Искусственное увеличение динамического диапазона изображения.

Проработка теней

Сначала мы поработаем над тенями для коррекции экспозиции.

Шаг 1

Откройте в Photoshop цифровое фото, подлежащее редактированию. Рекомендуется использовать снимок с хорошей экспозицией. Любое сжатие изображений (например, JPEG сжатие) должно быть минимальным. Качество результата в значительной степени зависит от исходного изображения.

Шаг 2

Создайте новый корректирующий слой Levels (Уровни), выбрав его в меню Layer > New Adjustment Layer (Слои > Новый корректирующий слой). В диалоговом окне «Levels» отрегулируйте положение среднего ползунка на шкале входных значений таким образом, чтобы тени как следует проэкспонировались. Не волнуйтесь, если света будут выглядеть немного передержанными.

Шаг 3

Выберите слой-маску (layer mask) корректирующего слоя Levels (Уровни), щелкнув на нем в палитре слоев по миниатюре маски, вокруг которой в результате должна появиться белая рамка.

Шаг 4

Откройте инструмент Apply Image (Внешний канал) в меню Image (Изображение) и примените такие настройки:

• Layer (Слой): Background (Фон)
• Channel (Канал): RGB
• Invert (Инвертировать): Checked (Выбрано)
• Blending (Наложение): Multiply/Умножение или Normal/Обычные (оба режима делают одно и тоже)
• Opacity (Непрозрачность): 100%

Шаг 5

Миниатюра слой-маски должна сейчас выглядеть, как инвертированная монохромная версия изображения. Этот слой корректирует тени, поэтому мы переименуем его в «Shadows» (Тени).

Проработка светов

Теперь мы поправим света.

Шаг 6

Скопируйте текущий слой и назовите дубликат «Highlights». Мы поработаем над коррекцией экспонирования светов.

Шаг 7

Выберите слой-маску (layer mask) корректирующего слоя уровней «Highlights», затем конвертируйте ее, нажав Ctrl+I.

Шаг 8

Откройте диалоговое окно Levels (Уровни), дважды щелкнув по иконке корректирующего слоя уровней «Highlights», и найдите такое положение среднего ползунка на шкале входных значений, чтобы света хорошо проэкспонировались.

Восстановление контраста и насыщенности

В результате проделанных манипуляций, контраст и насыщенность снизились. Ниже показан нехитрый прием для восстановления исходного уровня контрастности и насыщенности.

Шаг 9

Сейчас на обработанной фотографии должно быть больше деталей, чем на исходном снимке, однако нетрудно заметить, что в результате коррекции контраст стал слабее, но это легко поправить. Просто создайте новый корректирующий слой Brightness/Contrast (Яркость/Контраст), выбрав его в меню Layer > New Adjustment Layer (Слои/Новый корректирующий слой), и увеличьте контраст. Не забудьте, что этот слой должен быть сверху в палитре слоев.

Шаг 10
Скопируйте (Ctrl+J) фоновый (background) слой и переместите его наверх в палитре слоев, затем замените текущий режим наложения на Saturation (Насыщенность) и отрегулируйте яркость этого слоя, выбрав подходящую непрозрачность.

Финальный результат

До и после
Сравните изображения до и после искусственного расширения динамического диапазона

Инструмент Shadows/Highlights (Тени/Света) против искусственного увеличения динамического диапазона

Что такое динамический диапазон камеры, и в чем может быть выгода для фотографа?

Динамический диапазон является одним из многих параметров, на которые обращают внимание все, кто покупает или обсуждает фотокамеру. В различных обзорах часто используется этот термин наряду с параметрами шума и разрешения матрицы. Что же обозначает этот термин?

Не должно быть секретом, что динамический диапазон фотоаппарата – это способность камеры к распознаванию и одновременной передаче светлых и темных деталей снимаемой сцены.

Если говорить более детально, то динамический диапазон камеры – это охват тех тонов, которые она может распознать между черным и белым. Чем больше динамический диапазон, тем больше этих тонов могут быть записаны и тем больше деталей может быть извлечено из темных и светлых участков снимаемой сцены.

Динамический диапазон обычно измеряется в значениях экспозиции, или стопах. Хотя вроде бы и очевидно, что важным является возможность захватить наибольшее, насколько это возможно, число тонов, для большинства фотографов приоритетной остается цель – попытаться создать приятный образ. А это как раз не означает, что необходимо, чтобы была видна каждая деталь изображения. Например, если темные и светлые детали изображения будут разбавлены серыми полутонами, а не черными или белыми, то вся картинка будет иметь очень низкую контрастность и выглядеть довольно скучно и нудно. Ключевыми являются границы динамического диапазона фотокамеры и понимание как можно использовать его для создания фотографий с хорошим уровнем контрастности и без т.н. провалов в светах и тенях.

Что видит камера?

Каждый пиксель в изображении представляет один фотодиод на сенсоре камеры. Фотодиоды собирают фотоны света и превращают их в электрический заряд, который затем преобразуется в цифровые данные. Чем больше фотонов, которые собираются, тем больше электрический сигнал и тем ярче будет в изображении пиксель. Если фотодиод не собирает никаких фотонов света, то никакой электрический сигнал не будет создан и пиксель будет черным.

Тем не менее, датчики бывают различных размеров и разрешений, а также при их производстве используются различные технологии, которые влияют на размер фотодиодов каждого датчика.

Если рассматривать фотодиоды как ячейки, то можно провести аналогию с наполнением. Пустой фотодиод будет воспроизводить черный пиксель, в то время как 50% от полного покажет серый цвет и заполненный на 100% будет белым.

Скажем, мобильные телефоны и компактные камеры имеют очень маленькие датчики изображения по сравнению с DSLR. Это означает, что они также имеют гораздо меньшие фотодиоды на датчике. Таким образом, даже при том, что и компактная камера, и DSLR может иметь датчик 16-миллионов пикселей, динамический диапазон будет отличаться.

Чем больше фотодиод, тем больше его способность хранить фотонов света по сравнению с меньшим размером фотодиода в меньшем датчике. Это означает, что чем больше физический размер, тем диод может лучше записывать данные в светлых и темных областях

Наиболее распространена аналогия, что каждый фотодиод похож на ведро, которое собирает свет. Представьте себе, что 16 миллионов ведер занимаются сбором света по сравнению с 16 млн. чашек. Ведра имеют больший объем, за счет которого способны собрать большее количество света. Чашки гораздо меньшей емкости, поэтому при наполнении могут передать фотодиоду гораздо меньший по мощности импульс, соответственно пиксель может воспроизводиться с гораздо меньшим количеством световых фотонов, чем получается от более крупных фотодиодов.

Что это означает на практике? Камеры с меньшими размерами датчиков, такие как в смартфонах или потребительские компакты, имеют меньший динамический диапазон, чем даже самый компактный фотоаппарат из системных камер или зеркалок, которые используют большие датчики. Тем не менее, важно помнить, что влияет на ваши изображения общий уровень контраста в сцене, которую вы фотографируете.

В сцене с очень низкой контрастностью разница в тональном диапазоне, захваченном камерой мобильного телефона и DSLR, может быть мала или вообще не различима. Датчики обеих камер способны захватывать полный диапазон тонов сцены, если свет выставлен правильно. Зато при съемке высококонтрастных сцен будет очевидным, что, чем больше динамический диапазон, тем большее количество полутонов он способен передать. И так как более крупные фотодиоды имеют лучшую способность при записи более широкого диапазона тонов, следовательно, и имеют больший динамический диапазон.

Давайте посмотрим разницу на примере. На фотографиях ниже можно наблюдать отличия в передаче полутонов камерами с разным динамическим диапазоном при одинаковых условиях высокой контрастности освещения.

Что такое разрядность изображения?

Разрядность тесно связана с динамическим диапазоном и диктует камере какое количество тонов может быть воспроизведено в изображении. Хотя цифровые снимки полноцветные по умолчанию, и они не могут быть сняты не цветными, датчик камеры на самом деле не записывает непосредственно цвет, он просто записывает цифровое значение для количества света. Например, 1-битное изображение содержит самую простую «инструкцию» для каждого пикселя, поэтому в данном случае есть только два возможных конечных результата: черный или белый пиксель.

-битное изображение состоит уже из четырех различных уровней (2×2). Если оба бита равны – это белый пиксель, если оба выключены, то это черный. Есть также возможность иметь два варианта, что на изображении будет соответственное отражение еще двух тонов. Двухбитное изображение дает черно-белый цвет плюс два оттенка серого.

Если изображение 4-битное, соответственно существует 16 возможных комбинаций в получении различных результатов (2x2x2x2).

Когда дело доходит до обсуждения цифровых изображений и датчиков, чаще всего можно услышать о 12, 14 и 16-битных датчиках, каждый из которых способен записывать 4096, 16384 и 65536 различных тонов соответственно. Чем больше битовая глубина, тем большее количество значений яркости или тона может быть записано с помощью датчика.

Но и тут кроется подвох. Не все камеры способны воспроизводить файлы с такой глубиной цвета, которую может позволить создать датчик. Например, на некоторых камерах Nikon исходные файлы могут быть как 12 бит, так и 14 бит. Дополнительные данные в 14-битных изображениях означают, что в файлах, как правило, больше деталей в светлых и темных областях. Так как размер файла больше, то и времени на обработку и сохранение тратится больше. Сохранение необработанных изображений 12-битных файлов происходит быстрее, но тональный диапазон изображения из-за этого сжимается. Это означает, что некоторые очень темные серые пиксели будут отображаться как черные, а некоторые светлые тона могут выглядеть как полноценный белый цвет.

Когда происходит съемка в формате JPEG, файлы сжимаются еще больше. Изображения JPEG являются 8-разрядными файлами, состоящими из 256 различных значений яркости, поэтому многие из мелких деталей, доступных для редактирования в исходных файлах, снятых в RAW-формате, полностью теряются в файле JPEG.

Таким образом, если у фотографа имеется возможность получить наиболее полную отдачу от всего возможного динамического диапазона фотокамеры, то лучше сохранять исходники в «сыром» виде – с максимально возможной битовой глубиной. Это означает, что снимки будут хранить наибольшее количество информации о светлых и темных областях, когда дело коснется редактирования.

Чем понимание динамического диапазона фотокамеры важно для фотографа? Исходя из имеющейся информации, можно сформулировать несколько прикладных правил, придерживаясь которых, повышается вероятность получения хороших и качественных изображений в трудных условиях для фотосъемки и избегать серьезных ошибок и недочетов.

• Лучше снимок сделать более светлым, чем перетемнить его. Детали в светах «вытягиваются» проще, потому что они не такие шумные, как детали в тени. Безусловно, что правило действует при условиях более-менее правильно выставленной экспозиции.
• При замере экспозиции по темным областям лучше жертвовать детализацией в тенях, более тщательно проработав света.
• При большой разнице в яркости отдельных участках снимаемой композиции экспозицию следует замерять по темной части. При этом желательно выравнивать по возможности общую яркость поверхности изображения.
• Оптимальное время для съемки считается утреннее или вечернее, когда свет распределяется равномерней, чем в полдень.
• Портретная съемка пройдет лучше и легче, если использовать дополнительное освещение с помощью выносных вспышек для фотокамеры (например, купить современные накамерные вспышки http://photogora.ru/cameraflash/incameraflash ).
• При прочих равных следует пользоваться наименьшим из возможных значением ISO.

Видеоканал Фотогора

Вы можете оставить свой комментарий к данной статье

Просто о фото

Динамический HDR

Динамический диапазон (ДД) — это диапазон, в котором мы ещё можем распознавать (видеть) объекты.

Вы спросите, а что есть такое, где мы НЕ ВИДИМ? Да, конечно, это даже больше, чем мы можем себе представить. Когда мы выходим из тёмной комнаты на свет, то ничего не видим, не можем распознать эти объекты, для нас всё белым-бело. Глаз должен привыкнуть, потом мы начинаем различать те самые объекты. А так же, со света входим в тёмную комнату и ничего не видим, пока глаза не привыкнут. Это и есть тот самый динамический диапазон, за пределы которого НЕ ВЫЙТИ.

Стопом в фото называют увеличение количества света в ДВА раза. То есть, когда становится светлее в эти два раза. Так вот, динамический диапазон человека равен 14-ти стопам. Для простоты покажем сколько таких стопов в солненый день на улице. Их 20.

полный ДД ‘EV’ (стопы)

Стопы обозначаются ‘EV’. То есть, в самых светлых местах на улице в солнечный день +10(EV), а в тени -10(EV), всего 20(EV). Именно поэтому нам надо привыкать, а вернее нашим глазам, когда мы заходим со света в тёмное помещение, и наоборт. Почему? Потому что наш механизм зрения не охватывает такой большой перепад освещения. Ниже показан динамический диапазон (ДД) восприятия глаз человека, он равен 14 стопам или 14(EV).

ДД человека 14(EV)

Почему же природа так сделала с человеком? Очень просто, чтобы мы не подглядывали с улицы в окна без штор, всё-равно там ничего не увидим из-за узости нашего динамического диапазона. Шутка, конечно, а если серъёзно, потому что в обычной жизни 14EV(стопов) динамического диапазона хватает. Например, в пасмурный день в природе будет всего 6 стопов, которые мы спокойно увидим, и различим все предметы.

Ниже показан солнечный день и показано наше восприятие в разных условиях, видно, что находясь в тёмном помещении, мы не сможем видеть того, что ярко освещено светом, оно будет нами восприниматься как одно белое. А так же находясь на свету, мы не сможем различить того, что в тени, оно будет нами восприниматься как одно чёрное.

участки ДД, которые Человек НЕ видит

Хорошо видны два участка, в тени 3 стопа, которые мы не видим, для нас всё в этом месте смотрится, как чёрное, и второй участок в свете, так же 3 стопа, там нам всё кажется белым. Но стоит нам выйти на свет и подождать, то наши глаза привыкают и мы уже ВСЁ видим в светах, однако, в тенях уже не видим 6 стопов, и наоборот, стоит нам зайти в тёмную комнату, как мы со временем там начинаем видеть всё, а вот в светах уже не видим 6 стопов. Это и есть Динамический диапазон (ДД) нашего зрения и равен он 14-ти стопам 14(EV).

-7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 7

У фотоаппарата мыльницы Динамический диапазон равен всего 4-6 стопов. Теперь становится понятно почему такие некачественные снимки получаются на таких аппаратах. Они могут нормально фотографировать лишь в условиях очень небольшого перепада освещённости. Зеркалки в этом отношении так же не ушли далеко. У них Динамический диапазон равен 6-8 стопов. Посмотрим как это выглядит в условиях очень яркого солнечного дня.

участки ДД, которые фотоаппарат НЕ видит

Вы видите какой небольшой диапазон сможет запечатлеть наша фотокамера, но основная часть уйдёт в тёмное и светлое, и там ничего не будет разобрать. Итак, всего 8 стопов 8(EV). Это вообще смерть. Такой динамический диапазон (ДД) имеют большинство фотоаппаратов.

Снимать ТОЛЬКО в RAW формате.

Что это даёт в RAW? RAW файлы можно вытягивать как в светах, так и в тенях в пост обработке на компьютере, с каждой стороны примерно по 1-2(EV). В итоге, после обработки на компьютере, JPEG будет получаться 9-12(EV), что очень не плохо. Если же Вы будете делать снимки на Среднеформатные фотоаппараты, то будете сразу получать 12 стопов динамический диапазон, но мы тут говорим об обычных RAW, снятых на обычные зеркалки.

И тут произодитель пошёл дальше, стали делать аппараты, в которых можно расширять Динамический диапазон, и назвали это дело HDR. Это дало то, что теперь техника снимает ТРИ JPEG ФАЙЛА, но автоматически один снимок делает темнее на 3 стопа (-3EV), один нормальный (0EV), и третий на три стопа делает светлее (+3EV). А затем объединяет их в один файл. Что получается? Мы имеем 3+6+3 = 12 стопов в итоге, то есть, на простом недорогом аппарате мы можем сфотографировать снимок 12(EV), как-будто мы сделали снимок на дорогущем Среднеформатном фотоаппарате.

Понятно, что это подойдёт только для статичных сцен, для движущихся мы будем иметь тот диапазон, что может выдать матрица вашего фотоаппарата. Ниже показаны три снимка, а потом их объединение в один.

На выходе получим ТРИ суммированных снимка, сведённых в один JPEG, тем самым расширим динамический диапазон (HDR) до 12 стопов.

А затем фотоаппарат выдаст JPEG уже с 6 стопами, но в которые он уже впихнёт те 12 стопов.

Как же так получилось 12 стопов впихнуть в шесть? Очень просто, всё тёмное, что выходило за диапазон -3(EV), стало светлее, а всё светлое, что выходило за диапазон +3(EV), темнее.

Как видим, технология HDR позволяет выводить JPEG снимок с динамическим диапазоном 12(EV) (это ли не фантастика), и то, что ранее никак фотоаппарат не мог запечатлеть, теперь может.

Некоторые камеры умеют выводить в HDR не только JPEG, но и RAW файлы, в итоге ещё 3-4 стопа можно потом добавить в окончательно обработанный файл.

Однако, как видим, всё-равно остаются участки, которые не охватывает HDR, тут уже потребуется ручной Брекетинг, то есть не три, а пять, семь снимков с разными (EV), потом сведённые вместе, для получения полного Динамического диапазона.

Таким образом, полученный, самый обычный JPEG из шести стопов, но собранный вручную на компьютере из семи фотографий с разными (EV), будет охватывать в данном случае 20(EV), то есть динамический диапазон даже выше, чем у человеческого зрения.

Мастеринг в обратную сторону: можно ли увеличить динамический диапазон сжатых записей?

Люди, увлеченные домашним звуком, демонстрируют интересный парадокс. Они готовы перелопатить комнату прослушивания, соорудить колонки с экзотическими излучателями, но смущенно отступают перед музыкальной консервой, будто волк перед красным флажком. А собственно, почему нельзя за флажок заступить, а из консервы попытаться приготовить что-то более съедобное?

Периодически на форуме возникают жалобные вопросы: «Посоветуйте хорошо записанные альбомы». Оно и понятно. Специальные аудиофильские издания хоть и порадуют слух первую минуту, но до конца их никто не слушает, уж больно уныл репертуар. Что же касается всей остальной фонотеки, то проблема, кажется, очевидна. Можно экономить, а можно не экономить и вбухать прорву денег в компоненты. Все равно мало кому нравится слушать свою любимую музыку на высокой громкости и возможности усилителя здесь ни при чем.

Сегодня даже в Hi-Res альбомах срезаны пики фонограммы и громкость загнана в клиппинг. Считается, что большинство слушает музыку на всяком барахле, а потому надо «поддать газку», сделать своего рода тонкомпенсацию.

Разумеется, делается это не специально, чтобы расстроить аудиофилов. О них вообще мало кто вспоминает. Вот разве что догадались сбагривать им мастер-файлы, с которых копируется основной тираж — компакт-диски, MP3 и прочее. Разумеется, мастер уже давно сплющен компрессором, никто сознательно не будет готовить специальные версии для HD Tracks. Разве что выполняется определенная процедура для винилового носителя, который по этой причине и звучит более гуманно. А для цифрового пути все заканчивается одинаково — большим толстым компрессором.

Итак, в настоящее время все 100% издаваемых фонограмм, за вычетом классической музыки, подвергаются компрессии при мастеринге. Кто-то выполняет эту процедуру более-менее умело, а кто-то совсем по-дурацки. В результате мы имеем пилигримов на форумах с линейкой плагина DR за пазухой, мучительные сравнения изданий, бегство в винил, где тоже нужно майнить первопресссы.

Самые отмороженные при виде всех этих безобразий превратились буквально в аудиосатанистов. Без шуток, они читают звукорежиссерское святое писание задом наперед! Современные программы редактирования звука имеют кое-какой инструмент восстановления звуковой волны, подвергшейся клиппингу.

Изначально этот функционал предназначался для студий. При микшировании бывают ситуации, когда клиппинг попал на запись, а переделать сессию по ряду причин уже невозможно, и здесь приходит на помощь арсенал аудиоредактора — деклиппер, декомпрессор и т.п.

И вот уже к подобному софту все смелее тянут ручки обычные слушатели, у которых идет кровь из ушей после очередной новинки. Кто-то предпочитает iZotope, кто-то Adobe Audition, кто-то операции разделяет между несколькими программами. Смысл восстановления прежней динамики заключается в программном исправлении клиппированных пиков сигнала, которые, упираясь в 0 дБ, напоминают шестеренку.

Да, о 100%-м возрождении исходника речи не идет, поскольку имеют место процессы интерполяции по довольно умозрительным алгоритмам. Но все-таки некоторые результаты обработки мне показались интересными и достойными изучения.

Например, альбом Ланы Дель Рей «Lust For Life», стабильно погано матерящейся, тьфу, мастерящейся! В оригинале песни «When the World Was at War We Kept Dancing» было вот так.

А после череды деклипперов и декомпрессоров стало вот так. Коэффициент DR изменился с 5 на 9. Скачать и послушать образец до и после обработки можно здесь.

Не могу сказать, что метод универсальный и годится для всех угробленных альбомов, но в данном случае я предпочел сохранить в коллекции именно этот вариант, обработанный активистом рутрекера, взамен официального издания в 24 бит.

Даже если искусственное вытягивание пиков из звукового фарша не вернет истинную динамику музыкального исполнения, ваш ЦАП все равно скажет спасибо. Ему ведь так тяжело было работать без ошибок на предельных уровнях, где велика вероятность возникновения так называемых межсемпловых пиков (ISP). А теперь до 0 дБ будут допрыгивать лишь редкие сполохи сигнала. Кроме того, притихшая фонограмма при сжатии во FLAC или другой lossless-кодек теперь будет меньше по размеру. Больше «воздуха» в сигнале экономит пространство хард-драйва.

Попробуйте оживить свои самые ненавистные альбомы, убитые на «войне громкости». Для запаса динамики сначала нужно понизить уровень трека на -6 дБ, а затем запустить деклиппер. Те, кто не верит компьютерам, могут просто воткнуть между CD-плеером и усилителем студийный экспандер. Данное устройство по сути занимается тем же самым — как может восстанавливает и вытягивает пики сжатого по динамике аудиосигнала. Стоят подобные устройства из 80-90-х не сказать чтобы очень дорого, и в качестве эксперимента попробовать их будет весьма интересно.

Контроллер динамического диапазона DBX 3BX обрабатывает сигнал раздельно в трех полосах — НЧ, СЧ и ВЧ

Когда-то эквалайзеры были само собой разумеющимся компонентом аудиосистемы, и никто их не боялся. Сегодня не требуется выравнивать завал высоких частот магнитной ленты, но с безобразной динамикой надо что-то решать, братцы.