Публикация за гост от Дейв Уеър от Whalebone Photography.
Тази бележка има за цел да бъде бърза дискусия за високия динамичен обхват и възможните бъдещи подобрения за подобряването му.
Какво е висок динамичен обхват?
Високият динамичен обхват е ефект на цифрова обработка, използван в рамките на фотографията, за да комбинира редица изображения с различна експозиция, за да създаде последователно експонирана картина през целия кадър. Това увеличава яркостта (количеството светлина), видима в изображението.
Защо се изисква?
Ограничаването на количеството цвят и яркост на камерата, което може да записва, се управлява от възможностите на сензора и динамичния обхват на електрониката на камерата. Например, Canon EOS 40D използва 14-битов аналогово-цифров преобразувател, който цифровизира аналоговите сигнали, получени от сензора. 14-те цифрови бита позволяват 16 384 различни цвята да бъдат записани в камерата.
Поглеждайки към хистограма, хоризонталната ос е нивото на яркост на изображението. Вертикалната ос представлява количеството на изображението, което съдържа това ниво на светлина. Например, хистограма с една линия в левия ръб показва, че изображението е чисто черно. По същия начин една линия в десния край представлява изображение, което е чисто бяло. Количеството данни, които могат да бъдат компресирани в рамките на хистограмата, е ограничено от динамичния обхват на камерата. Много нисък динамичен обхват води до ограничаване на хоризонталната ос близо. Високият динамичен диапазон поставя тези оси далеч един от друг.
Тук експозицията на камерата е настроена за балоните - това е избрано, тъй като балоните са били обект на изображението, а дърветата в този случай са били използвани за ‘рамкиране’ на балоните. Хистограмата показва скока вляво от хистограмата, представляващ дърветата, а данните вдясно представляват балоните и небето. Ако фотографът искаше и балоните, и дърветата да бъдат изложени, тогава щеше да се наложи компромис, така че балоните да станат леко преекспонирани, а дърветата само леко недоекспонирани.
Горното изображение показва традиционния компромис - небето е загубило част от наситеността си в цвят, но дърветата са запазили някои детайли. Забележете също, че хистограмата показва малко по-тесен скок на десния ръб (балоните вече са леко преекспонирани), а левият ръб показва, че има повече детайли (дърветата вече не са пълен силует).
Така че, за да преодолее това, фотографът може да направи снимка, експонирана за фон, а след това друга снимка, експонирана за преден план. Между тези 2 експонации обикновено се правят няколко други снимки.
При комбинирането на всяко изображение се създава визуално приятна картина и ефектите могат да бъдат доста драматични. Това е основата на цифровия HDR. Бързото търсене в Google ще предостави още няколко примера.
Бъдещето на HDR
Понастоящем HDR е техника за последваща обработка, но с напредването на камерите е възможно това да е област, която може наистина да бъде подобрена от производителите.
Динамичният обхват на камерата вероятно ще бъде подобрен. Споменатият 14-битов ADC позволява записване на 16 386 цвята. 24-битовите ADC се произвеждат от много години, което ще позволи да бъдат записани общо малко под 17 милиона цвята! Сензорът трябва да е в състояние да съответства на този динамичен диапазон, а вътрешният процесор на камерата да обработва данните. Тази възможност съществува вече, както е видно от домашните компютри, които са работили от 32 бита в продължение на години и сега обработват до 64 бита. Дали сензорът е способен на това или не, е друг въпрос за дискусия и допълнителната обработка, която се изисква, би увеличила времето за запис на данните в картата с памет. Това може да ограничи броя на кадрите с пълна скорост, направени преди кеш паметта да се запълни и камерата да запише изображенията на картата с памет. Тези недостатъци са може би това, което възпрепятства развитието на увеличен динамичен обхват на камерата, тъй като при много предимства често има недостатък.
Друга техника „в камера“ може да бъде използването на множество сензори в камерата. Ако един сензор и придружаващата го електроника могат да поддържат определен динамичен диапазон, тогава могат да се използват 2 сензора за увеличаване на общия динамичен диапазон. Например, един сензор може да експонира за акцентите, а 1 сензор може да се използва за експониране на сенките, като по този начин създава по-висок динамичен диапазон. Сензорите могат да бъдат направени невероятно малки - просто погледнете размера на телефоните, които имат множество мегапикселови камери, така че вероятно няма да е проблем да изстискате 2 сензора (или повече!) В една камера. С намаляването на размера на сензора обаче шумът на записаното изображение („зърнистостта“ на изображението) става по-голям. За пореден път това е компромис между високия динамичен обхват, качеството на изображението и размера.
Друг метод може да бъде използването на алтернативен алгоритъм на кривата на тона, който в момента обикновено се прилага към изображения в камерата. Когато се направи снимка, сигналите от сензора се превръщат в цифрови битове и се изпращат към компютъра на камерата. За да осмисли тези сигнали, компютърът обработва данните и ги превръща в нещо смислено. Това е форма на тонова крива. Обикновено това се използва за цялото изображение като „средно“. Съвременните техники обаче могат да приложат индивидуална крива на тона към всеки отделен пиксел в изображението. Това може да направи изображение, изложено по начин, подобен на този, видян от човешкото око (т.е. с по-висок динамичен диапазон). Това неизбежно ще увеличи времето за обработка в камерата, въпреки че тъй като настоящият метод на HDR изображенията е да се правят многобройни снимки с различна експозиция, допълнителното време за обработка на едно отделно изображение вероятно все още спестява време.
Този нов метод на крива на тона се усъвършенства от компаниите, а Samsung наскоро закупи лиценз за използване на технологията.
Може би други производители имат алтернативен метод или не считат високия динамичен диапазон от голямо значение за своите камери или просто наддават времето си. Тази технология все още се развива и е изходна област на технологията на камерата, особено тъй като битката с мегапикселите се превръща в стара новина.
Техниките с висок динамичен обхват могат да бъдат прекалено използвани и изображенията лесно могат да бъдат направени неестествени. Причината да са неестествени е, че разширяват обхвата, възможен от човешкото око. Би било тъжно, ако технологията премахне автентичността на фотографията, което разделя това изкуство от изкуството на рисуването (където както композицията, така и експозицията са ограничени само до въображението). Ако обаче технологията е успяла да възпроизведе изображенията, както се вижда от човешкото око, тогава може би това е приемлив технологичен крайъгълен камък.
Вижте още от работата на Дейв във Whalebone Photography.