Динамический диапазон. Часть 1 / Съёмка для начинающих / Уроки фотографии

Вместо красивого неба на закатном снимке получилось белое пятно? А может, наоборот, закат запечатлеть удалось, но внизу лишь чёрный фон? Сфотографировали человека напротив окна, а за ним в кадре образовалась белая пелена? Пришло время разобраться, откуда берутся такие ошибки и как их исправить!

Наверняка вы замечали, что иногда в кадре бывает очень сложно показать и яркое солнце, и тёмные детали: либо небо получается пересвеченным, либо нижняя часть кадра становится слишком тёмной. Почему так происходит? Дело в том, что фотоаппарат способен воспринимать ограниченный диапазон яркости. Речь идёт о динамическом диапазоне. Во времена фотоплёнки это понятие именовалось «фотографической широтой».

Нехватка динамического диапазона в кадре: небо «потеряно», вместо него — белое пятно.

NIKON D810 / 18.0-35.0 mm f/3.5-4.5 УСТАНОВКИ: ISO 100, F14, 25 с, 22.0 мм экв.

Небо сохранено, все детали вошли в динамический диапазон.

NIKON D810 / 18.0-35.0 mm f/3.5-4.5 УСТАНОВКИ: ISO 31, F20, 6 с, 22.0 мм экв.

Когда чаще всего ощущается нехватка динамического диапазона?

На практике фотограф постоянно сталкиваться с проблемой недостаточного динамического диапазона. Прежде всего, она будет заметна при съёмке контрастных сцен.

Классический пример — съёмка на закате. Не так просто будет запечатлеть и яркое солнце, и затенённые участки внизу кадра, землю. Нехватка диапазона также ощущается при фотографировании в контровом свете (например, если вы снимаете в помещении напротив окна).

Все области, не вошедшие в динамический диапазон, на снимке получаются или слишком светлыми, или тёмными, лишаются всех деталей. Это, конечно, ведёт к потере качества снимка, техническому браку.

Несколько примеров сюжетов с широким динамическим диапазоном:

Почти любой пейзаж

Некоторые городские зарисовки

Съёмка кадров с Луной; ночная съёмка в городе

Портреты в контровом свете

Что такое динамический диапазон фотоаппарата? Как его измерить?

Итак, динамический диапазон (ДД) — это характеристика фотокамеры, отвечающая за то, какой диапазон яркости она сможет показать на одном кадре. Обычно производители не указывают этот параметр в технических характеристиках фотоаппарата. Тем не менее, его можно измерить, посмотрев, сколько деталей в тёмных и светлых участках кадра сможет передать та или иная камера.

Сравните: камера смартфона имеет узкий динамический диапазон, а зеркальная фотокамера Nikon D810 — широкий.

Кадр, сделанный на камеру смартфона. Детали потеряны как в светлых участках (небо), так и в тёмных (кусты). Вместо них на фото белые и чёрные пятна. Это пример узкого динамического диапазона.

Кадр, сделанный на зеркальный фотоаппарат. Детали сохранены как в светлых участках (видны все оттенки неба), так и в тёмных. Это пример достаточно широкого динамического диапазона.

Кроме того, существуют специальные лаборатории, измеряющие характеристики фотокамер. Например, DXOmark, в базе данных которой очень много протестированных фотокамер. Отметим, что специфика тестирования этой лаборатории такова, что измеряется динамический диапазон на минимальных значениях ISO. Так что, при повышенных значениях ISO, картина может несколько измениться.

Динамический диапазон измеряют в ступенях экспозиции (EV). Чем больше ступеней экспозиции камера может отобразить на фотографии, тем шире её динамический диапазон. Например, фотокамера Nikon D7200 имеет динамический диапазон 14,6 EV (по данным DXOmark). Это прекрасный результат, однако, стоит отметить, что в целом динамический диапазон обычно выше у фотокамер с полнокадровыми матрицами, таких как Nikon D610, Nikon D750, Nikon D810. А вот динамический диапазон компактных фотокамер может быть всего 10 EV, у смартфонов — и того меньше.

Отметим, что потенциал зеркальных камер (в том числе их динамический диапазон) можно оценить только при работе с RAW-файлами. Ведь на JPEG-снимках будут сказываться многие внутрикамерные настройки. Например, камера может сильно повышать контраст снимков, сужая динамический диапазон. С другой стороны, многие фотоаппараты умеют искусственно расширять его при съёмке в JPEG, но об этом чуть позже.

Как загубить динамический диапазон на фото? Типичные ошибки

Даже если камера обладает широким динамическим диапазоном, это не гарантирует, что на фотографиях будут отображены все детали в тёмных и ярких участках. Рассмотрим основные ошибки фотографов, ведущие к значительному снижению динамического диапазона и плохой проработке деталей.

• Ошибки экспозиции. Ошибки экспозиции всегда чреваты тем, что на фото будут появляться либо пересвеченные, либо «выбитые в чёрное» области. Загубленный некорректной экспозицией кадр не спасёт даже широкий динамический диапазон.

Рассмотрим пример пересвеченного кадра:

Теоретически, динамического диапазона камеры для этого сюжета должно было хватить, но произошла потеря деталей в светлых участках кадра (на небе) из-за неправильно настроенной экспозиции. Кадр получился слишком ярким.

Обратная ситуация — кадр недоэкспонированный, тёмный.

На этот раз детали потерялись в тёмных участках кадра.

• Ошибки при обработке. Грубая обработка фотографий на компьютере или применение фильтров внутрикамерной обработки изображения способны очень сильно сузить динамический диапазон на ваших кадрах. Поэтому не злоупотребляйте излишним повышением контраста, работой с насыщенностью цветов, коррекцией экспозиции и т.п.

Оригинальный кадр: все детали сохранены благодаря широкому ДД и грамотной экспозиции снимка.

Фотограф перестарался с обработкой — детали в тёмных и светлых участках оказались утрачены.

Укладываемся в динамический диапазон

Часто даже при съёмке сложных сюжетов с большим перепадом яркости можно не прибегать ни к каким сложным ухищрениям для расширения динамического диапазона. Нужно просто грамотно использовать то, что может дать фотокамера.

• Выбирайте подходящие условия для съёмки. Чтобы получать качественные кадры, нужно выбирать подходящие условия освещения. Зачастую фотограф сам себя загоняет в такие условия, в которых практически невозможно сделать качественный снимок. Вместо того чтобы пытаться запечатлеть слишком контрастный сюжет, стоит подумать: возможно, лучше выбрать другой ракурс, другое время для съёмки или освещение. К примеру, закатное небо по яркости сбалансируется с землёй после захода. Кстати, не всегда стоит брать в кадр солнце. Подумайте, можно ли обойтись без него. Так вам удастся избежать лишних пересветов. Это относится и к съёмке портретов напротив окна. Достаточно сделать пару шагов от окна и снимать сбоку от него — яркое окно не получится пересвеченным, а на вашу модель будет падать красивое боковое освещение.

Делая этот снимок, я не стал включать в композицию восходящее Солнце, находящееся чуть правее границ кадра. Так я избавил себя от пересветов в области солнечного диска.

При съёмке портрета на природе можно не включать солнце в кадр. Главное — получить от него красивое освещение.

• Следите за экспозицией. Как мы уже говорили, чтобы сохранить максимум деталей на фотографии, её необходимо корректно проэкспонировать. Уделите внимание настройке параметров экспозиции, пользуйтесь подходящими методами экспозамера и гистограммой. Также всегда просматривайте отснятые кадры, проверяйте их яркость. Если необходимо, делайте дубли посветлее или потемнее, чтобы потом было из чего выбирать.

• Фотографируйте в RAW. Если вы снимаете сложную сцену, всегда лучше иметь поле для манёвра. Формат RAW предоставит вам целый аэродром, ведь абсолютно вся информация о снимке сохранится на матрице фотоаппарата. При обработке вы сможете сделать тёмные участки снимка светлее или даже немного «вытянуть» детали в светлых участках кадра. Обратите внимание, что осветлять тёмные участки кадра формат RAW позволяет гораздо лучше, нежели затемнять светлые. Поэтому, оберегая светлые участки снимка, фотографы порой специально делают кадры темнее, чем нужно, чтобы потом при обработке «вытащить» нужные детали из теней. Такую обработку позволит сделать практически любой современный RAW-конвертер. В том числе и Nikon Capture NX-D. О расширении динамического диапазона с его помощью мы подготовим специальный материал.

Исходный кадр

Тени «вытянуты» в RAW-конвертере

В следующей части урока мы поговорим о возможностях расширения динамического диапазона. Некоторые из них скрыты в самой фотокамере и доступны любому фотографу. Оставайтесь с нами!

Что такое динамический диапазон в цифровой фотографии

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

Динамический диапазон и его значимость

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

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

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

Как измерить динамический диапазон

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

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

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

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

Как правильно работать с ДД

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Несколько советов для съемки в условиях высокого контраста:

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

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

динамический диапазон и контрастность / Кибермаркет Юлмарт corporate blog / Habr

Весь привет! Недавно мы говорили о возможностях RAW’а, тема оказалась интересной, в личку поступило много вопросов, так что держите продолжение, будем разбираться, что такое RAW и как его правильно прожарить.

Дня начала рассмотрим один из важнейших аспектов, который отличает RAW-файлы от камерных JPEG’ов: а именно динамический диапазон.

Многое в современной цифровой фотографии является наследием химическо-плёночной эпохи. Вы не поверите, но находятся всякие… любители ретро, которые создают специальные цветовые профили, чтобы цифровое фото получило характерную для плёнки определённого типа обработку: цветовые искажения, определённые (типичные для конкретных вариантов химических процессов) черты… В общем, фотография, как и любой другой вид искусства, периодически вздыхает на тему «раньше было лучше» и пытается вернуться в деньки, когда солнце было зеленее, а трава — ярче. Так вот. У плёнок были различные возможности из-за различных химических составов. Какая-то лучше передавала оттенки кожи, на какой-то другой цвета были более яркими, при этом она давала меньшую детализацию… В общем, одной из ключевых характеристик плёнки (которую долго догоняла цифра) был потрясающий динамический диапазон, характеристики которого цифровая фотография догнала не так давно.

Вместо предисловия

Статья рассчитана на новичков. Что-то осознанно опущено и может быть объяснено позднее, что-то описано не очень правильно с точки зрения профессионалов фотоиндустрии, но понятно для тех, кто пока является владельцем фотоаппарата, а не фотографом-любителем.

В данном цикле постов мы пройдём через все основы фотографии с точки зрения редактирования полученных данных с матрицы, чтобы в заключительном посте у читателей не было вопросов по определённым аспектам обработки и финализации RAW-снимков. Постов будет несколько, так что готовьтесь, задавайте вопросы, если что-то не ясно, присылайте в личку сообщения, если захотите что-то улучшить или уточнить в статье — я с радостью отвечу и поправлю пост, если где-то закрадётся ошибка или неточность.

В качестве примеров я буду использовать RAW-файлы с камеры Nikon 1 S2, о которой не так давно рассказывал, со своей штатной камеры Canon EOS 6D (о которой написано миллион всего хорошего и интересного в интернете), а также смартфонов Lumia 930 и Lumia 1020, чтобы показать, что важен не размер, а умение им пользоваться. Все RAW-файлы для экспериментов также будут выложены в общий доступ: балуйтесь, экспериментируйте, повторяйте описанные шаги, только не присваивайте себе права на фотографию. А то вам Михалков с мигалкой на голове целый месяц сниться будет.

В качестве графического редактора будет выступать самый обычный Adobe Photoshop CC 2014, триальную версию которого на 30 дней может получить любой желающий прямо сейчас, бесплатно и без смс.

Магия RAW-файла

В прошлом выпуске я уже описывал, что такое RAW-файлы и чем они хороши. Для тех, кто не читал или всё забыл, напомню буквально в двух словах: в RAW-файле содержится информация, напрямую снятая с матрицы фотоаппарата. Никакого шумоподавления, никакой пост-обработки, никаких «балансов белого» и прочих улучшайзеров. Только то, что накопили сенсели (светочувствительные блоки) и информация об условиях съёмки в «сопроводительной записке». Информации в таком файле существенно больше, чем в обычном JPEG’е, и работа с ней позволяет доставать те детали, которые на JPEG’ах будут безвозвратно потеряны. Большая часть дополнительной информации позволяет очень гибко настраивать динамический диапазон полученного кадра. Об этом диапазоне и поговорим сегодня.

Что такое динамический диапазон?

Говоря простым языком, динамический диапазон (иначе называемый «фотографическая широта») — это характеристика фотоматериала, показывающая, сколько оттенков и тонов способен передать данный материал между тем, что будет считаться стопроцентно чёрным цветом и стопроцентно белым. В случае с цифровой фотографией «фотоматериал» надо заменить на «светочувствительный элемент». Динамический диапазон отличается в зависимости от размеров сенсора, их техпроцесса, настроек и прочая прочая прочая, но все современные производители стремятся к расширению этого самого диапазона.

Сам по себе ДД измеряется в EV (exposition value) — ступенях экспозиции: у лучших плёнок он достигал 9 ступеней для чёрно-белого изображения, у специальных низкоконтрастных — более 11. Современные цифровые фотоаппараты почти не уступают по своим характеристикам, а специализированные камеры (в которых наличие изображения важнее, чем его качества) и вовсе превосходят возможности плёнки. Чтобы было проще понять, вот вам картинка. Вы её все видели.

Для простоты примера, грубо уберём всю цветовую составляющую и вернёмся в прошлое, в эпоху чёрно-белой фотографии.

Если у нас матрица с крайне узким динамическим диапазоном, для описания которого нам хватит 1 бита информации на каждую точку, то всё, что мы сможем запечатлеть будет иметь только два состояния — темнее некоей точки среднего серого или светлее. В зависимости от настроек экспозиции и выдержки мы можем получить разный результат, но в конно-сферических условиях идеальной настройки фотография с ДД, который помещается в 1 бит будет выглядеть так:

^{Я специально уменьшил контрастность и выбрал два оттенка серого — так картинка меньше режет глаз, а суть не меняется.}

В данном изображении используется всего два цвета. Если увеличить возможности сенсора до двух бит, то есть четырёх цветов, у нас появится больше деталей: так как фотоматериал (светочувствительная матрица) сможет различать не два оттенка с максимальной и минимальной яркостью, но уже четыре: максимум, минимум и два промежуточных значения (33 и 66% яркости).

Если расширить динамический диапазон до трёх бит (8 цветов) — детализация картинки улучшится ещё сильнее:

Картинка стала значительно ближе к оригиналу обесцвеченного JPEG’а. К слову, для восстановления практически всей световой информации с исходного JPEG’а вполне достаточно 5 бит и 32 цветов:

Если мы снимаем с матрицы исходные данные в JPEG-формате, (опустим даже всю обработку, шумоподавление и прочие прелести камерного JPEG’а) то больше восьми бит на цветовой канал мы не получим.

Соответственно, динамический диапазон кадра будет ограничен суммарно 2⁸=256-ю оттенками красного, синего и зелёного цвета в модели RGB. То есть для каждой из точек мы сможем получить один из 16 777 216 цветов, чего, на первый взгляд, вполне достаточно, но, как обычно, есть одно но… и оно всё портит.

Когда вы начинаете изменять фотографию в редакторе, часть данных неизбежно теряется из-за округления. Если работать неаккуратно, не следить за всеми участками изображения, грубо изменять изображение инструментом «Уровни» (levels), то рано или поздно вылезут следующие гадости: клиппинг, постеризация (уменьшение количества уровней, выражается гребёнкой на гистограмме), потеря деталей и микроконтраста.

Большую часть этих проблем можно избежать, если использовать 10, 12, 14 или 16 бит на канал. Во-первых, даже 10-битный вариант даёт нам 2¹⁰*2¹⁰*2¹⁰ цветов. А это уже 1 073 741 824 различных значений для каждой точки изображения против смешных 16 с небольшим миллионов для обычных JPEG’ов. Во-вторых, в этих лишних битах RAW-файлов есть дополнительные данные, которые позволят расширить динамический диапазон и достать из него те детали, которые на JPEG’е можно считать безвозвратно потерянными.

Большинство матриц фотоаппаратов выдают 10 или 14 бит (в зависимости от модели фотоаппарата и аппаратных возможностей самой матрицы) при съёмке в RAW, но обработка в том же Photoshop’е будет вестись либо в 8-битном цветовом пространстве, либо в 16-битном. И для работы лучше использовать именно 16 бит.

Гистограмма и динамический диапазон

Практически в любом современном редакторе изображений можно найти такую штуку, которая называется гистограмма: она иллюстрирует распределение пикселов на изображении; это график, на котором указано число пикселов на каждом уровне интенсивности цвета. Работа с этим инструментом отлично описана в официальном help’е Adobe Photoshop и дублировать её здесь не вижу смысла. Если вы совсем не знакомы с этой штукой — зайдите, почитайте, будет полезно для следующих статей.

Контраст и динамический диапазон

С динамическим диапазоном тесно связан ещё один термин — контраст. Википедия даёт нам следующее определение:

Контра́ст (фр. contraste) — в оптике (сенситометрии и фотометрии) разница в характеристиках различных участков изображения, способность фотографического материала или оптической системы воспроизводить эту разницу, а также характеристика чувствительности глаза (зрительной системы) относительно яркости и цвета.

Общий контраст картинки мало зависит от динамического диапазона: в случае с двумя битами картинка может быть как ультраконтрастной, так и неконтрастной вовсе:

Вопрос в настройках камеры / сканера / конвертера, через которые проходит изображение, прежде чем становится набором цветных точек на вашем мониторе. Тем не менее, широкий динамический диапазон частно снижает микроконтраст: чёткие границы между светами и тенями в середине динамического диапазона, тёмными и яркими объектами, всякой мелочёвке, которая создаёт детализацию снимка.

Прим.: Если ваша камера при съёмке в RAW выдаёт «блёклые» и «серые» кадры, а JPEG’и получаются контрастными и яркими — восстановить «потерянные» детали поможет ползунок «сlarity» в RAW-конвертере.

Практика

Для начала возьмём вот этот JPEG (камера (или фотограф) ошиблась с экспозамером и получился лёгкий пересвет) и попробуем что-нибудь сделать с ним в фотошопе.

^{Скачать полноразмерную картинку}

Если мы применим к ней Camera Raw как фильтр, и постараемся избавиться от всех пересветов, то мы увидим все недостатки JPEG’а: и отсутствие информации, и восьмибитное кодирование, и эффекты от обработки.

Вот наглядный пример:

И увеличенный фрагмент фотографии, если вы не сразу заметили, в чём проблема:

Если открыть то же самое фото в RAW (23.5 МБ), то мы получим доступ ко всем тем же инструментам, но при этом будем работать с 14-битным цветовым пространством (в 16-битном режиме). Для этого в нижней части конвертера нажимаем на ссылку и выбираем соответствующий режим:

При этом дополнительная информация, которая содержится в RAW, позволяет, во-первых, вытянуть весь имеющийся на кадре пересвет в нормальные оттенки без потери качества, во-вторых, расширить динамический диапазон: поправить недосвеченные области на волосах, «грязную шею», избавиться от неприятных пятен, которые появятся при редактировании JPEG’а. О том, почему пересвет вообще в целом плохо — читайте в прошлой статье.

Настраиваем экспозицию и восстанавливаем недосвеченные участки:

Устраняем искажения оптики и слегка приглушаем виньетирование:

Настраиваем цвета в соответствии с матушкой-природой и собственной задумкой на тему атмосферы снимка:

Итоговое изображение можно отправлять на ретушь (предварительно сохранив в честный шестнадцатибитный TIFF): избавляться от мелких дефектов кожи, править недоработки макияжа, добавлять спецэффекты.

^{Ретушь не производилась, фуллсайз}

Ключевые изменения, которых мы добились на текущем этапе: нормальная экспозиция, восстановление деталей в тёмных участках, адекватный оттенок кожи, контрастная текстура стены, аккуратно передан нежно-розовый оттенок одежды.

Вместо заключения

На этом пока всё, завтра-послезавтра будет вторая часть, в которой я продолжу освещать проблему динамического диапазона и контрастности снимка: поговорим о HDR и методах его получения, мультиэкспозиции и прочих штуках. До связи!

Предложения по улучшению, комментарии, свои идеи на тему следующих статей присылайте в личку.

UPD: Спасибо barkalov и AndreyDmitriev за ценные комментарии, формулировки в статье поправлены, чтобы не вводить никого в заблуждение.

---

Наши обзоры:
» Подключаем оригинальные геймпады к ПК
» Razer Abyssus: самый доступный Razer
» Nikon 1 S2: однокнопочная беззеркалка
» Обзор Lenovo Miix 3-1030
» Разбираемся в арт-хаосе компании Wacom
» ASUS ZenFone 5, LG L90, HTC Desire 601 — двухсимочная война за потребителя, часть 1
» ASUS Transformer Pad
» Гарнитуры Razer Kraken

Фотографическая широта — Википедия

Фотографи́ческая широта́ — предельный диапазон яркостей, которые фотоматериал способен воспроизводить без искажений^[1][2]. Фотографическая широта считается одной из важнейших сенситометрических характеристик фотоматериала и количественно выражается в виде интервала логарифмов экспозиций, в пределах которого обеспечивается пропорциональная передача яркостей объекта съёмки без изменения контраста^[3]. Применительно к электронным способам регистрации изображений та же характеристика носит название динамический диапазон и описывает возможности вакуумных передающих трубок или полупроводниковых фотоматриц. В этом случае широта измеряется в децибелах, выражающих диапазон между мощностью сигнала, соответствующего самым тёмным и самым светлым участкам изображения. В цифровой фотографии широта количественно выражается в экспозиционных ступенях^[4].

Фотографическая широта L{\displaystyle L} определяется длиной прямолинейного участка 1—2 характеристической кривой и измеряется по оси логарифмов экспозиции lg⁡H{\displaystyle \lg H}

Фотографическая широта в химической фотографии ограничивается максимальной оптической плотностью Dmax{\displaystyle D_{max}}, которую способен обеспечить фотоматериал, и уровнем вуали D0{\displaystyle D_{0}}, ниже которого изменения плотности не зависят от полученной экспозиции. Математически фотографическая широта может быть описана выражением^[2]:

L=lg⁡(h3h2)=lg⁡h3−lg⁡h2,{\displaystyle L=\lg \left({\frac {H_{2}}{H_{1}}}\right)=\lg H_{2}-\lg H_{1},}

где L{\displaystyle L} — фотографическая широта,

H{\displaystyle H} — экспозиция.

Точки 1 и 2 соответствуют концам прямолинейного участка характеристической кривой, ограничивающим область правильных экспозиций^[5]. За пределами этого отрезка кривая изгибается, снижая контраст изображения. Это приводит к искажениям при отображении полутонов объекта съёмки и снижению качества изображения^[6]. Поэтому фотографическая широта всегда меньше полного интервала экспозиций Lmax,{\displaystyle L_{max},} охватывающего отрезок между минимальной и максимальной оптическими плотностями фотоматериала^[7].

В практической фотографии фотографическая широта определяет возможность получения качественного снимка сюжетов с большим диапазоном яркостей, когда остаются различимы детали как в самых ярких света́х, так и в глубоких тенях. Кроме качества изображения от широты зависит величина погрешности, допустимой при определении экспозиции^[3][8]. Поэтому при производстве негативных фотоматериалов (как чёрно-белых, так и цветных) в них закладывается максимально возможная фотографическая широта, которая может достигать значения 2,0^[9]. Широта чёрно-белых негативных фото- и киноплёнок допускает ошибки до 4 ступеней экспозиции: 3 в области передержек, и 1 в сторону недодержки. Цветные негативные плёнки в силу сложного строения и чувствительности к нарушениям цветового баланса допускают лишь 1 ступень передержки экспозиции. За счёт большой широты негативных плёнок при оптической печати возможна проработка деталей отдельных участков снимка путём их затенения или дополнительной «пропечатки» с помощью масок^[10].

Большой широтой также обладают фотокиноплёнки для контратипирования, чтобы сохранить как можно больше деталей при многоступенчатом копировании. Позитивные фотоматериалы при высоком контрасте напротив, обладают ограниченной широтой, практически не допуская ошибок экспонирования^[11]. Аналогичной чувствительностью к ошибкам обладают обращаемые фотоматериалы, фотографическая широта которых меньше, чем у негативных^[12].

Эффект клиппинга ярких областей неба A при критической недодержке теней B на цифровом снимке

Главным отличием электронных способов преобразования света от химического считаются разные возможности отображения светлых и тёмных участков изображения. Если в аналоговой фотографии в случае экспозиционных ошибок главная опасность заключается в получении «пустых» теней негатива при недодержке, то в цифровой фотографии следует опасаться так называемых «пробитых» светов (клиппинга) из-за передержки. Причина кроется в «эффекте насыщения» полупроводниковых фотоприёмных матриц, когда любое увеличение экспозиции не приводит к изменению выходного сигнала. Учитывая аналогичное фотографической вуали ограничение по шумам, затрудняющее регистрацию полутонов в области теней, фотографическая широта цифровых фотоаппаратов в большинстве случаев меньше, чем цветных, и тем более чёрно-белых негативных плёнок, но сопоставима с фотографической широтой цветного слайда^[13].

Дополнительным ограничителем выступают свойства аналогово-цифровых преобразователей, ограничивающих число уровней квантования яркости, отображаемых по каждому из цветовых каналов. Файлы формата JPEG, получаемые на выходе любого цифрового фотоаппарата, ограничены самим стандартом формата, не допускающим глубину цвета, отличную от 8-битного, при этом максимальное количество отображаемых полутонов не превышает 28=256{\displaystyle 2^{8}=256} по каждому из трёх цветоделённых каналов. В фотоаппаратах профессионального и полупрофессионального классов используются более совершенные АЦП, кодирующие файлы в формате RAW по 12 и даже 14-битному алгоритму^[4]. В этом случае регистрируется значительно больше полутонов, в последнем случае 214=16384{\displaystyle 2^{14}=16384} полутонов в каждом из цветовых каналов. Поэтому при конвертации этих файлов на внешнем компьютере в формат файла JPEG есть возможность отобразить в конечном 8-битном формате JPEG участки снимка, лишённые деталей при автоматической внутрикамерной конвертации^[14][15].

Недостаточную фотографическую широту можно искусственно увеличивать с помощью специальных технологий. Наиболее широкую известность получил процесс под названием HDR^[4].

Технология HDR[править | править код]

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^[16]. В некоторых цифровых фотоаппаратах и даже камерафонах этот процесс может выполняться автоматически самой камерой. Недостаток технологии заключается в её непригодности для съёмки движущихся объектов.

Матрицы SuperCCD[править | править код]

В этих матрицах для увеличения фотографической широты используется наличие на одной и той же матрице элементов различной площади и различной эффективной светочувствительности. Передача низких уровней яркости обеспечивается элементами большой чувствительности, а высоких яркостей — низкой^[17].

SIMD-матрица[править | править код]

Цифровая SIMD-матрица (сокр. от англ. Single Instruction, Multiple Data) находит 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).^[18].

1. ↑ Техника фотографии, 1973, с. 79.
2. ↑ ^{1 2} Справочник кинооператора, 1979, с. 366.
3. ↑ ^{1 2} Фотокинотехника, 1981, с. 362.
4. ↑ ^{1 2 3} Динамический диапазон в цифровой фотографии (рус.). Cambridge in Colour. Дата обращения 30 декабря 2018.
5. ↑ Общий курс фотографии, 1987, с. 94.
6. ↑ Краткий справочник фотолюбителя, 1985, с. 97.
7. ↑ Основы чёрно-белых и цветных фотопроцессов, 1990, с. 97.
8. ↑ Общий курс фотографии, 1987, с. 125.
9. ↑ Справочник кинооператора, 1979, с. 371.
10. ↑ Обработка фотографических материалов, 1975, с. 118.
11. ↑ Техника фотографии, 1973, с. 80.
12. ↑ Справочник кинооператора, 1979, с. 370.
13. ↑ Johnson, 2007, с. 151.
14. ↑ Foto&video, 2007, с. 74.
15. ↑ JPEG ИЛИ RAW В ЧЁМ ЛУЧШЕ СНИМАТЬ? (рус.). Авторский проект Владимира Соболева (26 ноября 2011). Дата обращения 10 июля 2017.
16. ↑ программа для изготовления HDR изображений
17. ↑ Описание матрицы Super-CCD с картинками
18. ↑ описание WDR камеры Pelco CCC5000 Pixim

• Гордийчук И. Б. Справочник кинооператора / Гордийчук И. Б., Пелль В. Г.. — М. : Искусство, 1979. — 440 с.

• Иофис Е. А. Техника фотографии. — М.: «Искусство», 1973. — 349 с.

• Иофис Е. А. Фотокинотехника / И. Ю. Шебалин. — М.: «Советская энциклопедия», 1981. — С. 362. — 447 с. — 100 000 экз.

• Л. Я. Крауш. Обработка фотографических материалов / Иофис Е. А.. — М.: «Искусство», 1975. — 192 с. — 100 000 экз.

• Панфилов Н. Д., Фомин А. А. III. Фотоматериалы // Краткий справочник фотолюбителя. — М.: «Искусство», 1985. — С. 90—122. — 367 с. — 100 000 экз.

• Редько А. В. Основы чёрно-белых и цветных фотопроцессов / Н. Н. Жердецкая. — М.: «Искусство», 1990. — 256 с. — 50 000 экз. — ISBN 5-210-00390-6.

• Фомин А. В. Глава IV. Сенситометрия // Общий курс фотографии / Т. П. Булдакова. — 3-е. — М.: «Легпромбытиздат», 1987. — С. 75—107. — 256 с. — 50 000 экз.

• Chris Johnson. Chapter 10. The Zone System and Digital Photography // The Practical Zone System for Film and Digital Photography = Зонная система в цифровой и классической фотографии / Diane Heppner. — 4-е изд.. — Оксфорд: Focal Print, 2007. — 285 с. — ISBN 978-0-240-80756-0.

Динамический диапазон

© 2014 Vasili-photo.com

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

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

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

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

Факторы, ограничивающие динамический диапазон

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

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

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

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

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

На графике хорошо видны две критические переломные точки: в первой из них уровень полезного сигнала пересекает шумовой порог, а во второй – фотодиоды достигают насыщения. Значения экспозиции, лежащие между этими двумя точками, и составляют динамический диапазон. В данном абстрактном примере он равен, как несложно заметить, 5 EV, т.е. камера способна переварить пять удвоений экспозиции, что равнозначно 32-кратной (2⁵=32) разнице в яркости.

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

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

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

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

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

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

Разрядность

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Гамма-коррекция

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

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

При линейной конверсии изображение получается слишком тёмным.

После гамма-коррекции яркость приходит в норму.

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

Линейное распределение градаций яркости.

Равномерное распределение после применения гамма-кривой.

ISO и динамический диапазон

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

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

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

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

Истинная величина динамического диапазона

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

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

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

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

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

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

Практические рекомендации

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

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

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

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

Спасибо за внимание!

Василий А.

Post scriptum

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

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

Желаю удачи!

Дата публикации: 12.04.2014

Вернуться к разделу «Матчасть»

Перейти к полному списку статей

Советские истребители Як-9ДД на аэродроме Фоджа в Италии — фото

Техника > Самолеты > Самолеты СССР > Як-9 > Советские истребители Як-9ДД на аэродроме Фоджа в Италии

Советские истребители Як-9ДД на аэродроме Фоджа в Италии

20 февраля 2020 Добавил Timon Один комментарий

Советские истребители Як-9ДД из состава истребительной экадрильи авиагруппы особого назначения на аэродроме Фоджа (Foggia) в Италии, недалеко от место постоянного базирования на аэродроме Бари (Bari).

В августе 1944 г. группа из двенадцати истребителей Як-9ДД под командованием майора Ивана Ивановича Овчаренко (07.09.1914 — 21.02.1973) была направлена на авиабазу союзников, расположенную близ итальянского города Бари, для сопровождения транспортных C-47, доставлявших грузы югославским партизанам. При перебазировании был выполнен беспосадочный перелет Бельцы-Бари протяженностью почти 1300 км, прошедший, в основном, над территорией противника. За время пребывания в Италии группа выполнила 150 боевых вылетов. Хотя встреч с самолётами противника не было, работа была тяжёлой. Во время посадки С-47, группа сопровождения находилась в воздухе в ожидании разгрузки, а затем сопровождала транспортные самолёты на обратном пути. Нередко Як-9ДД приходилось выполнять посадки на небольшие партизанские аэродромы в сложных метеоусловиях. За всё время выполнения задания в работе систем и агрегатов Як-9ДД не было зафиксировано ни одной поломки. На Як-9ДД советские летчики также сопровождали B-17 и B-24 при совершении перелетов из Полтавы в Бари.

Источники информации о фото:

1. ru.wikipedia.org
2. commons.wikimedia.org
3. pamyat-naroda.ru

Категория: Як-9, Югославский фронт

Информация о фото Место съемки: Фоджа, Италия Время съемки: август 1944 Автор: Владимир Иванов (9) Оригинал Поделиться:

Похожие фотографии

Предыдущее фото  | Следующее фото