Заметки о HDR

HDR, так называют изображения с высоким динамическим диапазоном или на языке фотографов – с широкой фотографической широтой. Что это такое? В обычном джипеговском файле есть только 256 ступеней яркости (для каждого цвета). Это значит, что самый яркий сигнал всего только в 255 ярче, чем самая маленькая ступенька – 1. Всё, что темнее этой ступеньки имеет яркость 0 и не будет содержать деталей. Но окружающий нас мир, как правило, содержит объекты, которые различаются по яркости гораздо сильнее. Сфотографировать их можно. Либо надо использовать камеры с большими матрицами и малыми шумами и снимать в RAW, либо снять со штатива несколько кадров с разной экспозицией. Тогда на одних кадрах будут хорошо проработаны тени, на других – не пересвечены света. Эти кадры можно объединить специальными программами в одно изображение. Но это должно быть изображение с бОльшей глубиной цвета, чем 8 бит (256 ступенек). Фотошоп может работать с изображениями с глубиной цвета 16 и 32 бита. Старые версии не могли работать с глубиной 32 и имели ограничения для работы с глубиной 16. В текущей версии уже нет ограничений для 16-битных изображений, но есть для 32-битных. На самом деле, уже давно существует формат изображений, который ещё не известен фотографам. Это файлы с неограниченным динамическим диапазоном, с представлением каждого цвета действительным числом с плавающей точкой.

Но вернёмся к актуальным целочисленным форматам цвета. На самом деле, есть проблема даже с отображением картинок с высоким динамическим диапазоном (ХДР) на экране монитора. Значения цвета будут округлены до 8 бит. Обычный монитор всё равно бОльшую контрастность не имеет. Разумеется, в паспорте монитора Вы можете увидеть контрастность 1000 и больше. Это зависит от того, в каких условиях и как её измерять. Реально у среднего пользователя она ниже. Ещё хуже обстоит дело с печатью изображений. Там контраст (отношение яркости самой яркой к яркости самой тёмной точки) будет ещё ниже, чем наши 8 бит (256) ступеней. (Строго говоря, я тут некорректно перешёл от числа в файле к яркости, не оговорив гамму. Это нужно для упрощения повествования, прошу прощения у продвинутых читателей.) Как же нам донести снимаемую сцену до наших зрителей? Динамический диапазон надо сжать. Света затемнить, тени высветлить. Можно сделать это влоб, например, кривыми. Но тогда мы получим изображение с низким контрастом. Да, это так. Монитор не обеспечивает нужного контраста, и, если мы понизим контраст сцены, то сможем передать и света и тени. Но это будет совсем другое – неконтрастное изображение. Оно будет некрасивым. Хуже того, если мы работаем с RGB изображением, то снижение контраста автоматически приводит к снижению насыщенности цветов. Т.е. это будет ещё и блеклое изображение. Тупик. Это единственный более менее корректный способ, но он не даст нам приемлемого результата.

Как же сократить разницу в яркости участков кадра, но сохранить локальный контраст и насыщенность цветов. Это делают ХДР-конвертеры и я буду называть это дальше ХДР-конверсией. Запомните самое главное: ЭТО НЕВОЗМОЖНО СДЕЛАТЬ БЕЗ ИСКАЖНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ. Речь идёт о значительном искажении восприятия сцены. Применив ХДР-конверсию, вы покажете зрителю свой пейзаж, но он не увидит того замечательного пейзажа, который видели Вы и старались до него донести. Раз Вы сейчас думаете о ХДР-конверсии, значит Вы не сумели снять сцену так, чтобы передать её без искажений. Теперь Вы собрались исправлять фотографический брак.

Тут я сделаю отдельное очень важное отступление. Есть фотографы, которые применяют ХДР-конверсию просто потому, что нажали на кнопочку в редакторе, а результат понравился, и его выложили на всеобщее обозрение. Если Вы относитесь к таким «фотографам», не читайте дальше. Поберегите время и нервы, я писал не для Вас. Можете вернуться сюда, когда созреете и вырастете из украшательства посредственных картинок. Фотограф рисует светом. Он ВИДИТ то, что достойно передаче зрителю и передаёт это изображение вместе со своими эмоциями. Передавая свои эмоции, возникшие после нажатия на кнопку ХДР, вы передаёте эмоции тоже, но эти эмоции родились у Вас не в тот момент, когда Вы нажимали на спуск камеры, а только когда занялись украшательством в редакторе. Можно обманывать себя, что это и есть фотография. Не страшно, болезнь временная, сама пройдёт. Либо просто надоест и бросите фотографию, либо вырастете из этого. Пусть не вводят Вас в заблуждение восторги новичков от таких раскрашенных фотографий. Они ещё (как и Вы) не видят их фальши и голосуют только за необычность, не умея отличать природную (драгоценную) необычность от подделки.

1. Прежде всего, стремитесь так построить сцену, чтобы она не была чрезмерно контрастна. Если Вы Фотограф, то Ваше искусство заключается как раз в том, чтобы управлять изображением в натуре, а не в редакторе. Вспомните, неспроста рекомендуют снимать пейзажи только на закате и на рассвете. Новички думают, что это для того, чтобы включить в кадр солнце. Хорошо, можете и включить. Но самое главное, это нужно потому, что сцена при этом наименее контрастна. Если Вам удастся сделать не слишком контрастную сцену, то Вы донесёте её и свои ощущения до зрителя без искажений.
2. А что делать, если сцену всё же не удалось снять с не очень высоким контрастом? Тогда изображение придётся искажать. Это вынужденная мера, а не украшательство. Поэтому постарайтесь делать только те изменения, что совершенно необходимы и только в той мере, в которой они действительно необходимы.
3. Берегитесь автоматических ХДР-конвертеров. Они редко дают удовлетворительный результат, чаще же они вносят в изображение массу изменений, которые Вы не контролируете и которые потом очень трудно или даже невозможно исправить.

• Допустим, что мы сняли пейзаж с ярким солнцем в кадре. Либо пейзаж получится тёмным, либо солнце пресвеченным. Значит, либо высветляем пейзаж, либо (рекомендую) снять солнце отдельным кадром с меньшей экспозицией. Дальше мы должны либо объединить два кадра в одно ХДР изображение, либо рассматривать тёмное изображение как готовое ХДР изображение. Теперь его надо преобразовать в обычное, скомпрессировав динамический диапазон. Нам нужно высветлить всё, кроме области солнца. Но зачем мы вообще включали в кадр солнце? Допустим, смысл в этом был. Допустим, что мы хотели передать его сияние. Но чтобы передать это сияние, область солнца ДОЛЖНА быть значительно светлее остального пейзажа. Высветляя пейзаж мы убиваем сияние солнца. Настоящий контраст реальной сцены нам не передать, значит, мы смиряемся с тем, что сияние солнца уменьшаем, но остановиться надо прежде, чем оно пропадёт. Надо высветлить пейзаж не полностью, а только в той степени, в какой это возможно сделать, не нарушив сияния солнца. Помните, привлекательность сцены была в её контрасте, в разнице яркости светлот и теней. Выравнивая светлоту – Вы это теряете и поэтому должны действовать умеренно. Выравнивать яркость по кадру лучше всего масками, тогда это будет под Вашим контролем.
• Допустим, Мы сняли пейзаж со светлым небом и тёмной землёй. Тогда в результате либо земли не видно, либо небо белёсое получается. Вариант, когда Вы просто хотите затемнить небо сильнее, чем оно было, просто потому, что так красивше в редакторе выглядит, не рассматриваем как подделку, хотя, это тоже возможно. Можно уже при съёмке применить градиентный фильтр, который затемняет небо. Но можно, почти с тем же (или большим) успехом применить градиентную маску в редакторе. Прежде всего, почему нам приходится это делать? Дело в том, что находясь на местности, мы переводили взгляд с неба на землю и наоборот. При этом наше зрение адаптировалось и к теням и к светам и мы видели детали и там и там. Фотография разглядывается в других условиях, когда переадаптации глаза не происходит, значит, надо это специально компенсировать. Важно только, что применение градиентного фильтра (или маски) не безобидно. Верхний край земли окажется темнее остальной земли, а нижний край неба – светлее остального неба. Но если мы применим такой фильтр не очень сильно, то и результат можем получить, и искажения ещё не очень будут заметны. Главное, вмешиваться как можно меньше. Кроме того, светлую каёмочку на небе и «подгоревший» край земли можно и поправить, но об этом не сейчас.
• Допустим, мы сняли птицу, летящую на фоне светлого неба. Если определять экспозицию по птице, то небо пересветится вместе с перьями по контуру птицы – брак. Поэтому экспозицию определяли по небу, и птица получилась слишком тёмная. Между нами говоря, мы всё равно получили брак, но можем поправить его автоматическим ХДР-конвертером. Птица высветлится. Дальше выкладываем её на любимый фотосайт и ловим восторженные отзывы. Но мы-то с Вами знаем, что сделали брак. Если это уникальная птица и другого снимка её ни у кого нет, то это, всё равно, ценный кадр, и мы правильно сделали, что постарались его спасти. Но если это хорошо известная птица, то наверняка, кто-то снял её при лучшем свете и обошёлся без ХДР-конверсии. Вот он – лучший фотограф, а у нас только жалкое подобие, так как наше изображение ниже качеством уже из-за искажений ХДР-конвертера и, в добавок, просто неестественно.

В принципе, каждый автоматический ХДР конвертер работает по своим внутренним алгоритмам, которые авторы нам не раскрывают. Но все они используют в той или иной мере автоматическую маску, которая затемняет света и высветляет тени. Поэтому края тёмных предметов остаются тёмными, а сами они окружаются светлыми ореолами. Ширина ореолов определяется радиусом эффекта (как правило, им можно управлять). Чем он шире, тем менее заметен. Однако, заметность ореолов зависит от размера фотографии. Так, если в большом размере, они, вроде как, Вам и не видны, то на уменьшенной превьюшке сразу бросаются в глаза. Это значит, что так приготовленную фотографию можно смотреть только в фиксированном размере и на определённом расстоянии. Стоит отодвинуться от монитора, как все эти неестественные каёмочки сразу станут заметны. Наиболее заметные дефекты – вокруг всех белых облаков на небе возникают серые пятна. Размеры пятен определяются радиусом применённого эффекта и поэтому небо оказывается равномерно пятнистым. При высветлении тёмных мест программа не может правильно восстановить насыщенность цветов там и в результате тени могут стать и серыми и чрезмерно насыщенными. Под ясным небом тени всегда синие (освещены небом), пока они тёмно синие, мы этого не замечаем, но, если их высветлить, они становятся ярко синими и видеть их становится противно. Например, ярко синими могут стать стволы деревьев, которые мы видим обычно чёрными. Область солнца чаще всего затемняется с образованием серого ореола вокруг него.

Некоторые конвертеры действуют более хитро. Они отыскивают области с одинаковым цветом, т.е. границы предметов и управляют яркостью всего предмета. Это позволяет избежать каёмочек, но даёт другие удивительные эффекты. Например, программа (она же автомат!) считает небо правее ветки одним предметом, а левее её другим и яркость неба по разные стороны ветки оказывается разной! Мало того, там ещё и насыщенность цвета получается разной. Важно только, что любой ХДР-конвертер искажает то, что Вы хотели снять, поэтому использовать его надо как можно реже, в малой степени и тщательно контролировать и исправлять результат.