Techniki HDR

HDR to pierwsze litery słów High Dynamic Range a nazwa ta oznacza techniki fotografowania pozwalające na uzyskanie zdjęcia o rozszerzonym zakresie jasności, czyli o większej dynamice. Wyjaśnimy to dokładniej na przykładzie zdjęć czarno - białych. W tym przypadku objaśnienie jest bowiem prostsze a następnie przejdziemy do obrazów kolorowych. Standardowa matryca światłoczuła, zarówno CCD jak i CMOS pozwala na odwzorowanie około 200 odcieni jasności. Innymi słowy

Matryca potrafi rozróżnić około 200 odcieni w przedziale od białego do czarnego. Przypomnijmy, że matryce światłoczułe stosowane w aparatach fotograficznych są "czarno - białe", nie rozróżniają kolorów a tworzenie kolorowego obrazu to dodatkowa procedura opisana już w tym Fotoporadniku.
W terminologii fotografii cyfrowej używa się pojęcia 8 - bitowa dynamika jasności. 8 bitowa liczba pozwala na zapisanie 256 odcieni – od 0 do 255.
Przyjmując, że 0 odpowiada czerni a 255 bieli, mamy w sumie 256 odcienie jasności.
I tylko tyle potrafi rozróżnić i matryca aparatu fotograficznego.

W otaczającym nas świecie mamy około 100 milionów odcieni jasności. Wyrażając jasność obiektów w Kandelach/metr kwadratowy (jednostki nie mają znaczenia dla dalszego opisu, więc nie objaśniamy ich tutaj), typowe i znane jasności wynoszą

Słońce 10^5 (100 000),
Wnętrze mieszkania w dzień 10^2 (100)
Księżyc 10^-1 (0,1),
Gwiazdy 10^-3 (0,001)

Oko ludzkie rozróżnia około 10^10, czyli DZIESIĘĆ MILIARDÓW odcieni jasności ale na jednym obrazie może rozróżnić około 10^5 (100 000) odcieni jasności.

Tak więc standardowy cyfrowy aparat fotograficzny potrafi zarejestrować jedynie

255 / 100 000 = 0,00255, czyli zaledwie około 0,25% odcieni rozróżnianych przez człowieka na jednym obrazie.

Techniki zwiększania liczby odcieni jasności w stosunku do standardowego zapisu z matrycy światłoczułej nazywane są w skrócie HDR. W terminologii polskiej używa się też tego skrótu, a jego rozwinięciem na język polski jest

ROZSZERZONY ZAKRES DYNAMICZNY

Istniej już kilka różnych metod realizowania zdjęcia HDR. Najstarsza i dość ograniczona w swoich możliwościach metoda polega na

wykonaniu kilku zdjęć z różnym czasem ekspozycji
- Na kolejnych zdjęciach z coraz dłuższym czasem otwarcia migawki mamy prawidłowo naświetlone obszary kadru o coraz mniejszej jasności, podczas gdy obszary jasne są na tych kolejnych zdjęciach coraz bardziej prześwietlone.
- Nałożenie na siebie tych kilku zdjęć za pomocą odpowiedniego programu pozwala zwiększyć dynamikę odwzorowania jasności.
- Otrzymujemy zdjęcie, na którym rozróżnione jest więcej odcieni jasności niż na każdym z nich z osobna.

Taka metoda może być stosowana w prawie we wszystkich konsumenckich cyfrowych aparatach fotograficznych, z wyjątkiem kilku modeli firmy FujiFilm. Przypomnijmy, opisana jest ona w paragrafie Fotografia HDR tego Fotoporadnika.

Najistotniejszym brakiem tej metody jest jej ograniczenie do fotografowania obiektów nieruchomych. Trzeba bowiem wykonać kilka kolejnych zdjęć i potem nałożyć je na siebie. Poruszające się obiekty lub poruszenie aparatem pomiędzy kolejnymi zdjęciami prowadzi do poważnych zniekształceń ostatecznego obrazu HDR.

Pewnym rozwiązaniem jest zarejestrowanie obrazu w pliku RAW i następnie jego „wywołanie” z kilkoma stopniami rozjaśnienia. To również jest opisane w tym Fotoporadniku.

Oprócz tej klasycznej już metody nakładania na siebie kilku zdjęć o różnej ekspozycji istnieją już metody doskonalsze, pozwalające rejestrować obrazy HDR obiektów poruszających się a także rejestrować filmy w technice HDR.

Nie mylić techniki HDR ze skrótami HD, czy Full HD, które odnoszą się do rozdzielczości – liczby pikseli tworzących obraz wideo.

Opracowane do tej pory techniki i technologie pozwalają na rejestrowanie obrazów z dynamiką porównywalną do możliwości oka ludzkiego, czyli z dynamiką rzędu kilkudziesięciu tysięcy. Tzn. zapisane zostają kilkadziesiąt tysięcy rozróżnialnych odcieni jasności.

Przechodząc do obrazów kolorowych, to wiemy, że powstają one w wyniku nałożenia na matrycę filtru Bayera, co pozwala rejestrować jasność kolorów CZERWONEGO, ZIELONEGO i NIEBIESKIEGO, oznaczanych RGB, od anglojęzycznych nazw tych kolorów - Red, Green, Blue. Technika HDR w przypadku rejestrowania obrazów z matrycą przykrytą filtrem Bayera pozwala zwiększyć dynamikę każdego z tych kolorów analogicznie, jak zwiększa dynamikę odcieni szarości. Dla łatwiejszego zrozumienia istoty technik HDR będziemy nadal odwoływać się do obrazów czaro – białych pamiętając o możliwości ich przekształcania w obrazy kolorowe.

Nie wnikając bardziej w szczegóły, techniki HDR pozwalają zarejestrować obrazy o dynamice zbliżonej do dynamiki realnych obiektów, które fotografujemy. Ale teraz pojawi się nowy problem. Mamy zapisany obraz o dynamice około 50 000 ale

urządzenia wyświetlające obrazy, a więc monitory i projektory pozwalają odtwarzać obrazy z dynamiką 8 bitową, czyli 256 odcieni na każdy kolor.

Paradoksalnie, stworzono wiele technik do tworzenia obrazów o tak wysokiej dynamice, że nie możemy ich oglądać. Jaki więc sens tworzenia i zapisywania obrazów, których nie możemy obejrzeć?

Okazuje się, że warto rejestrować obrazy HDR a dlaczego, objaśnimy w kolejnych odcinakach omawijącyh tę technikę. Wspomnimy tylko, że powstają już wyświetlacze obrazów pozwalajace na odtwarzanie zdjęć o dynamice kilku tysięcy, czyli kilkadziesiąt razy większej od tradycyjnych monitorów LCD, czy plazmowych. Niestety, ich cene jest też kilkadziesiąt razy wyższa od standardowych monitorów. Tym nie należy się przjmować. Pierwsze, bardzo proste, wręcz prymitywne, fotograficzne aparaty cyfrowe kosztowały kilka tysięcy dolarów.

Używasz Facebooku'a? Kliknij "lubię to", będziesz dostawał informacje o nowościach na naszym serwisie.