Что такое динамический диапазон и как он важен в фотографии?

Хорошо, это может быть очень не в масштабе, но я думаю, что это простая демонстрация интенсивности света. Кроме того, возможности датчиков могут быть меньше или больше. Но вы получите идею.

Причина, по которой динамический диапазон так важен, заключается в том, что он точно определяет, какая часть сцены может быть представлена ​​в границах «черного» и «белого» изображения. Изображение выше представляет собой очень грубую шкалу того, насколько яркими являются типичные объекты в сцене, в то время как «скобки» справа дают приблизительное представление о том, сколько из этих интенсивностей можно увидеть в деталях при данной экспозиции. Чем короче выдержка, тем выше будет ваша скобка (маленькая выдержка для ярких облаков), чем длиннее выдержка, тем ниже она будет (дольше для затененных/ночных сцен).

Конечно, в реальной жизни не бывает черного и белого. Черный будет полным отсутствием света, а белый будет бесконечно большим количеством белого света на всех частотах. Но когда дело доходит до фотографии и зрения, вы не работаете с таким широким динамическим диапазоном.

Различия? Если вы экспонируете точку и снимаете так, чтобы иметь ту же точку отсечения белого в пределах интенсивности света сцены, точка, в которой появляется черный цвет, может быть ярче, чем черные на изображении цифровой зеркальной фотокамеры. Это связано с тем, что гораздо больший датчик способен уловить большее изменение интенсивности света. Его белая точка ярче, а черная точка темнее, чем точка и стреляет. Звучит так, как будто вы понимаете эту часть.

Почему это важно? Что происходит, когда вы хотите видеть как яркие облака в кадре, так и темные тени внутри дома через заднюю дверь? В большинстве случаев либо облака будут ярко-белыми, и вы не сможете увидеть ни одной детали, или дом внутри будет просто черным (или очень близким). Для камеры он выпадает из текущего диапазона интенсивностей, для которого вы экспонируете.

Это один из недостатков фотографии по отношению к производительности глаза. Человеческий глаз обычно способен видеть гораздо больший диапазон интенсивности, чем камера, обычно от 18 до 20 ступеней изменения интенсивности. Мы можем видеть в доме и яркие облака, но камера может выставить только одно или другое. Большинство датчиков DSLR могут захватывать около 10-13 ступеней динамического диапазона.

Кроме того , формат, в котором захвачено изображение (для цифровой фотографии), может позволить сохранить значительную часть динамического диапазона при преобразовании изображения в пригодный для использования JPEG, поскольку это наиболее распространенный «окончательный» формат, в котором заканчивается фотография. в.

В формате JPEG, который обычно создается методом «наведи и снимай» , каждый компонент красного, зеленого и синего может хранить только 8 бит точности. Черный — 0, белый — 255. Это означает, что между черным и белым 256 «шагов». И наоборот, при высокоточном необработанном захвате они обычно захватывают от 12 до 14 бит информации. Для 12-битного необработанного изображения черный по-прежнему равен 0, а белый — 4096. При 14-битном захвате точка белого равна 16 384. Это означает, что изменения интенсивности фиксируются на несколько порядков точнее . Теперь между черными и белыми точками изображения находится до 16 384 «шагов».

Несмотря на то, что вы обычно в конечном итоге экспортируете в этот 8-битный формат JPEG, это позволяет фотографу заранее настроить экспозицию, заполнить свет и восстановить засветки гораздо точнее, чем если бы это было предпринято с окончательным изображением JPEG. Это не только позволяет вам «сохранять» фотографии из корзины, но также может значительно улучшить результат, который вы получаете из хорошо снятых фотографий. Одним из методов, использующих это, является Expose to the Right .

Кроме того, № 2 : я думаю, что самое важное, что следует отметить в отношении цифрового динамического диапазона, это то, что для данной настройки ISO отношение сигнал-шум в полнокадровом сенсоре будет намного выше, чем в режиме «наведи и снимай». При той же выдержке «большой ковш» на полнокадровой матрице позволяет большему количеству света попасть в диапазон сенсора. Таким образом, +13 EV все равно будет зарегистрировано, в то время как, например, при наводке и съемке это будет просто чисто белый цвет.

Это все равно, что иметь 1-литровую банку для сбора воды вместо 500-миллилитровой банки в режиме «наведи и снимай».

Кроме того, № 3 (с добавленными фотографиями) : Вот пример того, насколько ограниченными могут быть некоторые датчики.

Это то, что произвел мой iPhone. Первый я выставил для темного участка вниз по улице. Второй экспонируется для ярких зданий, а третий представляет собой изображение «HDR», созданное iPhone. С некоторой настройкой область теней можно приблизить к динамическому диапазону того, что я видел на самом деле, хотя он все еще ограничен.

Очевидно, что динамический диапазон iPhone слишком ограничен, чтобы захватить всю необходимую информацию сразу. На одном конце белые просто полностью выгорают, а на другом тени почти полностью черные.

В фотографии нужно учитывать два важных динамических диапазона. Во-первых, это динамический диапазон сцены, на которую вы смотрите. Динамический диапазон сцены и вашей камеры. Позвольте мне объяснить их в этом порядке.

Динамический диапазон сцены — это диапазон от самого яркого объекта до самого тусклого объекта в этой сцене. Как правило, это измеряется как отношение интенсивностей. Если вы фотографируете равномерно освещенный лист белой бумаги, то этот диапазон низкий. Если вы фотографируете закат, то этот диапазон довольно высок.

Второй — это ваша камера. Я собираюсь объяснить это с точки зрения цифровой камеры, потому что это немного легче понять, но те же принципы применимы и к пленочным камерам.

Чтобы объяснить, позвольте мне сначала объяснить кое-что о цифровых камерах. Цифровые камеры записывают информацию в виде числа. Большинство камер фиксируют эту информацию в виде числа от 0 до 255, поэтому число может быть сохранено в виде байта (8 бит). Камеры более высокого класса будут иметь 10, 12, 14 или даже 16 бит, и ходят слухи о некоторых великолепных камерах с 24 битами на цветовой канал. Тогда динамический диапазон представляет собой диапазон от самого темного ненулевого значения до самого высокого ненасыщенного значения или для 8-битной камеры от 1 до 254. (Я должен добавить, что технически динамический диапазон — это значение максимальной ненасыщенной интенсивности по сравнению с самой низкой обнаруживаемой интенсивностью. Это играет более важную роль, если датчик нелинейный, что может произойти)

Почему все это важно? Хорошая фотография будет соответствовать динамическому диапазону сцены и камеры. Есть некоторый простор для творчества, но все же есть это эмпирическое правило. Несколько дополнительных моментов, о которых следует помнить.

1. Человеческий глаз обладает фантастическим динамическим диапазоном, который намного превосходит даже самую лучшую камеру.
2. Можно увеличить эффективный динамический диапазон с помощью метода, известного как HDR или High Dynamic Range .
3. Закаты, вероятно, имеют самый высокий динамический диапазон среди всех природных сцен.

Чтобы проиллюстрировать это, я собираюсь включить несколько фотографий.

Это изображение имеет низкий динамический диапазон. Большинство объектов имеют примерно одинаковую яркость и имеют тенденцию выглядеть тускло.

Эта фотография имеет лучший динамический диапазон. В тени все еще видны некоторые детали, но нет обрезанных бликов.

Это изображение имеет такой большой динамический диапазон, что мне трудно захватить всю сцену моей 8-битной камерой. Обратите внимание, что земля совсем не светлая, и очень трудно увидеть какие-либо детали в кактусе. Трудно сказать, но красный канал здесь на самом деле насыщен, а детали в теневых областях практически отсутствуют. Тем не менее, я использовал свой художественный выбор, чтобы оставить небо в поле зрения камеры, а кактус был скорее силуэтом.

Вау, довольно открытый финал...

Динамический диапазон, как утверждает Вики, — это диапазон значений, которые могут быть захвачены, и это не фиксированное значение для всех камер. DxOMark — это организация, которая, среди прочего, измеряет динамический диапазон различных датчиков камеры и определяет его как: «Числовое значение, описывающее соотношение между самым высоким и самым низким значениями яркости, которое может быть точно измерено на датчике». Как вы можете видеть на сайте, диапазон для камер довольно широк от низкого уровня до высокого уровня.

С точки зрения фотографии это означает, что чем шире динамический диапазон камеры, тем больше информации вы можете захватить, особенно когда цветовые и тональные диапазоны меняются на изображении. Например, результатом этого является то, что одна камера может пропустить тонкие оттенки красного, в то время как другая фиксирует их, предоставляя информацию, которая в противном случае была бы упущена. Это дает вам большую гибкость при постобработке преобразования в JPEG или, что еще лучше, потенциально улучшенные отпечатки, если вы работаете с программным обеспечением и принтером, который может обрабатывать диапазон.

Это также оказывает практическое влияние на борьбу с воздействием. Я уже публиковал свою статью о диапазоне экспозиций Pentax K-5 , но я снова свяжу ее, потому что она имеет отношение к вопросу, а K-5 в настоящее время держит корону динамического диапазона. Это дает вам представление о деталях, которые на самом деле могут быть на изображении.

В любом случае, это мог бы быть трактат, это большая тема, но в общих чертах она раскрыта. :)

Здесь уже есть несколько хороших технических ответов. Однако с точки зрения влияния на фотографию простой ответ заключается в том, что динамический диапазон является причиной существования экспозиции.

То есть экспозиция — это способ фотографа показать срез динамического диапазона и, следовательно, выбрать, какой диапазон значений яркости важен для его фотографии, точно так же, как композиция позволяет вам выбирать, что включить в изображение, а что исключить.

В фотографии динамический диапазон — это относительная разница в яркости между самой светлой и самой темной деталью, которую можно запечатлеть на одном снимке.

• Если у вас небольшой динамический диапазон, то темные части будут сохранять меньше деталей, а очень яркие части с большей вероятностью обрезаются (будут настолько белыми, насколько это возможно). Хорошо, если вы все равно хотите контрастную кривую изображения.

• Расширенный динамический диапазон означает, что вы можете удовлетворительно добиться менее контрастного изображения или дает вам больше возможностей для выборочного осветления/затемнения определенных областей при постобработке.

В отличие от ЖК-экранов, где динамический диапазон выражается в виде (все более бессмысленного) соотношения, например 500:1, в фотографии он выражается в шагах, где каждый шаг представляет собой удвоение исходной (до гамма-коррекции) интенсивности света.

Большинство цифровых сенсоров имеют динамический диапазон не менее 8EV (8 ступеней), что вполне достаточно и примерно равно слайд-пленке. По большей части в наши дни не стоит зацикливаться на динамическом диапазоне при сравнении камер. Динамический диапазон — это техническое измерение, но, поскольку он измеряет значения до гамма-коррекции, он может вводить в заблуждение относительно видимого эффекта, который он может оказать на ваше изображение. После определенного момента вы просто не увидите никакой разницы, поскольку любой дальнейший диапазон теряется в самых темных (или самых светлых) значениях, которые может воспроизвести ваш монитор/принтер. Однако этот дополнительный практически невидимый диапазон может быть полезен, когда вы хотите выборочно увеличить или уменьшить (затемнить/уклонить) яркость в областях или восстановиться после сильной передержки/недодержки.

Обратите внимание, что разные места обзора камеры измеряют динамический диапазон по-разному — и я вообще не доверяю измерениям DxOMark — я думаю, что они использовали ошибочные методы (что интересно, я нахожу измерения DPreview более отражающими реальность). Технически динамический диапазон следует измерять от самых высоких значений, которые могут быть представлены, до самых низких значений, которые не перекрыты шумом. Шум важен:

• При повышении ISO вы теряете динамический диапазон. Это просто потому, что уровень шума повышается, поэтому вы получаете меньший диапазон в тенях.
• Понижая ISO, вы получаете динамический диапазон, но только до базового ISO сенсора камеры. Опускаясь ниже этого уровня (как позволяют некоторые новые камеры), вы начинаете терять диапазон в светлых участках.