Динамический диапазон – Динамический диапазон

Динамический диапазон

© 2014 Vasili-photo.com

Динамический диапазон или фотографическая широта фотоматериала – это отношение между максимальным и минимальным значениями экспозиции, которые могут быть корректно запечатлены на снимке. Применительно к цифровой фотографии, динамический диапазон фактически эквивалентен отношению максимального и минимального возможных значений полезного электрического сигнала, генерируемого фотосенсором в ходе экспонирования.

Динамический диапазон измеряется в ступенях экспозиции (EV). Каждая ступень соответствует удвоению количества света. Так, например, если некая камера имеет динамический диапазон в 8 EV, то это означает, что максимальное возможное значение полезного сигнала её матрицы относится к минимальному как 2⁸:1, а значит, камера способна запечатлеть в пределах одного кадра объекты, отличающиеся по яркости не более чем в 256 раз. Точнее, запечатлеть-то она может объекты с любой яркостью, однако объекты, чья яркость будет превышать максимальное допустимое значение выйдут на снимке ослепительно белыми, а объекты, чья яркость окажется ниже минимального значения, – угольно чёрными. Детали и фактура будут различимы лишь на тех объектах, яркость которых укладывается в динамический диапазон камеры.

Для описания отношения между яркостью самого светлого и самого тёмного из снимаемых объектов часто используется не вполне корректный термин «динамический диапазон сцены». Правильнее будет говорить о диапазоне яркости или об уровне контраста, поскольку динамический диапазон – это обычно характеристика измеряющего устройства (в данном случае, матрицы цифрового фотоаппарата).

К сожалению, диапазон яркости многих красивых сцен, с которыми мы сталкиваемся в реальной жизни, может ощутимо превышать динамический диапазон цифровой фотокамеры. В таких случаях фотограф бывает вынужден решать, какие объекты должны быть проработаны во всех деталях, а какие можно оставить за пределами динамического диапазона без ущерба для творческого замысла. Для того чтобы максимально эффективно использовать динамический диапазон вашей камеры, от вас порой может потребоваться не столько доскональное понимание принципа работы фотосенсора, сколько развитое художественное чутьё.

Факторы, ограничивающие динамический диапазон

Нижняя граница динамического диапазона задана уровнем собственного шума фотосенсора. Даже неосвещённая матрица генерирует фоновый электрический сигнал, называемый темновым шумом. Также помехи возникают при переносе заряда в аналого-цифровой преобразователь, да и сам АЦП вносит в оцифровываемый сигнал определённую погрешность – т.н. шум дискретизации.

Если сделать снимок в полной темноте или с крышкой на объективе, то камера запишет только этот бессмысленный шум. Если позволить минимальному количеству света попасть на сенсор, фотодиоды начнут накапливать электрический заряд. Величина заряда, а значит, и интенсивность полезного сигнала, будет пропорциональна числу пойманных фотонов. Чтобы на снимке проступили хоть сколько-нибудь осмысленные детали, необходимо, чтобы уровень полезного сигнала превысил уровень фонового шума.

Таким образом, нижнюю границу динамического диапазона или, иначе говоря, порог чувствительности сенсора формально можно определить как уровень выходного сигнала, при котором отношение сигнал/шум больше единицы.

Верхняя граница динамического диапазона определяется ёмкостью отдельного фотодиода. Если во время экспозиции какой-либо фотодиод накопит электрический заряд предельной для себя величины, то соответствующий перегруженному фотодиоду пиксель изображения получится абсолютно белым, и дальнейшее облучение уже никак не повлияет на его яркость. Это явление называют клиппингом. Чем выше перегрузочная способность фотодиода, тем больший сигнал способен он дать на выходе, прежде чем достигнет насыщения.

Для большей наглядности обратимся к характеристической кривой, которая представляет собой график зависимости выходного сигнала от экспозиции. На горизонтальной оси отложен двоичный логарифм облучения, получаемого сенсором, а на вертикальной – двоичный логарифм величины электрического сигнала, генерируемого сенсором в ответ на это облучение. Мой рисунок в значительной степени условен и преследует исключительно иллюстративные цели. Характеристическая кривая настоящего фотосенсора имеет несколько более сложную форму, да и уровень шума редко бывает столь высок.

На графике хорошо видны две критические переломные точки: в первой из них уровень полезного сигнала пересекает шумовой порог, а во второй – фотодиоды достигают насыщения. Значения экспозиции, лежащие между этими двумя точками, и составляют динамический диапазон. В данном абстрактном примере он равен, как несложно заметить, 5 EV, т.е. камера способна переварить пять удвоений экспозиции, что равнозначно 32-кратной (2

5=32) разнице в яркости.

Зоны экспозиции, составляющие динамический диапазон неравноценны. Верхние зоны отличаются более высоким отношением сигнал/шум, и потому выглядят чище и детальнее, чем нижние. Вследствие этого верхняя граница динамического диапазона весьма вещественна и ощутима – клиппинг обрубает света при малейшей передержке, в то время как нижняя граница неприметным образом тонет в шумах, и переход к чёрному цвету далеко не так резок, как к белому.

Линейная зависимость сигнала от экспозиции, а также резкий выход на плато являются уникальными чертами именно цифрового фотографического процесса. Для сравнения взгляните на условную характеристическую кривую традиционной фотоплёнки.

Форма кривой и особенно угол наклона сильно зависят от типа плёнки и от процедуры её проявления, но неизменным остаётся главное, бросающееся в глаза отличие плёночного графика от цифрового – нелинейный характер зависимости оптической плотности плёнки от величины экспозиции.

Нижняя граница фотографической широты негативной плёнки определяется плотностью вуали, а верхняя – максимальной достижимой оптической плотностью фотослоя; у обращаемых плёнок – наоборот. Как в тенях, так и в светах наблюдаются плавные изгибы характеристической кривой, указывающие на падение контраста при приближении к границам динамического диапазона, ведь угол наклона кривой пропорционален контрастности изображения. Таким образом, зоны экспозиции, лежащие на средней части графика, обладают максимальным контрастом, в то время как в светах и тенях контраст снижен. На практике разница между плёнкой и цифровой матрицей особенно хорошо заметна в светах: там, где в цифровом изображении света выжжены клиппингом, на плёнке детали всё ещё различимы, хоть и малоконтрастны, а переход к чисто белому цвету выглядит плавным и естественным.

В сенситометрии используются даже два самостоятельных термина: собственно фотографическая широта, ограниченная сравнительно линейным участком характеристической кривой, и полезная фотографическая широта, включающая помимо линейного участка также основание и плечо графика.

Примечательно, что при обработке цифровых фотографий, к ним, как правило, применяется более или менее выраженная S-образная кривая, повышающая контраст в полутонах ценой его снижения в тенях и светах, что придаёт цифровому изображению более естественный и приятный глазу вид.

Разрядность

Разрядность аналого-цифрового преобразователя (АЦП) определяет максимальное количество уровней яркости цифрового изображения. У современных цифровых фотоаппаратов разрядность АЦП составляет обычно 12 или 14 бит.

Каждый дополнительный бит информации означает удвоение количества градаций яркости, которые способна запечатлеть матрица, а значит, один бит соответствует одному шагу экспозиции. Можно даже сказать, что разрядность ограничивает потенциальный динамический диапазон фотосенсора.

Следует подчеркнуть, что реальный динамический диапазон определяется, в первую очередь, свойствами самого сенсора и не зависит от разрядности. 14 бит на пиксель вовсе не эквивалентны динамическому диапазону в 14 EV. Отношение шум/сигнал не меняется в зависимости от того, во сколько бит преобразуется сигнал – 8, 12 или 14, и потому разрядность указывает лишь на теоретический максимум динамического диапазона, без учёта шумов. Эффективный же динамический диапазон будет существенно меньше заданного разрядностью, поскольку младшие разряды содержат лишь шум и фактически бесполезны.

Тем не менее, повышение разрядности является благом, даже если она не сопровождается улучшением шумовых характеристик сенсора. Чем выше разрядность, тем больше дискретных значений приходится на зоны экспозиции, лежащие выше шумового порога, а это означает большее количество цветовых оттенков и более плавные тональные переходы.

Вспомним ещё раз о линейной природе цифрового фотосенсора. Линейность заключается в том, что электрический заряд, накапливаемый фотодиодами в процессе экспонирования, прямо пропорционален полученному ими облучению. Удвоение экспозиции означает двукратное увеличение сигнала, подлежащего оцифровке. В результате каждая последующая ступень экспозиции описывается вдвое большим числом дискретных значений, чем предыдущая.

Предположим, цифровая фотокамера имеет динамический диапазон 6 EV и сохраняет RAW-файлы с разрядностью 12 бит на пиксель. 12 бит означают 2¹² или 4096 дискретных уровней яркости. Распределение значений по ступеням экспозиции в пределах эффективного динамического диапазона будет выглядеть следующим образом:

Шестая ступень	2048 уровней
Пятая ступень	1024 уровня
Четвёртая ступень	512 уровней
Третья ступень	256 уровней
Вторая ступень	128 уровней
Первая ступень	64 уровня
Шум

Вы видите, что последняя, самая яркая ступень содержит 2048 уровней яркости, т.е. половину от числа всех доступных значений. Самая же тёмная ступень содержит всего лишь 64 уровня, и попытка осветлить тени при постобработке может легко привести к возникновению постеризации.

Очевидно, что света в цифровой фотографии описываются с намного большей точностью, чем тени, что особенно критично при интенсивном редактировании снимков. Именно поэтому я советую вам, во-первых, использовать при съёмке в RAW максимальную доступную для вашей камеры разрядность (обычно это 14 бит), а во-вторых, всегда давать настолько большую экспозицию, насколько это возможно без возникновения клиппинга в светах, чтобы как можно более эффективно использовать самые полезные верхние ступени динамического диапазона (См. также: «Параметры NEF»).

Гамма-коррекция

В отличие от матрицы цифрового фотоаппарата человеческому зрению свойственен, скажем так, логарифмический взгляд на мир. Последовательные удвоения количества света воспринимаются нами как равные изменения яркости. Световые числа можно даже сравнить с музыкальными октавами, ведь двукратные изменения частоты звука воспринимаются на слух как единый музыкальный интервал. По такому принципу работают и другие органы чувств. Нелинейность восприятия очень сильно расширяет диапазон чувствительности человека к раздражителям различной интенсивности.

При конвертировании RAW-файла (не важно – средствами камеры или в RAW-конвертере), содержащего линейные данные, к нему автоматически применяется т.н. гамма-кривая, которая призвана нелинейно повысить яркость цифрового изображения, приводя её в соответствие с особенностями человеческого зрения.

При линейной конверсии изображение получается слишком тёмным.

После гамма-коррекции яркость приходит в норму.

Гамма-кривая как бы растягивает тёмные тона и сжимает светлые, делая распределение градаций более равномерным. В результате изображение приобретает естественный вид, но шум и артефакты дискретизации в тенях неизбежно становятся более заметными, что только усугубляется малым числом уровней яркости в нижних зонах.

Линейное распределение градаций яркости.

Равномерное распределение после применения гамма-кривой.

ISO и динамический диапазон

Несмотря на то, что в цифровой фотографии используется та же концепция светочувствительности фотоматериала, что и в фотографии плёночной, следует понимать, что происходит это исключительно в силу традиции, поскольку подходы к изменению светочувствительности в цифровой и плёночной фотографии различаются принципиально.

Повышение чувствительности ISO в традиционной фотографии означает замену одной плёнки на другую с более крупным зерном, т.е. происходит объективное изменение свойств самого фотоматериала. В цифровой камере светочувствительность сенсора жёстко задана его физическими характеристиками и не может быть изменена в буквальном смысле. При повышении ISO камера изменяет не реальную чувствительность сенсора, а всего лишь усиливает электрический сигнал, генерируемого сенсором в ответ на облучение и соответствующим образом корректирует алгоритм оцифровки этого сигнала.

Важным следствием этого является снижение эффективного динамического диапазона пропорционально повышению ISO, ведь вместе с полезным сигналом усиливается и шум. Если при ISO 100 оцифровывается весь диапазон значений сигнала – от нуля и до точки насыщения, то при ISO 200 уже только половина ёмкости фотодиодов принимается за максимум. С каждым удвоением чувствительности ISO верхняя ступень динамического диапазона как бы отсекается, а оставшиеся ступени, подтягиваются на её место. Именно поэтому использование сверхвысоких значений ISO лишено практического смысла. С тем же успехом можно осветлить фотографию в RAW-конвертере и получить сопоставимый уровень шумов. Разница между повышением ISO и искусственным осветлением снимка заключается в том, что при повышении ISO усиление сигнала происходит до поступления его в АЦП, а значит, шум квантования не усиливается, в отличие от собственных шумов сенсора, в то время как в RAW-конвертере усилению подлежат в том числе и ошибки АЦП. Кроме того, уменьшение диапазона оцифровки означает более точную дискретизацию оставшихся значений входного сигнала.

Кстати, доступное на некоторых аппаратах понижение ISO ниже базового значения (например, до ISO 50), отнюдь не расширяет динамический диапазон, а просто ослабляет сигнал вдвое, что равноценно затемнению снимка в RAW-конвертере. Эту функцию можно даже рассматривать как вредную, поскольку использование субминимального значения ISO, провоцирует камеру на увеличение экспозиции, что при оставшемся неизменным пороге насыщения сенсора повышает риск получить клиппинг в светах.

Истинная величина динамического диапазона

Существует ряд программ вроде (DxO Analyzer, Imatest, RawDigger и пр.) позволяющих измерить динамический диапазон цифрового фотоаппарата в домашних условиях. В принципе, в этом нет большой необходимости, поскольку данные для большинства камер можно свободно найти в интернете, например, на сайте DxOMark.com.

Стоит ли верить результатам подобных испытаний? Вполне. С той лишь оговоркой, что все эти тесты определяют эффективный или, если можно так выразиться, технический динамический диапазон, т.е. отношение между уровнем насыщения и уровнем шума матрицы. Для фотографа же в первую очередь важен полезный динамический диапазон, т.е. количество зон экспозиции, которые действительно позволяют запечатлеть какую-то полезную информацию.

Как вы помните, порог динамического диапазона задан уровнем шумов фотосенсора. Проблема в том, что на практике нижние зоны, формально уже входящие в динамический диапазон, содержат всё ещё слишком много шума, чтобы их можно было с толком использовать. Здесь многое зависит от индивидуальной брезгливости – приемлемый уровень шума каждый определяет для себя сам.

Моё субъективное мнение таково, что детали в тенях начинают выглядеть более-менее прилично при отношении сигнал/шум не меньше восьми. На этом основании я определяю для себя полезный динамический диапазон, как технический динамический диапазон минус примерно три ступени.

К примеру, если зеркальная камера согласно результатам достоверных тестов обладает динамическим диапазоном в 13 EV, что очень неплохо по сегодняшним меркам, то её полезный динамический диапазон будет составлять около 10 EV, что, в общем-то, тоже весьма недурно. Разумеется, речь идёт о съёмке в RAW, с минимальным ISO и максимальной разрядностью. При съёмке в JPEG динамический диапазон сильно зависит от настроек контраста, но в среднем следует отбросить ещё две-три ступени.

Для сравнения: цветные обращаемые фотоплёнки обладают полезной фотографической широтой в 5-6 ступеней; чёрно-белые негативные плёнки дают 9-10 ступеней при стандартных процедурах проявления и печати, а при определённых манипуляциях – вплоть до 16-18 ступеней.

Практические рекомендации

Подытоживая вышесказанное, попробуем сформулировать несколько простых правил, соблюдение которых поможет вам выжать из сенсора вашей камеры максимум производительности:

• Динамический диапазон цифрового фотоаппарата в полной мере доступен только при съёмке в RAW.
• Динамический диапазон уменьшается с ростом светочувствительности, а потому избегайте высоких значений ISO, если в них нет острой необходимости.
• Использование более высокой разрядности для RAW-файлов не увеличивает истинный динамический диапазон, но улучшает тональное разделение в тенях за счёт большего количества уровней яркости.
• Exposure to the right. Верхние зоны экспозиции всегда содержат максимум полезной информации при минимуме шумов и должны использоваться наиболее эффективно. При этом не стоит забывать и об опасности клиппинга – пиксели, достигшие насыщения, абсолютно бесполезны.

И главное: не стоит излишне переживать по поводу динамического диапазона вашей камеры. С динамическим диапазоном у неё всё в порядке. Ваше умение видеть свет и грамотно управлять экспозицией – намного важнее. Хороший фотограф не станет жаловаться на недостаток фотографической широты, а постарается дождаться более комфортного освещения, или изменит ракурс, или воспользуется вспышкой, словом, будет действовать в соответствии с обстоятельствами. Я вам скажу больше: некоторые сцены только выигрывают из-за того, что не укладываются в динамический диапазон камеры. Часто ненужное обилие деталей просто необходимо спрятать в полуабстрактный чёрный силуэт, делающий фотографию одновременно лаконичнее и богаче.

Высокий контраст это не всегда плохо – нужно лишь уметь с ним работать. Научитесь эксплуатировать недостатки оборудования так же, как и его достоинства, и вы удивитесь, насколько расширятся ваши творческие возможности.

Спасибо за внимание!

Василий А.

Post scriptum

Если статья оказалась для вас полезной и познавательной, вы можете любезно поддержать проект, внеся вклад в его развитие. Если же статья вам не понравилась, но у вас есть мысли о том, как сделать её лучше, ваша критика будет принята с не меньшей благодарностью.

Не забывайте о том, что данная статья является объектом авторского права. Перепечатка и цитирование допустимы при наличии действующей ссылки на первоисточник, причём используемый текст не должен ни коим образом искажаться или модифицироваться.

Желаю удачи!

Дата публикации: 12.04.2014

Вернуться к разделу «Матчасть»

Перейти к полному списку статей

vasili-photo.com

Что такое динамический диапазон в цифровой фотографии

Многие начинающие фотографы даже не догадываются о наличии такого понятия в фотоделе как динамический диапазон (ДД). Некоторые пользователи фотоаппаратов или те, кто иногда фотографирует пейзажи хотя бы на смартфон, замечали наличие провалов в тенях или крайне пересвеченные области. Сталкивались с тем, что настроить фотоаппарат для получения проработанных деталей одновременно в тенях и светах практически невозможно. Причина тому – динамический диапазон фотоаппарата или фотокамеры смартфона.

Динамический диапазон и его значимость

Что же это такое? Динамический диапазон в фотографии – это способность фотосенсора запечатлеть в одном кадре одновременно крайне светлые и крайне темные участки с различимыми деталями в них. Человеческий глаз обладает гораздо более широким диапазоном, чем фотокамера, благодаря чему мы видим детали в тенях, одновременно легко различаем предметы при ярком освещении. Мы хорошо видим собеседника, стоящего около окна, одновременно с этим можем лицезреть пейзаж за окном, даже в солнечную погоду. Добиться такого на фотографии, без использования хитрых приемом, практически невозможно.

Технологии хотя и не стоят на месте, производители фотокамер непрерывно предпринимают меры для достижения значимых результатов, но достичь показателей по динамическому диапазону сравни человеческому зрению пока не получается. Наилучшие результаты можно заметить на полнокадровых фотоаппаратах, еще лучше дела с этим обстоят у пленочных фотокамер.

Узкий динамический диапазон фотоаппарата не позволяет фотографу раскрыть весь замысел произведения. Часто бывает, что мы замечаем вокруг себя красивейший пейзаж, решаем его запечатлеть. Позже, при просмотре отснятого материала, сильно разочаровываемся, увидев результат, в котором наблюдаются значительные провалы в тенях или светах, с потерей деталей. В случае фотографирования не для себя, для показа зрителям, необходимо передать те впечатления и эмоции, которые испытывает фотограф сам на месте съемки. С высококонтрастными изображениями сделать это бывает крайне сложно, если не пользоваться некоторыми приемами по расширению динамического диапазона.

Как измерить динамический диапазон

Производители фотоаппаратов не указывают этот параметр в документации. Чтобы знать насколько широк динамический диапазон той или иной камеры необходимо производить специальные замеры в лабораторных условиях. Единица измерения ДД – EV, это одна ступень экспозиции. Обычно для зеркальных фотоаппаратов динамический диапазон равен около 12 EV. Это означает, что между самыми темными участками кадра и самыми светлыми разница в 12 ступеней экспозиции. Математика, да и только. Ведь данные, полученные в ходе подобных замеров верны только для определенных условий, определенного освещения и минимальной светочувствительности. Но где найти фотографа, работающего в идеальных условиях? Даже зная динамический диапазон своего фотоаппарата, его трудно применить на практике, поскольку измерить динамический диапазон окружающего пространства практически нереально и абсолютно бессмысленно с практической точки зрения.

Напротив, нередко бывает так, что художественная задумка автора состоит как раз в использовании узкого динамического диапазона. Дело в том, что широкий динамический диапазон, позволяя получить больше деталей на снимке, делает снимок менее контрастным. А когда контраст задуман автором изначально, деталями в любом случае придется жертвовать. Контраст – это некий компромисс динамическому диапазону.

Итак, измерение динамического диапазона сцены или получаемой фотографии не столь важно с практической точки зрения. Когда есть понимание, что съемка в полдень в солнечную погоду приведет к контрастным снимкам, а фотография объекта в пасмурный день, напротив, позволяет получить малоконтрастный снимок с наименьшей потерей деталей, то замер точного динамического диапазона не даст ничего большего. В случае наличия сомнений в возможностях фотоаппарата зафиксировать все тона сцены на одном снимке – от теней до света, правильным действием будет изучить гистограмму. Это позволяет сделать практически любой современный цифровой фотоаппарат, включая смартфон.

Что из себя представляет гистограмма? Гистограмма – это некая шкала, на которой располагается график. График показывает соотношение количества пикселей разных тонов, которые участвовали в «построении» кадра. Если график вписывается в шкалу полностью, это означает, что все детали изображения будут проработаны и видны, на кадре нет абсолютно белых и абсолютно черных пикселей. В противном же случае, если график преимущественно смещен в одну из сторон – влево или вправо, это будет означать, что в кадре доминируют черные или белые цвета, что часто говорит о провалах в тенях или светах. Такой важный инструмент фотоаппарата, как гистограмма, несомненно должен быть использован для анализа возможности динамического диапазона камеры запечатлеть планируемый кадр. Если гистограмма показала, что сенсор справляется с условиями сцены, то можно смело снимать, не боясь загубить кадр. Однако стоит помнить, что львиную долю успеха для конечной фотографии составляет ее постобработка.

Как правильно работать с ДД

Если сцена сложна и вы заранее понимаете, что получить проработанную во всех тонах фотографию не получится, то стоит прибегнуть к использованию некоторых приемов.

Вы можете переманить узкий динамический диапазон на свою сторону. Принимая во внимание ограниченность фотоаппарата, продумайте, какими деталями кадра вы могли бы пожертвовать. Часто хорошо работает способ, когда тени «загоняют» в абсолютную черноту, однако за счет этого получают красивые, проработанные области света. Общий итог – качественная фотография, которая не отвлекает внимание зрителя на лишние детали. Зритель воспринимает темную область как отсутствие в ней смысловой нагрузки, тем самым сразу переходит к просмотру основного объекта съемки.

Другим способом съемки с поправкой на динамический диапазон фотоаппарата является изменение условий съемки. В качестве примера представим снимок деревьев в лесу и солнца над этими деревьями. Это явный пример сцены, в которой при экспозамере по тону деревьев небо получится выбеленным и лишенным шарма. Однако фокусировку (и соответственно замер освещения сцены) все равно необходимо производить по деревьям, так как они являются главным объектом. Как можно поступить для изменения условий освещения? Вы можете перекадрировать снимок, чтобы солнце светило сквозь деревья, чтобы листва пропускала солнечные лучи. Получится эффектный снимок, в котором все также будут присутствовать и солнце и деревья, но солнечный свет в итоге получится рассеянным – гистограмма перестанет превалировать в переэкспонирование. Подобно разобранному примеру, всегда существует способ изменить световую схему на более выгодную.

Следующий совет будет банальным, но существуют так называемые «золотые часы» для съемки, именно в это время проблем для динамического диапазона возникнуть просто не должно. Также если отсутствует нужда и можно произвести съемку в более пасмурную погоду, то такой вариант нужно рассматривать как наиболее предпочтительный. Естественный рассеиватель – тучи и облака, сделают свое дело.

При выборе области для дальнейшего восстановления деталей в фоторедакторе, помните, что «вытянуть» тени всегда проще, чем проявить утерянные детали из пересвеченной области. Для увеличения потенциала постобрабоки важно иметь качественный источник. Когда дело касается большего сохранения деталей, то победа стоит всегда за форматом RAW. Это сырой формат исходника снимка. Информация, собранная матрицей, фиксируется именно в данном формате, лишь потом, автоматикой камеры преобразуется в JPEG, при это в разы теряя в динамическом диапазоне. Если матрица способна фиксировать около 12 стопов, то JPEG около 8. Сохраняйте снимки в RAW и получите больший простор для творчества в фоторедакторе.

Следующий способ расширения динамического диапазона фотографии заключается в использовании градиентных фильтров. Часто их используют пейзажисты, страдающие от контраста между небом и землей в кадре. Закрепленный перед передней линзой, градиентный фильтр затемняет верхнюю часть кадра (неба) и не создает помех нижней части. Получаются отличные снимки с красивыми одновременно проработанными в кадре небом и землей.

Самым распространённым способом расширения динамического диапазона фотографии выступает съемка в HDR. Это программная возможность, часто заложенная в функционал фотоаппарата, создания кадра из трех отснятых одна за другой фотографией с разной экспозицией: нормальной, заниженной и завышенной. Съемка трех данных кадров производится без разрыва между ними, чтобы не допустить смещения объектов в кадре. Постобработка отснятых кадров заключается в использовании трех областей освещенности – средних тонов из первого кадра, теней из переэкспонированного, светов – из недоэкспонированного. Как итог – проработанный по всем областям снимок, в котором отсутствуют провалы по теням и светам.

Стоит отметить, что при отсутствии программно заложенного алгоритма создания HDR-снимков в фотокамере, подобное «сведение» без труда можно выполнить самостоятельно при помощи сторонних программ, в том числе в редакторе Adobe Photoshop. Важно помнить, что возможность расширять динамический диапазон фотографии подобным образом некоторых приводит к желанию применить эффект чрезмерно. И если на заре HDR-фотографий это считалось изюминкой, то сегодня ценится естественность, способность передать реальную атмосферу с места съемки.

Для съемки трех кадров с разной экспозицией вручную существует такая функция, как брекетинг экспозиции (по-другому, вилка экспозиции). Ее часто можно найти в основных настройках и с помощью диска выбора развести риски второго и третьего снимка в разные стороны от нулевого значения. Затем необходимо выставить серийную съемку и с ее помощью произвести фотографирование трех кадров. В случае отсутствия и такой возможности, воспользуйтесь штативом и в режиме приоритета выдержки произведите съемку трех кадров с разницей в нужное количество стопов.

Несколько советов для съемки в условиях высокого контраста:

• Стремитесь снимать при минимальной светочувствительности (ISO). Динамический диапазон матрицы заметно сужается при повышении данного параметра;
• Выстраивайте экспозицию так, чтобы при неизбежной потере деталей они были утеряны в тенях. Тени обладают большим по отношению к светам потенциалу по проявке. При этом детали возможно проявить даже при формате JPEG. Снижение же яркости света с целью проявки деталей приведет к печальному результату;
• Не жалейте место на карте памяти – фотографируйте в RAW, при наличии сомнений относительно ДД;
• Помните, что монитор тоже обладает таким понятием как динамический диапазон, заложенный в RAW формат потенциал не всегда можно оценить на мониторе;
• По возможности анализируйте сцену на предмет возможности изменить световую схему или обратить узкий ДД в пользу результата.

Производители фотокамер тратят миллионы долларов на разработку новых технологий. Гонка за количеством мегапикселей закончилась удовлетворением пользователей и пониманием отсутствия необходимости в большем их количестве. Сегодняшние заботы по расширению динамического диапазона оправданы и важны. Потому, при планировании покупки новой камеры изучайте инновации, примененные при ее создании. Старайтесь не лениться и заниматься постобработкой фотографии в редакторе, предварительно сохранив кадр в сыром формате RAW. Помните, кадр хорош тогда, когда его умело передал фотограф. Потому способности фотоаппаратов, хотя и важны, остаются на втором месте после видения и способности реализовать задумку фотографом. А такое качество приходит исключительно с опытом.

my-photocamera.ru

Динамический диапазон (техника) — это… Что такое Динамический диапазон (техника)?

Динами́ческий диапазо́н — характеристика устройства или системы, предназначенной для преобразования, передачи или хранения некой величины (мощности, силы, напряжения, звукового давления и т. д.), представляющая логарифм отношения максимального и минимального возможных значений величины входного параметра устройства (системы). Минимальное значение обычно определяется уровнем собственных шумов или внешних помех в устройстве, а максимальное — перегрузочной способностью устройства. Понятие динамический диапазон используется не только в технике, но и в психофизиологии, например, динамический диапазон слышимости человека. В отдельных случаях понятие «динамический диапазон» используется и для выходного параметра (для акустических устройств).

• Динамический диапазон радиоприёмника (тракта в целом, функционального узла тракта) — логарифм отношения уровня сигнала на входе радиоприёмника, определенного по одному из критериев, к чувствительности радиоприёмника. По методике определения (по критерию) различают односигнальный динамический диапазон (динамический диапазон по компрессии) и двухсигнальный динамический диапазон (динамический диапазон по блокированию, динамический диапазон по интермодуляции).
• Динамический диапазон усилителя — логарифм отношения максимальной амплитуды входного сигнала электронного усилителя, при которой искажения сигнала достигают предельно допустимого значения, к чувствительности усилителя.
• Динамический диапазон канала связи — логарифм отношения максимальной мощности сигналов, пропускаемых каналом, к минимальной.
• Динамический диапазон сканера — показатель технических возможностей сканеров, характеризующий интервал оптических плотностей, который воспринимается сканером
• Динамический диапазон (фотография)— способность матрицы или плёнки (фотографическая широта) передавать яркость объектов реальной сцены.
  • Динамический диапазон фотоматериала, Фотографическая широта — характеристика светочувствительного материала (фотоплёнки, передающей телевизионной трубки, матрицы), а также фотографического процесса в целом в фотографии, телевидении и кино.

Литература и документация

• Горохов П. К. Толковый словарь по радиоэлектронике. Основные термины — М.: Рус. яз., 1993
• ГОСТ 24375-80 Радиосвязь. Термины и определения

См. также

dic.academic.ru

Динамический диапазон в фотографии — это… Что такое Динамический диапазон в фотографии?

Для характеристики динамического диапазона пленок обычно используют понятие фотографическая широта (фотоширота), показывающая тот диапазон яркостей, который пленка может передать без искажений, с равным контрастом (диапазон яркостей линейной части характеристической кривой плёнки). Полный ДД плёнки обычно несколько шире фотошироты и виден на графике характеристической кривой плёнки.

Фотоширота слайда составляет 5-6EV, профессионального негатива — около 9EV, любительского негатива — 10EV, киноплёнки — до 14EV.

Расширение динамического диапазона

Динамического диапазона современных камер и пленок недостаточно для того, чтобы передать любой сюжет окружающего мира. Особенно это заметно при съемке на слайд или компактную цифровую камеру, которые зачастую не могут передать даже яркий дневной пейзаж в средней полосе России, если там есть объекты в тени (а диапазон яркостей ночного сюжета с искусственным освещением и глубокими тенями может доходить до 20EV). Эта проблема решается двумя путями:

• увеличение динамического диапазона камер (видеокамеры для систем наблюдения имеют заметно больший динамический диапазон, чем фотокамеры, однако это достигается путем ухудшения других характеристик камеры; каждый год выходят новые модели профессиональных камер с лучшими характеристиками, при этом их динамический диапазон медленно растет)
• комбинирование изображений, снятых с разной экспозицией (технология HDR в фотографии), в результате которого возникает единое изображение, содержащее все детали из всех исходных изображений, как в крайних тенях, так и в максимальных светах.

Файл:HDRIexample.jpg

HDRi фотография и три снимка, из которых она собрана

Оба пути требуют решения двух проблем:

• Выбор формата файла, в который можно записать изображение с расширенным диапазоном яркостей (обычные 8-битные sRGB файлы для этого не подходят). На сегодня самыми популярным форматами являются Radiance HDR, Open EXR, а так же Microsoft HD Photo, Adobe Photoshop PSD, RAW-файлы зеркальных цифровых камер с большим динамическим диапазоном.
• Отображение фотографии с большим диапазоном яркостей на мониторах и фотобумаге, имеющих существенно меньший максимальный диапазон яркостей (contrast ratio). Данная проблема решается с помощью одного из двух методов:
  • тональная компрессия, при которой большой диапазон яркостей уменьшается в небольшой диапазон бумаги, монитора или 8-битного sRGB-файла путем уменьшения контраста всего изображения, единым образом для всех пикселей изображения;
  • тональное отображение (tone mapping, тонмаппинг), при котором производится нелинейное изменение яркостей пикселей, на разную величину для разных областей изображения, при этом сохраняется (или даже увеличивается) оригинальный контраст, однако тени могут выглядеть неестественно светлыми, и на фотографии могут появиться ореолы на границах областей с разным изменением яркости.

Пример изображения, созданного по технологии HDR из трех исходников, и исходных фотографий к нему, можно посмотреть здесь: http://skoblov.livejournal.com/4190.html

Тонмаппинг также может использоваться и для обработки изображений с небольшим диапазоном яркостей для повышения локального контраста.

Из-за способности тонмаппинга выдавать «фантастические» картинки в стиле компьютерных игр, и массового представления таких фотографий с вывеской «HDR» (даже полученных из одного изображения с небольшим диапазоном яркостей) у большинства профессиональных фотографов и опытных любителей выработалось стойкое отвращение к технологии расширения динамического диапазона из-за неверного мнения о том, что она нужна для получения таких картинок (приведенный выше пример показывает использование методов HDR для получения нормального реалистического изображения).

См. также

Ссылки

• Определения основных понятий:
  • БСЭ, статья «фотографическая широта»
  • Горохов П. К. «Толковый словарь по радиоэлектронике. Основные термины» — М.: Рус. яз., 1993
• Фотоширота пленок и ДД фотоаппаратов
• Форматы файлов:

dic.academic.ru

Динамический диапазон — Dynamic range

Динамический диапазон (сокращенно DR , DNR , или DYR ) является отношение между наибольшим и наименьшим значениями , что определенное количество может принять на себя. Он часто используется в контексте сигналов , как звук и свет . Она измеряется либо как отношение или как база-10 ( децибел ) или основанием 2 (удвоений, биты или остановки ) логарифмического значения разности между наименьшим и наибольшим значениями сигнала.

Электронно воспроизводится аудио и видео часто обрабатывается , чтобы соответствовать исходному материалу с широким динамическим диапазоном в более узком динамический диапазон , записанным , которые могут быть более легко хранить и воспроизводимый; Эта обработка называется сжатие динамического диапазона .

человеческое восприятие

Фактор (мощность)	децибелы	Остановки
1	0	0
2	3,01	1
3,16	5	1,66
4	6,02	2
5	6,99	2,32
8	9,03	3
10	10	3,32
16	12,0	4
20	13,0	4,32
31,6	15	4,98
32	15,1	5
50	17,0	5,64
100	20	6,64
1 000	30	9,97
1 024	30,1	10
10 000	40	13,3
100 000	50	+16,6
1 000 000	60	19,9
1 048 576	60,2	20
100 000 000	80	26,6
1 073 741 824	90,3	30
10 000 000 000	100	33,2

Человеческие чувства зрения и слуха имеют очень высокий динамический диапазон. У человека не может выполнять эти подвиги восприятия в обеих крайностях масштаба в то же время. Глаз потребуется время , чтобы приспособиться к различным уровням освещенности, а динамический диапазон человеческого глаза в данной сцене на самом деле весьма ограничен из — за оптические блики . Мгновенный динамический диапазон звукового восприятия человека является так же с учетом маскировки , так что, например, шепот не может быть слышен в шумных окрестностях.

У человека может слышать (и с пользой различая) ничего из тихого ропота в звукоизолированном номере к громкому металла концерт тяжелой. Такое различие может превышать 100  дБ , который представляет собой фактор 100000 в амплитуды и коэффициент 10000000000 мощности. Динамический диапазон человеческого слуха составляет примерно 140 дБ, изменяясь с частотой, от порога слышимости (около -9 дБ SPL в 3 кГц) до порога боли (от 120-140 дБ SPL). Этот широкий динамический диапазон не может восприниматься сразу, однако; тензор барабанные , стременная мышца , и внешние клетки волос все действуют как механические компрессоры динамического диапазона , чтобы отрегулировать чувствительность уха к различным уровням окружающей среды.

У человека может видеть объекты в Starlight или при ярком солнечном свете, даже если на безлунную ночь объекты получают 1/1000000000 от освещения они на яркий солнечный день; динамический диапазон 90 дБ.

На практике это трудно для людей , чтобы достичь полного динамического опыта использования электронного оборудования. Например, хорошее качество ЖК имеет ограниченный динамический диапазон примерно 1000: 1, и некоторые из последних КМОП датчиков изображения теперь измеряется динамический диапазон около 23000: 1. Отражательная способность бумаги может производить динамический диапазон примерно 100: 1. Профессиональная видеокамера , такие как Sony Digital Betacam обеспечивает динамический диапазон более 90 дБ в звуковой записи.

аудио

Аудио инженеры используют динамический диапазон , чтобы описать отношение амплитуды самого громкого возможного неискаженного сигнала к шуму полу , скажем , из микрофона или громкоговорителя . Таким образом , динамический диапазон является отношение сигнал-шум (SNR) , для случая , когда сигнал является громким возможным для системы. Например, если потолок из устройства 5 В (среднеквадратичное значение) и уровень шума составляет 10 мкВ (среднеквадратичное значение) , то динамический диапазон 500 000: 1, или 114 дБ:

20×журнал10⁡(5В10μВ)знак равно20×журнал10⁡(+500000)знак равно20×5,7знак равно114dВ{\ Displaystyle 20 \ раз \ войти _ {10} \ влево ({\ гидроразрыва {\ тт {5 \, V}} {10 \, \ му \ mathrm {V}}} \ справа) = 20 \ раз \ лог _ {10} (500000) = 20 \ 5,7 раза = 114 \, \ mathrm {дБ}}

В цифровой аудио теории динамический диапазон ограничен ошибки квантования . Максимально достижимый динамический диапазон для цифровой аудиосистемы с Q -разрядных равномерным квантованием вычисляются как отношение наибольшего синусоидальных среднеквадратичных к RMS шума:

DрADСзнак равно20×журнал10⁡(2Q1)знак равно(6,02⋅Q) dВ{\ Displaystyle \ mathrm {DR_ {АЦП}} = 20 \ раз \ войти _ {10} \ влево ({\ гидроразрыва {2 ^ {Q}} {1}} \ справа) = \ влево (6,02 \ CDOT Q \ справа) \ \ mathrm {дБ} \, \!}

Тем не менее, использовать динамический диапазон может быть больше, так как правильно колебались устройство записи может записывать сигналы значительно ниже уровень шума.

16-разрядный компакт — диск имеет теоретическую undithered динамический диапазон около 96 дБ; однако, воспринимается динамический диапазон 16-битного звука может быть 120 дБ или больше с шумом в форме псевдослучайного сигнала , воспользовавшись частотной характеристики человеческого уха .

Цифровое аудио с undithered 20-битным квантованием теоретически способно 120 дБ динамического диапазона. 24-битный цифровой аудио обеспечивает 144 дБ динамического диапазона. Большинство не Цифровой аудио рабочих станций аудио процесс с 32-битной плавающей точкой представления , которое дает даже более высокий динамический диапазон и поэтому потери динамического диапазона больше не является проблемой с точки зрения цифровой обработки звука . Ограничения динамического диапазона , как правило , в результате неправильного усиления постановки , в том числе техники записи шума окружающей среды и преднамеренного применения сжатия динамического диапазона .

Динамический диапазон аналогового аудио разница между низким уровнем тепловым шумом в электронных схемах и насыщением сигнала высокого уровня , что приводит к увеличению искажений и, если толкаемым выше, отсечение . Множественные процессы шума определяют уровень шума системы. Шум может быть подобран из микрофона собственного шума, предусилитель шума, проводков и шума межсоединений, медиа — шума и т.д.

Первые 78 оборотов в минуту фонограф диски имели динамический диапазон до 40 дБ, в ближайшее время снижается до 30 дБ и хуже из-за износа от повторного воспроизведения. Записи микроканавки фонографической Виниловые обычно дают 55-65 дБ, хотя первая игра из более высокой верности наружных колец может достичь динамического диапазона 70 дБ.

Немецкая магнитная лента в 1941 году , как сообщается, была динамический диапазон 60 дБ, хотя современные эксперты дня восстановления таких лент обратите внимание на 45-50 дБ в качестве наблюдаемого динамического диапазона. Ampex магнитофонов в 1950 — е годы достиг 60 дБ в практическом использовании, в 1960 — е годы, совершенствование процессов формулирования ленты привело 7 дБ больший диапазон, а Долби разработала систему шумоподавления Dolby А-типа , что увеличение низкого и среднего частоты динамического диапазон на магнитной ленте , на 10 дБ, и высокой частоте на 15 дБ, при использовании компандирования (сжатия и расширения) четыре частотных диапазонов. Пик профессиональной аналоговой технологии магнитной записи на магнитной ленте достигает 90 дБ динамического диапазона в среднескоростноге частот на уровне 3% искажений, или около 80 дБ в практических широкополосных применениях. SR система шумоподавления Dolby дала 20 дБ дополнительно увеличенный диапазон , что приводит к 110 дБ на частотах среднескоростного на 3% искажений.

Компактная Кассетная производительность ленты составляет от 50 до 56 дБ в зависимости от состава ленты, с IV типа ленты лентами , дающих наибольшим динамический диапазон, а также системами , такими как XDR , DBX и система шумоподавления Dolby увеличением его дальше. Специализированное смещения и запись голова усовершенствование по Nakamichi и Tandberg в сочетании с уменьшением шума в формате Dolby C дало 72 дБ динамического диапазона для кассеты.

Динамический микрофон способен выдерживать высокую интенсивность звука и может иметь динамический диапазон до 140 дБ. Конденсаторные микрофоны также прочные , но их динамический диапазон может быть ограничен перегрузкой их соответствующей электронной схемы. Практические соображения приемлемого уровня искажений в микрофонах в сочетании с типичной практикой в результате студии звукозаписи в полезном динамическом диапазоне 125 дБ.

В 1981 году исследователи Ampex определили, что динамический диапазон 118 дБ на колебались цифрового аудиопотока необходимо для субъективного бесшумное воспроизведения музыки в тихой обстановке прослушивания.

С начала 1990 — х годов, было рекомендовано несколькими органами, в том числе Engineering Society Audio , что измерения динамического диапазона быть сделаны с аудио сигнала , присутствующего, который затем фильтруют в измерении полу шума , используемого при определении динамического диапазона. Это позволяет избежать сомнительных измерений , основанных на использовании пустой информации, или MUTING цепей.

видео

При показе фильма или игры, дисплей может показывать только темные ночные сцены и яркие открытые залитые солнцем сцены, но на самом деле уровень света , исходящего от дисплея так же для обоих типов сцены (возможно , различных множителем 10). Зная , что дисплей не имеет огромный динамический диапазон, производители не пытаются сделать ночные сцены в миллионы раз меньше , чем яркие дневные сцены, но вместо того, чтобы использовать другие сигналы , чтобы предложить ночь или день. Ночная сцена, как правило , содержит скучнее цвет и часто будет освещена с голубой подсветкой, который отражает то, как человеческий глаз видит цвета при низких уровнях освещенности .

электроника

Электроника инженеры применяют термин к:

• отношение указанного максимального уровня параметра , такие как мощности , ток , напряжение или частоты , до минимального обнаруживаемого значения этого параметра. (См Аудио измерения системы .)
• В системе передачи , отношение перегрузки уровня (максимальный сигнал мощность , что система может терпеть без искажения сигнала) к уровню шума системы.
• В цифровых системах или устройствах, соотношение максимальных и минимальных уровней сигнала , необходимых для поддержания заданного коэффициента битовых ошибок .
• Оптимизация битовой ширины цифрового канала передачи данных (в соответствии с динамическими диапазонами сигнала) может уменьшить площадь, стоимость и энергопотребление цифровых схем и систем при одновременном повышении их эффективности. Оптимальная ширина бита цифровой канал передачи данных является наименьшей шириной бит, которое может удовлетворять требуемому отношение сигнал-шум и избежать переполнения в то же самое время.
• В аудио и электронных приложениях, отношение участвует часто настолько велико , что она превращается в логарифм и указывается в децибелах .
• В цифровой антенной решетке до оценки динамического диапазона приемников должны быть использовать коррекцию nonidentities их амплитуду и фазу ответов. В этом случае динамический диапазон определения полных ограничений для использования коррекции приемников характеристик.

метрология

В метрологии , например, когда выполняется в поддержку науки, техники и производственных целей, динамический диапазон относится к диапазону значений , которые могут быть измерены с помощью датчика или метрологии инструмента. Часто этот динамический диапазон измерений ограничено на одном конце диапазона путем насыщения датчика сигнала зондирования или с помощью физических ограничений , которые существуют на движение или другой возможности ответа механического индикатора. Другой конец динамического диапазона измерений часто ограничивается одним или несколькими источниками случайного шума или неопределенности уровней сигнала , которые могут быть описаны как определение чувствительности от датчика или устройства метрологии. Когда цифровые датчики или преобразователи сигналов датчиков являются составной частью датчика или метрологическим устройства, динамический диапазон измерений будет также связан с числом двоичных цифр (биты) , используемые в цифровом цифровом представлении , в котором измеренное значение линейно зависят от цифровой номер. Например, 12-битный цифровой датчик или преобразователь может обеспечить динамический диапазон , в котором отношение максимального измеренного значения до минимального измеренного значения до 2 ¹² = 4096. С гамма — коррекцией , это ограничение может быть несколько ослаблено; например, 8-битовое кодирование используется в SRGB кодирования изображения представляет собой минимального до максимального соотношения приблизительно 3000.

Метрологии системы и устройства могут использовать несколько основных методов , чтобы увеличить их основной динамический диапазон. Эти методы включают в себя усреднение и другие формы фильтрации, коррекции характеристик приемников, повторение измерений, нелинейные преобразования , чтобы избежать насыщений и т.д. В более заранее формах метрологии, такие как многоволновая цифровая голография , интерферометрия измерение , выполненное в разных масштабах (различные длины волн) могут быть объединены , чтобы сохранить тот же низким уровнем конца разрешение, расширяя верхний конец динамического диапазона измерений на несколько порядков.

Музыка

В музыке , динамический диапазон представляет собой разность между тихим и самым громким объемом в приборной , части или частях музыки. В современной записи, этот диапазон часто ограничивается посредством сжатия динамического диапазона , что позволяет более громкий объем, но может сделать запись звука менее захватывающей или жить.

Термин динамический диапазон может быть запутанным в музыке , потому что у него есть два противоречащих друг другу определений, особенно в понимании тонкомпенсации войны явление. Динамический диапазон может относиться к микро-динамики, связанных с пик — фактор , в то время как Европейский вещательный союз , в EBU3342 Loudness Range, определяет динамический диапазон как разность между самым тихим и громкостью, считанные макро-динамики.

Динамический диапазон музыки, как правило, воспринимается в концертном зале не превышает 80 дБ, а человеческая речь, как правило, воспринимается в диапазоне от около 40 дБ.

фотография

Сцена требует высокого динамического диапазона, взятая с D7000 Nikon цифровой камерой, способная 13.9 остановок динамического диапазона на DxOMark . Неотредактированный вариант цифровой фотографии находится слева, в то время как тень были толкнули сильно в Photoshop для получения конечного изображения справа. Лучше динамический диапазон камеры, чем больше воздействие может быть выдвинут без значительного увеличения шума .

Фотографы используют «динамический диапазон» для яркости диапазона сцены , фотографируют, или пределы диапазона яркости , что данная цифровая камера или пленка может захватывать, или диапазон непрозрачности разработанных образами фильма, или «диапазон отражения» изображений на фотобумаг.

Динамический диапазон цифровой фотографии сравним с возможностями фотопленки и оба они сравнимы с возможностями человеческого глаза.

Есть фотографические методы, которые поддерживают более высокий динамический диапазон.

• Градуированные фильтры нейтральной плотности используются для уменьшения динамического диапазона сцены яркости , которые могут быть захвачены на фотопленке (или на датчике изображения в виде цифровой камеры ): Фильтр , расположенные в передней части объектива во время экспозиции сделана; верхняя половина темная , а нижняя половина ясно. Темная область находится над областью высокой интенсивности сцены, такими как небо. Результатом является более равномерное облучение в фокальной плоскости, с усилением детализации в тени и низкой освещенности местности. Хотя это не приводит к увеличению фиксированного динамического диапазона доступны на пленке или матрице, она простирается полезный динамический диапазон на практике.
• Цифровая обработка изображений алгоритмы были разработаны для отображения изображения по- разному в тени и выделить для того , чтобы лучше распределить диапазон освещения по всему изображению. Эти методы известны как локального тонального отображения , и обычно включает в себя преодоление ограниченного динамического диапазона датчика путем избирательного объединения нескольких экспозиций и той же сцены, чтобы сохранить детали в светлых и темных участков. Такой же подход был использован в химической фотографии , чтобы захватить чрезвычайно широкий динамический диапазон: трехслойную пленку с каждым нижележащим слоем на 1/100 чувствительности следующего более высокого один имеет, например, были использован для записи испытаний ядерного оружия ,

Потребительского уровня форматов файлов изображений иногда ограничивают динамический диапазон. Наиболее жесткое ограничение динамического диапазона в фотографии , может не включать в себя кодирование, а скорее воспроизведение, скажем, в распечатанном или экране компьютера. В этом случае не только локальное отображение тона, но и регулировка динамического диапазона может быть эффективной в выявлении подробно на протяжении светлых и темных областей: Принцип те же, что и осветление и затемнения ( с использованием различных длин кадров в различных областях при принятии фоторепродукция) в химической лаборатории. Принцип также сходен для получения езды или автоматического контроля уровня аудио работы, который служит для того чтобы держать сигнал слышны в шумной обстановке прослушивания и избежать пиковых уровней , которые перегружают воспроизводящее оборудование, или которые являются неестественно или неприятно громким.

Если датчик камеры не способен записывать полный динамический диапазон сцены, высокий динамический диапазон (HDR) методы могут быть использованы в постобработки, которые обычно включает объединение несколько экспозиций с использованием программного обеспечения.

Динамические диапазоны распространенных устройств

устройство	Остановки	Контрастность
LCD	9.5 (8 — 10,8)	700: 1 (250: 1 — 1750: 1)
Отрицательная пленка ( Kodak VISION3 )	13	8000: 1
человеческий глаз	10-14	1000: 1 — 16000: 1
Лидирующий DSLR камеры ( Nikon D850 )	+14,8	28500: 1
Digital Cinema Camera ( Red Weapon 8k )	16.5+	92000: 1

Смотрите также

Заметки

Рекомендации

Внешний список

ru.qwertyu.wiki

Динамический диапазон. Куда пропало небо?

«Небо пропало»… вам знакома такая мысль, когда вы смотрите на свой снимок и мысленно сравниваете его с тем, что видели на самом деле? Или наоборот, небо красивое, а все остальное скрыто в глубокой тени. Так что же делать? В чем причина? Причина в динамическом диапазоне! А что это такое, можно ли исправить ситуацию и как сделать — читайте в этой статье! Все не так сложно как кажется!

Динамический диапазон — это способность некоего устройства, в нашем случае фотоаппарата, передать без искажений и потерь одновременно яркие и темные участки изображения. Другими словами — это диапазон яркостей между самой темной и самой светлой точкой изображения, которую в состоянии зафиксировать устройство. На практике динамический диапазон характеризует возможность камеры выделять детали в тени и на свету.

Динамический диапазон в фотографии так же известен как «фотографическая широта». Если диапазон устройства мал, то какая то часть изображения не сможет оказаться правильно переданной. С технической точки зрения, в фотографии это обозначает, что часть градаций яркости изображения не будет зафиксирована фотопленкой или матрицей цифрового фотоаппарата и будет потеряна.

Например, при съемке интерьера комнаты с частью яркого окна — интервал по яркости отдельных участков очень велик. Фотопленка или матрица правильно передаст либо изображение в комнате, а окно будет забито не прорисованным белым либо, наоборот, окно и вид за окном прорисуется, а комната окажется черной. Другой пример, очень часто встречаемый — съемка пейзажа или архитектуры, когда вы получаете прорисованное сочное небо, но все остальное (например, лес, речка на переднем плане) погружено в глубокую тень или наоборот, лес прорисован замечательно, а небо превратилось в блеклое невыразительное пятно.

Происходит это потому, что разница между самой темной и самой яркой точкой самого изображения гораздо больше, чем диапазон между самой светлой и самой темной точкой, которую в состоянии зафиксировать ваш фотоаппарат.

Характерные примеры снимков с большим динамическим диапазоном изображения (и небольшим диапазоном у фотокамеры)

 

В фотографии, динамический диапазон измеряется в стопах или ф-стопах (f-stop). Суть одна и та же. Под одним стопом понимается изменение экспозиции на одну ступень или говоря иначе — изменение светового потока вдвое. Например разница между двумя экспозициями при одинаковой выдержке и диафрагме 5.6 в первом случае и 8 во втором — и будет равна одному стопу.

Вернемся снова к примеру с пейзажем. Почему мы одновременно видим четко и лес со всеми деталями и небо с малейшими перистыми облачками? Потому что человеческий глаз способен различить разницу между самыми темными и самыми яркими участками в 12-14 ступеней, то есть динамический диапазон нашего глаза — 12-14 стопов. В фотографии же самый большой динамический диапазон имеет черно белая пленка — около 10 стопов. Цветная негативная пленка имеет динамический диапазон около 7 стопов, а слайдовая всего 4-5 стопов. Матрицы цифровых фотоаппаратов имеют различный динамический диапазон. На сегодняшний день, у самых дорогих моделей он достигает значения в 8 стопов, но у подавляющего большинства цифровиков диапазон составляет от 4 до 6 стопов.

На лицо проблема недостаточного динамического диапазона у наших фотокамер. А раз есть проблема, то должно быть и решение. О возможных решениях и пойдет речь далее. Но хотелось бы предупредить, что для полного понимания статьи вам желательно иметь хотя бы минимальные знания об экспозиции и минимальный опыт работы в Photoshop или другом графическом редакторе, особенно в работе со слоями и масками слоев.

 

Изменение динамического диапазона. Основа.

Для изменения динамического диапазона в фотографии традиционно используется градиентный, нейтрально серый фильтр. Часть этого фильтра абсолютно прозрачна, другая часть заполнена нейтрально серым. При этом нейтрально серый переходит в прозрачность плавно, градиентно. «Серая» часть фильтра ослабляет световой поток, тем самым снижая разницу контрастов изображения до значения сравнимого с динамическим диапазоном фотоаппарата. Все бы хорошо, но не на каждый фотоаппарат наденешь фильтр, да и что делать в сложных случаях, например, когда граница между темным и светлым участком изображения не совпадает с зоной «плавного перехода» фильтра, или когда темный участок вклинивается в светлый (например, высокий памятник на фоне яркого неба, или то же окно посреди стены в комнате).

Цифровая фотография дает гораздо больше возможностей увеличения динамического диапазона снимка. Об этих способах и пойдет речь далее. Но в начале об общем принципе, на котором основан любой, описанный далее, способ.

Для работы потребуется как минимум 2 версии одного и того же изображения — недоэкспонированная и переэкпонированная. На недоэкспонированной будут хорошо проработаны тени, а на переэкспонированной — детали в светлых областях. Затем, пользуясь Photoshop мы «сведем» эти версии в одну и расширим динамический диапазон итогового снимка за счет комбинирования «недодержанной» и «передержанной» версии. На английском подобная техника называется Image Blending, то есть «смешивание изображений».

Недоэкпонированная версия. Проработка теней.

Переэкпонированная версия. Проработка неба (светлых областей).

Следует особо отметить, что изображение на обоих снимках должно отличаться ТОЛЬКО экспозицией. В противном случае вам вряд ли удасться «свести» 2 разных снимка в один. Получить разные версии можно разными способами:

1) Экспозиционная вилка или брейкетинг (braсketing), так же называемая «мультиэкспозиция» или «экспиловка». Сейчас эта функция есть во многих цифровых фотоаппаратах, а не только в дорогих моделях. При использовании брейкетинга, вы задаете «вилку» относительно «нормальной» экспозиции, например в +/- 1/3 ступени (+/- 1/3 EV) . В в этом случае фотокамера сделает не один, а сразу 3 снимка — один с «нормальной» экспозицией, второй с экспозицией увеличенной на 1/3 EV (передержанный) , третий с экспозицией уменьшенной на 1/3 EV (недодержанный).

2) Компенсация экспозиции. Суть похожа на брейкетинг. Только вы задаете не вилку, а просто смещение экспозиции в большую или меньшую сторону относительно «нормальной». И камера делает один снимок, но со «смещенной» экспозицией. В некоторых случаях это может быть удобнее чем брейкетинг, потому что вы сможете задать разное смещение для снимков. Например сделать переэкспонированный снимок со смещением в + 1 EV, а недоэспонированный со смещением в -2/3 EV.

3) Съемка в RAW формат. Самый простой способ получить необходимые «версии». Любой конвертор RAW имеет функцию компенсации экспозиции. Вам надо всего лишь отконвертировать RAW файл 2 раза, с разными установками компенсации экспозиции. С двумя полученными в результате файлами мы и будем работать далее. Но к сожалению RAW формат поддерживают далеко не все фотоаппараты.

4) Коррекция JPEG. Допустим у вас есть только JPEG файл. Тогда, в графическом редакторе, вы можете создать 2 версии используя, например, коррекцию уровней (Levels) или кривых (Curves). В одном случае путем коррекции «вытянем» темные участки, во втором светлые. Но не забывайте что формат JPEG «выкидывает» из графического файла всю «лишнюю» информацию, поэтому возможности по его «вытягиванию» весьма ограничены. Перед тем как начать корректировать JPEG файл, лучше переведите его в TIFF или BMP — качества фотографии это не прибавит, но при редактировании на изображение не будет влиять алгоритм сжатия JPEG.

Важное замечание для съемки с брейкетингом или компенсацией экспозиции — вы обязательно должны использовать штатив! Потому что достаточно мизерного смещения камеры в промежутке между снимками и вы не сможете нормально «свести» полученные снимки в итоговый. При съемке лучше выставить на фотокамере режим «приоритет диафрагмы» и пользоваться ручной фокусировкой или автофокусом по центральной точке. Таким образом снимки будут иметь одинаковую глубину резкости, сами кадры будут идентичны и будут иметь различие только в экспозиции, что нам и требуется.

 

Компенсация экспозиции в конверторе RAW (Photoshop CS2).

 

И еще — не вдавайтесь в крайности. Рекомендуемая разница между переэкспонированным и недоэкспонированным снимком — 2-3 ступени. Если разница будет больше итоговый снимок может получится совсем уж нереальным.

Теперь приступим к главному — обработке полученных версий в Adobe Photoshop. В принципе основные способы обработки, описанные ниже, построены на работе со слоями (Layers) и маскированием, так что подойдет любой графический редактор, поддерживающий слои и маски слоев.

Начало работы. Открываем обе версии снимка .

Открываем одновременно обе версии в Photoshop. Выбираем инструмент «Перемещение» и удерживая на клавиатуре Shift — перетаскиваем одно изображение поверх второго. SHIFT в данном случае нужен для того, чтобы верхний слой встал четко поверх нижнего, таким образом избавив нас от лишней работы по «подгонке» границ кадров. Теперь имеем одно изображение с двумя слоями,точно расположенными друг поверх друга — на одном слое недоэкспонированная версия, на другом переэкспонированная.

Начало работы. Расположение слоев.

Способы описанные ниже рассчитаны на то, что переэкспонированная (темная) версия находится поверх недоэкспонированной. Но забегая вперед скажу — можно расположить слои наоборот, тогда все ваши действия так же будут «наоборот», например, в случае «рисования по маске», маску первоначально создать в режиме Reveal All а не Hide All и рисовать по ней не черной а белой кистью.

Теперь все предварительные работы закончены и можно приступать к «смешиванию».

 

Первый способ — рисование по маске

Самый «классический» способ, еще давным давно описанный на сайте Luminous Landscape. Располагаем слои друг над другом, как говорилось ранее.

Добавление маски в режиме «Скрыть все», через палитру слоев.

Добавляем к верхнему слою маску в режиме Hide All (Скрыть все) через меню — Layer / Add Layer Mask / Hide All или удерживая ALT кликнув на иконке в палитре слоев. Теперь выбираем инструмент Кисть (Brush) и белый цвет для нее. Нам потребуется кисть достаточно большого размера, с размытыми краями.

Переключаемся на маску слоя (достаточно кликнуть на прямоугольной черной иконке маски у соответствующего слоя) и начинаем по ней «рисовать» кистью, по тем областям которые на наш взгляд излишне светлые на нижнем слое (небо и вода).

При этом мы на самом деле просто «открываем» те части темного верхнего слоя, где проходит кисть и наш верхний слой в этих местах становиться непрозрачный, закрывая нижний, светлый слой. За счет того что кисть имеет размытые края, переход к «прозрачности» получается плавный, что визуально скрадывает разницу тонов на разных слоях. Плавность зависит от степени размытости краев кисти и ее размера. Попробуйте интереса ради воспользоваться простой кистью, с четкими контурами и сразу увидите разницу.

«Рисование» на маске, белой кистью по светлым областям.

Рисование по маске — один из самых точных способов, но и самый трудоемкий. Обратите внимание на ветки. Ветки и небо создают настоящий орнамент. По идее, чтобы получить идеальный конечный вариант, нам надо показать только небо, а ветки не трогать. Придется переключаться на более тонкую кисточку и выполнять весьма кропотливую и сложную работу по «обрисовыванию» веток.

Кстати в нашем примере удобнее делать как раз наоборот, то есть расположить «светлый» слой выше темного, создать маску в режиме «Показать все» и рисовать черной кистью по темным областям.

Хотя это и самый сложный способ, но знать его нужно. Есть более легкие способы, которые и описаны далее, позволяющие создать необходимую маску для верхнего слоя, но во многих случаях все равно придется выполнять «окончательную доводку» итогового снимка путем рисования по маске..

 

Второй способ — маска на базе слоя

Один из самых простых способов, так же описанный на Luminous Landscape. Так же как и ранее, вначале создаем наши слои и добавляем к верхнему слою маску. Только на этот раз маску создаем в режиме Reveal All (Показать все). После этого переключаемся на нижний слой, делаем «выделить все» (CTRL+A), затем копируем выделение в системный буфер (CTRL+C).

Теперь, удерживая клавишу ALT, кликаем на прямоугольной иконке нашей маски в палитре слоев. Все изображение стало белым. Мы переключились на режим редактирования маски. Вставляем на маску изображение из буфера (CTRL+V). Появилась наша фотография, но только в черно-белом виде- это и есть наша маска.

Собственно маска уже создана. Если вы снова переключитесь на нижний слой то увидите оба слоя уже в смешанном варианте. Но эта маска слишком «детальная» и грубая. Изображение получается «невнятным». Поэтому снова переключимся на маску и воспользуемся фильтром Gaussian Blur (размытие по Гауссу) . Меняя значение Gaussian Blur мы размываем маску, создавая плавные переходы и более общие «зоны маскирования», без резких границ.

Причем обратите внимание на то, что чем выше степень размытия, тем сильнее наша маска будет меняться сторону выделения ярких и темных областей фотографии.

Вид маски до размытия по Гауссу.

Маска после размытия по Гауссу

В конце концов опять переключаемся на нижний слой и контролируем результат. Если результат в каких то областях все еще вас не удовлетворяет, отшлифуйте его при помощи дополнительного рисования по маске.

 

Третий способ — color range

Третий способ описывает Дмитрий Рудаков в photoshop/tutorials/dynamicrange/»>статье на сайте Photoscape. Так же как и прежде располагаем слои друг над другом, но маску пока не добавляем.

Затем воспользуемся Color Range (Диапазон цвета) из меню Select. В параметрах выберем Shadows (Тени), так как в нашем конкретном случае, мы будем маскировать затемненные области. После того как мы нажмем ОК, все теневые зоны на нашей фотографии окажутся выделенными. Если где то, что то оказалось забыто, или наоборот, захватили лишнего — это можно быстро подкорректировать при помощи Quick Mask (Быстрая маска) или вручную, инструментами для работы с выделенными областями.

Color Range. Выделение нужной области.

Мы почти готовы для того чтобы создать маску слоя, но вначале надо немного «размыть» выделенную область, чтобы переход к прозрачности был плавный. Для этого следует выбрать функцию Feather (Размыть выделение) из меню Select. В появившемся меню вводим необходимое значение. При этом можно руководствоваться следующим правилом — чем больше мелких «перемешанных» деталей (веточки на фоне неба и воды в нашем случае) тем меньшее значение стоит вводить. Возможно вам потребуется попробовать разные значения, и экспериментальным путем добиться оптимального результата.

После того как выделенная область размыта, создаем маску в режиме Hide Selection (Скрыть выделенное) из меню Layers или кликая по иконке на палитре слоев, удерживая при этом Alt. Наша маска создана!

Вид маски с размытым при помощи feather выделенной области.

И опять же, если результат нужно подкорректировать, то выбираем мягкую кисть и переключившись на маску доделываем работу.

 

Результат

В итоге мы получили снимок, на котором и небо не «засвечено» и передний план хорошо различим, а не скрыт во мраке. За счет смещенной экспозиции на двух снимках, мы расширили динамический диапазон итогового изображения на 1.5-2 ступени.

Итоговый снимок, с расширенным динамическим диапазоном

Вы могли заметить, что все описанные выше способы есть ни что иное, как создание необходимой слой-маски. Различие между всеми описанными способами в основном лишь в удобстве использования. Результат же будет примерно одинаков.

Главное — это понять саму идею, а способов создания маски можно придумать еще пару десятков.

После расширения диапазона мы можем продолжить работать уже с итоговой фотографией, править кривые, уровни, яркость, насыщенность и т.п.

 

Альтернативные способы

Смешивание изображений при помощи слой маски не единственная технология. Один из альтернативных способов описан в статье Константина Афанасьева — Цифровая камера — расширение динамического диапазона. В ней предлагается вначале определенным образом отредактировать кривые на слоях, а затем выставить для каждого слоя соответствующий режим наложения.

Кроме того, для совсем ленивых можно предложить «автоматизаторы», то есть различные plug-in, photoshop actions и отдельные программы для расширения «ДД», например:

• Dynamic Range Increase — DRI Pro — небольшой плагинчик от Fred Miranda. К сожалению плагин платный и не имеет «пробной» версии. Но с другой стороны 20$ — не такие большие деньги за «удобство»
• Erik Krause Actions — бесплатный набор action для фотошопа. Перед использованием настоятельно советую прочитать readme файл из архива с акшенами
• Photomatix — отдельная программа которая кроме расширения динамического диапазона выполняет еще и другие полезные функции. Вроде бы может работать с RAW, но как то странно, не через основное меню

lightroom.ru

что это такое и зачем нужен

Приветствую вас, уважаемый читатель. С вами на связи, Тимур Мустаев. Наверняка вы задавались вопросом: «А что может моя камера?» Для ответа на него многие ограничиваются прочтением технических характеристик на коробке, корпусе или сайте производителя, но для вас этого явно недостаточно, не просто так же вы забрели на страницы моего блога.

Сейчас я постараюсь рассказать вам, что такое динамический диапазон фотоаппарата – характеристике, которую невозможно выразить в численном эквиваленте.

Что это такое?

Немного порывшись в терминах, можно выявить, что динамический диапазон – способность камеры распознавать и сохранять светлые и тёмные участки кадра одновременно.

Второе определение гласит, что это охват всех тонов между чёрным и белым, которые камера способна захватить. Оба варианта верны и говорят об одном и том же. Обобщая выше написанное, можно резюмировать: динамический диапазон определяет, какое количество деталей можно «вытащить» из участков разной тональности снимаемого кадра.

Очень часто этот параметр ассоциируют с экспозицией. Почему? Всё просто: практически всегда именно экспонирование по определённому участку сцены определяет, что на конечном изображении будет ближе к чёрному или к белому.

Тут стоит отметить, что при экспонировании по светлому участку «спасти» снимок будет несколько проще, ведь пересвеченные участки восстановлению, можно сказать, не подлежат, о чём я рассказывал в статье о графических редакторах.

Но не всегда перед фотографом стоит задача получить максимально информативный кадр. Чаще наоборот, некоторые детали лучше было бы скрыть. К тому же, если вместо чёрных и белых деталей на снимке начнут появляться серые – это негативно скажется на контрастности и общем восприятии снимка.

Поэтому широкий динамический диапазон не всегда играет решающую роль в получении качественной фотографии.

Из этого можно сделать следующий вывод: решающим фактором является не максимальное значение динамического диапазона, а осознание того, как его можно использовать. Именно фактором получения максимально красивого сюжета оперируют многие топовые фотографы для выбора точки экспонирования, а идеальный кадр получается только после достойной обработки.

Как видит мир камера?

Цифровые камеры в качестве светочувствительного элемента используют матрицу. Так вот, за каждый пиксель на конечном изображении здесь отвечает специальный фотодиод, который превращает в электрический заряд количество фотонов, полученных из объектива. Чем их больше – тем выше заряд, а если их нет вовсе или превышен динамический диапазон сенсора, то пиксель будет чёрным или белым соответственно.

Помимо этого, матрицы в фотокамерах бывают разных размеров, могут производиться по разным технологиям. В купе все параметры влияют на размер фотодатчика, от которого зависит широта охвата светового диапазона. К примеру, если рассмотреть камеры в смартфонах, то размер их сенсора настолько мал, что не составляет даже пятой части от габаритов полноразмерной матрицы.

Как следствие, мы получаем более низкий динамический диапазон. Тем не менее, некоторые производители увеличивают размер пикселей в камерах своих девайсов, говорят, что смартфоны способны вытеснить фотокамеры с рынка. Да, они могут вытеснить любительские мыльницы, но до DSLR, то есть зеркальных, им далековато.

В качестве аналогии многие фотографы приводят сосуды разных размеров. Так, пиксели смартфонных камер часто принимают за стаканы, а в DSLR – за вёдра. К чему это всё? К тому, что, к примеру, 16 миллионов стаканов поместят в себя меньше воды, чем 16 миллионов вёдер. То же самое и с сенсорами, только вместо сосудов у нас фотодатчики, а воду заменяют фотоны.

Тем не менее, сравнение качества картинки, полученной на мобильный телефон и зеркальную камеру, может показать их сходство. К тому же, некоторые из первых с недавнего времени начали поддерживать съёмку в RAW. Но сходство будет таковым только при идеальных условиях освещения. Как только речь пойдёт о низко-контрастных сценах – девайсы с маленькими сенсорами останутся позади.

Разрядность изображения

Этот параметр также тесно связан с динамическим диапазоном. Связь эта базируется на том, что именно разрядность сообщает камере сколько тонов нужно воспроизвести в изображении. Это говорит о том, что цветные снимки с цифровой камеры, которые являются таковыми по умолчанию, могут быть засняты монохромно. Почему? Потому что матрица, как правило, записывает не цветовую палитру, а количество света в цифровом эквиваленте.

Зависимость здесь пропорциональная: если изображение 1-битное, то пиксели на нём могут быть либо чёрными, либо белыми. 2 бита добавляют к этим вариантам ещё 2 оттенка серого. И так в геометрической прогрессии. Когда дело доходит до работы с цифровыми сенсорами, чаще всего используются 16-битные, так как их охват тонов сильно выше датчиков, работающих с меньшим количеством бит.

Что это нам даёт? Камера сможет обрабатывать большее количество тонов, что позволит более точно передать световую картину. Но здесь есть небольшой нюанс. Некоторые аппараты не могут воспроизводить изображения с максимальной битностью, на которую рассчитаны их матрица и процессор. Такая тенденция наблюдается на некоторых продуктах компании Nikon. Здесь исходники могут быть 12- и 14-битными. Камеры Canon, кстати, таким не грешат, насколько мне известно.

Какие могут быть последствия у таких камер? Здесь всё зависит от снимаемой сцены. К примеру, если кадр требует высокого динамического диапазона, то некоторые пиксели, максимально близкие к чёрному и белому, но являющиеся оттенками серого, могут быть сохранены как чёрный или белый соответственно. В остальных случаях разницу заметить будет практически невозможно.

Общий вывод

Итак, какой можно сделать вывод из всего вышеописанного?

• Во-первых, стараться выбирать камеру с большой матрицей, если это нужно.
• Во-вторых, выбирать максимально удачные точки для экспонирования. Если это невозможно, то лучше сделать несколько снимков с разными точками замера экспозиции и выбрать наиболее удачный.
• В-третьих, стараться хранить изображения с максимально допустимой битовой глубиной, в «сыром виде», то есть в формате RAW.

Если вы начинающий фотограф и вас интересует больше информации о цифровом зеркальном фотоаппарате, да еще и с наглядными видео примерами, тогда не упустите возможность изучить курсы «Цифровая зеркалка для новичка 2.0» или «Моя первая ЗЕРКАЛКА». Именно их я рекомендую фотографу-новичку. На сегодняшний день они одни из лучших курсов для детального понимания своего фотоаппарата.

Моя первая ЗЕРКАЛКА — для сторонников фотоаппарата CANON.

Цифровая зеркалка для новичка 2.0 — для сторонников фотоаппарата NIKON.

В общем-то, это всё, что я хотел рассказать. Надеюсь, статьёй вы остались довольны и почерпнули из неё для себя что-то новое. Если это так, то советую подписаться на мой блог и рассказать о статье своим друзьям. Скоро мы опубликуем ещё несколько полезных и интересных статей. Всего доброго!

Всех вам благ, Тимур Мустаев.

fotorika.ru