Как расширить сцену с низким динамическим диапазоном в аналоговой области при съемке фотографии?

Учитывая, что суть вашего вопроса заключается в том, чтобы «расширить аналоговый сигнал аппаратно», то вам действительно нужно увеличить настройку ISO. При ISO 100 камера будет записывать сигнал изображения, используя максимально доступный диапазон. В сцене, которую вы описали, с естественно низкой контрастностью, если ваш общий динамический диапазон датчика составляет около 11 бит данных, когда сцена содержит только 4 бита, вы получите большую часть этой информации, сгруппированной в один область или др.

Фактически у вас есть проблема с динамическим диапазоном, хотя она немного отличается от той, с которой сталкивается большинство фотографов: у вас слишком много. Для каждого шага увеличения до ISO динамический диапазон уменьшается примерно в два раза. Если вы используете 1/2 доступного динамического диапазона при ISO 100, увеличение ISO до 200 уменьшит полезный динамический диапазон в два раза, в соответствии с тем, что вам нужно. Точно так же, если вы используете 1/4 доступного динамического диапазона при ISO 100, увеличение ISO до 400 уменьшит полезный динамический диапазон в четыре раза, опять же в соответствии с тем, что вам нужно.

Это связано с тем, что камера изменяет белую точку или «уровень насыщенности» при изменении ISO. Изменение ISO не увеличивает чувствительность камеры, это просто смена инструкции аналоговому усилителю. Если максимальный уровень заряда на пиксель вашей камеры (FWC, полная емкость) составляет 60 000 электронов, а «насыщенный» заряд в 60 000 электронов преобразуется в цифровую единицу 2^14 (16 384), увеличение до ISO 200 означает, что максимально допустимая плата за пиксель составляет 30 000. Теперь «насыщенный» заряд в 30 000 электронов преобразуется в 16 384 DU. Точно так же увеличение ISO до 400 означает, что «насыщенный» заряд в 15 000 электронов преобразуется в 16 384 DU.

Когда вы увеличиваете ISO, вы должны настроить экспозицию, чтобы компенсировать это. Вам придется «вписать» экспозицию в доступный динамический диапазон. Увеличьте ISO достаточно высоко, и ваши черные в конечном итоге достигнут минимального уровня шума, а ваши белые начнут обрезаться ... вы эффективно использовали весь свой динамический диапазон, все в камере, ничего не меняя, кроме аналогового усиления. Следует отметить, что при очень высоких настройках ISO, обычно выше ISO 1600 (хотя более новые камеры Canon должны работать до ISO 6400), дальнейшее увеличение ISO приводит к одновременному сочетанию попиксельного усиления, нисходящего потока и, возможно, даже цифрового усиления. .

Я не думаю, что какая-либо обычная камера дает вам такой контроль. Мой точно нет.

Основная проблема заключается в том, что к черному добавляется сильный уровень смещения. Цифровые датчики в основном линейны, поэтому, даже если изображение экспонировано так, что самые сильные области выделяют его только в верхней части диапазона датчика, нижняя граница диапазона ниже смещения черного не будет использоваться.

Я только что проанализировал вашу картинку, и уровень черного 0,363, 0,376, 0,406. В качестве доказательства, вот ваше изображение с этим значением, используемым в качестве уровня черного:

Это тратит впустую не более 0,4 диапазона вашего сенсора, что составляет менее одного бита разрешения.

Уровень белого в вашем оригинале — 0,852, 0,856, 0,910. Это представляет собой небольшой, но разумный неиспользуемый диапазон датчика на верхнем уровне. Вот ваше изображение с черным и белым, расширенным до концов диапазона:

Обратите внимание, что, учитывая как черный, так и белый края диапазона, вы потеряли около 1 бита разрешения сенсора. Например, если у вас 14-битный датчик, то это изображение фактически имеет 13-битное разрешение яркости. Для 12-битного датчика у вас получилось 11 бит.

Даже 11 бит все еще достаточно, так как большинство способов отображения изображения не подходят для более чем 8 бит или около того. Это оставляет фактор 8 (3 бита) накладных расходов на разрешение для таких вещей, как нелинейная регулировка яркости и другие эффекты, которые вы, возможно, захотите добавить. Дело в том, что потеря 1 бита из максимального диапазона датчика совершенно нормально и нормально, это то, чего вы должны ожидать, и, в конце концов, это не повредит вашей картинке. Вы бы получили ту же самую детализацию, если бы самые темные части изображения были действительно черными, но вы недоэкспонировали их на 1 диафрагму. Опять же, 1 бит потери динамического диапазона должен быть в пределах ожиданий и того, с чем вы можете иметь дело в своем обычном рабочем процессе.

В этой ситуации вы имеете дело со светом, который рассеивается, что снижает четкость и динамический диапазон. Применение выбора типа «уровни» перед аналого-цифровым преобразованием не даст вам радикально отличающихся результатов, чем применение тех же изменений к необработанному файлу.

Без постобработки для получения наилучшего изображения в камере вам придется смотреть на фильтры. Точнее, круговой поляризатор. Он крепится к передней части объектива, и вы можете отрегулировать его, чтобы уменьшить дымку и увеличить динамический диапазон сцены. Это не устранит его полностью, но это единственный вариант, который окажет влияние, не будучи чем-то, что нельзя воспроизвести при постобработке.

Хотя это изображение с Flickr не относится к вашей уличной сцене, оно должно дать вам хорошую демонстрацию того, как поляризатор прорезает шум.

Доступны фильтры «UV / Haze», но они действительно полезны только для съемки на пленку.

У вас было бы гораздо больше контроля над расширением, если бы вы сохранили изображение в виде файла RAW, а затем сделали это в постобработке с помощью конвертера RAW, например, в Lightroom, Aperture или фирменного конвертера RAW производителя вашей камеры. В камере лучшее, что вы можете сделать, это немного увеличить контрастность и, возможно, немного больше насытить цвета, чем при настройках по умолчанию. Немного недоэкспонирование также может помочь в условиях тумана, но я бы сделал это только в том случае, если не планировал обрабатывать файл RAW позже, поскольку недоэкспонирование также увеличивает шум.

Вы можете протестировать различные режимы замера на своей камере или сделать брекетинг экспозиции. Вы также можете попробовать поляризационный фильтр, который должен дать вам больше контраста.

Но и в фотошопе я получаю хороший результат с функцией «Автоуровни»:

• Переэкспонируйте изображение, затем опустите его в посте.
• Следите за гистограммой, чтобы знать, что вы не обрезаете светлые участки.
• Это уменьшит шум и увеличит детализацию в тенях.
• Он будет выглядеть плоским, поэтому снова увеличьте контраст по вкусу.

Обычно камеры имеют настройки для расширения динамического диапазона, а не для его уменьшения. Но обычно вы получаете наименьший динамический диапазон с самой высокой настройкой ISO вашей камеры (что бесполезно, потому что вы теряете полезную битовую глубину из-за добавленного шума).

Для таких изображений вам нужна камера с низким динамическим диапазоном и высокой битовой глубиной, чтобы иметь возможность расширить его, сводя к минимуму потерю деталей. Камеры среднего формата обычно имеют умеренный динамический диапазон (около 12,5 EV) и очень большую глубину цвета (около 25 бит), но вы знаете цену...

В этом конкретном случае вы довольно ограничены постобработкой; возможно, попробуйте с дымчатым фильтром (который работает не очень хорошо или вообще не работает, несмотря на заявления производителя).

Если вы можете контролировать свое окружение, вы можете попробовать заблокировать часть света и использовать стробоскопы.

Для неподвижных объектов вы можете сделать несколько снимков, а затем усреднить результаты, чтобы получить минимальное количество шума, а затем вы можете увеличить контрастность с небольшими потерями.