света и тени). Вот основные инструменты, которые для этого используются:
- При конвертации RAW: отображение линейной тональности камеры через тональные кривые
- Инструменты Photoshop: Curvesи Levels
- Инструменты Dodge и Burn в Lightroom и Photoshop
Примечание: во времена плёночной фотографии. Негативы увеличивали и печатали на бумаге различных классов (или на универсальной). Различие классов фотобумаги заключалось в контрасте, который они могли воспроизвести. Это классический метод тонального отображения. Тональное отображение – может звучать, как что-то новое, но это далеко не так. Ведь только на заре фотографии схема отображения снимка выглядела: сцена – устройство вывода изображения. С тех пор последовательность остаётся неизменной:
Сцена > Захват изображения > Вывод изображения
Отображение динамического диапазона. Сцена с более высоким ДД
Теперь давайте рассмотрим ситуацию, когда мы снимаем сцену с более высоким динамическим диапазоном:
Вот пример того, что вы можете получить в результате:
Как мы видим, камера может захватить только часть динамического диапазона сцены. Ранее мы уже отмечали, что потеря деталей в области светов – редко допустима. Это означает, что нам необходимо изменить экспозицию для того, чтобы защитить область светов от потери деталей (конечно, необращая внимание на зеркальные блики, например, отражений). В результате мы получим следующее:
Теперь мы получили существенную потерю деталей в области теней. Возможно, в некоторых случаях это может выглядеть достаточно эстетично, но только не тогда, когда вы хотите отобразить на фото и более тёмные детали.
Ниже приведен пример того, как может выглядеть фотография, при уменьшении экспозиции для сохранения деталей в области светов:
Захват высокого динамического диапазона при помощи брекетинга экспозиции.
Так как же вы можете захватить весь динамический диапазон при помощи камеры? В этом случае решением будет Брекетинг экспозиции: съёмка нескольких кадров с последовательным изменением уровнем экспозиции (EV) так, чтобы эти экспозиции частично перекрывали друг друга:
В процессе создания HDR-фотографии вы захватываете несколько различных, но взаимосвязанных экспозиций, охватывающих весь динамический диапазон сцены. В целом экспозиции отличаются на 1-2 стопа (EV). Это означает, что необходимое число экспозиций определяется следующим образом:
- ДД сцены, который мы хотим захватить
- ДД, доступный для захвата камерой за 1 кадр
Каждая последующая экспозиция может увеличиваться на 1-2 стопа (в зависимости от брекетинга, выбранного вами).
Теперь давайте выясним, что вы можете сделать с полученными снимками с разной экспозицией. На самом деле, вариантов немало:
- Объединить их в HDR-изображение вручную (Photoshop)
- Объединить их в HDR-изображение автоматически при помощи Automatic Exposure Blending (Fusion)
- Создать HDR-изображение в специализированном программном обеспечении для обработки HDR
Ручное объединение
Ручное объединение снимков с различной экспозицией (используя, по сути, технику фотомонтажа) почти столь же старо, как искусство фотографии. Несмотря на то, что в настоящее время Photoshop и делает этот процесс более лёгким, но он всё еще может быть достаточно утомительным. Имея альтернативные варианты, вы, вряд ли, прибегнете к объединению снимков вручную.
Автоматическое смешивание экспозиций (также называемое Fusion)
В этом случае за вас всё сделает программное обеспечение (например, при использовании Fusion в Photomatix). Программа выполняет процесс объединения кадров с различной экспозицией и генерирует конечный файл изображения.
Применение Fusion обычно дает очень хорошие изображения, которые выглядят более «естественными»:
Создание HDR-изображений
Любой процесс создания HDR включает два этапа:
- Создания HDR изображения
- Тональная конвертация HDR-изображения в стандартное 16-битное изображение
При создании HDR-изображений вы, на самом деле, преследуете ту же цель, но идёте иным путём: вы не получаете конечное изображение сразу же, а снимаете несколько кадров с различной экспозицией, а затем объединяете их в HDR-изображение.
Новшество в фотографии (которая уже не может обходиться без компьютера): 32-битные HDR-изображения с плавающей точкой, позволяющие хранить практически бесконечный динамический диапазон тональных значений.
В ходе процесса создания HDR-изображения, программа сканирует все тональные диапазоны, полученные в результате брекетинга, и генерирует новое цифровое изображение, включающее совокупный тональный диапазон всех экспозиций.
Примечание: когда появляется что-то новое, всегда найдутся люди, утверждающие, что это уже не ново, и они делали это еще до своего рождения. Но расставим все точки над i: способ создания HDR-изображения, описанный здесь, достаточно новый, поскольку для его использования необходим компьютер. И с каждым годом результаты, получаемые при помощи этого способа, становятся всё лучше и лучше.
Итак, ещё раз вернёмся к вопросу: зачем создавать изображения с высоким динамическим диапазоном, если динамический диапазон устройств вывода настолько ограничен?
Ответ заключается в тональном отображении – процессе конвертации тональных значений широкого динамического диапазона в более узкий динамический диапазон устройств вывода изображений.
Именно поэтому тональное отображение для фотографов является самым важным и непростым этапом создания HDR-изображения. Ведь вариантов тонального отображения одно и того же HDR-изображения может быть множество.
Говоря о HDR-изображениях, нельзя не упомянуть о том, что они могут быть сохранены в различных форматах:
- EXR (расширение файла: .exr, широкая цветовая гамма и точная цветопередача, ДД около 30 стопов)
- Radiance (расширение файла: .hdr, менее широкая цветовая гамма, огромный ДД)
- BEF(собственный Формат UnifiedColour, направленный на получение более высокого качества)
- 32-битный TIFF (очень большие файлы из-за низкой степенью сжатия, в силу этого редко применяется на практике)
Для создания HDR-изображений вам потребуется программное обеспечение, поддерживающее создание и обработку HDR. К таким программам можно отнести:
- Photoshop CS5 и старше
- HDRsoft в Photomatix
- Unified Color’s HDR Expose или Express
- Nik Software HDR Efex Pro 1.0 и старше
К сожалению, все перечисленные программы генерируют различные HDR-изображения, которые могут отличаться (подробнее об этих аспектах мы поговорим позже):
- Цветом (оттенком и насыщенностью)
- Тональностью
- Сглаживанием
- Обработкой шумов
- Обработкой хроматических аберраций
- Уровнем подавления ореолов
Основы Тонального отображения
Как и в случае со сценой с низким динамическим диапазоном, при отображении сцены с высоким ДД мы должны сжать ДД сцены до выходного ДД:
В чём же отличие рассмотренного примера с примером сцены с низким динамическим диапазоном? Как видите, в этот раз, тональная компрессия более высока, так что классический способ с тональными кривыми уже не работает. Как обычно, прибегнем к самому доступному способу показать основные принципы тонального отображения – рассмотрим пример:
Чтобы продемонстрировать принципы тонального отображения, воспользуемся инструментом HDR Expose программы Unified Color, поскольку он позволяет выполнять с изображением различные операции по модульному принципу.
Ниже вы можете увидеть пример генерации HDR-изображения без внесения каких-либо изменений:
Как видите, тени вышли достаточно тёмными, а области светов – пересвечены. Давайте взглянем, что нам покажет гистограмма HDR Expose:
С тенями, как видим, всё не так плохо, а вот света обрезаются, примерно, на 2 стопа.
Для начала, посмотрим, как экспокоррекция на 2 стопа может улучшить изображение:
Как видите, область светов стала выглядеть гораздо лучше, но в целом изображение выглядит слишком тёмным.
То, что нам нужно в этой ситуации – это объединить компенсацию экспозиции и снижение общего контраста.
Теперь общий контраст в порядке. Детали в области светов и теней не теряются. Но, к сожалению, изображение выглядит довольно плоским.
Во времена до эпохи HDR, эта проблема могла быть решена при помощи использования S-образной кривой в инструменте Кривые (Curves):
Однако, создание хорошей S-кривой займёт некоторое время, а в случае ошибки, легко, может привести к потерям в области светов и теней.
Поэтому инструменты тонального отображения предусматривают другой путь: улучшение локального контраста.
В полученном варианте детали в светах сохранены, тени не обрезаны, а плоскостность изображения исчезла. Но и это ещё не окончательный вариант.
Для придания фотографии завершённого вида оптимизируем изображение в Photoshop CS5:
- Настроем насыщенность
- Оптимизируем контраст с помощью DOPContrastPlus V2
- Увеличим резкость с помощью DOPOptimalSharp
Основное различие между всеми инструментами для работы с HDR заключаются в алгоритмах, используемых ими для понижения контраста (например, алгоритмы определения того, где заканчиваются общие настройки и начинаются локальные).
Не существует правильных или неправильных алгоритмов: всё зависит от ваших собственных предпочтений и вашего стиля фотографии.
Все основные инструменты для работы с HDR, предлагаемые рынком, также позволяют контролировать и другие параметры: детализация, насыщенность, баланс белого, удаление шума, тени/света, кривые (большинство из этих аспектов мы подробно рассмотрим позже).
Динамический диапазон и HDR. Резюме.
Способ расширения динамического диапазона, который способна захватить камера, весьма стар, поскольку ограниченность возможностей камер известна очень давно.
Ручное или автоматическое наложение изображений предлагает очень мощные способы конвертации широкого динамического диапазона сцены до динамического диапазона, доступного вашему устройству вывода изображения (монитору, принтеру и т.д.).
Создание бесшовных объединённых изображений вручную может быть очень сложным и трудоемким: бесспорно, метод Dodge & Burn– незаменим для создания качественного отпечатка изображения, но он требует длительной практики и усердия.
Автоматическая генерация HDR-изображений является новым способом преодолеть старую проблему. Но при этом алгоритмы тонального отображения сталкиваются с проблемой сжатия высокого динамического диапазона до динамического диапазона изображения, которое мы можем просмотреть на мониторе или в распечатанном виде.
Различные методы тонального отображения могут дать совершенно различные результаты, и выбор метода, дающего желаемый результат, зависит только от фотографа, то есть от вас.
Больше полезной информации и новостей в нашем Telegram-канале «Уроки и секреты фотографии» . Подписывайся!