HDR или ХДР по-русски

Страница: 1

Сообщений 1 страница 6 из 6

Поделиться12007-11-25 20:21:28

Автор: admin
Администратор
Зарегистрирован: 2007-11-15
Приглашений: 0
Сообщений: 140
Провел на форуме:
1 день 5 часов
Последний визит:
2008-01-30 13:29:32

(c) Yahaa
Пишет некто «мамалайский» (в подполье) ( seycom) с некоторыми моими (Yahaa) правками (есть у дядьки неточности).
Одно из главных преимуществ плёнки перед "цифрой" - более широкий динамический диапазон (фотографическая широта). Здесь я расскажу о том, как увеличить динамический диапазон цифрового снимка.

Что такое динамический диапазон?

Не вдаваясь в технические детали, объясню на пальцах. Представьте себе полутемную комнату и солнечный день за окном. Глазами мы отлично видим и все предметы в комнате, и пейзаж за окном - деревья, небо, дома напротив... Но если сфотографировать комнату и окно в этой комнате, то мы получим два варианта: либо хорошо проработанные детали в комнате и дико пересвеченное окно (белый квадрат), либо черную комнату с силуэтами предметов и красивый город за окном. Другой пример - пейзаж. Выбеленное небо и проработанный ландшафт или проработанное небо и темный, недосвеченный пейзаж (не всегда в сумке оказывается градиентный фильтр или поляризатор). Или лицо человека с выбеленным бликом на скуле с одной стороны и слишком темное с другой. Это - ограничения динамического диапазона светочувствительного материала (например, матрицы). Динамический диапазон - это диапазон между темными тонами, которые, начиная с какого-то тона, на снимке уже превращаются в черное, и светлыми тонами, которые превращаются в белое. Грубо говоря, применительно к цифровой фотографии, это то, что влезает в гистограмму. Динамический диапазон глаза шире, чем подавляющее большинство фотоматериалов.
У сканеров, мониторов (!), принтеров, печатных машин в фотолабе и у фотобумаги тоже есть свой динамический диапазон, и обычно он ниже, чем динамический диапазон фотоматериала в фотоаппарате (даже цифровой матрицы).

Зачем его увеличивать?

- в некоторых (например, вышеописанных) случаях это необходимо
- снимки с широким динамическим диапазоном во многих случаях выглядят гораздо естественнее
- большие возможности и запас качества для последующей художественной обработки кадра

Термины

LDR файл и HDR файл

Low Dynamic Range (маленький, низкий динамический диапазон)
Обыкновенные цифровые фотографии.

High Dynamic Range (большой, высокий динамический диапазон)
Файл изображения с высоким динамическим диапазоном.
Динамический диапазон HDR файла существенно выше динамического диапазона монитора, поэтому на мониторе он отображается ужасно, даже хуже, чем LDR файл (как чудовищно контрастный кадр).
Глубина цвета HDR файлов - 32 бита.

Цитировать Сообщение 1

Поделиться22007-11-25 20:22:09

Автор: admin
Администратор
Зарегистрирован: 2007-11-15
Приглашений: 0
Сообщений: 140
Провел на форуме:
1 день 5 часов
Последний визит:
2008-01-30 13:29:32

Глубина цвета - это количество бит (разрядов двоичного числа), используемых для описания тона для каждого из цветовых каналов (channel). Например, в системе RGB три цветовых канала (Red-красный, Green-зеленый, Blue-синий). Вместе все эти три канала образуют квадратную точку - один пиксель. В системе RGB работают все современные сканеры и цифровые фотоаппараты.

8 бит. 8 разрядов в двоичной системе (компьютер работает в двоичной системе счисления). В 8-ми разрядах при двоичной системе можно зашифровать максимум 256 целых чисел (включая ноль). Это еще в школе проходят, на информатике. Формат JPEG (jpg) работает только с 8-битными изображениями, т.е. каждый цвет кодируется 8 битами (или 1 байтом), другие форматы (например .tiff или фотошоповский .psd) позволяют кодировать каждый цвет 16-ю и даже более битами, поэтому не снимайте в JPEG, если есть возможность. Таким образом, формат jpg позволяет кодировать изображение 24 битами (8®+8(G)+8(B)=24 (RGB)) или в десятичной системе 16777216 градаций цвета.

16 бит. В 16 разрядов уже можно запихнуть 65536 значений на каждый канал (256 в квадрате). Это означает, что при увеличении размера файла в два раза (8 bit -> 16 bit на канал) запас качества увеличивается не в 2, а в 256 раз, т.е. формат TIFF позволяет кодировать изображение 48 битами (3 раза по 16) и общее число градаций цвета составляет 281 474 976 710 656 (как говорится – почувствуйте разницу с жипегом)
Именно поэтому предпочтительно сохранять и обрабатывать фотографии при глубине цвета 16 бит - и запас качества (информации) гораздо больше, и при каждой операции при обработке фотографии значения на каждом из каналов грубо не округляются. Преобразованием 8-битного изображения в 16-битное качество не увеличить, но это позволит имеющееся качество в дальнейшем не терять (очень важное замечание). Формат TIFF поддерживает 16-битные изображения и является стандартом для фотографий с этой глубиной цвета.

32 бит. Соответственно, 4294967296 значений яркости на каждый из каналов. Сравните с 8-битными изображениями. C 32-битными изображениями Photoshop умеет работать только начиная с версии CS2, и то сильно ограниченно. Поэтому стандарт для обработки фотографий на сегодняшний день - 16 бит на канал.

Я доступно объяснил?

Цитировать Сообщение 2

Поделиться32007-11-25 20:22:41

Автор: admin
Администратор
Зарегистрирован: 2007-11-15
Приглашений: 0
Сообщений: 140
Провел на форуме:
1 день 5 часов
Последний визит:
2008-01-30 13:29:32

"raw" - сырой, необработанный (англ.)

Файл, который содержит информацию, полученную прямо с цифровой матрицы, без какой-либо обработки фотоаппаратом, плюс всю информацию о параметрах съемки - EXIF данные (диафрагма, выдержка и много еще чего). Файл RAW требует последующей обработки, "проявки" на компьютере с помощью специальных программ, RAW-конвертеров. Это нужно для того, чтобы иметь возможность выжать из фотоаппарата максимальное качество. Большинство современных цифровых зеркалок (да и то не все) умеют снимать только в двух форматах - JPEG (8 bit) и RAW (чаще всего 12 бит, которые потом на компьютере преобразуются в 16 бит). В итоге RAW преобразуется в TIFF. С цифромыльницами (а я так понимаю, практически у всех именно цифромыльницы) вопрос сложнее. Особо не интересовался, но по-мойму это редчайшие случаи, если цифромыльница позволяет снимать в RAW. А жаль.

Светочувствительность (ISO)

ISO - это такая организация, занимающаяся стандартизацией.
Эквивалент светочувствительности пленки для цифровой матрицы. Чем больше значение ISO, тем сильнее "шумит" матрица (проявляется паразитный сигнал - аппаратура не идеальна, да и законы физики мешают).
Это я к тому, что кадры, снятые с высоким значением ISO, гораздо хуже поддаются HDR обработке.

Экспозиция (Exposure)

Относительное световое число. Например, увеличение экспозиции на одну ступень означает увеличение освещенности в два раза, на две ступени - в четыре раза. Применительно к фотографии динамический диапазон измеряется в ступенях экспозиции.

Брекетинг экспозиции (Exposure Bracketing)

Также это называют экспозиционной вилкой. Суть в том, что при съемке в режиме брекетинга экспозиции одновременно делается три кадра - "нормальный", недосвеченный и пересвеченный. Например, при эксповилке в одну ступень камера делает "нормальный", недосвеченный в два раза и пересвеченный в два раза кадры. Такой набор из трех кадров чаще всего используется при создании HDR файлов. Хотя не обязательно именно в 2 раза, более того - в некоторых случаях требуется снимать множество недосвеченных и пересвеченных кадров с большим разбросом экспозиции, что позволяет зафиксировать мельчайшие тональности цвета. Правда и обработка большого количества кадро может потребоватьт весьма больших ресурсов, как системных (применительно к компьютеру), так и временных.

Тональная компрессия

Запихивание всех тонов HDR файла в динамический диапазон монитора с сохранением деталей в темных и светлых тонах.

Добавлено (31.10.2007, 11:37)
---------------------------------------------
Существует 3 основных метода расширения динамического диапазона Exposure Blending, Tone Mapping и генерация HDR файла с последующей тональной компрессией.

Exposure Blending

Метод использует кадры, снятые с брекетингом экспозиции - (LDR файлы). Из недосвеченного кадра берется информация о светлых тонах, из пересвеченного - о темных. HDR файл не создается.

Tone Mapping

Другой метод увеличения динамического диапазона, менее эффективный по сравнению с предыдущим. 16-битные файлы (например, полученные путем "проявки" RAW-файла) содержат достаточно много информации о полутонах. Эта информация используется для увеличения динамического диапазона с одновременной тональной компрессией. Применяется в случае, если кадр есть только один (при съемке не использовался брекетинг экспозиции). В некоторых случаях расширение динамического диапазона возможно только с помощью Tone Mapping, поскольку невозможно сделать брекетинг экспозиции, т.е. отснять несколько "пересвеченных" и "недосвеченных" кадров. Например, при съёмке движущихся объектов, поскольку на каждом из кадров движущийся объект будет иметь различное положение и совместить несколько снимков в один невозможно (хотя некоторые умудряются!).

Генерация HDR файла с последующей тональной компрессией

Самый гибкий метод. Получение HDR файла из двух или более LDR файлов. После получения HDR файла (при этом HDR файл можно сохранить отдельно) для дальнейшей работы требуется тональная компрессия, для этого также используется Tone Mapping, где возможны тонкие ручные настройки.
Метод с генерацией HDR-файла как бы объединяет два предыдущих, но если предыдущие методы работают с 16-битными файлами, то HDR-файл обязательно имеет 32 разряда, за счет чего достигается значительно большее расширение динамического диапазона.

Цитировать Сообщение 3

Поделиться42007-11-25 20:26:01

Автор: admin
Администратор
Зарегистрирован: 2007-11-15
Приглашений: 0
Сообщений: 140
Провел на форуме:
1 день 5 часов
Последний визит:
2008-01-30 13:29:32

Вот что получается при использовании разных методов расширения динамического диапазона.

ХДР вы уже видели в 1-м посте.

Вот результат Exposure Blending

Сравните результат с ХДР-ом. Да, можно есчо в Фотожопе подработать, вытянуть небо до такого же насыщенного синего как и ХДР, но изначально сразу же видно насколько результат получается различным.

Вот результат тонмаппинга 16-битного файла.
Исходная картинка:

Вот что получается в результате применения метода Tone Mapping

В последнем примере тонмаппинг сделан слишком сильно. Но это только для того, чтобы показать сам эффект. Как правило тонмаппинг не дает хороших результатов, а если эффект применить слишком сильно - картинка становится неестественной (и на данном примере это хорошо видно).

Добавлено (02.11.2007, 14:12)
---------------------------------------------
Наверное неправильно выразился в последнем посте насчет тонмаппинга, в том, что он не очень хорош. Правильнее сказать, что в каждый из методов хорош по своему и применяется для несколько разных целей. Хотя конечно ХДР наиболее универсальная весчь, с помощью которой можно делать просто абалденного вида картинки. Вот кстати ещё:
Это исходники:

Это результат:

Собсна переходим к главному - как енто сделать. Большинство народа применяет одну из двух программ: Фотошоп версий CS2 или CS3, али программу Photomatix Pro (у меня версия 2.4.1, но есть уже 2.5, а мож даж и вышей). Счастливые владельцыФотошоп ЦС2 или ЦС3, ессно имеющие соответствующие фотки (как в ранее приведенных примерах) могут не открывая никаких файлов, идти сюда: File -> Automate -> Merge to HDR...
Здесь скормите фотошопу имеющиеся LDR файлы.

Если съемка велась с брекетингом экспозиции и с рук, то лучше поставить галочку "Attempt to Automatically Align Source Images". Так как руки - это не штатив, и во время съемки немного двигаются, то даже быстро снятые подряд кадры будут немного различаться. В этом случае фотошоп это учтет.
Нажмите OK...
Фотошоп немного попыхтит и выдаст промежуточный результат.
Как и ожидалось, динамический диапазон полученного HDR изображения превышает динамический диапазон монитора, поэтому кадр выглядит сильно пересвеченным. Для того, чтобы посмотреть все тона HDR изображения, можно подвигать ползунок точки белого. Этот ползунок применяется только для предпросмотра изображения, на конечный результат он не влияет.
Для того, чтобы в конечном HDR файле сохранилась вся информация о полутонах, значение Bit Depth необходимо оставить "32 Bit/Channel".
Нажмите OK...
Фотошоп еще раз попыхтит и выдаст конечный результат - HDR изображение, до сих пор не влезающее в динамический диапазон монитора.
Теперь изображению необходима тональная компрессия.
Image -> Mode -> 16 Bits/Channel...
Фотошоп выдаст окно "HDR Conversion", где можно выбрать несколько методов тональной компрессии, автоматических и не очень. Поколдовав с ползунками и тональной кривой, нажмите ОК. В этом окне можно также сохранить или загрузить ранее сохраненные настройки тональной компрессии.
Фотошоп в последний раз немножко попыхтит и выдаст 16-битное изображение, которое теперь можно обрабатывать обычными методами.
Предупреждаю сразу, чоб не разочаровывались. Ваще-та Фотошоп не особо-то хорошо делает ХДР (не идёт ни в какое сравнение с Фотоматиксом Про) поэтому результат Фотошопа может вас не удивить и даже разочаровать. Скажете на меня -наплёл с 3 короба, а на самом деле всё не так. Всё так - отвечаю.

Цитировать Сообщение 4

Поделиться52007-11-25 20:26:41

Автор: admin
Администратор
Зарегистрирован: 2007-11-15
Приглашений: 0
Сообщений: 140
Провел на форуме:
1 день 5 часов
Последний визит:
2008-01-30 13:29:32

Photomatix Pro

Вместо Photoshop CS2 для получения HDR файла используем программу Photomatix Pro.
Программа реализует все методы повышения динамического диапазона цифрового снимка - Exposure Blending, Tone Mapping и создание HDR файла с последующей тональной компрессией.

Автоматический режим: Exposure Blending с тональной компрессией

Откройте в программе все LDR файлы и в меню Combine выберите наиболее подходящий для вашей задачи вариант. Если вы не знаете что выбрать, то выбирайте "Highlights&Shadows - Auto". Но по-мойму лучше получается при выборе пункта Highlights&Shadows - Adjust". Ставим галочку "Align sourse images" и ниже галочку "Attempt to reduce ghostingartifacts". Када поставите эту галочку там тоже будет выбор. Как правило надо выбрать верхнюю меточку "Moving objects/people" (движущиееся объекты/люди", нижняя метка "Ripples", я так понимаю это что-то про волны.
Результат работы программы откроется в отдельном окне. В данном случае тональная компрессия не нужна, программа уже сама все сделала. Хотя никто не запрещает и поизвращаться тонмаппингом, поскоку не всегда результат устраивает. Прада тонмаппить можно файлы не менее 16 бит, а если вы комбинировали 8-битные файлы, итог тоже будет 8-битный и тонмапп для такого файла в Фотоматиксе будет заблокирован. Поэтому преобразуйте 8-битный файл в 16-битный (а хотите и в 32-битный), например в том же Фотошопе (меню Image/Mode/16bit/Channel (или 32bit/Channel)). Сохраняем (всегда желательно сохранять под другим именем, чтобы сохранить оригинал). После этого можно тонмаппить этот файл в Фотоматиксе.

Полуавтоматический режим: создание HDR файла

В этом режиме Photomatix автоматически создает 32-битный HDR файл из нескольких LDR файлов, без тональной компрессии.

HDRI -> Generate HDR

Скормите программе LDR файлы и не трогайте настройки тональной кривой. Не забывайте про галочку "Align input images". Жмите OK.
После пыхтения вы увидите HDR изображение, не влезающее в динамический диапазон монитора. В отличие от Photoshop'a с его ползунком точки белого, здесь есть окно предпросмотра реальных тонов HDR изображения. На мой взгляд, это удобнее.
Теперь нужно применить тональную компрессию. В Photomatix это делается с помощью инструмента Tone Mapping.

Тональная компрессия и Tone Mapping

Инструмент позволяет привести HDR изображение в приличный вид.

HDRI -> Tone Mapping

Здесь настройки более понятны и удобны, чем в Photoshop CS2, но нет тональной кривой.
Если вы откроете 16-битный LDR файл и таким же образом примените к нему инструмент Tone Mapping, то в этом случае Photomatix попытается вытянуть детали в светах и тенях на основе избыточной информации 16-битного файла (о чём уже говорилось выше).
Жмите ОК и сохраняйте файл. Теперь он готов к обработке в фотошопе.