Что значит дд в фотографии. Как запечатлеть все тона снимаемой сцены. Динамический диапазон матрицы

«Небо пропало»… вам знакома такая мысль, когда вы смотрите на свой снимок и мысленно сравниваете его с тем, что видели на самом деле? Или наоборот, небо красивое, а все остальное скрыто в глубокой тени. Так что же делать? В чем причина? Причина в динамическом диапазоне! А что это такое, можно ли исправить ситуацию и как сделать — читайте в этой статье! Все не так сложно как кажется!

Динамический диапазон — это способность некоего устройства, в нашем случае фотоаппарата, передать без искажений и потерь одновременно яркие и темные участки изображения. Другими словами — это диапазон яркостей между самой темной и самой светлой точкой изображения, которую в состоянии зафиксировать устройство. На практике динамический диапазон характеризует возможность камеры выделять детали в тени и на свету.

Динамический диапазон в фотографии так же известен как «фотографическая широта». Если диапазон устройства мал, то какая то часть изображения не сможет оказаться правильно переданной. С технической точки зрения, в фотографии это обозначает, что часть градаций яркости изображения не будет зафиксирована фотопленкой или матрицей цифрового фотоаппарата и будет потеряна.

Например, при съемке интерьера комнаты с частью яркого окна — интервал по яркости отдельных участков очень велик. Фотопленка или матрица правильно передаст либо изображение в комнате, а окно будет забито не прорисованным белым либо, наоборот, окно и вид за окном прорисуется, а комната окажется черной. Другой пример, очень часто встречаемый — съемка пейзажа или архитектуры, когда вы получаете прорисованное сочное небо, но все остальное (например, лес, речка на переднем плане) погружено в глубокую тень или наоборот, лес прорисован замечательно, а небо превратилось в блеклое невыразительное пятно.

Происходит это потому, что разница между самой темной и самой яркой точкой самого изображения гораздо больше, чем диапазон между самой светлой и самой темной точкой, которую в состоянии зафиксировать ваш фотоаппарат.

В фотографии, динамический диапазон измеряется в стопах или ф-стопах (f-stop). Суть одна и та же. Под одним стопом понимается изменение экспозиции на одну ступень или говоря иначе — изменение светового потока вдвое. Например разница между двумя экспозициями при одинаковой выдержке и диафрагме 5.6 в первом случае и 8 во втором — и будет равна одному стопу.

Вернемся снова к примеру с пейзажем. Почему мы одновременно видим четко и лес со всеми деталями и небо с малейшими перистыми облачками? Потому что человеческий глаз способен различить разницу между самыми темными и самыми яркими участками в 12-14 ступеней, то есть динамический диапазон нашего глаза — 12-14 стопов. В фотографии же самый большой динамический диапазон имеет черно белая пленка — около 10 стопов. Цветная негативная пленка имеет динамический диапазон около 7 стопов, а слайдовая всего 4-5 стопов. Матрицы цифровых фотоаппаратов имеют различный динамический диапазон. На сегодняшний день, у самых дорогих моделей он достигает значения в 8 стопов, но у подавляющего большинства цифровиков диапазон составляет от 4 до 6 стопов.

На лицо проблема недостаточного динамического диапазона у наших фотокамер. А раз есть проблема, то должно быть и решение. О возможных решениях и пойдет речь далее. Но хотелось бы предупредить, что для полного понимания статьи вам желательно иметь хотя бы минимальные знания об экспозиции и минимальный опыт работы в Photoshop или другом графическом редакторе, особенно в работе со слоями и масками слоев.

Изменение динамического диапазона. Основа.

Для изменения динамического диапазона в фотографии традиционно используется градиентный, нейтрально серый фильтр. Часть этого фильтра абсолютно прозрачна, другая часть заполнена нейтрально серым. При этом нейтрально серый переходит в прозрачность плавно, градиентно. «Серая» часть фильтра ослабляет световой поток, тем самым снижая разницу контрастов изображения до значения сравнимого с динамическим диапазоном фотоаппарата. Все бы хорошо, но не на каждый фотоаппарат наденешь фильтр, да и что делать в сложных случаях, например, когда граница между темным и светлым участком изображения не совпадает с зоной «плавного перехода» фильтра, или когда темный участок вклинивается в светлый (например, высокий памятник на фоне яркого неба, или то же окно посреди стены в комнате).

Цифровая фотография дает гораздо больше возможностей увеличения динамического диапазона снимка. Об этих способах и пойдет речь далее. Но в начале об общем принципе, на котором основан любой, описанный далее, способ.

Для работы потребуется как минимум 2 версии одного и того же изображения — недоэкспонированная и переэкпонированная. На недоэкспонированной будут хорошо проработаны тени, а на переэкспонированной — детали в светлых областях. Затем, пользуясь Photoshop мы «сведем» эти версии в одну и расширим динамический диапазон итогового снимка за счет комбинирования «недодержанной» и «передержанной» версии. На английском подобная техника называется Image Blending, то есть «смешивание изображений».

Следует особо отметить, что изображение на обоих снимках должно отличаться ТОЛЬКО экспозицией. В противном случае вам вряд ли удасться «свести» 2 разных снимка в один. Получить разные версии можно разными способами:

1) Экспозиционная вилка или брейкетинг (braсketing), так же называемая «мультиэкспозиция» или «экспиловка». Сейчас эта функция есть во многих цифровых фотоаппаратах, а не только в дорогих моделях. При использовании брейкетинга, вы задаете «вилку» относительно «нормальной» экспозиции, например в +/- 1/3 ступени (+/- 1/3 EV) . В в этом случае фотокамера сделает не один, а сразу 3 снимка — один с «нормальной» экспозицией, второй с экспозицией увеличенной на 1/3 EV (передержанный) , третий с экспозицией уменьшенной на 1/3 EV (недодержанный).

2) Компенсация экспозиции . Суть похожа на брейкетинг. Только вы задаете не вилку, а просто смещение экспозиции в большую или меньшую сторону относительно «нормальной». И камера делает один снимок, но со «смещенной» экспозицией. В некоторых случаях это может быть удобнее чем брейкетинг, потому что вы сможете задать разное смещение для снимков. Например сделать переэкспонированный снимок со смещением в + 1 EV, а недоэспонированный со смещением в -2/3 EV.

3) Съемка в RAW формат . Самый простой способ получить необходимые «версии». Любой конвертор RAW имеет функцию компенсации экспозиции. Вам надо всего лишь отконвертировать RAW файл 2 раза, с разными установками компенсации экспозиции. С двумя полученными в результате файлами мы и будем работать далее. Но к сожалению RAW формат поддерживают далеко не все фотоаппараты.

4) Коррекция JPEG. Допустим у вас есть только JPEG файл. Тогда, в графическом редакторе, вы можете создать 2 версии используя, например, коррекцию уровней (Levels) или кривых (Curves). В одном случае путем коррекции «вытянем» темные участки, во втором светлые. Но не забывайте что формат JPEG «выкидывает» из графического файла всю «лишнюю» информацию, поэтому возможности по его «вытягиванию» весьма ограничены. Перед тем как начать корректировать JPEG файл, лучше переведите его в TIFF или BMP — качества фотографии это не прибавит, но при редактировании на изображение не будет влиять алгоритм сжатия JPEG.

Важное замечание для съемки с брейкетингом или компенсацией экспозиции — вы обязательно должны использовать штатив! Потому что достаточно мизерного смещения камеры в промежутке между снимками и вы не сможете нормально «свести» полученные снимки в итоговый. При съемке лучше выставить на фотокамере режим «приоритет диафрагмы» и пользоваться ручной фокусировкой или автофокусом по центральной точке. Таким образом снимки будут иметь одинаковую глубину резкости, сами кадры будут идентичны и будут иметь различие только в экспозиции, что нам и требуется.

Компенсация экспозиции в конверторе RAW (Photoshop CS2).

Теперь приступим к главному — обработке полученных версий в Adobe Photoshop. В принципе основные способы обработки, описанные ниже, построены на работе со слоями (Layers) и маскированием, так что подойдет любой графический редактор, поддерживающий слои и маски слоев.

Открываем одновременно обе версии в Photoshop. Выбираем инструмент «Перемещение» и удерживая на клавиатуре Shift — перетаскиваем одно изображение поверх второго. SHIFT в данном случае нужен для того, чтобы верхний слой встал четко поверх нижнего, таким образом избавив нас от лишней работы по «подгонке» границ кадров. Теперь имеем одно изображение с двумя слоями,точно расположенными друг поверх друга — на одном слое недоэкспонированная версия, на другом переэкспонированная.

Способы описанные ниже рассчитаны на то, что переэкспонированная (темная) версия находится поверх недоэкспонированной. Но забегая вперед скажу — можно расположить слои наоборот, тогда все ваши действия так же будут «наоборот», например, в случае «рисования по маске», маску первоначально создать в режиме Reveal All а не Hide All и рисовать по ней не черной а белой кистью.

Теперь все предварительные работы закончены и можно приступать к «смешиванию».

Первый способ — рисование по маске

Самый «классический» способ, еще давным давно описанный на сайте Luminous Landscape . Располагаем слои друг над другом, как говорилось ранее.

Добавляем к верхнему слою маску в режиме Hide All (Скрыть все) через меню — Layer / Add Layer Mask / Hide All или удерживая ALT кликнув на иконке в палитре слоев. Теперь выбираем инструмент Кисть (Brush) и белый цвет для нее. Нам потребуется кисть достаточно большого размера, с размытыми краями.

Переключаемся на маску слоя (достаточно кликнуть на прямоугольной черной иконке маски у соответствующего слоя) и начинаем по ней «рисовать» кистью, по тем областям которые на наш взгляд излишне светлые на нижнем слое (небо и вода).

При этом мы на самом деле просто «открываем» те части темного верхнего слоя, где проходит кисть и наш верхний слой в этих местах становиться непрозрачный, закрывая нижний, светлый слой. За счет того что кисть имеет размытые края, переход к «прозрачности» получается плавный, что визуально скрадывает разницу тонов на разных слоях. Плавность зависит от степени размытости краев кисти и ее размера. Попробуйте интереса ради воспользоваться простой кистью, с четкими контурами и сразу увидите разницу.

Рисование по маске — один из самых точных способов, но и самый трудоемкий. Обратите внимание на ветки. Ветки и небо создают настоящий орнамент. По идее, чтобы получить идеальный конечный вариант, нам надо показать только небо, а ветки не трогать. Придется переключаться на более тонкую кисточку и выполнять весьма кропотливую и сложную работу по «обрисовыванию» веток.

Кстати в нашем примере удобнее делать как раз наоборот, то есть расположить «светлый» слой выше темного, создать маску в режиме «Показать все» и рисовать черной кистью по темным областям.

Хотя это и самый сложный способ, но знать его нужно. Есть более легкие способы, которые и описаны далее, позволяющие создать необходимую маску для верхнего слоя, но во многих случаях все равно придется выполнять «окончательную доводку» итогового снимка путем рисования по маске..

Второй способ — маска на базе слоя

Один из самых простых способов, так же описанный на Luminous Landscape . Так же как и ранее, вначале создаем наши слои и добавляем к верхнему слою маску. Только на этот раз маску создаем в режиме Reveal All (Показать все). После этого переключаемся на нижний слой, делаем «выделить все» (CTRL+A), затем копируем выделение в системный буфер (CTRL+C).

Теперь, удерживая клавишу ALT, кликаем на прямоугольной иконке нашей маски в палитре слоев. Все изображение стало белым. Мы переключились на режим редактирования маски. Вставляем на маску изображение из буфера (CTRL+V). Появилась наша фотография, но только в черно-белом виде- это и есть наша маска.

Собственно маска уже создана. Если вы снова переключитесь на нижний слой то увидите оба слоя уже в смешанном варианте. Но эта маска слишком «детальная» и грубая. Изображение получается «невнятным». Поэтому снова переключимся на маску и воспользуемся фильтром Gaussian Blur (размытие по Гауссу) . Меняя значение Gaussian Blur мы размываем маску, создавая плавные переходы и более общие «зоны маскирования», без резких границ.

Причем обратите внимание на то, что чем выше степень размытия, тем сильнее наша маска будет меняться сторону выделения ярких и темных областей фотографии.

В конце концов опять переключаемся на нижний слой и контролируем результат. Если результат в каких то областях все еще вас не удовлетворяет, отшлифуйте его при помощи дополнительного рисования по маске.

Третий способ — color range

Третий способ описывает Дмитрий Рудаков в photoshop /tutorials/dynamicrange/»>статье на сайте Photoscape. Так же как и прежде располагаем слои друг над другом, но маску пока не добавляем.

Затем воспользуемся Color Range (Диапазон цвета) из меню Select. В параметрах выберем Shadows (Тени), так как в нашем конкретном случае, мы будем маскировать затемненные области. После того как мы нажмем ОК, все теневые зоны на нашей фотографии окажутся выделенными. Если где то, что то оказалось забыто, или наоборот, захватили лишнего — это можно быстро подкорректировать при помощи Quick Mask (Быстрая маска) или вручную, инструментами для работы с выделенными областями.

Мы почти готовы для того чтобы создать маску слоя, но вначале надо немного «размыть» выделенную область, чтобы переход к прозрачности был плавный. Для этого следует выбрать функцию Feather (Размыть выделение) из меню Select. В появившемся меню вводим необходимое значение. При этом можно руководствоваться следующим правилом — чем больше мелких «перемешанных» деталей (веточки на фоне неба и воды в нашем случае) тем меньшее значение стоит вводить. Возможно вам потребуется попробовать разные значения, и экспериментальным путем добиться оптимального результата.

После того как выделенная область размыта, создаем маску в режиме Hide Selection (Скрыть выделенное) из меню Layers или кликая по иконке на палитре слоев, удерживая при этом Alt. Наша маска создана!

И опять же, если результат нужно подкорректировать, то выбираем мягкую кисть и переключившись на маску доделываем работу.

Результат

В итоге мы получили снимок, на котором и небо не «засвечено» и передний план хорошо различим, а не скрыт во мраке. За счет смещенной экспозиции на двух снимках, мы расширили динамический диапазон итогового изображения на 1.5-2 ступени.

Итоговый снимок, с расширенным динамическим диапазоном

Вы могли заметить, что все описанные выше способы есть ни что иное, как создание необходимой слой-маски. Различие между всеми описанными способами в основном лишь в удобстве использования. Результат же будет примерно одинаков.

Главное — это понять саму идею, а способов создания маски можно придумать еще пару десятков.

После расширения диапазона мы можем продолжить работать уже с итоговой фотографией, править кривые, уровни, яркость, насыщенность и т.п.

Альтернативные способы

Смешивание изображений при помощи слой маски не единственная технология. Один из альтернативных способов описан в статье Константина Афанасьева — Цифровая камера — расширение динамического диапазона . В ней предлагается вначале определенным образом отредактировать кривые на слоях, а затем выставить для каждого слоя соответствующий режим наложения.

Кроме того, для совсем ленивых можно предложить «автоматизаторы», то есть различные plug-in, photoshop actions и отдельные программы для расширения «ДД», например:

• Dynamic Range Increase — DRI Pro — небольшой плагинчик от Fred Miranda . К сожалению плагин платный и не имеет «пробной» версии. Но с другой стороны 20$ — не такие большие деньги за «удобство»
• Erik Krause Actions — бесплатный набор action для фотошопа. Перед использованием настоятельно советую прочитать readme файл из архива с акшенами
• Photomatix — отдельная программа которая кроме расширения динамического диапазона выполняет еще и другие полезные функции. Вроде бы может работать с RAW, но как то странно, не через основное меню

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.

Оторвитесь на минутку от компьютерного монитора и оглянитесь вокруг. Вы повсюду увидите как ярко освещенные места, так и глубокие тени. Фотопленка и цифровые сенсоры не воспринимают их в полной мере подобно человеку. Насыщенность света и тени можно выражать в числовом измерении, которое характеризует яркость освещенности любого объекта.

Стандартное измерение освещенности выражается в канделах на квадратный метр (кд/м2). Яркость Солнца составляет 1000000000:1 или миллиард кандел на один квадратный метр. Ниже следуют показатели для некоторых других источников света:

• Звездное сияние = 0.001:1
• Лунный свет = 0,1:1
• Внутреннее освещение дома= 50:1
• Солнечное небо = 100000:1

Что же это означает для фотографа? Если в обычный солнечный день яркость составляет 100000:1, то самые освещенные объекты в сто тысяч раз ярче, чем самые затемненные. Конечно, не при всех обстоятельствах эта величина будет именно такой. Туман, облака, утреннее или предзакатное солнце влияют на динамический диапазон изображения. Съемка в полдень существенно отличается от так называемых «золотых часов фотографа». Опытные фотографы стараются не снимать на улице между 10-ю и 14-ю часами, потому, что даже не помогут избежать искажений динамического диапазона сделанных снимков.

Для практических целей в фотографии используют экспозиционные числа (EV) – корреляцию выдержки и диафрагмы. EV являет собой целое число, которое характеризует освещенность объекта. В соответствии с формулой EV равняется нулю, когда правильно выбранная экспозиция составляет одну секунду при f/1.0. Увеличение EV на единицу является эквивалентом одного знаменателя значения диафрагмы, т.е. приводит к уменьшению освещенности наполовину. А уменьшение EV на единицу увеличивает освещенность вдвое. Человеческий глаз имеет динамический диапазон 100000:1, что в свою очередь является эквивалентом 20EV. Ниже приведены данные для некоторых средств фиксации изображений:

• негативная фотоплёнка: динамический диапазон (д.д.)=1500:1 или 10,5EV
• компьютерный монитор: д.д. = 500:1 или 9,0EV
• зеркальный фотоаппарат: д.д. = 300:1 или 7,0EV
• компактная цифровая камера: д.д. = 100:1 или 6,6EV
• высококачественная глянцевая печать: д.д. = 200:1 или 7,6EV
• высококачественная матовая печать: д.д. = 50:1 или 5,6EV

Вот здесь собственно и начинается проблема. Допустим, что объект, который вы собираетесь снимать на улице, имеет динамический диапазон 50000:1, а сенсор вашей профессиональной камеры может фиксировать только динамический диапазон 300:1. Как вы собираетесь сделать и воспроизвести снимок с качественной экспозицией, если технические характеристики вашего оснащения этого просто не позволяют?

Рассмотрим, как объекты фиксируются в фотоаппарате, поскольку это ведет к ответу на вопрос, как запечатлеть технически невозможное. Речь пойдет о зеркальных фотокамерах, потому что они уже фактически вытеснили пленочные фотоаппараты. Большинство зеркальных фотоаппаратов поддерживают . Файлы CRW и CR2 компании Canon и файл NEF компании Nikon являются примерами формата RAW. Один файл RAW фиксирует около 10EV. Довольно неплохой показатель, которого, впрочем, недостаточно, чтобы запечатлеть всё необходимое. Преимущество формата RAW заключается в том, что он объединяет целую последовательность экспозиций в одном файле, которую можно с успехом использовать в дальнейшем.

Если вы еще не знаете, что такое RAW, то можете прочесть статью в цифровой фотографии.

Фотокамеры также сохраняют изображения в виде файлов JPEG. Сенсоры интерполируют цвет и интенсивность и экспонируют их в виде серии операций, направленных на регулирование баланса белого цвета, насыщенности, четкости, и так далее. В конечном итоге выполняется сжатие изображения до формата JPEG, в котором он собственно и хранится. Файл JPEG содержит 256 уровней интенсивности и охватывает только 8EV. Это низкий динамический диапазон. Для большинства работ в студии файл JPEG является вполне приемлемым. Он сокращает рабочий процесс, а во время портретной съемки можно полностью контролировать освещение и его динамический диапазон. С другой стороны, пейзажи лучше снимать в формате RAW.

После конверсии изображений из формата RAW для их хранения используются два стандартных формата TIFF и JPEG. Формат JPEG генерируется непосредственно в фотокамере с экспозиций RAW при помощи её программного обеспечения. Файлы TIFF создаются при обработке файлов RAW с помощью специальных программ, таких как или . Файл JPEG поддерживает значения яркости в пределах от 0 и до 255 единиц (всего 256), а файл TIFF – от 0 до 65535. Совершенно очевидно, что файлы TIFF поддерживают более широкий диапазон яркости.

Но даже файл TIFF не может охватить полный динамический диапазон прекрасного пейзажа. Чтобы добиться высокого динамического диапазона изображения, нужно искать другие пути. Для этого можно применить форматы RadianceRGBE (.hdr) и OpenEXR (.exr). Photoshop или Lightroom для этих целей не подойдут, необходимо использовать программу , которая дает возможность преобразовывать файлы RAW в HDR и сохранить их в формате RadianceRGBE. Формат RadianceRGBE являет собой 32-битный формат, а формат OpenEXR насчитывает 48 бит, но при обработке конвертируется в 32-битный. Оба формата не снижают качество изображений при хранении и открытии. Формат RadianceRGBE содержит 76 порядков возрастания динамического диапазона – гораздо больше, чем нужно человеческому глазу.

После конвертации в форматы.hdr или.exr осталось сделать заключительный шаг. В формате.hdr файлы непригодны для широкого использования. Необходимо произвести тональную компрессию, сущность которой заключается в обратном конвертировании 32-битных HDR файлов в 16-битные TIFF или 8-битные JPEG файлы, содержащие фиксированные целые числа. Только после этого можно получить легкодоступные изображения, которые полностью отображают высокий динамический диапазон сфотографированных вами пейзажей. Вполне вероятно, что этот процесс конвертации в формат HDR далеко не идеален, но он вполне решает проблему того, как запечатлеть невозможное.

Определение

Ввиду смысловой схожести таких фотографических параметров, как динамический диапазон и фотографическая широта, в применении этой терминологии существует изрядная путаница. Природа этой путаницы — в непонимании отношения реальных яркостей к их отображению на плёнке или в цифре. Попробую внести ясность.

Фотографическая широта — максимально возможный диапазон внешних яркостей, которые может каким либо образом зафиксировать фотоустройство (фотоаппарат, в том числе и цифровой, сканер и т.п.) внутри одного кадра.

Динамический диапазон — максимально возможный полезный диапазон оптических плотностей плёнки, фотобумаги и т.п. или максимально возможный полезный диапазон количеств электронов, могущих помещаться в каждом пикселе электронной матрицы фотоустройства.

Таким образом, термин «фотографическая широта» применяется для оценки запечетлеваемого диапазона внешних яркостей, а динамический диапазон — для оценки физических свойств внутреннего носителя (оптическая плотность плёнки, ёмкость и шумность пикселей матрицы и т.п.).

Примеры :

Фотографическая широта плёнки (контрастность) — способность её фиксировать некоторый диапазон внешних яркостей. Приблизительные значения для негативов 2,5-9 EV, для слайдов 2-4 EV, для киноплёнки 14EV.
Динамический диапазон плёнки (диапазон оптических плотностей) — её способность в некотором диапазоне изменять свою прозрачность (оптическую плотность) в зависимости от воздействия внешней яркости. Приблизительные значения для негативов 2-3D, для слайдов 3-4D.

Фотографическая широта фотобумаги (контрастность) — способность её фиксировать некоторый диапазон внешних яркостей (от фотоувеличителя). Типичные значения для чёрно-белых бумаг: 0,7-1,7 EV.
Динамический диапазон фотобумаги (диапазон оптических плотностей) — её способность в некотором диапазоне изменять степень отражения (оптическую плотность) в зависимости от внешней яркости (от фотоувеличителя). Типичные значения от 1,2 до 2,5D.

Фотографическая широта матрицы цифрового аппарата — способность её фиксировать некоторый диапазон внешних яркостей. У цифрокомпактов 7-8 EV, у зеркалок 10-12 EV.
Динамический диапазон матрицы цифрового фотоаппарата — способность пикселей матрицы в некотором количественном диапазоне накапливать разное количество электронов в зависимости от уровня внешней яркости. Динамический диапазон цифрокомпактов — 2,1-2,4D, а зеркалок — 3-3,6D.

Фотографическая широта графического файла — Поскольку файл — это всего лишь способ хранения информации, то за счёт потери градаций в любой формат файла можно запихнуть любой диапазон внешних яркостей. Стандартные величины у формата восьмибитного JPEG — это 8 EV, у HDRI (Radiance RGBE) — до 252 EV. От количества бит, выделяемых для хранения каждого пикселя, этот параметр зависит лишь косвенно, поскольку способ упаковки информации в эти биты у разных форматов различен.
Динамический диапазон графического файла — способность файла хранить в себе некоторый диапазон значений каждого пикселя.

Фотографическая широта монитора — Поскольку монитор — это только устройство отображения, то этот параметр не имеет особого смысла. Ближайшим по смыслу параметром будет способность монитора отображать закодированный в графическом файле диапазон значений яркости. Но он зависит в основном от используемого цветового профиля и программы отображения, которые с тем или иным успехом втискивают всю (или не всю) фотографическую широту изображения, содержащуюся в файле, в рамки динамического диапазона монитора. Замечу, что чем большая фотоширота втиснута в динамический диапазон, тем менее контрастно выглядит изображение.
Динамический диапазон монитора (контрастность) — способность пикселя монитора в некотором диапазоне изменять свою яркость в зависимости от напряжения входящего сигнала. Динамический диапазон современных мониторов находится в пределах 2,3 - 3D (200:1 — 1000:1) .

Фотографическая широта матрицы сканера — способность её фиксировать некоторый диапазон яркостей отражённого от бумаги или пропущенного через плёнку света. Составляет от 6 EV у офисных планшетных до 16 EV у профессиональных барабанных сканеров.
Динамический диапазон матрицы сканера — способность пикселей матрицы сканера в некотором количественном диапазоне накапливать разное количество электронов в зависимости от яркости отражённого от бумаги или пропущенного через плёнку света. Динамический диапазон сканеров может принимать значения от 1,8D у офисных планшетников до 4,9D у профессиональных барабанных сканеров.

Примечание по сканеру : Поскольку лампа сканера создаёт постоянную освещённость сканируемого материала, верхняя граница яркости этого материала фиксирована (абсолютно белый лист или полностью прозрачная плёнка). Поэтому и верхняя граница динамического диапазона матрицы фиксирована, будучи подогнанной под эту максимальную яркость. Следовательно, величины фотографической широты и динамического диапазона совпадают. Кроме того, зная динамический диапазон плёнки (бумаги) и его сдвиг относительно полной прозрачности (абсолютной белизны), можно смело сравнить динамические диапазоны плёнки (бумаги) и сканера, и определить, сможет ли тот или иной сканер оцифровать плёнку (бумагу) без потерь градаций. Для справки: динамический диапазон вуали (максимальной прозрачнгости) фотоплёнок приблизительно составляет 0,1D.

Обшее примечание 1. Не все вышеперечисленные словосочетания реально используются, но они упомянуты для полноты картины, чтобы яснее можно было прочувствовать разницу между фотографической широтой и динамическим диапазоном.

Обшее примечание 2. Очевидно, что фотографическая широта и динамический диапазон для одного и того же аналогового фотоустройства или материала имеют разные величины, даже если их попытаться выразить в одинаковых единицах. Для цифровых же фотоустройств эти параметры имеют одну величину. Из-за этого понятие фотошироты обычно подменяется понятием динамического диапазона. К счастью, для цифровых фотоустройств это не критично.

Единицы измерения

Динамический диапазон измеряют по шкале, каждое следующее деление которой соответствует снижению измеряемого параметра в 10 раз, а фотографическую широту по шкале, каждое следующее деление которой соответствует снижению измеряемого параметра в 2 раза.

Исходя из понятия логарифма (показатель степени, в которую надо возвести одно число, чтобы получить другое), обе эти шкалы являются логарифмическими. В первом случае используется логарифм по основанию 10 (десятичный логарифм — log 10 или lg), во втором — по основанию 2 (двоичный логарифм — log 2 или lb).

Десятичный логарифм используется для компактности шкалы динамического диапазона и соответствия каждого следующего деления шкалы динамического диапазона зрительному ощущению падения яркости в 2 раза при фактическом десятикратном падении величины измеряемого параметра, а двоичный — для соответствия каждого следующего деления шкалы фотографической широты зрительному ощущению равномерного падения яркости при геометрически увеличивающимся падении количества света.

Размер динамического диапазона или фотографической широты записываются цифрой, обозначающей количество делений по соответствующей шкале между измеренными точками. При этом, если измерения проходят по шкале динамического диапазона, рядом с цифрой ставят обозначение D (2D, 2,7D, 4D, 4,2D), а если по шкале фотографической широты, то используется обозначение EV (Exposure Value — значение экспозиции) или просто количество ступеней или стопов (делений).

Часто динамический диапазон записывают просто как отношение, например 100:1 (2D) или 1000:1 (3D).

Формула же для измерения полезного динамического диапазона следующая: динамический диапазон равен десятичному логарифму из отношения максимальной величины измеряемого параметра к минимальному, то есть уровню шума:

D = lg(Max/Min)

Формула вычисления фотошироты аналогична, но вместо десятичного логарифма применяется двоичный.

Динамический диапазон цифровых устройств измеряют ещё и в децибеллах. Способ измерения практически аналогичен вышеописанному, поскольку децибел - тоже логарифмическая величина, и тоже вычисляется через десятичный логарифм. Но значение в децибелах будет в 20 раз больше (1D = 20 дб), и сейчас я объясню, почему.

Измерению в этом случае подвергается разница напряжений, в которые преобразовываются накопленные в каждом пикселе матрицы электроны. Впрочем, это напряжение пропорционально количеству накопленных электронов, но я упомянул напряжение не случайно. Дело в том, что в децибелах измеряют диапазоны только энергетических величин : мощностей, энергий и интенсивностей. И способ их вычисления полностью аналогичен вышеописанному за исключением умножения итогового числа на 10, потому что мы мерием не белы а децибелы, которые в 10 раз меньше.

Однако существует возможность померить в децибелах и амплитудные величины , такие как напряжение, ток, импеданс, напряженности электрического или магнитного полей и размахи любых волновых процессов. Но для этого надо учесть зависимость от них соответствующей им энергетической величины.

Вычислим зависимость мощности от напряжения . Мощность равна квадрату напряжения делённого на сопротивление, то есть она зависит от напряжения квадратично . Увеличивая напряжение в 2 раза мощность увеличивается в 4 раза. Значит, чтобы сохранить мощностную пропорцию, придётся мерить диапазон не напряжений, а квадратов этих напряжений:

lg(U max 2 /U min 2) = lg(U max /U min) 2 = 2*lg(U max /U min)

Мы получим значение в белах. Для перевода в децибелы умножаем на 10. В итоге полная формула принимает вид:

Децибелы = 20*lg(U max /U min)

Таким образом, у нас получается, что динамический диапазон в децибелах равен подсчитанному нами по шкале динамическому диапазону, умноженному на коэффициент 20.

Иногда из-за путаницы в терминологии динамический диапазон измеряют в единицах экспозиции (EV), ступенях или стопах, как фотографическую широту, а фотографическую широту — как динамический диапазон. Чтобы привести параметры к нормальному виду, приходится пересчитывать диапазон из одной шкалы в другую. Для этого необходимо вычислить цену деления одной шкалы в цифрах другой. Например, цену деления шкалы фотографической широты в цифрах шкалы динамического диапазона.

Кроме того, принимая во внимание логарифмичность шкал и зная динамический диапазон фотоустройства, можно вычислить его фотографическую широту, и наоборот, по его фотографической широте можно узнать его динамический диапазон. Для этого нужно опять же просто пересчитать диапазон из одной шкалы в другую.

Поскольку деления шкалы представляют собой степени, вычислим, в какую степень надо возвести десятку (размерность шкалы динамического диапазона), чтобы получить двойку (размерность шкалы фотографической широты). Берём десятичный логарифм от двойки и получаем цену одного деления шкалы фотографической широты в единицах шкалы динамического диапазона — приблизительно 0,301. Это число и будет коэффициентом перевода. Теперь, для перевода EV в D, следует EV умножить на 0,3, а для перевода из D в EV, следует D разделить на 0,3.

Замечу, что шкала фотографической широты применяется не только для измерения диапазонов, но и для измерения конкретных величин экспозиции. Поэтому она имеет условный ноль, который соответствует яркости света, падающего от объекта, освещённость которого составляет 2,5 люкса (для нормальной экспозиции объекта с таким освещением требуется диафрагма 1.0 и выдержка 1 сек. при чувствительности ISO 100). Таким образом, экспозиция вполне может принимать по этой шкале отрицательные значения в EV. Диапазон же, естественно, всегда положителен.

Битовая глубина цифрового фотоустройства.

При упоминаниях о динамическом диапазоне фотоустройств иногда упоминается их битовая глубина. Давайте разберёмся, что это такое.

Между максимальным и минимальным значениями существует большое количество градаций, соответствующих разным яркостям, воспринятым пикселем. Для цифровой фиксации градаций в двоичном представлении требуется некоторое количество бит. Это количество бит и называется битовой глубиной АЦП (аналого-цифрового преобразователя фотоустройства, преобразующего количество возбуждённых электронов в пикселе в ту или иную цифру).

В современных сканерах на каждый из трёх цветов выделяют обычно по 16 бит. В цифровых фотоаппаратах это значение несколько меньше. Но даже там битовая глубина является избыточной, потому что основным ограничением является не разрядность АЦП, а динамический диапазон пикселей, которые пока неспособны накапливать большее количество электронов, или же иметь более низкий показатель случайного теплового шума, чтобы не глушить полезные электроны. В результате, младшие биты избыточной битовой глубины заняты в основном значениями случайного теплового шума.

Я думаю, что многие, взяв в руки фотоаппарат, не раз замечали, что наш глаз видит совсем иначе, чем камера. Особенно часто это заметно в облачный день: мы видим небо и отдельные облака, а на фотографии просто белое пятно, или наоборот — небо реальное, с текстурой, но все, что внизу, темное как-будто вечером. Этот эффект напрямую зависит от широты динамического диапазона камеры. В сегодняшней статье как раз и попробуем разобраться, что же такое динамический диапазон и сформулируем несколько правил, которые позволят избежать ошибок с ним связанных.

Для начала давайте определимся с самим понятием. Динамический диапазон — это способность камеры одновременно передавать и светлые и темные детали снимаемой сцены. В качестве примера можно представить себе картинку плавно залитую от черного к белому цвету.

Верхняя полоска показывает, как видим мы, вторая, как «видит» сцену камера. Ее динамический диапазон уже, чем у человеческого глаза, и часть темных и светлых деталей будет потеряна, вместо них будет равномерный черный или белый цвет соответственно. Если мы намеренно укажем камере на тени, то динамический диапазон не расширится, он сдвинется за счет увеличения потерь в светах, как на третьей полосе. Если наоборот, попробуем сохранить яркие детали, у нас возрастут потери в тенях (четвертая полоска). Конечно это очень упрощенный вариант, ведь мы видим в цвете, да и способность глаза к адаптации в различных условиях освещения не позволяет напрямую сравнивать его с матрицей камеры, но в целом картинка похожая.

В качестве более реального примера фотография выше. Кадр был сделан в одинадцать часов утра, когда солнце было уже высоко, при почти безоблачном небе, вспышка была направлена в сторону т.е. ее воздействие на освещенность сцены минимально. В результате, из-за нехватки динамического диапазона, мы видим большое светлое пятно на заднем плане, которое осталось практически без деталей, при этом сама фотография получилась темноватой. На самом деле программными средствами этот кадр довольно легко исправить, но пример достаточно показательный.

Хочу отметить, что ширина динамического диапазона камеры зависит от многих параметров, но прежде всего от размера матрицы. Грубо говоря, чем больше матрица фотоаппарата, тем шире ее динамический диапазон. В тенях он ограничен уровнем шума и соответственно алгоритмами шумоподавления. В светах — возможностями матрицы анализировать «количество» света без засветки т.е. ее светочувствительностью. Это можно считать еще одним приемуществом зеркальных камер над мыльницами, можно сказать, что они всегда будут давать картинку с большим количество деталей в светах и тенях. На фотографии слева можно рассмотреть и решетку на окне и складки на одеяле, для большинства мыльниц сохранить эти части изображения было бы непосильной задачей.

Еще одной интересной особенностью современных фотокамер является неравномерность динамического диапазона — он как бы смещен в светлую часть, т.е. камера лучше «видит» светлые детали, чем темные. Это опять же обусловленно появлением цифрового шума на темных областях кадра.

Чем это важно для нас с практической точки зрения? В первую очередь тем, что мы можем сформулировать некоторые правила, которые помогут избежать потери деталей в сложных условиях освещения. при этом не стоит рассматривать потерянные детали как что-то несущественное, они могут координально изменить снимок. Скажем при съемке в солнечный день, в тени, на улице, сохранив небо, мы рискуем получить вместо зданий просто обширную темную область на фотографии. Итак, несколько простых правил, которые помогут избежать самых серьезных ошибок.

• Лучше сделать снимок более светлым, чем затемнить его. Детали в тенях из-за шума «вытянуть» сложнее, чем в светах. Конечно это верно для более-менее ровной экспозиции, в случае, когда заведомо появятся пересветы (пасмурное небо) при замере экспозиции по темным областям, лучше пожертвовать тенями, но проработать какие-то детали в светах.
• При большой разнице яркостей фотографируемой сцены нужно или постараться выровнить яркость или замерять экспозицию по темной части.
• Лучшее время для съемки утро или вечер, в полдень солнце очень яркое, а тени становятся слишком темными и камера не сможет зафиксировать все детали.
• Для портретной съемки в солнечный день нужно использовать дополнительное освещение или стараться снимать в тени, чтобы избежать излишне жестких теней.
• При прочих равных лучше пользоваться наименьшим доступным значением ISO.

Эти правила не стоит рассматривать, как жесткие и неизменные, наоборот, в некоторых случаях их нужно применять с точностью до наоборот. Например, вам хочется получить очень контрастный городской пейзаж, как вариант вы можете сделать его как раз в полдень, когда свет наиболее резкий. Но все-таки в большинстве случаев следование им поможет сделать фотографии лучше.

В следующих статьях на эту тему мы поговорим о возможностях расширения динамического диапазона в процессе обработки фотографий и специальных приемах съемки.