Gościnny post autorstwa Dave'a Ware'a z Whalebone Photography.
Ta uwaga ma na celu szybką dyskusję na temat High Dynamic Range i możliwych przyszłych ulepszeń w celu jego ulepszenia.
Co to jest High Dynamic Range?
High Dynamic Range to efekt cyfrowego przetwarzania stosowany w fotografii w celu łączenia wielu obrazów o różnej ekspozycji w celu uzyskania spójnie naświetlonego obrazu w całym kadrze. Zwiększa to luminancję (ilość światła) widoczną w obrazie.
Dlaczego jest to wymagane?
Ograniczenia aparatu w zakresie ilości kolorów i luminancji, które może rejestrować, zależą od możliwości czujnika i zakresu dynamiki elektroniki aparatu. Na przykład Canon EOS 40D wykorzystuje 14-bitowy przetwornik analogowo-cyfrowy, który digitalizuje sygnały analogowe odbierane z czujnika. 14 bitów cyfrowych pozwala na nagranie 16 384 różnych kolorów w aparacie.
Patrząc na histogram, oś pozioma to poziom luminancji obrazu. Oś pionowa przedstawia ilość obrazu, która zawiera dany poziom światła. Na przykład histogram z pojedynczą linią przy lewej krawędzi pokazuje, że obraz jest całkowicie czarny. Podobnie pojedyncza linia przy prawej krawędzi przedstawia obraz, który jest całkowicie biały. Ilość danych, które można skompresować w ramach histogramu, jest ograniczona zakresem dynamiki aparatu. Bardzo niski zakres dynamiki powoduje, że granice osi poziomej są blisko siebie. Wysoki zakres dynamiki powoduje, że osie te są daleko od siebie.
Tutaj ustawiono ekspozycję kamery dla balonów - wybrano to, ponieważ balony były przedmiotem zdjęcia, a drzewa w tym przypadku zostały użyte do „oprawienia” balonów. Histogram przedstawia skok po lewej stronie histogramu reprezentującego drzewa, a dane po prawej stronie przedstawiają balony i niebo. Gdyby fotograf chciał, aby zarówno balony, jak i drzewa były odsłonięte, wymagany byłby kompromis, aby balony były nieco prześwietlone, a drzewa tylko nieznacznie niedoświetlone.
Powyższe zdjęcie pokazuje tradycyjny kompromis - niebo straciło część swojego nasycenia kolorystycznego, ale drzewa zachowały część szczegółów. Zauważ również, że histogram pokazuje nieco węższy skok na prawej krawędzi (balony są teraz nieco prześwietlone), a lewa krawędź wskazuje, że jest więcej szczegółów (drzewa nie są już pełną sylwetką).
Aby temu zaradzić, fotograf może wykonać zdjęcie naświetlone jako tło, a następnie drugie zdjęcie naświetlone na pierwszy plan. Pomiędzy tymi dwoma ekspozycjami zwykle wykonywanych jest kilka innych zdjęć.
Podczas łączenia każdego obrazu powstaje przyjemny wizualnie obraz, a efekty mogą być dość dramatyczne. To podstawa cyfrowego HDR. Szybkie wyszukiwanie w Google dostarczy więcej przykładów.
Przyszłość HDR
Obecnie HDR jest techniką przetwarzania końcowego, ale wraz z postępem aparatów możliwe jest, że jest to obszar, który producenci mogą naprawdę ulepszyć.
Prawdopodobnie poprawi się zakres dynamiczny kamery. Wspomniany powyżej 14-bitowy przetwornik ADC umożliwia nagranie 16 386 kolorów. 24-bitowe przetworniki ADC są produkowane od wielu lat, co pozwoliło na nagranie łącznie prawie 17 milionów kolorów! Czujnik musiałby być zdolny do dopasowania tego zakresu dynamicznego, a wewnętrzny procesor aparatu musiałby być zdolny do przetwarzania danych. Ta możliwość istnieje już tak, jak jest to widoczne w komputerach domowych, które przez lata działały z 32-bitowym przetwarzaniem i obecnie obsługują 64-bitowe przetwarzanie. To, czy czujnik jest w stanie to zrobić, jest inną kwestią do dyskusji, a wymagane dodatkowe przetwarzanie zwiększyłoby ilość czasu na zapisanie danych na karcie pamięci. Może to ograniczyć liczbę klatek wykonywanych z pełną szybkością, zanim pamięć podręczna zostanie zapełniona, a aparat zapisuje obrazy na karcie pamięci. Być może te wady utrudniają rozwój zwiększonego zakresu dynamiki w aparacie, ponieważ w przypadku wielu zalet często jest to wada.
Inną techniką „in camera” może być użycie wielu czujników w aparacie. Jeżeli jeden czujnik i towarzysząca mu elektronika mogą mieć określony zakres dynamiki, wówczas można zastosować 2 czujniki w celu zwiększenia ogólnego zakresu dynamiki. Na przykład jeden czujnik może naświetlić światła i jeden czujnik może być użyty do naświetlenia cieni, tworząc w ten sposób wyższy zakres dynamiczny. Czujniki mogą być niewiarygodnie małe - wystarczy spojrzeć na rozmiar telefonów wyposażonych w wiele kamer megapikselowych, więc prawdopodobnie nie będzie problemu ze ściśnięciem 2 czujników (lub więcej!) W jednym aparacie. Jednak wraz ze zmniejszaniem się rozmiaru czujnika szum nagrywanego obrazu („ziarnistość” obrazu) staje się większy. Po raz kolejny jest to kompromis między wysokim zakresem dynamicznym, jakością obrazu i rozmiarem.
Inną metodą mogłoby być użycie alternatywnego algorytmu krzywej tonalnej, który jest obecnie powszechnie stosowany do obrazów w aparacie. Po zrobieniu zdjęcia sygnały z czujnika są zamieniane na bity cyfrowe i wysyłane do komputera aparatu. Aby nadać sens tym sygnałom, komputer przetwarza dane i przekształca je w coś znaczącego. To jest forma krzywej tonalnej. Zwykle odnosi się to do całego obrazu jako „średnia”. Nowoczesne techniki pozwalają jednak na zastosowanie indywidualnej krzywej tonalnej do każdego piksela w obrazie. Może to renderować obraz naświetlony w sposób podobny do tego widzianego przez ludzkie oko (tj. Z wyższym zakresem dynamicznym). To nieuchronnie wydłuży czas przetwarzania w aparacie, chociaż ponieważ obecna metoda obrazowania HDR polega na robieniu wielu zdjęć przy różnych ekspozycjach, dodatkowy czas przetwarzania dla jednego obrazu prawdopodobnie nadal jest ogromną oszczędnością czasu.
Ta nowa metoda krzywej tonalnej jest rozwijana przez firmy, a Samsung nabył niedawno licencję na korzystanie z tej technologii.
Być może inni producenci mają alternatywną metodę lub nie uważają, że wysoki zakres dynamiki ma duże znaczenie w ich aparatach lub po prostu czekają na swój czas. Ta technologia wciąż się rozwija i jest ekscytującą dziedziną technologii kamer, zwłaszcza że bitwa megapikselowa staje się starą wiadomością.
Techniki High Dynamic Range mogą być nadużywane, a obrazy łatwo mogą stać się nienaturalne. Powodem, dla którego są nienaturalne, jest to, że rozszerzają zasięg możliwy dla ludzkiego oka. Byłoby smutne, gdyby technologia usunęła autentyczność fotografii, która oddziela tę sztukę od malarstwa (gdzie zarówno kompozycja, jak i ekspozycja ograniczają się tylko do wyobraźni). Jeśli jednak technologia była w stanie odtworzyć obrazy widziane przez ludzkie oko, być może jest to akceptowalny technologiczny kamień milowy.
Zobacz więcej prac Dave'a w Whalebone Photography.