Как работает программная компенсация экспозиции в файлах RAW?

На самом деле вы не добавляете света, вы просто усиливаете тот небольшой свет, который вы собрали. В случае с JPEG «растяжение» или «подталкивание» и «ослабление» выполняются в камере, и эти улучшения запекаются в файле JPEG, который затем сжимается с потерями и сохраняется в формате с низкой точностью (8 бит на канал, 0 -255).

С изображением RAW вы сохраняете исходные данные сенсора в том виде, в котором они были сняты с сенсора, без каких-либо улучшений, со сжатием без потерь в формате более высокой точности (14 бит, 0-16383). Изображение RAW хранится в линейной форме, однако настройки камеры хранятся в заголовке как «метаданные», поэтому при загрузке изображения в DPP, Lightroom или любом другом редакторе RAW оно будет похоже на изображение в формате JPEG, созданное с помощью одинаковые настройки. Однако фактические данные пикселей в файле RAW на самом деле не изменяются этими настройками, они только «отрисовываются на экране» с ними, поэтому вы можете видеть изображение таким, каким оно было задумано.

Поскольку базовые данные не изменяются и хранятся с более высокой точностью, у вас больше свободы для изменения экспозиции с помощью программного обеспечения. Вы можете отодвигать тени, подтягивать блики и настраивать экспозицию, баланс белого, улучшать цвет, исправлять виньетирование и целый ряд других аспектов изображения без значительной потери четкости или точности конечного результата.

Следует отметить, что добавление теней к недоэкспонированному изображению — это не то же самое, что правильное экспонирование этого изображения. На сдвинутом недоэкспонированном изображении будет больше шума, потому что уровень сигнала был слабее. Чтобы было меньше шума, вам нужно больше экспозиции, чтобы вы собирали больше света, что улучшает мощность сигнала. Сильный сигнал имеет более высокое отношение сигнал/шум и поэтому кажется менее шумным.

Следует также отметить, что если вы работаете со сценой с высоким динамическим диапазоном, у вас могут быть некоторые части вашей сцены темными, возможно, слишком темными на экране, тогда как в реальной жизни эти области выглядят не такими темными, как зашумленными. , ни как лишенный деталей. Здесь играет роль динамический диапазон камеры. Камера с динамическим диапазоном 10–11 ступеней будет иметь более ограниченную способность увеличивать «теневые» детали для восстановления реализма, тогда как камера с 13–14 ступенями будет иметь расширенную способность увеличивать детализацию «теней» для восстановления реализма. Разница между такими камерами (скажем, Canon 5D III и Nikon D810) заключается в шуме считывания и темновом токе. У камеры Nikon меньше и того, и другого, значительно меньше шума считывания (при низком значении ISO), что позволяет лучше прорисовывать детали в тенях с меньшим шумом.

В файлах RAW нет ничего особенного или волшебного.

Когда дело доходит до экспозиции и баланса, файлы RAW просто хранят больше информации о цветах, чем файлы JPEG.

В любом случае, эти цвета состоят из красных, зеленых и синих значений, и, манипулируя этими значениями, вы всегда можете настроить баланс белого или экспозицию, независимо от типа файла... в идеальном мире. В реальном мире манипуляции с цветом иногда приводят к постеризации или обрезке, если точность исходного цвета была недостаточно хорошей или предполагаемое изменение было слишком резким.

когда вы снимаете с недостаточным освещением, как вы можете добавить свет обратно только с помощью программного обеспечения?

В цифровых изображениях свет — это просто числа, вы всегда можете увеличить числа, сложив или умножив их, если только между числами нет достаточной разницы, и даже увеличение этих чисел не даст разных значений для «темного» и «яркого». Большая точность (как в файлах RAW) означает больше информации о различиях, означает больше места для «добавления света».

Совершенно определенно не глупый вопрос: я на самом деле задавался тем же вопросом, когда впервые начал снимать в RAW.

Прежде чем вы действительно сможете понять, что происходит, когда вы настраиваете экспозицию в программном обеспечении, вам сначала нужно узнать, что делает датчик и электроника цифровой камеры, когда вы делаете снимок: считаете фотоны. Каждый пиксель сенсора, по сути, записывает количество фотонов, попавших на него во время экспонирования, и сгенерированный необработанный файл содержит эти данные без изменений (плюс, конечно, некоторые метаданные).

Далее давайте подумаем, как это применимо к фотографии, которая была недоэкспонирована на 1 диафрагму. По определению, 1 ступень недодержки означает, что затвор был открыт наполовину меньше, чем нужно, что диафрагма пропускала только половину света, или ISO было установлено на половину необходимой чувствительности (неважно, какая). ), и все это приводит к одному: датчик улавливает только половину света, необходимого для правильной экспозиции. Если предположить, что освещение сцены существенно не меняется от момента к моменту, это также означает, что количество фотонов, считываемое всем датчиком, составляет примерно половину от того, что должно быть. Точно так же каждая последующая диафрагма экспозиции выше или ниже предполагаемой экспозиции представляет собой удвоение или уменьшение количества фотонов вдвое.

Чтобы «вернуть свет», программное обеспечение использует эту идею для оценки правильного количества фотонов, подсчитанных для каждого пикселя. Это делается путем умножения каждого пикселя на соответствующий поправочный коэффициент, который легко вычисляется. Новое количество фотонов для пикселя определяется как новое количество фотонов = старое количество фотонов * 2^N , где N — количество ступеней настройки (положительное или отрицательное). Однако, к сожалению, этот подход не всегда так хорош, как кажется, поскольку любой шум изображения на фотографии также увеличивается на ту же величину!

Стоит отметить, что это можно сделать и с JPEG-файлами, но это не будет работать должным образом по нескольким причинам. Во-первых, как сказал Джриста, в необработанном файле больше деталей, и гораздо более вероятно, что данные «спрятаны» в тенях и даже в переэкспонированных частях изображения, но при преобразовании в JPEG эти дополнительные данные по существу отбрасывается и не подлежит восстановлению.

Кроме того, к JPEG уже применена базовая кривая. Эта базовая кривая берет линейные данные с датчика и превращает их во что-то, что выглядит более презентабельно для наших глаз. Чтобы правильно отрегулировать экспозицию, потребуются более сложные вычисления и предполагается, что программа знает базовую кривую, чего, скорее всего, нет. Значения пикселей по-прежнему можно масштабировать таким же образом без корректировки базовой кривой, но блики и тени, скорее всего, изменятся совсем иначе, чем если бы тот же метод был применен к необработанному файлу. Это одна из многих причин, почему так удобно хранить неизмененные необработанные данные изображения!