HDR: больше контраста и деталей на цифровых снимках

Эффектный, впечатляющий кадр. Турист нажимает на спусковую кнопку и получает заурядный снимок скульптурного ансамбля. Какую бы выдержку он ни выбрал, все равно — то теряются детали фигур, то небо превращается в белый лист. Проблема в том, что такой выдержки, при которой сохранились бы все детали и на свету, и в тени (то есть полный контрастный диапазон), попросту не существует.

Однако не надо отчаиваться, потому что на компьютере из серии посредственных кадров можно составить настоящий фотошедевр. На выручку приходит технология под названием HDR (High Dynamic Range), увеличивающая контрастный диапазон снимка настолько, что даже в самых светлых и темных участках детали прорисовываются с точностью до пикселя. В этой статье мы опишем основы популярного фотографического приема.

Проблема: видит око…

В то время как человеческий глаз четко различает все детали даже при больших контрастах освещения, цифровые камеры в сложных ситуациях оказываются бессильны. В ясный летний день свет полуденного солнца вполне может достигать яркости порядка 1,6 млрд кд/м². Для лампочки мощностью 100 Вт эта величина составляет всего 10 млн кд/м².

Динамический диапазон пейзажа в полдень при слепящем солнце доходит до 20 ступеней диафрагмы. Это чересчур даже для наших глаз: начиная с 14 ступеней, человек уже видит не все. Для аналоговой фотографии предел составляет порядка 11 ступеней, а для современных цифровых сенсоров и того меньше. Динамический диапазон цифровой камеры не превышает девять ступеней диафрагмы, да и то лишь в формате RAW.

При преобразовании снимка в более компактный формат JPEG этот диапазон снова сокращается — до восьми ступеней диафрагмы, что соответствует стандартной глубине цвета 8 бит. И на этом потери информации не заканчиваются: и на мониторе, и на бумаге контрастность будет еще меньше.

С подобным явлением сталкивались многие: выразительное голубое небо на снимке превращается в линялое полотно, горы на переднем плане тонут в тени. Когда снимаешь в помещении, вместо фигурно подстриженных кустов за окном получается серый квадрат. Снимок совсем не соответствует нашему восприятию.

Dynamic Range Increase: первый шаг к реальности

Ключ к правдоподобной фотографии — экспозиционная серия по меньшей мере из двух снимков. Чтобы границы снимков строго совпадали, необходим штатив. Самым популярным способом приблизить кадр к реальности на сегодня остается так называемое «расширение динамического диапазона» — Dynamic Range Increase (DRI). Два снимка с разной экспозицией объединяются в один: для каждого участка кадра выбирается самый удачный вариант. Так и небо остается голубым, и детали в тенях не пропадают.

DRI реализуется двумя методами: либо вы монтируете изображение вручную в графическом редакторе, используя маски слоев, либо объединяете два кадра с усреднением значений. Для нашего глаза такая фотография более или менее соответствует реальности, и все же это 8-битный снимок с довольно узким динамическим диапазоном.

HDR: полный динамический диапазон, 32 бит

Максимальный динамический диапазон передают HDR-изображения: расстояние между крайними значениями яркости у них в четыре раза больше, чем у JPEG.

Первый шаг к созданию HDR-кадра — такой же, как и для DRI: фотограф делает не один снимок, а экспозиционную серию из двух (лучше трех) снимков одного и того же объекта. Затем программа, используя EXIF-данные экспозиционной серии, автоматически составляет единый кадр.

В отличие от DRI, здесь динамический диапазон каждого участка изображения полностью сохраняется — соответственно, динамический диапазон всего кадра тоже получается широким. Отдельные значения яркости сводятся воедино с глубиной цвета 32 бит. Однако для таких объемных графических файлов нужен новый формат, поскольку JPEG предусматривает только 256 градаций яркости. Чаще всего для HDR-фотографии используется формат OpenEXR, поддерживаемый приложениями Adobe и такими программами, как Photomatix. Для дальнейшей обработки снимок придется перевести в 8-битный режим (JPEG).

Дорогое удовольствие: HDR-мониторы большинству пока не по карману

Однако при взгляде на HDR-изображение становится ясно, что сама технология — лишь половина дела. Ведь обычные TFT-мониторы способны воспроизвести лишь малую часть значений яркости, присутствующих в HDR-кадре. А настоящие HDR-мониторы пока не получили широкого распространения: профессиональные модели стоят баснословно дорого, а рассчитанные на массового потребителя телевизоры и мониторы только появляются на рынке.

Пока подобные мониторы не подешевеют, HDR-файлы приходится приспосабливать к выводу на 8-битные носители. Процесс под названием Tone Mapping сжимает диапазон значений яркости от 32 бит до 16 или даже до 8 — в Adobe Photoshop CS2 настройки осуществляются через «HDR Conversion».

Следует отметить, что сегодня на рынке представлено множество моделей фотоаппаратов, способных снимать в режиме HDR или делать серию снимков с разной экспозицией в автоматическом режиме.

Первый шаг навстречу массовому потребителю сделала в свое время Fujifilm, разработав сенсор Super CCD SR, который используется в зеркальной модели S5. В этом необычном CCD-сенсоре каждый пиксель состоит из двух элементов: так называемых S и R.

S-элемент, больший по размерам и поэтому более светочувствительный, различает все нюансы в тенях, тогда как R-элемент, который поменьше, лучше распознает светлые участки. Сенсор регистрирует две яркостные составляющие одного и того же кадра, и на основе этого камера рассчитывает единое изображение.

Игры и фильмы: и здесь HDR заявляет о себе

Большой диапазон контрастности важен не только для фотографов. В компьютерных играх и кино качественная передача деталей в темных и светлых участках ценится ничуть не меньше. В трехмерной компьютерной графике HDR используется для создания теней и бликов. Современные видеоплаты поддерживают HDR. Взял на вооружение эту технологию и Голливуд.