Динамический диапазон это: Динамический диапазон. Часть 2 / Съёмка для начинающих / Уроки фотографии

Содержание

Понятие HDR-фотографий

1. Что такое HDR

Для кого-то первые снимки на цифровую камеру были сделаны семь лет назад, для кого-то — на прошлой неделе. Практически все мы задавали себе вопрос: почему часто на снимках голубое небо превращается в сплошной белый фон, а на тех фотографиях, где небо все же не было пересвечено, все предметы на переднем плане сливаются в темное пятно.

Чтобы понять, почему это происходит, проведем небольшой эксперимент. Поставим камеру в приоритет диафрагмы (AV) и наведем ее на небо в солнечную погоду. Предположим, что камера показала необходимую выдержку 1/2000 секунды. Теперь замерим необходимую выдержку по самой темной части мотива, например одежде человека перед вами. Получим 1/2 секунды. Эта разница в освещении приблизительно соответствует так называемому динамическому диапазону мотива. Ее принято вычислять в ступенях экспозиции, и в данном случае она равна 10 ступеням. Вспомним, что одна ступень соответствует изменению экспозиции в два раза. В нашем случае это изменение времени выдержки от 1/2000 до 1/2 секунды.

Глаза человека могут адаптироваться к изменению освещения до 24 ступеней экспозиции, поэтому мы способны различить детали и на светлом небе, и на темной одежде. Но матрица фотокамеры не может приспосабливаться к свету. У нее есть фиксированный динамический диапазон, то есть разница в освещении между самым ярким участком мотива, который она может зафиксировать, не превратив его в белое пересвеченное пятно, и самым темным участком, в котором зафиксированная информация не перекрывается шумом. Динамический диапазон матрицы большинства цифровых камер равен примерно 9 ступеням экспозиции, что гораздо меньше как способности глаз человека запечатлевать информацию, так и способности черно-белой пленки с ее динамическим диапазоном до 11 ступеней.

При этих ограничениях цифровой фотографии она дает нам возможность манипулировать снимками на компьютере. Поэтому вполне естественным было бы сделать несколько кадров с различной экспозицией, соединив их в один, что дало бы нам возможность заметно расширить динамический диапазон снимка. Один из таких способов заключается в работе со слоями в Photoshop и будет описан позднее. О втором способе — создании HDR — пойдет речь сейчас.

Под HDR или, если быть более точными, HDRI (High Dynamic Range Image), подразумевают изображение с динамическим диапазоном больше, чем в обычных снимках. С какого предела начинается HDR, является темой для многих дискуссий. В некоторых источниках границей называют 13,3 ступени экспозиции, в других — 9 ступеней, которые помещаются и в обычный 8-битный JPG-файл.

С технической точки зрения HDR можно определить как файл, в котором яркости пикселей сохранены не в целочисленном виде, а в формате с плавающей запятой. Для HDRI чаще всего используются 32-битные форматы Radiance (.hdr) или OpenEXR (.exr). Так как обычные мониторы не могут отобразить все значения яркости в 32-битном файле, HDRI необходимо привести в 8- или 16-битное изображение. Этот процесс называется тональным отображением (tone mapping).

Если говорить о том, чем HDR не является, стоит упомянуть, что из 8-битных фотографий нельзя сделать HDR, даже если обработать их в специальных программах, таких как Photomatix. Также изображение, полученное из одного RAW-файла с высветлением теней и затемнением светлых участков, будет просто фотографией, конвертированной из RAW, но никак не HDR.

2. Съемка для HDR

Для создания HDR-изображения нужно сделать несколько снимков с различной экспозицией, запечатлев детали как в темных, так и в светлых частях мотива. Изменять экспозицию, как известно, можно разными способами, но в случае HDR делать это следует изменением выдержки.

Самый верный способ съемки для HDR выглядит так:

  • Для начала установим на камере режим приоритета диафрагмы (AV) и выберем нужное диафрагменное число.
  • Поставим режим экспозамера по минимальному участку, который позволяет камера. Оптимальным будет точечный или частичный замер, но в крайнем случае для большинства мотивов подойдет и центрально взвешенный метод.
  • Измерим экспозицию на самом темном и на самом светлом участках. Для этого интересующий нас участок должен находиться в центре кадра. Запоминаем эти значения.
  • Установим камеру на штатив, перейдем в ручной режим (M), поставим то же диафрагменное число, при котором проводили измерения, и будем делать снимки, поднимая выдержку от наименьшего значения к наибольшему (или наоборот) с разницей в одну-две ступени при съемке в JPG-формате или две-три ступени при съемке в RAW.

Если место на вашей карте памяти важно, то можно ограничить количество снимков, проверяя гистограмму. На самой темной фотографии гистограмма должна немного не доходить до правой границы, а на самой светлой — до левой. Лучше даже, если на фотографии с максимальной выдержкой гистограмма начинается в середине шкалы. Тогда мы можем быть уверены, что в получившемся HDR не будет шумов в темных участках, если мы захотим их осветлить.

В тех случаях, когда штатива нет или его нельзя использовать, может помочь эксповилка (AEB) в сочетании с режимом непрерывной съемки. Установка эксповилки на +/– два шага обычно достаточна для создания качественных HDR. В данном случае лучше всего использовать матричный замер экспозиции. Если есть возможность, лучше прислониться к стене или колонне, чтобы уменьшить разницу в кадрах, обусловленную движением.

Чувствительность при съемке для HDR желательно поставить на минимальное значение, поскольку большинство HDR-программ не очень хорошо справляются с шумом. Если же высоких значений чувствительности по каким-либо причинам нельзя избежать, лучше пользоваться Photoshop, поскольку эта программа очень хорошо справляется с устранением шума в HDR.

3. HDR в действии

Рассмотрим, как создавать HDRI и делать тональное отображение на примере «Фотошопа» и «Фотоматикса» — программ, чаще всего используемых для этих целей.

3.1. Создание HDR и тональное отображение в Photoshop

Создавать HDR в «Фотошопе» можно из JPG-, TIF- или из RAW-файлов. Для этого нужно либо выбрать файлы через меню File—Automate—Merge to HDR, либо использовать опцию Add Open Files, если фотографии уже открыты. Если съемка велась с рук, то можно отметить опцию Attempt to Automatically Align Source Images. Только следует учесть, что выравнивание изображений занимает в «Фотошопе» очень много времени, до 45 минут для HDR из трех RAW-файлов. Если программа не может найти EXIF-данные, он попросит внести их вручную.

После вычислений появится окно предпросмотра HDRI. Так как обычные мониторы не предназначены для просмотра 32-битных изображений, будет видна только часть всего светового диапазона этого снимка. Справа отображена гистограмма получившегося HDRI. Передвигая ползунок, можно изменять гамму изображения и рассматривать части фотографии с различной освещенностью. Оставьте значение Bit Depth на 32 и нажмите ОК.

Теперь можно конвертировать HDR в обычное изображение. Для начала лучше конвертировать в 16 бит, чтобы уменьшить возможные потери при дальнейшей обработке. Для этого выбираем Image—Mode—16 Bits/Channel. Появится окно с четырьмя опциями вверху. Для большинства случаев интерес представляет только последняя опция Local Adaptation. Кроме кривой, которая работает подобно простым кривым Photoshop, в этом диалоговом окне есть два параметра: Radius и Threshold. В то время как кривая отвечает за изменение глобального контраста, эти два параметра определяют локальный контраст, контраст деталей.

Radius определяет, сколько пикселей считать «локальной» областью при изменении контраста. Слишком низкие значения делают изображение плоским, слишком высокие могут привести к появлению световых ореолов, особенно при высоких значениях второго параметра, Threshold.

Threshold определяет, насколько выраженным будет локальный контраст.

Теперь осталось поработать с кривой. Для того чтобы узнать, где на кривой лежит световое значение участка изображения, следует, как и в обычных кривых, провести курсором по этому участку изображения. В крайнем случае можно сделать несколько изображений с различными параметрами тонального отображения, потом соединить их с разными режимами перекрытия или скрыть части слоев масками. Перед тем как нажать OK, лучше сохранить установки на кривой, чтобы потом при необходимости изменить их или использовать для изображений, снятых в тех же условиях.

Все вопросы по созданию HDR изображений вы можете задать в разделе «Вопросы эксперту». На следующей странице — обзор основных программ для создания HDR.

3.2. HDR и Tone Mapping в Photomatix

Создадим HDR-файл из нескольких фотографий. Для этого можно выбрать фотографии через HDR-Generate—Browse либо открыть нужные снимки, выбрать меню HDR—Generate и отметить Use Opened Images. Второй вариант не работает для RAW-файлов, поскольку из них Photomatix автоматически создает псевдо-HDRI. Если Photomatix не может найти EXIF-данные, он попытается приблизительно вычислить их. Чаще всего результат совсем неплох, но на этом этапе можно подкорректировать данные экспозиции. Как и в Photoshop, здесь лучше указывать верные данные.

После того как файлы выбраны, появится следующее окно. В нем можно выбрать различные опции для создания HDR. Если существует вероятность, что позиция камеры была немного изменена при съемке, то можно отметить Align Source Images. Photomatix при выборе опции Attempt to Reduce Ghosting Artifacts попытается минимизировать различия в снимках, связанные с движущимися объектами. Если эти объекты относятся к переднему плану, например это люди или качающиеся ветки, то лучше выбрать Moving Objects/People, в меню Detection выбрать High. Опцию коррекции волн, по моему опыту, лучше не активировать, без нее результаты обычно получаются лучше. В настройках тональной кривой отклика (Tonal Response Curve) внизу лучше оставлять Take Tone Curve Of Color Profile.

После того как вычисления закончены, изображение можно повернуть с помощью Utilities—Rotate—Clockwise/Counterclockwise. Обычные мониторы не могут отобразить весь динамический диапазон созданного HDR-изображения, но части его можно посмотреть с помощью окна HDR Viewer. Через View—Default Options—HDR можно конфигурировать, будет это окно появляться или нет. HDR Viewer можно вызвать и комбинацией клавиш Ctrl+V.

Теперь можно приступать к превращению HDR в доступный нормальным мониторам вид. Выбираем HDR—Tone Mapping (Ctrl+T). Появится окно с различными настройками, от которых будет зависеть конечная фотография, то, насколько реалистичной или сюрреалистичной она будет. В поле Method следует выбрать Details Enhancer. Другой метод, Tone Compressor, может давать совсем неплохие и приближенные к реальности результаты, но предлагает меньше опций контроля тонального отображения.

Рассмотрим, что означают различные настройки тонального отображения.

Strength - контролирует влияние на конечный результат остальных параметров.

Color Saturation - цветовая насыщенность полученного изображения.

Light Smoothing - отвечает за плавность световых переходов. Именно она виновата в ореолах, которые свойственны многим HDR-фотографиям. Это значение лучше ставить на максимум.

Luminosity - определяет общий световой уровень фотографии. Повышение этого параметра высветляет тени, более равномерно распределяя световые значения на гистограмме, но в то же время выявляет шумы в тенях.

Micro Contrast - определяет световой контраст в деталях.

Micro Smoothing - уменьшает локальный контраст деталей, влияние предыдущего параметра. Слишком большие значения делают фотографию плоской, со слабо выраженными локальными световыми значениями, при уменьшении этого параметра увеличивается шум и могут появиться темно-серые пятна в областях средней освещенности.

White/Black Clip - определяет значение, после/до которого информация в светлых/темных тонах обрезается.

Output Depth - для изображений, которые вы еще собираетесь обрабатывать в графическом редакторе, лучше ставить на 16 бит.

Некоторые довольно полезные опции были добавлены в версии 2.5: Color Temperature - сдвигает цветовую температуру изображения по отношению к исходному HDRI.

Saturation Highlights/Shadows - изменение насыщенности темных/светлых тонов. Эти опции работают с исходным HDR-изображением, с темными/светлыми тонами реального мотива, поэтому они не являются аналогами Color Balance или Selective Color в Photoshop.

Highlights/Shadows Smoothing - контролируют изменение контраста в темных и светлых тонах.

Shadows Clipping - затемняет темные области, обычно содержащие в HDR много шума.

Обычно локальный контраст получившейся фотографии ниже, чем той, что была в предварительном просмотре. Происходит это из-за того, что тональное отображение рассчитывается с учетом размеров областей локального и глобального контрастов, которые различны в зависимости от размеров изображения. Разница между конечным результатом и предварительным просмотром будет тем больше, чем больше разница между самим изображением и его копией в окне предпросмотра.

В этом случае либо если по каким-то другим причинам результат вас не устраивает, можно вернуться к HDR-файлу опцией HDR—Undo Tone Mapping.

4. Соединение экспозиций (Exposure Blending)

Кроме создания HDR, есть еще один способ увеличения динамического диапазона фотографий. Этот метод работает для любого количества фотографий, снятых со штатива, но для простоты ограничимся двумя снимками. В Photoshop обе фотографии копируются в один файл в виде слоев, а к верхней добавляется маска.

В самых простых случаях, когда светлая и темная части снимка разделены прямой линией горизонта, достаточно закрасить маску градиентом от белого к черному, имитируя серый градиентный фильтр, известный из аналоговой фотографии. Если удерживать Shift при создании вертикального градиента, получится ровный горизонтальный переход.

Гораздо чаще такими простыми методами обойтись не получается: темные и светлые части снимка разделены неровной границей либо разбросаны по всей фотографии. В этом случае маску придется подгонять к конкретному случаю. Для этого слой с более темной фотографией помещаем сверху и добавляем к нему маску. Для начала сделаем грубый набросок распределения яркостей на маске. Это можно сделать несколькими способами.

Первый способ:

  • Выбираем более контрастный слой и копируем его (Ctrl+C).
  • В списке каналов верхнего слоя выбираем маску.
  • Копируем (Ctrl+V).

Для второго способа маски у верхнего слоя сначала быть не должно.

  • Среди RGB-каналов более контрастного слоя выбираем самый контрастный канал.
  • Выбираем его, кликнув мышкой, удерживая Ctrl.
  • Добавляем маску к верхнему слою. Она автоматически заполнится информацией из выбранного канала.

После создания заготовки маски ее контраст можно увеличить кривыми либо сделать маску, состоящую только из черного и белого цветов фильтром Filter—Sketch —Stamp. Правда, работает он только в 8-битном режиме. Чаще всего после этого нужно тщательно подправлять маску кисточками, меняя прозрачность, размер и размытость краев кисти.

Несколько методов соединения экспозиций, дающих иногда очень неплохие результаты, предлагает также Photomatix. Для этого следует открыть фотографии и в меню Combine выбрать один из методов. Лучшие результаты дают H&S—Auto и H&S—Adjust. Значением Blending Point во втором случае можно задать, из каких фотографий предпочтительнее брать информацию. Чем выше это значение, тем больше будет влияние на результат более светлых снимков. Параметром Radius можно контролировать аккуратность перекрытия экспозиций.

5. Последующая обработка

HDR-изображения после тонального отображения обычно следует обработать, чтобы добавить им контраста и скорректировать цвета. Кроме того, изображения, полученные в Photomatix, при некоторых настройках имеют одну особенность: тени в них бывают более светлыми, чем в самом светлом из исходных изображений, а светлые области темнее, чем в самом темном. Чтобы сделать изображение снова приближенным к реальности, следует открыть его в Photoshop, сверху скопировать самую светлую из исходных фотографий в режиме Darken и самую темную в режиме Lighten. Не исключено, что нужно будет добавить к этим изображениям маски и стереть какие-либо части кисточкой с мягкими краями и прозрачностью 10–30%.

Некоторые программы, работающие с HDR, могут искажать цвета и насыщенность цвета при тональном отображении. Эту проблему в большинстве случаев можно исправить в Photoshop: исходные снимки скопировать в виде слоев на получившееся из HDR изображение и поменять режим перекрытия на Color или Saturation, вернув тем самым естественные цвета. В местах пересветов и теней следует использовать цвета соответственно из недо- и пересвеченных исходников.

6. Альтернативные программы для работы с HDR

В этой статье были подробно рассмотрены Photoshop и Photomatix, но кроме них существуют и другие программы, позволяющие создавать HDR и делать тональное отображение. На эти альтернативные программы также имеет смысл обратить внимание.

EasyHDR — программа с удобным, понятным интерфейсом и большим количеством опций. Более гибкая, чем Photoshop, результаты тонального отображения выглядят более натуральными, чем результаты Photomatix.

Artizen HDR — графический редактор, в котором работа с HDR не является основной функцией. Создание HDRI и тональное отображение делает довольно качественно.

Picturenaut — бесплатная программа для работы с HDR. Неплохо справляется с тональным отображением, но при очень большом динамическом диапазоне может быть сложно найти подходящие параметры.

Qtpfsgui — предлагает несколько алгоритмов, различающихся по параметрам, результатам и времени расчета. После тонального отображения результаты сохраняются в различных окнах, что дает возможность сравнить и выбрать оптимальные параметры.

Ulead PhotoImpact — известный графический редактор. Управление каретками тонального отображения не очень удобно, но результаты более или менее удовлетворительные.

HDR View — небольшая программа для просмотра HDRI. Позволяет увеличивать и уменьшать экспозицию, сохранять изображение на выбранной экспозиции в формате bmp.

Технология HDR может помочь фотографам преодолеть ограничения динамического диапазона матрицы цифрового фотоаппарата. Некоторые программы также позволяют создавать изображения, больше напоминающие сюрреалистические картины, чем фотографии. В каких случаях имеет смысл расширять динамический диапазон фотографии, насколько реалистичной будет конечная фотография — все это решает каждый сам для себя. Работа с HDR дает нам эту замечательную возможность выбора.

I have sailed the seven seas ... © asmundur

Если у вас остались вопросы по созданию HDR изображений, задайте их в разделе «Вопросы эксперту»!

Визуализация с высоким динамическим диапазоном - High-dynamic-range imaging

Тональное изображение с высоким динамическим диапазоном (HDR) церкви Св. Кентигерна в Блэкпуле , Ланкашир, Англия

Визуализация с расширенным динамическим диапазоном ( HDRI ) - это метод, используемый в фотографических изображениях и пленках, а также в компьютерных изображениях с трассировкой лучей для воспроизведения большего диапазона яркости, чем это возможно с помощью стандартных цифровых изображений или фотографических методов. Стандартные методы позволяют различать только в определенном диапазоне яркости. За пределами этого диапазона никаких функций не видно, потому что в более ярких областях все выглядит чисто белым, а в более темных - чисто черным. Отношение между максимумом и минимумом тонального значения в изображении называется динамическим диапазоном . HDRI полезен для записи многих сцен реального мира, содержащих очень яркие, прямые солнечные лучи или очень темные или очень слабые туманности . Изображения с расширенным динамическим диапазоном (HDR) часто создаются путем захвата и последующего объединения нескольких различных экспозиций одного и того же объекта с более узким диапазоном .

Два основных типа изображений HDR - это компьютерная визуализация и изображения, полученные в результате объединения нескольких фотографий с низким динамическим диапазоном (LDR) или стандартным динамическим диапазоном (SDR). Изображения HDR также могут быть получены с помощью специальных датчиков изображения , таких как датчик двоичного изображения с избыточной дискретизацией . Из-за ограничений печати и контрастности дисплея расширенный диапазон яркости входных HDR-изображений должен быть сжат, чтобы сделать их видимыми. Метод рендеринга HDR-изображения на стандартный монитор или печатающее устройство называется тональным отображением . Этот метод снижает общую контрастность HDR-изображения для облегчения отображения на устройствах или распечаток с более низким динамическим диапазоном, и может применяться для создания изображений с сохраненным локальным контрастом (или увеличенным для художественного эффекта).

«HDR» может относиться к общему процессу, к процессу формирования изображения HDR или к формированию изображения HDR, представленному на дисплее с низким динамическим диапазоном, таком как экран или стандартное изображение .jpg.

Эмуляция системы зрения человека

Одна из целей HDR - предоставить диапазон яркости, подобный тому, который ощущается через зрительную систему человека . Человеческий глаз, через нелинейный ответ, адаптации из радужной оболочки глаза , а также другими методами, адаптируя постоянно в широком диапазоне яркости , присутствующих в окружающей среде. Мозг непрерывно интерпретирует эту информацию, чтобы зритель мог видеть в широком диапазоне условий освещения.

Стандартные фотографические методы и методы обработки изображений позволяют различать только в пределах определенного диапазона яркости. За пределами этого диапазона никаких функций не видно, потому что нет различий в светлых областях, поскольку все выглядит чисто белым, и нет дифференциации в более темных областях, поскольку все выглядит чисто черным. Камеры без HDR делают фотографии с ограниченным диапазоном экспозиции, называемым низким динамическим диапазоном (LDR), что приводит к потере деталей в светлых участках или тенях .

Фотография

Динамические диапазоны обычных устройств
Устройство Остановки Контрастность
Однократная экспозиция
Человеческий глаз: близкие предметы 07,5 00150 ... 200
Человеческий глаз: угловое разделение 4 ° 13 08000 . .. 10000
Человеческий глаз (статический) 10 ... 14  01000 ... 15000
Негативная пленка ( Kodak VISION3 ) 13  08000
Камера 1 / 1,7 дюйма ( Nikon Coolpix P340) 11,9 03800
1-дюймовая камера ( Canon PowerShot G7 X ) 12,7 06600
Цифровая зеркальная камера 4/3 ( Panasonic Lumix DC-GH5 ) 13,0 08200
Цифровая зеркальная камера APS ( Nikon D7200 ) 14,6  24800
Полнокадровая зеркальная камера ( Nikon D810 ) 14,8  28500

В фотографии динамический диапазон измеряется разницей значений экспозиции (EV), известной как стопы . Увеличение на один EV или одну ступень означает удвоение количества света. И наоборот, уменьшение на один EV означает уменьшение вдвое количества света. Следовательно, для выявления деталей в самых темных тенях требуется высокая экспозиция , а для сохранения деталей в очень ярких ситуациях требуется очень низкая экспозиция. Большинство камер не могут обеспечить этот диапазон значений экспозиции за одну экспозицию из-за их низкого динамического диапазона. Фотографии с высоким динамическим диапазоном обычно достигаются путем захвата нескольких изображений со стандартной экспозицией, часто с использованием брекетинга экспозиции , а затем их последующего объединения в одно изображение HDR, обычно в программе обработки фотографий .

Любая камера, которая позволяет ручное управление экспозицией, может делать изображения для работы в HDR, хотя камера с автоматическим брекетингом экспозиции (AEB) подходит гораздо лучше. Изображения с пленочных фотоаппаратов менее подходят, поскольку их часто необходимо сначала оцифровать, чтобы впоследствии их можно было обработать с помощью программных методов HDR.

В большинстве устройств формирования изображений степень воздействия света на активный элемент (будь то пленка или ПЗС-матрица ) можно изменить одним из двух способов: либо увеличивая / уменьшая размер апертуры, либо увеличивая / уменьшая время каждую экспозицию. Изменение экспозиции в наборе HDR осуществляется только изменением времени экспозиции, а не размера диафрагмы; это связано с тем, что изменение размера апертуры также влияет на глубину резкости, и поэтому результирующие несколько изображений будут совершенно разными, что не позволит их окончательному объединению в одно изображение HDR.

Важным ограничением для HDR-фотографии является то, что любое перемещение между последовательными изображениями будет препятствовать или мешать успешному объединению их впоследствии. Кроме того, поскольку для получения желаемого диапазона яркости необходимо создать несколько изображений (часто три или пять, а иногда и больше) , такой полный набор изображений требует дополнительного времени. Фотографы HDR разработали методы и техники расчетов, чтобы частично решить эти проблемы, но, по крайней мере, рекомендуется использовать прочный штатив.

Некоторые камеры имеют функцию брекетинга автоэкспозиции (AEB) с гораздо большим динамическим диапазоном, чем другие, от 0,6 на нижнем уровне до 18 EV в лучших профессиональных камерах по состоянию на 2020 год. По мере роста популярности этого метода визуализации несколько камер производители теперь предлагают встроенные функции HDR. Например, цифровая зеркальная камера Pentax K-7 имеет режим HDR, который захватывает изображение HDR и выводит (только) файл JPEG с тональной отображением. Canon PowerShot G12 , Canon PowerShot S95 и Canon PowerShot S100 предлагают аналогичные функции в меньшем формате. Подход Nikon называется «Активный D-Lighting», который применяет компенсацию экспозиции и отображение тона к изображению, исходящему от датчика, с упором на создание реалистичного эффекта. Некоторые смартфоны поддерживают режимы HDR, а на большинстве мобильных платформ есть приложения, обеспечивающие съемку HDR.

Характеристики камеры, такие как гамма-кривые , разрешение сенсора, шум, фотометрическая калибровка и калибровка цвета, влияют на получаемые изображения с высоким динамическим диапазоном.

Цветные пленочные негативы и слайды состоят из нескольких слоев пленки, которые по-разному реагируют на свет. Оригинальная пленка (особенно негативы по сравнению с прозрачными пленками или слайдами) имеет очень высокий динамический диапазон (порядка 8 для негативов и от 4 до 4,5 для слайдов).

Отображение тонов

Отображение тонов уменьшает динамический диапазон или коэффициент контрастности всего изображения, сохраняя при этом локализованный контраст. Хотя это отдельная операция, тональное отображение часто применяется к файлам HDRI одним и тем же программным пакетом.

На платформах ПК, Mac и Linux доступно несколько программных приложений для создания файлов HDR и изображений с отображением тона. Известные названия включают:

Сравнение с традиционными цифровыми изображениями

Информация, хранящаяся в изображениях с высоким динамическим диапазоном, обычно соответствует физическим значениям яркости или сияния, которые можно наблюдать в реальном мире. Это отличается от традиционных цифровых изображений , которые представляют цвета так, как они должны отображаться на мониторе или на бумаге. Поэтому форматы изображений HDR часто называют привязанными к сцене , в отличие от традиционных цифровых изображений, которые относятся к устройствам или выходам . Кроме того, традиционные изображения обычно кодируются для зрительной системы человека (максимизируя визуальную информацию, хранящуюся в фиксированном количестве битов), что обычно называется гамма-кодированием или гамма-коррекцией . Значения, хранящиеся для изображений HDR, часто подвергаются гамма-сжатию ( степенной закон ) или логарифмической кодировке, либо линейным значениям с плавающей запятой , поскольку линейное кодирование с фиксированной запятой становится все более неэффективным в более высоких динамических диапазонах.

В изображениях HDR часто не используются фиксированные диапазоны для каждого цветового канала - кроме традиционных изображений - для представления большего количества цветов в гораздо более широком динамическом диапазоне. Для этой цели они не используют целочисленные значения для представления одноцветных каналов (например, 0-255 в интервале 8 бит на пиксель для красного, зеленого и синего), а вместо этого используют представление с плавающей запятой. Обычно для представления пикселей HDR используются 16-битные ( половинная точность ) или 32-битные числа с плавающей запятой . Однако при использовании соответствующей передаточной функции HDR-пиксели для некоторых приложений могут быть представлены с глубиной цвета, которая имеет всего 10–12 бит для яркости и 8 бит для цветности, без каких-либо видимых артефактов квантования.

История HDR фотографии

Середина 19 века

Идея использования нескольких экспозиций для адекватного воспроизведения слишком экстремального диапазона яркости была впервые предложена еще в 1850-х годах Гюставом Ле Греем для визуализации морских пейзажей, показывающих как небо, так и море. В то время такой рендеринг с использованием стандартных методов был невозможен, поскольку диапазон яркости был слишком большим. Ле Грей использовал один негатив для неба и другой с более длительной выдержкой для моря, и объединил эти два изображения в один позитив.

Середина 20 века

Ручное отображение тонов выполнялось путем осветления и затемнения  - выборочного увеличения или уменьшения экспозиции областей фотографии для лучшего воспроизведения тональности. Это было эффективно, потому что динамический диапазон негатива значительно выше, чем был бы доступен на готовом позитивном бумажном отпечатке, когда он экспонируется через негатив равномерно. Отличный пример может служить фотографии Швейцер на лампах с помощью W. Eugene Smith , из его 1954 фоторепортажа Человека Mercy на Альберт Швейцер и его гуманитарной деятельности во Французской Экваториальной Африке. Изображение заняло пять дней, чтобы воспроизвести тональный диапазон сцены, который варьируется от яркой лампы (относительно сцены) до темной тени.

Ансель Адамс возвысил уклонение и сжигание до уровня искусства. Многие из его знаменитых отпечатков были обработаны в темной комнате с помощью этих двух методов. Адамс написал исчерпывающую книгу о создании гравюр под названием «Печать» , в которой заметно выделяются светоотражение и выгорание в контексте его системы зон .

С появлением цветной фотографии отображение тонов в темной комнате стало невозможным из-за определенного времени, необходимого в процессе проявления цветной пленки. Фотографы обращались к производителям пленки с просьбой разработать новые запасы пленки с улучшенным откликом или продолжали снимать в черно-белом режиме, используя методы тонального отображения.

Характеристики экспозиции / плотности пленки Wyckoff с расширенной экспозицией

Цветная пленка, способная непосредственно записывать изображения с высоким динамическим диапазоном, была разработана Чарльзом Вайкоффом и EG&G «в ходе контракта с Министерством ВВС США ». Эта пленка XR имела три эмульсионных слоя: верхний слой с рейтингом скорости ASA 400, средний слой с промежуточным рейтингом и нижний слой с рейтингом ASA 0,004. Пленка обрабатывалась так же, как и цветные пленки , и каждый слой имел свой цвет. Динамический диапазон этой пленки с расширенным диапазоном был оценен как 1:10 8 . Он использовался для фотографирования ядерных взрывов, для астрономической фотографии, для спектрографических исследований и для получения медицинских изображений. Подробные фотографии ядерных взрывов Вайкоффа появились на обложке журнала Life в середине 1950-х годов.

Конец 20 века

Жорж Корнежоль и лицензиаты его патентов (Brdi, Hymatom) представили принцип видеоизображения HDR в 1986 году, установив матричный ЖК-экран перед датчиком изображения камеры, увеличив динамику датчиков на пять ступеней. Концепция тонального отображения окрестностей была применена к видеокамерам в 1988 году группой из Техниона в Израиле во главе с Оливером Хилсенратом и Иегошуа Ю. Зеэви. Исследователи Техниона подали заявку на патент на эту концепцию в 1991 году и на несколько связанных патентов в 1992 и 1993 годах.

В феврале и апреле 1990 года Жорж Корнежоль представил первую камеру HDR в реальном времени, которая объединяла два изображения, снятые сенсором или одновременно двумя сенсорами камеры. Этот процесс известен как брекетинг для видеопотока.

В 1991 году была представлена ​​первая коммерческая видеокамера, которая выполняла захват нескольких изображений с разной экспозицией в реальном времени и создавала видеоизображение HDR компанией Hymatom, лицензиатом Жоржа Корнежоля.

Также в 1991 году Жорж Корнежоль представил принцип изображения HDR + путем нелинейного накопления изображений для увеличения чувствительности камеры: в условиях низкой освещенности накапливаются несколько последовательных изображений, что увеличивает отношение сигнал / шум.

В 1993 году Технион выпустил еще одну коммерческую медицинскую камеру, производящую видеоизображение в формате HDR.

Современная визуализация HDR использует совершенно другой подход, основанный на создании карты яркости или освещенности с расширенным динамическим диапазоном с использованием только глобальных операций с изображением (по всему изображению), а затем тонального отображения результата. Global HDR был впервые представлен в 1993 году, в результате чего математическая теория разно экспонированных изображений одного и того же объекта была опубликована в 1995 году Стивом Манном и Розалинд Пикард.

28 октября 1998 года Бен Sarao создал один из первых ночных HDR + G (High Dynamic Range + Графический образ) STS-95 на стартовую площадку НАСА «s Космический центр Кеннеди . Он состоял из четырех пленочных изображений космического шаттла в ночное время, которые были скомпонованы в цифровом виде с дополнительными цифровыми графическими элементами. Изображение было впервые выставлено в Большом зале штаб-квартиры НАСА , Вашингтон, округ Колумбия, в 1999 году, а затем опубликовано на форуме Hasselblad .

Появление потребительских цифровых камер породило новый спрос на HDR-изображения, чтобы улучшить световой отклик датчиков цифровых камер, которые имели гораздо меньший динамический диапазон, чем пленка. Стив Манн разработал и запатентовал метод global-HDR для создания цифровых изображений с расширенным динамическим диапазоном в лаборатории MIT Media Lab . Метод Манна включал двухэтапную процедуру: во-первых, сгенерируйте один массив изображений с плавающей запятой с помощью глобальных операций с изображениями (операций, которые влияют на все пиксели одинаково, без учета их локальных окрестностей). Во-вторых, преобразуйте этот массив изображений с помощью локальной обработки окрестностей (переназначение тона и т. Д.) В изображение HDR. Массив изображения , сформированный на первом этапе процесса Манны называется lightspace изображения , lightspace изображения или карта сияния . Еще одно преимущество глобального HDR-изображения заключается в том, что оно обеспечивает доступ к промежуточной карте освещения или яркости, которая использовалась для компьютерного зрения и других операций обработки изображений .

21-й век

В феврале 2001 года была продемонстрирована техника Dynamic Ranger с использованием нескольких фотографий с разными уровнями экспозиции для достижения высокого динамического диапазона, подобного невооруженному глазу.

В 2005 году Adobe Systems представила несколько новых функций в Photoshop CS2, включая слияние с HDR , поддержку 32-битных изображений с плавающей запятой и отображение тонов HDR.

30 июня 2016 года Microsoft добавила поддержку цифрового композитинга HDR-изображений в Windows 10 с использованием универсальной платформы Windows .

Примеры

Обработка HDR

Это пример четырех изображений со стандартным динамическим диапазоном, которые объединяются для получения трех результирующих изображений с отображением тонов :

Исходные изображения

Результаты после обработки

  • Простое уменьшение контрастности

  • Локальное отображение тонов

  • Естественное отображение тонов

Это пример сцены с очень широким динамическим диапазоном:

Исходные изображения

Результаты после обработки

  • Естественное отображение тонов

Аномалии множественных экспозиций

В этом изображении, сделанном iPhone 6, использовался HDR, и на нем были видны и тенистая трава, и яркое небо, но стремительный удар в гольф привел к появлению «призрачной» клюшки.

Быстро движущийся объект (или неустойчивая камера) приведет к эффекту "призрака" или эффекту ступенчатого размытия, поскольку объединенные изображения не идентичны, но каждое из них захватывает движущийся объект в разный момент времени. с изменением его положения. Внезапные изменения условий освещения (например, облако, закрывающее солнце) также могут помешать достижению желаемых результатов, создавая один или несколько слоев HDR, которые действительно имеют яркость, ожидаемую автоматизированной системой HDR, хотя все еще можно получить разумное HDR-изображение вручную в программном обеспечении, переставляя слои изображения для объединения в порядке их фактической яркости.

Датчики HDR

Современные датчики изображения CMOS часто могут захватывать широкий динамический диапазон за одну экспозицию. Широкий динамический диапазон захваченного изображения нелинейно сжимается в электронное представление с меньшим динамическим диапазоном. Однако при правильной обработке информацию от одной экспозиции можно использовать для создания HDR-изображения.

Такое изображение HDR используется в приложениях с экстремальным динамическим диапазоном, таких как сварка или автомобильные работы. В камерах видеонаблюдения вместо HDR используется термин «широкий динамический диапазон». Из-за нелинейности некоторых датчиков на изображении могут возникать артефакты. Некоторые другие камеры, предназначенные для использования в приложениях безопасности, могут автоматически предоставлять два или более изображения для каждого кадра с изменением экспозиции. Например, датчик для видео со скоростью 30 кадров в секунду выдаст 60 кадров в секунду с нечетными кадрами при коротком времени экспозиции и четными кадрами при более длительном времени экспозиции. Некоторые датчики на современных телефонах и камерах могут даже комбинировать два изображения на кристалле, так что более широкий динамический диапазон без сжатия в пикселях напрямую доступен пользователю для отображения или обработки.

Смотрите также

Ссылки

все что вам нужно знать

Рассказываем о динамическом диапазоне камеры

Динамический диапазон — один из параметров, на который обращают внимание, обсуждая возможности и потенциал мобильной камеры в смартфоне. Что же означает этот термин и насколько он важен? 

 

 

Понятие динамического диапазона очень часто связывают со звучанием, и он представляет собой отношение интенсивности звука от меньшего к большему. Примерно такая же идея лежит в основе камер, где он понимается как соотношение между наиболее и наименее освещенными участками (контраст).

 

Проще говоря, динамический диапазон означает, сколько данных (тонов) камера сможет захватить при экстремальной экспозиции в сцене от самых светлых до самых темных деталей сцены. Это способность камеры показать максимальный диапазон яркости на одном кадре. Чем выше динамический диапазон, тем больше тонов камера передает, тем больше деталей может быть извлечено из темных или светлых частей сцены, меньше риск пересвета и изобилия цифровых шумов.

 

 

В реальной жизни нет идеального черного и белого, на то, какими они будут влияет интенсивность света и отражаемая способность предметов. Обычная ситуация, когда вы сможете увидеть этот эффект — это съемка под прямыми солнечными лучами. В этом случае камера получает света с избытком, но различия в освещении — очень заметны. Разница между яркостью самого светлого участка сцены и самого темного получается очень значительная. Так, небо может быть размытым, а тени под деревьями или другими объектами будут не естественно черными.

 

Динамический диапазон, как правило, измеряется в ступенях или стопах экспозиции. Увеличение экспозиции на одну ступень означает удвоение света. Если снимать с выдержкой 1/100, то яркость светлого участка составит 1/50, а самой темной части — 1/200. Современная камера, как правило, способна распознать до 18/20 ступеней изменения интенсивности, тогда как человеческий глаз видит на порядок больший диапазон тонов. Так, мы с легкостью сможем различить мелкие детали темного здания на фоне яркого неба или различить самолет, пролетающий в облаках. Отсюда и стремление научить камеру распознавать как можно большее количество тонов света, чтобы получались максимально естественные и глубокие кадры.

 

 

При работе этой функции важно не только захватить как можно больше тонов, но и попытаться сделать снимок визуально приятным и гладким. И вот тут на первый план выходит необходимость хорошей детализации всех участков сцены. Например, лучше темные или светлые детали изображения разбавить полутонами серого, а не белыми или черными. В последнем случае изображение получится скучным и с низким уровнем контрастности.

 

Независимо от того, сколько ступеней динамического диапазона способна обрабатывать камера, вы обязательно столкнетесь с ситуацией, когда динамического диапазона будет не хватать. Например, при создании пейзажей в яркий солнечный день, попытке запечатлеть рассвет или закат, когда камера попросту «слепнет» из-за избытка солнца, попадающего в кадр.

 

 

В этом случае можно положиться на высокий динамический диапазон (HDR), который используется для повышения эффективности съемки в условиях различного уровня освещенности. По сути, HDR призван обеспечить сбалансированную экспозицию по всему кадру. Достигается нужный эффект за счет объединения снимков, снятых с разной экспозицией. Правда, далеко не все HDR-фото выглядят лучше, чем созданные в обычном режиме. Поэтому стоит сохранять как исходники в «сыром» виде и, так и созданные в режиме HDR, чтобы иметь возможность выбрать наиболее удачные из них.  Кроме того, пользоваться HDR при съемке в движении далеко не всегда уместно и оправдано. С HDR-изображениями также легко переусердствовать и итоговая картинка будет не естественной.

 

Придерживайтесь этих правил, и вы получите максимально качественные снимки:

  • лучше пусть снимок будет светлым, чем перетемнить его. Вытянуть детали на таких фото проще и здесь меньше уровень шума;
  • выбирать подходящее время для съемки. Оптимальное время — утром или вечером, когда свет распределен равномерно;
  • при прочих равных стоит использовать наименьших из возможных значений ISO;
  • иногда, проблема с динамическим диапазоном решается очень просто — изменить экспозицию и сделать повторный снимок.

 

 

Подписывайтесь на Andro News в Telegram, «ВКонтакте» и YouTube-канал.

Автор: Ирина Кошелева Дата публикации: 14.10.2020

Последние ролики на YouTube

Что такое динамический и тональный диапазон?

В работе фотографа очень важно понимать такие понятия, как динамический и тональный диапазон.
Тональный диапазон. Что это?

Очень значим для черно-белых и для цветных фотографий широкий диапазон тонов. В цифровой фотографии его ограничивает динамический диапазон сенсора, а также способность сенсора запечатлеть весьма широкое рассеяние оттенков, что станет подобающим для задачи задуманного вами снимка.
Причины, что способны воздействовать на тональный диапазон, имеют одаренность отражать предмет или модель и освещение. Предмет, имеющий большое умение отражать вместе с мощным светом, подвергает к весомому рассеянию тонов снимка и это может выйти за пределы допустимости сенсора.

Несут ответственность за тональный диапазон снимка качество световых лучей, их количество, а также их мягкость, либо жесткость. Увеличивают ширину тонального диапазона и повышают насыщенность цветов фильтры, примером такого фильтра является поляризационный фильтр. А такое оборудование, как рассеиватели уменьшают тональный диапазон и ослабляют контрастность фото.
Во время кадрирования фотографии, использую такую величину, как глубину бита, стоит помнить, что она имеет влияния и на тональный диапазон. Дискретных 256 уровней информации получают от 8 бит. Эти 256 уровней есть наименьшим числом, чтобы воспроизвести зрительно сплошные тона.

Четко подбирать ваши плоды труда от верха до низа тональной шкалы и благополучно увеличивать, либо уменьшать расположенный на шкале диапазон, подчиняясь творческим задумкам, либо техническим задачам поможет неплохое понимание и опыт работы с зонной системой. Ее используют, чтобы получить корректную экспозицию при различных ситуациях и не смотря на их трудности.

Пре – визуализация

Зачастую мы можем увидеть пейзажи и композиции, которые покажутся для нас идеальными. И мы достаем все свое оборудование, чтобы взяться за фотографирование и поскорее просмотреть работы на своем мониторе в уютной обстановке. Часто полученные работы огорчают.

Подобное происходит из-за того, что наш взгляд просматривает пространство и замечает любопытные моменты, фокусируясь на них, а остальные части пропускает. Это же не в силах повторить ни фотообъектив, ни фотокамера, а их необходимо направить именно так, чтобы запечатлеть сцену, что желаем иметь в итоге.
Наша система зрения весьма нелегко отзывается на свет и на его направление в разные стороны и участки композиции, а также на то, как свет модифицируется в пространстве с течением времени.
Зрительная система человека мигом приспосабливается ко всем различиям меж весьма контрастным освещением участков, например меж очень яркими и глубоко темными участками, либо при смене свойств света. Подобное повторить ваша фотокамера не сможет.

Чтобы получить желаемое повторение данной сцены, необходимо перед экспонированием ее визуализировать. Также старайтесь не упускать из своих мыслей необходимую картинку, для понимания итогового результата.
Думайте понятиями сенсора и прислушивайтесь к его возможностям. Нужно мыслить о падении света на композицию, об изменении его свойств во времени и о том, дадут ли возможность такие преобразования наилучшим способом добиться замысла, когда вы слегка помедлите, либо спустя некоторое время возвратитесь, или, возможно, стоит переформировать сцену. Этим вы достигните непрерывных творческих возможностей.

В сравнении с пленочной фотографией, цифровая значительно содействует процессу визуализации. В прошлом профессиональные фотографы всегда брали с собой фотокамеру Polaroid для получения демонстрации о виде сцены в данном кадре при данных настройках.
Подобным образом и дисплеи LCD немного посодействуют, когда вы будете оценивать результаты определенных настроек. Многие фотокамеры еще и уведомляют вас о возможных пересветах, а вы можете прислушаться, чтобы выбрать правильные настройки экспозиции. Либо можно выучить гистограмму. Она продемонстрирует то, какой диапазон занимают тона и как они распространяются.

Тональный диапазон
Данное понятие касается дисперсии по шкале меж наиболее темной и яркой точками фотографии всех значений средних тонов. При высоком диапазоне более высокий контраст и большее фигурирование в фото средних тонов. А снимки, имеющие лимитированный тональный диапазон обхватывают тесный участок меж наиболее темным и ярким значением, то есть изображения складываются лишь из полутонов и у них контрастность ниже.

Значительное понятие о тональном диапазоне предоставляет гистограмма по шкале 0 – 255. Величина 255 – это белая точка, а величина 0 – черная. Остальные точки – это средние тона.
При мягкой тональной градации меж смежными средними тонами и без отсутствия интервальных величин, классификация тонов происходит безостановочно, а фотография имеет пластичные перерастания. Яркость на таких снимках прибавляется постепенно, не прекращаясь между значениями. А при наличии меж непрерывными величинами средних тонов пробелов, то есть пустых пространств, мы получаем заметные скачки оттенков, нарушается мягкий вид градации.

Динамический диапазон
Называют различие света меж наиболее темным и наиболее светлым значением, что в состоянии запечатлеть фотокамера – динамическим диапазоном. К примеру, наши глаза имеют возможность отличить 24 шага световых вариаций, учитывая сужение и увеличение зрачков при изменении света.
Фотокамеры же могут только произвести мгновенное экспонирование, а недешевые цифровые среднеформатные и пленочные фотокамеры фиксируют 12 шагов в разнице освещения. Многие другие цифровые фотокамеры воспринимают примерно 5 шагов.

Знайте, размер сенсора вашей камеры имеет влияние на динамический диапазон. Исходя из этого, периодически правильнее использовать весомый сенсор, имеющий расширение слабее. Ведь на сенсоре все пиксели сформированы ячейками, что называются фотосайтами. Фотосайты измеряются фотонами, для определения яркости любой из областей. Если фотосайт имеет большие размеры, то он воспринимает большее количество фотонов. Фотосайты с меньшими размерами насыщаются более быстро.

Динамический диапазон (техника) — Википедия. Что такое Динамический диапазон (техника)


Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Динами́ческий диапазо́н — характеристика устройства или системы, предназначенной для преобразования, передачи или хранения некой величины (мощности, силы, напряжения, звукового давления и т. д.), представляющая логарифм отношения максимального и минимального возможных значений величины входного параметра устройства (системы). Минимальное значение обычно определяется уровнем собственных шумов или внешних помех в устройстве, а максимальное — перегрузочной способностью устройства. Понятие динамический диапазон используется не только в технике, но и в психофизиологии, например, динамический диапазон слышимости человека. В отдельных случаях понятие «динамический диапазон» используется и для выходного параметра (для акустических устройств).

  • Динамический диапазон радиоприёмника (тракта в целом, функционального узла тракта) — логарифм отношения уровня сигнала на входе радиоприёмника, определенного по одному из критериев, к чувствительности радиоприёмника. По методике определения (по критерию) различают односигнальный динамический диапазон (динамический диапазон по компрессии) и двухсигнальный динамический диапазон (динамический диапазон по блокированию, динамический диапазон по интермодуляции).
  • Динамический диапазон усилителя — логарифм отношения максимальной амплитуды входного сигнала электронного усилителя, при которой искажения сигнала достигают предельно допустимого значения, к чувствительности усилителя.
  • Динамический диапазон канала связи — логарифм отношения максимальной мощности сигналов, пропускаемых каналом, к минимальной.
  • Динамический диапазон сканера — показатель технических возможностей сканеров, характеризующий интервал оптических плотностей, который воспринимается сканером
  • Динамический диапазон (фотография) — способность матрицы или плёнки (фотографическая широта) передавать яркость объектов реальной сцены.
    • Динамический диапазон фотоматериала, Фотографическая широта — характеристика светочувствительного материала (фотоплёнки, передающей телевизионной трубки, матрицы), а также фотографического процесса в целом в фотографии, телевидении и кино.

Литература и документация

  • Горохов П. К. Толковый словарь по радиоэлектронике. Основные термины — М.: Рус. яз., 1993
  • ГОСТ 24375-80 Радиосвязь. Термины и определения

См. также

Время широких диапазонов или подробнее о HDR.

Последнее время в интернете появляется все больше и больше оригинальных изображений, визуально весьма нетипичных - красочных, предельно детализированных, напоминающих то ли картины художников-реалистов, то ли качественные иллюстрации к рисованным мультфильмам. Аббревиатура HDR с момента появления на свет прочно вошла в обиход виртуальных завсегдатаев, получив в их жаргоне транслитерацию ХДР. Кто не знал ее смысла, вторил знатокам, старательно выписывая заглавные буквы, дабы не спутать ХДР с ГДР или, чего доброго, с КГБ. Ну а сами знатоки тем временем раскручивали это новое направление в фотографии вовсю, создавая блоги, дискутирую в форумах, а главное - размещаясь в интернет - галереях. Собственно то, что скрывалось за данной аббревиатурой, лучше всего делало рекламу само по себе. Одни называли гиперреальные изображения заразной болезнью, другие - свидетельством вырождения классической фотографии, третьи - прогрессивным выражением передовых тенденций в современном цифровом исскустве.

Споры продолжаются и по сей день, принимая еще более крайние формы. Правда, скептики успеха и аутентичности нового направления постепенно начинают принимать вещи такими, как есть. А HDR-апологеты называют в качестве гипотетических пропагандистов новой техники исполнения векиких экспериментаторов Мэна Рэя и Ласло Моголи-Надя, которые, будь они живы в наше время, обязательно пришли бы к чему-то подобному. Интересна точка зрения одного из известных HDR-фотографов, Джеспера Кристенсена: «Новые технические возможности современных визуальных медиасредств, в том числе и фотографии, неизменно влекут за собой попытки и поиски авторов в соответствующих их духу направлениях новых обликов художественного выражения. Более того, переплетения на техническом уровне порождают и смешения на уровне сюжетном, эстетическом. Гибридные образы, подобные HDR, – это уже даже не феномен нашего времени, а однозначно – доминирующая тенденция будущего». Но к морально-эстетическим аспектам темы мы, вероятно, еще вернемся в будущих
публикациях. А пока мы коснемся, прежде всего, теоретических основ и практической стороны получения HDR-изображений.
 

Проблема динамического диапазона

Без теории – никуда. Но мы постараемся изложить ее доступными формулировками. Итак, английский термин HDR содержит в себе качественное определение одного давно знакомого нам понятия – динамический диапазон (дословный перевод HDR – «высокий динамический диапазон»). Разложим его по частям, начав с ключевого определения – «высокий». Что же такое динамический диапазон? Наверняка наши постоянные читатели представляют его себе хотя бы в общих чертах. Сейчас пришло время углубиться в детали. Верно, ДД в фотографии характеризует соотношение между максимально и минимально измеримой интенсивностью света. Но в реальном мире не существует чисто белого или чисто черного цвета, а есть лишь различные уровни интенсивности источников света, варьирующиеся вплоть до бесконечно малых величин. Из-за этого теория ДД усложняется, а сам термин, помимо характеристики реального соотношения интенсивности освещения фотографируемого сюжета, может быть применен к описанию цветовых градаций, воспроизводимых устройствами фиксации визуальной информации – камерами, сканерами, или устройствами ее вывода – мониторами, принтерами.

Человек пришел в этот мир полностью самодостаточным, он – идеальный «продукт» эволюционного природного развития. Применительно к фотографии это выражается в следующем: глаз человека способен различать диапазон интенсивности света, находящийся в пределах от 10-6 до 108 кд/м2 (кандел на кв. метр; кандела – единица измерения световой интенсивности, равная силе света, испускаемого в заданном направлении источником монохроматического излучения частотой 540х1012 Гц, которая в свою очередь соответствует частоте зеленого цвета). 

Интересно взглянуть на следующие величины: интенсивность чистого звездного сияния равна лишь 10-3 кд/м2, закатного/рассветного света – 10 кд/м2, а освещенной прямым дневным светом сцены – 105 кд/м2. Яркость солнца приближается к миллиарду кандел на кв. метр. Таким образом, очевидно, что способности нашего зрения попросту феноменальны, особенно если противопоставить им возможности придуманных нами устройств вывода информации, например ЭЛТ-мониторов. Ведь они могут корректно передавать изображения с интенсивностью всего от 20 до 40 кд/м2. Но это так, для общей информации – для разминки и сравнения. Однако вернемся к динамическому диапазону, который касается нас, цифровых фотографов, в наибольшей мере. Его широта напрямую зависит от размеров ячеек сенсоров камер.

Чем они больше, тем шире ДД. В цифровой фотографии для описания его величины придуманы f-стопы (часто обозначаются как EV), каждый из которых соответствует изменению интенсивности света в два раза. Тогда, например, сюжет с разбросом уровня контрастности 1:1024 будет содержать 10 f-стопов динамического диапазона (210-1024). Зеркальная цифровая камера воспроизводит ДД, равный 8-9 f-стопов, плазменные ТВ-панели – до 11, а фотоотпечатки вмещают не больше 7 f-стопов. Тогда как соотношение максимальной и минимальной контрастности для вполне типичной сцены – яркий дневной свет за окном, плотная полутень в комнате – может достигать 1:100 000. Нетрудно подсчитать, что это будет соответствовать 16-17 f-стопам. Кстати, глаз человека одновременно воспринимает диапазон контрастности 1:10 000. Так как наше зрение фиксирует отдельно интенсивность освещения и его цвет, то одновременно доступная глазу гамма светов составляет 108 (10 000 оттенков яркости умножить на 10 000 оттенков цвета).

Проблемы битовой глубины

Обратите внимание – в нашу беседу закралось слово «цвет», присоединяясь к понятиям «интенсивность» и «контрастность». Посмотрим, чем оно является в контексте динамического диапазона. Переместимся на пиксельный уровень. Вообще-то говоря, каждый пиксель изображения имеет две основные световые характеристики – интенсивность и цвет. Это понятно. Как измерить количество уникальных цветов, составляющих колористическую гамму снимка? С помощью битовой глубины – числа нулей и единиц, битов, используемых для обозначения каждого из цветов. Применительно к ч/б изображению битовая глубина определяет количество оттенков серого. Картинки с большей битовой глубиной могут охватывать более значительное количество оттенков и цветов, поскольку содержат больше комбинаций нулей и единиц. Каждый цветной пиксель в цифровом изображении представляет собой определенную комбинацию трех цветов – красного, зеленого и синего, которые часто именуются цветовыми каналами. Диапазон их цветовой интенсивности указывается в битах на канал.

В то же время биты на пиксель (англ. сокращение – bpp) подразумевают общую сумму битов, имеющуюся в трех каналах и фактически представляют количество цветов в одном пикселе. Например, при записи цветовой информации в 8-битовых JPEG’ах (24 бита на пиксель) используется по восемь нулей и единиц для характеристики каждого из трех каналов. Интенсивность синего, зеленого и красного цветов обозначается 256 оттенками (градациями интенсивности). Число 256 удачно кодируется в двоичной системе и равняется 2:8. Если скомбинировать все три цвета, то один пиксель 8-битового изображения можно будет описывать 16 777 216 оттенками (256?256?256, или 224). Исследователи выяснили, что 16,7 млн оттенков вполне достаточно для передачи изображений фотографического качества. Отсюда и знакомый нам «true color». Будет ли изображение считаться имеющим более широкий ДД или нет, по большому счету зависит от его количества битов на цветовой канал. 8-битовые снимки считаются изображениями LDR (low dynamic range – узкий динамический диапазон). 16-битовые картинки, получаемые после конвертации RAW, также относят к категории LDR. Хотя их теоретический ДД мог бы равняться 1:65 000 (216). На самом деле, производимые большинством камер RAW-изображения имеют ДД не больше, чем 1:1000. К тому же при конвертации RAW используется одна стандартная тональная кривая, независимо от того, конвертируем мы файлы в 8- или 16-битные изображения. А поэтому, работая с 16 битами, вы получите больше четкости в определении оттенков/градаций и интенсивности, однако не получите ни «грамма» дополнительного ДД. Для этого вам понадобятся уже 32-битные изображения – 96 бит на пиксель! Их мы и будем называть High Dynamic Range Images – HDR(I).
 

Решение всех проблем

Снимки с расширенным динамическим диапазоном… Давайте еще раз нырнем в теорию битов. Всем знакомая модель RGB до сих пор является универсальной моделью описания изображений. Цветовая информация по индивидуальным пикселям кодируется в виде комбинации трех цифр, соответствующих уровням интенсивности оттенков. Для 8-битных изображений она будет находиться в пределах от 0 до 255, для 16-битных – от 0 до 65 535. Согласно модели RGB, черный цвет представляется как «0,0,0», то есть полное отсутствие интенсивности, а белый – как «255, 255, 255», то есть цвет с максимальной интенсивностью трех основных цветов. В кодировке допускается использование только целых чисел. Тогда как применение вещественных чисел – 5,6 или 7,4, да и любых дробных чисел с плавающей запятой, в рамках RGB-модели попросту недопустимо. Вот на таком противоречии и зиждется изобретение одного из американских компьютерных гениев Пола Дебевеца. В 1997 г. на ежегодной конференции специалистов в области компьютерной графики SIGGRAPH Пол изложил ключевые моменты своей новой научной работы, касающейся способов извлечения карт расширенного динамического диапазона из фотоснимков и их интеграции в визуализированные сцены с помощью нового графического пакета Radiance. Тогда-то впервые Пол и предложил съемку одного сюжета множество раз с изменяющимися значениями экспозиции и последующим объединением снимков в одно HDR-изображение. Грубо говоря, информация, которую содержат такие изображения, соответствует физическим величинам интенсивности и цвета. В отличие от традиционных цифровых изображений, состоящих из цветов, понимаемых устройствами вывода – мониторами, принтерами.

Указание величин освещенности вещественными числами теоретически снимает любые ограничения на вывод динамического диапазона. Скептики могут спросить, например, почему бы просто не добавлять все больше битов, охватывая ими самый экстремальный разброс световой и тональной контрастности? Дело в том, что в снимках с узким ДД для представления светлых тонов используется значительно большее количество битов, чем для темных. Поэтому по мере добавления битов пропорционально будет увеличиваться и часть тех из них, которые идут на более точное описание вышеуказанных тонов. А эффективный ДД практически останется неизменным. И напротив, числа с плавающей запятой, являясь линейными величинами, всегда пропорциональны фактическим уровням яркости. За счет этого биты равномерно распределяются по всему ДД, а не только концентрируются в области светлых тонов. Вдобавок такие числа фиксируют значения тонов с постоянной относительной точностью, ведь мантисса (цифровая часть), скажем, у 3,589?103 и 7,655?109, представлена четырьмя цифрами, хотя второе и больше первого в два миллиона раз.

Экстрабиты HDR-изображений позволяют передавать бесконечно широкий диапазон яркостей. Все могли бы испортить мониторы и принтеры, не признающие нового языка HDR, – у них своя фиксированная шкала яркостей. Но умные люди придумали такой процесс, как «tone mapping» – тональное сопоставление или отображение (дословно – создание карты), когда происходит перевод 32-битного HDR-файла в 8- или 16-битный, подогнанный под более ограниченный ДД устройств отображения. По сути, идея tone mapping базируется на решении проблемы потери деталей и тональностей в областях максимальной контрастности, их расширении с целью передачи всеобъемлющей цветовой информации, заложенной в 32-битном цифровом изображении.
 

С чего начинается удачный HDR
 

О тональных сопоставлениях очень хорошо знает один из наших четырех сегодняшних героев – итальянец Джанлука Несполи. Он, пожалуй, наиболее технически подкован. Помимо Photoshop, он с энтузиазмом экспериментирует с другими профессиональными графическими пакетами, в том числе и такими, которые были специально созданы для оптимизации HDR-результатов. Прежде всего, это Photomatix. Программа, соединяя несколько снимков с различной экспозицией, создает 32-битный файл с расширенным ДД, а затем подвергает его «тоун маппингу», применяя один из двух алгоритмов, называемых также операторами: глобальным или локальным. Процесс сопоставления по схеме глобального оператора сводится к обобщению интенсивностей пикселей вместе с тональными и прочими характеристиками изображения. В работе локального оператора, помимо этого, учитывается также и расположение каждого пикселя по отношению к остальным. В принципе, функция генерирования HDR-изображений вместе с сопутствующим «тоун маппингом» реализована и в Photoshop CS2. Ее вполне достаточно для заданий, которые реализуют датчанин Кристенсен и молодая фотохудожница из Санкт-Петербурга Микаэлла Райнрис. Наш четвертый герой – Густаво Оренштайн – по-прежнему не решил, какому из рабочих инструментов отдать предпочтение, а потому склонен к экспериментам с новыми программными HDR-ресурсами.

Чуть ниже мы рассмотрим практические нюансы работы с каждой из двух основных программ, обобщив рекомендации, полученные от этих фотоиллюстраторов новой волны. А пока прикинем, какой исходный материал необходим для получения изображений с расширенным ДД. Очевидно, что без нескольких снимков с различными значениями экспозиции не обойтись. Достаточно ли будет одного «сырого» RAW? Не совсем. Общий ДД, полученный после конвертации одного даже самого большого RAW-изображения с различными значениями уровня экспозиции, не может быть шире того динамического диапазона, который воспроизвела ваша камера. Это все равно, что разрезать ДД снимка в режиме RAW на несколько частей.

«Сырые» файлы кодируются 12 битами на канал, соответствующими разбросу контрастностей 1:4096. И только из-за неудобства 12-битной кодировки получаемым из RAW изображениям в формате TIFF присуждается 16 бит на канал. Одним RAW еще можно как-то обойтись, если речь не идет о высококонтрастной сцене. Съемка же нескольких кадров, предназначенных для дальнейшего объединения в одно целое, требует соблюдения определенных процедур настройки параметров отработки экспозиции, да и физического монтажа самой камеры. В принципе, и Photoshop, и Photomatix корректируют незначительные нестыковки при накладывании пиксельных массивов друг на друга, возникающие на снимках из экспозиционной серии вследствие отсутствия должной фиксации камеры. К тому же зачастую очень короткие выдержки и хорошая скорость съемки аппарата в режиме автоматического брекетинга (что особенно важно, если объект в кадре перемещается) позволяют компенсировать возможные перспективные искажения. Но все же крайне желательно свести их на нет, а для этого камере потребуется надежная опора в виде хорошего штатива.

 

Джеспер Кристенсен повсюду носит сверхлегкий карбоновый штатив Gitzo. Иногда для большей устойчивости подвешивает к его центральной колонне сумку, не прикасается к кнопке спуска затвора, используя пульт ДУ или таймер автоспуска, и блокирует зеркало своей Canon 20D. В настройках камеры главным, помимо сохранения постоянной диафрагмы для всех снимков, которые составят будущее HDR-изображение, является определение их количества и диапазона отработки экспозиции. Сначала, с помощью точечного замера камеры, если, конечно, таковой имеется, произведите считывание уровня освещенности самой темной и самой светлой областей сцены. Вот этот спектр ДД вам и необходимо записать с помощью нескольких экспозиций. Задайте минимальное значение светочувствительности ISO. Любые шумы в процессе «тоун маппинга» будут подчеркнуты еще больше. Про диафрагму мы уже сказали. Чем контрастнее сюжет, тем меньше должен быть экспозиционный интервал между снимками. Иногда может понадобиться до 10 кадров с интервалом 1 EV (каждая экспозиционная единица соответствует изменению уровня освещения в два раза). Но, как правило, достаточно 3-5 кадров RAW, отличающихся между собой двумя стопами освещенности. Большинство камер среднего уровня позволяют проводить съемку в режиме брекетинга экспозиции, вмещая в диапазон +/–2 EV три кадра. Функцию автоматического брекетинга легко обмануть, заставив снимать в диапазоне, который в два раза шире. Делается это так: выбираете подходящую центральную экспозицию, и прежде чем выстрелить три положенных кадра, задаете значение компенсации экспозиции -2 EV. После их отработки быстренько перемещаете ползунок компенсации к отметке +2 EV и выстреливаете еще одну очередь из трех кадров. Таким образом, после удаления продублированной центральной экспозиции у вас на руках останется пять кадров, покрывающих участок от +4 EV до -4 EV. ДД такой сцены будет приближаться к отметке 1:100 000.
 

с Photoshop в мир HDR
 

Доступный всем Photoshop делает доступными и изображения с расширенным динамическим диапазоном. В меню «Инструменты» находится команда Merge to HDR. Именно с нее и начинается путь к презентабельному HDR-изображению. Сначала все ваши объединенные экспозиции предстанут в виде одного снимка в окошке превью – это уже 32-битная картинка, однако монитор пока не в состоянии отобразить всех ее преимуществ. Помните, «глупый» монитор является всего лишь 8-битным устройством вывода. Ему, как нерадивому школьнику, нужно все разложить по полочкам. Но гистограмма в правом углу окошка уже многообещающе растянулась, став похожей на горную вершину, что говорит обо всем потенциале ДД, содержащемся в только что созданном изображении. Ползунок в нижней части гистограммы позволяет увидеть детали в том или ином тональном диапазоне. На данной стадии ни в коем случае не следует задавать битовую глубину меньше 32. Иначе программа сразу же обрежет тени и света, ради которых, собственно, весь этот сыр-бор.
 

Получив от вас добро на создание очередного HDR-чуда, Photoshop сгенерирует изображение, открыв его в основном рабочем окне программы. Скорость реагирования ее алгоритмов будет зависеть от мощности вашего процессора и объема оперативной памяти компьютера. Однако при всех ужасающих перспективах получить на выходе что-то очень массивное, многомегабайтное 32-битный HDR (при условии, что он собран, например, из трех снимков) будет «весить» только около 18 Мб, в противоположность одному 30-Мб стандартному TIFF’у.  

Фактически, до этого момента наши действия были лишь частью подготовительного этапа. Теперь пришло время инициировать процесс соотнесения динамических диапазонов полученного HDR-изображения и монитора. 16 бит на канал в меню Mode – наш следующий шаг. Photoshop осуществляет «тоун маппинг», используя четыре различных метода. Три из них – экспозиция и гамма, сжатие светов и выравнивание гистограммы – утилизируют менее изощренные глобальные операторы и позволяют настраивать вручную только яркость и контрастность снимка с расширенным ДД, сужают ДД, пытаясь сохранить контраст, или же урезают света так, чтобы они вошли в диапазон яркостей 16-битного изображения.

Наибольший интерес представляет четвертый способ – локальная адаптация. Микаэлла Райнрис и Джеспер Кристенсен работают именно с ним. Поэтому о нем немного подробнее. Основной инструмент здесь – тональная кривая и гистограмма яркостей. Смещая кривую, разбитую якорными точками, вы сможете перераспределить уровни контрастности по всему ДД. Вероятно, понадобится обозначить несколько тональных областей вместо традиционного разделения на тени, средние тона, света. Принцип настройки данной кривой абсолютно идентичен тому, на котором зиждется фотошоповский инструмент Curves. А вот функции ползунков Radius и Threshold в данном контексте весьма специфические. Они контролируют уровень изменения локального контраста – то есть улучшают детализацию в масштабе небольших областей снимка. Тогда как кривая, напротив, корректирует параметры ДД на уровне всего изображения. Радиус указывает количество пикселей, которые оператор «тоун маппинга» будет считать локальными. Например, радиус в 16 пикселей означает, что области подгонки контрастности будут очень плотными. Тональные сдвиги примут явно заметный, слишком обработанный характер, HDR-изображение хотя и расцветет богатством деталей, но предстанет абсолютно неестественным, лишенным и намека на фотографию. Большой радиус тоже не выход – картинка получится более натуральной, но скучноватой в плане деталей, лишенной жизни. Второй параметр – порог – устанавливает предел разницы яркостей соседних пикселей, который позволит включить их в одну и ту же локальную область регулировки контрастности. Оптимальный диапазон значения порога – 0,5-1. После освоения вышеуказанных компонентов процесс «тоун маппинга» можно считать благополучно завершенным.

С Photomatix в мир HDR

Специально для всех нуждающихся в фотоснимках с очень широким ДД в 2003 г. французы придумали программку Photomatix, последняя версия которой сегодня доступна для бесплатного скачивания (полностью функциональна, только оставляет на снимке свой «водяной знак»). Многие любители HDR-затравки считают ее более расторопной, когда дело касается подгонки тональностей и интенсивностей 32-битного изображения с урезанными параметрами битовой глубины устройств вывода. К ним принадлежит и итальянец Джанлука Несполи. Приведем его слова: «HDR-картинки, генерированные этой программой, отличает лучшая проработка деталей неба и деревьев, они не выглядят слишком “пластмассовыми”, демонстрируют более высокий уровень контрастности и цветовой тональности. Единственный минус Photomatix – усиление вместе со всеми достоинствами и некоторых недостатков изображения, таких как шумы и артефакты JPEG-компрессии». Правда, компания-разработчик MultimediaPhoto SARL обещает устранить и эти нюансы, а кроме того, c теми же шумами, например,
неплохо справляются программы вроде Neat Image.

Помимо возможности осуществлять «тоун маппинг», Photomatix располагает несколькими дополнительными настройками уровня экспозиции, а ее алгоритм соотнесения тональностей можно применять даже к 16-битным TIFF’ам. Так же, как и в Photoshop, сначала на основе отдельных снимков с варьирующей экспозицией необходимо создать 32-битное HDR-соединение. Для этого у программы есть опция Generate HDR. Подтвердите значения экспозиционного интервала, выберите стандартную тональную кривую (рекомендовано) – и Photomatix готов будет представить вам свою версию HDR-изображения. Файл будет «весить» примерно столько же, сколько и фотошоповская версия, и иметь то же расширение – .hdr или.exr, – под которым его можно сохранить до начала процесса «тоун маппинга». Последний инициируется путем выбора соответствующей команды в главном меню HDRI программы. В его рабочем окошке вмещается много различных настроек, способных привести в замешательство. На самом деле, ничего сложного здесь нет. Гистограмма показывает распределение яркостей пропущенного через «тоун маппинг» снимка. Ползунок Strength определяет уровень локального контраста; параметры Luminosity и Color Saturation отвечают соответственно за яркость и цветовую насыщенность. Точки отсечения светлой и темной областей гистограммы вполне можно оставить по умолчанию. Photomatix предлагает всего четыре установки функции сглаживания контрастности в противоположность более точным настройкам Photoshop в пределах от 1 до 250. По правде говоря, такой уровень контроля не всегда желателен. Вряд ли непрофессионалу важна та разница, которая будет присутствовать между значениями радиуса сглаживания, скажем, 70, 71 и 72. Настройка микроконтраста обращается к локальному уровню, однако в случае использования изначально шумных или насыщенных всякого рода артефактами снимков, ею не следует злоупотреблять.

Когда "тоун маппинг" примирит монитор с HDR-изображением...

…можно подключать предыдущие навыки по обращению с Photoshop и редактировать HDR-изображение на свой вкус, страх и риск. Помните, пока что отношение фотопублики к продуктам искусственно созданной широкодиапазонной природы неоднозначное. «Если хотите иметь успех на этой ниве, постарайтесь выработать свой оригинальный стиль, а не упражняйтесь в повторении, – напутствует Микаэлла Райнрис. – В таком тонком и повсеместно копируемом на любительском уровне деле, как HDR, это особенно важно».
 

В постобработке, следующей за процессом «тоун маппинга», фотохудожница отдает предпочтение маскам слоев и размытиям на них (инструменты группы Blur, в частности – размытие по Гауссу). Из режимов наложения слоев Микаэлла любит Overlay и Color, позволяющие достигать требуемого уровня контрастности. Густаво Оренштайн и Джеспер Кристенсен добавляют сюда еще и Soft Overlay. Джеспер работает на таком слое кисточками инструментов «осветлитель» и «затемнитель». Первый помогает четче прорисовать детали в тенях, второй – создать драматическую контрастность. Без них в своей работе не обходится и Микаэлла, и Густаво. Тогда как Джанлука предпочитает затемнителю и осветлителю обычную рисовальную кисточку в режиме наложения слоев Overlay с минимальным уровнем прозрачности (opacity). Для придания изображениям должной цветовой насыщенности он работает с настройками hue/saturation и selective color. Джанлука создает дубликат слоя; к нему он применяет фильтр «размытие по Гауссу» (радиус 4 пикселя, показатель прозрачности – 13 %) и накладывает в режиме multiply или overlay. Затем он вызывает еще один дубликат и занимается уровнями насыщенности отдельных цветов в нем, особенно – белого, черного и нейтрального серого, которые и создают дополнительное ощущение широкого динамического диапазона. Из четверых наших экспертов только Джеспер Кристенсен активно использует цифровые графические планшеты Wacom, но мог бы прекрасно обходиться и без них – устройства нужны ему для других проектов.  

Вообще говоря, постобработка HDR-изображений – вопрос, конечно, сугубо личный, зависящий не столько от технических возможностей программы, сколько от субъективного творческого видения художника. И было бы бессмысленно рассказывать о сотнях индивидуальных предпочтений каждого из сегодняшних авторов. Кто-то, как Микаэлла, стремится к простоте в выборе инструментов реализации визуальных задач. Для нее, например, фотошоповский shadow/highlight дороже всех самых дорогих и изощренных плагинов. А кто-то, вроде маэстро Оренштайна, продолжает экспериментировать с Photomatix, HDR Shop, Light Gen и тому подобными расширителями ДД. Бывалым пользователям графических редакторов, вероятно, важнее сконцентрироваться не на освоении новых программных продуктов, а на выработке собственного стиля и воспитании в себе целостного творческого начала. Тогда как новичкам хотелось бы посоветовать не потеряться в технических моментах, а постараться начать с формирования высокого художественного видения и места работ этого изумительного и перспективного жанра фотоиллюстрации.

Источник: dphotographer.com.ua

Сжатие динамического диапазона Pt 1

Введение

Чтобы освоить сжатие динамического диапазона, мы должны сначала определить, что такое динамический диапазон в аудио, а во-вторых, как мы его измеряем.

Мы увидим, как более совершенные технологии позволили нам увеличить динамический диапазон в записях, но также зададимся вопросом, есть ли в этом смысл. Мы начнем с основ, позже мы увидим, как это связано с такими темами, как «война громкости» и создание отличных миксов.

Что такое динамический диапазон человеческого слуха?

Мы эволюционировали, чтобы слышать определенный диапазон громкости от очень тихого до очень громкого.Динамический диапазон нашего слуха - это разница между самыми тихими звуками, которые мы можем слышать (порог слышимости), и звуками, которые настолько громки, что вызывают боль (порог боли).

Как измерить динамический диапазон человеческого слуха?

Мы измеряем его в децибелах (дБ). Порог человеческого слуха измеряется как 0 дБ SPL (уровень звукового давления), а порог боли - 120 дБ SPL. Следовательно, динамический диапазон составляет 120 дБ.

Децибел (дБ) - логарифмическая единица.Я пропущу здесь математику, но в основном с точки зрения мощности 120 дБ примерно в 1000000000000 раз мощнее, чем 0 дБ. Это очень широкий диапазон громкости для вас.

Каков возможный динамический диапазон записываемой музыки ?

Динамический диапазон носителя записи (например, звуковой карты или ленты) - это разница между самым громким звуком, который может быть записан без искажений, и самым тихим звуком, который может быть записан без исчезновения фонового шума.Во времена магнитофона этот фоновый шум был шипением ленты, в настоящее время в цифровом формате это количество битов, доступных для записи.

Вот некоторые приблизительные динамические диапазоны различных носителей записи:

Диски для фонографов 78 об / мин

Компактная кассета

Цифровой

= 40 дБ быстро снижается до 30 дБ
и хуже из-за износа
= 50 дБ 16-битный звук = 96 дБ
24-битный звук = 144 дБ

Что такое Полезный динамический диапазон записываемой музыки?

Вот примерные динамические диапазоны различных стилей музыки, исполняемой вживую:

Симфонический оркестр - 50 дБ
Камерная музыка - 30 дБ
Рок-группа - 20 дБ

Если мы хотим сделать нашу записанную музыку наиболее приятной для большинства слушателей, мы должны принять во внимание , какое оборудование и , где они, вероятно, будут воспроизводить музыку.Предположим, это будет в обычной домашней среде с фоновым шумом 40 дБА [1] (A в дБА - это особый тип измерения дБ, который учитывает, что ухо более чувствительно на средних частотах).

Мы также предположим, что максимальная громкость, которую они собираются воспроизводить, составляет 100 дБА, это громко.

100 дБа (максимальная громкость) - 40 дБА (фоновый шум) = динамический диапазон 60 дБ

Теперь мы приблизились к тому, что средний слушатель Hi-Fi может слышать только динамический диапазон 60 дБ, но он ниже! Когда самые тихие части музыки находятся на пороге их слышимости, это не будет весело, их будет сложно слушать.

Можно сделать следующее обобщение по тематике статьи:

Полезный динамический диапазон для записанной музыки для среднего слушателя составляет 30 дБ

Итак, мы вернулись к используемому динамическому диапазону изношенного винила 78 об / мин 🙂

Почему динамический диапазон - это хорошо при записываемой музыке?

Если музыкальное произведение имеет одинаковую громкость на всем протяжении, действительно ли оно вообще громкое? Если нет тихих частей, то как мы можем определить громкие части? Часто припев, естественно, хочет быть громче куплета, чтобы придать ему эффект.Переход от шепота к крику требует большого динамического диапазона. Когда мы создаем и производим музыку, мы можем использовать динамический диапазон для музыкального выражения. Мы можем объединить в одной песне мягко щипковые гитары и динамичные басовые партии техно.

Так что же такое сжатие динамического диапазона?

Теперь мы точно понимаем, что такое динамический диапазон, и можем очень легко ответить на вопрос, что такое сжатие динамического диапазона. Разница между самыми тихими и самыми громкими частями составляет минус .Это делается по разным причинам, в том числе:

  • Чтобы сделать звук записи громче, уменьшив его самые громкие части, тем самым увеличив громкость тихих частей (при мастеринге).
  • Чтобы отдельные элементы в записи оставались на более постоянной громкости, например, сжатие динамического вокала, чтобы тихие части не терялись под остальной частью микса, а громкие части не выпрыгивали (при микшировании).

Сжатие динамического диапазона отличается от нормализации. Чтобы узнать, что это такое, ознакомьтесь с моей статьей «Как нормализовать звук - зачем это делать?». Все, что Вам нужно знать.

Заключение

Человеческое ухо - удивительно хрупкое устройство, оно может слышать огромный диапазон громкости от ветра, мягко шуршащего в деревьях, до взрывающейся бомбы.

Благодаря современной технологии записи и воспроизведения у нас есть более широкий динамический диапазон, чем мы когда-либо могли бы использовать. У нас был 96 дБ динамического диапазона, доступного с 80-х годов с CD. Ранее мы продемонстрировали, что максимальный диапазон, который может слышать средний слушатель, составляет около 60 дБ, а на самом деле он когда-либо захочет - 30 дБ.

Очень мало записанной сегодня музыки имеет динамический диапазон 30 дБ. Многие современные музыкальные стили не требуют многого. Часто динамический диапазон слишком сильно уменьшается при мастеринге, это темная сторона сжатия динамического диапазона и приводит к «войне громкости».

Мы скоро поговорим об искусстве сжатия динамического диапазона при микшировании и мастеринге, сжатии, ограничении, настройках компрессора, таких как атака / релиз / порог и многом другом. Для этого надо дождаться части 2.

* [1] http: // www.easa.europa.eu/rulemaking/docs/research/Background_noise_report.pdf

Что такое динамический диапазон… Игра в числа

Перейти к навигации

  • Продукты
    • Измерение мощности и энергии
      • Датчики мощности лазера
        • Лазерные фотодиодные датчики
        • Лазерные датчики тепловой мощности
        • Измерители оптической мощности для телекоммуникаций
        • Высокоскоростные многофункциональные интегрирующие сферы для VCSEL
        • Терагерцовые лазерные измерения
      • Датчики энергии лазера
        • Фотодиодные датчики энергии
        • Лазерные пироэлектрические датчики энергии
        • Датчики энергии для источников IPL
        • Поиск датчика
        • Поиск счетчика
      • Датчики характеристики импульса
      • OEM продукты
      • Датчики мощности / положения / размера
      • Измерение высокой мощности при короткой выдержке
      • Измерение расходящегося света
      • Отвалы и ловушки для пучков
      • Запчасти
      • Счетчики мощности / энергии
        • Центаврианский двойной канал
        • Единый канал Центавра
        • StarBright
        • Вега
        • Нова II
        • StarLite
        • LaserStar Dual Channel
      • Интерфейсы ПК
        • Компактный USB - Juno
        • USB - Юнона +
        • Ethernet - EA-1
        • Многоканальный - Pulsar 1/2/4
        • Bluetooth - Квазар
    • Анализ лазерного луча
      • Профилирование луча от 266 нм до 3000 мкм
        • BeamGage - на основе камеры
        • BeamMic для начального уровня - на базе камеры
        • НаноСкан - Щелевой
      • Профилирование мощного луча
        • BeamWatch® для 980-1080 нм
        • BeamWatch® интегрированный
        • BeamWatch® AM для аддитивного производства
        • BeamCheck ™ для аддитивного производства
      • Измерение точки фокусировки
        • Анализатор фокусного пятна от 266 до 1100 нм
        • BeamWatch для 980-1080 нм
      • M² - Анализ распространения луча
        • BeamSquared® на базе камеры
        • NanoModeScan на основе щелей
      • Принадлежности для профилирования балок
        • Оптический триггер камеры
        • Фильтры нейтральной плотности
        • Лучоделители
        • Нейтральная плотность + комбинированный светоделитель
        • Расширители луча + объективы микроскопов
        • Редукторы луча
        • Широкоугольный тепловизор
        • Линзы для фронтальной визуализации
        • Продукты для восстановления изображения для УФ-лазеров
        • Профайлеры ближнего поля
      • Поиск профилировщика луча
    • Светодиодное измерение
      • Универсальное измерение светодиодных светильников
        • FluxGage серии 600
        • Серия FluxGage 1500
        • Серия FluxGage RGB
      • Измерение мощности
        • Калиброванная интегрирующая сфера
        • Интерфейсы ПК
        • Метры
      • Облучение и дозировка
      • Светодиодная калибровка
        • Стандарты калибровки
  • Решения
    • Приложения
      • Индивидуальные решения
      • Безопасность глаз
      • Волоконная оптика
      • Светодиодные измерения
      • Измерение ТГц
      • VCSEL
    • Отрасли
      • Производство добавок
      • Автомобильная промышленность
      • Направленная энергия
      • IPL
      • Обработка материалов
      • Медицинское
      • Научный
      • Телеком
  • Калибровка
    • Запросить RMA
    • Центры калибровки
    • Калибровочный портал (только для США)
    • Аккредитация ISO
    • ISO / IEC 17025
    • Глобальная служба МКС
  • Служба поддержки
    • Запросить RMA
    • Инструменты поиска товаров
      • Датчик поиска
      • Искатель счетчика
      • Доступные режимы измерения
      • Поиск профилировщика луча
      • Таблица выбора профилировщика
      • Скачать Sensor Finder
      • Продукты, снятые с производства
    • Центр знаний
      • Поиск
      • Видео
      • Статьи
      • Часто задаваемые вопросы о мощности и энергии
      • Часто задаваемые вопросы о профилировщиках пучка
    • Калькуляторы
      • Калькулятор плотности мощности
      • Калькулятор пиковой мощности
      • Калькулятор сквозной апертуры
      • Калькулятор размера фокусного пятна
      • Калькулятор фокусируемости лазера
      • Калькулятор повышения температуры
      • Светодиодный датчик поиска
      • Калькулятор порога повреждения NanoScan
    • Загрузка энергии и энергии
      • Программные решения
      • Список программного обеспечения / прошивки
      • Каталоги
      • Руководства
    • Загрузки профилировщиков пучка
      • Программного обеспечения
      • Каталоги
      • Руководства
    • Дистрибьюторам
      • Дистрибьюторы измерителей мощности
      • Дистрибьюторы профилометров пучка
      • Корпоративные сайты
      • Быстрая доставка в США
    • Соответствие
      • Аккредитация ISO
    • Политики
      • Гарантийная Политика
      • Условия и положения бессрочной пожизненной гарантии
      • Условия продажи
      • Политика качества и окружающей среды
    • Заявления о волатильности
  • Связаться с нами
    • Связаться с нами
      • Корпоративные сайты
      • Дистрибьюторы счетчиков мощности
      • Дистрибьюторы профилометров пучка

Почему динамический диапазон лучше, чем SNR

Используя этот сайт, я принимаю использование файлов cookie.Узнать больше
☰ Блог mgineer ✕
    • Понять, когда и почему имеет значение надежность системы
    • Как ИС сигнальной цепи формируют основу оборудования Smart-Grid
    • Может ли носимая медицинская техника определить начало заболевания?
    • Как увеличить время автономной работы ваших носимых устройств и устройств Интернета вещей на 20%
    • Оборудовано ли ваше носимое устройство для поддержки удаленного мониторинга пациентов?
    • Биосенсоры обнаруживают апноэ во сне с помощью переносного домашнего теста
    • Советы по ускорению разработки решений для питания USB-C
    • Носимые флажки Изменения состояния здоровья пожилых людей с помощью биосенсоров и прогнозной аналитики
    • Упростите конструкцию ПЛК с помощью ИС цифрового ввода / вывода
    • Вот более простой способ защитить ваши устройства Интернета вещей от хакеров
    • Бак vs.Повышающие преобразователи: как они сравнивают
    • Включение внутренних цепей при упрощении диагностики для приложений мониторинга сигналов
    • Почему аппаратная криптография обеспечивает более надежную защиту дизайна Интернета вещей
    • Высокоскоростные последовательные каналы для высокопроизводительных решений ADAS
    • Искусные инженеры создают устройства мониторинга COVID-19 с платами Arduino и микросхемами Maxim
    • Скачать приложение для получения важной информации об аналоговых ИС на ходу
    • Получите больше защиты питания системы за меньшие деньги
    • Когда умнее становится меньше, справится только двухъядерный микроконтроллер
    • Два красивых способа измерения температуры
    • Понимание и устранение угроз для криптографических систем
    • Может ли суперконденсатор заменить вашу батарею для резервного питания
    • Что можно создать с помощью синтезаторов частоты?
    • Насколько быстрыми и безопасными будут беспроводные сети 5G
    • Эти ИС для промышленных коммуникаций - старые, но полезные вещи
    • Инженерные проекты своими руками для вашего Валентина
    • Почему разработчикам встраиваемых систем следует заботиться об OpenSSL
    • Уравновешивание требований к мощности высоковольтных автомобильных систем
    • Технология PUF защищает от инвазивных атак
    • Более безопасный электромобиль запускается с быстрой и точной системой управления аккумулятором
    • Упростите конструкцию головного устройства автомобиля с помощью радиотюнера Maxim
    • Переход к здравоохранению, ориентированному на ценность, с использованием W

Динамический диапазон (DNR) и отношение сигнал / шум (SNR) для датчиков изображения CCD и CMOS

Способность камеры машинного зрения фиксировать детали сцены определяется несколькими параметрами с динамическим диапазоном в верхней части списка.Для высококонтрастных изображений требуется широкий динамический диапазон. Одна из проблем заключается в том, что могут быть разные способы расчета динамического диапазона, что затрудняет сравнение камер и датчиков на бумаге. Кроме того, динамический диапазон и отношение сигнал / шум (SNR) иногда считаются взаимозаменяемыми для датчиков изображения CCD и CMOS и камер, что создает дополнительную путаницу.

Динамический диапазон - это отношение между максимальным уровнем выходного сигнала и минимальным уровнем шума при минимальном усилении сигнала (минимальный уровень шума, который представляет собой среднеквадратичный (среднеквадратичный) уровень шума на черном изображении).Минимальный уровень шума камеры содержит шум считывания сенсора, шум обработки камеры и дробовой шум темнового тока. Динамический диапазон представляет собой способность камеры отображать / воспроизводить самые яркие и самые темные части изображения и сколько вариаций между ними. Технически это динамический диапазон внутри сцены. В одном изображении может быть часть полностью черного цвета и часть полностью насыщенная.

Выражается в дБ (децибелах). Максимально возможный сигнал прямо пропорционален полной емкости лунки пикселя, где полная емкость лунки - это максимальное количество электронов на пиксель.Таким образом, динамический диапазон - это отношение полной мощности скважины к минимальному уровню шума.

Это следует пояснить как «полезную полную мощность скважины». Разработчики камер не всегда могут использовать все возможности датчика изображения, если они хотят сохранить линейность, а также не все пиксели насыщаются на одном уровне. Если используется полная емкость скважины датчика вместо полезного значения полной скважины, это может обеспечить искусственно высокий динамический диапазон, и о чем следует знать.

Динамический диапазон не равен уровню оцифровки, поэтому камера с 12-битным аналого-цифровым преобразователем не обязательно имеет 12-битный динамический диапазон, поскольку при этом не учитывается шум. Причинность обратная; если камера имеет 12-битный динамический диапазон, аналого-цифровые преобразователи также должны быть не менее 12 бит, а желательно выше.

Динамический диапазон также отличается от отношения сигнал / шум, хотя оба они выражены в дБ. Отношение сигнал / шум - это просто отношение уровня сигнала к уровню шума.Поскольку абсолютный уровень шума зависит от среднего заряда и PRNU (неоднородности фотоотклика) от уровня сигнала, то же самое зависит и от SNR. Следовательно, SNR - это отношение среднего уровня сигнала к среднеквадратичному уровню шума.

В отношении SNR для более высоких уровней сигнала преобладает дробовой шум. Максимальный SNR достигается при полномасштабном выходе. Обратите внимание, что это отношение сигнал / шум не может быть измерено на практике, так как шум становится ограниченным вблизи полномасштабного выходного сигнала.

При желании динамический диапазон можно измерить и рассчитать с использованием кривой переноса фотонов.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *