Динамический диапазон и его практическое значение. Как запечатлеть все тона снимаемой сцены

by Cal Redback

Динамический диапазон является одним из многих параметров, на которые обращают внимание все, кто покупает или обсуждает фотокамеру. В различных обзорах часто используется этот термин наряду с параметрами шума и разрешения матрицы. Что же обозначает этот термин?

Не должно быть секретом, что динамический диапазон фотоаппарата - это способность камеры к распознаванию и одновременной передаче светлых и темных деталей снимаемой сцены.

Если говорить более детально, то динамический диапазон камеры - это охват тех тонов, которые она может распознать между черным и белым. Чем больше динамический диапазон, тем больше этих тонов могут быть записаны и тем больше деталей может быть извлечено из темных и светлых участков снимаемой сцены.

Динамический диапазон обычно измеряется в значениях . Хотя вроде бы и очевидно, что важным является возможность захватить наибольшее, насколько это возможно, число тонов, для большинства фотографов приоритетной остается цель - попытаться создать приятный образ. А это как раз не означает, что необходимо, чтобы была видна каждая деталь изображения. Например, если темные и светлые детали изображения будут разбавлены серыми полутонами, а не черными или белыми, то вся картинка будет иметь очень низкую контрастность и выглядеть довольно скучно и нудно. Ключевыми являются границы динамического диапазона фотокамеры и понимание как можно использовать его для создания фотографий с хорошим уровнем контрастности и без т.н. провалов в светах и тенях.

Что видит камера?

Каждый пиксель в изображении представляет один фотодиод на сенсоре камеры. Фотодиоды собирают фотоны света и превращают их в электрический заряд, который затем преобразуется в цифровые данные. Чем больше фотонов, которые собираются, тем больше электрический сигнал и тем ярче будет в изображении пиксель. Если фотодиод не собирает никаких фотонов света, то никакой электрический сигнал не будет создан и пиксель будет черным.

датчик 1 дюйм

датчик APS-C

Тем не менее, датчики бывают различных размеров и разрешений, а также при их производстве используются различные технологии, которые влияют на размер фотодиодов каждого датчика.

Если рассматривать фотодиоды как ячейки, то можно провести аналогию с наполнением. Пустой фотодиод будет воспроизводить черный пиксель, в то время как 50% от полного покажет серый цвет и заполненный на 100% будет белым.

Скажем, мобильные телефоны и компактные камеры имеют очень маленькие датчики изображения по сравнению с DSLR. Это означает, что они также имеют гораздо меньшие фотодиоды на датчике. Таким образом, даже при том, что и компактная камера, и DSLR может иметь датчик 16-миллионов пикселей, динамический диапазон будет отличаться.

Чем больше фотодиод, тем больше его способность хранить фотонов света по сравнению с меньшим размером фотодиода в меньшем датчике. Это означает, что чем больше физический размер, тем диод может лучше записывать данные в светлых и темных областях

Наиболее распространена аналогия, что каждый фотодиод похож на ведро, которое собирает свет. Представьте себе, что 16 миллионов ведер занимаются сбором света по сравнению с 16 млн. чашек. Ведра имеют больший объем, за счет которого способны собрать большее количество света. Чашки гораздо меньшей емкости, поэтому при наполнении могут передать фотодиоду гораздо меньший по мощности , соответственно пиксель может воспроизводиться с гораздо меньшим количеством световых фотонов, чем получается от более крупных фотодиодов.

Что это означает на практике? Камеры с меньшими размерами датчиков, такие как в смартфонах или потребительские компакты, имеют меньший динамический диапазон, чем даже самый компактный фотоаппарат из системных камер или зеркалок, которые используют большие датчики. Тем не менее, важно помнить, что влияет на ваши изображения общий уровень контраста в сцене, которую вы фотографируете.

В сцене с очень низкой контрастностью разница в тональном диапазоне, захваченном камерой мобильного телефона и DSLR, может быть мала или вообще не различима. Датчики обеих камер способны захватывать полный диапазон тонов сцены, если свет выставлен правильно. Зато при съемке высококонтрастных сцен будет очевидным, что, чем больше динамический диапазон, тем большее количество полутонов он способен передать. И так как более крупные фотодиоды имеют лучшую способность при записи более широкого диапазона тонов, следовательно, и имеют больший динамический диапазон.

Давайте посмотрим разницу на примере. На фотографиях ниже можно наблюдать отличия в передаче полутонов камерами с разным динамическим диапазоном при одинаковых условиях высокой контрастности освещения.

Что такое разрядность изображения?

Разрядность тесно связана с динамическим диапазоном и диктует камере какое количество тонов может быть воспроизведено в изображении. Хотя цифровые снимки полноцветные по умолчанию, и они не могут быть сняты не цветными, датчик камеры на самом деле не записывает непосредственно цвет, он просто записывает цифровое значение для количества света. Например, 1-битное изображение содержит самую простую "инструкцию" для каждого пикселя, поэтому в данном случае есть только два возможных конечных результата: черный или белый пиксель.

Битное изображение состоит уже из четырех различных уровней (2×2). Если оба бита равны - это белый пиксель, если оба выключены, то это черный. Есть также возможность иметь два варианта, что на изображении будет соответственное отражение еще двух тонов. Двухбитное изображение дает черно-белый цвет плюс два оттенка серого.

Если изображение 4-битное, соответственно существует 16 возможных комбинаций в получении различных результатов (2x2x2x2).

Когда дело доходит до обсуждения цифровых изображений и датчиков, чаще всего можно услышать о 12, 14 и 16-битных датчиках, каждый из которых способен записывать 4096, 16384 и 65536 различных тонов соответственно. Чем больше битовая глубина, тем большее количество значений яркости или тона может быть записано с помощью датчика.

Но и тут кроется подвох. Не все камеры способны воспроизводить файлы с такой глубиной цвета, которую может позволить создать датчик. Например, на некоторых камерах Nikon исходные файлы могут быть как 12 бит, так и 14 бит. Дополнительные данные в 14-битных изображениях означают, что в файлах, как правило, больше деталей в светлых и темных областях. Так как размер файла больше, то и времени на обработку и сохранение тратится больше. Сохранение необработанных изображений 12-битных файлов происходит быстрее, но тональный диапазон изображения из-за этого сжимается. Это означает, что некоторые очень темные серые пиксели будут отображаться как черные, а некоторые светлые тона могут выглядеть как .

Когда происходит съемка в формате JPEG, файлы сжимаются еще больше. Изображения JPEG являются 8-разрядными файлами, состоящими из 256 различных значений яркости, поэтому многие из мелких деталей, доступных для редактирования в исходных файлах, снятых в , полностью теряются в файле JPEG.

Таким образом, если у фотографа имеется возможность получить наиболее полную отдачу от всего возможного динамического диапазона фотокамеры, то лучше сохранять исходники в "сыром" виде - с максимально возможной битовой глубиной. Это означает, что снимки будут хранить наибольшее количество информации о светлых и темных областях, когда дело коснется редактирования.

Чем понимание динамического диапазона фотокамеры важно для фотографа? Исходя из имеющейся информации, можно сформулировать несколько прикладных правил, придерживаясь которых, повышается вероятность получения хороших и качественных изображений в трудных условиях для фотосъемки и избегать серьезных ошибок и недочетов.

• Лучше снимок сделать более светлым, чем перетемнить его. Детали в светах "вытягиваются" проще, потому что они не такие шумные, как детали в тени. Безусловно, что правило действует при условиях более-менее правильно выставленной экспозиции.
• При замере экспозиции по темным областям лучше жертвовать детализацией в тенях, более тщательно проработав света.
• При большой разнице в яркости отдельных участках снимаемой композиции экспозицию следует замерять по темной части. При этом желательно выравнивать по возможности общую яркость поверхности изображения.
• Оптимальное время для съемки считается утреннее или вечернее, когда свет распределяется равномерней, чем в полдень.
• Портретная съемка пройдет лучше и легче, если использовать дополнительное освещение с помощью выносных вспышек для фотокамеры (например, купить современные накамерные вспышки http://photogora.ru/cameraflash/incameraflash).
• При прочих равных следует пользоваться наименьшим из возможных значением ISO.

«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.

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».

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).

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.

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.

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.

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 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.

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.

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!

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

В самом упрощённом виде определение звучит так: динамический диапазон определяет способность светочувствительного материала (фотопленки, фотобумаги, светочувствительной аппарата) правильно передавать яркости снимаемого объекта. Не очень понятно? Суть явления не так очевидна, как кажется на первый взгляд. Дело в том, что глаз и фотоаппарат видят мир по-разному. Глаз развивался несколько сот миллионов лет, а оптическая система аппарата — полторы сотни лет. Для глаза огромный перепад яркостей в наблюдаемом мире — тривиальная задача, а для аппарата — иногда непосильная. И, если глаз воспринимает весь диапазон яркостей, то фотоаппарат «видит» только узкую часть диапазона , которая как бы передвигается по шкале в одну и другую сторону, в то время как мы изменяем съёмки.

Давайте на несколько минут вернёмся в прошлый, XX, век, во времена плёночной фотографии. Тому, кто не застал тех славных времён, придётся напрячь свою фантазию.

Техпроцесс печати, наверное, представляют все. Свет лампы увеличителя, пройдя через негатив, освещает фотобумагу. Там, где негатив прозрачный, весь свет проходит, не задерживаясь, а там, где плотный – поток сильно ослабевает. Потом бумага помещается в проявитель. Те места, которым досталось много света – чернеют, а участки, оставшиеся на голодном световом пайке – наоборот, остаются белыми. Ну и, конечно, никуда не делись промежуточные тона. Представим, что на негативе есть как абсолютно чёрные участки, через которые свет вообще не пробивается, так и абсолютно прозрачные, пропускающие весь свет. Есть ещё такое понятие, как время максимальной выдержки. Оно для каждого увеличителя своё и зависит от типа лампы, её мощности и от конструкции рассеивателя. Допустим, что это время составляет 10 секунд. Нам не столько важна абсолютная его величина, сколько само понятие – за эти 10 секунд фотобумага, помещённая под лампу фотоувеличителя, безо всякого негатива (или с абсолютно прозрачным негативом), сможет вобрать в себя весь поступивший свет. Больше она просто не примет – происходит насыщение. Свети хоть 20 секунд, хоть 3600 – разницы уже не будет. Она уже и так останется максимально чёрной.

Внимание, вопрос. Как Вы считаете, сколько полутонов сможет расположиться на полоске фотобумаги между абсолютно белым и абсолютно чёрным участком, так чтобы человек различал разницу между ними? Давайте разделим полоску на 10 частей, и будем увеличивать экспозицию (то есть количество света) для каждого последующего участка на одну и ту же величину, например, на секунду. Таким образом, мы получим 10 участков, со всё увеличивающейся экспозицией (всё более чёрных). Вот это количество полутонов, которые может воспроизвести светоприёмник, и называется его динамическим диапазоном.

Вы удивитесь, когда не сможете различить все 10 переходов на полоске фотобумаги, особенно в светлой её части (глаз человека сможет различить гораздо больше, не справится именно бумага). Оказывается, что фотобумага, на которой напечатаны все чёрно-белые шедевры за последние лет 150, может уверенно передать всего-навсего 5-6-7 ступеней полутонов, в зависимости от контраста. Чуть лучше обстоит дело с фотоплёнкой – она вмещает в себя 12-14, а то и ещё больше градаций полутонов! У слайдовой плёнки диапазон полутонов составляет 7-10 ступеней.

Нас, как цифровых фотографов, интересует, конечно, матрица цифрового аппарата. Довольно долгое время цифроматрица находилась в явных аутсайдерах. Её динамический диапазон был примерно сопоставим с таковой у слайдовой плёнки. Сегодня же, с почти полным переходом на CCD-матрицу, динамический диапазон матрицы цифровых аппаратов значительно расширен – примерно до 12-14 ступеней. Специальные же матрицы от Fuji имеют ещё бОльший динамический диапазон (В этих матрицах для увеличения динамического диапазона используется наличие на одной и той же матрице элементов различной площади и различной эффективной чувствительности. Передача низких уровней яркости обеспечивается элементами большой чувствительности, а высоких яркостей - низкой).

Для чего нам нужно понятие динамического диапазона? Дело в том, что оно очень тесно связано с измерением и выбором .

Среднестатистический сюжет как раз состоит из этих самых 7-8 ступеней экспозиции. И, если мы верно выставим экспозицию, необходимую для передачи всех полутонов, присутствующих в исходном объекте, мы прекрасно справимся с поставленной задачей – получим отлично проработанное как в светах, так и в тенях изображение. Наш светоприёмник (матрица или плёнка) как раз уместит в своём диапазоне весь диапазон яркостей объекта.

Усложняем задачу – выходим за рамки средней съёмки – добавляем солнышко. Диапазон яркостей сразу увеличивается, появляются световые блики, отражения, глубокие тени. Глаз с этим справляется на «ура», ему только не очень нравится смотреть на слишком яркие источники света, а вот для фотоаппарата наступают тяжёлые минуты. Как угодить хозяину? Что выбрать? Увеличишь экспозицию – получишь выбитые зубы света и невестино платье станет просто белым куском, уменьшишь, постараешься поймать платье невесты, так у жениха костюм – сплошное чёрное пятно. Диапазон яркостей объекта намного превышает возможности светоприёмника, и в этом случае приходится идти на компромисс, подключать творчество, опыт и знание теории.

«А может сделать силуэт, да не париться? Так даже лучше» — это творчество .

«Экспозиция – по лицу. А платье и пиджак подтянем кривыми в Любимой Программе» — это знание теории .

«Отведу-ка я пару воон под то деревце, и таким образом выровняю перепад яркостей, а, следовательно, и динамический диапазон» — это опыт .

Изменить динамический диапазон своего аппарата мы не в силах, мы можем только помочь ему принять верное решение в сложных ситуациях. Мы помогаем ему в выборе — какая жертва для нас, как для автора снимка менее трагична.

Надеюсь, теперь стало более понятно, как связано понятие динамического диапазона с экспозицией. Чтобы получить возможно более качественный снимок, необходимо весь диапазон полутонов объекта уместить в динамический диапазон аппарата, либо – решая творческие задачи – сместить диапазон яркостей объекта в одну или другую сторону.

Одним из способов увеличения динамического диапазона является многократная съёмка объекта с разными экспозициями с последующим цифровым «склеиванием», объединением кадров в одно изображение. Такой способ носит название HDR — High Dinamic Range.

Последний абзац посвящу извинениям. Дело в том, что на самом деле понятие «динамический диапазон» довольно сильно зависит от способа измерения — по контрастности, по плотности или f-ступенями, от цветового пространства, от освещенности (для отпечатков или мониторов), от области применения — для сканера, для матрицы, для монитора, для бумаги и прочее. Поэтому прямое сравнение динамического диапазона, как это проделали мы, если честно, довольно значительно грешит против настоящей, скрупулёзной физики. В своё оправдание скажу, что я попытался дать возможно более понятное объяснение термина. За более детальным (строгим) определением отсылаю читателя в просторы сети (вот хороший пример для начала — «Динамический диапазон в цифровой фотографии «).

И ещё. Ну это уже точно самый последний абзац. С понятиями «Динамический диапазон» и «Экспозиция» очень тесно связна интереснейшая «Зонная теория Анселя Адамса». Точнее, придумал теорию не Адамс, но он здорово популяризовал её, развил и теоретически обосновал, так что теперь она носит его имя. При случае обязательно познакомьтесь с ней.

Удачных снимков!

Нет связанных статей.

Динамический диапазон -- это отношение максимального допустимого значения измеряемой величины (яркости по каждому из каналов) к минимальному значению (уровню шумов). В фотографии динамический диапазон принято измерять в единицах экспозиции (шаг, стоп, EV), т.е. логарифмом по основанию 2, реже - десятичным логарифмом (обозначается буквой D). 1EV = 0,3D. Изредка используют и линейное обозначение, например 1:1000, что равно 3D или почти 10EV.

Характеристика «динамический диапазон» также используется для форматов файлов , используемых для записи фотографий . В этом случае он назначается авторами конкретного формата файла, исходя из тех целей, для которых этот формат будет использоваться. Например, ДД

Термином «динамический диапазон» иногда неверно называют любое отношение яркостей в фотографии:

• отношение яркостей самых светлых и тёмных объектов съемки
• максимальное отношение яркостей белого и чёрного цветов на мониторе/фотобумаге (верный английский термин contrast ratio)
• диапазон оптических плотностей плёнки
• другие, ещё более экзотические варианты

Динамический диапазон современных цифровых фотоаппаратов на начало 2008 года составляет от 7-8 EV у компактных камер до 10-12 EV у цифровых зеркальных камер (см. тесты современных камер на http://dpreview.com). При этом необходимо помнить, что матрица передает объекты съёмки с разным качеством, детали в тенях искажаются шумами , в светах - передаются очень хорошо. Максимальный ДД зеркалок доступен только при съемке в RAW , при конвертации в JPEG камера обрезает детали, сокращая диапазон до 7,5-8,5EV (в зависимости от настроек контраста камеры).

Динамический диапазон файлов и матриц фотоаппаратов часто путают с количеством бит , используемых для записи информации, однако прямой связи между этими величинами нет. Поэтому, например, ДД Radiance HDR (32 бита на пиксель) больше, чем 16-битного RGB (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.

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
  • http://www.kodak.com/global/en/professional/support/techPubs/e4035/e4035.jhtml?id=0.2.26.14.7.16.12.4&lc=en
• Форматы файлов:

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Динамический диапазон в фотографии" в других словарях:

Динамический диапазон: Динамический диапазон (техника) характеристика устройства или системы, предназначенной для преобразования, передачи или хранения некой величины (мощности, силы, напряжения, звукового давления, представляющая логарифм… … Википедия

Динамический диапазон 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… … Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Динамический диапазон. Динамический диапазон характеристика устройства или системы, предназначенной для преобразования, передачи или хранения некой величины (мощности, силы, напряжения, звукового… … Википедия

Фотографическая широта характеристика светочувствительного материала (фотоплёнки, передающей телевизионной трубки, матрицы) в фотографии, телевидении и кино. Определяет способность светочувствительного материала правильно передавать яркость… … Википедия

Контраст в наиболее общем смысле, любая значимая или заметная разница (например, «Россия страна контрастов…», «контраст впечатлений», «контраст вкуса пельменей и бульона вокруг них»), не обязательно измеряемая количественно. Контрастность степень … Википедия

Для улучшения этой статьи желательно?: Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное … Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. HDR. High Dynamic Range Imaging, HDRI или просто HDR общее название технологий работы с изображениями и видео, диапазон яркости которых превышает возможности стандартных технологий. Чаще… … Википедия

Эту статью следует викифицировать. Пожалуйста, оформите её согласно правилам оформления статей … Википедия

В Википедии есть п … Википедия

- (лат. redactus приведённый в порядок) изменение оригинала изображения классическими или цифровыми методами. Также может обозначаться термином ретуширование, ретушь (фр. retoucher подрисовывать, подправлять). Целью редактирования… … Википедия

Определение

Фотографическая широта — максимально возможный диапазон внешних яркостей, которые может каким либо образом зафиксировать фотоустройство (фотоаппарат, в том числе и цифровой, сканер и т.п.) внутри одного кадра.

Динамический диапазон — максимально возможный полезный диапазон оптических плотностей плёнки, фотобумаги и т.п. или максимально возможный полезный диапазон количеств электронов, могущих помещаться в каждом пикселе электронной матрицы фотоустройства.

Таким образом, термин «фотографическая широта» применяется для оценки запечетлеваемого диапазона внешних яркостей, а динамический диапазон — для оценки физических свойств внутреннего носителя (оптическая плотность плёнки, ёмкость и шумность пикселей матрицы и т.п.).

Примеры :

Фотографическая широта плёнки (контрастность) — способность её фиксировать некоторый диапазон внешних яркостей. Приблизительные значения для негативов 2,5-9 EV, для слайдов 2-4 EV, для киноплёнки 14EV.
Динамический диапазон плёнки (диапазон оптических плотностей) — её способность в некотором диапазоне изменять свою прозрачность (оптическую плотность) в зависимости от воздействия внешней яркости. Приблизительные значения для негативов 2-3D, для слайдов 3-4D.

Фотографическая широта фотобумаги (контрастность) — способность её фиксировать некоторый диапазон внешних яркостей (от фотоувеличителя). Типичные значения для чёрно-белых бумаг: 0,7-1,7 EV.
Динамический диапазон фотобумаги (диапазон оптических плотностей) — её способность в некотором диапазоне изменять степень отражения (оптическую плотность) в зависимости от внешней яркости (от фотоувеличителя). Типичные значения от 1,2 до 2,5D.

Фотографическая широта матрицы цифрового аппарата — способность её фиксировать некоторый диапазон внешних яркостей. У цифрокомпактов 7-8 EV, у зеркалок 10-12 EV.
Динамический диапазон матрицы цифрового фотоаппарата — способность пикселей матрицы в некотором количественном диапазоне накапливать разное количество электронов в зависимости от уровня внешней яркости. Динамический диапазон цифрокомпактов — 2,1-2,4D, а зеркалок — 3-3,6D.

Фотографическая широта графического файла — Поскольку файл — это всего лишь способ хранения информации, то за счёт потери градаций в любой формат файла можно запихнуть любой диапазон внешних яркостей. Стандартные величины у формата восьмибитного JPEG — это 8 EV, у HDRI (Radiance RGBE) — до 252 EV. От количества бит, выделяемых для хранения каждого пикселя, этот параметр зависит лишь косвенно, поскольку способ упаковки информации в эти биты у разных форматов различен.
Динамический диапазон графического файла — способность файла хранить в себе некоторый диапазон значений каждого пикселя.

Фотографическая широта монитора — Поскольку монитор — это только устройство отображения, то этот параметр не имеет особого смысла. Ближайшим по смыслу параметром будет способность монитора отображать закодированный в графическом файле диапазон значений яркости. Но он зависит в основном от используемого цветового профиля и программы отображения, которые с тем или иным успехом втискивают всю (или не всю) фотографическую широту изображения, содержащуюся в файле, в рамки динамического диапазона монитора. Замечу, что чем большая фотоширота втиснута в динамический диапазон, тем менее контрастно выглядит изображение.
Динамический диапазон монитора (контрастность) — способность пикселя монитора в некотором диапазоне изменять свою яркость в зависимости от напряжения входящего сигнала. Динамический диапазон современных мониторов находится в пределах 2,3 - 3D (200:1 — 1000:1) .

Фотографическая широта матрицы сканера — способность её фиксировать некоторый диапазон яркостей отражённого от бумаги или пропущенного через плёнку света. Составляет от 6 EV у офисных планшетных до 16 EV у профессиональных барабанных сканеров.
Динамический диапазон матрицы сканера — способность пикселей матрицы сканера в некотором количественном диапазоне накапливать разное количество электронов в зависимости от яркости отражённого от бумаги или пропущенного через плёнку света. Динамический диапазон сканеров может принимать значения от 1,8D у офисных планшетников до 4,9D у профессиональных барабанных сканеров.

Примечание по сканеру : Поскольку лампа сканера создаёт постоянную освещённость сканируемого материала, верхняя граница яркости этого материала фиксирована (абсолютно белый лист или полностью прозрачная плёнка). Поэтому и верхняя граница динамического диапазона матрицы фиксирована, будучи подогнанной под эту максимальную яркость. Следовательно, величины фотографической широты и динамического диапазона совпадают. Кроме того, зная динамический диапазон плёнки (бумаги) и его сдвиг относительно полной прозрачности (абсолютной белизны), можно смело сравнить динамические диапазоны плёнки (бумаги) и сканера, и определить, сможет ли тот или иной сканер оцифровать плёнку (бумагу) без потерь градаций. Для справки: динамический диапазон вуали (максимальной прозрачнгости) фотоплёнок приблизительно составляет 0,1D.

Обшее примечание 1. Не все вышеперечисленные словосочетания реально используются, но они упомянуты для полноты картины, чтобы яснее можно было прочувствовать разницу между фотографической широтой и динамическим диапазоном.

Обшее примечание 2. Очевидно, что фотографическая широта и динамический диапазон для одного и того же аналогового фотоустройства или материала имеют разные величины, даже если их попытаться выразить в одинаковых единицах. Для цифровых же фотоустройств эти параметры имеют одну величину. Из-за этого понятие фотошироты обычно подменяется понятием динамического диапазона. К счастью, для цифровых фотоустройств это не критично.

Единицы измерения

Исходя из понятия логарифма (показатель степени, в которую надо возвести одно число, чтобы получить другое), обе эти шкалы являются логарифмическими. В первом случае используется логарифм по основанию 10 (десятичный логарифм — log 10 или lg), во втором — по основанию 2 (двоичный логарифм — log 2 или lb).

Десятичный логарифм используется для компактности шкалы динамического диапазона и соответствия каждого следующего деления шкалы динамического диапазона зрительному ощущению падения яркости в 2 раза при фактическом десятикратном падении величины измеряемого параметра, а двоичный — для соответствия каждого следующего деления шкалы фотографической широты зрительному ощущению равномерного падения яркости при геометрически увеличивающимся падении количества света.

Размер динамического диапазона или фотографической широты записываются цифрой, обозначающей количество делений по соответствующей шкале между измеренными точками. При этом, если измерения проходят по шкале динамического диапазона, рядом с цифрой ставят обозначение D (2D, 2,7D, 4D, 4,2D), а если по шкале фотографической широты, то используется обозначение EV (Exposure Value — значение экспозиции) или просто количество ступеней или стопов (делений).

Часто динамический диапазон записывают просто как отношение, например 100:1 (2D) или 1000:1 (3D).

Формула же для измерения полезного динамического диапазона следующая: динамический диапазон равен десятичному логарифму из отношения максимальной величины измеряемого параметра к минимальному, то есть уровню шума:

D = lg(Max/Min)

Формула вычисления фотошироты аналогична, но вместо десятичного логарифма применяется двоичный.

Динамический диапазон цифровых устройств измеряют ещё и в децибеллах. Способ измерения практически аналогичен вышеописанному, поскольку децибел - тоже логарифмическая величина, и тоже вычисляется через десятичный логарифм. Но значение в децибелах будет в 20 раз больше (1D = 20 дб), и сейчас я объясню, почему.

Измерению в этом случае подвергается разница напряжений, в которые преобразовываются накопленные в каждом пикселе матрицы электроны. Впрочем, это напряжение пропорционально количеству накопленных электронов, но я упомянул напряжение не случайно. Дело в том, что в децибелах измеряют диапазоны только энергетических величин : мощностей, энергий и интенсивностей. И способ их вычисления полностью аналогичен вышеописанному за исключением умножения итогового числа на 10, потому что мы мерием не белы а децибелы, которые в 10 раз меньше.

Однако существует возможность померить в децибелах и амплитудные величины , такие как напряжение, ток, импеданс, напряженности электрического или магнитного полей и размахи любых волновых процессов. Но для этого надо учесть зависимость от них соответствующей им энергетической величины.

Вычислим зависимость мощности от напряжения . Мощность равна квадрату напряжения делённого на сопротивление, то есть она зависит от напряжения квадратично . Увеличивая напряжение в 2 раза мощность увеличивается в 4 раза. Значит, чтобы сохранить мощностную пропорцию, придётся мерить диапазон не напряжений, а квадратов этих напряжений:

lg(U max 2 /U min 2) = lg(U max /U min) 2 = 2*lg(U max /U min)

Мы получим значение в белах. Для перевода в децибелы умножаем на 10. В итоге полная формула принимает вид:

Децибелы = 20*lg(U max /U min)

Таким образом, у нас получается, что динамический диапазон в децибелах равен подсчитанному нами по шкале динамическому диапазону, умноженному на коэффициент 20.

Кроме того, принимая во внимание логарифмичность шкал и зная динамический диапазон фотоустройства, можно вычислить его фотографическую широту, и наоборот, по его фотографической широте можно узнать его динамический диапазон. Для этого нужно опять же просто пересчитать диапазон из одной шкалы в другую.

Поскольку деления шкалы представляют собой степени, вычислим, в какую степень надо возвести десятку (размерность шкалы динамического диапазона), чтобы получить двойку (размерность шкалы фотографической широты). Берём десятичный логарифм от двойки и получаем цену одного деления шкалы фотографической широты в единицах шкалы динамического диапазона — приблизительно 0,301. Это число и будет коэффициентом перевода. Теперь, для перевода EV в D, следует EV умножить на 0,3, а для перевода из D в EV, следует D разделить на 0,3.

Замечу, что шкала фотографической широты применяется не только для измерения диапазонов, но и для измерения конкретных величин экспозиции. Поэтому она имеет условный ноль, который соответствует яркости света, падающего от объекта, освещённость которого составляет 2,5 люкса (для нормальной экспозиции объекта с таким освещением требуется диафрагма 1.0 и выдержка 1 сек. при чувствительности ISO 100). Таким образом, экспозиция вполне может принимать по этой шкале отрицательные значения в EV. Диапазон же, естественно, всегда положителен.

Битовая глубина цифрового фотоустройства.

Между максимальным и минимальным значениями существует большое количество градаций, соответствующих разным яркостям, воспринятым пикселем. Для цифровой фиксации градаций в двоичном представлении требуется некоторое количество бит. Это количество бит и называется битовой глубиной АЦП (аналого-цифрового преобразователя фотоустройства, преобразующего количество возбуждённых электронов в пикселе в ту или иную цифру).

В современных сканерах на каждый из трёх цветов выделяют обычно по 16 бит. В цифровых фотоаппаратах это значение несколько меньше. Но даже там битовая глубина является избыточной, потому что основным ограничением является не разрядность АЦП, а динамический диапазон пикселей, которые пока неспособны накапливать большее количество электронов, или же иметь более низкий показатель случайного теплового шума, чтобы не глушить полезные электроны. В результате, младшие биты избыточной битовой глубины заняты в основном значениями случайного теплового шума.