?

Log in

No account? Create an account
Anatoly Skoblov
Динамический диапазон в фотографии 
19th-Jan-2008 06:21 pm
Змей

Первая часть текста про Динамический диапазон и HDR. Продолжение будет в этом посте и в новых статьях в ЖЖ, ссылки на которых будут добавляться сюда. Эта часть статьи распространяется по GNU Free Documentation License, продолжения - нет.

Динамический диапазон в фотографии

Динамический диапазон (далее - ДД) - одна из основных характеристик фотографических материалов (плёнка, фотобумага) и матриц цифровых фотоаппаратов, показывающая максимальный диапазон яркостей объекта съёмки, которые могут быть переданы матрицей или фотоматериалом (при правильной экспозиции).

В фотографии принято измерять динамический диапазон в единицах экспозиции (шаг, стоп, EV), т.е. логарифмом по основанию 2, реже - десятичным логарифмом (обозначается буквой D). 1EV = 0,3D.

Характеристика <динамический диапазон> также используется для форматов файлов, используемых для записи фотографий. В этом случае он назначется авторами конкретного формата, исходя из тех целей, для которых это формат будет использоваться. Например, ДД JPEG определяется стандартом sRGB и равен 11,7EV (из них лишь 8-9EV реально полезны), а ДД файлов Radiance HDR - 256EV.

Термином <динамический диапазон> иногда неверно называют любое отношение яркостей в фотографии:

  • отношение яркостей самых светлых и тёмных объектов съемки
  • максимальное диапазон яркостей монитора/фотобумаги, отношение яркостей белого и чёрного цветов на мониторе/фотобумаге (верный английский термин conrast 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 совремных камер на http://dpreview.com). При этом необходимо помнить, что матрица передает объекты съемки 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 7,5-8,5 стопов (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 TIFF (48 битов на пиксель).

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

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

Расширение динамического диапазона

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

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

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

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

Тонмаппнг 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).

Ссылки

Comments 
19th-Jan-2008 04:52 pm (UTC)
Третий путь забыл =)
При съемке панорамы автоопределением экспозиции в каждый отдельно взятый сектор может влезть весь сюжет без клипов, а, например, между крайними кадрами будет разница в 4ev. При склеивании подобной панорамы может не использоваться ни тональная компрессия ни тональное отображение =)
19th-Jan-2008 07:37 pm (UTC)
Это вступление с базовыми определениями. На самом деле я этот текст переделаю.
19th-Jan-2008 05:48 pm (UTC)
А откуда взялись "около 8EV" в "стандарте sRGB" ?

Ну то есть мне для полноценного sRGB считать лень, а для simplified
разница в яркостях между 1-1-1 и 255-255-255 - 17 стопов.
19th-Jan-2008 07:36 pm (UTC)
Если честно, я уже года 2 как пытаюсь найти, где взял. Это единственная из приведенных мной цифр, под которую мне не найти источника, а хотелось бы точную цифру.

А как может получиться 17 стопов, если sRGB разрабатывался как стандарт под "усредненный монитор", а у них никак диапазон яркостей не может быть 2^17 :)
(no subject) - Anonymous - Expand
(no subject) - Anonymous - Expand
19th-Jan-2008 06:39 pm (UTC)
Респект и уважуха
давно пора было написать статью
19th-Jan-2008 07:56 pm (UTC)
>Фотоширота слайда составляет 5-6EV, профессионального негатива - около 9EV, любительского негатива - 10EV, киноплёнки - до 14EV.

Прояви-ка на досуге fuji velvia по E-6
19th-Jan-2008 08:14 pm (UTC)
А что должно получиться по твоему мнению?

Я поверю на слово Fuji:
http://www.fujifilm.ru/products/pro_film/positive/pdf/velvia_rvp_AF3-960E.pdf

раздел 18, характеристическая кривая, процесс, понятное дело, E-6. На глазок - стопов 5 (лень бодаться, где там начало и конец прямого участка).
19th-Jan-2008 09:54 pm (UTC)
в приведенном примере (памятник в Таллине) хдр, написано, собран слоями да масочками. Такой вариант к чему ближе, к тон-маппингу или тон-компрессии?
19th-Jan-2008 09:56 pm (UTC)
Контраст естественный? :)

Наложение исходинков с маской - это прямая замена HDR-сборке с последующим тонмаппингом.
20th-Jan-2008 06:05 pm (UTC)
Я поленился все ссылки сунуть сразу. И сразу пошел флейм :)
22nd-Jan-2008 12:48 am (UTC)
>ДД Radiance HDR (32 бита на пиксель) больше, чем 16-битного RGB TIFF (48 битов на пиксель).
Это что еще за дела такие, там не 32/пиксель, а 32/канал!!! Суммарно 96бит/пиксел.
22nd-Jan-2008 05:52 am (UTC)
Там 32 бита на пиксель.

мантисса 8 битов на канал и 8 битов общей экспоненты
10th-May-2008 03:33 am (UTC) - 123
Anonymous
123
zxc
27th-Aug-2008 07:42 am (UTC)
интересно, что есть "radiance hdr" - така logluv tiff или openexr? надо бы посмотреть. оба формата созданы для radiance изначально.
камменты выше жгут.
27th-Aug-2008 09:21 am (UTC)
Radiance HDR - это самый распространенный формат для HDR-файлов (.HDR)
18th-Feb-2010 12:07 am (UTC)
Про диапазон плёнки ничего не напутал? ;-) Вообще-то киноплёнка это в меру паршивенький 135 негатив, диапазон цветной киноплёнки по красному примерно 2D, по синему и зелёному - 2.5D. Это для kodak vision3, самый киношный ширпотреб.

kodak ektacrome 100D уверенно имеет 3.5D по синему и зелёному. Это обычная слайдовая фотоплёнка. У fuji t64 динамика 3.5D по красному и 3.8D по синему, это хорошая, годная плёнка.

Диапазон чб процесса сильно завист от химии и *в разы* выше, для ч/б интереснее линейность и зернистость, чем диапазон. Довольно забавно сканировать медленно проявленный родиналом ч/б плёнку в несколько проходов - сначала по недосвету, а затем по пересвету. Диапазона сканера явно не хватает ;-)
18th-Feb-2010 09:55 am (UTC)
Я не мог перепутать - цифры взяты из спецификаций, ссылки на них я указал.

Вы перепутали фотошироту/ДД и оптическую плотность - разные оси на ХК. Это обычное явление. Вот плотности у слайдов и впрямь такие солидные и для нее может не хватить ДД сканера.

Берем Вашего Кодака. Смотрим график CHARACTERISTIC CURVES:

По вертикальной оси - оптическая плотность, действительно диапазон порядка 3.5D, но это - выходное значение. Она нас мало для чего интересует, если честно.

А фотоширота - это ширина линейного участка ХК по горизонтальной оси (вход), примерно от -4 до 1 (не будем особо цепляться к идеальной линейности), итого 5 стопов или 1.5D :(

А вот у vision3 диапазон оптических плотностей меньше, а ФШ - намного больше


Edited at 2010-02-18 10:01 am (UTC)
13th-Jan-2013 11:12 pm (UTC)
Спасибо, интересно.
This page was loaded May 21st 2019, 5:05 am GMT.