Существуют ситуации, в которых камера не способна одновременно запечатлеть и глубокие тени и яркие света, например, в яркий солнечный день. То есть высоккоонтрастные сцены полностью "уместить" в RAW-файле как минимум трудно, а иногда просто невозможно. В результате даже снимая в RAW на снимке образуются области, детали которых просто потеряны и никакими средствами их вытащить уже нельзя. Разберемся с причинами этого и как с этим бороться?

Вспомните, когда мы выходим из помещения на улицу с ярким солнцем, наше зрение какое-то время не может воспринимать яркие светлые предметы и особенно на небо глядеть. После того как глаз адаптируется, мы начинаем видеть хорошо. А если затем зайти снова в темное помещение, мы снова ничего не видим и находимся как будто в полной темноте. Но стоит нашим глазам привыкнуть, и мы снова начинаем распознавать предметы вокруг себя. Все дело в динамическом диапазоне и механизме адаптации зрительных органов человека. Человеческий глаз без адаптации может воспринимать информацию в диапазоне до 14 ступеней, а с адаптацией до 24 ступеней. А вот матрицы фотоаппаратов пока еще ограничены в этом вопросе. Приведу несколько примеров:

Nikon D700 - 12,2 EV
Sony Alpha 900 - 12,3 EV
Canon 5D Mark II - 11,9 EV
Canon 60D - 11,5 EV

Значения для компакт камер еще ниже. Значения для некоторых камер можно найти на сайте dxomark.com.

Давайте глянем на некоторые типичные значения экспозиции для ISO100 в стопах:

Искрящийся снег на ярком солнце - 21 EV
Солнечные блики на блестящих металлических предметах - 19 EV
Освещённые песок или снег при ярком солнце или лёгкой дымке (резкие тени) - 16 EV
Освещённая ярким солнцем стандартная серая карта, полная Луна, радуга на фоне чистого неба - 15 EV
Сюжет в глубокой тени при ярком солнце - 12 EV
Яркие ночные сцены - 8 EV
Домашние интерьеры - 5-7 EV
Ландшафт, освещённый лунным светом в полнолуние - -2 EV
Ландшафт, освещённый светом звёздного неба - -15 EV

Динамический диапазон - это характеристика светочувствительного материала, определяющая способность его правильно передавать яркости снимаемой сцены. В пленочные времена использовался термин фотографическая широта, которая определялась как диапазон яркостей сцены, который может запечатлеть светочувствительный материал. График, описывающий зависимость выходного сигнала (оптическая плотность для фотопленки или яркость для цифровых камер) от экспозиции, называют характеристической кривой. Рассмотрим характеристическую кривую фотопленки.

По горизонтали откладываются значения экспозиции сцены E, по вертикали значения плотности пленки D. Участок неэкспонированной пленки называют вуалью (fog). Далее следует стопа или зона недодержек (toe). Прямолинейный участок пленки от точки 1 до точки 2 называют рабочим участком (straight). Отношение эскпозиции в точке 2 к точке 1 и определяет фотографическую широту пленки L. То есть, фотографическая широта - это отношение величин максимальной и минимальной экспозиции линейного участка характеристической кривой. Lmax, включающую, помимо рабочего участка, стопу и плечо, называют полезной фотографической широтой.

Чем более крутой рабочий участок, т.е. чем больше угол, тем контрастнее пленка. Далее идет участок зоны передержек (shoulder). Затем идет вылет светов (highlight) и соляризация.

А вот динамический диапазон пленки - это динамический диапазон плотностей пленки, то есть степени почернения пленки в зависимости от экспозиции. На графике соответственно это диапазон от плотности вуали до вылета светов. Таким образом, говоря о пленке, динамический диапазон и фотографическая широта - это разные понятия

Давайте рассмотрим характеристическую кривую цифрового сенсора.

Сенсор имеет участок шумов (noise), а далее идет прямолинейный участок, который нуждается в гамма-коррекции (на самом деле переход от шумов к прямолинейному участку не такой резкий как на графике, а постепенный). Сверху кривая ограничена уровнем насыщения (saturation). Таким образом фотографическая широта сенсора ограничена уровнем насыщения сенселей и уровнем шума. Поскольку плотности D в сенсорах выражены через сигнал, уровень которого строго пропорционален входному, фотографическая широта и динамический диапазон одинаковы, но не одно и то же. Впрочем, современные реалии таковы, что, когда говорят о динамическом диапазоне цифровых камер, подразумевают диапазон яркостей сцены, который можно запечатлеть в кадре.

Некоторые производители цифровых сенсоров используют следующее определение динамического диапазона: отношение максимального сигнала, получаемого с сенсора при ярком освещении, к минимальному сигналу, получаемому при отсутствии света. При этом за минимальный сигнал принимается шум чтения светочувствительной матрицы.

Представим один пиксель на матрице в виде колодца. Колодец может быть наполнен фотонами до самого верха, а может быть пустым. Как кодируется сигнал в RAW? Если весь колодец наполнен, все 14 бит (для 12-битных RAW, соответственно 12 бит) будут заполнены единичками. Если проэкспонировали сенсор на одну ступень меньше, колодец заполняется ровно наполовину, т.е. 13 бит будут заполнены. Если получили на два стопа меньше - 12 бит будут заполнены. Отсюда можно сделать важный вывод: с уменьшением величины экспозиции на 1 стоп, количество данных о градации яркостей падает в два раза. То есть недодержав снимок на одну ступень, а затем откорректировав кадр в конвертере, получаем увеличение уровня шумов в два раза и падение детализации и глубины цвета во столько же.

Теоретически 14 битный RAW может содержать диапазон в 14 стопов. Но как мы уже видели выше, на практике это совсем не так. Диапазон в тенях ограничен шумом матрицы, т.е. уровень при котором полезный сигнал превышает шум. Может быть вы удивитесь, но даже с закрытой крышкой сделав снимок можно обнаружить в RAW-файле некоторую информацию - это темновой шум. В светах же диапазон ограничен емкостью фотодиода. Представьте, что колодец полностью будет наполнен водой, т.е. состояние фотодиода достигнет уровня насыщения, после которого сигнал будет представлен абсолютно белым. Состояние насыщения нужно избегать на снимках, по возможности, поскольку при этом происходит так называемый клиппинг, когда совершенно нет никакой возможности вытянуть какую-либо информацию. Кроме того, определенные погрешности вносит АЦП, уменьшая ДД. Можно встретить мнение, что ДД определяется разрядностью АЦП. ДД определяется возможностями сенселя. 14-битный АЦП не означает, что на выходе получится 14 стоповый динамический диапазон.

При повышении чувствительности ISO, происходит усиление сигнала, чтобы воспроизвести яркости сцены. При этом важно понимать, что чем выше ISO, то есть больше коэффициент усиления, тем меньше динамический диапазон. То есть исходный диапазон сигналов домножается на некоторый коэффициент и в результате получается некоторое изображение, соответствующее реальной сцене. Другими словами, повышение ISO ведет не только к повышению шума, но и к уменьшению динамического диапазона, снижению глубины цвета и градаций серого.

Различные производители пытаются разрабатывать матрицы с более широким динамическим диапазоном, но пока большого распространения они не получили. Определенных успехов в этом добилась компания Fuji.

Что же делать, когда динамического диапазона не хватает, то есть, например, когда есть в кадре и провалы и засветы одновременно. Первым делом нужно настройками добиться максимального динамического диапазона. В первую очередь снизив чувствительность ISO до 100-200 единиц, если это возможно. То есть необходимо создать условия, при которых порог шумов будет минимальным. Далее, исходя из того, что света для зрителя более важны, нежели глубокие тени, нужно сдвинуть экспозицию таким образом, чтобы пересветов либо не было вообще, либо в пересветы попадали только яркие источники света или блики. То есть придется жертвовать тенями ради сохранения деталей в светах.

Существуют техники, позволяющие воспроизвести максимум деталей в сложных условиях освещения: ETTR (съемка без пересветов), HDR (съемка с автобрекетингом и объединение нескольких кадров в один) и DualISO (съемка одного кадра с двойным ISO).

Также при съемке ландшафтов фотографы прибегают к использованию градиентных фильтров, которые позволяют затенить половину кадра, то есть можно затенить небо. Данный способ не является универсальным. Также используют поляризационные фильтры, которые придают эффект солнцезащитных очков, однако при этом падает сила света (на один-два стопа), но в солнечную погоду это, по большому счету, не актуально.

Помимо ограничения в матрицах камер, ограничения в динамическом диапазоне имеют также ЖК-экраны самих камер, мониторы, на которых просматривается изображение, а также бумага, на которой печатается изображение и оборудование, на котором печатается изображение. То есть при наличии вроде бы сбалансированного по диапазону изображения можно получить отпечаток на бумаге совсем другого качества. В этих условиях остается только экспериментировать и искать компромиссы.

Также следует помнить, что сохранение в формат JPEG из исходного RAW формата камеры приводит к сжатию с потерями динамического диапазона до 9 EV (хотя максимально возможное значение 11,7 EV для JPEG). При этом происходит тональная компрессия, при которой большой диапазон яркостей уменьшается в небольшой диапазон 8-битного sRGB-файла путем уменьшения контраста всего изображения, единым образом для всех пикселей изображения.

Дополнительные материалы

Википедия - Фотографическая широта

Динамический диапазон в цифровой фотографии

Динамический диапазон

Домашнее задание

В яркий солнечный день потренируйтесь, делая снимки, стараясь избегать пересветов, включая в кадр яркие, но значимые объекты. На ярких объектах должны читаться детали.

 

 

 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить