Динамический диапазон матрицы фотоаппарата: Страница не найдена

Содержание

Что такое динамический диапазон? Теория и практика | Сайт профессионального фотографа в Киеве

Многие слышали о таком понятии, как динамический диапазон. В фотографии и видеосъёмке это — возможность камеры одновременно отобразить на одном кадре как светлые, так и темные детали сцены. Ширина спектра оттенков от полностью чёрного до полностью белого и называется динамическим диапазоном.

Наши глаза способны улавливать гораздо больше перепадов освещённости, чем современные камеры. Задача камер же состоит в том, чтобы максимально приблизиться к тому, что мы видим. На фото ниже показано, как выглядит один и тот же кадр с низким динамическим диапазоном (мало информации в тенях и светах) и с высоким (хорошая проработка теневых и светлых зон).

От чего зависит динамический диапазон?

Есть два основных фактора — программный и аппаратный.

Один из главных программных методов заключается в склейке нескольких кадров для получения максимального количества информации в одной итоговой фотографии. Такой метод называется

HDR-фотография. Сейчас он активно применяется в телефонах. Кстати, мы можем посмотреть, как отличается фото с HDR на телефоне и 1 фотография без склеек, обработанная из raw файла с камеры Fujifilm X-T3 + объектив 12mm.

Если клеить несколько фото в ручном режиме, то это делается за счёт брекетинга по экспозиции. То есть, вы делаете серию кадров с различной степенью освещённости, чтобы запечатлеть как тёмные участки снимаемой сцены, так и светлые. Подробно об этом я рассказал в этом видео:

Но это мы говорили о программном расширении динамического диапазона. С аппаратной точки зрения важен размер и тип матрицы вашей камеры. Если у современных телефонов отнять программные улучшения, то вы получите очень грустную картинку. Фотоаппараты с большими матрицами же способны выдавать широкий динамический диапазон и без склейки кадров.

Ширина динамического диапазона в фотоаппаратах зависит от следующих факторов:

  • года выпуска
  • размера матрицы
  • типа матрицы.

Да, на первое место я поставил год выпуска. Старые полнокадровые фотоаппараты выдают худший динамический диапазон, чем современные кроп-камеры. За счёт современных технологий получается добиться такого эффекта. Также важен тип матрицы. Например, кроп-камеры Fujifilm с BSI матрицей (обратная засветка) дают ощутимо больший динамический диапазон по сравнению с камерами той же компании с обычными CMOS сенсорами. Убедиться в этом можно, посмотрев графики на этом сайте. Но если вы будете брать камеры, не сильно отстающие друг от друга по времени (2-3 года между выпуском), и с одним типом матрицы (скажем, только CMOS), то полный кадр будет иметь преимущество перед кропом. А средний формат перед полным кадром.

В худшую сторону по возможностям матрицы выбиваются такие модели, как Canon 6D mark II и Canon RP. И мой личный опыт и графики на сайте

photonstophotos.net показывают, что эти полнокадровые камеры по динамическому диапазону уступают многим современным кропам. Вывод — если производитель продаёт вам недорогой полный кадр, будьте готовыми к тому, что он что-то там порежет. С другой стороны, если не увлекаться растягиванием raw-файлов до предела, то и RP будет отличным спутником начинающего фотографа.

Также имейте в виду, что кадры снятые на высоких ISO, будут иметь значительно более низкий ДД по сравнению с базовыми значениями. По этой причине, серьёзный фотограф должен полагаться только на штатив, а не на разрекламированную сегодня матричную стабилизацию.

Но это в теории…а на практике?

Где реализуются возможности камер в плане динамического диапазона? В первую очередь, это — пейзажная, архитектурная и интерьерная фотография. Также хороший динамический диапазон оказывается очень кстати при съёмки свадебных прогулок. Обычно они проходят при сложном жёстком освещении и задача фотографа их правильно отснять и грамотно обработать, в чём помогают хорошие raw файлы.

Следующий вопрос, насколько важны отличия между камерами в реальных условиях? На практике оказывается, что не стоит гнаться за самой самой технически совершенной камерой. Ведь тот же самый эффект, а то и даже лучший можно получить за счёт прямых рук. То есть, если например, вам нужно снимать интерьер или пейзаж, — пользуйтесь мультиэкспозицией и HDR. Склеенные 3 кадра с «плохой» камеры дадут ощутимо больший эффект, чем 1 кадр с крутой и навороченной.

Ниже приведён практический пример динамического диапазона на Fujifilm X-T3. Сверху исходник, снизу вытянутый raw-файл (без HDR).

Конечно, желательно всё-таки апгрейдить время от времени фото-технику. Совсем старые камеры или устаревшие кропы не дадут оптимального эффекта даже с 3 кадров. В таких случаях вы сможете получить хороший диапазон, если склеите кадров 6. Но это более затратно по времени и может вызвать проблемы при склейке, если в кадре будут движущиеся объекты.

Ну, а в случае со съёмкой репортажа, вам вообще не до склейки и некоторый запас по ДД всегда приятен. По практическому опыту, могу сказать, что таких камер как Canon 5D Mark III/IV, Canon R с головой хватает для репортажной работы. То, что Никоны способны на большее, — очень хорошо. И эти камеры также достойны внимания, как и новинки от Panasonic. Но вот Sony я никому не могу рекомендовать, несмотря на преимущества в теоретических параметрах.

Также читайте:

Динамический диапазон Sony лучше, чем у Canon EOS R и Nikon Z7

Но все три демонстрируют достаточный динамический диапазон, ожидаемый от топовых полнокадровых камер.

Сайт Photonstophotos опубликовал результаты тестирования динамического диапазона новых беззеркалок Canon EOS R и Nikon Z7. И цифры говорят о том, что и Canon, и Nikon уступают в этой области камерам Sony.

Вот сравнительная таблица от Photonstophotos:

На ISO 100 фотографический динамический диапазон (PDR) Sony a7R III равен 11.

64. У Nikon Z7 — 10.98, у Canon EOS R — 10.6. Минимальное значение штатного диапазона ISO у Nikon Z7 — 64, но даже на этом значении PDR этой камеры составляет 11.56, то есть меньше, чем у Sony на ISO 100.

На базовых значениях ISO динамический диапазон Canon EOS R (10.6) ближе к PDR Sony a6500 (10.31), с матрицей формата APS-C, а не к полнокадровой Sony a7R III (11.64).

На ISO 25600 (это максимальное значение штатного ISO у Nikon Z7; у Sony максимум составляет 32000, у Canon — 40000) Sony получила 4.34, Nikon — 4.25, а Canon — 3.85.

Интересный момент: сейчас Sony — ведущий мировой производитель фотоматриц если не по их качеству, то точно по количеству. Nikon в своих профессиональных камерах, таких как D850 (и, возможно, Z7?), использует самостоятельно спроектированные матрицы, но производства Sony. Canon делает собственные матрицы, и только недавно начала продавать их сторонним производителям.

Кроме того, не забудем, что камеры Canon и Nikon вышли совсем недавно. Таким образом, разрыв в динамическом диапазоне может стать больше после того, как Sony анонсирует свои новые модели.

Но, несмотря на разницу в цифрах, тест показывает, что все три соперника демонстрируют достаточный динамический диапазон, ожидаемый от топовых полнокадровых камер. Все цифры — лучше или равны показателям других камер на рынке, так что эти данные не говорят о том, что какая-то из трех камер хуже или лучше.

Динамический диапазон. Куда пропало небо?

«Небо пропало»… вам знакома такая мысль, когда вы смотрите на свой снимок и мысленно сравниваете его с тем, что видели на самом деле? Или наоборот, небо красивое, а все остальное скрыто в глубокой тени. Так что же делать? В чем причина? Причина в динамическом диапазоне! А что это такое, можно ли исправить ситуацию и как сделать — читайте в этой статье! Все не так сложно как кажется!

Динамический диапазон — это способность некоего устройства, в нашем случае фотоаппарата, передать без искажений и потерь одновременно яркие и темные участки изображения. Другими словами — это диапазон яркостей между самой темной и самой светлой точкой изображения, которую в состоянии зафиксировать устройство. На практике динамический диапазон характеризует возможность камеры выделять детали в тени и на свету.

Динамический диапазон в фотографии так же известен как «фотографическая широта». Если диапазон устройства мал, то какая то часть изображения не сможет оказаться правильно переданной. С технической точки зрения, в фотографии это обозначает, что часть градаций яркости изображения не будет зафиксирована фотопленкой или матрицей цифрового фотоаппарата и будет потеряна.

Например, при съемке интерьера комнаты с частью яркого окна — интервал по яркости отдельных участков очень велик. Фотопленка или матрица правильно передаст либо изображение в комнате, а окно будет забито не прорисованным белым либо, наоборот, окно и вид за окном прорисуется, а комната окажется черной. Другой пример, очень часто встречаемый — съемка пейзажа или архитектуры, когда вы получаете прорисованное сочное небо, но все остальное (например, лес, речка на переднем плане) погружено в глубокую тень или наоборот, лес прорисован замечательно, а небо превратилось в блеклое невыразительное пятно.

Происходит это потому, что разница между самой темной и самой яркой точкой самого изображения гораздо больше, чем диапазон между самой светлой и самой темной точкой, которую в состоянии зафиксировать ваш фотоаппарат.


Характерные примеры снимков с большим
динамическим диапазоном изображения
(и небольшим диапазоном у фотокамеры)

 

В фотографии, динамический диапазон измеряется в стопах или ф-стопах (f-stop). Суть одна и та же. Под одним стопом понимается изменение экспозиции на одну ступень или говоря иначе — изменение светового потока вдвое. Например разница между двумя экспозициями при одинаковой выдержке и диафрагме 5.6 в первом случае и 8 во втором — и будет равна одному стопу.

Вернемся снова к примеру с пейзажем. Почему мы одновременно видим четко и лес со всеми деталями и небо с малейшими перистыми облачками? Потому что человеческий глаз способен различить разницу между самыми темными и самыми яркими участками в 12-14 ступеней, то есть динамический диапазон нашего глаза — 12-14 стопов.

В фотографии же самый большой динамический диапазон имеет черно белая пленка — около 10 стопов. Цветная негативная пленка имеет динамический диапазон около 7 стопов, а слайдовая всего 4-5 стопов. Матрицы цифровых фотоаппаратов имеют различный динамический диапазон. На сегодняшний день, у самых дорогих моделей он достигает значения в 8 стопов, но у подавляющего большинства цифровиков диапазон составляет от 4 до 6 стопов.

На лицо проблема недостаточного динамического диапазона у наших фотокамер. А раз есть проблема, то должно быть и решение. О возможных решениях и пойдет речь далее. Но хотелось бы предупредить, что для полного понимания статьи вам желательно иметь хотя бы минимальные знания об экспозиции и минимальный опыт работы в Photoshop или другом графическом редакторе, особенно в работе со слоями и масками слоев.

 

Изменение динамического диапазона. Основа.

Для изменения динамического диапазона в фотографии традиционно используется градиентный, нейтрально серый фильтр.

Часть этого фильтра абсолютно прозрачна, другая часть заполнена нейтрально серым. При этом нейтрально серый переходит в прозрачность плавно, градиентно. «Серая» часть фильтра ослабляет световой поток, тем самым снижая разницу контрастов изображения до значения сравнимого с динамическим диапазоном фотоаппарата. Все бы хорошо, но не на каждый фотоаппарат наденешь фильтр, да и что делать в сложных случаях, например, когда граница между темным и светлым участком изображения не совпадает с зоной «плавного перехода» фильтра, или когда темный участок вклинивается в светлый (например, высокий памятник на фоне яркого неба, или то же окно посреди стены в комнате).

Цифровая фотография дает гораздо больше возможностей увеличения динамического диапазона снимка. Об этих способах и пойдет речь далее. Но в начале об общем принципе, на котором основан любой, описанный далее, способ.

Для работы потребуется как минимум 2 версии одного и того же изображения — недоэкспонированная и переэкпонированная. На недоэкспонированной будут хорошо проработаны тени, а на переэкспонированной — детали в светлых областях. Затем, пользуясь Photoshop мы «сведем» эти версии в одну и расширим динамический диапазон итогового снимка за счет комбинирования «недодержанной» и «передержанной» версии. На английском подобная техника называется Image Blending, то есть «смешивание изображений».

Недоэкпонированная версия.
Проработка теней.

Переэкпонированная версия.
Проработка неба (светлых областей).

Следует особо отметить, что изображение на обоих снимках должно отличаться ТОЛЬКО экспозицией. В противном случае вам вряд ли удасться «свести» 2 разных снимка в один. Получить разные версии можно разными способами:

1) Экспозиционная вилка или брейкетинг (braсketing), так же называемая «мультиэкспозиция» или «экспиловка». Сейчас эта функция есть во многих цифровых фотоаппаратах, а не только в дорогих моделях. При использовании брейкетинга, вы задаете «вилку» относительно «нормальной» экспозиции, например в +/- 1/3 ступени (+/- 1/3 EV) . В в этом случае фотокамера сделает не один, а сразу 3 снимка — один с «нормальной» экспозицией, второй с экспозицией увеличенной на 1/3 EV (передержанный) , третий с экспозицией уменьшенной на 1/3 EV (недодержанный).

2) Компенсация экспозиции. Суть похожа на брейкетинг. Только вы задаете не вилку, а просто смещение экспозиции в большую или меньшую сторону относительно «нормальной». И камера делает один снимок, но со «смещенной» экспозицией. В некоторых случаях это может быть удобнее чем брейкетинг, потому что вы сможете задать разное смещение для снимков. Например сделать переэкспонированный снимок со смещением в + 1 EV, а недоэспонированный со смещением в -2/3 EV.

3) Съемка в RAW формат. Самый простой способ получить необходимые «версии». Любой конвертор RAW имеет функцию компенсации экспозиции. Вам надо всего лишь отконвертировать RAW файл 2 раза, с разными установками компенсации экспозиции. С двумя полученными в результате файлами мы и будем работать далее. Но к сожалению RAW формат поддерживают далеко не все фотоаппараты.

4) Коррекция JPEG. Допустим у вас есть только JPEG файл. Тогда, в графическом редакторе, вы можете создать 2 версии используя, например, коррекцию уровней (Levels) или кривых (Curves). В одном случае путем коррекции «вытянем» темные участки, во втором светлые. Но не забывайте что формат JPEG «выкидывает» из графического файла всю «лишнюю» информацию, поэтому возможности по его «вытягиванию» весьма ограничены. Перед тем как начать корректировать JPEG файл, лучше переведите его в TIFF или BMP — качества фотографии это не прибавит, но при редактировании на изображение не будет влиять алгоритм сжатия JPEG.

Важное замечание для съемки с брейкетингом или компенсацией экспозиции — вы обязательно должны использовать штатив! Потому что достаточно мизерного смещения камеры в промежутке между снимками и вы не сможете нормально «свести» полученные снимки в итоговый. При съемке лучше выставить на фотокамере режим «приоритет диафрагмы» и пользоваться ручной фокусировкой или автофокусом по центральной точке. Таким образом снимки будут иметь одинаковую глубину резкости, сами кадры будут идентичны и будут иметь различие только в экспозиции, что нам и требуется.

 

Компенсация экспозиции в
конверторе RAW (Photoshop CS2).

 

И еще — не вдавайтесь в крайности. Рекомендуемая разница между переэкспонированным и недоэкспонированным снимком — 2-3 ступени. Если разница будет больше итоговый снимок может получится совсем уж нереальным.

Теперь приступим к главному — обработке полученных версий в Adobe Photoshop. В принципе основные способы обработки, описанные ниже, построены на работе со слоями (Layers) и маскированием, так что подойдет любой графический редактор, поддерживающий слои и маски слоев.

Начало работы. Открываем обе версии снимка .

Открываем одновременно обе версии в Photoshop. Выбираем инструмент «Перемещение» и удерживая на клавиатуре Shift — перетаскиваем одно изображение поверх второго. SHIFT в данном случае нужен для того, чтобы верхний слой встал четко поверх нижнего, таким образом избавив нас от лишней работы по «подгонке» границ кадров. Теперь имеем одно изображение с двумя слоями,точно расположенными друг поверх друга — на одном слое недоэкспонированная версия, на другом переэкспонированная.

Начало работы.
Расположение слоев.

Способы описанные ниже рассчитаны на то, что переэкспонированная (темная) версия находится поверх недоэкспонированной. Но забегая вперед скажу — можно расположить слои наоборот, тогда все ваши действия так же будут «наоборот», например, в случае «рисования по маске», маску первоначально создать в режиме Reveal All а не Hide All и рисовать по ней не черной а белой кистью.

Теперь все предварительные работы закончены и можно приступать к «смешиванию».

 

Первый способ — рисование по маске

Самый «классический» способ, еще давным давно описанный на сайте Luminous Landscape. Располагаем слои друг над другом, как говорилось ранее.

Добавление маски в режиме
«Скрыть все», через палитру слоев.

Добавляем к верхнему слою маску в режиме Hide All (Скрыть все) через меню — Layer / Add Layer Mask / Hide All или удерживая ALT кликнув на иконке в палитре слоев. Теперь выбираем инструмент Кисть (Brush) и белый цвет для нее. Нам потребуется кисть достаточно большого размера, с размытыми краями.

Переключаемся на маску слоя (достаточно кликнуть на прямоугольной черной иконке маски у соответствующего слоя) и начинаем по ней «рисовать» кистью, по тем областям которые на наш взгляд излишне светлые на нижнем слое (небо и вода).

При этом мы на самом деле просто «открываем» те части темного верхнего слоя, где проходит кисть и наш верхний слой в этих местах становиться непрозрачный, закрывая нижний, светлый слой. За счет того что кисть имеет размытые края, переход к «прозрачности» получается плавный, что визуально скрадывает разницу тонов на разных слоях. Плавность зависит от степени размытости краев кисти и ее размера. Попробуйте интереса ради воспользоваться простой кистью, с четкими контурами и сразу увидите разницу.

«Рисование» на маске, белой кистью по светлым областям.

Рисование по маске — один из самых точных способов, но и самый трудоемкий. Обратите внимание на ветки. Ветки и небо создают настоящий орнамент. По идее, чтобы получить идеальный конечный вариант, нам надо показать только небо, а ветки не трогать. Придется переключаться на более тонкую кисточку и выполнять весьма кропотливую и сложную работу по «обрисовыванию» веток.

Кстати в нашем примере удобнее делать как раз наоборот, то есть расположить «светлый» слой выше темного, создать маску в режиме «Показать все» и рисовать черной кистью по темным областям.

Хотя это и самый сложный способ, но знать его нужно. Есть более легкие способы, которые и описаны далее, позволяющие создать необходимую маску для верхнего слоя, но во многих случаях все равно придется выполнять «окончательную доводку» итогового снимка путем рисования по маске..

 

Второй способ — маска на базе слоя

Один из самых простых способов, так же описанный на Luminous Landscape. Так же как и ранее, вначале создаем наши слои и добавляем к верхнему слою маску. Только на этот раз маску создаем в режиме Reveal All (Показать все). После этого переключаемся на нижний слой, делаем «выделить все» (CTRL+A), затем копируем выделение в системный буфер (CTRL+C).

Теперь, удерживая клавишу ALT, кликаем на прямоугольной иконке нашей маски в палитре слоев. Все изображение стало белым. Мы переключились на режим редактирования маски. Вставляем на маску изображение из буфера (CTRL+V). Появилась наша фотография, но только в черно-белом виде- это и есть наша маска.

Собственно маска уже создана. Если вы снова переключитесь на нижний слой то увидите оба слоя уже в смешанном варианте. Но эта маска слишком «детальная» и грубая. Изображение получается «невнятным». Поэтому снова переключимся на маску и воспользуемся фильтром Gaussian Blur (размытие по Гауссу) . Меняя значение Gaussian Blur мы размываем маску, создавая плавные переходы и более общие «зоны маскирования», без резких границ.

Причем обратите внимание на то, что чем выше степень размытия, тем сильнее наша маска будет меняться сторону выделения ярких и темных областей фотографии.

Вид маски до размытия
по Гауссу.

Маска после размытия
по Гауссу

В конце концов опять переключаемся на нижний слой и контролируем результат. Если результат в каких то областях все еще вас не удовлетворяет, отшлифуйте его при помощи дополнительного рисования по маске.

 

Третий способ — color range

Третий способ описывает Дмитрий Рудаков в photoshop/tutorials/dynamicrange/»>статье на сайте Photoscape. Так же как и прежде располагаем слои друг над другом, но маску пока не добавляем.

Затем воспользуемся Color Range (Диапазон цвета) из меню Select. В параметрах выберем Shadows (Тени), так как в нашем конкретном случае, мы будем маскировать затемненные области. После того как мы нажмем ОК, все теневые зоны на нашей фотографии окажутся выделенными. Если где то, что то оказалось забыто, или наоборот, захватили лишнего — это можно быстро подкорректировать при помощи Quick Mask (Быстрая маска) или вручную, инструментами для работы с выделенными областями.

Color Range. Выделение нужной области.

Мы почти готовы для того чтобы создать маску слоя, но вначале надо немного «размыть» выделенную область, чтобы переход к прозрачности был плавный. Для этого следует выбрать функцию Feather (Размыть выделение) из меню Select. В появившемся меню вводим необходимое значение. При этом можно руководствоваться следующим правилом — чем больше мелких «перемешанных» деталей (веточки на фоне неба и воды в нашем случае) тем меньшее значение стоит вводить. Возможно вам потребуется попробовать разные значения, и экспериментальным путем добиться оптимального результата.

После того как выделенная область размыта, создаем маску в режиме Hide Selection (Скрыть выделенное) из меню Layers или кликая по иконке на палитре слоев, удерживая при этом Alt. Наша маска создана!

Вид маски с размытым при
помощи feather
выделенной области.

И опять же, если результат нужно подкорректировать, то выбираем мягкую кисть и переключившись на маску доделываем работу.

 

Результат

В итоге мы получили снимок, на котором и небо не «засвечено» и передний план хорошо различим, а не скрыт во мраке. За счет смещенной экспозиции на двух снимках, мы расширили динамический диапазон итогового изображения на 1.5-2 ступени.

Итоговый снимок, с расширенным
динамическим диапазоном

Вы могли заметить, что все описанные выше способы есть ни что иное, как создание необходимой слой-маски. Различие между всеми описанными способами в основном лишь в удобстве использования. Результат же будет примерно одинаков.

Главное — это понять саму идею, а способов создания маски можно придумать еще пару десятков.

После расширения диапазона мы можем продолжить работать уже с итоговой фотографией, править кривые, уровни, яркость, насыщенность и т.п.

 

Альтернативные способы

Смешивание изображений при помощи слой маски не единственная технология. Один из альтернативных способов описан в статье Константина Афанасьева — Цифровая камера — расширение динамического диапазона. В ней предлагается вначале определенным образом отредактировать кривые на слоях, а затем выставить для каждого слоя соответствующий режим наложения.

Кроме того, для совсем ленивых можно предложить «автоматизаторы», то есть различные plug-in, photoshop actions и отдельные программы для расширения «ДД», например:

  • Dynamic Range Increase — DRI Pro — небольшой плагинчик от Fred Miranda. К сожалению плагин платный и не имеет «пробной» версии. Но с другой стороны 20$ — не такие большие деньги за «удобство»
  • Erik Krause Actions — бесплатный набор action для фотошопа. Перед использованием настоятельно советую прочитать readme файл из архива с акшенами
  • Photomatix — отдельная программа которая кроме расширения динамического диапазона выполняет еще и другие полезные функции. Вроде бы может работать с RAW, но как то странно, не через основное меню

Динамический диапазон и его практическое значение

Я думаю, что многие, взяв в руки фотоаппарат, не раз замечали, что наш глаз видит совсем иначе, чем камера. Особенно часто это заметно в облачный день: мы видим небо и отдельные облака, а на фотографии просто белое пятно, или наоборот — небо реальное, с текстурой, но все, что внизу, темное как-будто вечером. Этот эффект напрямую зависит от широты динамического диапазона камеры. В сегодняшней статье как раз и попробуем разобраться, что же такое динамический диапазон и сформулируем несколько правил, которые позволят избежать ошибок с ним связанных.

Для начала давайте определимся с самим понятием. Динамический диапазон — это способность камеры одновременно передавать и светлые и темные детали снимаемой сцены. В качестве примера можно представить себе картинку плавно залитую от черного к белому цвету.

Верхняя полоска показывает, как видим мы, вторая, как «видит» сцену камера. Ее динамический диапазон уже, чем у человеческого глаза, и часть темных и светлых деталей будет потеряна, вместо них будет равномерный черный или белый цвет соответственно. Если мы намеренно укажем камере на тени, то динамический диапазон не расширится, он сдвинется за счет увеличения потерь в светах, как на третьей полосе. Если наоборот, попробуем сохранить яркие детали, у нас возрастут потери в тенях (четвертая полоска). Конечно это очень упрощенный вариант, ведь мы видим в цвете, да и способность глаза к адаптации в различных условиях освещения не позволяет напрямую сравнивать его с матрицей камеры, но в целом картинка похожая.

В качестве более реального примера фотография выше. Кадр был сделан в одинадцать часов утра, когда солнце было уже высоко, при почти безоблачном небе, вспышка была направлена в сторону т.е. ее воздействие на освещенность сцены минимально. В результате, из-за нехватки динамического диапазона, мы видим большое светлое пятно на заднем плане, которое осталось практически без деталей, при этом сама фотография получилась темноватой. На самом деле программными средствами этот кадр довольно легко исправить, но пример достаточно показательный.

Хочу отметить, что ширина динамического диапазона камеры зависит от многих параметров, но прежде всего от размера матрицы. Грубо говоря, чем больше матрица фотоаппарата, тем шире ее динамический диапазон. В тенях он ограничен уровнем шума и соответственно алгоритмами шумоподавления. В светах — возможностями матрицы анализировать «количество» света без засветки т.е. ее светочувствительностью. Это можно считать еще одним приемуществом зеркальных камер над мыльницами, можно сказать, что они всегда будут давать картинку с большим количество деталей в светах и тенях. На фотографии слева можно рассмотреть и решетку на окне и складки на одеяле, для большинства мыльниц сохранить эти части изображения было бы непосильной задачей.

Еще одной интересной особенностью современных фотокамер является неравномерность динамического диапазона — он как бы смещен в светлую часть, т.е. камера лучше «видит» светлые детали, чем темные. Это опять же обусловленно появлением цифрового шума на темных областях кадра.

Чем это важно для нас с практической точки зрения? В первую очередь тем, что мы можем сформулировать некоторые правила, которые помогут избежать потери деталей в сложных условиях освещения. при этом не стоит рассматривать потерянные детали как что-то несущественное, они могут координально изменить снимок. Скажем при съемке в солнечный день, в тени, на улице, сохранив небо, мы рискуем получить вместо зданий просто обширную темную область на фотографии. Итак, несколько простых правил, которые помогут избежать самых серьезных ошибок.

  • Лучше сделать снимок более светлым, чем затемнить его. Детали в тенях из-за шума «вытянуть» сложнее, чем в светах. Конечно это верно для более-менее ровной экспозиции, в случае, когда заведомо появятся пересветы (пасмурное небо) при замере экспозиции по темным областям, лучше пожертвовать тенями, но проработать какие-то детали в светах.
  • При большой разнице яркостей фотографируемой сцены нужно или постараться выровнить яркость или замерять экспозицию по темной части.
  • Лучшее время для съемки утро или вечер, в полдень солнце очень яркое, а тени становятся слишком темными и камера не сможет зафиксировать все детали.
  • Для портретной съемки в солнечный день нужно использовать дополнительное освещение или стараться снимать в тени, чтобы избежать излишне жестких теней.
  • При прочих равных лучше пользоваться наименьшим доступным значением ISO.

Эти правила не стоит рассматривать, как жесткие и неизменные, наоборот, в некоторых случаях их нужно применять с точностью до наоборот. Например, вам хочется получить очень контрастный городской пейзаж, как вариант вы можете сделать его как раз в полдень, когда свет наиболее резкий. Но все-таки в большинстве случаев следование им поможет сделать фотографии лучше.

В следующих статьях на эту тему мы поговорим о возможностях расширения динамического диапазона в процессе обработки фотографий и специальных приемах съемки.

Динамический диапазон фотокамеры

ЧТО ТАКОЕ ДИНАМИЧЕСКИЙ ДИАПАЗОН КАМЕРЫ И В ЧЕМ ВЫГОДА ДЛЯ ФОТОГРАФА?

Не самой частой, но довольно распространённой причиной  обращений в нашу ремонтную мастерскую , являются  жалобы фотографов на не резкие снимки, засвеченные или тёмные кадры, неисправность матрицы. Но это не обязательно означает, что нужен ремонт фотоаппарата.

Когда планируется покупка фотокамеры, одним из важных параметров, на который следует обратить внимание,  является  динамический диапазон. Причём, следует отметить, что он важен наравне с   такими характеристиками, как разрешение матрицы и шум.

Таким образом, динамический диапазон (ДД) — является такой характеристикой фотокамеры, от которой зависит, какой же  диапазон яркости она передаёт на одном снимке. Данный параметр производитель  редко  указывает среди  технических характеристик  фотокамеры. Тем не менее его можно измерить количеством  деталей, видимых  в тёмных и светлых участках кадра, которые может передавать фотокамера.

Таким образом,  ДД камеры – это тот диапазон тонов цвета, которые она распознаёт  между белым и черным. И чем он больше, тем больше тонов будут  записаны и тем больше деталей можно извлечь из темных и светлых участков снимка .

ДД,  как правило, измеряют в значениях экспозиции или стопах. Фотографу важно охватить наибольшее число тонов, но главным остаётся создать красивую и привлекательную картинку.  Это вовсе не всегда значит, чтобы было нужно видеть все детали снимка. Если   светлые  и темные  детали снимка  разбавить  полутонами серого, а не только чёрными и белыми, весь снимок будет очень низко  контрастным  и тоже может выглядеть не так  интересно. Посему, главное -  это границы динамического диапазона фотоаппарата и понимание того,  как его можно использовать в создании снимков  без, так называемых,  провалов в тенях и свете, но  одновременно с высокой  контрастностью.

В каких же случаях мы ощущаем нехватку динамического диапазона?

Проблема недостаточно широкого ДД  очень часто встречается фотографами.   И это, прежде всего, ощущается  при съёмке с использованием  сцен с контрастным светом. Мы можем заметить, что в одном кадре бывает довольно сложно были одновременно отчётливо видны и яркие и тёмные детали, например солнце и лес: либо небо получается засвеченным, либо часть снимка  снизу выходит  слишком тёмной. Или же белое пятно при съёмке  заката? Или, закат снять получилось, а  фон снизу получился  только  чёрный!? Фотографируем  человека напротив окна, а на снимке  за ним образуется белая пелена?  Вот здесь нам с вами и нужно понять, как  же это можно исправить.

Всё это, конечно,  потому, что каждый фотоаппарат воспринимает лишь  ограниченный диапазон яркости. Это и есть динамический диапазон фотокамеры.

Что же и как видит камера?

Количество пикселей  в изображении – это количество  фотодиодов на сенсоре камеры. Фотодиоды  улавливают фотоны света и они преобразовывают  эти фотоны  в электрический заряд, который после переходит в цифровые данные. Большее количество фотонов, улавливаемых  фотодиодами, даёт  большее значение электрического  сигнала  и, тем  более ярким будет являться в изображении пиксель. В случае, когда фотодиодами  не собирается  вообще никакое количество  фотонов света, электрический сигнал просто и вовсе  не будет создан и пиксель получится просто черным.

 Рассмотрим же фотодиоды как ячейки и проведём  аналогию с их заполнением. Полностью пустой фотодиод даёт черный пиксель, соответственно,  50 же процентов  от полного будет передан серым цветом, а  100% заполненный будет белым.

У компактных камер очень маленькие датчики изображения по сравнению с DSLR. Это также значит, что  у них намного меньше фотодиоды на датчике. Таким образом, даже при том, что и компактная камера, и DSLR может иметь датчик 16-миллионов пикселей, динамический диапазон будет отличаться.

 

Что такое динамический диапазон, и какое отношение он имеет к фотографии

 

Динамический диапазон — характеристика устройства или системы, предназначенной для преобразования, передачи или хранения некой величины (мощности, силы, напряжения, звукового давления и т. д.), (Википедия, Динамический диапазон).

Применительно к фотографии, чаще всего имеется в виду величина между крайними значениями светлого и темного и вся информация, которая находится между этими двумя крайними значениями. Определяет способность светочувствительного материала, или матрицы в цифровой фотографии, правильно передавать яркость снимаемого объекта. Но это так называемый технический диапазон, на практике фотограф часто не использует весь отрезок, а только какую-то его часть и тогда применяют термин «полезный динамический диапазон».

Динамический диапазон есть у человеческого глаза, у матрицы цифрового фотоаппарата, у дисплея, монитора, и даже файла, в котором вы сохраняете свои фотографии.

 

Разберемся подробнее.

В данной статье мы будем говорить о цифровой фотографии, и соответственно о Динамическом диапазоне применительно к ней.

В пленочной фотографии термин был другим, употребляли словосочетание «Фотографическая широта фотоматериала», а уже в цифровых технологиях стали применять термин «Динамический диапазон».

Как не трудно догадаться у динамического диапазона есть нижняя и верхняя границы. Нижняя граница динамического диапазона задана уровнем собственного шума матрицы.

Данный шум генерирует сам фото сенсор, даже тогда когда на него не попадает ни одного фотона света.

Чтобы на снимке появилось, сколько-нибудь различимые детали нужно, чтобы уровень полезного сигнала превысил уровень шума.

Это значит что нижний порог чувствительности матрицы, и соответственно нижний порог динамического диапазона, можно определить как уровень выходного сигнала, при котором отношение сигнал-шум больше единицы.

Верхняя граница динамического диапазона определяется, максимальной наполненностью  фотодиода.

То есть фотодиод рассматривается как некая емкость определенной вместимости, ее постепенно наполняют фотоны света, как только фотоны наполнять эту емкость до краев, данный фотодиод будет восприниматься как абсолютно белый, и ни какую информацию мы в него уже поместить не сможем, описанное явление, с переполненным фотодиодом, называется «клиппинг».

Соответственно, чем более емким будет фотодиод, тем больший сигнал он может дать на выходе, до полного насыщения.

Надо понимать что клиппинг, это резкая граница, за которой нет деталей, а вот нижняя граница, не так резка, детали тонут в шумах, но какие-то остатки информации еще остаются даже за границей.

Отсюда распространенное мнение многих фотографов, что провалы в тенях не так страшны, как провалы в светах, это мнение сложилось также и из-за некоторых особенностей полиграфического процесса, и напрямую связано с клиппингом. То есть провалы в светах в полиграфии называются полиграфической дыркой, и они просто не печатаются, то есть краска не покрывает данное место, мы видим цвет бумаги, визуально это выглядит не очень эстетично и считается браком. Важно понимать, что чем ближе к нижней границе, тем больше шума, если важно чтобы фото было менее шумным то все-таки старайтесь держать полезный динамический диапазон ближе к верхней границе, не забывая при этом о клиппинге.

Также не надо забывать, что динамический диапазон человеческого глаза значительно шире, чем диапазон самой лучшей камеры. Потому любой фотограф всегда встречается с проблемой как в меньшее поместить большее. Для решения данной задачи человечеством потрачено немало сил, и еще до изобретения фотографии с данным явлением сталкивались художники, и разрабатывали разные способы решения данной проблемы. Именно они открыли правило «Больше света меньше цвета» то есть Клиппинг хотя о фотографии, а тем более цифровой, тогда даже самые смелые умы и мечтать не решались.

Так вот расширение динамического диапазона это, по сути, способ решения данной проблемы, то есть сохранение детализации во всем видимом диапазоне.

Понаблюдайте за своим зрением, и сравните с картинкой, которую дает ваша камера. Часто и, как правило, вы видите снимаемую сцену со всеми деталями и в тенях и в светах даже при слабом и даже очень слабом освещении, а камера даже очень хорошая такой широтой похвастаться не может, приходится прибегать ко всяким хитростям, например, дополнительно освещать, снимаемый объект.

И хотя многие художники, а за ними некоторые фотографы, не парились по данному поводу, и превращали провалы в тенях и цветах в художественный прием. Или придумывали для изображаемого мира свои законы с массой условностей, например, фактуру рисовали только на границе тени и света, в полу тенях, тем самым передавая текстуру объекта без передачи деталей в тенях и цветах. Но все же погоня за детализацией продолжается до сих пор, и надо сказать результаты впечатляют, хороший и очень показательный пример это снимки космоса, сделанные с телескопа Хаббл и ему подобных космических аппаратов, когда из практически, казалось бы, пустого пространства вытаскивается масса очень детальной информации.

Но тут мы встречаемся еще с одной проблемой дело в том, что динамический диапазон средств просмотра фотографий не позволяет нам просматривать фотографии, сделанные в том расширенном диапазоне, которого можно достичь по средствам все возможных технологий и даже сохранить в файле. Но просмотреть его в такой широте мы не можем, потому что наталкиваемся на ограниченные возможности мониторов или фотобумаги, и полиграфические  технологии нас тоже не балуют.

И часто, когда вам говорят о фотографиях с расширенным динамическим диапазоном, на самом деле говорится о его сужении до диапазона средств просмотра, при сохранении детализации, которая присутствовала в файле с действительно расширенным диапазоном.

То есть когда вам говорят о том, что по средствам, например HDR фотографии можно значительно расширить динамический диапазон то надо понимать что речь, по сути, идет о еще одном способе как избежать клиппинга и повысить детализацию в светах и тенях, а динамический диапазон все равно будет ограничен средствами просмотра.

И в данном контексте уместнее говорить не о диапазоне камеры, монитора или фотоматериала, а о диапазоне всего фотографического процесса в целом, который в конечном итоге все равно вынужден, равняется на средства просмотра.

Надо сказать и о том, что технологии на месте не стоят, и все возможные производители постоянно анонсируют разнообразные технологии, с помощью которых можно будет просматривать изображения со значительно более широким динамическим диапазоном.

Часто данным термином называют величину допустимого отклонения экспозиций при съемке в определенных условиях с сохранением детализации в светах и тенях (полезный динамический диапазон). То есть в данном случае речь идет не о расширении диапазона, а об использовании имеющихся возможностей, которые предоставляет фотоматериал или матрица, и в данных пределах добиться максимальной детализации.

И также надо понимать, что в процессе обработки снимка, с файлом, полученным в процессе фотографирования, происходят разнообразные изменения, что в свою очередь тоже влияет на динамический диапазон. Можно расширить, а можно сузить. Формат, в котором сохраняются кадры, тоже влияет на диапазон, RAW файл сохраняет больше информации, чем JPG, и значит, имеет больший диапазон, и при обработке данное качество очень помогает, больше информации больше возможностей при ее обработке. При использовании HDR технологии, когда совмещается в одном файле несколько с разной экспозицией, получаются снимки с очень большим динамическим диапазоном.  Но сохраняется фотография для просмотра, как правило, в JPG формате который не может похвастаться такой широтой, но более удобен как конечный файл. И, следовательно, мы опять упираемся в проблему сохранения большего в меньшем, и ограничения которые накладывают на весь прочес особенности конечного файла.

Вы спросите, а на кой тогда производители стараются расширять диапазон камеры, и фотографы так носятся с идеей повышения данного показателя, если все равно выше конечного файла и средств просмотра не прыгнешь. Да не прыгнешь, но повысить качество фотографии можно и чем больше у вашей камеры, и всех остальных составляющих фотографического прочеса динамический диапазон тем потенциально более качественный продукт они могут выдавать в конечном итоге.

Измеряется динамический диапазон в тех же единицах что и экспозиция, то есть в EV (на фото жаргоне стоп, или шаг), то есть двоичный логарифм, иногда меряют десятичным логарифмом (D), 1EV=0,3D. Реже меряют линейно, например 1:1000, 1:1000 соответствует 3D и почти равно 10EV.

Почему самое распространенная единица это EV во многом по тому, что это двоичный логарифм. Суть в том, что для зрения, как и для некоторых других органов чувств, величина ощущения пропорциональна логарифму воздействия. И когда, например освещенность возрастает или падает на одно деление по логарифмической шкале согласно двоичному логарифму, то есть удваивается, то человечек своим зрением это воспринимает как изменение в одно значение по линейной шкале.

Разрядность или глубина цветности это показатель определяющий количество оттенков цвета, то есть чем больше разрядность, тем больше оттенков цвета, измеряется в «битах». Есть два вида разрядности на канал «бит на канал» и на пиксел, это сумма числа бит по всем трем каналам, которая представляет собой общее кол-во цветов в одном пикселе.

Оба показателя тесно связаны с динамическим диапазоном, но разрядность пикселов это показатель которым описывают, как правило, свойства аппаратуры, то есть матрицы.

А по канальная глубина цветности это показатель, с помощью которого чаше всего описывают свойства файлов определенных форматов.

В формате RAW эти показатели наиболее высоки, потому что данный формат это не обработанная информация, снятая с матрицы. И когда вы фотографируете, то побеспокойтесь, чтобы на вашей камере было установлена максимальная разрядность, если конечно у вас присутствуют такие настройки.

Разрядность современных камер может быть достаточно высокой в среднем 12 и 14 бит, но разрядность JPG файла всего 8 бит, и, как правило, фотографы и ретушеры стараются сохранять изображения в других форматах с большей разрядностью для обработки, а уже полностью обработанное изображение переводить в разрядность 8 бит.

ISO и динамический диапазон, это еще одна дилемма, которая иногда встает перед фотографом, суть в том, что с повышением ISO понижается диапазон, связано это с возрастанием уровня шума. С увеличением ISO вдвое, например со 100 до 200, вдвое сокращается и емкость фотодиода, потому что верхняя граница не куда не делась, она не изменено стоит на своем месте, потому что объем диода не изменен,  а вот нижняя с шумами подтянулась вверх. И фотограф вынужден выбирать, что для него в данном конкретном случае важнее, широкий диапазон, или высокие ISO.

Подведем итог, что может сделать фотограф, чтобы повысить качество фотографии, опираясь на знания о динамическом диапазоне;

  • Снимайте в формате RAW, это позволит иметь в исходнике наибольший динамический диапазон, который можно выжать из данной камеры.
  • Используйте наибольшую разрядность из имеющихся в вашем распоряжении, и только после окончательной обработки, в файле, предназначенном для просмотра переводите в меньшую.
  • Снимайте на меньшие ISO, чтобы избежать сужения динамического диапазона.
  • Думайте, в каких пределах вам держать полезный динамический диапазон, чтобы избежать клиппинга, и не свалится в шумы.
  • Если требуется, используйте HDR технологии, они действительно иногда помогают, улучшит качество снимков.

Надо сказать, что помимо HDR технологий есть масса способов как в процессе обработки фотографий повысить качество и в частности детализацию, об этих способах мы поговорим, когда речь пойдет о практических приемах обработки фотографии.

Динамический диапазон - Студия Д'артС

При выборе монитора, сканера, фотоаппарата, а также других устройств, работающих с изображением, мы чаще всего обращаем внимание лишь на одну из их характеристик — разрешающую способность этого устройства. Неудивительно — ведь именно её в первую очередь выпячивают в рекламе, как наиболее простую для понимания широкими массами. Однако помимо разрешающей способности существуют другие, не менее важные для качества картинки, характеристики. Таковыми, например, являются фотографическая широта и динамический диапазон. И если с разрешающей способностью всё бывает более-менее понятно, то с упомянутыми характеристиками часто возникают затруднения. Более того, эти два понятия на первый взгляд кажутся настолько похожими, что вносит только дополнительную путаницу. Попробуем внести ясность в этот вопрос на примерах как аналоговых, так и цифровых устройств.

Фотографическая широта — максимально возможный диапазон внешних яркостей, которые может зафиксировать внутри одного кадра фотоустройство.
Динамический диапазон — максимально возможный полезный диапазон оптических плотностей плёнки, фотобумаги и т.п. (или максимально возможный полезный диапазон количеств электронов, могущих помещаться в каждом пикселе электронной матрицы фотоустройства).
Таким образом, термин «фотографическая широта» применяется для оценки запечатлеваемого диапазона внешних яркостей, а динамический диапазон — для оценки физических свойств внутреннего носителя (оптическая плотность плёнки, ёмкость и шумность пикселей матрицы и т.п.). Чувствуете разницу?
В аналоговых устройствах фотографическая широта фотоплёнки не зависит от своего динамического диапазона, поскольку теоретически любой диапазон внешних яркостей может быть закодирован в сколь угодно небольшой диапазон оптических плотностей плёнки. Однако очевидно, что при большом диапазоне оптических плотностей, картинка будет выглядеть лучше и переходы между яркостями будут более качественными, поскольку на микроуровне плёнка всё же дискретна, а информация о градациях должна где-то храниться.
В цифровых же устройствах изначальная дискретность кодирования изображения является причиной чёткой зависимости фотографической широты от динамического диапазона матрицы. Дело в том, что пиксели матрицы во время экспозиции накапливают определённое количество электронов, линейно зависящее от внешней яркости. Количество электронов — конечное, от единиц до десятков тысяч. Больше определённого предела пиксель чисто физически вместить не может. Градация яркостей определяется именно этими количествами электронов. Электроны, когда их счёт идёт на единицы, не могут дать подобие аналоговой, плавно изменяющейся оптической плотности. Без заметной потери градаций, в электроны, число которых и так невелико, большую фотографическую широту не уместить. Вот она и привязана к этому количеству, и линейно от неё зависит. А это количество и есть динамический диапазон.
Из-за такой линейной зависимости понятие фотографической широты часто заменяется понятием динамического диапазона. К счастью, для цифровых фотоустройств это не критично. Однако, сравнивая их характеристики с характеристиками аналоговых фотоустройств, об этой особенности важно помнить.
Если с матрицами всё просто, то отношения между фотографической широтой и динамическим диапазоном плёнки, как вы уже успели заметить, гораздо более сложны. Давайте подробнее рассмотрим их.
Предположим, что фотографическая широта у некоторой плёнки небольшая. Такая плёнка слишком засвечивается в ярких местах кадра и недостаточно — в тёмных. Если мы представим себе, как это происходит, то нам станет очевидно, что в тех местах, которые освещены средне, и не подверглись на плёнке пересвету или недосвету, градации яркости будут проработаны более качественно. Ведь небольшая фотографическая широта плёнки оказывается растянутой на весь её диапазон оптических плотностей (динамический диапазон). Именно поэтому профессиональные плёнки имеют меньшую фотографическую широту, чем любительские. По той же причине у профессиональных плёнок и диапазон оптических плотностей (динамический диапазон) пытаются сделать как можно шире. В любительских же плёнках за счёт большей фотографической широты фотографу прощается возможная ошибка в экспозиции, но в любом случае ухудшается качество световых переходов.
То же самое и с фотобумагой. Контрастная фотобумага имеет меньшую фотографическую широту, поэтому яркие места кадра становятся ещё ярче, а тёмные — ещё темнее. В целом, фотография становится контрастнее. Такая фотобумага применяется для серых, вялых негативов, имеющих небольшой динамический диапазон. Для резких же кадров с большим динамическим диапазоном больше подходит мягкая фотобумага, которая сможет вместить в себя весь динамический диапазон такого негатива.
Для подведения итога этой главы и закрепления материала, давайте рассмотрим определения фотографической широты и динамического диапазона в применении к различным фотоустройствам и фотоматериалам:
Фотографическая широта плёнки (контрастность) — способность её фиксировать некоторый диапазон внешних яркостей. Приблизительные значения для негативов 2,5-9 EV, для слайдов 2-4 EV, для киноплёнки 14EV.
Динамический диапазон плёнки (диапазон оптических плотностей) — её способность в некотором диапазоне изменять свою прозрачность (оптическую плотность) в зависимости от воздействия внешней яркости. Приблизительные значения для негативов 2-3D, для слайдов 3-4D.
Фотографическая широта фотобумаги (контрастность) — способность её фиксировать некоторый диапазон внешних яркостей (от фотоувеличителя). Типичные значения для чёрно-белых бумаг: 0,7 EV (контрастная) — 1,7 EV (мягкая).
Динамический диапазон фотобумаги (диапазон оптических плотностей) — её способность в некотором диапазоне изменять степень отражения (оптическую плотность) в зависимости от внешней яркости (от фотоувеличителя). Типичные значения 1,2-2,5D.
Фотографическая широта матрицы цифрового аппарата — способность её фиксировать некоторый диапазон внешних яркостей. У цифрокомпактов 7-8 EV, у зеркалок 10-12 EV.
Динамический диапазон матрицы цифрового фотоаппарата — способность пикселей матрицы в некотором количественном диапазоне накапливать разное количество электронов в зависимости от уровня внешней яркости. Динамический диапазон цифрокомпактов — 2,1-2,4D, зеркалок — 3-3,6D.
Фотографическая широта графического файла — Поскольку файл — это всего лишь способ хранения информации, то за счёт потери градаций в любой формат файла можно запихнуть любой диапазон внешних яркостей. Стандартные же величины у формата восьмибитного JPEG — это 8 EV, у HDRI (Radiance RGBE) — до 252 EV. От количества бит, выделяемых для хранения каждого пикселя, этот параметр зависит лишь косвенно, поскольку способ упаковки информации в эти биты у разных форматов может быть различен.
Динамический диапазон графического файла — способность файла хранить в себе некоторый диапазон значений каждого пикселя.
Фотографическая широта монитора — Поскольку монитор — это только устройство отображения, то применительно к нему этот параметр не имеет особого смысла. Ближайшим по смыслу параметром будет способность монитора отображать закодированный в графическом файле диапазон значений яркости. Но величина этого параметра зависит в основном от программы отображения и используемого цветового профиля, которые с тем или иным успехом втискивают всю (или не всю) фотографическую широту изображения, содержащуюся в файле, в рамки динамического диапазона монитора. Замечу, что чем большая фотоширота втиснута в динамический диапазон, тем менее контрастно выглядит изображение. Однако существует специальный метод коррекции (тональная компрессия), позволяющий при сохранении фотографической широты увеличить контрастность.
Динамический диапазон монитора (контрастность) — способность пикселя монитора в некотором диапазоне изменять свою яркость в зависимости от напряжения входящего сигнала. Динамический диапазон современных мониторов находится в пределах 2,3-3D (200:1 — 1000:1).
Фотографическая широта матрицы сканера — способность её фиксировать некоторый диапазон яркостей отражённого от бумаги или пропущенного через плёнку света. Составляет от 6-8 EV у офисных планшетных до 13-16 EV у профессиональных барабанных сканеров.
Динамический диапазон матрицы сканера — аналогично матрице фотоаппарата, способность пикселей матрицы сканера в некотором количественном диапазоне накапливать разное количество электронов в зависимости от яркости отражённого от бумаги или пропущенного через плёнку света. Динамический диапазон сканеров может принимать значения от 1,8-2,4D у офисных планшетников до 4-4,9D у профессиональных барабанных сканеров.
Примечание по сканеру: Поскольку лампа сканера создаёт постоянную освещённость сканируемого материала, верхняя граница яркости этого материала (абсолютно белый лист или полностью прозрачная плёнка) оказывается известной. Верхняя граница динамического диапазона матрицы сканера заводской калибровкой подгоняется под эту максимальную яркость. Следовательно, верхние края шкал фотографической широты сканера и динамического диапазона плёнки (с учётом её вуали) будут совпадать.
Принимая во внимание, что у цифрового устройства динамический диапазон равен фотографической широте, можно сказать, что будут совпадать верхние края шкал динамических диапазонов сканера и плёнки+вуаль. А значит, наложив их диапазоны друг на друга, мы сможем их корректно сравнить, и определить, сможет ли тот или иной сканер оцифровать плёнку, не обрубив её диапазон. Для справки: динамический диапазон вуали (максимальной прозрачности) фотоплёнок приблизительно составляет 0,1D, и эту цифру при сравнении следует прибавлять к динамическому диапазону плёнки.
Общее примечание: Не все вышеперечисленные словосочетания реально используются, но они упомянуты для полноты картины, чтобы яснее можно было прочувствовать разницу между фотографической широтой и динамическим диапазоном.

Единицы измерения
Динамический диапазон измеряют по шкале, каждое следующее деление которой соответствует снижению измеряемого параметра в 10 раз, а фотографическую широту — по шкале, каждое следующее деление которой соответствует снижению измеряемого параметра в 2 раза.
Исходя из понятия логарифма (показатель степени, в которую надо возвести одно число, чтобы получить другое), обе эти шкалы являются логарифмическими. В первом случае используется логарифм по основанию 10 (десятичный логарифм — log), во втором — по основанию 2 (двоичный логарифм — lg).
Логарифмическая шкала — это удобный способ уложить огромный диапазон значений измеряемого параметра в компактном виде. Можно предположить, что к концу шкалы теряется её точность. Это так, но дело в том, что и органы чувств человека ведут себя так же. Глаз человека, например, может различить небольшой перепад в свете звёзд, но такой же в абсолютных числах перепад яркости двух ярких ламп глаз уже не зафиксирует. Поэтому десятикратный перепад больших яркостей глазу кажется одинаковым со стократным перепадом средних, и с тысячекратным — малых яркостей.
Поэтому десятичный логарифм используется для соответствия каждого следующего деления шкалы динамического диапазона зрительному ощущению падения яркости в 2 раза при фактическом десятикратном падении величины измеряемого параметра, а двоичный — для соответствия каждого следующего деления шкалы фотографической широты зрительному ощущению равномерного падения яркости при падении вдвое количества света.
Размер динамического диапазона или фотографической широты записываются цифрой, обозначающей количество делений по соответствующей шкале между измеренными точками. При этом, если измерения проходят по шкале динамического диапазона, рядом с цифрой ставят обозначение D (2D, 2,7D, 4D, 4,2D), а если по шкале фотографической широты, то используется обозначение EV (Exposure Value — значение экспозиции) или просто количество ступеней или стопов (делений).
Часто динамический диапазон записывают в виде отношения, показывающего, во сколько раз между крайними точками диапазона происходит перепад измеряемого параметра, например 100:1 (2D) или 1000:1 (3D). Обычно такой способ записи применяется для указания контрастности мониторов.
Формула же для измерения полезного динамического диапазона следующая: динамический диапазон равен десятичному логарифму из отношения максимальной величины измеряемого параметра к минимальному, то есть уровню шума:
D = log(Max/Min)
Формула вычисления фотографической широты аналогична, но вместо десятичного логарифма применяется двоичный.
Динамический диапазон цифровых устройств измеряют ещё и в децибелах. Способ измерения практически аналогичен вышеописанному, поскольку децибел — тоже логарифмическая величина, и тоже вычисляется через десятичный логарифм. Но значение в децибелах будет в 20 раз больше (1D = 20 дБ), и сейчас я объясню, почему.
Измерению в этом случае подвергается разница напряжений, в которые преобразовываются накопленные в каждом пикселе матрицы электроны. Впрочем, это напряжение пропорционально количеству накопленных электронов, но я упомянул напряжение не случайно. Дело в том, что в децибелах измеряют диапазоны только энергетических величин: мощностей, энергий и интенсивностей. И способ их вычисления полностью аналогичен вышеописанному за исключением умножения итогового числа на 10, потому что мы меряем не белы а децибелы, которые в 10 раз меньше.
Однако существует возможность померить в децибелах и амплитудные величины, такие как напряжение, ток, импеданс, напряженности электрического или магнитного полей и размахи любых волновых процессов. Но для этого надо учесть зависимость от них соответствующей им энергетической величины. А зависимость эта всегда квадратичная.
Например, вычислим зависимость мощности от напряжения. Мощность равна квадрату напряжения делённого на сопротивление, то есть она зависит от напряжения квадратично. Увеличивая напряжение в 2 раза мощность увеличивается в 4 раза. Значит, чтобы сохранить мощностную пропорцию, придётся мерить диапазон не напряжений, а квадратов этих напряжений:
log(Umax2/Umin2) = log(Umax/Umin)2 = 2*log(Umax/Umin)
Мы получим значение в белах. Для перевода в децибелы умножаем на 10. В итоге полная формула принимает вид:
Децибелы = 20*log(Umax/Umin)
Таким образом, у нас получается, что динамический диапазон в децибелах равен подсчитанному нами по шкале динамическому диапазону, умноженному на коэффициент 20.
Иногда из-за путаницы в терминологии динамический диапазон измеряют в единицах экспозиции (EV), ступенях или стопах, как фотографическую широту, а фотографическую широту — как динамический диапазон. Чтобы привести параметры к нормальному виду, приходится пересчитывать диапазон из одной шкалы в другую. Для этого необходимо вычислить цену деления одной шкалы в цифрах другой. Например, цену деления шкалы фотографической широты в цифрах шкалы динамического диапазона.
Поскольку деления шкалы представляют собой степени, вычислим, в какую степень надо возвести десятку (размерность шкалы динамического диапазона), чтобы получить двойку (размерность шкалы фотографической широты). Для этого берём десятичный логарифм от двойки и получаем искомый результат — цену одного деления шкалы фотографической широты в единицах шкалы динамического диапазона — приблизительно 0,301. Это число и будет коэффициентом перевода. Теперь, для перевода EV в D, следует EV умножить на 0,3, а для перевода из D в EV, следует D разделить на 0,3.
Замечу, что шкала фотографической широты применяется не только для измерения диапазонов, но и для измерения конкретных величин экспозиции. В этом случае шкала имеет условный ноль, который соответствует яркости света, падающего от объекта, освещённость которого составляет 2,5 люкса (для нормальной экспозиции объекта с таким освещением требуется диафрагма 1.0 и выдержка 1 сек. при чувствительности ISO 100). Таким образом, экспозиция вполне может принимать по этой шкале отрицательные значения в EV. Диапазон же, естественно, всегда положителен.


18.11.2008
Новиков Максим Глебович

Приведу еще одну статью на данную тему

Цифровые информационные войны.
или фотолюбители, будьте бдительны!

В самом начале отмечу, что я не в коем случае не хочу выступать против цифровых фотокамер и сканеров. Нет, нет и еще раз нет. Глупо не замечать, и не признавать того, что "цифра" успешно конкурирует с пленкой. Но нельзя, на мой взгляд, утверждать и о полном и безоговорочном преимуществе одной технологии над другой. Найдутся такие области применения, где бесспорно будет побеждать цифровая фотография, немало и таких, где уникальные свойства традиционных фотоматериалов будут незаменимы.

Но есть и огромная область "пересечения интересов". Вот за эту "спорную зону" и развернулась настоящая информационная война. В качестве оружия - периодические фото издания. С их страниц ведется массированная атака на фотолюбителей, в своем апогее больше похожая на оболванивание, призванное убедить сомневающихся в победе цифровых технологий. Но беда в том, что в войнах, в том числе и информационных, зачастую, в проигравших оказывается тот, чьи интересы так беззаветно отстаивают воюющие стороны. В нашем случае это покупатель. Выпады, ярых сторонников "цифры", бывает, страдают безграмотностью в элементарных технических аспектах фотографии (как галогенсеребряной, так и цифровой), иногда эти ошибки больше напоминают подтасовку фактов, призванную выставить описываемое в более выгодном свете. Непонятно, что заставляет отечественные издания публиковать такого рода материалы и терять авторитет и солидность? Вы не догадываетесь, каков ответ на этот вопрос? Как не пасть жертвой сделав неудачную покупку?

Вспомним, что сначала "цифра" боролась за число элементов светочувствительной матрицы формирующих фотографическое изображение. Сканеры и цифровые аппараты совершенствовались и накапливали "мегапиксельную мощь". Исходя из того, что подавляющее большинство фотографий печатаемых в мире имеет размер 10x15см, требования к количеству пикселов не так уж и велико. После успешного достижения "трехмегапиксельной высоты" сопоставимость с пленочными камерами по воспроизведению мелких деталей изображения была достигнута (во всяком случае, для любительского класса и формата отпечатков 10x15 и 15x21см), на арене появился другой параметр - динамический диапазон. Собственно говоря, он не появляется ниоткуда, просто в погоне "за мегапикселами" производители оборудования старались не заострять внимания на этом вопросе.

В статьях про "цифровой заменитель пленки" динамический диапазон матрицы ПЗС отождествляют с фотографической широтой фотоматериала. Это логично, однако при этом его указывают в единицах
x.xD. Почему выбрана эта буква непонятно (толи от слова Dynamic, то ли от Density), во всем мире для обозначения такого рода величин используется буква B или в русском Б -белы, или чаще децибелы (dB или дБ) - 0,1 бела. Использование буквы D породило путаницу - некоторые принимают за динамический диапазон пленки, интервал ее оптических плотностей, тогда как на самом деле эти две величены мало связаны друг с другом. Понятию динамического диапазона больше соответствует фотографическая широта. Для фотопленки это величина, определяемая по характеристическим кривым (ХК).

"Фотографическую широту l определяют величиной отрезка 'дельта'lgH, соответствующего проекции прямолинейного участка характеристической кривой на ось логарифмов экспозиций. Начальная Dнач и конечная Dкон оптическиие плотности образца соответствуют началу и концу прямолинейного участка характеристической кривой. При этом значения Dнач и Dкон не должны отклоняться от продолжения прямолинейного участка более чем на 0,04 ед. оптической плотности." (К.А. Августинович, Основы фотографической метрологии, М, Легпромбытиздат, 1990г., -стр 207).
Далее, там же: "Общую фотографическую широту негативных и обращаемых пленок определяют интервалом логарифмов световых экспозиций, в пределах которого все три характеристические кривые прямолинейны." стр. 208.

Посмотрим, каким образом определяется тот же параметр для цифровых фотокамер в обзоре "Цифровые зеркалки" (Фото и видео #5 (49) за 2001год.). Там динамический диапазон (ДД) цифровых камер также наглядно определяется по графику.

Процитируем его по журналу. Почему из трех ХК осталась только одна линия? Неужели все производители добились того, что все кривые легли "след в след"? Похоже, что это особенности методики выбранной автором. При таком объединении могут "спрятаться" расхождения трех кривых, которые взаимно компенсируются. Фотографическая широта или ДД по приведенному графику определяется не прямолинейным участком, а всей кривой, хоть как-то отличающейся от максимума и минимума. Попробуем на основе приведенных в статье графиков определить ДД исходя из методики принятой в фотографии. Прямолинейный участок, например, у Canon ограничен точками на оси lg(t) от -1,1 до -2,2, а у Fuji от -0,7 до 1,8 (такая разница говорит о разной "светочувствительности" матриц) таким образом, та самая фотографическая широта у обеих камер 1.1, а совсем не 2,3 и 2,2 соответственно!

Приведем подпись под рисунком: "При последующей корректировке изображения глубокие тени придется "вытягивать" с помощью передаточных кривых..." Диапазон указывается в статье с тем расчетом, что потом в при обработке в графическом редакторе мы выровняем кривую до идеальной прямой - благо низкие шумы это позволяют. Но тогда давайте такую же операцию проведем со слайдом - и всех поставим в равные условия, отсканируем и "вытянем"! Такой динамический диапазон (фотографическая широта) получился у слайда даже шире чем 2,5! А у негатива вообще "убежал" в район 3,5. Наверное, автору статьи было бы небезынтересно узнать, что в фотографии такой параметр тоже используется, только вот называется он не фотографическая широта (динамический диапазон), а полный интервал экспозиций.

Не могу не процитировать рассуждения автора по поводу ДД:
"Невольно напрашивается сравнение с пленкой. Если отталкиваться от диапазона получаемых на пленке оптических плотностей (что является входным параметром при последующем сканировании), то диапазон полезных плотностей негатива (с учетом допусков на передержку) не превысит 2,00, а у хорошей обращаемой пленки он составит приблизительно 3,50. Но вот практическая фотографическая широта (интервал передаваемых яркостей) у слайда, наоборот, невелик, а у негативной может превысить 11-12 ступеней диафрагмы (3,3-3,60). Но на фотоотпечатке с негативной пленки вряд ли воспроизведется диапазон яркостей более 5-6 ступеней диафрагмы (1,5-1,80), если, конечно, речь не идет о ч/б пленке и печати на бумагу с пониженным контрастом.
Так что не так уж и плоха матрица цифровой фотокамеры, позволяющая регистрировать диапазон яркостей снимаемого объекта на уровне 7-8 ступеней диафрагмы, т.е. 2,1-2,40."

Вот яркий пример, того как, навалив цифр и терминов, можно запутать кого угодно. Несколько раз прочитал, но так и не понял, к чему здесь приведен диапазон оптических плотностей пленок и при чем же здесь сканеры. Сразу вспоминается известный алгеброид, "в котором, путем очень сложного умножения и деления, доказывается преимущество советской власти перед всеми другими властями".

Давайте разберем этот абзац поподробнее.
Так, например, возьмем негативную FujiColor New Superia 100 и обращаемую FujiChrome Provia 100F Professional [RDPIII] (их характеристические кривые можно посмотреть на сайте фирмы:
www.fujifilm.com, оттуда и взяты эти кривые). Так вот фотографическая широта негативной пленки около 2,2 'дельта'lgH (это цифры приблизительные и близкие к теории, надо еще и учитывать, что и рассматриваемые материалы информация производителя). Надо сказать, что 'дельта'lgH как логарифмическая и "безразмерная" величина может "оразмерена" белами, но это не имеет отношения к оптической плотности. Другие типы пленок других производителей будут иметь схожие цифры. С диапазоном оптических плотностей тут сложнее из-за маски. Наибольшая оптическая плотность больше 3.0, с учетом плотности маски 0.8, поэтому и диапазон оптических плотностей по свой абсолютной величине, причем для каждого слоя, близок к динамическому диапазону.

С обращаемой пленкой ситуация немного иная. Полный диапазон оптических плотностей составляет действительно достаточно большую величину - около 3.5. Но обратимся к нашему прямолинейному участку. Он оказывается значительно меньше, чем на негативной пленке. Опять же приблизительно фотографическая широта около 1,5'дельта'lgH. При этом она лежит в диапазоне оптических плотностей до 2.8. Больше чем у негативной пленки, но при этом несет информацию о гораздо более узком интервале яркостей объекта. На практике область плотностей слайда более 2.8 действительно не используется для построения изображения. Простой эксперимент может это подтвердить. Возьмите слайд и посмотрите в поле кадра вы не найдете такой же "черноты", которая есть в
меж кадровых промежутках.

Диапазон оптических плотностей получаемых на фотоматериале напрямую не связан с фотографической широтой. Интересен термин "практическая фотографическая широта" использованный в этой статье, это, вероятно, вклад в фотографическую науку. Придется повториться и огорчить автора, эту величину задолго до него назвали полным интервалом экспозиций.

Тем не менее, приведенные в статье графики, своеобразные аналоги ХК кинофотоматериалов говорят о том, что камеры действительно не плохи. С их помощью можно получать фотографии хорошего качества. Более того, как мне кажется, цифровая фототехника ориентирована, в первую очередь, на получение фотографий публикуемых на вебсайтах (или просто предназначенные для демонстрации на экране монитора) и для использования в бумажных СМИ, в основном в газетах (т.е. где качество полиграфии невысокое). В этих вариантах применения большой динамический диапазон камер, как, впрочем, и большая фотографическая широта фотоматериалов, просто оказываются ненужными - ни монитор, ни газета не смогут его полностью передать. Цифровых камер, в том виде, в котором они сейчас существуют, для такого применения хватит с избытком. Зато по оперативности "цифра" вне конкуренции. Изображение готово практически сразу после нажатия спусковой кнопки, причем том самом виде, в котором нужно для вебдизайна и полиграфии: в виде файла. Нет стадии химико-фотографической обработки, которая не только занимает определенное время, но и может превратить в технический брак уникальный кадр. Это достоинство настолько велико, что позволяет просто не замечать все остальные свойства, которые в тех или иных условиях могут быть причислены к недостаткам.

Для высококачественной полиграфии и для художественной фотографии, то есть там, где не столько важна скорость, сколько конечное качество получаемого изображения пока более приемлемыми остаются традиционные фотоматериалы.

Позволю себе маленькое "лирическое отступление". За более чем полутора вековую историю фотографии произошло много изменений, но вся эта история - это история развития галогенсеребряных фотоматериалов. Причем, как ни кощунственно это звучит, каждый шаг в развитии оптики и фотоматериалов приводил к ухудшению качества любительского фотоотпечатка в угоду компактности и удобству использования фотоаппаратуры. Изначально негатив был того же размера что и конечный отпечаток. Позже качественный скачек в технологии фотографических материалов, и оптики позволил уменьшить начальный размер негатива и проводить печать с увеличением. Так достигалась не только значительная экономия негативного материала, но и компактность фотоаппаратуры. Естественно, что экономия и компактность достались не бесплатно. С уменьшением размера негатива началась борьба за уменьшение зернистости, а позже с появлением цветных материалов - гранулярности. Уменьшился размер негатива - уменьшилась его информативность. Но ее изначально было больше чем нужно для "семейного альбома". Появились любительские камеры с негативом 9x12см, они стали более компактны. Начало использования в качестве подложки негатива триацетата целлюлозы привело не только к тому, что появилась ее величество пленка, можно стало не таскать с собой огромное количество тяжелых и хрупких стеклянных фотопластинок. Вторым эффектом этого явления стало уменьшение негатива до размера 6x9см а аппараты в свою очередь еще меньше и отпала необходимость в чемодане с кассетами сопровождающего фотографа во время прогулок с камерой. Один ролик пленки заменял 8 кассет. Необходимость в "черном ящике для перезарядки кассет" тоже отпала.

Фирма Kodak вышла с девизом: "Вы только нажимаете кнопку, остальное делаем мы". Это позволило стать фотографии не увлечением для избранных, а массовым явлением. А для масс большого качества и не надо. Появилась 35мм перфорированная пленка. Собственно, она была "одолжена" у кинематографистов. Количество кадров на пленке увеличилось почти в пять, а камера стала еще в два раза меньше. Пришлось производителям оптики и пленки в очередной раз напрячься, чтобы выжать из полутора квадратных дюймов все, на что они были способны.

Процесс совершенствования 35мм камер и материалов продолжается до сегодняшнего дня. (Это последнее утверждение может быть оспорено: например, фирма Canon заявила, что ее разработка EOS-1v - это последняя пленочная профессиональная камера - дальше только цифровые и даже предъявила такую камеру). И достижения в этом направлении поистине фантастичны. Фотоматериалы стали совершенны настолько, что позволяют фотолюбителю не особо заботится даже о правильности установки экспозиции. Оптика тоже не стояла на месте, появились и успешно прижились объективы с переменным фокусным расстоянием. Изначально их качество сильно уступало "фиксфокалам", но удобство в их использовании позволило смириться с потерей качества. Со временем совершенствование оптических технологий сгладило эту разницу. Можно сказать, что совершенствование исчерпало или почти исчерпало себя - дальнейшие улучшения достаются "большой кровью": затраты на них получаются несопоставимы с достигнутым эффектом. Все шло к тому, что близится качественный переход. И он не заставил себя ждать - это цифровые фотокамеры. За свою десятилетнюю историю они проделали путь, на который галогенсеребряным материалам понадобилось полтора века и продолжают динамично развиваться. Уже сейчас цифровые камеры стали сопоставимы с пленочными по большинству свойств, а по некоторым - по оперативности, например, уже обогнали "старшего брата". Справедливости ради надо заметить, что такое бурное развитие цифровых фото технологий стало возможно благодаря развитию компьютерных технологий и если так можно сказать, то востребованностью цифровых изображений в компьютерном мире.

Родился и успешно развивается целый класс фотоаппаратуры - компактные камеры или "мыльницы". Более того, эти камеры стали наиболее распространенными, и именно при помощи таких камер делается подавляющее большинство фотографий в мире, которые, кстати, имеют тот самый размер
-10x15см. (замечу, что попытка перейти на уменьшенный APS - формат, который сулил фотографу множество сервисных дополнений не удалась) Тем не менее, до сих пор живы и выпускаются профессиональные камеры предназначенные для работы с форматным пленочным материалом. Эти камеры стоят много дороже тех самых мыльниц, но позволяют получать негативы и слайды предназначенные для больших увеличений. Сейчас профессионал может выбрать тот формат негатива или слайда, какой необходимо - 6x9, 9x12, 13x18см. 35мм пленки уже давно отданы на откуп любителей, правда существует и профессиональная техника "узкого формата" - это камеры предназначенные в основном для фоторепортажа. Но и этот последний оплот профессиональных узких пленок терпит поражение. Будущее здесь за "цифрой", рано или поздно это случится.

В конце концов, отказ от использования традиционных фотоматериалов для "семейного альбома" это не плохо. Цифровые технологии позволяют уделять ведению семейного альбома еще меньше времени. К тому же отказ от химико-фотографической обработки позволит не сливать в канализацию многие кубометры обрабатывающих растворов. Да, в подавляющем большинстве лабораторий отходы не утилизируются, а просто выливаются в канализацию. Конечно, производство цифровых аппаратов тоже не безвредно, но в производственных условиях проще контролировать и очищать сточные воды. И семейный альбом на компакт-диске займет меньше места чем обычный, бумажный, из него не выпадет и не потеряется ни одна фотография. Есть и минусы - например то, что для его просмотра необходимо дополнительно оборудование - компьютер. Хочется думать, что со временем он будет в каждом доме. Пока цифровая фотография будет обходиться много дороже обычной, если вы конечно не получаете все оборудование "на тестирование" как господин Е. Козловский, гл. ред. журнала "Компьютерра". Но хочется заметить, что такая дешевизна традиционной фотографии в первую очередь объясняется ее массовостью. Так что "цифре" есть к чему стремиться, пример для подражания очень хороший.

Очень часто со страниц журналов слышаться призывы: "Не пора ли переходить на цифровую фотографию?". Почему переходить, почему я должен забросить на полку пленочную камеру и озадачиться выбором цифровой? Можно прекрасно совмещать эти две технологии и использовать их параллельно. Таким связующим звеном может стать сканер, лучше пленочный. На настоящий момент, это наиболее оптимальный вариант для требовательного фотолюбителя. Он позволяет не пользоваться услугами минилабов при печати фотографий, о качестве которых уже не раз рассказано. С одной стороны достигаются все блага и преимущества цифровой фотографии, с другой стороны, при необходимости, остается качество доступное пленочной. Правда фотолюбителю понадобится еще и компьютер. Но для полноценного "фотолюбительства" с цифровой камерой компьютер также необходим. А про то, что компьютер может быть использован не только для занятия фотографией, я говорить не буду, попробуйте пофантазировать сами. Правда если вы не планируете печатать фотографии размером 20x30 или 30x45см высокого качества, то цифровой камеры хватит и для семейного альбома и для публикаций ваших снимков на вебстраницах. Только если у вас уже есть камера, которая вас устраивает, то менять ее, скорее всего, незачем.

Рекомендации по выбору фильм-сканера часто появляются и на страницах фото изданий. Только после прочтения их остается больше вопросов, чем было сначала. Если вопрос количества элементов ПЗС матрицы более или менее ясен, то вопрос динамического диапазона сканера становится более туманным с каждой новой публикацией. Так же практически не освещается реальная разрешающая способность сканера, которая кроме ПЗС линейки определяется еще и оптической частью сканера, согласитесь, что для сканера "читающего" 4000 точек с дюйма вопрос качества объектива очень актуален.

Однако давайте по порядку. Сканеры с оптическим разрешением 4000dpi могут быть использованы для профессиональной работы в полиграфии. Они позволят "растянуть" ваш негатив или слайд на журнальную страницу или даже на разворот. 2700dpi вполне хватит фотолюбителю с "повышенными" требованиями, для печати своих шедевров на струйном принтере формата А4. Для публикаций фотографий на вебсайтах, или ведения электронного архива своих негативов
такое разрешение сканеров даже избыточно.

Более животрепещущим является вопрос динамического диапазона сканера, то есть интервала оптических плотностей, которые он будет "считывать" с пленки. Для начала попробуем определиться, к чему необходимо стремиться. Посмотрим опять на характеристические кривые пленок приведенные выше. Максимальная оптическая плотность негативной пленки составляет около 3,2Б, слайда соответственно около 3,5Б. В любом случае если сканер будет правильно воспроизводить оптические плотности от 0 до 4Б этого будет с избытком хватать для успешного сканирования всех типов фотопленок. Однако необходимо обратить внимание на то, что если диапазон оптических плотностей слайда для всех слоев 0-3,5Б, то для негатива этот диапазон значительно уже. По слоям:

R (красночувствительный) - 0,2-2,5Б,

G (зеленочувствительный) - 0,5-2,7Б,

B (синечувствительный) - 0,8-3,2Б.

Объяснить это достаточно просто. Для компенсации паразитного поглощения красителей желтого (синечувствительный слой) и пурпурного (зеленочувствительный слой) цветообразующие компоненты имеют окраску соответствующую паразитному поглощению красителя, который получается из этой компоненты в процессе цветного проявления. Называется это принцип внутреннего маскирования. Проявленная пленка имеет красно-коричневую или как еще говорят кирпичную окраску эта та самая маска, которая не несет никакой информации. Это уже было изложено выше. Таким образом, диапазон (разница) оптических плотностей негатива меньше слайда - не более 2,5Б.

Теперь обратимся журналу "Потребитель" "Фото техника & видеокамеры" #11 за 2001г. На страницах 80-97 помещен обзор Т. Федуловой под названием "Слайд-сканер - взгляд насквозь". Наскоро разобравшись с проблемами разрешения слайд сканеров и мимоходом восхитившись прогрессом в этой области, делается вывод, что для работы с прозрачными оригиналами необходимо оптическое разрешение сканера не менее 1200dpi. Оставим бессмысленность этой фразы (говорить о достаточности разрешения сканера вообще, не учитывая то, для каких целей сканируется изображение, на мой взгляд, бессмысленно).
Прочтем дальше: "Согласно принятой логарифмической шкале значение 0,0D соответствует идеально белому (или абсолютно прозрачному) оригиналу, 4,0D - абсолютно черному (или непрозрачному) оригиналу." К сожалению, "принятая" автором логарифмическая шкала отличается от общепринятой, например: "Практически денситометры с ЭФУ обеспечивают измерение черно-белых фотоматериалов на прозрачной основе в диапазоне D=0-6, цветных материалов D=0-4, а в отраженном свете 0-2,5." (В.А. Зернов, Фотографическая сенситометрия, М. Искусство 1980г. с175.).

Максимальная величина оптической плотности ни чем не ограничена. Другое дело, что человеческий глаз не различает разницу в оптических плотностях больших прозрачных оригиналов 4,0Б. К слову сказать для фотографических бумаг максимальная оптическая плотность не превышает 2,0Б и лишь для некоторых типов бумаг может достигать 2,3Б (смею вас заверить в ближайший минилаб такая бумага не попадет даже случайно). Кстати в ГОСТ 2653-80 "Фотографическая сенситометрия. Термины, определения и буквенные обозначения величин" так же отсутствуют ограничения на величину оптической плотности.

После такого фундаментального заявления автора очень забавно выглядит в данном обзоре описание сканера Nikon Super Coolscan 8000 ED, с динамическим диапазоном 4,2. Поистине компании удалось преодолеть теоретический диапазон, установленный автором статьи. Надо заметить, что сами производители указывают завышенный или теоретически возможный диапазон. Поскольку даже цифры 3,6 должно полностью хватить для сканирования любой пленки. Только реальной цифры 3,6 а не "теоретически возможной"!

Cкладывается такое впечатление, что многие из статей написанные о фотографии и для "просвещения" фотолюбителей, писались далеко не самыми "просвещенными" авторами.

При этом "цифроориентированные" статьи иногда насыщены нескрываемыми агрессивностью и пренебрежением к "пленочной" фотографии. Они говорят, что цифровая фотография лучше (качественнее, удобнее и проч.) того, о чем имеют достаточно отдаленное (судя по их же эпистолярам) представление. Много ли стоят выводы таких "специалистов"? О вкусе ананасов хочется слушать тех, кто их ел! А не тех, кому заплатили за рекламу ананасового вкуса и его преимущества над всеми другими.

Особенно меня порадовал новый журнал, посвященный исключительно цифровой фотографии E-PHOTO. В ? 3 за март 2001г. можно прочесть много нового и познавательного.

Так на стр. 16 можно прочесть: "Цифровая фотография обходится без сложнейших химических процессов, связанных с выбиванием атомов серебра фотонами, дальнейшим связыванием этого серебра и визуализацией изображения на пленке, а затем на фотобумаге. Все это стало ненужным по банальной причине отсутствия фотопленки, хранилища изображения в "аналоговой" фотографии". Автора этого высказывания я не могу определить, поскольку тему номера писало несколько человек и чьему перу принадлежит та или иная часть неизвестно. Хотелось бы, что бы автор, перед тем как писать такое, хотя бы посмотрел популярные книжки по фотографии. Мне бы не хотелось держать в руках штуку, в которой, под действием фотонов, выбиваются атомы серебра из кристаллической решетки! На самом деле, фотонами "выбиваются" электроны, причем не из серебра, а из галоген-ионов! Далее эти электроны "блуждают" по кристаллу и если попадают на дефекты кристаллической решетки, называемые центрами светочувствительности, то могут "прилипать" к иону серебра, соседствующего с такими дефектами, и восстанавливать его. Так образуются центры проявления. В своей совокупности их называют скрытым фотографическим изображением. Нехорошо ехидствовать, но хочется спросить у автора, а что, фотоны тоже не нужны для цифровой фотографии?

Приблизительно в том же духе, то есть, придерживаясь своей собственной терминологии и понимания фотопроцессов, написано и про цифровую фотографию. Так на стр. 11 замечательно изложен принцип действия ПЗС-матрицы:
"При попадании света на такой элемент он вырабатывает электрический сигнал, пропорциональный количеству попавшего света" И далее в следующем абзаце:
"Сейчас наиболее распространены камеры на основе CCD (charge coupled device - устройство с зарядовой связью) - матриц. Называются они так потому, что во время экспозиции в светочувствительных элементах накапливается заряд, пропорциональный интенсивности падающего света. Затем при считывании данных эти заряды сдвигаются из строки в строку, пока не будет считана вся матрица". Так все-таки сигнал вырабатывается или заряд накапливается? И потом, почему автор не использует в дальнейшем введенный им же термин "устройство с зарядовой связью", а предпочитает пользоваться общепринятым -
ПЗС.

На стр. 27, из того же обзора приведена таблица чисел светочувствительности, интересно, где ее раскопал автор. Числа светочувствительности приведенные в ней отменены больше 10 лет назад, и новая шкала ГОСТ полностью соответствует шкале ISO, которая кстати сказать подразумевает двойное обозначение светочувствительности пленки, например 100/21°.

Так же безграмотно приведены значения цветовой температуры различных источников света:
"Значения эти берутся не с потолка, а из специальных таблиц, которые можно найти в хороших учебниках по цветной фотографии. Приведу несколько цифр: дневной свет - 5500К, лампы накаливания - 3200-3500К:" На самом деле цветовая температура ламп накаливания не 3200-3500К. а всего лишь 2400-3000К в зависимости от мощности. Температуры 3200К могут достигать лишь специальные перекальные фотолампы. Цветовая же температура дневного света может меняться от 3800К во время восхода солнца до 5800К в полдень. Эти данные приведены в книге "Практика цветной фотографии" Л. Пренгель, М. Мир, 1992г.стр. 256., возможно автор не относит эту книгу к "хорошему учебнику по цветной фотографии".

Уже в #6 за 2001г. того же журнала в разделе "Переписка" помещен ответ на письмо читателя, который, возмущается содержимым журнала:
"А кто Вам сказал, что содержимое журнала должно быть сплошняком посвящено фото? Для материалов по фотографии уже есть журнал - ФМ. А E-PHOTO - это совсем другой журнал, как Вы совершенно правильно подметили, что он скорее компьютерный, ну а уж если быть более конкретным, то о цифровых (компьютерных если хотите) методах работы с изображением. Ну а теперь по поводу "неточностей и глупостей" в терминологии. Как показывает мой большой журналистский опыт, нет более глупой и бесполезной вещи, чем спорить о терминах. Поверьте, в таких спорах всегда тот, у кого лучше подвешен язык".
Это точно, о терминах обычно не спорят, о них договариваются перед тем, как спорить. А вот использовать их нужно правильно вне зависимости от того, как "подвешен язык".

Повторюсь и скажу еще раз: я лично за то, что бы сторонники бита не впивались в глотку поклонникам дефектных кристаллов галогенида серебра. Я за мирное существование и здоровую конкуренцию. Она всех рассудит и все расставит по своим местам.

Просто, когда вы решите заняться фотографией (или обновить свою фотокамеру, сканер), то чтобы не ошибиться в выборе решите почитать журналы. Знайте, что все написанное там нельзя принимать за чистую монету. Далеко не все, написанное там, вышло из под пера специалистов. Грустно, но это факт. Будьте бдительны!

А. Буянов-Вольский

Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 

  • < Назад
  • Вперёд >
Протокол тестирования сенсора камеры

DXOMARK и оценка

Для наших обзоров сенсоров камеры DxOMark мы измеряем качество изображения только тех сенсоров камеры, которые способны захватывать изображения в формате RAW, и мы делаем это до демозаики или обработки JPG. Вы можете узнать больше о подходе DxOMark к измерению качества изображения и о том, почему мы основываем наше тестирование на файлах изображений RAW здесь. В этой статье мы объясняем, как мы проводим тестирование по различным критериям в лаборатории тестирования качества изображения DxOMark и как результаты теста переводятся в промежуточные оценки и окончательные оценки продукта.

Мы измеряем датчики камеры по следующим критериям:

Оценка варианта использования DxOMark и общая оценка для датчиков камеры

Мы определили три варианта использования, на которых основываются обзоры сенсоров камеры - Портрет, Пейзаж и Спорт, - которые сообщают о различных аспектах работы сенсора. Оценка каждого варианта использования связана с одним из показателей качества изображения, упомянутых выше, и определяется следующим образом:

Портретная оценка: глубина цвета

Студийная фотосъемка со вспышкой включает в себя контролируемое освещение, и даже при съемке с рук студийные фотографы редко переходят от самого низкого значения ISO в своих камерах.Что важнее всего при съемке продуктов или портретов, так это богатая цветопередача и глубина цвета. Лучшим показателем качества изображения, который коррелирует с глубиной цвета, является цветовая чувствительность, которая указывает, до какой степени тонкие цветовые нюансы можно отличить друг от друга (и часто означает попадание или промах в палитре пантонов). Максимальная цветовая чувствительность сообщает в битах количество цветов, которые датчик может различать.

Чем выше цветовая чувствительность, тем больше цветовых нюансов можно различить.Как и в случае с динамическим диапазоном, цветовая чувствительность максимальна, когда чувствительность ISO минимальна, и имеет тенденцию к быстрому уменьшению с увеличением настроек ISO. В тестировании DxOMark мы измеряем только максимальную цветовую чувствительность. Цветовая чувствительность 22 бита отличная, а различия ниже 1 бита едва заметны.

Оценка ландшафта: максимальный динамический диапазон

Фотографы-пейзажисты тщательно компонуют изображения и выбирают время дня для съемки при наилучшем освещении. Этот тип фотографии обычно включает установку камеры на штатив и использование минимально возможных значений ISO для минимизации шума.Если в сцене нет движения, относительно длинные выдержки не являются проблемой для штатива. С другой стороны, первостепенное значение имеет динамический диапазон. Фотографы часто стремятся к деталям в условиях высокой контрастности, сочетая яркое небо с темной листвой или горными хребтами. В идеале динамический диапазон камеры должен быть больше, чем динамический диапазон сцены, иначе детали в тенях теряются или светлые участки выгорают.

Динамический диапазон быстро падает при более высоких настройках ISO, так как любое аналоговое или цифровое усиление приведет к увеличению шума в более темных областях, что затрудняет различение мелких уровней контрастности.Максимальный динамический диапазон - это максимально возможная амплитуда между светлыми и темными деталями, которую может зафиксировать данный датчик, и выражается в EV (значениях экспозиции) или f-ступенях, причем каждое увеличение на 1 EV (или одну ступень) соответствует удвоенному количеству свет.

Динамический диапазон соответствует соотношению между максимальной яркостью, которую может захватить камера (насыщенность), и самой низкой яркостью, которую она может захватить (что обычно бывает, когда шум становится более важным, чем сигнал, то есть отношение сигнал / шум ниже 0 дБ). Значение 12 EV отлично, разница ниже 0,5 EV обычно не заметна. Динамический диапазон - открытая шкала.

Оценка спорта и активного отдыха: ISO

при слабом освещении

В отличие от двух предыдущих сценариев, в которых либо много света (студия), либо камера может быть установлена ​​на штатив (пейзаж), фотожурналисты и фотографы-фотографы часто борются с низким доступным освещением и быстрым движением в сцене. При съемке спортивных состязаний или боевиков основная цель фотографа - зафиксировать движение, отдавая приоритет короткой выдержке.Чтобы компенсировать недостаток экспозиции, фотографы должны увеличить настройку ISO, что приведет к снижению отношения сигнал / шум (SNR). Насколько можно увеличить ISO, сохранив при этом достойное качество изображения? Эту информацию предоставит метрика ISO при слабом освещении DxOMark.

SNR показывает, сколько шума присутствует в изображении по сравнению с фактической информацией (сигналом) изображения. Чем выше значение SNR, тем лучше качество изображения, поскольку детали не заглушаются шумом. Отношение сигнал / шум указывается в дБ, что является логарифмической шкалой: увеличение на 6 дБ соответствует удвоению отношения сигнал / шум, что, в свою очередь, равняется половине шума для того же сигнала.Значение SNR 30 дБ означает отличное качество изображения. Поэтому мы определили ISO при слабом освещении как самую высокую настройку ISO для камеры, которая позволяет ей достичь SNR 30 дБ, сохраняя при этом хороший динамический диапазон в 9 EV и глубину цвета 18 бит. Разница в ISO при слабом освещении в 25% равна 1/3 EV и незначительно заметна. ISO при слабом освещении - это открытая шкала.

Датчик Общий балл

Общий балл сенсора - это среднее значение трех приведенных выше оценок вариантов использования: оценка портретной ориентации на основе глубины цвета, оценка ландшафта на основе динамического диапазона и оценка спорта на основе ISO при слабом освещении.Общая оценка сенсора показывает:

камеры.
  • Качество сенсора по шуму
  • Возможность высококонтрастного рендеринга
  • Порог образования цветного шума
  • Умение снимать при слабом освещении

Однако общая оценка датчика не показывает разрешение камеры и способность отображать мелкие детали, а также не учитывает оптические аберрации, поскольку эти критерии зависят от объектива, используемого с камерой (см. Нашу статью о подсчете очков.При чтении обзоров сенсоров камеры DxOMark стоит иметь в виду несколько дополнительных моментов:

  • Общая оценка датчика является логарифмической: Разница в 5 баллов по шкале соответствует увеличению или уменьшению чувствительности на 1/3 ступени.
  • Общая оценка датчика нормализована для определенного сценария печати 8 мегапикселей, напечатанных на формате 8 × 12 дюймов (20 см x 30 см) с разрешением 300 точек на дюйм. Любая другая нормализация, даже с более высоким разрешением, приведет к такому же ранжированию, учитывая, что любая камера, которая не может обеспечить выбранное разрешение, исключается из сравнения.
  • Общий балл датчика является открытым, а не процентом: Оценка рассчитывается таким образом, чтобы текущие модели камер, от недорогих DSC до профессиональных DSLR и среднеформатных камер, получали баллы в диапазоне от 0 до 100. Однако новые технологии вполне могут привести к получению в будущем оценок выше 100.

Давайте подробнее рассмотрим настройки и методологии, используемые в лаборатории тестирования DxOMark для измерения отдельных критериев тестирования, которые используются для расчета общей оценки датчика.

Шум и динамический диапазон

Мы измеряем шум с помощью отражающей цели, размещенной наверху однородного светового короба. Мишень для передачи - это собственная конструкция, сделанная из толстой черной пластиковой пластины с прецизионно просверленными отверстиями. Эти отверстия (или «пятна») оснащены рядом фильтров нейтральной плотности, предназначенных для одинакового поглощения света для всех длин волн. Фильтры изготовлены из чистого оптического стекла без структур, которые можно было бы измерить как шум. В других решениях для измерения качества изображения используются напечатанные мишени, но мы считаем, что такие мишени не подходят для измерения шума, так как собственный шум бумаги может быть записан тестируемой камерой, а затем спутан с шумовой картиной. Мы размещаем фильтры высокой плотности на соседних позициях, чтобы ограничить взаимное освещение участков.

Настройка целевой шумовой экспозиции Настройка шумовой целевой экспозиции Световой короб за мишенью оснащен двумя флуоресцентными лампами дневного спектра с листом рассеивателя наверху для достижения идеальной однородности на каждом фильтре. Яркость составляет примерно 1500 кд / м². Уровни светопоглощения фильтров варьируются от 0% до 99,99% для тестирования в динамическом диапазоне с 4 ступенями плотности (= 13,3 диафрагмы - динамический диапазон, намного превышающий возможности современных цифровых камер.При съемке такой диаграммы сенсор тестовой камеры подвергается воздействию широкого диапазона уровней освещенности с соотношением 1/10 000 от минимального до максимального. Для сравнения, динамический диапазон печатной мишени обычно составляет 2 шага плотности (6,65 ступени диафрагмы), что недостаточно для имитации сцен с широким динамическим диапазоном или сцен с задней подсветкой.

Мы измеряем яркость каждой однородной области (участка) на диаграмме с помощью сертифицированного измерителя яркости, а затем вводим значения в программное обеспечение DxO Analyzer. После того, как мы измерили цель и откалибровали программное обеспечение DxO Analyzer, мы снимаем тестовые изображения шумовой цели при различных настройках ISO и измеряем шум для каждого цветового канала целевого изображения (R, Gr, Gb, B).Мы вычисляем средний уровень серого и значения шума для каждого фрагмента и для всех изображений, снятых с разными настройками ISO, и, наконец, интерполируем эти числовые значения для всех уровней серого, чтобы вычислить и построить кривые отношения сигнал / шум (SNR), из которых DxO Анализатор извлекает SNR 18%, динамический диапазон и тональный диапазон.

Чувствительность ISO

Целью измерения чувствительности ISO на основе насыщения является измерение экспозиции, необходимой для достижения точки насыщения данного датчика.Чтобы измерить чувствительность ISO сенсора камеры, мы установили корпус камеры без объектива на подставку, чтобы получать свет от контролируемого источника. Источник света расположен достаточно далеко от сенсора камеры, чтобы обеспечить хорошую однородность света на плоскости сенсора. Затем мы используем сертифицированный люксметр, чтобы точно измерить освещенность, которую получает датчик.

Измерение чувствительности ISO: перед съемкой изображения люксметр помещается точно в положение датчика камеры для измерения экспозиции.Для камер с несъемной оптикой - например, для наиболее компактных и мостовых камер, мы модифицируем протокол измерения. Чтобы минимизировать влияние оптики на чувствительность ISO и избежать виньетирования, мы выполняем измерения в центре изображения. Мы установили камеру на штатив, чтобы получать свет от шумовой мишени с открытым центральным участком. Затем мы рассчитываем чувствительность ISO следующим образом: Измерение чувствительности ISO: перед съемкой изображения измеряется яркость на центральном участке.Мы получаем экспозицию сенсора, умножая освещенность на время экспозиции. Чтобы исправить любые различия между фактической и указанной производителем экспозицией, мы измеряем время интеграции датчика с помощью специально разработанного устройства, которое имеет набор светодиодов, которые загораются последовательно с известной точно синхронизированной частотой. Чтобы выполнить измерение, мы подсчитываем количество горящих светодиодов на экспозиции, сделанной с помощью тестовой камеры. Измерение времени выдержки. Устройство содержит два ряда светодиодов, последовательно загорающихся с точно известной частотой.Количество горящих светодиодов определяет время экспозиции с точностью до 1%.

Цветочувствительность

Для измерения цветовой чувствительности необходимо знать реакцию датчика в формате RAW на выбор известных цветов. Для этого мы освещаем изображение цветной мишени с хорошо известными спектрами отражения с помощью контролируемого и измеряемого спектрально источника света. Все измерения цвета выполняются с использованием специального цветного светового короба Kyoritsu, который обеспечивает равномерное освещение на поверхности шириной около 50 см.Световой короб позволяет нам переключаться между несколькими нормализованными источниками света (например, A, D65, CW и т. Д.). Тестовая цель - Gretag Macbeth ColorChecker, состоящий из 18 участков однородного цвета и 6 участков уровня серого. Для каждого источника света мы измеряем спектры отражения пятен с помощью спектрометра. На следующем этапе мы измеряем значения изображения RAW. Равномерность освещенности ниже 7% (проверено люксметром).

Настройка измерения цвета с помощью цветного лайтбокса Kyoritsu. Объяснение динамического диапазона

| B&H Explora

Когда упоминается термин «динамический диапазон», многие люди быстро думают о HDR или «расширенном динамическом диапазоне».С этим термином и техникой, столь популярными в мире фотографии, редко когда-либо учитывается, что такое динамический диапазон на самом деле, не говоря уже о том, почему вы хотите, чтобы он был «высоким». Короче говоря, динамический диапазон описывает измерение между максимальным и минимальным значениями. Хотя это и не относится к фотографии, в этой статье о динамическом диапазоне в фотографии мы можем интерпретировать динамический диапазон как измерение между самым белым и самым черным оттенками черного на изображении или минимальным и максимальным значениями плотности и яркости.

Вверху: полностью тональный градиент от черного к белому.

Прежде чем углубляться в детали, рассмотрим черно-белый градиент: плавный переход от черного к белому с, казалось бы, бесчисленным количеством серых тонов между самым черным и самым белым значениями градиента. Теперь, имея в уме этот полностью тональный градиент, попробуйте представить плавный градиент от темно-серого до светло-серого. Диапазон серых тонов гораздо более ограничен без черных или белых точек, и, как таковой, динамический диапазон короче.Более простой способ распознать это - контраст между максимальной и минимальной точками на шкале намного больше в черно-белом градиенте, чем в градиенте от серого к серому. Этот диапазон контрастности, в дополнение к большему количеству тонов между минимальным и максимальным значениями, представляет собой более высокий динамический диапазон.

Вверху: градиент от серого к серому имеет более короткий динамический диапазон.

Это важно для фотографии, в основном из-за того, что наши носители информации, будь то цифровой датчик, рулон пленки, цифровой файл или отпечаток, не могут воспринимать тот же динамический диапазон, который могут видеть наши глаза.Независимо от того, насколько широкая эта тональная шкала появляется на вашем фотографическом изображении, она каким-то образом усекается и компенсирует отсутствие абсолютного значения белого или черного. Напечатанная фотография не может быть белее белой бумаги или темнее чернил на бумаге. Точно так же цифровое изображение или изображение на пленке может записывать только столько деталей между самыми темными тенями сцены и самыми яркими светами, и в конечном итоге будет отображать тона в конце этой шкалы как эффективный черный или белый просто потому, что есть недостаточно подробностей.Каждая среда имеет свой собственный динамический диапазон, и часто цель состоит в том, чтобы расширить диапазон тонов между максимальным и минимальным значениями для создания более полного ощущения изображения, подобного градиенту, который проходит от чистого черного к чисто белому.

Эта способность воспроизводить более широкий диапазон тонов или иметь больший диапазон тонов, доступных между черным и белым носителем, - это то, что требуется при сравнении динамического диапазона различных камер, пленок, бумаги или почти любых ограничений который применяется при фотографировании.

В практическом смысле динамический диапазон наиболее эффективно используется и проявляется при работе в сценах с большим внутренним контрастом. Примеры, где есть яркие элементы и тени, труднее всего сфотографировать из-за невозможности записать детали в обеих областях изображения, и часто приходится идти на компромисс, чтобы контролировать тени или светлые участки. Камеры с большим динамическим диапазоном, измеряемым в стопах, сохранят детали в большей степени, чем камера с меньшим динамическим диапазоном.Например, если в сцене измеряется яркость света при EV (значение экспозиции) 12 и тени при EV 1, разница между светами и тенями составляет 12 ступеней, и для камеры с динамическим диапазоном 12 ступеней потребуется для использования для записи деталей во всех частях изображения без отсечения (невозможность визуализации деталей из-за того, что значение экспозиции выходит за пределы ограничений записи на носителе). Редко, когда измерения динамического диапазона камеры даются или являются полностью точными; однако, как правило, можно предположить, что камеры с более крупными фотосайтами или большим размером пикселя или шагом пикселя будут иметь возможность записывать больший динамический диапазон.Более крупные датчики и более низкое разрешение могут быть индикатором более крупного фотосайта: более крупные датчики будут иметь место для более крупных фотосайтов, а датчики с более низким разрешением позволят увеличить размер фотосайта, чем те, которые имеют более высокое разрешение. Фотосайты большего размера позволяют собирать больше света и, как следствие, записывать больше деталей и более высокий коэффициент контрастности.



Вверху: составное изображение HDR. Внизу: отдельные фотографии, составляющие композицию.

Не углубляясь в науку, есть несколько полезных советов по расширению эффективного динамического диапазона изображения, чтобы визуально расширить диапазон тонов, которые вы можете записать, и избежать потери деталей в светлых и темных участках.

Как впервые упоминалось, изображения с расширенным динамическим диапазоном (HDR) - это метод, который многие используют для получения большей детализации в светлых и темных участках сцены, помимо той, которую можно записать с одной экспозицией. Используя предыдущий пример в качестве отправной точки, если сцена имеет диапазон значений экспозиции 12 ступеней и вы знаете, что ваша камера может комфортно записывать 10 ступеней, теперь вы теряете ступень детализации как в верхней, так и в нижней областях, или две остановки в одном или другом регионе, в зависимости от вашей систематической ошибки экспозиции.Чтобы компенсировать это с помощью HDR, вы должны записать три последовательных экспозиции с разными настройками экспозиции, чтобы обеспечить запись деталей самых темных теней и самых ярких светов. Например, если ваша базовая экспозиция составляет f / 5,6 при 1/60-секундной секунде, вы также должны записывать экспозицию f / 5,6 при 1/30-секунде и f / 5,6 при 1/125-секунде. При постобработке вы затем объедините эти три изображения в один кадр, взяв детали теней с выдержки 1/30 секунды, светлые участки - с выдержки 1/125 секунды. экспозиция и усреднение средних тонов среди трех экспозиций для эффективного получения изображения с диапазоном значений экспозиции 12 ступеней.



Альтернативный и более традиционный метод управления экспозицией и увеличения динамического диапазона - использование градуированных фильтров нейтральной плотности. Популярный среди пейзажных фотографов и тех, кто обычно фотографирует большие пространства неба, дизайн градиентного фильтра нейтральной плотности позволяет получить полную экспозицию на затененном переднем плане сцены, при этом яркое небо не станет полностью белым.Конструкция этих фильтров помещает часть нейтральной плотности на один край фильтра, оставляя оставшуюся половину полностью чистой. Отсюда вы запишете свою экспозицию как обычно для переднего плана и позволите плотности управлять бликами неба, что даст вам результирующее изображение с увеличенным динамическим диапазоном и полной детализацией в обеих контрастных областях сцены.



Некоторые другие практические примеры, которые часто возникают и относятся к динамическому диапазону, - это термины Dmax и Dmin и их отношение к приложениям для сканирования и печати, а также к фотографии на пленке. Хотя эти термины применимы и к цифровой фотографии, они в основном относятся к самой глубокой измеряемой черной точке отпечатка, пленки или сканирования. Пример определения Dmax - взять кусок фотобумаги, выставить его на свет в помещении и проявить. После проявления бумага будет полностью черной, и эта измеримая «чернота» и есть Dmax для данной среды. Dmin - это противоположность, и это измеряемая площадь бумаги, которая не подверглась воздействию (например, белая бумага или то, что обычно называется базой + туман).Dmax и Dmin являются порциями для D единиц + M максимальных или D минимальных + M минимальных и относятся к оптической плотности, которую носитель может записывать. В цифровом формате значение Dmax обычно дается для сканеров и относится к самой темной части отпечатка или пленки, с которой сканер все еще может извлекать детали, и чем выше это число, тем лучше. Значения плотности измеряются в логарифмической шкале с основанием 10, что означает, что сканер с точностью 3. 0 Dmax (коэффициент контрастности 1000: 1) способен записывать в 10 раз больше деталей, чем сканер с Dmax 2,0 (коэффициент контрастности 100: 1).



Это похоже на динамический диапазон, выраженный в стопах, где значения экспозиции около 0 представляют Dmax сцены, а EV +15 относятся к Dmin. Разница между этими двумя значениями фактически представляет собой динамический диапазон, причем чем больше разница, тем больше динамический диапазон.



Все изображения © Tim Cooper

Динамический диапазон - это аспект фотографии, который часто упускают из виду, в основном из-за того, что его нелегко или всегда можно контролировать.Часто творческие решения принимаются, чтобы свести на нет желание иметь полностью контролируемый диапазон тонов, чтобы отдать предпочтение эстетике в высоком или сдержанном ключе, и, с другой стороны, многие фотографы очень осознают очевидный динамический диапазон и идут на большие расстояния. чтобы сжать как можно больше остановок и деталей в изображение. Независимо от творческого пути, понимание вашей камеры, пленки или среды передачи позволяет вам работать в пределах ее динамического диапазона или искать альтернативы для расширения этого диапазона.

Чтобы посмотреть видео, где Тим Купер обсуждает HDR-фотографию, щелкните здесь. Чтобы посмотреть дополнительное видео, где Купер обсуждает реалистичную HDR-фотографию, щелкните здесь.

Руководство по фотосъемке с размером сенсора камеры

- Dave Morrow Photography

Размер сенсора камеры является наиболее важным фактором при определении общей производительности камеры и качества изображения, поскольку оптимальные настройки фокусировки, диафрагмы, ISO и выдержки уже получены.

Ниже вы узнаете:

  • Почему размер сенсора камеры так важен.
  • Какие настройки камеры обеспечивают стабильное получение изображений высочайшего качества без шума.
  • Основы битовой глубины и глубины цвета.
  • Как работает сенсор камеры.

Прокрутите вниз, получите доступ к бесплатному PDF-файлу и начните обучение!


Содержание


Дополнительные видео по размеру сенсора камеры

Следующее видео дополняет учебный материал, приведенный в приведенном ниже руководстве, что значительно упрощает его визуализацию.

Стать экспертом по гистограммам критически важно для понимания того, почему размер сенсора камеры имеет значение, что, в свою очередь, обеспечивает наилучшее качество изображения.


Датчик камеры и основы качества изображения

Понимание размера сенсора камеры и его важности - один из наиболее важных аспектов изучения фотографии.

Выбор наилучших общих настроек камеры (ISO, выдержка, диафрагма) и атрибутов качества изображения (динамический диапазон, шум, битовая глубина, размер сенсора) невозможен без базового понимания того, как работает сенсор камеры.

Что такое датчик камеры?

Датчик камеры, также известный как датчик изображения, представляет собой электронное устройство, которое собирает информацию о свете, состоящую из цвета и интенсивности, после того, как он проходит через отверстие объектива, известное как апертура.

Выдержка определяет продолжительность времени, в течение которого световая информация собирается датчиком камеры.

ISO определяет усиление, которое получает световая информация при передаче в цифровой мир, где она сохраняется на карте памяти в виде файла изображения.

Существует два популярных типа датчиков изображения: CMOS-датчики (комплементарные металлооксидные полупроводники) и CCD-датчики (устройства с зарядовой связью).

Благодаря более высоким характеристикам, особенно при слабом освещении, и более низкой стоимости датчик CMOS можно найти почти во всех современных цифровых камерах.

Датчики

CMOS определяются их физическим размером (площадь поверхности для сбора световой информации) и количеством пикселей, собирающих световую информацию, которые составляют эту площадь поверхности.

Что такое пиксель в фотографии?

Датчик камеры представляет собой прямоугольную сетку, содержащую миллионы крошечных квадратных пикселей, как показано на рисунке.

Пиксели - это ведра или лунки для сбора и записи световой информации. Они являются базовым блоком датчика изображения.

Цифровая фотография - это процесс записи реальных цветов и тонов сцены или композиции с использованием отдельных пикселей.

Каждый отдельный квадратный пиксель представляет собой небольшой образец композиции изображения в целом, состоящий из одного цвета.Больше не надо.

Комбинация миллионов маленьких пикселей разного цвета создает изображение как единое целое.

Назовем этот набор всех пикселей сенсорной сеткой.

Прямоугольник «цвета радуги» на графике показывает сетку датчиков. Пиксели настолько малы, что трудно увидеть каждую единицу в отдельности.


Создание фотографий - пиксели, объяснение

Цель следующего раздела - помочь вам понять, как работают пиксели.

Представьте себе композицию изображения, видимую в видоискателе камеры, с воображаемой сеткой, наложенной на нее, содержащей миллионы крошечных квадратов одинакового размера, как показано на рисунке ниже.

Представьте, что следующая графика - это сцены реального мира, которые вы видите в видоискатель камеры или на задней панели экрана просмотра в реальном времени.

По мере того, как мы начинаем увеличивать красную рамку, квадраты становятся все ближе и ближе к своему действительному размеру.

Наконец, мы увеличиваем масштаб так, чтобы можно было увидеть каждый отдельный квадрат в его реальном размере.

Эти квадраты настолько крошечные, что не содержат деталей только одного цвета или тона, как показано ниже.

Взгляните на разные объекты вокруг вас. Если вы посмотрите внимательно, под большим увеличением, все станет одного цвета в очень маленьком масштабе.

Комбинация всех этих маленьких цветных квадратов создает сцену или композицию в целом.

Назовем этот набор воображаемых маленьких цветных квадратов сеткой изображений.

ПРИМЕЧАНИЕ. Этот снимок был сделан до наступления сумерек под проливным дождем на реке Ли в Китае. Этот сценарий съемки является окончательным испытанием сенсора камеры.


Каждый квадратный пиксель на сетке сенсора соответствует крошечному квадрату на сетке воображаемого изображения.

  • Сетка сенсора - это реальный объект, который собирает информацию о освещении сцены с помощью пикселей.
  • Сетка изображения - это воображаемый объект, который разбивает сцену или композицию реального мира на миллионы крошечных квадратов.
  • Единственная задача пикселя - записать один определенный цвет каждого крошечного воображаемого квадрата на сетке изображения.

Таким образом, каждый пиксель собирает только один цвет, соответствующий очень маленькому образцу фотографируемой сцены.

Когда выбраны правильные настройки камеры, выдержка, ISO и диафрагма, каждый пиксель на сетке сенсора будет собирать и записывать точный цвет соответствующего квадрата на сетке изображения.

В свою очередь, из миллионов пикселей создается цифровое изображение, которое соответствует композиции реального мира, видимой в видоискателе.

В фотографии это называется правильной экспозицией.

Когда выбраны неправильные настройки камеры, квадраты на сетке пикселей не совпадают с сеткой квадратов изображения, создавая цифровое изображение, не соответствующее снимаемой сцене.

Цифровая фотография - это процесс записи информации о цвете реального мира, представленной сеткой изображений, и передачи ее в цифровой мир, представленный сеткой пикселей.

Цель фотографа - выбрать правильные настройки камеры, передавая эту информацию с точностью и точностью, создавая цифровое изображение, соответствующее тому, что они видят в видоискателе. 6 также указано как «10 в шестой степени», что может быть записано как 1 000 000 или 1 миллион.

мегапикселя, следовательно, означает 1 миллион пикселей. Это стандартная единица измерения в электронике.

  • Например, матрица камеры с разрешением 36,6 мегапикселя (36,6 миллиона пикселей) может иметь ширину 7360 пикселей и высоту 4912 пикселей.
  • Умножение ширины 7360 пикселей на высоту 4912 пикселей дает оценку сенсора 36,6 миллиона пикселей.
  • Проще говоря, это будет сетка шириной 7360 пикселей и высотой 4912 пикселей, содержащая всего 36.6 миллионов пикселей.

Больше мегапикселей не всегда означает лучшее качество изображения!

Давайте обсудим…


Пикселей - лунки для сбора световой информации

Свет состоит из фотонов или небольших пакетов для передачи световой информации. Фотоны - это элементарные частицы, которые не имеют веса, но несут информацию о свете.

Когда фотоны сталкиваются или взаимодействуют с определенными материалами, такими как кремниевые КМОП-датчики изображения, свободные электроны высвобождаются из материала датчика, создавая небольшой электрический заряд. Это известно как фотоэлектрический эффект.

Свободные электроны собираются и подсчитываются отдельными пикселями на сетке сенсора. Каждая пиксельная лунка имеет максимальное количество электронов, которое она может собирать. Этот максимум известен как полная мощность скважины.

Пиксель может отображать только один цвет, включая черный, белый, оттенки серого и значения цвета RGB. Цвет каждого пикселя определяется количеством и типом собираемой световой информации.


Определение цвета и тона пикселей

Количество электронов, собираемых каждой ячейкой пикселя, определяет его яркость, также известную как значение, по шкале от черного до белого.Шкала от черного к белому известна как тональный диапазон или тональная шкала.

Яркость каждого отдельного пикселя по шкале от черного до белого называется тональным значением или яркостью.

  • Чем больше электронов собирает пиксель, тем светлее он соответствует тональности изображения.
  • Белый пиксель содержит максимальное количество электронов.
  • Черный пиксель не содержит электронов.
  • Все значения от максимального до минимального соответствуют оттенкам серого.

Подсчет электронов не может определить конкретную цветовую информацию, поэтому над каждым пикселем помещается цветной фильтр, помогающий определить его цвет. Это подробно обсуждается ниже.

Путем объединения информации о тональном значении и цветовом фильтре окончательный цвет определяется для каждого пикселя.

График ниже показывает тональный диапазон и произвольное количество электронов, необходимых для создания каждого тонального значения.

Цель состоит в том, чтобы визуализировать эту концепцию.Количество электронов составлено и не имеет значения.

Собрано больше электронов = более светлые оттенки = более светлые пиксели, отображаемые на фотографии

Например, Pixel Well 1 собрал 8 электронов, создав темный оттенок.

Pixel Well 2 собрал 22 электрона, создавая светлый тон.

Pixel Well 3 собрал 13 электронов, создающих среднюю тональную величину.

Количество электронов, собранных каждой ячейкой пикселя, дает соответствующее тональное значение для этого пикселя.Это тональное значение отображается на последней фотографии вместе с цветом.

Эта информация передается с датчика изображения в цифровой мир с помощью электронного сигнала.


Цифровой сигнал, яркость и тональное значение

Каждый электрон, образовавшийся во время столкновения фотонного сенсора, несет небольшой электрический заряд. Чем больше электронов собирает пиксель, тем больше заряда содержит пиксельная лунка. Электрический заряд - это физическая величина.

Этот заряд используется для передачи световой информации, собранной каждым пикселем, в цифровую информацию, которую могут понять камеры и компьютеры.

Электронный сигнал передает физические значения реального мира в цифровой мир двоичного кода.

Каждому тональному значению по шкале от черного к белому соответствует сигнал, необходимый для его создания. Определенные уровни сигнала производят определенные тональные значения. Чем больше электронов собирает пиксель, тем сильнее сигнал, который он создает.

Меньше света = меньше электронов = меньше сигнал = темнее тональное значение

Больше света = больше электронов = больший сигнал = более светлый тон

Когда пиксельная лунка заполняется электронами до верха, создавая максимальный сигнал, соответствующее тональное значение является белым, создавая белый пиксель на фотографии.

Поскольку пиксель заполнен, он больше не может собирать световую информацию. Это называется полностью насыщенным пиксельным колодцем.

С точки зрения фотографии, этот пиксель бывает «обрезанным», «раздутым» или «передержанным». Каждый термин относится к одному и тому же понятию.

Никакая информация, собранная пикселем до заполнения, не может быть восстановлена ​​или использована в окончательном изображении. Это ушло навсегда!

Когда пиксельная лунка не содержит электронов, она не производит сигнала. Соответствующее значение тона - черный, что создает черный пиксель на фотографии.

Тональные значения, создаваемые каждым сигналом, объединяются с собранной информацией о цвете для получения окончательного цвета каждого пикселя на фотографии.


Цвет и свет в цифровом мире

Поскольку информацию о цвете нельзя определить напрямую по количеству электронов в каждой ячейке пикселей, на каждый пиксель накладывается цветной фильтр.

В большинстве, но не во всех, КМОП-сенсорах используется фильтр Байера, который выглядит как лоскутное одеяло из красного, зеленого и синего экранов с одноцветным экраном, покрывающим каждый пиксель, как показано на рисунке.

Другие массивы цветных фильтров, включая фильтр Байера, обсуждаются в ссылке в Википедии под рисунком.

Каждый пиксель покрыт цветовым фильтром: красным, зеленым или синим. Цвет каждого пикселя определяется цветом света (частотой световой волны), который проходит через этот фильтр.

Фильтр Байера состоит из пиксельных фильтров 50% зеленого, 25% красного и 25% синего.

Человеческий глаз воспринимает яркость зеленого больше, чем красного или синего, поэтому пиксели, отфильтрованные зеленым, представлены в фильтре Байера в два раза чаще.

Красный свет проходит через пиксели, отфильтрованные красным, а зеленый и синий - нет. Синий свет проходит через пиксели, отфильтрованные синим, а красный и зеленый - нет. Вы уловили суть…

Каждый пиксель может собирать только информацию о первичном цвете назначенного ему красного, зеленого или синего фильтра, а также количество электронов, собранных в лунке пикселя, которые определяют тональное значение.

Используя эту информацию, а также серию алгоритмов и интерполяций, камера может определить цвет каждого пикселя, содержащегося на сетке сенсора.

Точность, с которой эта информация передается и отображается в конечном изображении, определяется битовой глубиной.


Битовая глубина, глубина цвета и качество изображения

Битовая глубина определяет количество уникальных вариантов цвета и тона, доступных для создания изображения. Эти варианты цвета обозначаются комбинацией нулей и единиц, известной как биты, которые образуют двоичный код.

Битовая глубина - это система оценки точности камеры в передаче значений цвета и тона.

Аналогия битовой глубины

Взрослый и двухлетний ребенок, смотрящие на один и тот же пейзаж, видят примерно одно и то же, состоящее из значений цвета и тона (интенсивности света).

Взрослый может подробно описать эту сцену, используя большое количество описательных слов и сложную лексику.

Двухлетний ребенок, видя то же самое, не может точно описать сцену из-за ограниченного словарного запаса.

Они оба видят и собирают одну и ту же информацию из реального мира, но один может описать ее в ярких деталях, а другой - нет.

Системы с большей битовой глубиной, как и большие словари, обеспечивают лучшую точность при передаче информации.


Как работает битовая глубина в фотографии

По истечении времени экспозиции, определяемого выдержкой, информация о сигнале, создаваемая каждым пикселем, обрабатывается и преобразуется в цифровой язык, известный как двоичный код.

Цифровой язык принимает форму нулей и единиц (битов) и передает значения цвета (красный, зеленый, синий) и тона, собранные каждым пикселем.

Тональное значение конкретного пикселя определяется по количеству собранных электронов (заряда), а цвет определяется с помощью фильтра Байера.

Точность связи оценивается по шкале битовой глубины. Системы с большей битовой глубиной позволяют более точно описывать информацию, собираемую каждым пикселем.


Двоичный код и битовая глубина, объяснение

Мы привыкли к числовым системам с основанием 10, таким как 10, 20, 30, 1000, 100000.

В

битах используется система счисления с основанием 2, также известная как двоичная.

1-битная система имеет только два возможных результата. 1 или 0, включен или выключен, истина или ложь, да или нет, черный или белый.

1-битная фотография имеет только два возможных цвета пикселей: черный и белый.

Считайте это ребенком, который говорит только два слова, да и нет, черное и белое. 3 = 8.N возможных вариантов общения.

В фотографии количество битов определяет возможности цвета или тона, которые может отображать один пиксель, что известно как битовая глубина.

Это не означает, что каждая возможность обязательно присутствует на фотографии, но может.

В приведенном ниже примере показаны тональные значения от черного к белому, передаваемые с разной степенью точности различными системами битовой глубины.

Тональный диапазон одинаков для всех систем битовой глубины, начиная с черного и заканчивая белым.

Битовая глубина определяет, сколько шагов или возможных вариантов в пределах тонального диапазона можно передать. Каждый шаг или возможный выбор известен как корзина. Чем больше ящиков, тем больше вариантов.

Как показано на рисунке ниже, 1-битная система может передавать только черный и белый цвета. 2-битная система может передавать черный, белый и два оттенка серого.

3- и 4-битные системы предоставляют больший выбор вариантов, используемых для передачи различных тональных значений в пределах тонального диапазона. 8) различными ячейками.Из-за огромного количества возможных вариантов тона переход от одного к другому не различим для человеческого глаза. Изображение JPEG является 8-битным.


Цветовые каналы и глубина цвета

Пример выше был предназначен только для черно-белых фотографий. Большинство цифровых фотоаппаратов делают цветные фотографии.

Эти цветные фотографии получены с использованием трех основных цветов: красного, зеленого и синего, определенных фильтром Байера.

Это так называемые цветовые каналы.Тональное значение, связанное с каждым цветом, определяется мощностью сигнала.

Файлы JPEG обычно 8-битные, тогда как файлы RAW обычно 12-16-битные. Некоторые камеры имеют возможность изменять свой текущий битрейт с помощью пользовательских настроек.

На Nikon D810 это отмечено как «Запись в формате NEF (RAW)» в меню съемки.

Погуглите название вашей камеры «марка-модель» + «настройки битовой глубины», чтобы получить конкретную информацию об этой настройке.

В приведенном ниже примере показана 4-битная цветовая шкала для основных цветов RGB - красного, зеленого и синего.Бункер 15 в каждом из цветовых каналов представляет собой чистый, полностью насыщенный цвет, также известный как оттенок.

ПРИМЕЧАНИЕ. Не все камеры обрабатывают цвет одинаково. Следующий пример позволяет вам концептуализировать эту концепцию. Это не должно быть технически точным для конкретной камеры.

ТЕХНИЧЕСКОЕ ПРИМЕЧАНИЕ: Хотя каждый из цветовых каналов имеет одинаковое количество шагов, изменение зеленого все еще можно увидеть вплоть до 1, где трудно отличить красный цвет от 1 и синий. падает в 2.4 = 16 вариантов цвета для каждого канала основного цвета, как показано на рисунке выше.

Каждая ячейка канала основного цвета может сочетаться друг с другом для создания новых цветов.

Например, Красный (12), Синий (6), Зеленый (15) создаст уникальный цвет, а Красный (1), Синий (2), Зеленый (4) создаст другой уникальный цвет.

Если для ячейки установлено значение 0, например красный (0), этот цвет отключается, другими словами, черный.

Когда ячейка установлена ​​на (15), она включена, обеспечивая чистый цвет и полную насыщенность, известную как оттенок.8-я степень или 256 возможных результатов для каждого из 3-х цветовых каналов.

Красный канал может отображать 255 различных вариантов красного, зеленый может отображать 255 вариантов зеленого и синий, 255 вариантов синего.

вариантов цвета = 255, а не 256. Черный не входит в основную цветовую шкалу, но используется для расчета общего цвета.

Палитра цветов Photoshop отображает 8-битный цвет. В следующем примере показано:

  • Чистый красный, R (255), G (0), B (0)
  • Чистый зеленый, R (0), G (255), B (0)
  • Чистый синий, R (0), G (0), B (255)

Каждый цветовой канал имеет 256 возможных результатов или вариантов, которые он может произвести.3 степени, или 256 * 256 * 256, что равно 16 777 216. 14-ю степень возможных вариаций для каждого из 3 цветовых каналов.3 или 16 384 * 16 384 * 16 384, что равно 4 398 046 511 104.

Это примерно 4,4 триллиона различных возможных вариантов для каждого пикселя. На каждом датчике миллионы пикселей.

Мы превзошли двухлетнего ребенка, который едва может говорить, мы превзошли взрослого с ярким и подробным словарным запасом, мы достигли такой степени точности, что только машины могут записывать и общаться.

Человеческий глаз, второй самый (известный) сложный объект на планете после мозга, без проблем распознает примерно 12 миллионов различных цветов.

Что касается цвета и тона, машины обошли точность, которую может различить человеческий глаз, созданный методом проб и ошибок на протяжении миллионов лет эволюции.


Размер сенсора камеры - Обзор

Наряду с количеством пикселей сенсоры также оцениваются с точки зрения физического размера сенсора или площади поверхности. Площадь поверхности сенсора также определяет размер каждого пикселя.

Физические размеры сенсора указаны по ширине и высоте, обычно в миллиметрах.Стандартный размер сенсора, такой как 36 мм × 24 мм, известен как полнокадровая камера формата 35 мм.

На следующем рисунке показано сравнение размеров сенсоров камеры для различных популярных форматов сенсоров.

Атрибуция: Moxfyre и Википедия

Чем больше ширина сенсора, тем больше площадь поверхности сенсора, что обеспечивает большую площадь для сбора световой информации в течение стандартного интервала, известного как время экспозиции.

Представьте датчик как парус на лодке. Чем больше парус, тем больше площадь поверхности, тем сильнее ветер он улавливает.

Чем больше сенсор, тем больше площадь поверхности, тем больше света (фотонов) он улавливает.

Обратите внимание на огромную разницу в площади поверхности, собирающей свет, между датчиками APS-C и полнокадровыми камерами. Эти камеры будут давать очень разное общее качество изображения, при этом чем больше, тем больше меньшее.

Между APS-H и APS-C разница намного меньше. Эти камеры будут обеспечивать примерно одинаковое качество изображения с небольшими отклонениями.

Это подробно объясняется в следующих разделах.

[mc4wp_form id = ”3726 ″]

Фактор кадрирования датчика камеры

Кроп-фактор - это безразмерное справочное число, связанное с датчиками изображения. Он сравнивает диагональное расстояние по каждому конкретному датчику камеры с диагональным расстоянием по полнокадровому датчику камеры.

Для диагонального расстояния представьте себе прямую линию от верхнего правого угла до нижнего левого угла. Это также известно как гипотенуза.2)). Результат составляет примерно 43,3 мм.

Фактор кадрирования камеры = 43,3 / Диагональное расстояние датчика камеры

У полнокадровой камеры коэффициент кадрирования равен 1,43,3 мм / 43,3 мм.

Меньшие датчики камеры, такие как датчик APS-C стандартной ширины 22,3 мм (см. Рисунок выше), будут иметь кроп-фактор примерно 1,6.

Краткий справочник - Коэффициенты кадрирования стандартного датчика камеры:

  • Кроп-фактор полнокадрового датчика = 1
  • Кроп-фактор датчика
  • APS-H = 1.29
  • Кроп-фактор датчика
  • APS-C = от 1,5 до 1,6 в зависимости от модели.
  • Кроп-фактор датчика фовеона = 1,73
  • Micro 4/3 Sensor Crop Factor = 2

Полнокадровые, среднеформатные и кадрирующие датчики камеры

Цифровые камеры

можно разделить на 3 категории по размеру сенсора, от самого большого до самого маленького соответственно, средний формат, полный кадр и кадрирование.

При следующих сравнениях датчиков изображения предполагайте, что каждый сравниваемый датчик относится к одному году изготовления.

Например, , хотя датчик кадрирования обычно обеспечивает меньшее качество и детализацию, чем полнокадровый датчик, датчик кадрирования 2017 года, скорее всего, обеспечит большее качество и детализацию, чем полнокадровый датчик 2000 года.

Типы датчиков камеры:

  • Средний формат (коэффициент кадрирования> 1): Самый большой размер сенсора камеры и, как правило, самая высокая стоимость. Камеры среднего формата обычно очень громоздкие и тяжелые из-за большого датчика изображения, содержащегося в камере.Они производят фантастические детали и цвет за счет веса и денег.
  • Full Frame (Crop Factor = 1): Стандарт для профессиональных фотографов и серьезных любителей. Обеспечивает фантастическое качество изображения и динамический диапазон без дополнительных габаритов, веса или стоимости камеры среднего формата.
  • Датчик культуры (фактор культуры <1): Самый дешевый и самый компактный вариант. Меньший размер сенсора камеры обеспечивает более низкое качество изображения с повышенным шумом и меньшим динамическим диапазоном по сравнению с более крупными форматами.Для многих фотографов камера с датчиком кадрирования идеально подходит для их определенного уровня навыков или использования. Это неплохие фотоаппараты, просто они не так хороши.

Размер сенсора камеры - почему это так важно

Увеличение числа мегапикселей не всегда приводит к повышению качества изображения.

Есть мобильные телефоны, которые снимают 40-мегапиксельные изображения невысокого качества.

Комбинация перечисленного ниже обеспечивает разумную оценку качества изображения камеры.Более подробно они обсуждаются ниже.

  • Размер сенсора: Определяет площадь светоприемной поверхности сенсора.
  • Качество сенсора: Качество и возраст оборудования, использованного для изготовления сенсора. Более новое оборудование обеспечит лучшее качество изображения, при условии, что все остальное постоянно.
  • Основное качество программного обеспечения: Алгоритмы и код, выполняющий операционные системы камеры и обработку изображений. Новое программное обеспечение обычно дает лучшее качество изображения, если все остальное постоянно.
  • Ширина пикселя: Также известен как шаг пикселя. Это ширина каждого квадратного пикселя, которая также определяет его площадь поверхности.
  • Количество мегапикселей: Общее количество пикселей, содержащихся в сенсоре.
  • Настройки битовой глубины (см. Раздел выше): Сколько цветов и тоновых значений датчик может уловить и отобразить в окончательном изображении.

Давайте обсудим…

Для следующего примера предположим, что это последняя профессиональная модель полнокадровой камеры от Nikon или Sony.Точная модель значения не имеет.

Обе эти компании производят лучшие датчики изображения на рынке.

Это не означает, что вам нужна новейшая и лучшая камера для съемки действительно высококачественных изображений.

Это означает только то, что каждое поколение камер будет немного лучше в перечисленных выше областях по мере улучшения программного, аппаратного и инженерного обеспечения.

Матрица полнокадровой камеры имеет большую площадь поверхности для захвата большего количества световой информации в течение стандартного периода времени.

Это позволяет ему работать лучше в сценариях съемки при слабом освещении, чем камера с датчиком кадрирования.

Наличие большей площади поверхности сенсора также дает возможность содержать больше пикселей, чем камера с меньшим сенсором кадрирования.

Чем больше пикселей содержит сенсор, тем больше деталей о сцене он может собрать.

Помните, что каждый пиксель имеет одно цветовое или тональное значение.

Например, представьте себе фотографию, напечатанную на стене шириной 3 фута или примерно 1 метр.

Было бы трудно сказать, что происходило на этой фотографии, если бы она была сделана с помощью 10-пиксельного сенсора.

Для изображения всей сцены будет использоваться только 10 цветов или значений тона.

Было бы очень легко расшифровать каждую точную деталь на этой фотографии, если бы она была снята с помощью датчика 40 000 000 пикселей.

Меньший шаг (ширина) пикселя в сочетании с большим размером сенсора и новейшим программным и аппаратным обеспечением обеспечивают наилучшее качество изображения.

Теперь поговорим о шуме…


Шум изображения и размер сенсора

Датчики и пиксели камеры

CMOS по своей природе создают небольшой шум. Это похоже на радиоволны, которые слышны на малой громкости в наушниках. Даже лучшие камеры с оптимальными настройками создают небольшой шум.

Уровень шума зависит от производителя и модели камеры, а также от настроек. Различные типы шума составляют общий профиль шума для данного изображения.

По мере того, как датчик собирает больше света, производя больший сигнал, на конечном изображении становится меньше общего шума.Отношение сигнал / шум (SNR или S / N) используется для описания явления.

На рисунке ниже пиксельные лунки слева имеют более низкое отношение сигнал / шум, а пиксельные лунки, движущиеся вправо, имеют более высокое отношение сигнал / шум.

  • Низкое отношение сигнал / шум означает более высокий процент шума в расчете на общий производимый сигнал, что означает больший общий шум на изображении.
  • Высокое отношение сигнал / шум означает более низкий процент шума в расчете на общий производимый сигнал, что означает меньший общий шум на изображении.

Цель состоит в том, чтобы заполнить каждую ячейку пикселя до соответствующего максимума тонального значения без отсечения или потери данных с верхнего края, тем самым увеличивая отношение сигнал / шум и качество изображения.

Изображения, содержащие большие доли темных оттенков, по своей природе будут иметь более низкое отношение сигнал / шум, что приведет к более заметному шуму. Это одна из причин, по которой изображения при слабом освещении и ночном небе содержат так много шума.

Изображения, содержащие большие доли более светлых тонов, будут иметь более высокое отношение сигнал / шум, что приведет к менее заметному шуму.

Из-за этого слегка переэкспонированные изображения, известные как Expose to the Right или ETTR, обеспечивают более высокое отношение сигнал / шум и общее лучшее качество изображения при условии, что самые яркие пиксели не «обрезаны» или «выдуваются».

Я показываю эту концепцию в 3-м видео вверху страницы.

В некоторых сценариях съемки, таких как съемка звезд, Млечного Пути и ночного неба, уровень освещенности настолько низкий, что шум изображения будет очень высоким. Даже самый лучший датчик камеры для слабого освещения, такой как модели от Sony, все равно производит некоторый шум.

Используя простые методы шумоподавления, в Photoshop очень легко решить эту проблему.


Динамический диапазон, ISO и размер сенсора

Следующее видео дополняет этот раздел и обсуждает влияние ISO на динамический диапазон и качество изображения.

Динамический диапазон определяется как разница или диапазон между самым сильным неискаженным сигналом (самое яркое тональное значение) и самым слабым неискаженным сигналом (самое темное тональное значение), зафиксированным датчиком изображения на одной фотографии.

Чем больше динамический диапазон, тем больше диапазон значений тонов и цветов, которые может захватить и отобразить каждое изображение.

Например, камера с расширенным динамическим диапазоном может снимать прямо на ярком солнечном свете и по-прежнему собирать информацию из темных областей тени, не производя большого шума. Это показано на видео выше.

Большие физические размеры сенсора в сочетании с большим количеством мегапикселей обеспечивают повышенную производительность камеры с меньшим шумом, особенно в условиях низкой освещенности.

Диаметр диафрагмы и скорость затвора определяют, сколько света захватывает каждый пиксель, увеличивая или уменьшая силу сигнала.

ISO определяет усиление сигнала и собственный шум. ISO также определяет, сколько света требуется для оптимальной экспозиции.

Более высокие значения ISO = меньше света для сцены = меньшее соотношение сигнал / шум = меньший динамический диапазон = больше шума изображения

Меньшие значения ISO = требуется больше света сцены = более высокое отношение сигнал / шум = больший динамический диапазон = меньше шума изображения.

На рисунке выше ISO увеличивается, что усиливает базовый собственный шум, видимый в столбце Base ISO.

По мере увеличения ISO требуется меньше общего света (сигнала) для получения того же тонального значения. По мере увеличения ISO уровни шума усиливаются, создавая больше общего шума на изображении.

По мере увеличения ISO количество неискаженного сигнала, отражающего динамический диапазон, также уменьшается.

Независимо от камеры, более высокие значения ISO всегда будут производить больше общего шума и меньше общего динамического диапазона в окончательном файле RAW.

В отличие от количества мегапикселей, больший динамический диапазон всегда является положительным атрибутом камеры. Динамический диапазон указан в стопах, что является мерой освещенности. При каждом увеличении остановки количество собираемой световой информации увеличивается вдвое.

В настоящее время Sony производит датчики с самым высоким динамическим диапазоном на рынке для полнокадровых камер. Эти датчики камеры рассчитаны примерно на 14,8 ступени. По этой причине многие камеры Nikon используют датчики Sony.

Эти новые датчики также производят чрезвычайно низкий уровень шума при очень высоких значениях ISO, таких как 5000 или 6400.

Canon продолжает выпускать собственные датчики, у которых значительно не хватает динамического диапазона, который составляет примерно 11,8 ступени для их топовых моделей камер. Они также производят гораздо большее количество шума при высоких значениях ISO.

Это научный факт, неоспоримый. Sony делает сенсоры лучше, чем Canon, для пейзажной и уличной фотографии.


Рекомендации по камерам и датчикам

У каждого фотографа разные требования к размеру сенсора для получения желаемых изображений.Я не собираюсь рассказывать вам, какую камеру покупать, но расскажу о некоторых из моих личных фаворитов.

Понимание того, как на самом деле работают датчики камеры, и самостоятельные эксперименты - лучший способ выяснить, какая камера и размер датчика лучше всего соответствуют вашим потребностям.

Я пейзажный и уличный фотограф. Я не снимаю свадьбы для клиентов и не работаю с продуктами. Поэтому я не могу рекомендовать камеры, которые не тестировал лично.

При этом я рад порекомендовать несколько разных моделей фотоаппаратов для пейзажных фотографов и фотографов природы.Они могут быть не специфичными для вас, но они могут помочь снизить усталость от принятия решений. Они могут работать и для других сфер фотографии, но я не могу этого гарантировать 🙂

Вы также можете посетить страницы с рекомендациями по камерам и объективам «Что в моей сумке для фотоаппарата» и «Ночная фотография» на этом сайте.

СОВЕТ ПРОФЕССИОНАЛА: Если вы действительно любите фотографировать, купите лучшую камеру, которую вы можете себе позволить. Тогда вам не придется обновляться несколько раз в ближайшие годы. В конечном итоге это экономит деньги.Знаю по опыту…

Я считаю, что Sony делает отличные недорогие модели с отличными сенсорами. В их моделях высокого класса есть фантастические сенсоры, но они сделаны из пластика и дешевы. Я предпочитаю Nikon высшего класса, с металлическим корпусом и такими же сенсорами Sony. Это мое личное предпочтение.

Вот несколько рекомендаций по камерам: от от самой дешевой до самой дорогой, кадрирование до полного кадра.

  • Сони a5100
  • Сони Альфа a6300
  • Никон D610
  • Nikon D750 - Фантастическая камера, особенно по цене.Я настоятельно рекомендую эту камеру всем, кому нужен полнокадровый корпус без стоимости D810. Не так хорошо, но близко.
  • Sony A7R - Отличный сенсор и качество изображения. Фантастическая легкая камера для путешествий, если вы не думаете, что ее слишком много. Я думаю, эти тела кажутся дешевыми и легко повреждаемыми. Я не доверяю им для пеших прогулок и альпинизма.
  • Sony A7RII - Обновленная версия модели выше. Те же мысли…
  • Nikon D800 (Моя резервная камера) - Я чувствую то же самое к этой камере, что и к D810, см. Ниже.Динамический диапазон не такой хороший, но все же во всем отличная камера. Я не ношу эту резервную копию для пеших прогулок / путешествий. Это резервная камера для дальних фотопутешествий. Раньше это была моя основная камера, и последние 6 лет она отлично работала.
  • Nikon D810 (Моя основная камера) - Большой динамический диапазон и низкий уровень шума при высоких значениях ISO. Прочный металлический корпус идеально подходит для альпинизма и альпинизма. Я настоятельно рекомендую эту камеру всем фотографам-пейзажистам, которые ожидают, что их оборудование будет работать на высшем уровне и в то же время выдержать испытания.

Прочтите следующее руководство для серии

Эта страница является частью моей серии руководств по основам фотографии.

Нажмите и просмотрите следующие страницы серии

Как понять динамический диапазон в фотографии

Слово фотография происходит от греческих слов фос и граф , что означает свет и рисунок соответственно. Таким образом, создать фотографию в самом строгом смысле слова означает рисовать светом.Но рисовать светом может быть довольно сложно, учитывая количество света, с которым вам приходится работать!

Иногда вы можете оказаться в ситуации с большим количеством света, например, на улице или в хорошо освещенном спортзале, а в других случаях все будет настолько тусклым, что вам нужно создать собственный свет с помощью вспышки или оставить затвор открытым на очень долгое время. Однако также вполне вероятно, что вы можете в конечном итоге сделать снимок, когда есть много света, а также много теней, тогда может быть сложно сделать снимок, который вы хотите.К счастью, есть термин, который может вам очень помочь в таких ситуациях - это динамический диапазон. Знание того, что это означает и как это может повлиять на вашу фотографию, будет иметь большое значение для того, чтобы помочь вам получить фотографии, которые вы пытаетесь создать.

Установка сцены

У динамического диапазона есть два основных применения, когда дело доходит до фотографии. Первый относится к сцене, которую вы фотографируете, а второй носит более технический характер и помогает описать характеристики датчика изображения вашей камеры.(Это маленький прямоугольный микрочип, который используется цифровой камерой для захвата изображения, он очень похож на небольшой квадратный кусок цифровой пленки.)

В большинстве случаев фотограф пытается создать снимок с хорошей общей экспозицией, то есть яркие части не будут слишком яркими, а темные - не слишком тусклыми. В этом смысле динамический диапазон относится к общему количеству света, захваченного в данной сцене. Если вы делаете снимок с большим количеством ярких частей, полных света, в дополнение к большому количеству темных частей, скрытых в тени, сцену можно охарактеризовать как имеющую большой динамический диапазон (высокую контрастность).Однако, если сцена освещена таким образом, что она не является ни слишком яркой, ни слишком темной, можно сказать, что она имеет низкий динамический диапазон (низкий контраст).

Этот снимок гуся имеет низкий динамический диапазон, что означает, что он равномерно экспонирован без каких-либо исключительно светлых или темных частей.

Нет ни правильного, ни неправильного

Ни тот, ни другой тип сцены не обязательно хорош или плох, но важно знать, когда вы выходите на съемку, каковы условия освещения, чтобы вы могли соответствующим образом спланировать.Если вы снимаете средь бела дня, вы, скорее всего, получите очень яркие изображения с большим количеством теней, потому что солнечный свет сильный и находится над головой. Это известно как сцена с высоким динамическим диапазоном, потому что она содержит очень яркие и очень темные элементы. Вам нужно знать, как управлять сценой, а также камерой, когда это происходит, чтобы получить желаемый снимок.

Этот снимок гуся был сделан в условиях, обеспечивающих очень высокий динамический диапазон. Некоторые части изображения очень яркие, а другие покрыты тенями.

Запечатлеть ваше зрение

При съемке важно учитывать динамический диапазон. Понимание ситуации, в которой вы снимаете, необходимо для получения желаемых снимков. Если вы рисуете светом, вам нужно понимать, как этот свет повлияет на ваши окончательные изображения.

В качестве примера приведу портрет, который я снял на улице солнечным днем. Мой объект был хорошо освещен, но фон позади нее был необычайно ярким. В результате получилось изображение, которое мне не понравилось.Внимание зрителя должно быть сосредоточено на ее лице, но яркий фон борется за внимание.

Гистограмма даст вам представление о динамическом диапазоне

Взгляд на гистограмму этого изображения показывает, что я уже знал, что это правда, просто глядя на сцену. Большая часть данных изображения собирается в правой и левой частях графика. Это указывает на то, что сцена содержит как очень яркие, так и очень темные участки и, следовательно, будет считаться довольно высоким с точки зрения динамического диапазона.

Такие картинки не обязательно плохие. Некоторые фотографы на самом деле предпочитают сцены с действительно высоким динамическим диапазоном, потому что они создают ощущение контраста и резкости, чего часто не хватает в других условиях с более равномерной экспозицией. Лично я не большой поклонник таких изображений, и в данном случае это было легко исправить, просто повернув немного в одном направлении и используя сторону здания, чтобы создать более равномерную экспозицию.

Я снова могу взглянуть на гистограмму в Lightroom и увидеть, что теперь данные изображения не разделены на две крайности, а собраны более равномерно в одной части.Кроме того, вы можете использовать Live View на своей камере и видеть гистограмму в реальном времени во время фотографирования. Если вы видите, что это похоже на две горы с обеих сторон с долиной между ними, это признак того, что сцена будет иметь гораздо больший контраст, чем вы могли бы в ином случае.

HDR - расширенный динамический диапазон

Один прием, который в последнее время используют все больше фотографов, называется HDR, или обработка с расширенным динамическим диапазоном. Это способ получить лучшее из обоих миров, позволяя объединить несколько экспозиций в одно изображение, используя только те части из каждого, которые вам нужны.Таким образом, в сцене, где есть очень светлые части, а также очень темные части, вы можете сделать несколько отдельных снимков, которые являются как недодержанными, так и переэкспонированными, объединить их с помощью программного обеспечения на вашем телефоне или компьютере и в итоге получить изображение, которое кажется быть равномерно выставленными. Одним из недостатков этого является то, что конечное изображение может показаться нашим человеческим глазам несколько фальшивым и искусственным (если техника HDR не реализована должным образом).

Технологии спешат на помощь

Человеческий глаз - это биологическое чудо.Какими бы хорошими ни были современные цифровые камеры, они даже близко не могут сравниться по характеристикам с нашими собственными окулярными приборами. Сенсоры цифровых фотоаппаратов сегодня на шаг впереди своих предшественников 10 или даже пяти лет назад, но наши собственные глаза по-прежнему легко их беспокоят, когда дело доходит до динамического диапазона.

Максимально высокий динамический диапазон и проблема, которую он представляет

В качестве примера попробуйте встать в комнате в яркий солнечный день с опущенными большинством теней. Это создает сцену с высоким динамическим диапазоном, потому что есть части, которые очень яркие (за окном), и другие части, которые очень темные (внутри).Ваши глаза по-прежнему будут видеть цвета и формы внутри комнаты, а также все, что находится за окном. Но попробуйте сфотографировать, и все быстро пойдет под откос. Вы либо получите изображение, которое экспонируется для светлых участков (например, на открытом воздухе) с фактически черной комнатой, либо изображение будет экспонировано для комнаты (т.е. тени), и ничего за окном не будет видно вообще.

Камера выставила светлые участки, оставив комнату полностью темной.

Большинство камер используют подход «или / или» к подобным сценам.Однако методы HDR могут использоваться для захвата трех или более изображений с разной экспозицией, которые затем могут быть объединены для формирования более равномерно экспонированного конечного изображения.

Камера выставила тени, оставляя все снаружи слишком ярким.

Технология улучшает

Несмотря на то, что наши глаза по-прежнему превосходят любую камеру, в последние годы сенсоры цифровых камер стали намного лучше при захвате не только самых ярких или самых темных частей сцены, но и самых ярких и самых темных частей.В этом смысле термин динамический диапазон относится не к условиям освещения, а к возможностям датчика изображения внутри вашей камеры.

Некоторые модели, такие как high-end Nikon D810 или Canon 5D Mark IV, настолько продвинуты, что одно изображение RAW с этих камер можно обработать, чтобы выявить данные, которые в противном случае могли бы быть потеряны. Например, когда я снимал восход солнца внизу, я выставил световые блики, чтобы получить красивое четкое изображение насыщенных цветов неба, но побочным эффектом этого было то, что земля стала полностью черной.

Благодаря технологии, встроенной в сенсор моего Nikon 750, камера захватила гораздо больше данных, чем вы можете увидеть изначально. Я снимал в формате RAW при ISO 100, что означало, что я мог воспользоваться огромным объемом данных, встроенных в этот снимок, и восстановить огромное количество информации из этих теней.

То же изображение, но со значительным усилением теней в Lightroom.

Это крайний пример, и я бы обычно не рекомендовал применять такую ​​частую постобработку к изображению.Но я использую это в качестве примера, чтобы проиллюстрировать, какой на самом деле динамический диапазон современной матрицы камеры. Другой пример, возможно, более реалистичный, демонстрирующий важность наличия сенсора камеры, способного улавливать высокую степень динамического диапазона, можно увидеть на следующих изображениях.

Первое изображение прямо из моей камеры (Nikon D7100). В то время как фоновые элементы довольно хорошо экспонированы, белка и дерево слишком темные. Поскольку сама сцена имеет такой высокий динамический диапазон, получение правильной экспозиции затрудняется.К счастью, я смог использовать Lightroom для извлечения большого количества данных в тенях, которые в противном случае были бы потеряны, если бы датчик имел более низкий уровень динамического диапазона.

Без редактирования, с хорошо экспонированным небом и недоэкспонированным объектом.

Несколько щелчков мышью на моем компьютере привели к окончательному изображению, которое значительно улучшилось по сравнению с оригиналом.

Заключение

На протяжении многих лет производители фотоаппаратов вели борьбу за то, чтобы увидеть, кто сможет произвести устройство с большим количеством мегапикселей.Но в последнее время эта гонка цифровых вооружений пошла на убыль, поскольку стандартные 20-24 мегапикселя, на которые снимает большинство фотоаппаратов, в высшей степени подходят практически для любой ситуации. Вместо этого акцент теперь сместился на такие вещи, как лучшая производительность ISO и более высокий динамический диапазон на датчиках изображения. Пройдет совсем немного времени, и сенсоры станут настолько хороши, что вы сможете снимать фотографии практически в любых условиях и при этом получать пригодные для использования изображения.

Действительно, мы живем в такие невероятные времена, что наши камеры могут создавать удивительные световые картины, так сказать, практически при любом свете, который только можно вообразить.А что насчет вас? Эта статья отвечает на ваши вопросы о динамическом диапазоне или у вас все еще кружится голова от терминов и технологий? У вас есть вопросы, на которые не ответили? Пожалуйста, оставьте свои мысли и вопросы в комментариях ниже.

Динамический диапазон 60 рассмотренных камер

Почему так важен динамический диапазон?

Динамический диапазон камеры - это отношение самого яркого света («самый белый белый») к самым темным теням («самый черный черный») в кадре.

Мы выражаем динамический диапазон камеры в стопах, где каждая остановка - это удвоение уровня освещенности. Чем больше стопов камера может охватить без обрезки, тем больше динамический диапазон и, следовательно, лучше камера. Динамический диапазон важен не только при фотографировании объекта с большим контрастом. Во многих других ситуациях, например, когда вы редактируете яркость теней или светов, даже если динамический диапазон в кадре уже не так велик.

Экспонометр камеры не всегда дает желаемый результат, когда небольшой яркий объект фотографируется на темном фоне. Разница в свете, который отражается черноземом на заднем плане и белым цветком на переднем плане, в этом случае составляет более 14 ступеней: поэтому одновременно наблюдается недоэкспонирование теней и переэкспонирование светлых участков.

Передержку иногда несправедливо путают с недостаточным динамическим диапазоном.

Обычно не бывает предметов со слишком высокой контрастностью; скорее, экспонометр выбрал слишком большое время срабатывания затвора, так что часть светлых участков кадра переэкспонирована. Часто бывает достаточно сделать второй снимок с более коротким временем срабатывания затвора, но не в том случае, если контраст действительно слишком высок для вашей камеры. Кроме того, недоэкспонирование сцены со слишком большим динамическим диапазоном дает фотографию с еще более заблокированными тенями: в приведенном выше примере пара цветов на почти полностью черном фоне.

Щелкните изображение, чтобы увеличить его.
Если динамический диапазон снимка слишком мал, во время редактирования может произойти постеризация. Снимок вверху справа - это темная часть кадра, которая была значительно светлее после редактирования. 8-битный файл jpg, который хранится одновременно с файлом RAW в камере, не выдерживает такого же редактирования: осталось слишком мало цветов, а постеризация безошибочна.

Полезный динамический диапазон

Наконец, мы хотим, чтобы и тени, и светлые участки отображались хорошо, без появления некрасивого шума во время редактирования кадра. Поэтому мы различаем общий динамический диапазон камеры («расстояние между белым и черным») и используемый динамический диапазон , так что у вас даже не будет проблем с видимым шумом, если вы сделаете тени светлее. во время редактирования. Полезный динамический диапазон (иногда намного) меньше, чем общий динамический диапазон.Камера с широким динамическим диапазоном почти всегда дает снимки без обесцвеченных светлых участков и / или затененных теней. Если ваша камера также имеет большой полезный динамический диапазон, то при постредактировании не будет шума, если вы сделаете тени светлее. Мы все хотим эту камеру.
Два снимка сцены без высокой контрастности. Снимок слева сделан камерой с более высоким используемым динамическим диапазоном, чем камера, которая используется для снимка справа (наведите указатель мыши на иллюстрацию).Когда два кадра становятся светлее, правый снимок становится блеклым, и в кадре не остается черного. Левый снимок по-прежнему имеет черный цвет, и светлые участки отображаются лучше, несмотря на значительное постредактирование. Но что наиболее заметно, вероятно, это гораздо больший шум в кадре с самым низким доступным динамическим диапазоном.

Как измеряется динамический диапазон?

CameraStuffReview использует метод измерения динамического диапазона, аналогичный DpReview.Динамический диапазон будет измеряться путем очень точной экспозиции серой шкалы, так что самая светлая область на 14 ступеней светлее самой темной области. Затем (в нашем случае) Imatest анализирует, сколько областей серой шкалы способно различить камера. Чем больше областей может различить камера, тем выше общий динамический диапазон сенсора. Остальные области полностью недоэкспонированы / черные или полностью переэкспонированные / белые.

DxO не применяет подавления шума и измеряет только общий динамический диапазон файлов RAW.

CameraStuffReview измеряет, как и DpReview, динамический диапазон файлов RAW (для нас, без подавления шума) и файлов jpg (очевидно, с подавлением шума), которые хранятся в камере. Динамический диапазон файла RAW является лучшим масштабом для производительности сенсора камеры. Динамический диапазон файла jpg, благодаря подавлению шума, обычно выше, но сильно зависит от многих параметров (стиль изображения, контраст, с или без осветления теней и других исправлений).Мы измеряем только динамический диапазон файлов jpg со стандартными настройками / стилем изображения камеры. Здесь есть большие различия между настройками по брендам, и вы можете получить лучшие результаты для файлов jpg, настроив. Поэтому динамический диапазон файлов jpg практически не учитывается в итоговой оценке камер. Если камера в нашем списке обзоров имеет более высокие оценки с файлом RAW, чем с файлом jpg, то есть место для улучшения динамического диапазона файла jpg, выбрав другие настройки камеры для преобразования jpg.

В наших обзорах лучшая камера получает 9,9 балла, а худшая - 5,5. Для динамического диапазона мы вычисляем средневзвешенное значение измерений при низких и высоких значениях ISO. Производительность при низких значениях ISO имеет больший вес, потому что большинство фотографий сделано с ними. Мы не округляем результаты тестов. В наших тестах Canon 7D MK2 набрал на 0,4 ступени выше, чем Canon 70D (0,2 ступени для DxO) для файлов RAW без подавления шума. Вопрос в том, видите ли вы эту разницу, и редактирование изображения также играет важную роль: разница в динамическом диапазоне для обеих камер четко видна и заметно больше для файлов jpg (которые хранятся в камере).

Наряду с измерениями будут сделаны тренировочные снимки при различных обстоятельствах в ситуациях с высоким контрастом. Иногда мы используем такой снимок как иллюстрацию для обзора камеры. Обычно они используются только для проверки измерений. На мой взгляд, воспроизводимая оценка динамического диапазона не так хороша, как у Imatest.

Динамический диапазон: RAW или jpg

Невооруженным глазом я мог ясно видеть как цветы в вазах на переднем плане, так и пейзаж на заднем плане.Для камеры контраст был слишком большим: при хорошей экспозиции интерьера получилось полностью белое окно, а при хорошей экспозиции пейзажа передний план был полностью черным. Выбранная экспозиция - компромисс. На снимке выше в формате jpg показаны тени (отмечены синим), которые стали полностью черными, и в то же время очень много светлых участков. Отредактированная версия файла jpg (щелкните иллюстрацию выше) выглядит ужасно; цвета неестественные из-за постеризации (как у акварели), блики бледные, а в интерьере слишком много шума.
Отображается файл RAW, который одновременно сохранялся в камере, как и снимок в формате jpg выше, примерно такое же количество теней, которые стали полностью черными. Но светлые участки в снимке RAW менее бледны, чем в jpg: файл RAW имеет больший динамический диапазон. Нажмите на картинку сверху . Отредактированный снимок в формате RAW показывает часть интерьера без излишнего шума, в то время как внешний вид выглядит более естественным, чем на отредактированном снимке jpg.Этот практический пример сделан с камерой APS-C, которой несколько лет. Современные системные камеры способны на большее. Вы, вероятно, легко улучшите этот результат со всеми камерами с 1-дюймовым сенсором, которые включены в наш список обзоров.

Камеры с самым высоким динамическим диапазоном

Абсолютный максимум в динамическом диапазоне:
Nikon D810, D800E, D750, D4s, Fujifilm X-E1

Зеркальные камеры Nikon с большим полнокадровым сенсором (D810, D750) - все это одни из лучших системных камер, которые доступны в настоящее время, если вы посмотрите на впечатляющий динамический диапазон этих камер.Nikon D4s имеет не только широкий динамический диапазон при низких значениях ISO, но и особенно впечатляет при высоких значениях ISO. Странной уткой в ​​стае является Fujifilm X-E1: беззеркальная системная камера с сенсором APS-C, которая превосходит многие камеры с полноформатным сенсором.

Камеры с очень хорошим динамическим диапазоном

Фантастически хороших: Sony A7r, Nikon D7100, D5300, D5200, D3300, Canon 1 Dx, Samsung NX1

Чуть ниже абсолютного максимума по динамическому диапазону находятся камеры Nikon и Samsung с сенсором APS-C и Sony A7r с 36 мегапикселями на полноформатном сенсоре.Эти камеры также абсолютно рекомендуются с точки зрения динамического диапазона. Камеры мечты. Один и все.

Камеры с хорошим динамическим диапазоном

Все super (и одинаково хороши): Samsung NX30, Canon 5D mk3, Canon 6D, Nikon D3200, D3300, Sony A77, Olympus OM-D E-M5, E-M1, Panasonic Gh5, GM5

По динамическому диапазону эта группа выше среднего.Щелкните здесь, чтобы увидеть, на что способна эта группа камер: если вы сначала недоэкспонируете снимок на 4 ступени, а затем сделаете его на 4 ступени светлее в Photoshop, то отредактированный снимок будет почти неотличим от исходного, правильно экспонированного снимка. Это группа камер с запутанным размером сенсора, которые работают лучше, чем камеры Canon с сенсором APS-C (Canon 7D, 60D, 650D и т. Д.), Которые мы рассмотрели. Считайте себя удачливым, если у вас есть одна из этих камер. Даже если вам, возможно, придется делать снимок HDR раньше, чем с лучшими камерами из теста, если вы всегда хотите получать снимки с красиво прорисованными тенями и светлыми участками, в этом часто не будет необходимости.

1-дюймовый сенсор удивляет динамическим диапазоном

Поверхность сенсора камеры с полнокадровым сенсором в 8 раз больше, чем у камеры с 1-дюймовым сенсором (самый маленький сенсор в нашем тесте). Если бы не было технологических различий между пикселями на сенсоре, то большой сенсор в тех же условиях (тот же источник света, та же диафрагма и время затвора) улавливал на 3 ступени больше света, чем маленький сенсор.Общий динамический диапазон Nikon D810, по нашим измерениям как при 100 ISO, так и при 6400 ISO, действительно примерно на 3 ступени больше, чем общий динамический диапазон Nikon J3. Благодаря интеллектуальному редактированию изображения (контрастность, шум) вы не увидите такой разницы при самых низких значениях ISO на практических снимках. Удивительно, насколько хорош динамический диапазон камеры с 1-дюймовым сенсором при 100 или 200 ISO по сравнению с динамическим диапазоном камеры с полноформатным сенсором.
Конечно, есть предел возможностей редактирования изображений.При ISO 6400 вы сразу видите разницу в динамическом диапазоне между Nikon D810 и Nikon V3. Несмотря на то, что разница в динамическом диапазоне между двумя камерами по-прежнему составляет 3 ступени, полезный динамический диапазон камеры с маленьким датчиком больше не подходит для съемки без постороннего шума.

А динамический диапазон остальных 60 камер?

В нашем списке обзоров камер перечислены другие результаты наших измерений динамического диапазона.Там вы найдете динамический диапазон камер Canon с сенсорами APS-C, таких как Canon 7D MK2 и Canon 70D, а также различных старых моделей других брендов.

Учебный центр Хамамацу: динамический диапазон

Концепции технологии цифровой обработки изображений

Динамический диапазон

Динамический диапазон датчика изображения устройства с зарядовой связью ( CCD ) или дополнительного металлооксидного полупроводника ( CMOS ) обычно определяется как максимально достижимый сигнал, деленный на шум камеры, где мощность сигнала определяется полной - емкость колодца, а шум - это сумма темного шума и шума чтения.По мере увеличения динамического диапазона устройства улучшается возможность количественного измерения самой тусклой интенсивности изображения (внутрисценовая производительность). Межсценовый динамический диапазон представляет собой спектр интенсивностей, который может быть адаптирован, когда усиление детектора, время интегрирования, апертура объектива и другие переменные настраиваются для различных полей зрения.

Размер фотодиода частично определяет размер истощающих лунок - диоды большего размера имеют большую емкость при полной лунке по сравнению с шумом камеры.Типичные размеры диодов в современных ПЗС-матрицах, используемых в микрофотографии, составляют от 4,5 до 24 микрон с соответствующей емкостью лунок от 20 000 до 600 000 электронов. Шум чтения - это совокупность всех шумов, возникающих при считывании данных с устройства. Это включает шум от тактирования входа и фиксированного шаблона, а также шум транзистора сброса и шум на выходе усилителя. Шум чтения обычно указывается в технических характеристиках, прилагаемых к ПЗС-датчику, с типичными значениями в диапазоне от 10-20 электронов на пиксель в высококачественных микросхемах, работающих при комнатной температуре, до 2-5 электронов на пиксель в ПЗС-датчиках с охлаждением Пельтье для научных изображений.Динамический диапазон выражается в децибелах в соответствии со следующим уравнением :

Динамический диапазон = 20 × Log (N
sat / N noise )

, где N (насыщ.) - линейная полная емкость ямы, выраженная как количество электронов, а N (шум) - общее значение считываемого и темнового шума, также выраженное как количество электронов. В высокоэффективной охлаждаемой CCD-камере емкость лунки пропорциональна размеру отдельного фотодиода, так что максимальное количество хранимых электронов примерно в 1000 раз превышает площадь поперечного сечения каждого фотодиода.Таким образом, ПЗС-матрица с фотодиодами размером 6,7 x 6,7 микрон должна иметь максимальную емкость накопления заряда (полную емкость) около 44 900 электронов (или дырок). При типичной скорости считывания 1 МГц шум чтения для этой ПЗС-матрицы составляет около 10 электронов на пиксель, что дает динамический диапазон 44 900/10 или 4490. Чтобы использовать полный диапазон уровней градаций серого, доступных с этим динамическим диапазоном, камера должна иметь 12-битный аналого-цифровой ( A / D ) преобразователь, способный разрешать 4096 уровней серого.Контроль размера считываемого и темнового шума является критическим фактором для поддержания высокого динамического диапазона в этих устройствах.

Высокопроизводительные охлаждаемые ПЗС-сенсоры, разработанные с малошумящими усилителями на выходе и подходящие для использования при медленном сканировании микрофотографий, часто имеют более низкий уровень шума считывания и расширенный динамический диапазон. Например, датчик Marconi Applied Technologies CCD39-01 представляет собой ПЗС-матрицу с обратной засветкой с кадровой передачей и размером квадратного пикселя 24 микрона с разделенным выходным регистром, позволяющим использовать четырехканальные выходные усилители.Полная емкость ямы этого устройства может достигать уровня 300 000 электронов. В сочетании со среднеквадратичным уровнем шума считывания ( среднеквадратичного значения ) трех электронов на частоте 20 килогерц (при охлаждении), CCD39-01 способен обеспечить динамический диапазон приблизительно 100000 : 1. Чтобы полностью использовать Для потенциала этой ПЗС-матрицы следует использовать 17-битный аналого-цифровой преобразователь, имеющий 131 072 уровня градаций серого (хотя также будет достаточно 16-разрядного аналого-цифрового преобразователя, имеющего 65 536 уровней шкалы серого).

Динамический диапазон конкретной ПЗС-матрицы зависит от нескольких переменных.Темновой ток сильно зависит от температуры (рис. 1), удваиваясь каждые 8–10 градусов по Цельсию. При более высоких температурах преобладает темновой ток, а при более низких температурах динамический диапазон определяется шумом выходного усилителя. Количество темного заряда, собираемого в каждом пикселе, зависит не только от температуры устройства, но также от времени интеграции и времени хранения перед считыванием. Уровень шума также пропорционален полосе пропускания усилителя считывания, на которую влияет скорость передачи пикселей и, следовательно, тактовая частота.По мере увеличения тактовой частоты количество электронов темнового тока и дробового шума соответственно уменьшается, и для выходного усилителя и электроники обработки видео требуется меньшая полоса пропускания. Время интегрирования также влияет на динамический диапазон ПЗС, как показано на рисунке 1. Увеличение общего времени интегрирования приводит к увеличению темнового тока и последующему уменьшению динамического диапазона, но этот эффект проявляется только при временах интегрирования, превышающих 5 минут.

Битовая глубина относится к двоичному диапазону возможных значений шкалы серого, используемому аналого-цифровым преобразователем для преобразования информации аналогового изображения в дискретные цифровые значения, которые могут считываться и анализироваться компьютером. Например, самые популярные 8-битные аналого-цифровые преобразователи имеют двоичный диапазон 2 (E8) или 256 возможных значений (рисунок 2), в то время как 12-битный преобразователь имеет диапазон 2 (E12) или 4096 значений, и 16-битный преобразователь имеет 2 (E16) или 65 536 возможных значений. Битовая глубина аналого-цифрового преобразователя определяет размер приращений серой шкалы, при этом более высокая битовая глубина соответствует большему диапазону полезной информации об изображении, доступной с камеры.Лучшие результаты получаются, когда сигнал дискретизируется на уровне, который значительно ниже предела, предполагаемого шумом считывания. Например, если Marconi CCD39-01 используется с усреднением сигнала, 18-битный (262144 градации серого) аналого-цифровой преобразователь может использоваться для выборки данных с точностью 1 часть из 262144. Однако статистика уровня шума для этого устройства показывает, что данные изображения не могут быть точно измерены с точностью более 1 части из 100 000 без усреднения сигнала. Очевидно, что 16-битный или 18-битный аналого-цифровой преобразователь даст лучшие результаты при подключении к микросхеме Marconi CCD39-01.Напротив, Fujichrome Velvia, мелкозернистая цветная прозрачная пленка, продемонстрировала динамический диапазон менее 10 ступеней (1024 градаций серого).

В таблице 1 представлена ​​взаимосвязь между количеством битов, используемых для хранения цифровой информации, числовым эквивалентом в оттенках серого и соответствующим значением в децибелах (один бит равен примерно 6 дБ). Как показано в таблице, если бы видеосигнал 0,72 В был оцифрован аналого-цифровым преобразователем с точностью до 1 бита, сигнал был бы представлен двумя значениями, двоичным 0 или 1 со значениями напряжения 0 и 0.72 вольта. Большинство дигитайзеров, используемых в цифровых камерах, используемых в микрофотографии, используют 8-битные аналого-цифровые преобразователи, которые имеют 256 дискретных уровней градаций серого (от 0 до 255) для представления амплитуд напряжения. Тогда максимальный сигнал 0,72 вольт будет разделен на 256 шагов, каждый шаг будет иметь значение 2,9 милливольта.

Битовая глубина и динамический диапазон устройств с зарядовой связью


Битовая глубина Оттенки серого
Уровни
Динамический диапазон
(децибелы)
1 2 6 дБ
2 4 12 дБ
3 8 18 дБ
4 16 24 дБ
5 32 30 дБ
6 64 36 дБ
7 128 42 дБ
8 256 48 дБ
9 512 54 дБ
10 1,024 60 дБ
11 2,048 66 дБ
12 4,096 72 дБ
13 8,192 78 дБ
14 16,384 84 дБ
16 65 536 96 дБ
18 262,144 108 дБ
20 1 048 576 120 дБ

Таблица 1

Количество уровней градаций серого, которые должны быть созданы для достижения приемлемого визуального качества, должно быть достаточным, чтобы шаги между отдельными значениями серого не были различимы человеческим глазом.«Просто заметная разница» в интенсивности серого изображения для среднего человеческого глаза составляет около двух процентов при идеальных условиях просмотра. В лучшем случае глаз может различать около 50 дискретных оттенков серого в диапазоне яркости видеомонитора, предполагая, что минимальный динамический диапазон изображения должен составлять от 6 до 7 бит (64 и 128 уровней градаций серого; рисунок 2).

Цифровые изображения должны иметь как минимум 8-битное разрешение, чтобы избежать визуально очевидных переходов на уровне серого в улучшенном изображении, когда контраст увеличивается во время обработки изображения.Влияние уменьшения количества уровней градаций серого на внешний вид микрофотографий можно увидеть на Рисунке 3, где показано черно-белое (первоначально 8-битное) изображение окрашенного тонкого среза Solanum tuberosum (картофель), который является отображаются с различными разрешениями в диапазоне от 6-битного (Рисунок 3 (a)) до 5-битного (Рисунок 3 (b)), 4-битного (Рисунок 3 (c)) и 3-битного (Рисунок 3 (d) )).

Усовершенствованные цифровые камеры с ПЗС-матрицами с 12-битным разрешением позволяют исследователям отображать изображения с большей широтой, чем это возможно с 8-битными изображениями.Это возможно, потому что соответствующее программное обеспечение может отображать необходимые оттенки серого из более широкой палитры (4096 уровней градаций серого) для отображения на компьютерных мониторах, которые обычно представляют изображения в 256 оттенках серого. Напротив, 8-битное цифровое изображение ограничено палитрой из 256 уровней градаций серого, которые изначально были захвачены цифровой камерой. По мере увеличения увеличения во время обработки изображения программное обеспечение может выбирать наиболее точные оттенки серого для воспроизведения частей увеличенного изображения без изменения исходных данных.Это особенно важно при исследовании затененных областей, где глубина 12-битного цифрового изображения позволяет исследователю визуализировать тонкие детали, которые не присутствуют в 8-битном изображении.

Точность, необходимая для цифрового преобразования аналоговых видеосигналов, зависит от разницы между цифровым шагом уровня серого и среднеквадратичным шумом на выходе камеры. Камеры CCD с внутренним аналого-цифровым преобразователем создают поток цифровых данных, который не нужно подвергать повторной дискретизации и оцифровке на компьютере.Эти камеры способны воспроизводить цифровые данные с разрешением до 18 бит (262 144 градации серого) в моделях высокого класса и не ограничены сигналом 0,72 В для видеосистем RS-170 и используют более широкий диапазон аналогового напряжения в их аналого-цифровые преобразователи. Основное преимущество большого цифрового диапазона, демонстрируемого камерами CCD, заключается в улучшении отношения сигнал-шум в отображаемом 8-битном изображении и в широком линейном динамическом диапазоне, в котором сигналы могут быть оцифрованы.

Соавторы

Кеннет Р.Весна - научный консультант, Ласби, Мэриленд, 20657.

Майкл У. Дэвидсон - Национальная лаборатория сильных магнитных полей, 1800 г. Восток Пол Дирак, Университет штата Флорида, Таллахасси, Флорида, 32310.



размер сенсора, разрешение пикселей, динамический диапазон,

Как работают камеры

Давайте кратко рассмотрим, как работают цифровые камеры . Вот слишком упрощенный обзор:

  • Свет проходит через линзу и регистрируется датчиком.Фотодиоды на датчике создают электрический сигнал, который преобразуется процессором в цифровое значение, затем сохраняется в буфере, а затем записывается на карту памяти.

Размер сенсора

Сенсор - это кремниевый чип внутри вашей камеры, который преобразует фотографии света, исходящего из вашего объектива, в напряжение. Чем больше сенсор, тем больше света можно собрать, чтобы сгладить изображение. Посмотрим примерную ширину сенсора по горизонтали у разных сенсоров (некоторые модели были «закруглены» в ближайшую категорию):

  • Компактная камера 5.8 мм (canon a570)

  • Advanced compact 7,6 мм (Fuji f30, f50, canon g9 / g10, Ricoh gx100, Olympus 5050/7070, Oly sp350, Nikon p6000, fuji e900)

  • High-end compact 8,8 мм (Olympus 8080, Panasonic LX3)

  • Камера Micro-4/3 17 мм

  • Olympus dSLR 17 мм

  • Sony Nex-5 24 мм

  • Nikon D300 24 мм

  • Полнокадровый (Nikon D3, canon5D) 35 мм

Вот диаграмма, показывающая размеры сенсора камеры.

Типы сенсоров - ПЗС и КМОП

ПЗС (устройство с заряженной парой) и КМОП (комплементарный металлооксидный полупроводник) - два распространенных типа сенсоров, используемых в камерах. В самых последних камерах dSLR используются датчики CMOS.

КМОП-сенсоры имеют крошечные транзиторы, связанные с каждым пикселем, и каждый пиксель считывается индивидуально. В датчике CCD данные передаются через массив пикселей и преобразуются в аналоговый сигнал в выходном узле, отдельном от пикселей.КМОП-сенсоры требуют гораздо меньше энергии. Поскольку в ПЗС-матрице отсутствуют транзисторы на пикселях, пиксель ПЗС-матрицы более чувствителен к свету, что теоретически может привести к меньшему шуму.

Фотосайт (фотодатчик, фотодиод)

Фотосайт , также известный как фотодиод, представляет собой область на сенсоре камеры, которая улавливает свет и преобразует его в сигнал. Фотосайты на самом деле посвящены красному, синему или зеленому цвету, а камеры имеют внутренние алгоритмы для интерполяции точных значений цвета RGB для каждого пикселя.

Пиксели

Пиксели - это строительные блоки изображения. Пиксель происходит от словосочетания «элемент изображения». Когда свет попадает на фотодатчик камеры, сигналы преобразуются в значения для каждого пикселя. В файле JPEG каждый пиксель на самом деле имеет 3 значения в диапазоне от 0 до 255 для красного, зеленого и синего, известных как значение RGB. Фотосайт (красный, зеленый или синий) обычно отображается на пиксель (который имеет значение RGB). Интерполяция из соседних фотосайтов используется для вычисления значения RGB пикселя.

Термины пиксель и фотосайт иногда меняют местами. Мне нравится думать о фотосайте как о физическом устройстве на датчике, освещенном светом, а пиксель находится на моем изображении.

Разрешение

Разрешение изображения - это количество пикселей на дюйм (точек на дюйм, DPI). 72 точек на дюйм достаточно для просмотра на мониторе, но 300 точек на дюйм требуется для качественной печати.Основываясь на количестве пикселей сенсора (например, - 3872 пикселя на сенсоре D300), вы можете рассчитать теоретический максимальный размер печати - 14 дюймов в поперечнике для фотографии с D300. В действительности, когда пиксельные данные считаются высококачественными, отпечаток может быть намного больше. Попытка втиснуть слишком много пикселей на датчик камеры приведет к увеличению шума и снижению качества данных пикселей. Вот почему вы можете распечатать 12-мегапиксельную фотографию с цифровой зеркальной камеры размером больше, чем 12-мегапиксельную фотографию с компактной камеры, датчик цифровой зеркальной камеры больше, поэтому фотосенсоры, которые генерируют пиксельные данные, имеют больший размер, лучшее качество и меньше шума. .

Фотодатчики имеют размер от 2 до 8 микрон. Чем больше, тем лучше, поэтому проверьте свою камеру, чтобы узнать, насколько велики ваши фотосенсоры. Фотосенсоры большего размера могут собирать больше света.

Интерполяция

Некоторые компактные камеры не имеют достаточного количества фотодатчиков, чтобы оправдать разрешение создаваемых ими изображений. Они используют интерполяцию, чтобы угадать значения пикселей. Вот почему к некоторым значениям разрешения на маленьких сенсорах следует относиться с подозрением, и их нельзя распечатать так же крупно, как на камерах более высокого качества.Например (не придирчиво к Fuji), некоторые камеры Fuji внезапно «выросли» в разрешении с 6 до 12 мегапикселей.

Битовая глубина

Битовая глубина - это количество бит данных, содержащихся в каждом пикселе. 8 бит соответствуют 256 различным тональным значениям. 12-битные необработанные файлы в цифровой зеркальной фотокамере имеют битовую глубину 4096 тонов, а 14-битные необработанные файлы имеют битовую глубину 16 384 тона. Съемка в 14-битном режиме, когда он доступен, может показать немного больше деталей в темных тенях и светлых участках, хотя различия иногда трудно увидеть.Необработанные файлы будут на 20% больше.

Динамический диапазон

Я хочу начать с некоторых определений. Динамический диапазон фотографии определяется как соотношение между самыми темными и самыми светлыми частями фотографии. Динамический диапазон камеры - это самый большой динамический диапазон, который фиксируется датчиком камеры в необработанном файле. Динамический диапазон в файле JPEG будет меньше, если он не обрабатывается в редакторе RAW.

Динамический диапазон можно выразить в единицах остановок (например,6 = 1:64.

Давайте посмотрим на некоторые общие динамические диапазоны:

  • человеческий глаз 1: 10,000 13-14 ступеней

  • запах солнечного света на открытом воздухе 1: 1000 10-11 ступеней

  • dSLR камера 1: 512 9 ступеней

  • компактная камера 1: 256 8 ступеней

  • цветная пленка 1: 256 8 ступеней

  • печатное изображение, глянцевая бумага 1: 128 7 ступеней

  • печатное изображение, матовая бумага 1:32 5 ступеней

  • сцена в помещении 1:64 6 ступеней

Как видите, человеческий глаз способен видеть гораздо больший динамический диапазон, чем может охватить ваша камера.Эта проблема мучила фотографов вечно. Ваша задача как фотографа - управлять динамическим диапазоном того, что вы снимаете.

Для максимального динамического диапазона

  • Снимайте по базовому ISO. Динамический диапазон уменьшается при более высоких значениях ISO

  • Используйте камеру с большей матрицей. Полнокадровые камеры имеют самый большой динамический диапазон.

  • Следите за своей экспозицией - заранее решите, хотите ли вы пожертвовать тенями, бликами или немного того и другого

Шум датчика

Шум является результатом случайных неточностей когда свет попадает на фотодатчик и преобразуется в сигнал.Поскольку установка камеры на более высокое значение ISO просто усиливает этот сигнал, усиливается и шум. Более значимым показателем шума является отношение сигнал / шум. Низкое соотношение сигнал / шум означает, что шум на изображении менее заметен. Поэтому шум хуже в теневых областях, в формуле отношения сигнал / шум меньше. Это также основа правила «выставлять» вправо; области с высокой экспозицией будут иметь более низкое отношение сигнал / шум, чем более темные области, даже когда экспозиция уменьшена. Поскольку большая часть UW-фотографии выполняется при низких или базовых значениях ISO, шум обычно не учитывается при подводной фотографии, за некоторыми исключениями (например.грамм. - фотография затонувших кораблей при слабом освещении). В книгах по продвинутой цифровой фотографии шум будет гораздо больше.

Некоторые технические различия между компактными камерами и dSLRS

Компактные камеры имеют меньшие сенсоры, чем dSLR с кадрированным сенсором. Сенсоры Canon (1,3x - 1,6x) и Nikon (1,5x) больше сенсоров Olympus (2,0x кроп). Полнокадровые зеркальные фотокамеры имеют самые большие сенсоры.

Из-за меньшего размера сенсоров компактные камеры имеют большую глубину резкости, чем цифровые зеркальные фотоаппараты при той же диафрагме.Макросъемка, сделанная с наведением и съемкой при F8, будет иметь значительно большую глубину резкости, чем фотография dSLR, снятая при F8

Шум при более высоких значениях ISO будет значительно выше на компактной камере.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *