Функция DWDR представляет собой функцию расширенного динамического диапазон а. Она применяется в современных камерах видеонаблюдения для улучшения качества изображения. Это относится как к черно-белому, так и к цветному видео. Применяя эту опцию, владелец системы сможет увидеть те детали, которые иначе бы остались «за кадром». Например - даже при недостаточном освещении он сможет рассмотреть и часть объекта, находящуюся на свету, и то, что расположено в тени.

Обычно камеры «обрезают» лишнее, и темные участки смотрятся абсолютно черными, и увидеть что-либо можно лишь там, куда падает больше всего света. Применение других функций для улучшения качества изображения не позволяет сделать его более контрастным, передав все оттенки цветов (а не просто черный, белый и серый).

Например:

Увеличив время диспозиции, удастся лучше рассмотреть каждый фрагмент, но такой вариант неприемлем, если требуется вести съемку движущихся предметов;

Обработка картинки с целью усиления затемненных зон сделает их более яркими, но одновременно засветит те области, которые и так были хорошо заметны.

При описании технология DWDR способность камер к работе с изображением измеряется в децибелах. Оптимальный вариант - когда можно с одинаковой четкостью рассмотреть и то, что происходит на освещенной стороне (улицы), и на противоположной, находящейся в тени. Поэтому для уличных камер слежения этот параметр даже более важен, чем четкость.

Показатель в 2-3 и более мегапикселей вовсе не говорит о хорошей светочувствительности или высокой контрастности картинки. Подобная камера может выиграть только при хорошем освещении, но ночью или в тени покажет себя не лучшим образом.

Виды WDR

Что это - DWDR мы ответили. Но необходимо описать отличия двух распространенных способов, с помощью которых реализована эта функция:

WDR или RealWDR - технология, основанная на аппаратных методах;

DWDR или DigitalWDR - технология, основанная на программных методах.

Камеры с WDR используют двукратное (иногда четырехкратное) сканирование объекта. То есть, сначала делается снимок с обычной экспозицией, позволяющей увидеть детали на освещенной стороне. Затем производится съемка с увеличенной экспозицией - освещенная область засвечивается, а теневая становится более светлой. На третьем этапе оба кадра накладываются друг на друга, формируя уже ту картинку, которую увидит оператор.

Если в камере используется DWDR (обычно это IP-системы), все действия происходят исключительно за счет программ обработки изображения. Они сами определяют, какие зоны нужно сделать более яркими, контрастными, и не трогают те, которые и так хорошо просматриваются. Такой подход дает большую отдачу, но и требует дополнительной мощности от системы.

Зависимость от разрешения

Что значит DWDR для системы наблюдения на объекте? В первую очередь это возможность вести наблюдение при любых (в разумных пределах) условиях освещенности. Поэтому, приобретая камеру, необходимо смотреть не только на ее разрешение и угол обзора, но и на другие параметры.

В последние годы стоимость аппаратуры с указанной функцией падает в цене, однако все еще ощущается разница между ней и «простыми» видеокамерами. Если вы приобретаете оборудование из нижнего или среднего ценового сегмента, скорее всего, придется пожертвовать либо разрешение, либо дополнительными опциями.

Далеко не всегда нужна картинка в несколько мегапикселей, но и не везде требуется DWDR. Можно посоветовать, лишь отталкиваться от конкретных задач для конкретного объекта и выбирать оборудование уже на основании этого.

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.

Динамический диапазон в фотографии описывает соотношение между максимальной и минимальной измеримой интенсивностью света (белым и чёрным, соответственно). В природе не существует абсолютно белого или чёрного - только различные степени интенсивности источника света и отражательной способности предмета. В силу этого концепция динамического диапазона усложняется и зависит от того, описываете ли вы записывающий прибор (такой как камера или сканер), воспроизводящий (такой как отпечаток или дисплей компьютера) или собственно предмет.

Как и при управлении цветом, каждое устройство в приведенной выше цепи передачи изображения имеет свой собственный динамический диапазон. В отпечатках и дисплеях ничто не может стать ярче, чем белизна бумаги или максимальная интенсивность пикселя, соответственно. По сути, ещё один прибор, который не был упомянут выше, это наши глаза, у которых тоже есть свой собственный динамический диапазон. Передача информации из изображения между устройствами таким образом может повлиять на его воспроизведение. Следовательно, концепция динамического диапазона полезна для относительного сравнения исходной сцены, вашей камеры и изображения на вашем экране или на отпечатке.

Влияние света: освещённость и отражение

Сцены с высокими вариациями яркостей отражённого света, например, содержащие чёрные объекты вдобавок к сильным отражениям, могут в действительности иметь более широкий динамический диапазон, чем сцены с большой вариативностью падающего света. В любом из этих случаев фотографии могут запросто превысить динамический диапазон вашей камеры, особенно если не следить за экспозицией.

Точное измерение интенсивности света, или освещённости, следовательно, является критическим для оценки динамического диапазона. Здесь мы используем термин «освещённость», чтобы определить исключительно падающий свет. Как освещённость, так и яркость обычно измеряются в канделах на квадратный метр (кд/м 2). Приблизительные значения для часто встречающихся источников освещения приведены ниже.

Здесь мы видим, что возможны большие вариации в падающем свете, поскольку вышеприведенная диаграмма отградуирована в степенях десяти. Если сцена неравномерно освещена как прямым, так и рассеянным солнечным светом, одно это может невероятно расширить динамический диапазон сцены (как видно из примера с закатом в каньоне с частично освещённой скалой).

Цифровые камеры

Несмотря на то, что физический смысл динамического диапазона в реальном мире - это всего лишь соотношение между наиболее и наименее освещёнными участками (контраст), его определение становится более сложным при описании измерительных приборов, таких как цифровые камеры и сканеры. Вспомним из статьи о сенсорах цифровых камер , что свет сохраняется каждым пикселем в своего рода термосе. Размер каждого такого термоса, в дополнение к тому как оценивается его содержимое, и определяет динамический диапазон цифровой камеры.

Фотопиксели удерживают фотоны, как термосы сохраняют воду. Следовательно, если термос переполняется, вода выливается наружу. Переполненный фотопиксель называют насыщенным, и он неспособен распознать дальнейшее поступление фотонов - тем самым определяя уровень белого камеры. Для идеальной камеры её контраст в таком случае определялся бы числом фотонов, которое может быть накоплено каждым из фотопикселей, поделенным на минимальную измеримую интенсивность света (один фотон). Если в пикселе может сохраниться 1000 фотонов, контрастность будет 1000:1. Поскольку ячейка большего размера может накопить больше фотонов, у цифровых зеркальных камер динамический диапазон обычно больше, чем у компактных камер (в силу большего размера пикселей).

Примечание: в некоторых цифровых камерах существует дополнительная настройка низкого ISO, которая снижает шум, но также и сужает динамический диапазон. Это происходит потому, что такая настройка в действительности переэкспонирует изображения на одну ступень и впоследствии обрезает яркости - увеличивая таким способом светосигнал. Примером могут служить многие камеры Canon, которые имеют возможность снимать в ISO 50 (ниже обычного ISO 100).

В действительности потребительские камеры не могут подсчитать фотоны. Динамический диапазон ограничен наиболее тёмным тоном, для которого более невозможно различить текстуру - его называют уровнем чёрного. Уровень чёрного ограничен тем, насколько точно можно измерить сигнал в каждом фотопикселе и, следовательно, ограничен снизу уровнем шума . В результате динамический диапазон как правило увеличивается при снижении числа ISO, а также у камер с меньшей погрешностью измерения .

Примечание: даже если бы фотопиксель мог подсчитать отдельные фотоны, подсчёт тем не менее был бы ограничен фотонным шумом. Фотонный шум создаётся статистическими колебаниями и представляет теоретический минимум шума. Итоговый шум является суммой фотонного шума и погрешности считывания.

В целом, динамический диапазон цифровой камеры таким образом может быть описан как соотношение между максимальной (при насыщении пикселя) и минимальной (на уровне погрешности считывания) измеримой интенсивностью света. Наиболее распространённой единицей измерения динамического диапазона цифровых камер является f-ступень, которая описывает разницу в освещённости в степенях числа 2. Контраст 1024:1 в таком случае может быть также описан как динамический диапазон из 10 f-ступеней (поскольку 2 10 = 1024).В зависимости от применения, каждая f-ступень может быть также описана как «зона» или «eV».

Сканеры

Сканеры оцениваются по тому же соотношению насыщенности и шума, как и динамический диапазон цифровых камер, за исключением того, что они описываются в терминах плотности (D). Это удобно, поскольку концептуально аналогично тому, как пигменты создают цвет на отпечатке, как показано ниже.

Общий динамический диапазон в терминах плотности таким образом выглядит как разница между максимальной (D max) и минимальной (D min) плотностями пигмента. В отличие от степеней 2 для f-ступеней, плотность измеряется в степенях 10 (так же, как и шкала Рихтера для землетрясений). Таким образом, плотность 3.0 представляет контраст 1000:1 (поскольку 10 3.0 = 1000).

Динамический диапазон сканера
Исходный динамический диапазон

Вместо указания диапазона плотности производители сканеров обычно указывают только значение D max , поскольку D max - D min обычно приблизительно равно D max . Это потому, что в отличие от цифровых камер, сканер контролирует свой источник света, гарантируя минимальную засветку.

Для высокой плотности пигмента к сканерам применимы те же ограничения по шуму, что и для цифровых камер (поскольку оба они используют массив фотопикселей для измерения). Таким образом, измеримая D max тоже определяется шумом, присутствующим в процессе считывания светосигнала.

Сравнение

Динамический диапазон варьируется настолько широко, что его часто измеряют логарифмической шкалой, аналогично тому как крайне различные интенсивности землетрясений измеряются одной шкалой Рихтера. Здесь приведен максимальный измеримый (или воспроизводимый) динамический диапазон для различных устройств в любых предпочитаемых единицах (f-ступени, плотность и соотношение контраста). Наведите курсор на каждый из вариантов, чтобы их сравнить.

Выберите тип диапазона:
Печать	Сканеры	Цифровые камеры	Мониторы

Обратите внимание на огромную разницу между воспроизводимым динамическим диапазоном печати и измеримым сканерами и цифровыми камерами. Сравнивая с реальным миром, это разница между примерно тремя f-ступенями в облачный день с практически ровным отражённым светом и 12 и более f-ступенями в солнечный день с высококонтрастным отражённым светом.

Использовать вышеуказанные цифры следует с осторожностью: в действительности динамический диапазон отпечатков и мониторов сильно зависит от условий освещения. Отпечатки при неверном освещении могут не показать свой полный динамический диапазон, тогда как мониторы требуют практически полной темноты, чтобы реализовать свой потенциал - особенно плазменные экраны. Наконец, все эти цифры являются всего лишь грубыми приближениями; реальные значения будут зависеть от наработки прибора или возраста отпечатка, поколения модели, ценового диапазона и т.д.

Учтите, что контрастность мониторов зачастую сильно завышена , поскольку для них не существует стандарта производителя. Контрастность свыше 500:1 зачастую является результатом очень тёмной чёрной точки, а не более яркой белой. В связи с этим нужно уделять внимание как контрастности, так и яркости. Высокая контрастность без сопутствующей высокой яркости может быть полностью сведена на нет даже рассеянным светом от свечи.

Человеческий глаз

Человеческий глаз может в действительности воспринимать более широкий динамический диапазон, чем это обычно возможно для камеры. Если учитывать ситуации, в которых наш зрачок расширяется и сужается, адаптируясь к изменению света , наши глаза способны видеть в диапазоне величиной почти 24 f-ступеней.

С другой стороны, для корректного сравнения с одним снимком (при постоянной диафрагме, выдержке и ISO) мы можем рассматривать только мгновенный динамический диапазон (при неизменной ширине зрачка). Для полной аналогии нужно смотреть в одну точку сцены, дать глазам адаптироваться и не смотреть при этом ни на что другое. В этом случае существует большая несогласованность, поскольку чувствительность и динамический диапазон наших глаз меняется в зависимости от яркости и контраста. Наиболее вероятным будет диапазон из 10-14 f-ступеней.

Проблема этих чисел в том, что наши глаза исключительно адаптивны. Для ситуаций исключительно неяркого звёздного света (когда наши глаза используют палочки для ночного видения) они достигают даже более широких мгновенных динамических диапазонов (см. «Цветовое восприятие человеческого глаза »).

Глубина цветности и измерение динамического диапазона

Даже если бы чья-то камера могла охватить большую часть динамического диапазона, точность, с которой измерения света преобразуются в цифры, может ограничить применимый динамический диапазон. Рабочая лошадка, которая занимается преобразованием непрерывных результатов измерений в дискретные числовые значения, называется аналогово-цифровым преобразователем (АЦП). Точность АЦП может быть описана в терминах разрядности, аналогично разрядности цифровых изображений , хотя следует помнить о том, что эти концепции неявляются взаимозаменяемыми. АЦП создаёт значения, которые хранятся в файле формата RAW .

Примечание: вышеприведенные значения отражают только точность АЦП и не должны
использоваться для интерпретации результатов для 8 и 16-битных файлов изображений.
Далее, для всех значений показан теоретический максимум, как если бы шум отсутствовал.
Наконец, эти цифры справедливы только для линейных АЦП, а разрядность
нелинейных АЦП необязательно коррелирует с динамическим диапазоном.

В качестве примера, 10 бит глубины цветности преобразуются в диапазон возможных яркостей 0-1023 (поскольку 2 10 = 1024 уровня). Предполагая, что каждое значение на выходе АЦП пропорционально актуальной яркости изображения (то есть, удвоение значения пикселя означает удвоение яркости), 10-битная разрядность может обеспечить контрастность не более 1024:1.

Большинство цифровых камер используют АЦП с разрядностью от 10 до 14 бит, так что их теоретически достижимый максимальный динамический диапазон составляет 10-14 ступеней. Однако такая высокая разрядность всего лишь помогает минимизировать постеризацию изображения , поскольку общий динамический диапазон обычно ограничен уровнем шума. Подобно тому, как большая разрядность изображения необязательно подразумевает большую глубину его цветности , наличие в цифровой камере высокоточного АЦП необязательно означает, что она в состоянии записать широкий динамический диапазон. На практике динамический диапазон цифровой камеры даже не приближается к теоретическому максимуму АЦП ; в основном 5-9 ступеней - это всё, чего можно ожидать от камеры.

Влияние типа изображения и кривая цветности

Могут ли файлы цифровых изображений в действительности записать полный динамический диапазон высококлассных приборов? В интернете наблюдается большое непонимание взаимосвязи разрядности изображения с записываемым динамическим диапазоном.

Для начала следует разобраться, говорим мы о записываемом или отображаемом динамическом диапазоне. Даже обыкновенный 8-битный файл формата JPEG может предположительно записать бесконечный динамический диапазон - предполагая, что во время преобразования из формата RAW была применена кривая цветности (см. статью о применении кривых и динамическом диапазоне), и АЦП имеет требуемую разрядность. Проблема кроется в использовании динамического диапазона; если слишком малое число бит распространить на слишком большой диапазон цвета, это может привести к постеризации изображения .

С другой стороны, отображаемый динамический диапазон зависит от коррекции гаммы или кривой цветности, подразумеваемой файлом изображения или используемой видеокартой и монитором. Используя гамму 2.2 (стандарт для персональных компьютеров), было бы теоретически возможно передать динамический диапазон из практически 18 f-ступеней (об этом расскажет глава о коррекции гаммы, когда будет написана). И даже в этом случае он мог бы пострадать от сильной постеризации. Единственным на сегодня стандартным решением для получения практически бесконечного динамического диапазона (без видимой постеризации) является использование файлов расширенного динамического диапазона (HDR) в Photoshop (или другой программе, например, с поддержкой формата OpenEXR).

Краткое пособие по созданию фотографий с расширенным динамическим диапазоном. В статье рассмотрены основные моменты съёмки HDR - выбор сюжета, настройка фотокамеры для съёмки с брекетингом, сделан небольшой обзор программ для склейки HDR, приведены альтернативные методы расширения динамического диапазона, работа со светофильтрами, а также съёмка HDR-панорам и работа в стиле мультиэкспозиции. Материал рассчитан для начинающих фотолюбителей, которые умеют пользоваться цифровым фотоаппаратом и имеют навыки обработки снимков на компьютере.

Что такое HDR?

Каждый фотолюбитель, увлекающийся пейзажной съёмкой, сталкивается с одной и той же проблемой - снимки живописного места или городской достопримечательности зачастую далеки от реальности и получаются или пересвеченными, или, наоборот, слишком тёмными.

В первом случае на снимке небо с облаками сильно переэкспонировано или отсутствует вообще, во втором - небо проработано хорошо, однако все остальные детали пейзажа настолько тёмные, что их практически не видно. Попытки изменить настройки экспозиции никоим образом не меняют ситуацию. Дело в том, что в отличие от фототехники, человеческий глаз способен воспринимать более широкий диапазон градации яркости.

Ответ нужно искать в ограниченном динамическом диапазоне современных цифровых камер. Экспонометр камеры замеряет экспозицию либо по светлым участкам (небо), либо, наоборот, по тёмным (здания, деревья, земля). Поэтому единственный выход из сложившейся ситуации — съёмка в режиме брекетинга экспозиции с последующим соединением снимков в графическом редакторе.

Технология HDR (High Dynamic Range, широкий динамический диапазон) соединяет светлые, средние и тёмные полутона серии изображений в один снимок с расширенным динамическим диапазоном. Чаще всего фотограф это делает с помощью специальной компьютерной программы; в некоторые фотокамеры встроен подобный функционал, они позволяют получать снимки HDR без использования компьютера.

Чтобы программа корректно соединила снимки, очень важно, чтобы они были максимально идентичными и отличались только параметрами экспозиции. При съёмке с рук даже в яркий солнечный день с короткой выдержкой не всегда удаётся держать камеру неподвижно, что приводит к небольшому сдвигу, в результате которого итоговое HDR-изображение получится смазанным. Поможет съёмка со штатива - фотограф получит серию снимков, которые, в теории, должны идеально совпадать. Однако на практике одинаковые снимки получатся только в безлюдном месте при полном штиле - ветер колышет ветки деревьев, в кадр попадают прохожие, проезжающие автомобили, а также птицы и прочие объекты. В этом случае за дело берутся программные алгоритмы, которые помогают бороться со смазом, на языке разработчиков эта технология называется Ghost Reduction, или «борьба с призраками».

Если штатива с собой нет, или условия съёмки не позволяют с ним возиться (во время экскурсии, или если снимать со штатива запрещено), вполне можно снимать в режиме брекетинга с рук, если найти хорошую опору и крепко удерживать камеру.

Ещё один вариант создания HDR - обработка одного снимка, снятого в формате RAW, в 2 этапа: сперва делается виртуальная копия файла, затем в одном снимке работают со светами, в другом - с тенями, после чего два файла склеиваются в итоговое изображение. И в завершение ещё одна техника - создание «псевдо-HDR» из одного файла с помощью обработки в специализированной программе, например Topaz Adjust.

В любом случае грамотно склеенные HDR снимки смотрятся очень эффектно и несомненно привлекают внимание зрителей.

Делать обычный снимок, или снимать HDR?

Определить, подходит ли сюжет для HDR, очень просто - достаточно сделать контрольный снимок приглянувшегося пейзажа в творческом режиме, например А, и тут же оценить результат по экранчику. Пересвечено небо и завалены тени на снимке, в то время как на самом деле всё вокруг выглядит потрясающе красивым? Можно смело снимать HDR, этот сюжет как раз наш случай.

Как ни странно, очень красиво выходят штормовые волны с грозовым небом - несмотря на то, что три экспозиции будут кардинально отличаться друг от друга, при склейке в Lightroom 6 можно получить неожиданно драматичный интересный снимок.

Довольно сложно снимать HDR на закате, особенно если на небе красиво подсвеченные облака, часто небо даже прочерчено лучами солнца сквозь тучи, - в этом случае динамический диапазон сцены не настолько широк, техника HDR здесь ни к чему, одиночного кадра RAW вполне достаточно. Лучше сосредоточиться на съёмке и ловить момент, пока солнце не спряталось за горизонт!

Однако и на закате, если с собой есть штатив, всегда имеет смысл сделать парочку серий, ведь можно получить весьма интересные снимки, намеренно затемнив небо и высветлив объекты на переднем плане. К тому же штатив позволит более тщательно продумать ракурс, а также прикрыть диафрагму до значений f/11-16 и интереснее поработать с глубиной резкости.

Сюжеты, которые не подходят для съёмки в стиле HDR:

Портрет . Есть исключения, однако в большинстве случаев портрет следует снимать в портретной технике.
Ночной или вечерний город.
Туман . В теории попробовать поснимать туман в стиле HDR можно, но только с узкой вилкой и как дополнение к обычным снимкам.
Длинная экспозиция с трейсерами или зеркальной водой.
Студийная съёмка и всевозможные предметы.
Репортаж, стрит , хотя стрит - весьма широкое и экспериментальное направление, здесь могут быть варианты.
Динамика , спорт, игры детей, животные, макро.
Пасмурная мрачная дождливая погода с «молочным» небом, в данном случае лучше поискать интересные ракурсы, чаще всего техника HDR не сделает пейзаж более интересным.
Зимний пейзаж . Сюжет спорный, у автора не получилось ни одного интересного зимнего HDR, однако так просто сдаваться и оставлять попытки было бы неверно.

Расширение динамического диапазона, вне всяких сомнений, требует творческого подхода, опыта и желания экспериментировать.

Настройка камеры для съёмки HDR

Практически все цифровые фотокамеры позволяют снимать с брекетингом экспозиции, эта функция имеется не только в зеркальных или беззеркальных камерах, но и во многих компактах, она появилась даже в смартфонах. Мы рассмотрим настройку на примере зеркалок Canon и Nikon. Настройка съёмки с брекетингом довольно сильно отличается в зависимости от производителя камеры и её модели.

В любом случае камеру надо настроить так:

Установить формат RAW и режим приоритета диафрагмы A, или полностью ручной режим М.
Настроить экспозицию, как будто мы снимаем один кадр. Например для пейзажа днём это будут чувствительность ISO 100 и диафрагма F/11, выдержку в режиме A камера выставит сама.
В меню камеры выбрать порядок съёмки экспозиций (минус) - (ноль) - (плюс), так проще потом сортировать серии на компьютере.
Настроить брекетинг - выбрать количество экспозиций и вилку. Новичкам для начала имеет смысл попробовать 3 экспозиции с вилкой ±2 или ±3EV.
Настроить таймер, лучше установить 2 секунды - этого времени вполне достаточно; если же в камере нет выбора из нескольких интервалов, установить какой есть. Если с собой есть спусковой тросик, самое время использовать его.
Построить кадр, выполнить автоматическую фокусировку (или навести фокус вручную), после чего лучше выключить автофокус.
Нажать кнопку спуска затвора, поехали!

Камеры Canon

Зеркальные камеры Canon позволяют снимать одновременно и быстро, и с брекетингом, и с таймером.

Отдельной кнопки включения брекетинга нет, нужно войти в меню и выбрать экспозицию. Далее колесом настроить вилку брекетинга и нажать SET. Внимание! Брекетинг включается именно таким образом, то есть в меню нет никакого пункта наподобие ВКЛ/ВЫКЛ. Камера может запомнить эту установку и будет делать кадры с брекетингом, пока фотограф не установит вилку в ноль.

Таймер включается как обычно: нажатие кнопки DRIVE и поворот колеса позволяют выбрать часики с цифрой 2 или 10. Можно для спуска затвора использовать тросик. Три изображения выше иллюстрируют настройку камеры Canon 5D Mark III.

Камеры Nikon

В зеркалках Nikon есть кнопка BKT, её нужно удерживать нажатой, после чего управляющими колёсиками установить количество экспозиций и вилку (Шаг). Чтобы выключить брекетинг, нужно поставить количество снимков в ноль.

Если использовать автоспуск, то между экспозициями камера будет отсчитывать некую дельту по времени, в результате динамичные объекты могут сдвинуться от экспозиции к экспозиции. Чтобы включить автоспуск, нужно повернуть левое управляющее колесо на значок с часиками (см. фото ниже).

Чтобы снять всю серию как пулемёт, без дельты по времени, надо включить скоростную съёмку (Ch на нижнем управляющем колесе выбора режима драйва, см. фото ниже). Далее удерживать кнопку спуска нажатой - серия готова, но при этом можно запросто сдвинуть камеру, даже укрепленную на штативе. При этом нельзя использовать таймер, так как скоростная съёмка включается тем же колесом, что и таймер автоспуска.

Таким образом, снимать с брекетингом одновременно и быстро, и с таймером на зеркальные камеры Nikon не получится. Скорее всего, в следующих моделях это исправят. На примерах выше изображена настройка Nikon D610.

Снимать со штатива, или с рук?

В данном примере показана съёмка городского HDR-пейзажа. Съёмка велась в режиме брекетинга экспозиции с шагом ±2 EV в режиме приоритета диафрагмы (А). Чтобы добиться хорошей глубины резкости на переднем и заднем плане, была выбрана диафрагма F/10. Для идеального совмещения снимков был использован штатив, так как выдержка минусовой экспозиции оказалось слишком длительной для уверенной съёмки с рук.

-2 EV	0 EV	+2 EV

Арка во дворе дома на Невском проспекте в Санкт-Петербурге была выбрана не случайно - на примере съёмки этого сюжета можно наглядно продемонстрировать возможности технологии HDR. Поскольку съёмка велась в дневное время, улица была освещена очень хорошо, в то время как пространство внутри арки находилось в тени.

Если вести съёмку, замеряя экспозицию по дому на заднем плане, на снимке будут проработаны только участки, находящиеся в области дневного освещения, для проработки светлых и средних тонов внутри арки динамического диапазона камеры явно недостаточно.

Чтобы расширить динамический диапазон, был использован режим брекетинга. На Невском проспекте сильное движение, в один из кадров попал проезжающий мимо автомобиль, к тому же пешеходы не стояли на месте и двигались. Поэтому чтобы добиться идеальной склейки трёх снимков лучше выбирать утренние часы для съёмки, когда движение на проспекте не столь активное, либо положиться на автоматику при склейке HDR, как и было сделано в данном примере.

Многие штативы, например фирмы Manfrotto, оснащены одним или несколькими индикаторами уровня - один на корпусе штатива, другой на штативной головке, что позволит очень ровно выставить горизонт.

Конечно, технология HDR подразумевает съёмку со штатива, однако если использовать штатив невозможно, допустимо снимать с рук, тем более днём. Здесь будет полезен стабилизатор изображений, а также хороший упор, например колонна, перила, собственная коленка или другие приёмы. Однако нужно внимательно следить за чувствительностью ISO и не устанавливать высокие значения, так как при склейке трёх «шумных» кадров ничего хорошего не получится.

Сколько снимать экспозиций?

Новичкам можно смело посоветовать на первых порах выбирать классический вариант HDR с тремя экспозициями и вилкой ±2 EV или ±3 EV в зависимости от сюжета или ситуации освещения.

Профессиональные фотографы, которые специализируются на съёмке интерьеров, говорят о 9 экспозициях, что позволяет им проработать максимум деталей в светах, тенях и средних тонах. Профессиональные камеры запросто позволяют снимать 9 экспозиций, к тому же фотограф может снять серию кадров в режиме М, просто изменяя выдержку, чтобы получить нужное ему количество экспозиций. Этот приём годится для неспешной съёмки внутри помещений, когда никто не мешает и есть достаточно времени. К тому же на ответственную съёмку фотограф берёт с собой компьютер, на котором можно тут же проверить результат склейки и внести коррективы в случае необходимости.

Классический пример, с тремя экспозициями, потому и классический, что подойдёт для большинства ситуаций съёмки:

-2 EV	0 EV	+2 EV

Пять экспозиций создадут ещё более широкий динамический диапазон, что позволит более интересно обработать фотографию при склейке, очень тонко проработав детали в светах и тенях. В теории можно всегда делать 5 экспозиций, однако, во-первых, и трёх экспозиций чаще всего вполне достаточно, а, во-вторых, с тремя работать быстрее и удобнее.

-1,4	-0,7	0	+0,7	+1,4

Сюжет выше снят в Павловске на камеру Sony a7, которая может автоматически снимать в серии 5 экспозиций. Склейка в программе HDR Efex Pro.

Также 5 экспозиций могут быть полезными, если есть много деталей в глубоких тенях, в средних тонах и светах, как в примере с каменным мостиком в лесу. Здесь вообще не видно неба с облаками, однако летний день был очень ярким, а тени в лесной чаще глубокими, и склейка HDR из пяти кадров позволила проработать все полутона и получить изображение, очень похожее на то, как бы мы видели этот сюжет своими глазами.

Этот сюжет снят в парке Сергиевка (Петергоф, пригород Санкт-Петербурга) на камеру Canon 5D Mark II, которая не умеет автоматически снимать 5 экспозиций в серии, поэтому различные экспозиции получены в режиме М путём смены выдержки. В данном случае фокусное расстояние 17 мм, ISO 100, F/10 и выдержка слева направо: 1/25, 1/13, 1/6, 0,3 и 0,5 секунды. Склейка в Lightroom 6.

Теперь обратите внимание на зимнюю фотографию этого же мостика. Съёмка велась в том же месте на то же самое оборудование, однако зимнее настроение передать не получилось, снимок не интересный. Очевидно, что техника HDR здесь совершенно ни к чему, можно было сделать просто один кадр в формате RAW.

-2 EV	0 EV	+2 EV

Как выбрать вилку экспозиции?

Прежде всего имеет смысл оценить контрастность сцены, возможно, сделать пару тестовых кадров, чтобы визуально оценить провалы в светах и тенях. На практике чаще всего приходится выбирать между ±2 и ±3 EV. Аббревиатура EV, кстати, означает Exposure Values, значения экспозиции, на жаргоне «стопы».

Если мы установили штатив и настроили камеру, лучше всего сделать две серии - и с вилкой ±2, и ±3 EV, и уже дома при обработке снимков выбрать наилучший вариант, ведь всегда хорошо, когда есть выбор. Вполне может оказаться, что какой-то сюжет лучше склеится из фотографий, снятых с более широкой вилкой, какой-то - из серии с более узкой.

Профессионалы из фирмы HDRsoft рекомендуют всегда использовать минимальное значение ISO и вилку ±2 EV. Из опыта съёмки HDR можно сказать, что первое утверждение сомнению не подлежит, в то время как в случае с вилкой возможны различные варианты и есть огромный простор для творчества.

Вилка ±3 EV

-3 EV	0 EV	+3 EV

Максимальную вилку ±3 EV стоит выбирать для высококонтрастных сюжетов, чтобы хорошо проработать и мелкие детали в тенях, и в светах. В данном примере такая широкая вилка совершенно лишняя, можно было вполне обойтись ±2 EV. Такие настройки выбраны намеренно для демонстрации проработки полутонов.

Вилка ±2 EV

-2 EV	0 EV	+2 EV

Вилку ±2 EV можно смело выбирать для съёмки любых пейзажей в любое время года. Во многих камерах можно установить не только целые значения, но и промежуточные между 2 и 3, таким образом подобрав идеальные настройки для каждого конкретного сюжета, основываясь на личном опыте и интуиции.

Вилка ±1 EV

-1 EV	0 EV	+1 EV

Вилка ±1 EV в случае с HDR практически не имеет смысла - такого же эффекта можно легко достичь в графическом редакторе при обработке RAW, так как в пределах ±1 EV можно запросто обрабатывать любую фотографию практически без потерь. Этот вариант пригодится, если нет уверенности в точном выборе экспопары, а детали проработать хочется.

Программы для склейки снимков HDR

Adobe Ligthroom 6

Инструмент склейки HDR появился только в 6-й версии этого замечательного RAW-конвертера, пользователи его долго и терпеливо ждали. На самом деле, с появлением в Lightroom возможности склейки панорам и HDR, потребность в Photoshop для обработки фотографий практически сведена на нет.

Диалоговое окно простое и понятное, ничего лишнего, никаких настроек. На выходе программа создаст склеенный файл в формате DNG (это сырой формат данных, разработанный компанией Adobe). Файл будет лежать в ленте миниатюр рядом с исходными экспозициями.

Когда следует обрабатывать фото - до склейки, или после? Инженеры Adobe советуют обрабатывать после склейки, так как вся информация из всех экспозиций будет содержаться в склеенном DNG, и у нас будут широчайшие возможности для тональной обработки любого участка фотографии - как в тенях, так и в светах или средних тонах. Профиль исправления оптических искажений также можно подключить уже после склейки, то же касается правки горизонта и кропа. Разумеется, любые обработки будут недеструктивны, можно вернуться к склеенному оригиналу в любой момент.

Преимущества

Пожалуй, лучший инструмент склейки HDR на сегодняшний день.
Простой и понятный интерфейс, ничего лишнего.
В диалоговом окне можно посмотреть в виде маски объекты, которые будет обработаны инструментом борьбы со самазом.
Будет прост и понятен для новичков.

Недостатки

Довольно сложно как-то влиять на работу алгоритма борьбы со смазом.
В некоторых местах фотографии появляются артефакты в виде полос или шума, вероятнее всего, вследствие работы этого самого алгоритма борьбы со смазом.

Adobe Photoshop CC

MacOS, Windows, подписка 300 рублей в месяц

Инструмент Merge to HDR программы Photoshop CC, который приведен на экраннике ниже, появился давно, в предыдущих версиях программы, и долгое время служил верой и правдой, он и сегодня работает, однако с выходом Lightroom версии 6 его функционал сильно проигрывает.

Особенность инструмента в том, что все обработки приходится делать в двух местах - сперва в диалоговом окне склейки, после чего дорабатывать фото до перевода из 16 в 8 бит на канал.

Преимущества

Возможность выбора экспозиции, на основе которой программа будет бороться со смазом, изменения отображаются на картинке в реальном времени.
Прекрасный алгоритм склейки HDR, который позволяет получать профессиональный результат.

Недостатки

Мало инструментов тональной обработки в диалоговом окне программы.
Необходимость дополнительной обработки до перевода из 16 в 8 бит на канал, например с помощью кривых.
Необходимы навыки работы с кривыми Photoshop.

HDR Efex Pro 2

MacOS и Windows, цена 5490 рублей за комплект программ.

HDR Efex Pro - это плагин, он является одним из нескольких плагинов в комплекте, который называется NIK Collection. Разработкой занимается компания NIK Software, эта компания с недавнего времени приобретена Google.

Преимущества

Большая коллекция готовых пресетов. Импорт пресетов, создание пользовательских.
Большое количество тональных настроек склейки HDR.
Приятный простой интерфейс.
Плагин для многих программ: Photoshop/Bridge, Lightroom, Apple Aperture.
Работа с «умными фильтрами» - возможно использовать Smart Filters программы Photoshop.
Локальные корректировки.
Прекрасно подойдёт новичкам для первых шагов в склейке HDR.

Недостатки

Неуверенная работа с однотонным участком неба, на котором нет облаков - этот участок практически наверняка получится в виде тёмного пятна.
Готовые пресеты зачастую делают слишком грубую картинку, слишком явно выраженный эффект HDR.
Не всегда удачная работа алгоритма борьбы со смазом объектов при склейке.

Oloneo PhotoEngine

Только для Windows, цена 150$.

Преимущества

Быстрая работа, все корректировки делаются практически в реальном времени, никаких тормозов.
Расширенная работа с цветом.
Программа работает как в качестве плагина для Lightroom, так и как самостоятельное приложение.
Наряду с традиционной склейкой HDR в программе есть уникальная технология HDR Re-light, которая позволяет соединить несколько фото, снятых не с различной экспозицией, а с разной подсветкой.

Недостатки

Удручающая работа алгоритма борьбы со смазом объектов при склейке, по сути его в программе просто нет.
Приложение выпускается только для Windows.
Программа довольно сложна для начинающих фотолюбителей.

Photomatix Pro 5.05

MacOS и Windows, цена примерно 100$

Эту программу можно смело назвать пионером в работе с HDR, ведь компания HDRSoft sari выпустила первое коммерческое приложение ещё в 2003 году. Кстати, интерфейс программы почти не изменился с тех пор, он выполнен в стиле ранних версий Windows и вызывает улыбку и ностальгию, однако при этом он весьма удобный и простой. Другое дело - принцип работы в программе. Наверное, Photomatix Pro - одна из самых глубоких программ с точки зрения тонких пользовательских настроек, и, несмотря на простоту интерфейса, разобраться в ней непросто. Новичкам нужно в обязательном порядке посмотреть несколько обучающих видео, которые представлены на сайте компании или на YouTube.

Преимущества

Огромное количество настроек склейки, включая различные алгоритмы и методы.
Настройки работают тонко, можно очень и очень точно проработать нужный параметр, например микроконтраст, детали в тенях и так далее.
Два алгоритма работы (Exposure Fusion или HDR Tone Mapping) на выбор.
Программа работает как самостоятельное приложение, а может использоваться в качестве плагина для Lightroom/ Photoshop Elements.
Наличие интересных готовых пресетов.
Возможность пакетной обработки нескольких серий.

Недостатки

Алгоритм борьбы со смазом объектов при склейке работает не всегда удачно.
Программа очень сложна для начинающих фотолюбителей.

HDR Expose 3

MacOS и Windows, цена примерно 120$.

Разработка компании Unified Color, выпускается как в виде самостоятельного приложения, так и плагина для Lightroom, Photoshop и Apple Aperture.

Преимущества

Возможность пакетной обработки файлов.
Возможность пакетной склейки HDR-панорамы.
Шустрая работа.
Возможно выбрать кадр, на основе которого программа будет бороться со смазом.
Отличный алгоритм борьбы со смазом, на всех тестовых кадрах он отработал отлично.
Большое количество регулировок настойки склейки, движки работают аккуратно, позволяя тонко настроить нужные параметры.
Наличие версии как для Windows, так и для MacOS.
Наличие как продвинутой версии (HDR Expose), так и версии с урезанным функционалом (HDR Express), разница составляет 40$.
Программу можно порекомендовать новичкам, разобраться в ней не сложно.

Недостатки

Не всегда удобный интерфейс, по крайней мере, в версии для MacOS, - некоторые надписи налезают друг на друга.
Небольшое количество готовых пресетов обработки.

Luminance HDR

Linux, MacOS, Windows, бесплатно.

Эту программу стоит упомянуть по той причине, что она, наверное, одна из немногих, разработанных для всех трёх платформ и является наиболее популярной программой склейки HDR в операционной системе Linux. Вопрос выбора операционной системы выходит за рамки данного исследования, однако на примере программы Luminance HDR можно наглядно продемонстрировать, почему фотографы, да и вообще творческие люди предпочитают MacOS или Windows.

Интерфейс, функционал и в целом принципы работы в программе Luminance HDR сильно отличаются от конкурентов, здесь не получится работать методом «научного тыка», просто перебирая различные настройки на свой вкус. В программе есть алгоритмы борьбы со смазом, которые проверить в деле, однако, не получилось - программа упала.

Преимущества

Самая популярная программа для склейки HDR в операционной системе Linux.
Большое количество настроек тоновой коррекции.
Несколько различных алгоритмов склейки.

Недостатки

Весьма неспешная работа (тест проводится на офисном ноутбуке средней ценовой категории, система Ubuntu 15.04). Говоря проще, программа тормозит.
Результат смены параметров не отображается на фото в реальном времени, нужно нажать кнопку Tonemap и ждать.
Пошаговый алгоритм работы. Другими словами, не получится управлять методом борьбы со смазом в диалоговом окне склейки HDR, эту функцию можно включить только перед склейкой, на предыдущем шаге, на этапе выбора фотографий.
Сложные принципы работы, в которых даже бывалым пользователям не разобраться без описания или инструкции.
Неудобный запутанный интерфейс.
Новичкам эту программу можно порекомендовать, если есть задача работать исключительно под Linux, а также в качестве неплохой головоломки.
При попытке включить выравнивание объектов и функцию борьбы со смазом программа думала минут 15 и упала.

При работе с программой Luminance HDR постоянно возникало желание прекратить мучения и запустить Lightroom 6, в которой те же операции можно сделать на порядок быстрее, в несколько раз удобнее удобнее и с более предсказуемым результатом.

DSLR Remote Pro

Говоря про программы для склейки HDR, нельзя не сказать о программе DSLR Remote Pro, которая позволяет управлять камерой с компьютера. При прочих несомненных достоинствах программа позволяет автоматически снимать с брекетингом до 15 кадров в серии. Мало того, она совместима с упомянутой выше программой Photomatix Pro, в связке с которой может и автоматически создавать HDR изображения. Разумеется, Photomatix Pro необходимо приобрести независимо от DSLR Remote Pro и установить её на компьютер.

В рамках данного исследования нет смысла углублённо рассматривать DSLR Remote Pro; несколько лет назад я написал большой обзор этой программы , это весьма интересный и уникальный в своём роде продукт. Всем интересующимся рекомендую посетить сайт компании Breeze Systems, выяснить совместимость программы со своей фотокамерой и попробовать демо-версию в деле.

Обработка одного фото, или создание «псевдо-HDR»

Почти все без исключения программы по созданию HDR-изображений, наряду со своей прямой функцией, предлагают ещё и функцию создания так называемого «псевдо-HDR» изображения. Суть данного метода в том, что программа позволяет пользователю, у которого нет серии HDR-снимков, создать эффект фото с расширенным динамическим диапазоном из одной фотографии.

Самый распространенный пример - съёмка в серую пасмурную погоду, съёмка из-под арки и так далее. Небо в таком случае почти наверняка окажется цвета молока, а передний план тёмным. Разумеется, грамотная съёмка со штативом серии снимков с последующей склейкой спасла бы ситуацию, однако зачастую нам просто не хватает времени, терпения и усидчивости заниматься подобными вещами. Группа туристов уходит, друзья зовут не отставать, шашлык стынет, да и компаньонов по прогулке чаще всего сильно раздражает спутник, который постоянно возится со своим штативом, не правда ли? Наверняка многие чувствовали подобное на себе, и не раз…

Здесь уместно ещё раз отметить, что съёмка в формате RAW нужна именно для последующей обработки снимков. Также имеет значение размер и разрешение матрицы фотокамеры, полнокадровые современные матрицы выдают очень широкий динамический диапазон, зачастую позволяя «тянуть» света и тени весьма в широких пределах.

HDR Efex Pro 2

Цена 5490 рублей на комплект программ.

Основным назначением плагина, конечно, является склейка HDR из нескольких экспозиций, однако можно обрабатывать и одиночное фото.

На скриншоте выше показан пример отображения на экране одновременно двух состояний фотографии - было/стало, что в случае склейки традиционного HDR не имеет смысла, так как состояния «было» не существует. Можно выбрать один из готовых пресетов и доработать его.

Topaz Adjust 5

MacOS и Windows, цена 50$.

Пожалуй, самый эффектный плагин известной софтверной компании. Выпускается для Windows и MacOS и может быть приобретён как отдельно, так и в составе целого пакета плагинов.

Основное преимущество плагина - огромное количество готовых пресетов, отсортированных по тематике обработки, можно сказать, на все случаи жизни. Выбрав пресет, можно тут же доработать его действие движками-регуляторами. Особых чудес ждать от плагина не следует, однако возможности обработки поражают. Недостатком можно назвать тот факт, что эффект HDR в большинстве готовых пресетов слишком сильный, преувеличенный, обработка сразу бросается в глаза.

HDR панорама

Мы часто снимаем и широкие панорамы, и захватывающие дух HDR, однако что будет, если соединить эти две техники? Правильно, получится красивая панорамная фотография с широким динамическим диапазоном, то есть хорошо проработанными деталями в тенях, средних тонах и светах. Снимать такие сюжеты сложно, так как нужно одновременно использовать свой опыт съёмки в двух различных техниках.

Здесь на помощь придёт классический подход - снимать панораму из трёх серий по три экспозиции каждого кадра с вилкой ±2 или ±3 EV, по ситуации освещённости сюжета. Можно делать серий и больше, однако потом с таким огромным количеством снимков очень сложно работать, вдобавок мгновенно съедается место на жёстком диске, компьютер тормозит, нервы на пределе, а результат непредсказуем.

Вторым сложным моментом является наличие динамичных объектов в кадре. И если снимать панораму из 5 кадров HDR, каждый из которых склеен из трёх, то в итоге получится 15 кадров, в каждом из которых двигаются ветки деревьев, ездят автомобили, ходят люди. И запросто может возникнуть ситуация, при которой один и тот же объект может оказаться во всех пяти кадрах в разных местах. В данном случае можно либо положиться на программу склейки, либо аккуратно работать штампом в каждом снимке. В примере ниже можно заметить, что человек двигался и менял позу, однако Lightroom 6 справилась с этой задачей.

В примере представлена панорама, склеенная из 5 HDR фотографий, которые в свою очередь склеены из 3 экспозиций каждая. Lightroom 6.

Автоматические методы съёмки HDR

Многие современные камеры позволяют снимать и клеить HDR автоматически. Камера в этом режиме как правило сделает серию кадров, после чего сама склеит финальный HDR. В подавляющем большинстве случаев съёмку нужно вести в формате JPEG, и на выходе мы также получим готовый JPEG, который «пересклеить» уже не выйдет.

Некоторые камеры позволяют наряду со склеенным JPEG записать на карту памяти ещё и исходные экспозиции, которые можно дома попытаться по-своему склеить на компьютере. Поддерживает ли та или иная камера эту функцию, нужно смотреть в инструкции или внимательно читать обзоры, в спецификациях как правило такие тонкости не отражены.

Например, камера Pentax k3 делает иначе - она склеивает три экспозиции в один файл в формате RAW (DNG), объём которого приближается к 100 мегабайтам. Сырой формат и большой объём данных позволит при желании редактировать снимок в очень широких пределах. Мало того, фирменная утилита Digital Camera Utility способна извлечь из этого файла отдельные экспозиции, после чего фотограф сможет «пересклеить» их заново, применяя другие алгоритмы, нежели применяла фотокамера. Разумеется, проверить в деле данный функционал, не имея в руках самой камеры, невозможно, остаётся поверить на слово .

Активный D-Lightning

Это фишка всех современных зеркалок Nikon. Особого драматизма на фото не видно, а при обработке RAW в графическом редакторе можно легко достичь более интересных результатов. Шесть изображений ниже сняты на камеру Nikon D610.

ADL AUTO	ADL умеренный	ADL нормальный


ADL усиленный	ADL сверхусиленный	ADL Выкл.

И ещё странный момент: на сырой файл эта функция влияния не оказывает, только на JPEG. Вернее, не совсем так: при открытии NEF в программе от Nikon, Capture NX-D, информация про Активный D-Lightning будет прочитана, и файл отобразится согласно заданным установкам этого параметра. Если же работать с данным NEF в любом другом редакторе, смысла пользоваться этой функцией нет, лучше её отключить, чтобы не расходовать зря энергию.

HDR

Во многих камерах есть автоматический режим склейки HDR, он включается в меню и работает только при съёмке в JPEG, - камера сама снимет серию из нескольких кадров и склеит готовый файл. В камерах Nikon, чтобы камера запомнила факт включения этого режима, нужно установить «серия», иначе перед каждым следующим снимком в стиле HDR эту функцию придётся заново активировать в меню.

Extra High	High	Normal	Low	OFF

Можно настроить вилку (в меню это называется «Диффер-я экспозиции») и жесткость обработки (это почему-то называется «Смягчение»). Как показывает практика, особых чудес от съёмки в этом режиме ждать не следует.

Спецэффекты

Специальный сюжетный режим или спецэффект позволит делать снимки в стиле HDR, однако они вряд ли могут быть интересны, кроме как для прикола.Подобный спецэффект может называться наподобие «HDR живопись».

Nikon D5300	Sony a5000

Съёмка в автоматическом режиме поможет начинающему фотографу при выборе ракурса съёмки, а также позволит быстро принять решение - стоит ли вообще снимать выбранный сюжет с брекетингом экспозиции. Увидев интересный ракурс, можно быстро снять пример, глянуть на экранчик, и если результат окажется интересным, расставить штатив и сделать серию не торопясь и вдумчиво.

Мультиэкспозиция

Данная техника уходит корнями в плёночные времена, вероятнее всего, кто-то однажды забыл перевести кадр и получил интересный художественный результат, когда одно изображение наложилось на другое.

При съёмке на плёнку фотограф мог сделать первый кадр в одном месте, после чего не переводить плёнку и сделать второй кадр на это же место плёнки, находясь в другом городе хоть через неделю или месяц, и так нужное ему число раз. Конечно, результат можно увидеть только при проявке этой плёнки.

Большинство современных зеркалок Nikon, например D7200, Df или D610, умеют снимать кадры в стиле мультиэкспозиции. Доступно наложение 2 или 3 кадров (в Nikon DF - до 10 кадров), при этом можно снимать в RAW. По умолчанию максимальное время между экспозициями составляет 30 секунд, это время можно увеличить с помощью пользовательской настройки. Так же, как и для HDR, в меню можно выставить Вкл. (серия) или Вкл. (один снимок) - в первом случае камера снимет одну мультиэкспозицию, и можно приступить к съёмке следующей, в то время как во втором случае после съёмки одной мультиэкспозиции камера сама переведет эту установку в режим Выкл.

Есть ещё такой параметр, как «Автоусиление». Этот параметр нужно настроить на свой вкус, инструкция не даёт никаких конкретных рекомендаций на этот счёт, за исключением того, что предлагает отключить автоусиление, если фон тёмный.

Съёмка в стиле мультиэкспозиции - непростая творческая задача. Если в случае с HDR можно хотя бы примерно представить себе, как будет выглядеть будущий кадр (например мысленно затемнить небо и высветлить тени на земле), при съёмке Time Lapse можно мысленно ускорить движение облаков на небе или течение каких-либо событий, то в случае мультиэкспозиции представить себе будущий кадр неимоверно сложно.

Всем интересующимся мультиэкспозицией можно порекомендовать изучить работы

16 ноября 2009 года

Видеокамеры с широким динамическим диапазоном

Видеокамеры с широким динамическим диапазоном (WDR) предназначены для обеспечения качественного изображения при встречной засветке и наличии в кадре как очень ярких, так и очень темных областей и деталей. При этом яркие области не насыщаются, а темные не отображаются слишком темными. Такие камеры обычно рекомендуются для организации наблюдения за объектом, находящимся напротив окон, в освещенном сзади проеме двери или ворот, а также при большом контрасте объектов.

Динамический диапазон видеокамеры обычно определяется как отношение самого яркого фрагмента изображения к самому темному фрагменту того же самого изображения, то есть в пределах одного кадра. Это отношение по-другому называется максимальным контрастом изображения.

Проблема динамического диапазона

К сожалению, реальный динамический диапазон видеокамер строго ограничен. Он существенно у"же динамического диапазона большинства реальных объектов, ландшафтов и даже сцен кино и фотографии. Кроме того, условия применения видеокамер наблюдения в части освещения зачастую далеки от оптимальных. Так, интересующие нас объекты могут быть расположены на фоне ярко освещенных стен и предметов или встречного (контро-вого) света. В этом случае объекты или их детали на изображении будут слишком темными, так как видеокамера автоматически адаптируется к высокой средней яркости кадра. В некоторых ситуациях на наблюдаемой "картинке" могут иметь место яркие пятна со слишком большими градациями яркости, которые трудно передаются стандартными камерами. Например, обычная улица при солнечном освещении и с тенями от домов имеет контраст от 300:1 до 500:1, для темных пролетов арок или ворот с освещенным солнцем фоном контраст достигает 10 000:1, внутренность темной комнаты против окон имеет контраст до 100 000:1.

Ширина результирующего динамического диапазона ограничивается несколькими факторами: диапазонами самого датчика (фотоприемника), обрабатывающего процессора (DSP) и дисплея (видеоконтрольного устройства). Типовые CCD (ПЗС-матрицы) имеют максимальный контраст не более 1000:1 (60 дБ) по интенсивности. Самый темный сигнал ограничен тепловым шумом или "темновым током" датчика. Самый яркий сигнал ограничен суммой заряда, который может быть накоплен в отдельном пикселе. Обычно CCD построены так, что этот заряд составляет приблизительно 1000 темновых зарядов, обусловленных температурой CCD.

Динамический диапазон может быть существенно увеличен для специального применения камер, например для научных или астрономических исследований, путем охлаждения CCD и применения специальных систем считывания и обработки. Однако такие методы, будучи очень дорогими, не могут использоваться широко.

Как указывалось выше, множество задач требует размера динамического диапазона 65-75 дБ (1:1800-1:5600), поэтому при отображении сцены даже с диапазоном в 60 дБ детали в темных областях потеряются в шуме, а детали в ярких областях — из-за насыщения, либо диапазон будет обрезан сразу с двух сторон. Системы считывания, аналоговые усилители и аналого-цифровые преобразователи (АЦП) для видеосигнала в режиме реального времени ограничивают сигнал CCD до динамического диапазона в 8 бит (48 дБ). Такой диапазон может быть расширен до 10-14 бит за счет использования соответствующих АЦП и обработки аналогового сигнала. Однако зачастую это решение оказывается непрактичным.

Другой альтернативный тип схемы использует нелинейное преобразование в виде логарифмической функции или ее аппроксимации для сжатия 60 дБ выходного сигнала CCD до диапазона в 8 бит. Обычно такие методы подавляют детали изображения.

Последний (указанный выше) фактор ограничения — вывод картинки на дисплей. Динамический диапазон для нормального CRT-монитора, работающего в освещенной комнате, составляет около 100 (40 дБ). LCD-монитор еще более "ограничен". Сигнал, сформированный видеотрактом и даже ограниченный до контраста 1:200, будет уменьшен в динамическом диапазоне при показе. Чтобы оптимизировать показ, пользователь часто должен регулировать контраст и яркость монитора. И если он хочет получить изображение с максимальным контрастом, придется пожертвовать частью динамического диапазона.

Типовые решения

Имеются два основных технологических решения, которые используются, чтобы обеспечить видеокамеры расширенным динамическим диапазоном:

множественное отображение кадра — видеокамера захватывает несколько полных изображений или его отдельных областей. При этом каждая "картинка" отображает различную область динамического диапазона. После чего камера объединяет эти различные изображения, чтобы воспроизвести единое изображение с расширенным динамическим диапазоном (WDR);
использование нелинейных, обычно логарифмических, датчиков — в этом случае степень чувствительности при различных уровнях освещения различна, что позволяет обеспечить широкий динамический диапазон яркости изображения в одном кадре.

Применяются разные комбинации этих двух технологий, но наиболее распространенная — первая.

Для получения одного оптимального изображения из нескольких используется 2 метода:

параллельное отображение двумя или более датчиками изображения, сформированного общей оптической системой. В этом случае каждый датчик захватывает различную часть динамического диапазона сцены за счет различного времени экспонирования (накопления), различного оптического ослабления в индивидуальном оптическом тракте или за счет использования датчиков различной чувствительности;
последовательное отображение изображения единственным датчиком с различными временами экспонирования (накопления). В крайнем случае производится по крайней мере два отображения: одно с максимальным, а другое — с более коротким временем накопления.

Последовательное отображение, как наиболее простое решение, обычно используется в промышленности. Длительное накопление обеспечивает видимость наиболее темных частей объекта, однако самые яркие фрагменты могут не прорабатываться и даже приводить к насыщению фотоприемника. Картинка, получаемая с малым накоплением, адекватно отображает светлые фрагменты изображения, не прорабатывая темные области, находящиеся на уровне шума. Сигнальный процессор изображения камеры объединяет обе картинки, беря яркие части от "короткой", а темные части от "длительной" картинки. Алгоритм комбинации, позволяющий создавать гладкое изображение без шва, достаточно сложен, и мы не будем здесь его касаться.

Первыми представила концепцию объединения двух цифровых изображений, полученных при разном времени накопления, в единое изображение с широким динамическим диапазоном группа разработчиков во главе с профессором И.И. Зиви из компании "Tech-nion", Израиль. В 1988 г. концепция была запатентована ("Камера широкого динамического диапазона" Y.Y. Zeevi, R. Ginosar и O. Hilsenrath), а в 1993 г. ее применили при создании коммерческой медицинской видеокамеры.

Современные технические решения

В современных камерах для расширения динамического диапазона на основе получения двух изображений в основном применяются матрицы Sony двойного сканирования (Double Scan CCD) ICX 212 (NTSC), ICX213 (PAL) и специальные процессоры для обработки изображения, например SS-2WD или SS-3WD. Примечательно, что такие матрицы невозможно обнаружить в ассортименте SONY и не все производители указывают на их использование. На рис. 1 схематически представлен принцип двойного накопления. Время указано по формату NTSC.

Из диаграмм видно, что если типовая камера накапливает поле 1/60 с (PAL-1/50 с), то камера WDR составляет поле из двух изображений, полученных путем накопления, за 1/120 с (PAL-1/100 с) для мало освещенных деталей и за период от 1/120 до 1/4000 с для сильно освещенных деталей. На фото 1 представлены кадры с разным экспонированием и результат суммирования (обработки) режима WDR.

Эта технология позволяет "довести" динамический диапазон до 60-65 дБ. К сожалению, числовые значения WDR, как правило, приводятся только производителями верхней ценовой категории, остальные же ограничиваются информацией о наличии функции. Имеющаяся регулировка градуирована обычно в относительных единицах. На фото 2 представлен пример сравнительной отработки типовой и камерой WDR встречного света от стеклянной витрины и дверей. Встречаются модели телекамер, в документации на которые указано, что они работают в режиме WDR, но нет упоминания о требуемой специальной элементной базе. В этом случае, естественно, может возникать вопрос, является ли заявленный режим WDR таким, каким мы ожидаем? Вопрос справедлив, поскольку даже в сотовых телефонах уже применяется режим авторегулирования яркости изображения встроенного фотоаппарата, называемый WDR. С другой стороны, встречаются модели с заявленным режимом расширения динамического диапазона, названным как Easy Wide-D или EDR, которые работают с типовыми CCD. Если в данном случае указывается величина расширения, то она не превышает 20-26 дБ. Одним из способов расширения динамического диапазона является применяемая сейчас компанией Panasonic технология Super Dinamic III. Она также основана на двойном экспонировании кадра за 1/60 с (1/50С-PAL) и 1/8000 с (с последующим анализом гистограмм, разделением картинки на четыре варианта с различной гамма-коррекцией и их интеллектуальным суммированием в DSP). На рис. 2 представлена обобщенная структура этой технологии. Подобная система расширяет динамический диапазон до 128 раз (на 42 дБ).

Наиболее перспективной технологией расширения динамического диапазона телекамеры на сегодня является технология Digital Pixel System™ (DPS), разработанная в Стен-фордском университете в 1990-х гг. и запатентованная компанией PIXIM Inc. Основным нововведением для DPS является использование AЦП для переведения величины фотозаряда в ее цифровое значение непосредственно в каждом пикселе сенсора. CMOS(КМОП)-матрицы сенсора препятствуют ухудшению качества сигнала, что увеличивает общее отношение сигнал/шум. Технология DPS позволяет вести обработку сигнала в режиме реального времени.

Технология PIXIM использует метод, известный как мультисемплинг (многократная выборка), что позволяет сформировать изображение высочайшего качества и обеспечить широкий динамический диапазон преобразователя (свет/сигнал). В технологии PIXIM DPS используется пятиуровневый мультисемплинг, это позволяет получать сигнал от сенсора с одним из пяти значений экспозиции. Во время экспонирования производится измерение величины освещенности каждого пикселя кадра (для стандартного видеосигнала — 50 раз в секунду). Система обработки изображения определяет оптимальное время экспонирования и сохраняет полученное значение до того, как произойдет перенасыщение пикселя и прекратится дальнейшее накопление заряда. Рис. 3 поясняет принцип адаптивного накопления. Значение светлого пикселя сохранено при времени экспонирования Т3 (перед насыщением пикселя на 100%). Темный пиксель накапливал заряд более медленно, что требовало дополнительного времени, его значение сохранено при времени Т6. Сохраненные значения (интенсивность, время, уровень шума), измеренные в каждом пикселе, одновременно обрабатываются и преобразуются в высококачественное изображение. Поскольку у каждого пикселя есть свой встроенный АЦП и параметры освещенности измерены и обработаны независимо, то каждый пиксель в действительности действует как отдельная камера.

Системы формирования изображения PIXIM, основанные на технологии DPS, состоят из цифрового сенсора изображения и процессора обработки изображения. В современных цифровых сенсорах используется квантование в 14 и даже в 17 бит. Относительно невысокая чувствительность, как основной недостаток CMOS-технологии, характерна и для DPS. Типовая чувствительность камер этой технологии ~1 лк. Типовое значение отношения сигнал/шум для формата 1/3" составляет 48-50 дБ. Заявляемый максимальный динамический диапазон — до 120 дБ с типовым значением 90-95 дБ. Возможность регулирования времени накопления для каждого пикселя матрицы сенсора позволяет при формировании изображения использовать такой уникальный метод обработки сигнала, как метод выравнивания локальных гистограмм, позволяющий резко повысить информативность изображения. Технология позволяет полностью компенсировать засветку фона, выделить детали, оценить пространственное положение объектов и деталей, находящихся не только на переднем, но и на заднем плане изображения. На фото 3, 4 и 5 приведены кадры, полученные типовой CCD-камерой и камерой PIXIM.

Практика

Итак, можно сделать вывод о том, что сегодня при необходимости вести видеонаблюдение в сложных условиях высококонтрастного освещения можно подобрать телекамеру, достаточно адекватно передающую весь диапазон яркости объектов. Для этого наиболее предпочтительно использование видеокамер с технологией PIXIM. Довольно хорошие результаты обеспечивают системы на основе двойного сканирования. Как компромисс можно рассматривать дешевые телекамеры на основе типовых матриц и электронных систем EWD и многозонной BLC. Естественно, желательно использовать оборудование с оговоренными величинами характеристик, а не только с упоминанием наличия того или иного режима. К сожалению, на практике результаты работы конкретных моделей не всегда соответствуют ожиданиям и рекламным заявлениям. Но это тема для отдельного разговора.