динамический диапазон в фотографии что такое
Что такое динамический диапазон камеры, и в чем может быть выгода для фотографа?
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 экспозиции, или стопах. 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.
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 импульс, 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 полноценный белый цвет.
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 RAW-формате, 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.
Видеоканал Фотогора
Вы можете оставить свой комментарий к данной статье
Как запечатлеть все тона снимаемой сцены
Динамический диапазон – жизненно важный «òрган» вашей фотографии: или даст путёвку в жизнь или отправит в мусорную корзину. В этом уроке мы объясним, как передать на снимке все тона, присутствующие в сцене, и обсудим способы расширения динамического диапазона.
Если вы когда-нибудь фотографировали при прямом солнечном свете или сюжет, где присутствовали яркие блики и глубокие тени, то наверняка сталкивались с проблемой: фотоаппарат запечатлевает детали либо в бликах, либо в тенях, либо ни там, ни там.
Это одна из самых распространённых трудностей, с которой вы будете сталкиваться. Она не связана с экспозицией. Причина явления заключается в разнице между яркостью бликов и яркостью теней в снимаемой сцене – в её, так называемом, динамическом или тоновом диапазоне. Разница может быть настолько большой, что вы не сможете запечатлеть и блики, и тени, какой бы ни была экспозиция.
Светочувствительный сенсор цифрового фотоаппарата может различать тона из широкого диапазона, но ширина последнего не бесконечна. Как только вы соберётесь сфотографировать сюжет, тоновый диапазон которого, другими словами разница яркостей, шире динамического диапазона сенсора, возникнет проблема, описанная выше.
В этом уроке мы приведём действенные рекомендации. Мы покажем, как распознавать и оценивать проблему, а затем справляться с ней. Начнём с ответов на наиболее насущные вопросы фотографов о динамическом диапазоне. С чем его, вообще, едят?
Всё, что вам нужно знать о динамическом диапазоне
Что такое «динамический диапазон»?
Это способ, которым описываются тона на изображении: от ярчайших бликов до глубочайших теней. Динамический диапазон измеряется в «значениях экспозиции» (EV) или, что то же самое, в «стопах».
Некоторые снимаемые сцены обладают широким тоновым диапазоном. Это означает, что между яркостями самого тёмного участка сцены и самого светлого её участка значительная разница. Она измеряется в EV. Типичный представитель таких сцен – съёмка силуэта на фоне заходящего солнца. Существуют сцены с более узким тоновым диапазоном.
Как вы могли отметить, следует рассматривать два динамических диапазона: снимаемой сцены и светочувствительного сенсора фотоаппарата.
Одинаковы ли динамические диапазоны камеры и сцены?
Сенсор, встроенный в ваш фотоаппарат, за один щелчок затвора может запечатлеть тона только из определённого динамического диапазона. Пока разница между яркостями бликов и теней в снимаемой сцене укладывается в него, на фотографии вы увидите как детали в светах, так и детали в тенях.
Например, если динамический диапазон фотоаппарата равняется 8 EV, а разница яркостей интенсивных бликов и глубоких теней – 6 EV, то вы сохраните на изображении все детали сцены. Соответственно, в противоположном случае фотография будет содержать либо чёрные, «заваленные», пятна-тени, которые в реальности вовсе не чёрные, или белые, «пересвеченные», блики, которые в снимаемой сцене имеют вполне определённый цвет. А в некоторых случаях, картинка будет страдать и от «завала», и от «пересвета».
Автор фотографии – Маркус Хокинс (Marcus Hawkins).
У всех ли камер динамический диапазон одинаковый?
Нет, светочувствительные сенсоры различаются по своим возможностям. Чем выше динамический диапазон фотоаппарата, те больше деталей он способен запечатлеть. Например, динамический диапазон камеры Nikon D610 измеряется в пределах 13 и 14,4 EV при чувствительности ISO равной 100.
Как узнать, что камера справится с тоновым диапазоном снимаемой сцены?
Во времена плёночной фотографии ответу на этот вопрос предшествовал кропотливый труд. Вам нужно было замерить яркость самых светлых участков сцены и яркость самых тёмных её участков. Затем вычислить разницу яркостей. Наконец, проверить, что динамический диапазон плёнки, на которую вы планируете снимать, может охватить найденный тоновый диапазон снимаемой сцены, и узнать, какая экспозиция удовлетворяет этому условию.
В цифровой фотографии вам достаточно изучить гистограмму, высвечивающуюся на экране фотоаппарата. Всё что вам нужно проверить: распределение тонов снимаемой сцены (ширина гистограммы) укладывается в динамический диапазон камеры (ширина таблицы). Если гистограмма «обрезается» краями таблицы, то налицо потеря деталей. Так, «обрезание» правым краем означает потерю деталей в бликах, «обрезание» левым краем – в тенях. После того как гистограмма помогла вам прояснить ситуацию, вам следует правильно подобрать экспозицию, чтобы поместить тоновый диапазон снимаемой сцены в динамический диапазон камеры.
Очень часто, проблема с динамическим диапазоном решается именно таким способом: вы меняете экспозицию и делаете повторный снимок. Однако, бывают ситуации, когда снимаемая сцена обладает широким распределением яркостей, то есть широкой гистограммой. Широкой настолько, что заключить её между краями таблицы не удаётся ни с какой экспозицией.
В пасмурную погоду тоновый диапазон снимаемой сцены достаточно узкий – гистограмма получается узкой. Здесь если возникает проблема, то она решается подбором экспозиции. А в солнечную погоду тоновый диапазон – а вместе с ним и гистограмма – расширяется настолько, что «уместить» её в границы таблицы не получается ни при каких ухищрениях.
Что делать?
Гистограмма показывает распределение тонов во всей сцене, а не лишь тех участков, которые вам интересны! Поэтому вполне нормальным считается «потерять» тени в некоторых малозначимых участках сюжета, особенно, если вы намерены создать чёрно-белое изображение.
Получается, руководствуйтесь гистограммой, а принимайте решение своими глазами. Замерить яркость в определённом участке снимаемой сцены можно с помощью точечного экспозамера – режим измерения экспозиции, который вы можете найти в любой зеркальной цифровой камере. Измерив экспозицию в самом светлом и самом тёмном участках сюжета, вы можете оценить, есть ли хотя бы одна экспозиция, общая для обоих участков.
В качестве альтернативы вы можете фотографировать в формате RAW. Камера запечатлеет до 1 EV тонов больше, чем в съёмке в формате JPEG. Дополнительные детали вы сможете извлечь из RAW-файла на этапе обработки, в RAW-интерпретаторе. Кстати, вы не увидите во время съёмки преимуществ RAW-формата: гистограмма отображает возможности изображения, которое появляется после спуска затвора на экране фотоаппарата. А это изображение – JPEG-снимок, даже если вы фотографируете в RAW.
В съёмке в формате RAW вам как и прежде следует аккуратно выбирать экспозицию. Однако, вы располагаете здесь небольшой свободой, что может помочь вам запечатлеть очень глубокие тени или очень яркие блики.
Иногда даже съёмка в формате RAW не выручает: вы всё равно упускаете детали в светлых и/или тёмных участках сцены. Вот тогда вы можете открыть для себя мир Фотографий с Широким Тоновым Диапазоном (HDR-фотография).
Поможет ли здесь компенсация экспозиции?
Нет. Эта функция влияет на светлоту всего снимка. Вы можете сместить гистограмму влево или вправо, чтобы избежать «обрезания» справа или слева, соответственно. Но динамические диапазоны сенсора и снимаемой сцены не изменятся.
Если тоновый диапазон сцены настолько широк, что сенсор камеры не может его зафиксировать полностью, то определите для себя наиболее важные детали: они в светах или в тенях? Затем выберите соответствующую экспозицию. Обычно, целесообразно экспонировать по бликам, другими словами, уменьшать экспозицию. Это позволяет сохранить детали в светах.
Ещё, некоторые настройки камеры могут расширить имеющийся динамический диапазон сенсора.
Какие это настройки?
Динамический диапазон светочувствительного сенсора тем шире, чем меньше чувствительность ISO. Также, снимать следует в RAW-формате. RAW-изображение сохраняет гораздо больше информации, чем JPEG-изображение. Другими словами, тоновая плотность RAW-снимка выше, а значит вам проще восстановить детали в случае недоэкспозиции или переэкспозиции.
В большинстве фотоаппаратов вы найдёте функцию, которая автоматически восстанавливает детали в тенях или бликах. В Nikon-камерах она называется «Active D-Lighting», в Canon-камерах – «Auto Lighting Optimizer». Функция высветляет тени, тем самым имитирует расширение динамического диапазона светочувствительного сенсора. Обратите внимание, она работает в съёмке в формате JPEG.
Наконец, вы можете создать HDR-фотографию. Само название говорит о сути: изображение с широким тоновым диапазоном. Если не удаётся охватить тоновый диапазон снимаемой сцены одной экспозицией, то почему бы не сделать несколько снимков с разными экспозициями и не соединить их. Объединить исходные снимки вы можете с помощью специальной программы, например, Photomatix. Таким способом вы представите на итоговом изображении гораздо больше тонов снимаемой сцены, чем с помощью традиционного подхода: фотографировании с одной экспозицией. Кстати, в некоторые фотоаппараты встраивается функция HDR-съёмки, что может существенно упростить вам жизнь.
С HDR-изображениями легко переусердствовать: итоговая картинка может получиться совершенно нереалистичной. Если HDR-фотография не ваша стихия, то обратите внимание на другие способы сжатия динамического диапазона. Особенно, если вы планируете фотографировать высококонтрастную сцену.
О каких способах идёт речь?
Вы можете воспользоваться вспышками и отражателями, чтобы подсветить глубокие тени, детали которых в противном случае на снимке не отразятся. Фотографы, снимающие пейзажи, делают обратное: используют градиентные фильтры нейтральной плотности, чтобы затемнить блики и, тем самым, сохранить в них детали.
Градиентные фильтры нейтральной плотности с одного конца прозрачные, а с другого конца затемнённые. Если расположить затемнённую часть фильтра напротив яркого неба, а прозрачную часть – напротив ландшафта, то изображение неба получится затемнённым и, соответственно, его яркость приблизится к яркости ландшафта.
В настоящее время, пейзажисты используют другой приём – съёмка в две экспозиции. Экспозиция для одного снимка определяется по ландшафту, а экспозиция второго снимка – по небу. Затем два изображения «складываются» в Photoshop или в другом графическом редакторе.
Проблемные сцены
Сюжеты с контровым освещением
Если источник света располагается позади снимаемого объекта, то сторона объекта, обращённая к камере, находится в тени. Разница в яркостях фона и объекта получается очень большой.
Пейзажи с ярким небом
Переэкспонированное небо портит фотографии. В облачную погоду яркость неба может на несколько EV превышать яркость остальных частей снимаемой сцены. Здесь помогает градиентный фильтр: «понижая» яркость неба, он сужает тоновый диапазон сцены.
Интерьеры/экстерьеры
Разница освещённостей внутри и снаружи помещения в дневное время, а также разница освещённостей различных участков здания, залитого солнечным светом, несомненно превышает динамический диапазон сенсора – одной экспозиции будет недостаточно. Чтобы проявить детали за окнами, в которые врывается солнечный свет, вам придётся создавать несколько снимков с различными экспозициями.
Сюжеты с источниками света в кадре
Если в кадр попадает источник света, то область свечения будет слишком яркой в сравнении с остальными частями снимаемой сцены. Просто примите тот факт, что изображение источника получится переэкспонированным.
Решения
Пейзажи
Обычно гистограммы для подобных сюжетов содержат два высоких пика: один обозначает яркое небо, другой – тёмную землю. Скорее всего, вы не сможете охватить одновременно и блики, и тени одной экспозицией без дополнительных приспособлений.
Градиентный фильтр нейтральной плотности поможет в этой ситуации.
Портреты в контровом освещении
Когда вы фотографируете лицо человека на фоне светлого неба и выбираете экспозицию по модели, фон изображается слишком светлым. Если вы настраиваете экспозицию по небу, то получаете силуэт модели.
Воспользуйтесь вспышкой или отражателем. Установите экспозицию по светлому фону и подсветите лицо модели со стороны камеры.
Солнце и тень
В солнечный день вы можете столкнуться с высококонтрастной сценой: разница между участками, залитыми светом, и затенёнными областями может быть настолько большой, что сенсор едва ли «втиснет» её в JPEG-фотографию.
Снимайте в формате RAW. На этапе обработки вы сможете восстановить детали в «пересвеченных» или «заваленных» областях снимка.
Рассветы и закаты
На закате небо, чаще всего, значительно ярче ландшафта.
Предыдущий трюк может быть полезным, но его, иногда, недостаточно. Решение – съёмка в две экспозиции или HDR-фотография. Другими словами, создайте серию снимков с различной экспозицией, чтобы на этапе обработки «собрать» из них одно изображение, где все детали сохраняются.
Измеряем тоновый диапазон снимаемой сцены
Чтобы выбрать оптимальную экспозицию, вам нужно изучить распределение яркостей в сюжете.
Перейдите в ручной режим
В ручном режиме съёмки («M») вы можете самостоятельно оценивать экспозицию по показанию экспонометра.
Укажите значение диафрагмы
Когда вы выберите диафрагменное число, вам останется лишь подобрать соответствующую выдержку. Установите значение диафрагмы равным 8.
Включите точечный режим экспозамера
В точечном режиме (Spot exposure measuring mode) экспонометр фотоаппарата замеряет освещённость в маленьком участке изображения вокруг активной точки фокусировки. Кстати, включите дополнительно ручной выбор точек фокусировки (Single-point AF Mode).
Определите экспозицию в наиболее ярком участке сцены
Расположите активную точку фокусировки на самом ярком, на ваш взгляд, участке сюжета (только не на солнце). Затем подберите выдержку так, чтобы датчик экспонометра указывал на 0. У нас получилась 1/500 секунды.
Определите экспозицию в наиболее тёмном участке сцены
Теперь проделайте действия из предыдущего шага для самой тёмной области сюжета. У нас выдержка получилась равной 1/30 секунды.
Посчитайте разницу
Если разница между выдержками, определёнными Вами на предыдущих шагах, не превышает 4 EV, как в нашем случае, то установите среднюю выдержку. В нашем примере она равняется 1/125 секунды.
Настраиваем фотоаппарат на широкий динамический диапазон
Совет #1. Снимайте в формате RAW
RAW-изображение хранит 12 или 14 бит информации вместо 8 бит у JPEG-снимка. Это даёт RAW-картинке преимущество на этапе обработки: вы можете проявить детали в очень тёмных и очень светлых областях фотографии и, тем самым, отобразить на снимке более широкий тоновый диапазон.
Совет #2. Пользуйтесь функцией расширения динамического диапазона
Производители фотоаппаратов включают в свои камеры оригинальные функции, восстанавливающие на существующем изображении детали в «пересвеченных» и «заваленных» областях снимка. Например, у Canon эта функция называется «Auto Lighting Optimizer». Часто, используя подобные функции, вы можете выбирать силу эффекта, чтобы отрегулировать «натуральность» результата.
Совет #3. Проверяйте гистограмму аккуратно
Когда вы просматриваете гистограмму, держите в голове мысль: «В RAW-файле содержится другая информация». Дело в том что гистограмма отражает ситуацию с JPEG-изображением, к которому во время съёмки уже были применены настройки фотоаппарата.
Снимаем HDR-изображения с помощью функции, встроенной в камеру
Шаг #1. Выберите ширину динамического диапазона
В режиме HDR-съёмки фотоаппарат создаёт быструю последовательность из двух-трёх кадров, затем накладывает их друг на друга, и результат наложения сохраняет в формате JPEG. Вы можете как самостоятельно определять разницу в экспозициях кадров, таки и доверять выбор камере. Чем больше число (разница), тем шире динамический диапазон итогового изображения
Шаг #2. Установите режим HDR-обработки
На HDR-изображении в глубоких тенях и ярких бликах проявляются детали: тени осветляются, блики затемняются. В итоге, итоговая картинка может выглядеть плоской. Вы можете повлиять на результат, выбрав походящий режим HDR-обработки. Тем самым, вы сможете насытить цвета, повысить контрастность и сделать линии более чёткими, другими словами, придать изображению живописный и графичный вид.
Шаг #3. Сохраните оригинальные снимки
Несмотря на то что «на выходе» получается HDR-изображение в формате JPEG, вы можете сохранить исходные снимки на карте памяти. А затем, используя специальное программное обеспечение, «объединить» фотографии в HDR-изображение так, как Вы хотите. В Canon 5D Mark III вы можете сохранить исходные снимки даже в формате RAW. Это позволит вам достичь наибольших качества и аккуратности «объединения».
Автор статьи: Marcus Hawkins