ФОТОГРАФИЯ С ВЫСОКИМ ДИНАМИЧЕСКИМ ДИАПАЗОНОМ

Изображения с высоким динамическим диапазоном (HDR) позволяют фотографам записывать более широкий диапазон тональных деталей, чем камера может зафиксировать на одном снимке. Это открывает совершенно новый набор возможностей освещения, которых раньше можно было избежать — по чисто техническим причинам. Новая функция Photoshop «слияние с HDR» выполняет это, объединяя серию кадров с экспозицией в одном изображении, которое включает в себя тональные детали всей серии.

→

Изображение выше предоставлено Кайлом Крухоком (хотя и в сильно измененном виде).

Однако бесплатного обеда не бывает; попытка расширить тональный диапазон неизбежно приведет к уменьшению контраста в некоторых тонах. Научившись использовать программное обеспечение HDR, вы сможете максимально эффективно использовать динамический диапазон при сложном освещении, сохраняя при этом компромисс с контрастом.

МОТИВАЦИЯ:ДИЛЕММА ДИНАМИЧЕСКОГО ДИАПАЗОНА

По мере того, как цифровые датчики достигают все более высокого разрешения и, следовательно, последовательного уменьшения размеров пикселей, единственное качество изображения, которое не выигрывает, — это его динамический диапазон. Это особенно заметно в современных компактных камерах с разрешением 8 и более мегапикселей, так как они более чем когда-либо подвержены пересветам или шумным деталям в тенях. Кроме того, некоторые сцены просто содержат больший диапазон яркости, чем могут быть сняты современными цифровыми камерами любого типа.

«Хорошая сторона» заключается в том, что почти любая камера может захватывать широкий динамический диапазон — но не на одном снимке. Изменяя только скорость затвора, большинство цифровых камер могут изменить количество пропускаемого ими света в 50 000 и более раз. В изображениях с высоким динамическим диапазоном эта характеристика используется для создания изображений, состоящих из нескольких экспозиций.

КОГДА ИСПОЛЬЗОВАТЬ HDR-ИЗОБРАЖЕНИЯ

Используйте HDR только в том случае, если распределение яркости сцены не может быть легко смешано с помощью фильтра с градуированной нейтральной плотностью (GND). Это связано с тем, что фильтры GND расширяют динамический диапазон, сохраняя при этом локальный контраст. Сцены, которые идеально подходят для фильтров GND, — это сцены с простой геометрией освещения, например линейным переходом от более темной земли к более яркому небу в пейзажной фотографии:

<тд>


Фильтр заземления	Окончательный результат

Напротив, сцена, распределение яркости которой уже не так легко смешивается с помощью фильтра GND, — это сцена в дверном проеме, показанная ниже.

Обратите внимание, что вышеприведенная сцена содержит примерно три тональные области с резкими переходами по краям, поэтому требуется специальный фильтр GND. Если бы мы посмотрели на это воочию, то смогли бы различить детали как внутри, так и снаружи дверного проема, потому что наши глаза приспособились бы к изменению яркости. В этом руководстве основное внимание уделяется использованию HDR для лучшего приближения то, что мы увидели бы своими глазами.

ВНУТРЕННЯЯ РАБОТА ФАЙЛА HDR

Photoshop создает файл HDR, используя информацию EXIF из каждого из ваших изображений в скобках, чтобы определить их скорость затвора, диафрагму и настройки ISO. Это сообщает Photoshop, сколько света на самом деле исходило от каждой области изображения. Поскольку этот свет может сильно различаться по своей интенсивности, Photoshop создает файл HDR с использованием 32-битного описания каждого цветового канала (в отличие от обычных 16 или 8-битных; см. «Понимание битовой глубины»).

Файлы HDR используют эти дополнительные биты для создания относительно открытой шкалы яркости, которую можно настроить в соответствии с потребностями вашего изображения. Однако основное преимущество заключается в том, что эти дополнительные биты также используются более эффективно, чем типичные 8- или 16-битные изображения (которые далее мы будем называть изображениями с низким динамическим диапазоном или LDR).

32-битный формат файла HDR может записывать более широкий динамический диапазон, поскольку он использует свои биты для указания чисел с плавающей запятой , также называемая экспоненциальной записью. Число с плавающей запятой состоит из десятичного числа от 1 до 10, умноженного на некоторую степень 10, например 5,467x10, в отличие от обычных целых чисел 0-255 (для 8-битных) или 0-65535 (для 16-битных). кусочек). Таким образом, файл изображения может указать яркость 4 300 000 000 просто как 4,3x. 10, что было бы слишком большим даже для 32-битных целых чисел.

Хорошо, нотация с плавающей запятой, безусловно, выглядит более лаконичной, но как это поможет компьютеру? Почему бы просто не добавлять больше битов, чтобы указать последовательно большие числа и, следовательно, больший динамический диапазон? Это проблема убывающей отдачи. По мере того, как к обычным файлам LDR добавляется больше битов, экспоненциально большая доля используется просто для более точного указания цвета, а не для расширения динамического диапазона. Это приводит к тому, что для описания более темных тонов используется гораздо больше битов, чем более светлых:

Фактическая яркость* →

Биты LDR становятся все более редкими →

*Измерено цифровой камерой. Дополнительные сведения по этой теме см. в руководстве по гамма-коррекции. Приведенное выше представление является качественным. Более близко расположенные биты для более темных значений являются результатом гамма-кодирования. Это дает большое преимущество при работе с обычными изображениями и может даже помочь увеличить динамический диапазон, но становится все более неэффективным по мере увеличения разрядности.

Файлы HDR решают эту дилемму LDR, используя тональные значения, которые пропорциональны фактической яркости объекта. Это приводит к тому, что биты равномерно распределяются по всему динамическому диапазону, что обеспечивает большую эффективность битов. Числа с плавающей запятой также гарантируют, что все тоны записываются с одинаковой относительной точностью, поскольку такие числа, как 2,576x10 и 8,924x10, имеют одинаковое количество значащих цифр (четыре), хотя второе число больше более чем в миллион раз.

Примечание:точно так же, как использование изображений с высокой битовой глубиной не обязательно означает, что ваше изображение содержит больше цветов, файл HDR не гарантирует больший динамический диапазон, если только он не присутствует в реальном предмете.

Все эти дополнительные биты, предоставляемые форматом HDR, великолепны и эффективно позволяют записывать почти бесконечный диапазон яркости. Однако дисплей вашего компьютера и отпечатки могут отображать только фиксированный узкий диапазон. Таким образом, это руководство фокусируется не только на создании 32-битных HDR-файлов, но и на преобразовании их в изображения, которые можно отобразить на вашем компьютере или которые будут отлично смотреться в качестве фотопечати. Этот этап преобразования обычно называют «тональным сопоставлением». ."

ПОДГОТОВКА В ПОЛЕ

Поскольку для создания HDR-изображения требуется сделать серию снимков с одинаковой экспозицией, необходим прочный штатив. В Photoshop есть функция, которая пытается выровнять изображения, когда камера может перемещаться между снимками, однако наилучшие результаты достигаются, когда на нее не полагаются.

Обязательно сделайте не менее трех кадров. , хотя для оптимальной точности рекомендуется пять или более. Большее количество экспозиций позволяет алгоритму HDR лучше аппроксимировать то, как ваша камера преобразует свет в цифровые значения (т. е. кривую отклика цифрового сенсора), создавая более равномерное тональное распределение. Пример дверного проема лучше всего подходит для нескольких промежуточных экспозиций в дополнение к двум, показанным ранее.

Очень важно, чтобы самая темная из этих экспозиций не содержала пересветов в областях, где вы хотите запечатлеть детали. Самая яркая экспозиция должна показывать самые темные области изображения с достаточной яркостью, чтобы они были относительно бесшумными и хорошо видны. Каждая экспозиция должна быть разделена на один-два шага, и в идеале они устанавливаются путем изменения скорости затвора (в отличие от диафрагмы или чувствительности ISO). Напомним, что каждая «ступенька» означает удвоение (+1 ступень) или уменьшение вдвое (-1 ступень) захваченного света.

Отметим еще один недостаток HDR-изображений:для них требуется относительно статичный объект из-за необходимости нескольких отдельных экспозиций. Таким образом, наш предыдущий пример с закатом в океане не подходил бы для техники HDR, поскольку волны значительно перемещались между каждой экспозицией.

СОЗДАНИЕ 32-БИТНОГО ФАЙЛА HDR В PHOTOSHOP

Здесь мы используем Adobe Photoshop для преобразования последовательности экспозиций в одно изображение, в котором используется тональное сопоставление, чтобы приблизиться к тому, что мы увидели бы нашим глазом. Во-первых, нам нужно объединить все кадры в один 32-битный HDR-файл:

Откройте инструмент HDR («Файл»> «Автоматизация»> «Объединить в HDR...») и загрузите все фотографии в последовательности экспозиции; для этого примера это будут четыре изображения, показанные в предыдущем разделе. Если ваши изображения не были сняты на устойчивом штативе, на этом шаге может потребоваться отметка «Попытка автоматического выравнивания исходных изображений» (что значительно увеличивает время обработки). Нажав OK, вы вскоре увидите сообщение «Вычисление кривых отклика камеры».

Как только ваш компьютер прекратит обработку, он покажет окно с их объединенной гистограммой. Photoshop оценил белую точку, но это значение часто обрезает блики. Вы можете переместить ползунок точки белого к самому правому краю пиков гистограммы, чтобы увидеть все детали светлых участков. Это значение предназначено только для предварительного просмотра и потребует более точной настройки позже. После нажатия OK у вас остается 32-битное HDR-изображение, которое теперь можно сохранить при необходимости. Обратите внимание, что изображение все еще может казаться довольно темным; только после того, как оно будет преобразовано в 16- или 8-битное изображение (с использованием тонального преобразования), оно станет больше похоже на желаемый результат.

На данном этапе к 32-битному файлу HDR можно применить очень мало функций обработки изображений, поэтому он малопригоден, кроме архивных целей. Одной из доступных функций является регулировка экспозиции (Image>Adjustments>Exposure). Вы можете попробовать отрегулировать экспозицию, чтобы выявить все скрытые светлые или темные детали.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТОНАЛЬНОГО ОТОБРАЖЕНИЯ HDR В PHOTOSHOP

Здесь мы используем Adobe Photoshop для преобразования 32-битного HDR-изображения в 16- или 8-битный файл LDR с использованием тонального сопоставления. Это требует интерпретационных решений о типе тонального отображения в зависимости от предмета и распределения яркости на фотографии.

Преобразуйте в обычное 16-битное изображение (Изображение> Режим> 16 бит/канал...), и вы увидите инструмент преобразования HDR. В методе тонального отображения используется один из четырех методов:

Экспозиция и гамма	Этот метод позволяет вручную настроить экспозицию и гамму, которые эквивалентны настройке яркости и контрастности соответственно.
Выделить сжатие	Этот метод не имеет параметров и применяет пользовательскую тоновую кривую, которая значительно снижает контраст светлых участков, чтобы сделать остальную часть изображения ярче и восстановить контрастность.
Выровнять гистограмму	Этот метод пытается перераспределить гистограмму HDR в диапазоне контрастности обычного 16- или 8-битного изображения. При этом используется пользовательская тональная кривая, которая распределяет пики гистограммы так, чтобы гистограмма стала более однородной. Как правило, это лучше всего работает для гистограмм изображений, которые имеют несколько относительно узких пиков без пикселей между ними.
Локальная адаптация	Это самый гибкий метод и, вероятно, наиболее полезный для фотографов. В отличие от трех других методов, этот изменяет степень осветления или затемнения областей для каждого пикселя (аналогично повышению локального контраста). Это обманывает глаз, заставляя его думать, что изображение более контрастное, что часто критично для HDR-изображений, лишенных контраста. Этот метод также позволяет изменить тоновую кривую, чтобы она лучше соответствовала изображению.

Прежде чем использовать любой из вышеперечисленных методов, можно сначала установить точки черного и белого на ползунках гистограммы изображения (см. «Использование уровней в Photoshop» для получения дополнительной информации об этой концепции). Нажмите на двойную стрелку рядом с «Кривой тонирования и гистограммой», чтобы отобразить гистограмму изображения и ползунки.

В оставшейся части этого руководства основное внимание уделяется настройкам, связанным с методом «локальной адаптации», так как он, вероятно, наиболее часто используется и обеспечивает наибольшую степень гибкости.

КОНЦЕПЦИЯ:ТОНАЛЬНАЯ ИЕРАРХИЯ И КОНТРАСТ ИЗОБРАЖЕНИЯ

В отличие от трех других методов преобразования, метод локальной адаптации не обязательно сохраняет общую иерархию тонов. Он преобразует интенсивность пикселей не только с помощью одной тональной кривой, но и на основе значений окружающих пикселей. Это означает, что в отличие от тоновой кривой, тона на гистограмме не только растягиваются и сжимаются, но и могут пересекаться. Визуально это будет означать, что какая-то часть предмета, которая изначально была темнее другой части, впоследствии может приобрести такую же яркость или стать светлее этой другой части, пусть даже на небольшую величину.

В приведенном выше примере, несмотря на то, что морская пена на переднем плане и отражения камней на самом деле темнее, чем поверхность океана вдали, финальное изображение отображает океан вдали как более темный. Ключевая концепция здесь заключается в том, что на больших участках изображения наши глаза адаптируются к изменению яркости (например, глядя вверх на яркое небо), а на меньших расстояниях наши глаза этого не делают . Имитация этой характеристики зрения может рассматриваться как цель локального адаптивного метода, особенно для распределений яркости, которые являются более сложными, чем простое вертикальное смешение на закате над океаном.

Пример более сложного распределения яркости показан ниже для трех изображений статуй. Мы называем контраст на больших расстояниях между изображениями глобальным контрастом, тогда как изменения контраста на меньших расстояниях между изображениями называются локальными контрастами. Метод локальной адаптации пытается сохранить локальный контраст, уменьшая при этом общий контраст (аналогично тому, как это делается в примере с закатом в океане).

Исходное изображение

Высокий общий контраст
Низкий локальный контраст

Низкий общий контраст
Высокий локальный контраст

Приведенный выше пример наглядно иллюстрирует, как локальный и глобальный контраст влияют на изображение. Обратите внимание, как крупномасштабные (глобальные) пятна света и тени преувеличены в случае высокой глобальной контрастности. И наоборот, в случае низкого общего контраста передняя часть лица статуи имеет практически такую же яркость, как и боковая сторона.

Исходное изображение выглядит хорошо, так как все тональные области четко видны и показаны с достаточным контрастом, чтобы придать ему трехмерный вид. Теперь представьте, что мы начали со среднего изображения, которое было бы идеальным кандидатом на преобразование в HDR. Тональное сопоставление с использованием локальной адаптации, скорее всего, даст изображение, похожее на крайнее правое изображение (хотя, возможно, не столь преувеличенное), поскольку оно сохраняет локальный контраст, но снижает общий контраст (таким образом, сохраняется текстура в самых темных и самых светлых областях).

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ HDR С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕСТНОЙ АДАПТАЦИИ

Расстояние, которое различает локальный и глобальный контраст, задается с помощью значения радиуса. Радиус и порог аналогичны настройкам нерезкой маски, используемой для повышения локального контраста. Высокий порог улучшает локальный контраст, но также может вызвать артефакты гало, тогда как слишком низкий радиус может сделать изображение размытым. Для любого изображения рекомендуется настроить каждый из них, чтобы увидеть их эффект, поскольку их идеальная комбинация зависит от содержимого изображения.

В дополнение к радиусу и пороговым значениям изображения почти всегда требуют корректировки тоновой кривой. Этот метод идентичен описанному в учебнике по кривым Photoshop, где небольшие и постепенные изменения наклона кривой почти всегда идеальны. Эта кривая показана для нашего примера дверного проема ниже, что дает окончательный результат.

Инструмент Photoshop CS2+

Окончательный результат
Использование метода локальной адаптации

HDR-изображения, которые были преобразованы в 8- или 16-битные, часто требуют подкраски, чтобы улучшить их точность цветопередачи. Тонкое использование уровней и насыщенности может значительно улучшить проблемные области изображения. Как правило, области с повышенным контрастом (большой наклон тоновой кривой) будут демонстрировать увеличение насыщенности цвета, тогда как при уменьшении контраста происходит обратное. Изменение насыщенности иногда может быть желательным при осветлении теней, но в большинстве других случаев этого следует избегать.

Основная проблема метода локальной адаптации заключается в том, что он не может различать падающий и отраженный свет. В результате он может излишне затемнять естественно белые текстуры и осветлять более темные. Помните об этом при выборе параметров радиуса и порога, чтобы минимизировать этот эффект.

СОВЕТ:ИСПОЛЬЗУЙТЕ HDR ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ ШУМА В ТЕНЯХ

Даже если ваша сцена не требует большего динамического диапазона, итоговая фотография все равно может улучшиться за счет побочного преимущества:уменьшения шума в тенях. Вы когда-нибудь замечали, что цифровые изображения всегда содержат больше шума в тенях, чем в ярких тонах? Это связано с тем, что отношение сигнал/шум изображения выше там, где изображение собрало больше светового сигнала. Вы можете воспользоваться этим, комбинируя правильно экспонированное изображение с переэкспонированным. Photoshop всегда использует наиболее экспонированное изображение для передачи заданного тона, тем самым собирая больше света в теневых деталях (но без переэкспонирования).