Как работает автоматическое программное обеспечение HDR?

Есть два отдельных шага для создания изображений, которые часто помечаются как «HDR»:

• Смешение экспозиции: объединение нескольких изображений с низким динамическим диапазоном в одно изображение с более высоким динамическим диапазоном.

• Тональное отображение: преобразование этого изображения с высоким динамическим диапазоном в изображение с низким динамическим диапазоном, подходящее для просмотра на стандартном оборудовании [с низким динамическим диапазоном] (например, на обычных компьютерных мониторах).

Есть несколько способов выполнить первый шаг, но в основном вам нужно оценить разницу в экспозиции для всех изображений. Это позволяет вам брать значение пикселя из любого изображения и преобразовывать его в постоянное значение в конечном изображении. Например, если у вас есть две экспозиции с разницей в 3 ступени, умножение значений более темного изображения на 8 даст значения, соответствующие более яркому изображению (3 ступени означают трехкратное удвоение яркости или 8x).

Простая стратегия смешивания экспозиции может состоять в том, чтобы брать значения пикселей из самого яркого изображения, если значения не приближаются к передержке, и в этом случае вы переключаетесь на следующее самое яркое изображение и так далее, пока не будут преобразованы все пиксели. В большинстве программ используется более сложный метод, возможно, с использованием взвешенной комбинации значений близких экспозиций для минимизации шума и неоднородностей. Обратите внимание, что может быть невозможно простое мультипликативное преобразование между изображениями (из-за нелинейного отклика датчика камеры или нелинейных тоновых кривых), что усложняет преобразование, также может потребоваться некоторое выравнивание изображений.

Ключевым моментом является то, что часть смешивания экспозиции не является субъективной, должен быть один правильный способ смешивания изображений вместе. Проблема в том, что вам понадобится монитор с высоким динамическим диапазоном, чтобы оценить изображение с высоким динамическим диапазоном. Если вы просто уменьшите значения, чтобы они соответствовали стандартному дисплею, вы получите очень плоское изображение, поскольку между соседними тонами будет мало контраста.

Изображение выше было получено путем смешивания трех экспозиций и последующего линейного масштабирования значений. Как видите, на изображении нет ни передержки, ни недодержки, даже при ярком небе детали в тенях столбов сохраняются. Однако в целом изображение выглядит унылым.

Здесь на помощь приходит тональная компрессия. Она сужает динамический диапазон, чтобы он подходил локально адаптивным образом, принимая во внимание содержимое изображения, чтобы локально максимизировать контраст и сохранить детали. Это субъективная часть, так как есть много способов уменьшить динамический диапазон. Это также самая сложная часть, чтобы сделать правильно, так как если вы слишком сильно меняете контрастность на слишком маленькой области, вы получите артефакты, такие как ореолы по краям, которые высмеиваются критиками изображений HDR.

Вот то же изображение после тональной компрессии, контрастность была повышена в более темных областях, чтобы максимально использовать ограниченный динамический диапазон ваших мониторов для отображения деталей и текстуры.

Это изображение потребовало большой доработки, и я все еще не доволен результатом. Проблема с тональной компрессией заключается в том, что очень легко зайти слишком далеко и в конечном итоге получить огромное количество контраста локально и очень мало глобально, т.е. изображение очень текстурировано, но имеет слабую общую структуру. В большинстве программ есть какая-то корректировка радиуса локальных корректировок, чем меньше радиус, тем выше вероятность получения фальшивого результата. Насыщенность цвета может пострадать, и ее также следует тщательно контролировать.

обратите внимание, что существуют программы, такие как Enfuse, которые смешивают изображения непосредственно с изображением с низким динамическим диапазоном, что устраняет необходимость в двух шагах. Я не пользовался такими программами, поэтому не могу вам сказать, как они работают!

Существует простой рабочий процесс HDR:

1. Снимайте изображения с ручной экспозицией, изменяя только время экспозиции .

2. Если изображения в линейном формате RAW, все готово. Если изображения в формате JPEG, вам потребуется дополнительная обработка, чтобы отменить нелинейную обработку, выполненную камерой, а именно преобразовать цвета из sRGB в линейный RGB, включая применение обратной гамма-кривой.

3. Преобразуйте все изображения в формат с плавающей запятой (т. е. со значениями пикселей в интервале 0,0–1,0 вместо 0–255).

4. Разделите каждое изображение на время экспозиции (т. е. разделите значение пикселя на 4, если время экспозиции изображения составляет 4 с).

5. Объедините все изображения вместе (каждое значение пикселя представляет собой среднее значение соответствующих значений пикселей из всех изображений).

6. Глобальное тональное отображение: примените кривую так, чтобы была видна большая часть деталей, когда HDR-изображение преобразуется обратно в традиционный формат 8 бит на пиксель. Хорошим типом кривой является логарифмическая кривая, которая подавляет яркие тона в пользу темных и средних тонов. Именно так наш глаз воспринимает свет — логарифмически, а не линейно, как ПЗС-датчик.

7. Локальное отображение тонов: вместо 6. вы можете применять специальные операторы отображения тонов для ослабления контраста изображения, чтобы при преобразовании в 8 бит высококонтрастные детали (например, облака и крыша) не вызывали подавления низкоконтрастных элементов. (например, текстура в тени)

8. Преобразуйте все изображения обратно в 8-битный RGB (или 16-битный, если хотите). Это делается просто путем линейного отображения интервала 0,0-1,0 обратно в 0-255.

Существует множество дополнительных шагов и деталей, которые программное обеспечение HDR делает за вас, например, различение переэкспонированных/недоэкспонированных пикселей, которые не несут полезной информации и могут испортить внешний вид окончательного HDR-изображения из-за шага 4.

Другой, более простой рабочий процесс HDR — просто объединить все изображения вместе, как слои в Photoshop. Специальный механизм смешивания, называемый слиянием экспозиции , создает конечное изображение как средневзвешенное значение входных изображений, но делает это путем взвешивания каждого пикселя в соответствии с его насыщенностью, контрастностью и «хорошей экспозицией». Смешение выполняется в нескольких частотных диапазонах, чтобы объединить как мелкие детали, так и крупные функции.