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.
Содержание
- 1 Динамический диапазон и HDR
- 2 Типы динамического диапазона
- 3 Важные аспекты человеческого зрения
- 4 HDR: управление динамическим диапазоном
- 5 Отображение динамического диапазона. Сцена с низким ДД
- 6 Отображение динамического диапазона. Сцена с более высоким ДД
- 7 Захват высокого динамического диапазона при помощи брекетинга экспозиции.
- 8 Создание HDR-изображений
- 9 Основы Тонального отображения
- 10 Динамический диапазон и HDR. Резюме.
Динамический диапазон и HDR
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.
Динамический диапазон (далее для удобства будем именовать его — ДД) может быть нескольких типов:
- 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
- Тени
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.
Далее мы переносим этот захваченный тональный диапазон на устройство вывода изображения (которое, как правило, предлагает меньший динамический диапазон, чем ДД камеры)
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! Читайте нас на Яндекс.Дзен «Секреты и хитрости фотографии».
А вот нашёл сервис для создания псевдо hdr и одной фотографии