Что такое динамический диапазон в фотографии

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

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

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

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

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

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

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 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

Тонмаппинг также может использоваться и для обработки изображений с небольшим диапазоном яркостей для повышения локального контраста.

Из-за способности тонмаппинга выдавать «фантастические» картинки в стиле компьютерных игр, и массового представления таких фотографий с вывеской «HDR» (даже полученных из одного изображения с небольшим диапазоном яркостей) у большинства профессиональных фотографов и опытных любителей выработалось стойкое отвращение к технологии расширения динамического диапазона из-за неверного мнения о том, что она нужна для получения таких картинок (приведенный выше пример показывает использование методов HDR для получения нормального реалистического изображения).

См. также

Ссылки

Определения основных понятий:
- БСЭ, статья «фотографическая широта»
- Горохов П. К. «Толковый словарь по радиоэлектронике. Основные термины» — М.: Рус. яз., 1993
Фотоширота пленок и ДД фотоаппаратов
- http://www.kodak.com/US/en/motion/products/negative/tech5219.jhtml
- http://www.kodak.com/global/en/professional/support/techPubs/e4035/e4035.jhtml? >
  Wikimedia Foundation . 2010 .
  
  Смотреть что такое «Динамический диапазон в фотографии» в других словарях:
  
  Динамический диапазон — Динамический диапазон: Динамический диапазон (техника) характеристика устройства или системы, предназначенной для преобразования, передачи или хранения некой величины (мощности, силы, напряжения, звукового давления, представляющая логарифм… … Википедия
  
  Динамический диапазон (в технике) — Динамический диапазон характеристика устройства или системы, предназначенной для преобразования, передачи или хранения некой величины (мощности, силы, напряжения, звукового давления и т. д.), представляющая логарифм отношения максимального и… … Википедия
  
  Динамический диапазон (техника) — У этого термина существуют и другие значения, см. Динамический диапазон. Динамический диапазон характеристика устройства или системы, предназначенной для преобразования, передачи или хранения некой величины (мощности, силы, напряжения, звукового… … Википедия
  
  Динамический диапазон (фотография) — Фотографическая широта характеристика светочувствительного материала (фотоплёнки, передающей телевизионной трубки, матрицы) в фотографии, телевидении и кино. Определяет способность светочувствительного материала правильно передавать яркость… … Википедия
  
  Динамический диапазон изображения — Контраст в наиболее общем смысле, любая значимая или заметная разница (например, «Россия страна контрастов…», «контраст впечатлений», «контраст вкуса пельменей и бульона вокруг них»), не обязательно измеряемая количественно. Контрастность степень … Википедия
  
  Достоинства и проблемы цифровой фотографии — Для улучшения этой статьи желательно?: Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное … Википедия
  
  High Dynamic Range Imaging — У этого термина существуют и другие значения, см. HDR. High Dynamic Range Imaging, HDRI или просто HDR общее название технологий работы с изображениями и видео, диапазон яркости которых превышает возможности стандартных технологий. Чаще… … Википедия
  
  Технические характеристики цифровых фотоаппаратов — Эту статью следует викифицировать. Пожалуйста, оформите её согласно правилам оформления статей … Википедия
  
  Фотографическая широта — В Википедии есть п … Википедия
  
  Редактирование изображений — (лат. redactus приведённый в порядок) изменение оригинала изображения классическими или цифровыми методами. Также может обозначаться термином ретуширование, ретушь (фр. retoucher подрисовывать, подправлять). Целью редактирования… … Википедия
  
  Что такое динамический диапазон в фотографии
  
  Слово «фотография» происходит от греческих слов phos и graphe, что означает свет и рисование, соответственно. Таким образом, создание фотографии в самом строгом определении буквально означает «рисовать светом». Но рисование светом может быть достаточно сложным, учитывая количество света, с которым приходится работать!
  
  Иногда вы можете оказаться в ситуации с большим количеством света, например, на открытом воздухе или в хорошо освещенном зале, а в другой раз свет настолько тусклый, что вам приходится создавать свой источник с помощью вспышки или оставлять затвор открытым на продолжительное время. Однако, вполне вероятно, что все закончится тем, что при съемке у вас будет света так же много, как и теней, а потому получить желаемый снимок будет очень сложно. К счастью, существует такой термин, который поможет вам в таких ситуациях – это динамический диапазон. Знание того, что он означает и как влияет на ваши фотографии, поможет в создании таких снимков, какие вы хотите.
  
  Настройки сцены
  
  Динамический диапазон имеет два основных применения в фотографии. Первое относится к сцене, которую вы фотографируете, а второе — более техническое по своей природе и помогает описать атрибуты сенсора камеры. (Это маленький прямоугольный микрочип, который используется камерой для создания изображений, как маленькая квадратик цифровой пленки).
  
  В большинстве случаев фотограф старается сделать изображение с хорошей экспозицией, что означает, что светлые участки не слишком светлые, а темные – не слишком темные. В этом смысле динамический диапазон относится к общему количеству света, полученного в данной сцене. Если вы делаете фотографию с множеством светлых участков, наполненных светом, в сочетании с темными участками, окутанными тенями, то сцена может быть описана как имеющая широкий динамический диапазон (высокую контрастность). Если, однако, сцена освещена таким образом, что она не слишком светлая и не слишком темная, то можно сказать, что она имеет низкий динамический диапазон (низкая контрастность).
  
  Этот снимок гуся имеет низкий динамический диапазон, то есть он равномерно экспонирован без каких-либо участков определенно светлых или темных.
  
  Нет правильного и неправильного
  
  Нет плохих или хороших сцен, но важно знать, когда вы идете фотографировать и в каких условиях освещения, чтобы вы могли планировать в соответствии с ними. Если вы снимаете в середине дня, то, скорее всего, получите очень яркое изображение с множеством теней, потому что солнечный свет интенсивный и находится над головой. Это называется сценой с высоким динамическим диапазоном, так как содержит очень светлые и очень темные элементы. Вы должны знать, как контролировать сцену, а также вашу камеру, чтобы получить желаемый снимок.
  
  Этот снимок гуся был сделан в условиях, которые привели к высокому динамическому диапазону. Некоторые участки очень светлые, а другие скрыты в тенях.
  
  Передайте свое виденье
  
  При съемке важно учитывать динамический диапазон. Понимание ситуации, в которой вы фотографируете, является необходимым условием для получения желаемого результата. Рисуя светом, вы должны понимать, как он воздействует на ваши снимки.
  
  Например, вот портрет, который я сделал на улице в солнечный день. Моя модель была хорошо освещена, но задний план позади нее был слишком ярким. Это привело к тому, что я не был доволен снимком. Внимание зрителя должно быть на ее лице, но яркий задний план отвлекает.
  
  Гистограмма даст вам подсказки о динамическом диапазоне
  
  Взгляд на гистограмму этого изображения подтверждает то, что я понял, взглянув на сцену. Большая часть данных рассредоточена слева и справа. Это означает, что сцена содержит как очень яркие, так и очень темные участки, а, следовательно, имеет широкий динамический диапазон.
  
  Такие фотографии не обязательно неудавшиеся. Некоторые фотографы предпочитают широкий динамический диапазон, создавая ощущение контраста и пронзительности, которых зачастую не хватает в условиях равномерной экспозиции. Лично я не являюсь большим поклонником такого типа изображений, и в данном случае все было легко исправить, лишь немного повернувшись и использовав здание для более ровной экспозиции.
  
  Опять же, я могу взглянуть на гистограмму в Lightroom и увидеть, что данные более не разделены в двух крайних точках, а распределены более равномерно. Кроме того, вы можете использовать режим Live View в вашей камере и видеть гистограмму в реальном времени во время съемки. Если вы видите, что она выглядит как две горы с долиной между ними, то это говорит о том, что сцена получится с гораздо большим контрастом, чем вы можете предпочесть.
  
  HDR – высокий динамический диапазон
  
  Один трюк, который некоторые фотографы используют в последнее время, называется HDR или обработка в высоком динамическом диапазоне. Это способ получить лучшее, комбинируя несколько композиций в одном изображении путем использования только нужных частей. Таким образом, в сцене, где есть очень яркие и темные участки, вы можете взять несколько снимков – недоэкспонированных и переэкспонированных, и объединить их в программе на вашем телефоне или компьютере, и в итоге получить изображение с ровной экспозицией. Единственный недостаток этого заключается в том, что финальное изображение может казаться неправдоподобным и искусственным для человеческих глаз (если техника HDR применена неправильно).
  
  Технологии спасения
  
  Человеческий глаз – это биологическое чудо. Даже современные цифровые камеры не могут приблизиться к тому, чтобы соответствовать нашим собственным окулярным инструментам. Сенсоры цифровых камер сегодня на шаг впереди своих предшественников, которые существовали 10 или даже 5 лет назад, но наши собственные глаза легко их превосходят, когда речь идет о динамическом диапазоне.
  
  Предельный высокий динамический диапазон и проблема, которую он собой несет
  
  В качестве примера попробуйте стать в комнате в солнечный день с большим количеством теней. Это создает сцену с высоким динамическим диапазоном, так как она содержит как очень яркие (за окном), так и очень темные участки (внутри комнаты). Ваши глаза все еще смогут отличить цвета и формы внутри комнаты, а также все, что находится за окном. Но попробуйте сделать фотографию. Вы получите изображение, экспонированное по светам (т.е., на улице) с темной комнатой, либо экспонированное по комнате (т.е., тени), и ничего за окном не будет видно.
  
  Камера экспонировала по светам, оставив комнату в темноте.
  
  Большинство камер передают сцену таким образом. Однако, техника HDR может быть использована, чтобы создать несколько изображений с разными экспозициями, которые можно комбинировать в один снимок с ровной экспозицией.
  
  Камера экспонировала по теням, сделав вид за окном слишком ярким.
  
  Технологии развиваются
  
  Несмотря на то, что наши глаза превосходят любую камеру, в последнее время сенсоры цифровых камер гораздо лучше передают яркие и темные участки сцены, но только самые яркие и самые темные. В этом смысле термин «динамический диапазон» относится не к условиям освещения, а к возможностям сенсора камеры.
  
  Некоторые модели, как Nikon D810 или Canon 5D Mark IV настолько продвинуты, что одно изображение в формате RAW может быть обработано с возможностью восстановить все данные, которые обычно утрачиваются. Например, когда я снимал этот восход, я экспонировал по светам и получил красивое чистое изображение с богатыми цветами на небе, но побочным эффектом было то, что земля стала совсем черной.
  
  Благодаря технологии, заключенной в сенсоре Nikon 750, камера захватила гораздо больше данных, чем вы можете увидеть изначально. Я снимал в RAW при ISO 100, что означает, что я мог использовать преимущество большого количества данных, полученных в этом изображении, и восстановить их из теней.
  
  То же изображение, но со значительно меньшими тенями после обработки в Lightroom.
  
  Это преувеличенный пример и обычно я не рекомендую применять такую сильную обработку. Но я использую его, чтобы проиллюстрировать, какой динамический диапазон содержат современные сенсоры камер. Другой пример, пожалуй, более реалистичный, показывая важность сенсора, способного захватить высокий уровень динамического диапазона.
  
  Первое изображение прямо из камеры (Nikon D7100). Хотя элементы заднего плана довольно хорошо экспонированы, белка и дерево слишком темные. Поскольку сцена сама по себе имеет высокий уровень динамического диапазона, то получить правильную экспозицию довольно сложно. К счастью, я мог использовать Lightroom, чтобы вытянуть большое количество деталей в тенях, которые могли бы быть утрачены, если сенсор имел бы низкий динамический диапазон.
  
  Необработанный снимок с хорошо экспонированным небом и недоэкспонированными объектами.
  
  Несколько щелчков мыши на моем компьютере позволило значительно улучшить оригинал.
  
  Заключение
  
  На протяжении многих лет производители камер были вовлечены в соревнование с тем, чтобы создать продукт, имеющий больше мегапикселей. Но в последнее время эта цифровая гонка вооружений зашла в тупик, так как 20-24 мегапикселя, которыми оснащены практически большинство камер, в высшей степени подходят практически для любой ситуации. Вместо этого фокус сместился на то, чтобы улучшить такие параметры, как ISO и расширить динамический диапазон сенсора. Это будет продолжаться до тех пор, пока сенсоры не станут настолько хороши, чтобы делать качественные фотографии в любых условиях.
  
  Действительно, мы живем в такие удивительные времена, когда наши камеры могут создавать прекрасные картины светом, так сказать, практически в любом свете.
  
  Что такое динамический диапазон фотоаппарата и почему о нем все молчат?
  
  Приветствую вас, уважаемый читатель. С вами на связи, Тимур Мустаев. Наверняка вы задавались вопросом: «А что может моя камера?» Для ответа на него многие ограничиваются прочтением технических характеристик на коробке, корпусе или сайте производителя, но для вас этого явно недостаточно, не просто так же вы забрели на страницы моего блога.
  
  Сейчас я постараюсь рассказать вам, что такое динамический диапазон фотоаппарата – характеристике, которую невозможно выразить в численном эквиваленте.
  
  Что это такое?
  
  Немного порывшись в терминах, можно выявить, что динамический диапазон – способность камеры распознавать и сохранять светлые и тёмные участки кадра одновременно.
  
  Второе определение гласит, что это охват всех тонов между чёрным и белым, которые камера способна захватить. Оба варианта верны и говорят об одном и том же. Обобщая выше написанное, можно резюмировать: динамический диапазон определяет, какое количество деталей можно «вытащить» из участков разной тональности снимаемого кадра.
  
  Очень часто этот параметр ассоциируют с экспозицией. Почему? Всё просто: практически всегда именно экспонирование по определённому участку сцены определяет, что на конечном изображении будет ближе к чёрному или к белому.
  
  Тут стоит отметить, что при экспонировании по светлому участку «спасти» снимок будет несколько проще, ведь пересвеченные участки восстановлению, можно сказать, не подлежат, о чём я рассказывал в статье о графических редакторах.
  
  Но не всегда перед фотографом стоит задача получить максимально информативный кадр. Чаще наоборот, некоторые детали лучше было бы скрыть. К тому же, если вместо чёрных и белых деталей на снимке начнут появляться серые – это негативно скажется на контрастности и общем восприятии снимка.
  
  Поэтому широкий динамический диапазон не всегда играет решающую роль в получении качественной фотографии.
  
  Из этого можно сделать следующий вывод: решающим фактором является не максимальное значение динамического диапазона, а осознание того, как его можно использовать. Именно фактором получения максимально красивого сюжета оперируют многие топовые фотографы для выбора точки экспонирования, а идеальный кадр получается только после достойной обработки.
  
  Как видит мир камера?
  
  Цифровые камеры в качестве светочувствительного элемента используют матрицу. Так вот, за каждый пиксель на конечном изображении здесь отвечает специальный фотодиод, который превращает в электрический заряд количество фотонов, полученных из объектива. Чем их больше – тем выше заряд, а если их нет вовсе или превышен динамический диапазон сенсора, то пиксель будет чёрным или белым соответственно.
  
  Помимо этого, матрицы в фотокамерах бывают разных размеров, могут производиться по разным технологиям. В купе все параметры влияют на размер фотодатчика, от которого зависит широта охвата светового диапазона. К примеру, если рассмотреть камеры в смартфонах, то размер их сенсора настолько мал, что не составляет даже пятой части от габаритов полноразмерной матрицы.
  
  Как следствие, мы получаем более низкий динамический диапазон. Тем не менее, некоторые производители увеличивают размер пикселей в камерах своих девайсов, говорят, что смартфоны способны вытеснить фотокамеры с рынка. Да, они могут вытеснить любительские мыльницы, но до DSLR, то есть зеркальных, им далековато.
  
  В качестве аналогии многие фотографы приводят сосуды разных размеров. Так, пиксели смартфонных камер часто принимают за стаканы, а в DSLR – за вёдра. К чему это всё? К тому, что, к примеру, 16 миллионов стаканов поместят в себя меньше воды, чем 16 миллионов вёдер. То же самое и с сенсорами, только вместо сосудов у нас фотодатчики, а воду заменяют фотоны.
  
  Тем не менее, сравнение качества картинки, полученной на мобильный телефон и зеркальную камеру, может показать их сходство. К тому же, некоторые из первых с недавнего времени начали поддерживать съёмку в RAW. Но сходство будет таковым только при идеальных условиях освещения. Как только речь пойдёт о низко-контрастных сценах – девайсы с маленькими сенсорами останутся позади.
  
  Разрядность изображения
  
  Этот параметр также тесно связан с динамическим диапазоном. Связь эта базируется на том, что именно разрядность сообщает камере сколько тонов нужно воспроизвести в изображении. Это говорит о том, что цветные снимки с цифровой камеры, которые являются таковыми по умолчанию, могут быть засняты монохромно. Почему? Потому что матрица, как правило, записывает не цветовую палитру, а количество света в цифровом эквиваленте.
  
  Зависимость здесь пропорциональная: если изображение 1-битное, то пиксели на нём могут быть либо чёрными, либо белыми. 2 бита добавляют к этим вариантам ещё 2 оттенка серого. И так в геометрической прогрессии. Когда дело доходит до работы с цифровыми сенсорами, чаще всего используются 16-битные, так как их охват тонов сильно выше датчиков, работающих с меньшим количеством бит.
  
  Что это нам даёт? Камера сможет обрабатывать большее количество тонов, что позволит более точно передать световую картину. Но здесь есть небольшой нюанс. Некоторые аппараты не могут воспроизводить изображения с максимальной битностью, на которую рассчитаны их матрица и процессор. Такая тенденция наблюдается на некоторых продуктах компании Nikon. Здесь исходники могут быть 12- и 14-битными. Камеры Canon, кстати, таким не грешат, насколько мне известно.
  
  Какие могут быть последствия у таких камер? Здесь всё зависит от снимаемой сцены. К примеру, если кадр требует высокого динамического диапазона, то некоторые пиксели, максимально близкие к чёрному и белому, но являющиеся оттенками серого, могут быть сохранены как чёрный или белый соответственно. В остальных случаях разницу заметить будет практически невозможно.
  
  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!
  
  Что такое динамический диапазон?
  
  Динамический диапазон – фактически, разница значений сенсора фотокамеры, получаемых деталей при ярком освещении и при отсутствии света. Если речь идёт непосредственно о процессе фотографии, как правило, значения динамического диапазона измеряются единицами экспозиции (EV). С динамическим диапазоном приходится также иметь дело при обращении к разным форматам фотографических файлов. Здесь характеристика динамического диапазона определяется исходя из типа данных для определенного формата файла и преследуемых целей в процессе съемки. К примеру, для формата jpeg, значения динамического диапазона определяются на основе 8-битного гамма — корректированного стандарта представления цвета sRGB. В данном случае для формата jpeg значение динамического диапазона равняется 11,7EV. Если взять другой формат – Rediance HDR, здесь уже значение динамического диапазона приближается к 256EV.
  
  Нередко под рассматриваемым термином понимают любую разницу отношений сигналов яркости в процессе фотографии. Допустим, разницу отношений яркостных сигналов наиболее светлых и наиболее темных тонов, разницу отношений яркостного сигнала белого и черного полей на фотобумаге, разницу отношений оптических плотностей фотопленки и т.д. В каждом определенном случае характеристику динамического диапазона, с точки зрения количества бит, необходимых для формирования информации, также следует рассматривать с разных точек зрения. К примеру, цифро — аналоговым преобразователем фотоаппарата на 10, 12, 14 бит, как правило, считываются значения по линейной шкале, а в случаях с форматами фотографических файлов используются значения гамма — корректированного стандарта. Нередко встречается достаточно много отдельных нюансов, когда динамический диапазон, измеряемый компьютерным форматом представления чисел (числа половинной точности), несколько шире диапазона, представленного целыми числами, несмотря на тот момент, что речь в обоих случаях идёт о 16-ти битах.
  
  Современные фотографические камеры и фотопленки обладают недостаточной шириной динамического диапазона, чтобы можно было иметь возможность без искажений передавать любой сюжет. Недостаток особенно заметен при эксплуатации компактных цифровых фотоаппаратов и цветных обращаемых фотопленок. Многие современные цифровые камеры обеспечивают пользователю брекетинг, но зачастую неспособны точно передать яркий пейзаж с теневыми объектами в дневных условиях съемки. Однако проблемы недостатка широты динамического диапазона вполне решаемы. Для этого применяются: коррекция освещенности объектов, постановка искусственного освещения, установка специальных режимов работы фотоаппаратов и прочие методы. Также можно компенсировать недостаток динамического диапазона без учета изменений освещения, сцены, ракурса. В этом варианте увеличивают значения динамического диапазона сенсоров фотокамер либо прибегают к комбинации изображений, отснятых с разными значениями экспозиции. Глубина динамического диапазона зависит от размера матрицы, чем она больше, тем больше деталей на фотографии.
  
  Между тем, каждый из двух отмеченных вариантов требует учитывать некоторые моменты:
  
  — Использование определенного формата файла для записи изображения с более широким яркостным диапазоном. К таким форматам сегодня относятся: OpenEXP, Radiance HDR, Photoshop, RAW, Microsoft HD Photo.
  
  — Применение метода тональной компрессии в процессе производства изображений и фотоснимков, для получения изображения с широким динамическим диапазоном.
  
  — Использование метода тонального отображения с целью нелинейного изменения яркости отдельных пикселей.
  
  Последняя методика тональное отображение сегодня широко применяется для обработки изображений, имеющих малый диапазон значений яркости. С помощью метода тонального отображения появляется возможность повышения значения локального контраста для таких изображений. Между тем, многие профессиональные фотографы довольно скептически относятся к методике тонального отображения, считая данный способ расширения динамического диапазона «фантастическим». Всё дело в том, что в результате обработки, получается, так сказать, фотография 4000 в образе близком к стилистике изображений для компьютерных игр. О сайте fotomtv.
  
  Что такое динамический диапазон в фотографии? — Функции — 2019
  
  В фотографии «динамический диапазон» — это разница между самыми темными и самыми светлыми тонами изображения, обычно чистым черным и чистым белым. Чаще всего говорят о максимальном динамическом диапазоне, на который способна камера.
  
  Динамический диапазон измеряется в «стопах». Увеличение на одну ступень равно удвоению уровня яркости. Человеческий глаз может воспринимать около 20 ступеней динамического диапазона в идеальных условиях. Это означает, что самые темные тона, которые мы можем воспринимать в любое время, примерно в 1000000 раз темнее, чем самые яркие в той же сцене. Вот так вы можете видеть детали в темных тенях в яркий солнечный день.
  
  Камеры имеют более узкий динамический диапазон, чем человеческий глаз, хотя разрыв сокращается. Лучшие современные камеры, такие как Nikon D810, могут достичь чуть менее 15 ступеней динамического диапазона на любой фотографии. Большинство цифровых камер получают где-то между 12 и 14, в то время как пленочные негативы могут доходить примерно до 13. Поэтому, когда вы фотографируете в солнечный день, вам часто приходится выбирать, «выдувать ли ваши блики», делая их чисто белыми или «Раздави свои тени», сделав их чисто черными в конечном изображении.
  
  На этой фотографии я выбрал правильную экспозицию. Все детали теней в кустах в основном черные, но небо голубое.
  
  На этой фотографии я правильно выставил тени. Теперь вы можете видеть детали тени, но небо белое.
  
  Одна из проблем, связанных с динамическим диапазоном, состоит в том, что, хотя камеры могут захватывать 14 остановок, лучшие экраны могут отображать только около 10 остановок. Профессионально напечатанные фотографии получаются примерно одинаковыми. Это означает, что, несмотря на то, что ваша камера захватила массу информации, вы не сможете увидеть все сразу. Вместо этого вы должны сделать компромиссы.
  
  Вот снова эта фотография, за исключением того, что на этот раз я отредактировал ее так, чтобы динамический диапазон лучше соответствовал экрану. Чтобы сделать это, я осветлил детали тени и затемнил детали подсветки.
  
  Это довольно близко к пределу того, что может сделать моя камера. Тени выглядят довольно хорошо, и небо определенно голубое, но вокруг облаков происходят странные артефакты. Они чисто белые, и никакая работа в Photoshop не может изменить это. Из-за этого переход между ними и небом выглядит странно.
  
  Один из методов, который используют фотографы для преодоления проблем с динамическим диапазоном, — это фотографии с высоким динамическим диапазоном (HDR). В HDR-фотографии вы комбинируете несколько экспозиций для создания единого конечного изображения. Ниже я соединил две выдержки в этой статье с некоторым программным обеспечением HDR.
  
  Как вы можете видеть, небо и кусты довольно хорошо обнажены, хотя происходит некоторая странная окраска, которая является одним из вызовов HDR-фотографии. Чтобы узнать больше о том, как работает HDR фотография, ознакомьтесь с нашим полным руководством.
  
  Динамический диапазон — это то, с чем вы столкнетесь снова и снова: сравниваете ли вы камеры, пытаетесь ли отредактировать фотографию, чтобы она хорошо смотрелась на экране, или отчаянно пытаетесь понять, как вы можете сделать снимок, не теряя ни тени, ни выделить детали.
  
  Динамический диапазон в фотографии
  
  High Dynamic Range Imaging, HDRI или просто HDR — технологии работы с изображениями и видео, диапазон яркости которых превышает возможности стандартных технологий.
  
  Чаще всего термин HDR употребляется в отношении получения, хранения и обработки растровых изображений. Широко используемые на сегодняшний день цифровые технологии исторически основаны на 8-битных целочисленных форматах представления и обработки данных, что даёт весьма узкий динамический диапазон, часто называемый SDR (англ. Standard Dynamic Range ) или LDR (англ. Low Dynamic Range ). Для сравнения, отношение наиболее яркого к наименее яркому (но ещё не чёрному) цветам для sRGB составляет порядка 3000:1, в то время как реальные сцены часто имеют динамический диапазон яркости в 1 000 000:1 и выше, при этом и в тенях и в свете глаз способен (из-за световой адаптации к яркости) различить детали. Применение техники HDR позволяет работать с полным диапазоном яркости сцены, устраняя исторические ограничения.
  
  Технологии HDR имеют множество практических применений, такие как получение изображений и видео натуральных высококонтрастных сцен, хранение и обработку HDR-контента, создание LDR-изображений на основе HDR-изображений, а также достижение различных художественных эффектов, используя HDR-изображения.
  
  На рынке электроники устройства с HDR-характеристиками представляют активно развивающийся сегмент: сверхъяркие HDR-дисплеи [1] [2] [3] и цифровые HDR-камеры [4] [5] [6] [7] .
  
  Содержание
  
  Динамический диапазон в фотографии
  
  В фотографии динамический диапазон часто измеряют в количестве ступеней экспозиции, также называемых «шаг» или «стоп» (в последнее время часто сокращённо EV, от англ. Exposure Value — экспопара), то есть логарифмом по основанию 2, реже — десятичным логарифмом (обозначается буквой D). 1 EV равен 0,3 D. Также используют и линейное обозначение, например 1000:1, что равно 3 D или около 10 EV.
  
  Характеристика «динамический диапазон» также присуща форматам файлов, используемых для записи фотографий. В этом случае она определяется типом данных, выбранным авторами формата, исходя из тех целей, для которых формат предназначается. Например, динамический диапазон базового режима формата JPEG определяется 8-битным гамма-корректированным стандартом представления цвета sRGB и точно равен 11,7 EV, однако лишь 8-9 EV этого диапазона реально применимы. Для формата Radiance HDR динамический диапазон равен 256 EV.
  
  Термином «динамический диапазон» иногда называют любое отношение яркостей в фотографии:
  - отношение яркостей самых светлых и тёмных объектов съёмки;
  - максимальное отношение яркостей белого и чёрного цветов на мониторе/фотобумаге (контраст, англ. contrast ratio );
  - диапазон оптических плотностей плёнки.
  Ряд авторов использует и другие, более экзотические варианты.
  
  При оценке характеристики динамического диапазона следует с оговорками смотреть на количество бит, используемых для записи информации в каком-либо формате или матрице фотоаппарата. Так, АЦП фотоаппарата (10-, 12- или 14-битный) обычно считывает значения в линейной шкале. В файлах содержатся гамма-корректированные значения.
  
  Например, динамический диапазон изображения, представленный числами половинной точности длиной 16 бит, гораздо больше, чем представленный 16-битными целыми. Динамический диапазон у формата Radiance HDR (представление RGBE с 32 битами на пиксел) гораздо больше, чем у 16-битного TIFF (целочисленный RGB с 48 битами на пиксел).
  
  Одно из определений динамического диапазона, которое широко используется производителями ПЗС-матриц, является отношение максимального сигнала, получаемого с сенсора при ярком освещении, к шуму чтения светочувствительной матрицы, получаемому при отсутствии света.
  
  В новых камерах Nikon доступен режим съёмки HDR для JPEG-файлов. В этом режиме камера фотографирует 2 снимка с разной экспозицией и склеивает их в один [8] .
  
  Расширение динамического диапазона
  
  Фотографической широты современных камер и плёнок недостаточно для того, чтобы передать любой сюжет окружающего мира. Особенно это заметно при съёмке на цветную обращаемую фотоплёнку или компактную цифровую камеру, которые зачастую не могут передать даже яркий дневной пейзаж, если там есть объекты в тени (а диапазон яркостей ночного сюжета с искусственным освещением и глубокими тенями может доходить до 20 EV).
  
  Стандартным способом обхода проблемы динамического диапазона, с успехом применяемым с момента появления фотографии как таковой, является коррекция освещённости сцены, которая достигается правильным выбором момента и ракурса съёмки и искусственной постановкой света, а также использованием специальных режимов работы фотокамеры. Так, например, при высокой яркости сцены заполняющая вспышка может использоваться для подсветки теней, снижая контраст изображения, а съёмка со вспышкой при большой экспозиции позволяет выровнять контраст некоторых сцен, снимаемых в темноте. Однако не все эти методы всегда удобны и применимы, их правильное использование требует более высокой квалификации фотографа.
  
  Решение проблемы недостаточного динамического диапазона без изменения сцены, освещённости и ракурса достигается двумя путями:
  - Увеличение динамического диапазона сенсоров камер. Так, например, видеокамеры для систем наблюдения имеют заметно больший динамический диапазон, чем фотокамеры, однако это достигается путём 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 являются Radiance HDR, OpenEXR, а также Microsoft HD Photo, Photoshop Document, 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 различных методов:
    - тональная компрессия, при которой большой диапазон яркостей уменьшается в небольшой диапазон бумаги, монитора или 8-битного sRGB-файла путём уменьшения контраста всего изображения, единым образом для всех пикселей изображения
    - тональное отображение (англ. tone mapping ), при котором закон преобразования яркости пикселей может быть разным для различных частей изображения (имитация градиентного фильтра). Существуют разные алгоритмы с разными дополнительными эффектами и возможностями по управлению пользователем этим процессом. В результате применения алгоритмов могут образовываться ореолы в районе границ между светлыми и тёмными областями, тёмные по природе объекты могут стать неестественно светлыми.
  Пример изображения, созданного по технологии HDR из четырёх исходников, и исходных фотографий к нему приведён ниже.
  
  Тональное отображение также может использоваться и для обработки изображений с небольшим диапазоном яркостей для повышения локального контраста.
  
  Приведённый пример показывает использование методов HDR для получения изображения, воспринимаемое зрителем как реалистичное.
  
  Динамический диапазон в кино и видео
  
  Правильно передать динамический диапазон яркостей при киновидеосъёмке гораздо труднее, чем в фото. Поэтому на практике часто прибегают к сужению динамического диапазона посредством подсветки теней.
  
  Что такое динамический диапазон в фотографии
  
  Многим фотографам знакома неприятная ситуация, которая обычно возникает при съемке человека на фоне заката. В зависимости от замера экспозиции получается темным либо человек, а небо на его фоне – хорошо проработанным, либо небо теряет почти все детали, а человек хорошо виден. На воспроизведение такой контрастной сцены напрямую влияет динамический диапазон камеры.
  
  Прежде чем обозначить основные ошибки, которые совершают начинающие фотографы, не принимая во внимание эту особенность, мы разберемся в значении самого термина. Динамический диапазон камеры – это ее способность к передаче самых светлых и самых темных тонов в одной контрастной сцене. Поскольку система фотокамеры не настолько совершенна, как человеческий глаз, она способна воспроизвести в хороших деталях только светлые или только темные области контрастного изображения.
  
  Продемонстрировать это несовершенство можно на примере фотографии, снятой на закате. Такой увидела ее камера: в погоне за охватом и светов, и теней, она не только сильно затемнила нижнюю часть фотографии, но и недостаточно проработала закатное небо. При этом проблему не удалось бы решить за счет замера экспозиции по теням – детали неба пропали бы вовсе.
  
  Чтобы примерно повторить закатную сцену, динамический диапазон можно расширить при обработке:
  
  Таким образом, чтобы компенсировать недостатки камеры мы либо пользуемся графическими редакторами, как Adobe Photoshop, либо используем дополнительное освещение, чтобы «подсветить» тени и уместить слишком контрастную сцену в узкий динамический диапазон камеры.
  
  С этой точки зрения наиболее качественное изображение можно получить при помощи зеркальной фотокамеры: на динамический диапазон напрямую влияет размер матрицы, поэтому цифровые мыльницы, которые характеризуются очень маленькой матрицей, малопригодны для съемки контрастных сюжетов – например, при ярком солнце.
  
  Несколько общих советов, учитывающих узкий динамический диапазон камеры при съемке:
  - Если яркость сцены очень велика, темную часть сюжета подсвечивают вспышкой или другим источником света (например, при съемке на фоне заката нужно обязательно подсветить вспышкой человека). Если нет возможности подсветить тени значимого объекта, нужно выставлять экспозицию по теням, чтобы не потерять детали. И наоборот, если важна светлая часть изображения – нужно выставлять экспозицию по светам.
  - Утром и вечером солнечный свет гораздо «мягче», чем ярким днем, поэтому это оптимальное время для съемки – оно максимально подходит динамическому диапазону камеры.
  - Для портретов, снятых на ярком солнце, нужно применять дополнительные источники света, либо фотографировать в тени.
  - Чтобы избежать шумов в тенях, рекомендуется фотографировать при самом низком значении светочувствительности (ISO).