Динамический диапазон фотографии и способы его расширения

Сегодня мы поговорим о такой вещи, как динамический диапазон. Это слово часто вызывает замешательство начинающих фотолюбителей из-за своей заумности. Определение динамического диапазона, которое дает любимая всеми Википедия способно ввести в ступор даже опытного фотографа – отношение величин максимальной и минимальной экспозиции линейного участка характеристической кривой. Не пугайтесь, на самом деле ничего сложного в этом нет.

Давайте попробуем определить физический смысл этого понятия. Представьте себе самый светлый объект, который вы вообще видели? Предположим, что это снег, освещенный ярким солнцем.

А теперь представьте самый темный объект… Лично мне вспоминается комната со стенами из шунгита (камень черного цвета), в которой я побывал во время экскурсии в подземном музее геологии и археологии в Пешелани (Нижегородская область). Тьма — хоть глаз коли!

Обратите внимение, что на снежном пейзаже часть картинки ушла в полную белизну — эти объекты оказались ярче определенного порога и из-за этого их текстура исчезла, получилась абсолютно белая область. На снимке из подземелья стены, не освещенные фонариком ушли в полную черноту – их яркость оказалась ниже порога восприятия света матрицей.

Динамический диапазон – это такой диапазон яркости объектов, который камера воспринимает как от абсолютно черного до абсолютно белого. Чем шире динамический диапазон, тем лучше передача цветовых оттенков, лучше устойчивость матрицы к пересвету и меньше уровень шума в тенях. Еще динамический диапазон можно охарактеризовать как способность фотоаппарата передавать на снимках самые мельчайшие детали и в тенях и в светах одновременно.

Проблема нехватки дианмического диапазона неизбежно сопутствует нам почти всегда, когда мы фотографируем какие-то высококонтрастные сюжеты – пейзажи в яркий солнечный день, рассветы и закаты. При съемке в ясный полдень имеет место большой контраст между светами и тенями. При съемке заката камера часто слепнет от солнца, попадающего в кадр, в итоге либо земля получается черной, либо небо сильно пересвечивается (либо и то и другое сразу). Ниже приведен типичный пример фотографии, когда динамического диапазона не хватает.

Может быть, для любительской фотографии проблема не столь существенна, но когда мы имеем дело с художественной пейзажной фотографией, динамический диапазон камеры часто становится бутылочным горлышком, которое не позволяет нам качественно воплотить многие наши творческие замыслы. Производители фотокамер, можно сказать, не щадя сил работают над расширением динамического диапазона у матриц.

Что такое HDR?

Вероятно, вы уже слышали о технологии расширения динамического диапазона – HDR (High Dynamic Range). Расширение происходит за счет съемки не одного, а сразу нескольких кадров с разным уровнем экспозиции и дальнейшее сведение их в одно изображение:

Из указанного примера, я думаю, виден принцип работы HDR – светлые участки берутся с недоэкспонированного снимка, темные с переэкспонированного, в итоге получается изображение, на котором все проработано – и света и тени.

Когда следует использовать HDR?

Во-первых, нужно научиться определять на этапе съемки – хватает нам динамического диапазона, чтобы запечатлеть сюжет за одну экспозицию, или нет. В этом помогает гистограмма. Она представляет из себя график распределения яркости пикселей вдоль всего динамического диапазона. Гистограмму можно вывести на экран фотоаппарата непосредственно во время съемки (у зеркалок эта функция работает только в режиме Live View). Также это можно сделать и при просмотре фотографий. Для этого нужно нажать кнопку Info или Display (у разных камер по-разному, подробности – в инструкции к камере).

Если гистограмма полностью умещается внутри отведенного ей диапазона, нет никакой надобности в использовании HDR. Если график упирается только вправо или только влево, воспользуйтесь функцией экспокоррекции, чтобы «загнать» гистограмму в отведенные ей рамки.

Однако, если гистограмма выглядит обрезанной и справа, и слева, это свидетельствует о том, что динамического диапазона не хватает и для качественной проработки изображения нужно прибегнуть к созданию HDR-изображения. Это можно сделать автоматически (если камера поддерживает режим авто-HDR) или вручную.

Авто HDR – плюсы и минусы

Владельцам современных фотоаппаратов технология создания HDR изображений близка как никому другому — их камеры умеют это делать «на лету». Чтобы сделать фотографию в режиме HDR, нужно только включить соответствующий режим на своей фотокамере. У некоторых аппаратов даже есть специальная кнопка, которая активизирует режим съемки в HDR, например у зеркалок Sony серии SLT:

В большинстве других аппаратов этот режим задействуется через меню. Причем режим АвтоHDR есть не только у зеркалок, но и у многих смартфонов. При выборе режима HDR фотоаппарат сам делает несколько снимков в режиме серийной съемки, затем производит совмещение трех изображений в одно. Важно во время съемки держать камеру неподвижно. Если сравнивать с обычным режимом (например, просто Авто), режим AutoHDR в некоторых случаях позволяет ощутимо улучшить проработку оттенков в светах и тенях:

Вроде бы все удобно и замечательно, но у AutoHDR есть очень серьезный недостаток – если результат вас не устроит, вы не сможете ничего изменить (или сможете, но в очень небольших пределах). Выходной результат получается в формате Jpeg со всеми вытекающими последствиями – дальнейшая обработка таких фотографий без потери качества может быть затруднительна. Многие фотографы, вначале понадеявшись на автоматику, а потом покусав по этому поводу локти, начинают осваивать формат RAW и создание HDR-изображений при помощи специального программного обеспечения.

Как научиться делать HDR-изображения вручную?

Прежде всего нужно научиться использовать функцию брекетинга экспозиции.

Брекетинг экспозиции – это режим съемки, когда после съемки первого кадра (основного), для следующих двух кадров камера выставляет отрицательную и положительную экспокоррекцию. Уровень коррекции можно задать произвольный, диапазон регулировки у разных камер может различаться. Таким образом на выходе получаются три или даже пять изображений. Об особенностях съемки в режиме брекетинга конкретно с вашей камерой лучше почитать в инструкции (раздел «Брекетинг экспозиции»).

Если вы все сделали правильно, то при съемке вы получите что-то подобное:

Если дать солнцу подняться еще выше, то придется выбирать между расползанием его в огромную белую «дыру» в половину неба, либо дальнейшим уходом от реальности (при попытке сохранить его видимый размер и форму).

Как еще можно избежать пере/недосветов, не прибегая к HDR?

Все что описано ниже – скорее частные случаи, чем правила. Тем не менее, зная о подобных приемах съемки можно, зачастую, спасти фотографии от пере/недоэкспозиции.

1. Использование градиентного фильтра Это светофильтр, который наполовину прозрачный, наполовину затененный. Затененный участок совмещается с небом, прозрачный — с землей. В итоге, разница в экспозиции становится намного меньше. Градиентный фильтр полезен при съемке закатов/рассветов над лугами.

2. Пропустите солнце через листья, ветки. Очень полезным может быть прием, когда выбирается такая точка съемки, при которой солнце светит сквозь кроны деревьев. С одной стороны, солнце сохраняется в пределах кадра (если этого требует задумка автора), с другой — оно намного меньше слепит камеру.

Кстати, никто не запрещает комбинировать данные приемы съемки с HDR, получая при этом тонально богатые фотографии рассветов и закатов:

3. В первую очередь спасайте света, тени потом можно вытянуть в редакторе

Недоэкспонированные участки содержат какую-никакую информацию о цвете, и ее можно вытянуть при обработке. Выжженные света – это абсолютно белый цвет без оттенков. Информация в нем убита. Ее восстановление чаще всего напоминает попытку прокрутить мясорубку обратно в надежде из фарша получить кусок мяса. Хотя искусственному интеллекту такая задача по плечу, но я пока не знаю универсального действующего рецепта восстановления переэкспонированных светов, поэтому при съемке в сложных условий использую отрицательную экспокоррекцию:)