Что такое динамический диапазон и почему нельзя одновременно сохранить детали в светах и тенях?

Динамический диапазон — это способность камеры записывать пригодные для использования детали одновременно в самых ярких и самых тёмных участках одного кадра. Когда света достигают насыщения сенсора, восстановить их обычно уже нельзя; тени можно осветлить, но шум станет заметным. Файлы RAW оставляют больше возможностей для коррекции, однако не могут создать свет или детали, которых при съёмке не было записано.

Как определяется динамический диапазон?

В фотографии динамический диапазон обычно выражают в «ступенях» (stops): это соотношение между самым ярким ненасыщенным сигналом и порогом шума в тёмной области, который считается приемлемым. Каждая дополнительная ступень вдвое увеличивает диапазон яркости. В объяснении измерения динамического диапазона Imatest диапазон приводится для разных порогов отношения сигнал/шум, что показывает: «приемлемый» результат не определяется одним универсальным стандартом. Инженерный динамический диапазон, диапазон, пригодный для печати, и пороги сигнал/шум, используемые сайтами с обзорами, могут различаться, поэтому цифры из разных источников нельзя сравнивать без учёта методики измерения.

Динамический диапазон — это также не то же самое, что контраст изображения. Файл с широким динамическим диапазоном можно преобразовать в изображение с низким контрастом, а сцене с узким динамическим диапазоном можно придать выразительный контраст с помощью кривой; возможности записи и итоговое представление — это два разных этапа.

В чём разница между выбитыми светами и шумом в тенях?

Когда пиксель достигает полной ёмкости потенциальной ямы, дальнейшее увеличение экспозиции не записывает новых градаций тона. Важные света становится трудно восстановить, когда все цветовые каналы одновременно достигают насыщения. Под восстановлением светов в RAW иногда понимают ситуацию, когда один из каналов ещё не насыщен и программа восстанавливает информацию по взаимосвязям между цветами; в чисто белой области настоящей текстуры для восстановления нет.

В тенях, напротив, обычно всё ещё присутствует слабый сигнал, но шум считывания и фотонный шум составляют в нём большую долю. Осветление теней усиливает сигнал и шум одновременно. Объяснение его происхождения см. в статье как возникает шум на изображении.

Почему у RAW и JPEG разные возможности коррекции?

Файлы RAW сохраняют данные сенсора с большей разрядностью и меньшим количеством встроенной обработки, поэтому в них проще заново настроить баланс белого, кривые и шумоподавление. JPEG уже прошёл тональную компрессию, повышение резкости, шумоподавление и 8-битное кодирование, поэтому при агрессивной коррекции в нём с большей вероятностью появятся полосы или артефакты сжатия. Подробное сравнение см. в статье о различиях между RAW, JPEG и HEIF.

Но RAW — не безграничная страховка. Насыщенный сенсор, движущийся объект или неверно выбранная точка фокусировки не исправить сменой формата файла. Гистограмма в камере обычно строится по JPEG-превью, поэтому стиль изображения и баланс белого влияют на то, где появляются предупреждения. В важных ситуациях оставляйте разумный запас.

Как ISO влияет на динамический диапазон?

У многих камер сенсор способен вместить больше информации в светах при значении ISO, близком к базовому. После увеличения аналогового усиления тот же верхний предел выходного сигнала соответствует меньшему заряду в сенсоре, поэтому запас в светах обычно уменьшается. В некоторых сенсорах с двойным коэффициентом преобразования при определённом ISO переключается режим считывания, что может уменьшить шум в тенях; поэтому зависимость не всегда получается плавной.

«Экспонировать вправо» следует понимать как увеличение фактической экспозиции без насыщения важных светов и без ущерба для выбранных выдержки и диафрагмы, а не как бездумное повышение ISO или принудительный сдвиг гистограммы вправо. О настройке экспозиции читайте в статье как пользоваться компенсацией экспозиции.

Когда стоит использовать брекетинг и HDR?

При съёмке неподвижной архитектуры, интерьеров с окнами и закатов можно сделать несколько кадров с разной экспозицией и объединить детали в светах и тенях. Сначала зафиксируйте композицию, баланс белого и диафрагму, затем меняйте выдержку в серии. Убедитесь, что самый тёмный кадр защищает света, а самый светлый даёт чистые тени. Люди, листья, волны и автомобили могут привести к появлению призраков, поэтому сокращайте интервал между кадрами либо принимайте компромиссы одного кадра.

Итоговое HDR-изображение всё равно нужно сопоставить с диапазоном яркости дисплея или листа бумаги. Естественность результата зависит от локального контраста и управления цветом; HDR не означает, что все тени и света нужно сжать до одинаковой яркости.

Как правильно читать результаты тестов?

1. Уточните, измеряется ли RAW или JPEG, а также сенсор или полный выход камеры; например, графики PDR Photons to Photos публикуют определения и правила измерения для своих графиков фотографического динамического диапазона.
2. Проверьте порог отношения сигнал/шум, нормализованный размер выходного изображения и разрядность.
3. Сравнивайте камеры с одинаковым определением ISO и близким разрешением, учитывая переходы между режимами двойного усиления.
4. Не приравнивайте разницу в долю ступени непосредственно к заметной разнице в качестве изображения.
5. Учитывайте объектив, экспозицию и реальные условия съёмки, а не ранжируйте камеры по одному пиковому показателю.

Источники

• Photons to Photos: графики фотографического динамического диапазона
• Imatest: измерение динамического диапазона

Предыдущая / следующая статья

• Предыдущая: означает ли большее число мегапикселей лучшее качество изображения?
• Следующая: как возникает шум на изображении