Для того, чтобы понимать, что происходит в процессе конвертации RAW-файлов важно знать, как устроен сенсор цифровой камеры. А устроен он довольно хитроумно. Сенсор содержит огромное количество фотодиодов, расположенных в виде матрицы N-строк на M-столбцов. Фотодиод этот принято называть сенселем или пикселем. Каждый пиксель в процессе экспонирования сенсора может накопить определенное количество фотонов и в виде электрического сигнала сообщить об этом электронике камеры. Замечу, что пиксель способен сообщить только яркостную характеристику экспонирования. Пиксель не различает цвет. Он способен определить только яркость. Откуда же получается цвет? Чтобы определить цвет в 1976 году сотрудником компании Kodak - Брайсом Байером был предложен способ, согласно которому матрица покрывается специальной матрицей светофильтров и каждый фотодиод накапливает свет определенного цвета: либо зеленого (50%), либо синего (25%), либо красного (25%). Большее количество зеленого обусловлено тем, что человек лучше всего воспринимает именно зеленый. Взгляните на картинку.

Отмечу, что размер пикселя варьируется на разных сенсорах. В Canon EOS 5D Mark III пиксель равен 6 мкм, а в Nikon D7200 4 мкм. Вроде бы чем меньше пиксель, тем лучше детализация, с одной стороны. Но с другой стороны, для такого размера пикселя объектив сможет разрешить картинку на диафрагмах 1-8, а на диафрагмах 11 и меньше возникнет дифракционный предел и картинка уже не будет такой резкой. Кроме того, чем меньше пиксель, тем больше вероятность появления шума. Об этом мы еще поговорим в статье, посвященной шумоподавлению. Именно поэтому профессионалы стремятся покупать полнокадровые камеры, где размер пикселя позволяет уменьшить шум и собрать "больше" информации о цвете.

Помимо фильтра Байера некоторые производители используют другие технологические решения, например, фильтр X-Trans компании Fuji, который позволяет избавиться от муара, присущий фильтрам Байера. К слову, практически на всех сенсорах с Байеровским фильтром есть оптический низкочастотный фильтр, который фактически размывает картинку устраняя муар, точнее уменьшая его видимость. Также выпускаются сенсоры Foveon, используемые в камерах фирмы Sigma.

Далее, после получения данных с сенсора камера сохраняет данные в файл, либо в формате RAW, либо JPEG, либо и то и другое сразу (и можно без хлеба (С) Винни Пух). Рассмотрим этот процесс подробней. У меня имеется вот такая фотография двух легофотографов (я сделал сразу два файла, и RAW, и JPEG). Это JPEG.

Теперь возьмем легендарную программу для конвертации RAW - dcraw, и с помощью неё будет получать JPEG. Для начала просто извлечем превью-картинку из RAW, любезно приготовленную камерным конвертером.

dcraw -e RAWfilename

Эти картинки абсолютно идентичны, поэтому делаем вывод, что отдельно сохранять JPEG смысла нет, полученный JPEG всегда можно извлечь из RAW. Именно эту картинку показывает камера при просмотре на LCD-экране, а не RAW изображение.

Формат RAW файла от Canon не афишируется, нельзя найти его официальное описание. Тем не менее методом реверс-инжиниринга было определено, что это в сущности TIFF-файл со своей структурой. В RAW файле содержится заголовок, описывающий содержание, где и что расположено, имеется полноразмерная превью-картинка в формате JPEG, exif-данные и непосредственно данные с матрицы, сохраненные в виде монохромного 14-битного изображения в формате lossless JPEG (сжатие без потерь). Многие не понимают, почему размер CR2 файла каждый раз разный, а не одинаковый. Это происходит благодаря сжатию JPEG. То есть одни изображения жмутся хорошо, другие не очень. Вот и вся разница.

Ух ты! Наверное, кто-нибудь сейчас воскликнет. Да, RAW-данные это JPEG, но lossless, да еще и 14-битный. Итак, извлечем необработанное изображение в RAW.

dcraw -o 1 -d -D -g 1 1 -W -T RAWfilename

Я картинку осветлил на две ступени, чтобы можно было рассмотреть детали, на самом деле изображение совсем темное. Обратите внимание на черную рамку слева и сверху. Это рамка необходима для вычитания черного и еще ряда операций, о которых мы говорить не будем (из уважения к интеллектуальной собственности Canon).

Сразу возникает вопрос, а почему картинка не зеркальная? И ведь, действительно, изображение же зеркально переворачивается благодаря оптике фотоаппарата! Эту работу за нас делает процессор при сохранении RAW-данных. Зачем нагружать конвертер этой работой?

Чтобы получить RAW-изображение без черной рамки, выполняем

dcraw -o 1 -d -E -g 1 1 -W -T RAWfilename

Далее конвертер удаляет (маскирует) горячие и мертвые пиксели, вычитает уровень черного. Для получения такой монохромной картинки используем команду

dcraw -o 1 -d -g 1 1 -W -T RAWfilename

Здесь я уже ничего не осветлял. Теперь картинку можно интерполировать и посмотреть, как она выглядит до применения баланса белого и гамма-кривой.

dcraw -o 1 -w -g 1 1 -W -T RAWfilename

Процедура интерполяции (дебайеризации еще иногда говорят) заключается в получении значений RGB для пикселя, используя рядом расположенные пиксели. Отмечу, что алгоритмов интерполяции существует более десятка и производители стараются использовать в камерах самый быстрый, а не самый качественный алгоритм. Поэтому, конвертация из RAW-файла на компьютере даст заметно лучший результат. Впрочем, это вопрос дискуссионный и если заняться сравниванием результатов различных алгоритмов можно прийти к выводу, что алгоритмы стоит подбирать к соответствующим по содержанию изображениям. То есть одни алгоритмы работают лучше всех для одних структур на картинке, другие для других.

Теперь применим гамма-коррекцию. Эта операция проводится до интерполяции. На предыдущем варианте конвертации эту процедуру не проводили для наглядности.

dcraw -o 1 -w -g 2.4 12.92 -W -T RAWfilename

Применим баланс белого (определенный камерой) и автоматическое осветление.

dcraw -o 1 -w -g 2.4 12.92 -T RAWfilename

dcraw генерирует чуть более темную картинку, чем камера и это говорит о том, что имеется некий уровень, на который необходимо осветлить картинку. Производители идут на такой шаг для того, чтобы снизить вероятность получения пересветов фотолюбителями.

Чтобы получить эту картинку, конвертер, как правило, применяет профиль камеры и после этого конвертирует изображение в конечное цветовое пространство (sRGB, Adobe RGB).

Помимо этого, камера применяет различные улучшайзера, например, шумоподавление или Picture Style, задающий насыщенность, контраст и резкость. Надо понимать, что это применяется только к JPEG данным, а не к RAW. Используя Lightroom, ACR в Photoshop или Capture One, эти красивости будут проигнорированы. Поэтому все это нужно выключать в настройках камеры и не использовать, поскольку все эти операции впустую занимают цифровой процессор камеры и тратят заряд аккумулятора.

Помня о возможности поменять баланс белого в конвертере (и в камерном в т.ч.), применим автоматический баланс белого к нашей картинке.

dcraw -o 1 -a -g 2.4 12.92 -T RAWfilename

Изображение стало ближе к реальному положению дел, но все равно далеко от идеала.

Я взял область в районе глаза ближайшей к камере фигурке и увеличил в 4 раза. Ниже последовательно расположены четыре изображения: исходное, после вычитания уровня черного, после интерполяции с камерным балансом белого и после автоматического баланса белого.

Осталось сохранить информацию в JPEG. Файлы JPG используют 8-битное хранение, к тому же еще и со сжатием.

Современные RAW-файлы имеют 14-битный формат и в отличии от 8-битного JPEGа содержат больше информации, т.е. градации от черного к белому в каждом пикселе существенно больше. А сейчас постарайтесь понять и запомнить очень важный момент. Информация о яркостях в RAW распределяется нелинейно!

Каждый бит содержит информацию об одном стопе, соответственно 14-битный RAW может содержать диапазон не более 14 стопов. Но младшие два бита фактически содержат шум, а старший бит обычно имеет уровень отсечки, когда ячейка сенсора достигает своего насыщения и уже не может вмещать какую-либо информацию (см. красную область на крайней левой ячейке). Замечу, что уровень насыщения на открытых диафрагмах (2.8 и шире) имеет большее значение, чем на закрытых. График (внизу слева) показывает линейность между количеством поступившего света на сенсор и сигналом на выходе. Соответственно красная линия показывает уровень насыщения, а нижний порог - уровень шума. Диапазон между уровнем насыщения и уровнем шума должен вмещать динамический диапазон снимаемой сцены. Вообще, динамический диапазон - одна из важнейших характеристик сенсора. Его ограниченность следует учитывать при выборе параметров экспозиции. Но об этом мы поговорим в другой статье.

Следующий график показывает сколько информации вмещает каждый стоп экспозиции в RAW-файле. Каждый следующий стоп вмещает в два раза больше информации. Если взглянуть на правый график, то можно увидеть, как теряется информация при недоэкспонировании. Особенно впечатляющим выглядит график при недоэкспонировании на 3 ступени. Это наглядно показывает, что RAW не нужно использовать для того, чтобы игнорировать стандартную экспозицию и вытаскивать информацию на постобработке.

С другой стороны, существует спорный вопрос, что лучше, недоэкспонировать и затем вытащить тени в конвертере или поднять ISO. Так или иначе будут проблемы, ISO порождает шумы, а недоэкспонирование ведет к потере вариаций цвета, картинка становится беднее. Тут важно понимать, с какого ISO возникают заметные шумы. Если буквально не хватает 2 стопа, а шумы уже заметны, то лучше недоэкспонировать, чем поднимать ISO, в противном случае, лучше изменять чувствительность.

Из выше приведенной иллюстрации видно, что больше всего сохраняется информация в светах и хуже всего в тенях. Отсюда нужно сделать вывод: недоэкспонированные снимки в разы хуже, чем переэкспонированные при условии отсутствия пробоев в светах и тенях.

Существует техника съемки - ETTR, суть которой сводится к определению экспозиции ориентируясь по гистограмме, сдвигая её максимально в правое положение, но до появления пересветов. Таким образом достигается максимум информации на снимке. Однако, как выясняется по камерной гистограмме ориентироваться нельзя, поскольку гистограмма строится на основе 8-битного JPEG-превью, а это ведет к тому, что можно попасть в ситуацию, когда одни из каналов в RAW будет уже в отсечке, а гистограмма покажет все ок и, наоборот, отсечки нет, а гистограмма докладывает, что есть области пересветов. Часто динамический диапазон снимаемой сцены шире возможностей сенсора и приходится принимать решение, чем жертвовать и в каких пропорциях, светами или тенями. Наш мозг устроен так, что мы ревностно относимся к потерям в светах и практически игнорируем потери в тенях, поэтому лучше жертвовать всегда тенями.

Пару слов хочется сказать и о RAW-конвертерах. Не все конвертеры одинаковы. Во-первых, в разных конвертерах заложены разные алгоритмы преобразования RAW-данных. Очень много конвертеров используют в своей основе конвертер с открытым кодом - dcraw. Во-вторых, помимо самой конвертации конвертеры имеют множество инструментария для коррекции результата изображения. Несомненным лидером является Capture One. Однако наиболее распространен среди фотографов продукт от компании Adobe под названием Lightroom, который по сути является удобной оболочкой для Adobe Camera RAW (ACR). Photoshop также использует для конвертации ACR. Среди самых дотошных фотографов известен бесплатный конвертер для Mac OS под названием RPP, это конвертер, который использует операции с плавающей точкой при конвертации, что позволяет с гораздо лучшим результатом получить RGB данные.

Совершенно непонятно, чем аргументируют некоторые специалисты утверждение, что фирменные конвертеры дают более точную картинку, чем другие. Фактически и те (фирменные) и другие (альтернативные) конвертеры имеют дело с сырыми (RAW - "сырой") данными, и разработчики решают, как должно выглядеть изображение при определенных условиях. Помимо разработчиков вмешиваются в процесс еще и маркетологи, которые, как обычно, все портят только. Производители конвертеров постоянно занимаются анализом новых камер, тестируют их своими методиками, делают свои профили (как Phase One и Adobe). Можно, конечно, говорить, что производители знают чуть больше, чем непосвященные. Но тогда расскажите мне, почему подавляющее большинство профессионалов пользуется сторонними конвертерами, да еще уделяют много времени точной цветопередаче с использованием профилей своих камер и т.п.

Поэтому, споры о том, что один конвертер лучше другого разделять на теплое и мягкое и обсуждать по отдельности. Отдельно вопросы интерполяции, отдельно улучшайзеры, отдельно инструменты цветокоррекции и вообще удобство использования. Какой конвертер лучший пускай каждый решает для себя сам.

Практическое задание

В яркий солнечный день снимите высококонтрастный сюжет, замерив экспозамером серую карту или кожу на лице. Обратите внимание на пересветы в кадре и на тени.

 

 

 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить