Что такое динамический диапазон (дд) ?

На чтение: 21 минРубрика: Основы фотографии

Единицы измерения

Динамический диапазон измеряют по шкале, каждое следующее деление которой соответствует снижению
измеряемого параметра в 10 раз, а фотографическую широту — по шкале, каждое следующее деление
которой соответствует снижению измеряемого параметра в 2 раза.

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 — lg), во втором — по основанию 2 (двоичный
логарифм — log₂).

Логарифмическая шкала — это удобный способ уложить огромный диапазон значений измеряемого параметра
в компактном виде. Можно предположить, что к концу шкалы теряется её точность. Это так, но дело
в том, что и органы чувств человека ведут себя так же. Глаз человека, например, может различить
небольшой перепад в свете звёзд, но такой же в абсолютных числах перепад яркости двух ярких ламп
глаз уже не зафиксирует.

Поэтому десятичный логарифм используется для 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 падении вдвое 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 в виде отношения, показывающего, во сколько раз между
крайними точками диапазона происходит перепад измеряемого параметра, например 100:1 (2D) или
1000:1 (3D). Обычно такой способ записи применяется для указания контрастности мониторов.

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:

Формула вычисления фотографической широты аналогична, но вместо десятичного логарифма применяется
двоичный.

Иногда из-за путаницы в терминологии динамический диапазон измеряют в единицах экспозиции (EV),
ступенях или стопах, как фотографическую широту, а фотографическую широту — как динамический
диапазон. Чтобы привести параметры к нормальному виду, приходится пересчитывать диапазон из одной
шкалы в другую. Для этого необходимо вычислить цену деления одной шкалы в цифрах другой. Например,
цену деления шкалы фотографической широты в цифрах шкалы динамического диапазона.

Поскольку деления шкалы представляют собой степени, вычислим, в какую степень надо возвести
десятку (размерность шкалы динамического диапазона), чтобы получить двойку (размерность
шкалы фотографической широты). Для этого берём десятичный логарифм от двойки и получаем искомый результат
— 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. В этом случае шкала 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.

Видео [ править ]

При показе фильма или игры дисплей может отображать как темные ночные сцены, так и яркие сцены на открытом воздухе, освещенные солнцем, но на самом деле уровень света, исходящего от дисплея, во многом одинаков для обоих типов сцен (возможно, различается в несколько раз. из 10). Зная, что дисплей не имеет большого динамического диапазона, производители не пытаются сделать ночные сцены более тусклыми, чем дневные, а вместо этого используют другие реплики, чтобы предложить ночь или день. Ночная сцена обычно содержит более тусклые цвета и часто освещается синим светом, который отражает то, как чувствительные стержневые клетки человеческого глаза видят цвета при низких уровнях освещенности.

Что такое динамический диапазон в аудио?

В чистом виде динамический диапазон в музыкальном производстве — это просто разница в децибелах (дБ) между самым тихим и самым громким звуками в миксе или аудиофайле. Поэтому песни с широким динамическим диапазоном будут иметь больший разрыв между самым громким и самым тихим звуком по сравнению с песнями с более стабильным качеством звука.

Динамический диапазон также может относиться к самым громким и самым тихим звукам, которые аппаратура или аудиосистемы могут правильно представить. Нижний диапазон этого значения называется шумовым полом. Шумовое дно — это уровень шума, который естественно создает аппаратура. Каждое оборудование имеет определенный уровень шума, который необходимо учитывать в процессе микширования.

Вы не сможете избежать шумового пола даже с таким простым оборудованием, как аудиокабель, но это важно признать, чтобы создать максимально чистый микс. Для музыкального инструмента или проводной системы динамический диапазон — это расстояние между уровнем шума и самым громким пиком звука

Звуки, выходящие за пределы динамического диапазона оборудования, становятся некомфортно громкими, что можно назвать искажением

Для музыкального инструмента или проводной системы динамический диапазон — это расстояние между уровнем шума и самым громким пиком звука. Звуки, выходящие за пределы динамического диапазона оборудования, становятся некомфортно громкими, что можно назвать искажением.

Другими словами, динамический диапазон — это расстояние между самым тихим и самым громким звуком. В музыкальном производстве аудиоинженеры постоянно учитывают динамический диапазон в своих решениях по записи, сведению и мастерингу.

Как изменить динамический диапазон?

Как правило, динамический диапазон изменяется в процессе компрессии. Компрессоры уменьшают разницу в диапазоне громкости самого громкого и самого тихого звука, тем самым изменяя общую динамику и динамический диапазон дорожки.

В процессе мастеринга
инженеры используют компрессоры
и сверхмощные компрессоры, называемые
лимитерами
, для формирования динамического диапазона. В результате придания мягкости самым тихим фрагментам музыкального произведения, компрессия также делает обработанные сигналы более громкими.

Стоит отметить, что крайности бывают в любом направлении: Слишком широкий динамический диапазон может быть восхитительно динамичным, но не обладать громкостью, необходимой для стандартного прослушивания. С другой стороны, узкий динамический диапазон может быть чрезмерно сжат, делая песню некомфортно громкой и лишенной энергии оригинальной динамики.

Какой динамический диапазон мы можем услышать?

Стоит отметить, что диапазон человеческого слуха ограничен максимальным динамическим диапазоном. Вообще говоря, максимальный динамический диапазон для человека составляет около 120 дБ между самым тихим сигналом, который мы можем обнаружить, и тем, когда искажения начинают вызывать физическую боль.

Сжатие очень необходимо для того, чтобы помочь удовлетворить наш максимальный диапазон. Например, максимальный динамический диапазон для аналогового аудио составляет 50-60 дБ. Однако цифровое аудио — это совсем другая игра.

Теоретический динамический диапазон неразрезанного 20-битного квантования цифрового аудио составляет 120 дБ. Превышая этот предел, теоретический динамический диапазон 24-битного цифрового аудио обеспечивает 144 дБ динамического диапазона, большую часть которого человеческий слух не может определить, поскольку наш порог находится на уровне 120 дБ.

Поскольку существует большое разнообразие между минимальным и максимальным уровнями выходного сигнала данной композиции, динамический диапазон будет варьироваться от трека к треку.

Не существует волшебного ключа для нахождения идеального динамического диапазона вашего трека, но понимание взаимосвязи между сжатием звука и тем, как оно влияет на сигнал, поможет вам найти «сладкую точку» для любой конкретной записи.

Как работает HDR

Для изображений

Производители применяют всевозможные механизмы оптимизации для улучшения характеристик. Камера HDR, была бы похожа на взгляд человеческого глаза, способного справиться даже с очень резкими перепадами светового потока.

Современные устройства быстро и последовательно делают несколько снимков с разной периодичностью. Затем они обрабатываются вместе сразу в устройстве или редактируются на компьютере для создания сбалансированного изображения.

Стандартная камера должна компенсировать непредсказуемые скачки освещения. HDR камера просто увидит, например, как открываются двери или, включаются/выключаются лампочки, без изменения всего остального.

Устройство HDR требует большей вычислительной мощности, т.к. расширяется чувствительность. Снимается два отдельных кадра: один с короткой выдержкой, другой — с длинной. Далее происходит объединение изображений в режиме реального времени в одно, с наилучшим возможным балансом оттенков. По сути, формируется единое целое из двух экспозиций самого высокого качества.

Это работает в фотографии, но является относительно новым для индустрии видео.

Для видео

Технологию относительно легко задействовать для работы с неподвижным изображением — необходимо наложить только один статический кадр. Настоящая проблема связана с попыткой выполнить функцию сборки с многократной экспозицией 30 раз в секунду для создания HDR видео. Необходим очень мощный датчик, способный производить 60 кадров в секунду (вдвое больше, чем у обычной IP).

Традиционные методы захвата и сжатия требуют до 48 ГБ дискового пространства на каждую минуту захвата видео. Самый большой коммерчески доступный жесткий диск хранит менее часа таких записей. Исследователи работают над уменьшением размера информации в 100 раз путем разработки нового программного обеспечения.

Поддержка HDR и WDR — в чем разница

WDR (Wide Dynamic Range), что в переводе означает — широкий динамический диапазон — это способность создавать совершенные изображения в широком размахе уровней освещенности. Но режим HDR лучше выделяет более темные участки сцены без переэкспонирования более светлых. Не создает шум и не искажает качество, что иногда происходит с иными цифровыми гаджетами.

Изображения ниже показывают, где функция HDR камеры превосходит аналогичную с цифровым WDR, предоставляя больше деталей на всех участках, попавших в сцену.

Высокий динамический диапазон — некоторые области применения

Технология желательна практически во всех приложениях IP видеонаблюдения: от домашнего использования до корпоративного развертывания. Благодаря большому прогрессу, уже достигнутому в области сжатия, HDR видеокамера станет элементом, превращающим превосходные изображения в действительно исключительные. Она позволит намного легче отслеживать людей и объекты, идентифицировать лица и поддерживать надежное наблюдение в сложных условиях окружающей обстановки.

Правильное HDR изображение сильно контрастного фрагмента возможна при помощи видеокамеры, которая использует высокий динамический диапазон. Подобные модели идеальны для приложений безопасности. Потому что они предоставляют следователям доказательства совершенной пробы. Важные детали, такие как, аспекты одежды или черты лица, легче распознать.

Финансовые организации извлекут выгоду при использовании HDR технологии. Они часто имеют большое количество клиентов возле оконного пространства, подверженного воздействию прямых солнечных лучей. В идеале, HDR камеры возле касс или банкоматов, должны обеспечивать качественное видео, поскольку угол и поле обзора, которые они захватывают, состоит из ослепительного излучения на заднем плане.

Влияние типа изображения и кривая цветности

Могут ли файлы цифровых изображений в действительности записать полный динамический диапазон высококлассных приборов? В интернете наблюдается большое непонимание взаимосвязи разрядности изображения с записываемым динамическим диапазоном.

Для начала следует разобраться, говорим мы о записываемом или отображаемом динамическом диапазоне. Даже обыкновенный 8-битный файл формата JPEG может предположительно записать бесконечный динамический диапазон — предполагая, что во время преобразования из формата RAW была применена кривая цветности (см. статью о применении кривых и динамическом диапазоне), и АЦП имеет требуемую разрядность. Проблема кроется в использовании динамического диапазона; если слишком малое число бит распространить на слишком большой диапазон цвета, это может привести к постеризации изображения.

С другой стороны, отображаемый динамический диапазон зависит от коррекции гаммы или кривой цветности, подразумеваемой файлом изображения или используемой видеокартой и монитором. Используя гамму 2.2 (стандарт для персональных компьютеров), было бы теоретически возможно передать динамический диапазон из практически 18 f-ступеней (об этом расскажет глава о коррекции гаммы, когда будет написана). И даже в этом случае он мог бы пострадать от сильной постеризации. Единственным на сегодня стандартным решением для получения практически бесконечного динамического диапазона (без видимой постеризации) является использование файлов расширенного динамического диапазона (HDR) в Photoshop (или другой программе, например, с поддержкой формата OpenEXR).

Динамика в фотографии и свободное пространство снимка

Очевидно, для этого необходимо знать, как развивается весь процесс движение в целом, через какие фазы проходит движущийся объект, какие из этих фаз наиболее характерны для данного движения и дают о зрителю верное представление о движении объекта.

При спортивных съемках фотограф должен быть знаком с фотографируемым видом спорта или, по крайней мере, до съемки побывать на тренировках, чтобы иметь представление о движении спортсменов и спрогнозировать моменты съемки.

Работая над портретом, всегда есть возможность отслеживать повороты, жесты, движения снимаемого человека и произвести спуск затвора в нужный момент времени, зафиксировав на снимке живую и естественную позу человека. Во всех других жанрах съемки рекомендуется более внимательно относиться к оценке движения в кадре, для того, чтобы правильно выбрать момент времени для спуска затвора фотокамеры.

Насколько важен выбор момента времени спуска затвора для динамики в фотографии, ясно также из следующего примера. На фотографии ниже затвор был спущен чересчур поздно.

Рисунок 5. Неправильный момент спуска затвора

Велосипедист прошел через все пространство кадра и находится у правой его границы! Эта граница кадра становится своеобразным препятствием у него на пути движения и динамика в фотографии теряется полностью.

В то же самое время свободное пространство, оставшееся в кадре позади велосипедиста, совершенно ненужно и было бы значительно важнее оставить его перед велосипедистом, где этого пространства сейчас катастрофически не хватает.

В целом в данном кадре ощущается сильная теснота. При данном обрезе снимка передать движение трудно и динамика в фотографии теряется.

На снимке ниже момент съемки выбран правильно. Очень грамотно с точки зрения композиции использованы возможности построения снимка. Спортсмен — велосипедист только что въехал в поле кадра и находится в правой его половине.

Рисунок 6. На велотреке

По его направлению движения оставлено значительное свободное пространство, которое зрительно как бы способствует открытию пути для развивающегося движения, подчеркивает его направленность. И именно этот достаточно простой изобразительный прием позволяет получить хорошую динамику в фотографии, чем на ранее рассмотренном снимке.

По рассмотренным ранее принципам, свободное пространство в левой части снимка крайне необходимо, а поэтому его исключение из снимка существенно ухудшит результат и лишит снимок динамики.

Таким образом, свободное пространство, оставленное в кадре в направлении развивающегося движения, благоприятствует получению динамичного снимка и существенно улучшает общую динамику в фотографии.

Основы Тонального отображения

Как и в случае со сценой с низким динамическим диапазоном, при отображении сцены с высоким ДД мы должны сжать ДД сцены до выходного ДД:

В чём же отличие рассмотренного примера с примером сцены с низким динамическим диапазоном? Как видите, в этот раз, тональная компрессия более высока, так что классический способ с тональными кривыми уже не работает. Как обычно, прибегнем к самому доступному способу показать основные принципы тонального отображения – рассмотрим пример:

Чтобы продемонстрировать принципы тонального отображения, воспользуемся инструментом HDR Expose программы Unified Color, поскольку он позволяет выполнять с изображением различные операции по модульному принципу.

Ниже вы можете увидеть пример генерации HDR-изображения без внесения каких-либо изменений:

Как видите, тени вышли достаточно тёмными, а области светов – пересвечены. Давайте взглянем, что нам покажет гистограмма HDR Expose:

С тенями, как видим, всё не так плохо, а вот света обрезаются, примерно, на 2 стопа.

Для начала, посмотрим, как экспокоррекция на 2 стопа может улучшить изображение:

Как видите, область светов стала выглядеть гораздо лучше, но в целом изображение выглядит слишком тёмным.

То, что нам нужно в этой ситуации – это объединить компенсацию экспозиции и снижение общего контраста.

Теперь общий контраст в порядке. Детали в области светов и теней не теряются. Но, к сожалению, изображение выглядит довольно плоским.

Во времена до эпохи HDR, эта проблема могла быть решена при помощи использования S-образной кривой в инструменте Кривые (Curves):

Однако, создание хорошей S-кривой займёт некоторое время, а в случае ошибки, легко, может привести к потерям в области светов и теней.

Поэтому инструменты тонального отображения предусматривают другой путь: улучшение локального контраста.

В полученном варианте детали в светах сохранены, тени не обрезаны, а плоскостность изображения исчезла. Но и это ещё не окончательный вариант.

Для придания фотографии завершённого вида оптимизируем изображение в Photoshop CS5:

Настроем насыщенность
Оптимизируем контраст с помощью DOPContrastPlus V2
Увеличим резкость с помощью DOPOptimalSharp

Основное различие между всеми инструментами для работы с HDR заключаются в алгоритмах, используемых ими для понижения контраста (например, алгоритмы определения того, где заканчиваются общие настройки и начинаются локальные).

Не существует правильных или неправильных алгоритмов: всё зависит от ваших собственных предпочтений и вашего стиля фотографии.

Все основные инструменты для работы с HDR, предлагаемые рынком, также позволяют контролировать и другие параметры: детализация, насыщенность, баланс белого, удаление шума, тени/света, кривые (большинство из этих аспектов мы подробно рассмотрим позже).

Часть 1: Что такое LDR (формат изображения с низким динамическим диапазоном)

Изучите широту параметра и динамический диапазон до LDR или Low Dynamic Range. Динамический диапазон описывает динамический диапазон цифровой камеры от самой темной тени до самой яркой. Например, цифровая камера, которая может разрешить 14 ступеней, может захватывать сцену с диапазоном яркости 14 ступеней и отображать информацию от ступени 0 до остановки 14.

Таким образом, динамический диапазон определяет как обработку светлых участков, так и тени цифровой камеры. Другой связанный параметр — широта. Широта определяет гибкость цифровой камеры для экспонирования без значительного ущерба для фотографии. Параметр широты обычно меньше динамического диапазона камеры.

Когда динамический диапазон увеличивается, увеличивается и широта. Однако иногда широта может уменьшаться, даже если динамический диапазон велик. Механизм слишком сложен и профессионален, чтобы обсуждать его здесь. Сосредоточимся на концепции динамического диапазона. Динамический диапазон человеческого глаза составляет примерно 100,000 1: XNUMX и намного больше, чем у фотоаппаратов. Поэтому вы обычно чувствуете, что изображения, снятые камерой, менее совершенны, чем мир в вашем глазу.

Узнать больше о низком динамическом диапазоне

LDR — это сокращение от низкого динамического диапазона, который составляет 255: 1 и ниже; с другой стороны, HDR это аббревиатура от высокого динамического диапазона. Как показано на рисунках выше, большая картина — это реальный мир в наших глазах; три изображения ниже — это результаты разного времени выдержки. Преимущество HDR камеры может создать более естественное изображение, объединив эти результаты. Одним словом, чем больше динамический диапазон, чем выше широта, тем лучше камера обнаруживает цвет во всей его яркости.

HDR: управление динамическим диапазоном

Еще раз вернёмся к вопросу: для чего же тратить усилия и снимать сцены с динамическим диапазоном шире, чем ДД вашей камеры или принтера? Ответ заключается в том, что мы можем сделать кадр с высоким динамическим диапазоном и позже вывести его изображение через устройство с меньшим ДД. В чём суть? А суть в том, что в ходе этого процесса вы не потеряете никакой информации о деталях изображения.

Конечно, проблему съёмки сцен с высоким динамическим диапазоном можно решить и другими путями:

Например, некоторые фотографы просто ждать пасмурную погоду, и не фотография вовсе, когда ДД сцены слишком высок
Использовать заполняющую вспышку (при пейзажной фотосъёмке этот способ неприменим)

Но во время длительного (или не очень) путешествия вы должны иметь максимум возможностей для фотосъёмки, так что нам с вами следует найти более эффективные решения.

К тому же окружающее освещение может зависеть не только от погоды. Для лучшего понимания этого, давайте вновь рассмотрим несколько примеров.

Фото выше весьма тёмное, но, несмотря на это, на нём запечатлён невероятно широкий динамический диапазон света (было снято 5 кадров с шагом в 2 стопа).

На этой фотографии свет, падающий из окон справа был весьма ярким, по сравнению с тёмным помещением (в нём не было источников искусственного освещения).

Так что ваша первая задача – запечатлеть на камеру полный динамический диапазон сцены, исключив потерю каких-либо данных.

Войны за громкость и будущее музыки

За последние 30 лет количество компрессии и лимитирования, используемых как в концертных, так и в студийных композициях, несомненно, стало более громким. Это вызвало раскол среди музыкантов, часто называемый «войной за громкость», и привело к тому, что многие стали просить вернуть им динамическую сложность.

Идея заключается в том, что культурное сокращение динамического диапазона и, следовательно, усиление громкости привело к потере нюансов в миксе песни. Динамическая сложность уплощается по мере того, как мы продолжаем сжимать звук с большей скоростью. Стоит также отметить, что большинство потоковых сервисов также используют свою собственную форму нормализации, чтобы не было слишком громко при переходе от одного трека к другому.

Во многом разделение по громкости возникло в результате развития новых жанров, таких как хип-хоп и ню-метал в 90-х годах. В отличие от предыдущих поколений музыки, эти зарождающиеся жанры уделяли больше внимания колебаниям в звуке, с меньшим количеством одинаковой громкости на протяжении всего времени. Результат? Необходимость в большей компрессии.

По мере того как менялись жанры, менялся и наш вкус. Начало 2000-х годов было наполнено экспериментами в области звука, что также, возможно, способствовало более частому использованию компрессии. Независимо от вашего мнения о войнах за громкость, очевидно, что наши музыкальные записи не только формируют то, что мы слушаем, но и напрямую влияют на то, как мы выбираем производство, микширование и мастеринг музыки.

Человеческое восприятие [ править ]

Фактор (мощность)	Децибелы	Остановки
1
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

Чувства зрения и слуха человека имеют относительно высокий динамический диапазон. Однако человек не может выполнять эти подвиги восприятия на обоих крайних уровнях шкалы одновременно. Человеческому глазу требуется время, чтобы приспособиться к разным уровням освещения, а его динамический диапазон в данной сцене на самом деле весьма ограничен из-за оптических бликов . Мгновенный динамический диапазон человеческого восприятия звука аналогичным образом маскируется, так что, например, шепот не может быть слышен в громкой обстановке.

Человек способен слышать (и с пользой различать) все, что угодно, от тихого бормотания в звукоизолированной комнате до самого громкого концерта хэви-метала. Такая разница может превышать 100 дБ, что составляет 100 000 раз по амплитуде и 10 000 000 000 по мощности. Динамический диапазон человеческого слуха составляет примерно 140 дБ зависимости от частоты от порога слышимости (около -9 дБ SPL при 3 кГц) до болевого порога (от 120–140 дБ SPL ). Однако этот широкий динамический диапазон не может быть воспринят сразу; тензор барабанные , стременная мышца , и внешние клетки волос все действуют как механические компрессоры динамического диапазона , чтобы отрегулировать чувствительность уха к различным уровням окружающей среды.

Человек может видеть объекты при свете звезд или ярком солнечном свете, даже если в безлунную ночь объекты получают 1/1 000 000 000 освещения, которое они получили бы в яркий солнечный день; динамический диапазон 90 дБ.

На практике людям сложно достичь полного динамического опыта с использованием электронного оборудования. Например, ЖКД хорошего качества имеет динамический диапазон, ограниченный примерно 1000: 1 , а некоторые из новейших датчиков изображения CMOS сейчас [ когда? ] измерили динамический диапазон около 23 000: 1. Благодаря коэффициенту отражения бумаги динамический диапазон может составлять около 100: 1. профессиональная видеокамера , такие как Sony Digital Betacam обеспечивает динамический диапазон более 90 дБ в звуковой записи.

Фотография с расширенным динамическим диапазоном (фотография HDR)

HDR-фотография или фотография с расширенным динамическим диапазоном — это отличный способ сделать фотографию с огромным динамическим диапазоном. Проблема в том, что это немного затруднительно. Вам нужно сделать от двух до десяти фотографий, чтобы создать правильное HDR изображение. Хитрость заключается в том, чтобы сделать несколько разных снимков одного и того же объекта с разной экспозицией. Затем вы используете программное обеспечение, чтобы слить эти изображения в одно единственное. И в итоге получается значительно более качественное изображение чем то, которое смогла бы сделать камера за один щелчок.

Для этого, конечно же, необходим штатив

Очень важно не допускать дрожания камеры. Используйте различные комбинации выдержки, чтобы получить серию снимков с разной яркостью

Вы можете сделать сначала темные снимки, а потом светлые. В конечном итоге у вас будет цепочка изображений одной и той же сцены, которые охватывают весь спектр света.

После того как вы сделаете все снимки, обязательно убедитесь, что они одинаковы. Нельзя допустить, чтобы перед камерой пролетела птица или что-то движущееся могло изменить окончательное изображение.

Затем используйте профессиональное программное обеспечение для объединения фотографий в одно изображение. К сожалению, программное обеспечение такого рода может быть достаточно дорогим. Но если вы действительно хотите сделать отличные HDR фотографии с потрясающим динамическим диапазоном, такое программное обеспечение необходимо.

Рейтинг

( Пока оценок нет )

Editor/ автор статьи

Давно интересуюсь темой. Мне нравится писать о том, в чём разбираюсь.

Добавить комментарий

Что такое динамический диапазон в фотографии

На чтение: 20 минРубрика: Фотооборудование

Что такое динамический диапазон в аудио?

Как изменить динамический диапазон?

Какой динамический диапазон мы можем услышать?

Фотография

Сцена, требующая высокого динамического диапазона, снятая цифровой камерой Nikon D7000 с динамическим диапазоном 13,9 ступеней на DxOMark . Неотредактированная версия цифровой фотографии находится слева, в то время как тени были сильно изменены в Photoshop для получения окончательного изображения справа. Чем лучше динамический диапазон камеры, тем больше можно увеличить экспозицию без значительного увеличения шума .

Фотографы используют динамический диапазон для описания диапазона яркости снимаемой сцены или пределов диапазона яркости, которые может захватить данная цифровая камера или пленка , или диапазона непрозрачности изображений проявленной пленки, или диапазона отражательной способности изображений на фотобумаги.

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

Существуют фотографические методы, которые поддерживают еще более высокий динамический диапазон.

Градуированные фильтры нейтральной плотности используются для уменьшения динамического диапазона яркости сцены, которую можно захватить на фотопленку (или на датчик изображения цифровой камеры ): фильтр располагается перед объективом во время экспонирования; верхняя половина темная, а нижняя прозрачная. Темная область размещается над областью сцены с высокой интенсивностью, такой как небо. Результатом является более равномерная экспозиция в фокальной плоскости с повышенной детализацией в тенях и областях с низким освещением. Хотя это не увеличивает фиксированный динамический диапазон, доступный на пленке или датчике, на практике он расширяет полезный динамический диапазон.
Визуализация с расширенным динамическим диапазоном преодолевает ограниченный динамический диапазон сенсора за счет выборочного объединения нескольких экспозиций одной и той же сцены для сохранения деталей в светлых и темных областях. Отображение тонов по-разному отображает изображение в тенях и светах, чтобы лучше распределить диапазон освещения по изображению. Тот же подход использовался в химической фотографии для захвата чрезвычайно широкого динамического диапазона: трехслойная пленка с чувствительностью каждого нижележащего слоя в одну сотую (10 -2 ) от следующего более высокого слоя использовалась, например, для записи испытания ядерного оружия.

Форматы файлов изображений потребительского класса иногда ограничивают динамический диапазон. Самое серьезное ограничение динамического диапазона в фотографии может заключаться не в кодировании, а в воспроизведении, скажем, на бумаге или экране компьютера. В этом случае не только локальная тональная компрессия, но и регулировка динамического диапазона могут быть эффективными для выявления деталей в светлых и темных областях: принцип тот же, что и при осветлении и затемнении.(использование разной длины выдержки на разных участках при фотоотпечатке) в химической фотолаборатории. Этот принцип также аналогичен усилению или автоматическому управлению уровнем в работе со звуком, который служит для того, чтобы сигнал оставался слышимым в шумной среде прослушивания и чтобы избежать пиковых уровней, которые перегружают воспроизводящее оборудование или которые являются неестественно или неудобно громкими.

Если датчик камеры не может записывать полный динамический диапазон сцены, в постобработке могут использоваться методы расширенного
динамического диапазона (HDR), которые обычно включают объединение нескольких экспозиций с помощью программного обеспечения.

Динамические диапазоны обычных устройств
Устройство	Остановки	Контрастность
Глянцевая фотобумага	7 (7– 7 + 2 ⁄ 3 )	128:1
ЖК	9,5 (8–10,8) [ нужна ссылка ]	700:1 (250:1 – 1750:1)
Негативная пленка ( )	13	8000:1
Человеческий глаз	10–14	1000:1 – 16000:1
Цифровая зеркальная камера высокого класса ( Nikon D850 )	14,8	28500:1
Цифровая кинокамера ( Red Weapon 8k )	> 16,5	92000:1

Съёмка для HDR

Для создания HDR-изображения нужно сделать несколько снимков с различной экспозицией, запечатлев детали как в тёмных, так и в светлых частях мотива. Изменять экспозицию, как известно, можно разными способами, но в случае HDR делать это следует изменением выдержки. Напомню на всякий случай, что увеличение выдержки в два раза увеличивает экспозицию на одну ступень. Для изменения экспозиции на две ступени, время выдержки нужно изменить в четыре раза, и так далее.

Фотографии для HDR можно делать двумя способами: трудоёмким и быстрым. При первом способе можно всегда быть уверенным в оптимальных результатах, но и вторым способом можно с минимальными усилиями в большинстве ситуаций достичь хороших результатов.

Трудоёмкий способ выглядит выглядит следующим образом:

1. Ставим камеру в режим приоритета диафрагмы (AV) и выбираем нужное диафрагменное число;
2. Ставим режим экспозамера по минимальному участку, который позволяет камера. Оптимальным будет точечный или частичный замер, но в крайнем случае и центральновзвешенный годится для большинства мотивов;
3. Измеряем экспозицию на самом тёмном и на самом светлом участке. Запоминаем эти значения;
4. Устанавливаем камеру на штатив, переходим в ручной режим (M), ставим то же диафрагменное число, при котором проводили измерения, и поднимаем выдержку от наименьшего значения к наибольшему (или наоборот) с разницей в одну-две ступени при съёмке в JPG-формате или две-три ступени про съёмке в RAW.

Пример: в режиме AV выбираем f9 и следим, чтобы в центре видоискателя был самый тёмный участок. Камера показывает, что для нормальной экспозиции ей требуется 1/16 секунды. Делаем то же самое со светлым участком – получаем 1/1000 секунды. Устанавливаем камеру на штатив, выбираем режим M, выставляем диафрагму на f9 и выдержку на 1/16. Для следующего кадра уменьшаем выдержку на две ступени, то есть в четыре раза: ставим 1/64, следующие кадры – 1/250 и 1/1000. При съёмке в RAW, в принципе, было бы достаточно сделать кадры с выдержкой 1/16, 1/128 и 1/1000 секунды.

При быстром способе пере- и недоэкспонированные кадры делаются с помощью эксповилки (AEB). Установка эксповилки на +/- два шага обычно достаточна для создания качественных HDR для большинства мотивов. Этот способ хорош также тем, что позволяет часто снимать без штатива. Для этого камера при установленной эксповилке ставится в режим непрерывной съёмки (continuous mode) и делается три кадра с различной экспозицией. При этом методе нужно учитывать, что правило предотвращения шевелёнки 1/(фокусное расстояние) относится к максимальной выдержке, то есть к последнему кадру. Таким образом, при съёмке с объективом 50 мм и эксповилкой в два шага, камера должна показывать выдержку 1/200 секунды на полноформатной камере или 1/320 на камерах с кропом 1,6, поскольку последний кадр будет как раз 1/50 или 1/80 секунды соответственно.

Ещё одна проблема, которая может возникнуть при этом методе – экспозиция может быть определена для слишком светлой части мотива, тогда в результате три получившихся кадра будут слишком тёмными и восстановить информацию в тенях будет невозможно. При определениии экспозиции по слишком тёмному участку кадра светлые участки будут пересвечены. Чтобы такое не произошло, лучше сперва установить выдержку по участку средней освещённости с помощью блокировки экспозиции (AE lock), потом выбрать композицию и сделать три кадра. Альтернативой может быть съёмка с матричным замером экспозиции.

Съёмка по этому методу выглядит так:

1. На камере устанавливается эксповилка и режим непрерывной съёмки;
2. Композиция выбирается так, чтобы в центре был участок средней освещённости и фиксируется экспозиция;
3. Кадр компонуется и делается три кадра. При этом желательно сильно не прыгать, иначе потом будет сложно выровнять кадры.

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

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.

Увеличение фотографической широты код

Недостаточную фотографическую широту можно искусственно увеличивать с помощью специальных технологий. Наиболее широкую известность получил процесс под названием HDR.

Технология HDR | код

Основная статья: High Dynamic Range Imaging

Получение изображений объектов большего диапазона яркостей, чем фотографическая широта конкретного светочувствительного материала, возможно путём многократной съёмки объекта с разными значениями экспозиции. Полученные таким способом изображения отображают разные участки шкалы яркостей, захватывая кроме средних полутонов глубокие тени и яркие света́. В фотолюбительской практике для такой съёмки применяется термин эксповилка, или «брекетинг» — калька с соответствующего английского термина англ. bracketing. После получения двух и более снимков, сделанных в одних и тех же условиях с разной экспозицией, эти снимки объединяются в один общий, отображающий всю необходимую шкалу полутонов. В некоторых цифровых фотоаппаратах и даже камерафонах этот процесс может выполняться непосредственно после съёмки самой камерой.
Недостаток технологии заключается в её пригодности только для неподвижных объектов.

Матрицы SuperCCD | код

В этих матрицах для увеличения фотографической широты 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.

SIMD-матрица | код

Цифровая SIMD-матрица (сокр. от англ. Single Instruction, Multiple Data) нашла применение в камерах видеонаблюдения. В таких матрицах доступна настройка оптимального времени считывания для каждого пикселя в зависимости от уровня освещенности в данном участке кадра. Для этих технологий в данный момент применяется термин «Широкий динамический диапазон» (англ. Wide Dynamic Range)..

Типы динамического диапазона

Динамический диапазон снимаемой сцены

Какие из самых ярких и самых темных деталей сцены вы хотели бы запечатлеть? Ответ на этот вопрос полностью зависит только от вашего творческого решения. Вероятно, лучший способ усвоить это – рассмотреть несколько кадров, в качестве образца.

Например, на фотографии выше, нам хотелось запечатлеть детали как внутри помещения, так и за его пределами.

На этой фотографии, мы также хотим показать детали и в светлых и в тёмных областях. Однако, в этом случае детали в светлых областях нам более важны, чем детали в тенях. Дело в том, что области светов, как правило, хуже всего смотрятся при фотопечати (зачастую, они могут выглядеть как простая белая бумага, на которой и распечатан снимок).

В подобных сценах динамический диапазон (контрастность) может достигать значения 1:30 000 и более – особенно, если вы снимаете в тёмной комнате с окнами, через которые проникает яркий свет.

В конечном счете, HDR-фотография в подобных условиях – оптимальный вариант для получения снимка, радующего ваш взор.

Динамический диапазон фотокамеры

Если бы наши камеры были способны запечатлеть высокий динамический диапазон сцены за 1 снимок, мы бы не нуждались в методах, описанных в этой и последующих статьях, посвященных HDR. К сожалению, суровая действительность такова, что динамический диапазон фотокамер значительно ниже, чем во многих сценах, для съёмки которых они используются.

Как определяется динамический диапазон фотокамеры?

ДД камеры измеряется от самых ярких деталей кадра до деталей теней, превышающих уровень шума.

Ключевым моментом в определении динамического диапазона камеры является то, что мы измеряем его от видимых деталей области светов (необязательно и не всегда чисто белых), до деталей теней, чётко различимых и не теряющихся среди большого количества шума.

Стандартная современная цифровая зеркальная камера может охватить диапазон в 7-10 стопов (в диапазоне от 1:128 до 1:1000). Но не стоит быть чересчур оптимистичным и доверять только цифрам. Некоторые фотографии, несмотря на присутствие внушительного количества шумов на них, в большом формате смотрятся великолепно, другие же – теряют свою привлекательность. Всё зависит от вашего восприятия. Ну и, конечно, размер печати или отображения вашего фото также имеет значение
Диапозитивная фотоплёнка способна охватить диапазон в 6-7 стопов
Динамический диапазон негативной плёнки составляет около 10-12 стопов
Функция восстановления светов в некоторых RAW-конвертерах может помочь получить дополнительно до +1 стопа.

За последнее время технологии, применяемые в зеркалках шагнули далеко вперёд, но ожидать чудес, всё же, не следует. На рынке можно отыскать не так много камер, способных захватить широкий (по сравнению с другими камерами) динамический диапазон. Ярким примером может служить Fuji FinePixS5 (в настоящее время не выпускается), матрица которой имела двухслойные фотоэлементы, что позволило увеличить ДД, доступный S5 на 2 стопа.

Динамический диапазон устройства вывода изображения

Из всех этапов цифровой фотографии, вывод изображения, как правило, демонстрирует самый низкий динамический диапазон.

Статический динамический диапазон современных мониторов варьируется в пределах от 1:300 до 1:1000
Динамический диапазон HDR-мониторов может доходить до 1:30000 (просмотр изображения на таком мониторе может вызвать ощутимый дискомфорт для глаз)
Динамический диапазон фотопечати большинства глянцевых журналов составляет около 1:200
Динамический диапазон фотоотпечатка на качественной матовой бумаге не превышает 1:100

У вас вполне резонно может возникнуть вопрос: зачем при съёмке стараться захватить большой динамический диапазон, если ДД устройств вывода изображения настолько ограничен? Ответ заключается в компрессии динамического диапазона (как вы узнаете далее, тональное отображение также связана с этим).

Расширенный динамический диапазон в камерах видеонаблюдения

В пасмурный день, когда тени практически не видны, динамический диапазон будет низким. В солнечный день, наоборот, есть ярко выраженный контраст между яркими и темными областями.

Для любой системы видеонаблюдения очень важно чтобы было хорошее качество изображения. Однако в природе встречаются динамические диапазоны, далеко выходящие за пределы воспринимаемых камерой или человеческим глазом границ

Поэтому в современных камерах видеонаблюдения используется технология широкого динамического диапазона (Wide Dynamic Range или сокращенно WDR), которая позволяет расширить рабочий диапазон камеры между самыми темными и самыми светлыми участками изображения.

WDR позволяет получать видео с практически идеально выверенной экспозицией даже на самых контрастных участках зоны обзора камеры. Данная технология используется как в аналоговом видеонаблюдении, так и цифровом.

Существует два основных пути использования широкого динамического диапазона в камерах наблюдения:

Мультикадровое изображение (DigitalWDR) – камера фиксирует зону обзора с различной степенью контрастности. Затем происходит комбинирование зон с наиболее освещенными и наиболее затемненными участками. В результате получается среднее и самое оптимальное значение контрастности по всей площади обзора. Достигается это с помощью специального программного обеспечения.

Нелинейные датчики уровня освещения (RealWDR) — это аппаратное средство для сканирования и анализа зоны наблюдения. В данном случае происходит регулирование уровня контрастности по всему кадру – как на светлых, так и на темных участках.

Мультикадровое изображение широко используется в видеонаблюдении в режиме реального времени, благодаря тому, что реакция на быстро движущиеся объекты происходит намного быстрее, нежели при использовании датчика.

Таким образом широкий динамический диапазон — это современная система компенсации контрового света, приближающая характеристики камеры к возможностям человеческого глаза.

Технология улучшает динамический диапазон обычной камеры в 128 раз, позволяя получать четкие изображения при крайне высоком контрасте.

Снижение же стоимости оборудования, включающего в себя технологию широкого динамического диапазона, а также универсальность применяемых решений для любых типов видеокамер, позволяет говорить о скором повсеместном применении данной технологии.

2021-02-12T17:12:30+03:0021, Ноябрь, 2018|Выбор системы|

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.

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.

Рейтинг

( Пока оценок нет )

Editor/ автор статьи

Давно интересуюсь темой. Мне нравится писать о том, в чём разбираюсь.

Добавить комментарий