Hostující příspěvek od Dave Ware z Whalebone Photography.
Účelem této poznámky je rychlá diskuse o vysokém dynamickém rozsahu a možných budoucích vylepšeních pro jeho vylepšení.
Co je vysoký dynamický rozsah?
Vysoký dynamický rozsah je efekt digitálního zpracování používaný při fotografování ke kombinování řady obrazů různých expozic a vytvoření konzistentně exponovaného obrazu v celém rámečku. To zvyšuje jas (množství světla) viditelného v obraze.
Proč je to nutné?
Omezení množství barvy a jasu fotoaparátu, které dokáže zaznamenat, se řídí schopností snímače a dynamickým rozsahem elektroniky fotoaparátu. Například Canon EOS 40D používá 14bitový analogově-digitální převodník, který digitalizuje analogové signály přijímané ze snímače. 14 digitálních bitů umožňuje ve fotoaparátu zaznamenat 16 384 různých barev.
Při pohledu na histogram je vodorovná osa úrovní jasu obrazu. Svislá osa představuje množství obrazu, které obsahuje tuto úroveň světla. Například histogram s jedinou čarou na levém okraji ukazuje, že obrázek je čistě černý. Stejně tak jeden řádek na pravém okraji představuje obraz, který je čistě bílý. Množství dat, které lze v histogramu komprimovat, je omezeno dynamickým rozsahem kamery. Výsledkem velmi nízkého dynamického rozsahu jsou limity vodorovné osy blízko sebe. Vysoký dynamický rozsah umisťuje tyto osy daleko od sebe.
Zde byla pro balóny nastavena expozice kamery - toto bylo zvoleno, protože balónky byly předmětem obrazu a stromy byly v tomto případě použity k „zarámování“ balónků. Histogram ukazuje hrot nalevo od histogramu představující stromy a data vpravo představují balóny a oblohu. Pokud by fotograf chtěl vystavit balóny i stromy, byl by vyžadován kompromis, aby byly balóny mírně přeexponované a stromy jen mírně podexponované.
Obrázek nahoře ukazuje tradiční kompromis - obloha ztratila část své sytosti barev, ale stromy si zachovaly určité detaily. Všimněte si také, že histogram ukazuje mírně užší bodec na pravém okraji (balónky jsou nyní mírně přeexponované) a levý okraj naznačuje, že je k dispozici více detailů (stromy již nejsou úplnou siluetou).
Aby se to překonalo, může fotograf pořídit fotografii exponovanou pro pozadí a poté další fotografii exponovanou pro popředí. Mezi těmito 2 expozicemi se obvykle pořídí několik dalších fotografií.
Když zkombinujete každý obrázek, vytvoří se vizuálně příjemný obrázek a efekty mohou být docela dramatické. To je základ digitálního HDR. Několik dalších příkladů poskytne rychlé vyhledávání Google.
Budoucnost HDR
HDR je v současné době postprocesní technikou, ale s postupujícími fotoaparáty je možné, že se jedná o oblast, kterou mohou výrobci opravdu vylepšit.
Je pravděpodobné, že se zlepší dynamický rozsah fotoaparátu. Výše uvedený 14bitový ADC umožňuje záznam 16 386 barev. 24bitové ADC se vyrábějí již mnoho let, což by umožnilo zaznamenat celkem necelých 17 milionů barev! Senzor by musel být schopen přizpůsobit se tomuto dynamickému rozsahu a interní procesor fotoaparátu by musel být schopen zpracovat data. Tato schopnost již existuje, jak je patrné u domácích počítačů, které roky fungovaly od 32 bitů a nyní zpracovávají až 64 bitů. To, zda je snímač schopen nebo ne, je další věc k diskusi a další požadované zpracování by zvýšilo dobu zápisu dat na paměťovou kartu. To může omezit počet snímků plné rychlosti pořízených před zaplněním mezipaměti a fotoaparátem zapíše snímky na paměťovou kartu. Tyto nevýhody jsou možná tím, co brání rozvoji zvýšeného dynamického rozsahu ve fotoaparátu, protože s mnoha výhodami často existuje nevýhoda.
Další technikou „in camera“ může být použití mnoha senzorů uvnitř kamery. Pokud je jeden snímač a doprovodná elektronika schopen dosáhnout určitého dynamického rozsahu, lze ke zvýšení celkového dynamického rozsahu použít 2 snímače. Například jeden snímač může vystavit zvýraznění a 1 snímač lze použít k vystavení stínů, čímž se vytvoří vyšší dynamický rozsah. Senzory lze vyrobit neuvěřitelně malé - stačí se podívat na velikost telefonů, které mají mnoho megapixelových fotoaparátů, a proto pravděpodobně nebude problém zmáčknout 2 senzory (nebo více!) Do jednoho fotoaparátu. Se zmenšováním velikosti snímače se ale zvyšuje šum zaznamenaného obrazu („zrnitost“ obrazu). Opět se jedná o kompromis mezi vysokým dynamickým rozsahem, kvalitou obrazu a velikostí.
Další metodou může být použití alternativního algoritmu tónové křivky, který se v současné době obecně používá na obrazy uvnitř kamery. Při pořízení fotografie se signály ze snímače změní na digitální bity a odešlou se do počítače fotoaparátu. Aby tyto signály pochopily, počítač data zpracovává a mění je v něco smysluplného. Toto je forma tónové křivky. Obvykle se používá jako průměr pro celý obrázek. Moderní techniky však mohou aplikovat individuální tónovou křivku na každý jednotlivý pixel v obraze. To může vykreslit obraz vystavený podobným způsobem, jaký vidí lidské oko (tj. S vyšším dynamickým rozsahem). To nevyhnutelně zvýší dobu zpracování ve fotoaparátu, i když současnou metodou zobrazování HDR je pořizování četných fotografií při různých expozicích, je další doba zpracování pro jeden snímek pravděpodobně stále obrovským šetřičem času.
Tuto novou metodu tónové křivky společnosti zdokonalují a společnost Samsung nedávno zakoupila licenci k používání této technologie.
Možná, že jiní výrobci mají alternativní metodu, nebo neuvažují o vysokém dynamickém rozsahu ve svých kamerách, nebo jen čekají na svůj čas. Tato technologie se stále vyvíjí a je opouštějící oblastí kamerové technologie, zejména proto, že bitva megapixelů se stává starou novinkou.
Techniky s vysokým dynamickým rozsahem mohou být nadměrně použity a obrázky mohou být snadno nepřirozené. Nepřirozené jsou proto, že rozšiřují možný rozsah lidským okem. Bylo by smutné, kdyby technologie odstranila autentičnost fotografie, která odděluje toto umění od umění malby (kde se kompozice i expozice omezují pouze na představivost). Pokud však technologie dokázala replikovat obrazy viděné lidským okem, pak je to možná přijatelný technologický milník.
Podívejte se na další Daveovy práce ve Whalebone Photography.