Что показывает динамический диапазон

Что такое динамический диапазон, и какие бывают его разновидности?

Односигнальный динамический диапазон по блокированию, Динамический
диапазон по перекрёстным помехам, Динамический диапазон по интермоду-
ляции.

А поскольку в последнюю фразу без пол-литра не въедешь, приведу рисунок.

Рис.1

Описанная динамическая характеристика устройства в первую очередь характеризует его односигнальный динамический диапазон, который определяется методом подачи на вход изучаемого объекта сигнала одной частоты. Иногда этот параметр в радиотехнике именуется динамическим диапазоном по блокированию и обозначается DD1 или DB1.

В высокочастотной электронике это свойство может быть использовано для преобразования частот в устройствах, называемых «смеситель».

Ну вот мы медленно, но верно подобрались к определению понятия «динамический диапазон по интермодуляции«.

Рис.2

Процесс измерения этого параметра подобен предыдущему описанию и сводится к определению величины продуктов 2-го порядка с частотами (f1 ± f2) и нахождению точки интермодуляции (IP2) посредством построения такого же графика.
Кривая интермодуляционных продуктов 2-го порядка растёт медленнее, чем 3-го (всего лишь в 2 раза быстрее идеальной передаточной характеристики), а потому и точка пересечения, обозначающая значение IP2, находится дальше от начала координат.

Источник

Фотография в RAW: динамический диапазон и контрастность

Весь привет! Недавно мы говорили о возможностях RAW’а, тема оказалась интересной, в личку поступило много вопросов, так что держите продолжение, будем разбираться, что такое RAW и как его правильно прожарить.

Дня начала рассмотрим один из важнейших аспектов, который отличает RAW-файлы от камерных JPEG’ов: а именно динамический диапазон.

Многое в современной цифровой фотографии является наследием химическо-плёночной эпохи. Вы не поверите, но находятся всякие… любители ретро, которые создают специальные цветовые профили, чтобы цифровое фото получило характерную для плёнки определённого типа обработку: цветовые искажения, определённые (типичные для конкретных вариантов химических процессов) черты… В общем, фотография, как и любой другой вид искусства, периодически вздыхает на тему «раньше было лучше» и пытается вернуться в деньки, когда солнце было зеленее, а трава — ярче. Так вот. У плёнок были различные возможности из-за различных химических составов. Какая-то лучше передавала оттенки кожи, на какой-то другой цвета были более яркими, при этом она давала меньшую детализацию… В общем, одной из ключевых характеристик плёнки (которую долго догоняла цифра) был потрясающий динамический диапазон, характеристики которого цифровая фотография догнала не так давно.

Вместо предисловия

Статья рассчитана на новичков. Что-то осознанно опущено и может быть объяснено позднее, что-то описано не очень правильно с точки зрения профессионалов фотоиндустрии, но понятно для тех, кто пока является владельцем фотоаппарата, а не фотографом-любителем.

В данном цикле постов мы пройдём через все основы фотографии с точки зрения редактирования полученных данных с матрицы, чтобы в заключительном посте у читателей не было вопросов по определённым аспектам обработки и финализации RAW-снимков. Постов будет несколько, так что готовьтесь, задавайте вопросы, если что-то не ясно, присылайте в личку сообщения, если захотите что-то улучшить или уточнить в статье — я с радостью отвечу и поправлю пост, если где-то закрадётся ошибка или неточность.

В качестве примеров я буду использовать RAW-файлы с камеры Nikon 1 S2, о которой не так давно рассказывал, со своей штатной камеры Canon EOS 6D (о которой написано миллион всего хорошего и интересного в интернете), а также смартфонов Lumia 930 и Lumia 1020, чтобы показать, что важен не размер, а умение им пользоваться. Все RAW-файлы для экспериментов также будут выложены в общий доступ: балуйтесь, экспериментируйте, повторяйте описанные шаги, только не присваивайте себе права на фотографию. А то вам Михалков с мигалкой на голове целый месяц сниться будет.

В качестве графического редактора будет выступать самый обычный Adobe Photoshop CC 2014, триальную версию которого на 30 дней может получить любой желающий прямо сейчас, бесплатно и без смс.

Магия RAW-файла

В прошлом выпуске я уже описывал, что такое RAW-файлы и чем они хороши. Для тех, кто не читал или всё забыл, напомню буквально в двух словах: в RAW-файле содержится информация, напрямую снятая с матрицы фотоаппарата. Никакого шумоподавления, никакой пост-обработки, никаких «балансов белого» и прочих улучшайзеров. Только то, что накопили сенсели (светочувствительные блоки) и информация об условиях съёмки в «сопроводительной записке». Информации в таком файле существенно больше, чем в обычном JPEG’е, и работа с ней позволяет доставать те детали, которые на JPEG’ах будут безвозвратно потеряны. Большая часть дополнительной информации позволяет очень гибко настраивать динамический диапазон полученного кадра. Об этом диапазоне и поговорим сегодня.

Что такое динамический диапазон?

Говоря простым языком, динамический диапазон (иначе называемый «фотографическая широта») — это характеристика фотоматериала, показывающая, сколько оттенков и тонов способен передать данный материал между тем, что будет считаться стопроцентно чёрным цветом и стопроцентно белым. В случае с цифровой фотографией «фотоматериал» надо заменить на «светочувствительный элемент». Динамический диапазон отличается в зависимости от размеров сенсора, их техпроцесса, настроек и прочая прочая прочая, но все современные производители стремятся к расширению этого самого диапазона.

Сам по себе ДД измеряется в EV (exposition value) — ступенях экспозиции: у лучших плёнок он достигал 9 ступеней для чёрно-белого изображения, у специальных низкоконтрастных — более 11. Современные цифровые фотоаппараты почти не уступают по своим характеристикам, а специализированные камеры (в которых наличие изображения важнее, чем его качества) и вовсе превосходят возможности плёнки. Чтобы было проще понять, вот вам картинка. Вы её все видели.

Для простоты примера, грубо уберём всю цветовую составляющую и вернёмся в прошлое, в эпоху чёрно-белой фотографии.

Если у нас матрица с крайне узким динамическим диапазоном, для описания которого нам хватит 1 бита информации на каждую точку, то всё, что мы сможем запечатлеть будет иметь только два состояния — темнее некоей точки среднего серого или светлее. В зависимости от настроек экспозиции и выдержки мы можем получить разный результат, но в конно-сферических условиях идеальной настройки фотография с ДД, который помещается в 1 бит будет выглядеть так:

Я специально уменьшил контрастность и выбрал два оттенка серого — так картинка меньше режет глаз, а суть не меняется.

В данном изображении используется всего два цвета. Если увеличить возможности сенсора до двух бит, то есть четырёх цветов, у нас появится больше деталей: так как фотоматериал (светочувствительная матрица) сможет различать не два оттенка с максимальной и минимальной яркостью, но уже четыре: максимум, минимум и два промежуточных значения (33 и 66% яркости).

Если расширить динамический диапазон до трёх бит (8 цветов) — детализация картинки улучшится ещё сильнее:

Картинка стала значительно ближе к оригиналу обесцвеченного JPEG’а. К слову, для восстановления практически всей световой информации с исходного JPEG’а вполне достаточно 5 бит и 32 цветов:

Если мы снимаем с матрицы исходные данные в JPEG-формате, (опустим даже всю обработку, шумоподавление и прочие прелести камерного JPEG’а) то больше восьми бит на цветовой канал мы не получим.

Соответственно, динамический диапазон кадра будет ограничен суммарно 2 8 =256-ю оттенками красного, синего и зелёного цвета в модели RGB. То есть для каждой из точек мы сможем получить один из 16 777 216 цветов, чего, на первый взгляд, вполне достаточно, но, как обычно, есть одно но… и оно всё портит.

Когда вы начинаете изменять фотографию в редакторе, часть данных неизбежно теряется из-за округления. Если работать неаккуратно, не следить за всеми участками изображения, грубо изменять изображение инструментом «Уровни» (levels), то рано или поздно вылезут следующие гадости: клиппинг, постеризация (уменьшение количества уровней, выражается гребёнкой на гистограмме), потеря деталей и микроконтраста.

Большую часть этих проблем можно избежать, если использовать 10, 12, 14 или 16 бит на канал. Во-первых, даже 10-битный вариант даёт нам 2 10 *2 10 *2 10 цветов. А это уже 1 073 741 824 различных значений для каждой точки изображения против смешных 16 с небольшим миллионов для обычных JPEG’ов. Во-вторых, в этих лишних битах RAW-файлов есть дополнительные данные, которые позволят расширить динамический диапазон и достать из него те детали, которые на JPEG’е можно считать безвозвратно потерянными.

Большинство матриц фотоаппаратов выдают 10 или 14 бит (в зависимости от модели фотоаппарата и аппаратных возможностей самой матрицы) при съёмке в RAW, но обработка в том же Photoshop’е будет вестись либо в 8-битном цветовом пространстве, либо в 16-битном. И для работы лучше использовать именно 16 бит.

Гистограмма и динамический диапазон

Практически в любом современном редакторе изображений можно найти такую штуку, которая называется гистограмма: она иллюстрирует распределение пикселов на изображении; это график, на котором указано число пикселов на каждом уровне интенсивности цвета. Работа с этим инструментом отлично описана в официальном help’е Adobe Photoshop и дублировать её здесь не вижу смысла. Если вы совсем не знакомы с этой штукой — зайдите, почитайте, будет полезно для следующих статей.

Контраст и динамический диапазон

Контра́ст (фр. contraste) — в оптике (сенситометрии и фотометрии) разница в характеристиках различных участков изображения, способность фотографического материала или оптической системы воспроизводить эту разницу, а также характеристика чувствительности глаза (зрительной системы) относительно яркости и цвета.

Общий контраст картинки мало зависит от динамического диапазона: в случае с двумя битами картинка может быть как ультраконтрастной, так и неконтрастной вовсе:

Вопрос в настройках камеры / сканера / конвертера, через которые проходит изображение, прежде чем становится набором цветных точек на вашем мониторе. Тем не менее, широкий динамический диапазон частно снижает микроконтраст: чёткие границы между светами и тенями в середине динамического диапазона, тёмными и яркими объектами, всякой мелочёвке, которая создаёт детализацию снимка.

Прим.: Если ваша камера при съёмке в RAW выдаёт «блёклые» и «серые» кадры, а JPEG’и получаются контрастными и яркими — восстановить «потерянные» детали поможет ползунок «сlarity» в RAW-конвертере.

Практика

Для начала возьмём вот этот JPEG (камера (или фотограф) ошиблась с экспозамером и получился лёгкий пересвет) и попробуем что-нибудь сделать с ним в фотошопе.

Скачать полноразмерную картинку

Если мы применим к ней Camera Raw как фильтр, и постараемся избавиться от всех пересветов, то мы увидим все недостатки JPEG’а: и отсутствие информации, и восьмибитное кодирование, и эффекты от обработки.

Вот наглядный пример:

И увеличенный фрагмент фотографии, если вы не сразу заметили, в чём проблема:

Если открыть то же самое фото в RAW (23.5 МБ), то мы получим доступ ко всем тем же инструментам, но при этом будем работать с 14-битным цветовым пространством (в 16-битном режиме). Для этого в нижней части конвертера нажимаем на ссылку и выбираем соответствующий режим:

При этом дополнительная информация, которая содержится в RAW, позволяет, во-первых, вытянуть весь имеющийся на кадре пересвет в нормальные оттенки без потери качества, во-вторых, расширить динамический диапазон: поправить недосвеченные области на волосах, «грязную шею», избавиться от неприятных пятен, которые появятся при редактировании JPEG’а. О том, почему пересвет вообще в целом плохо — читайте в прошлой статье.

Настраиваем экспозицию и восстанавливаем недосвеченные участки:

Устраняем искажения оптики и слегка приглушаем виньетирование:

Настраиваем цвета в соответствии с матушкой-природой и собственной задумкой на тему атмосферы снимка:

Итоговое изображение можно отправлять на ретушь (предварительно сохранив в честный шестнадцатибитный TIFF): избавляться от мелких дефектов кожи, править недоработки макияжа, добавлять спецэффекты.

Ретушь не производилась, фуллсайз

Ключевые изменения, которых мы добились на текущем этапе: нормальная экспозиция, восстановление деталей в тёмных участках, адекватный оттенок кожи, контрастная текстура стены, аккуратно передан нежно-розовый оттенок одежды.

Вместо заключения

На этом пока всё, завтра-послезавтра будет вторая часть, в которой я продолжу освещать проблему динамического диапазона и контрастности снимка: поговорим о HDR и методах его получения, мультиэкспозиции и прочих штуках. До связи!

Предложения по улучшению, комментарии, свои идеи на тему следующих статей присылайте в личку.

Источник

Динамический диапазон — кому нужен он?

Возможно, по прошлым колонкам у кого-то сложилось впечатление, что я призываю не скулить, переходить на сетевые плееры и HD-контент, и все автоматом станет окей. Это не совсем так. Сравнивая несколько изданий одного альбома, прежде всего меня интересует не максимальное количество бит, а максимальная ширина динамического диапазона.

Чтобы узнать, нуждается ли в нем ваша акустика — поставьте простой эксперимент. Запустите любой компакт-диск примерно до 90-го года выпуска, и прибавьте газку на усилителе. Звук остался плоским, вялым и невыразительным, как и на малой громкости, да? Я вас поздравляю — акустика справляется только с компрессированными записями.

В 80-х компакт-диски причислялись к High-End. Динамический диапазон уважали и принимали за точку отсчета самое громкое место в альбоме, по которому и выстраивали CD-мастеринг. В начале 90-х пики цифрового сигнала стали потихоньку подтягивать к лимиту в 0 дБ. Громче было нельзя, иначе звуковая волна обрезалась, и не просто, а с искажениями, называемыми клиппингом.

Я отлично помню тот переломный момент, когда вдруг поперли громкие, раскатистые альбомы вроде «The Fat of the Land» (1997) у The Prodigy или «Gran Turismo» (1998) у The Cardigans. Я тогда еще не знал, что во второй половине 90-х на студиях распространились цифровые компрессоры и лимитеры, позволяющие эффективно отсекать пики сигнала и подтягивать к 0 дБ уже основную музыкальную партию, делая ее еще громче, громче и громче. Не скрою, что тогда мне очень понравилось звучание этих новых альбомов. К тому же моя hi-fi система попросту не позволяла раскрыть потенциал «тихих» CD с большим динамическим диапазоном. А свежие издания звучали действительно лихо — и не только у меня. Это и был решающий аргумент в знаменитой loudness war, начавшейся еще в виниловую эпоху, когда продюсеры и музыканты обратили внимание, что громкие синглы лучше привлекают публику. C легкой руки лейбла Motown появился термин «Hot Mastering».

Позже мне стало очевидно, что эти накачанные анаболиками треки невозможно слушать на большой громкости — музыка получается зычная, но пустая, как барабан. Сегодня практически 100% новых записей и ремастеров издается с компрессией динамики. Тенденции не избежали даже тестовые CD. Например, таковой сделалась серия демо-дисков Focal JMLab, начиная с 2000 года. Исключения составляют лейблы с классической музыкой и специальные издания вроде тех, которые делают на Mobile Fidelity Sound Lab.

В loudness war есть своя логика — ведь музыку чаще всего слушают в автомобилях, портативе и мультимедийных системах — фонограмма с большой амплитудой прозвучит там абсолютно беспомощно.

На хорошей, чуткой акустике слышно, что больше всего при компрессии страдает вокал. Студийными эффектами сцену можно сделать сколь угодно широкой, добавить баску, но голос в зажатой динамике потеряет в живости и локализации. Он размажется где-то там, между третьим и четвертым инструментами.

Однако не стоит отчаиваться. Спецификации современных АС с тугими длинноходными динамиками чувствительностью ниже 88 дБ не описывают этот нюанс, но большинство из них адаптировано именно под компрессированный контент. Иначе бы вы не накупили себе столько ремастеров. Самые мудрые и понимающие издатели выпускают (например, Пол Маккартни) в двух вариантах — полнодиапазонном и традиционном «громком». Надеюсь, это станет стандартной процедурой в индустрии. А пока, если интересно получить на руки цифровое измерение динамического здоровья свой аудиоколлекции, поставьте к плееру Foobar соответствующий плагин. Познавательное занятие, честно скажу.

Источник

Что показывает динамический диапазон

В фотографии «динамический диапазон» — это разница между самыми темными и самыми светлыми тонами изображения, обычно чистым черным и чистым белым. Чаще всего говорят о максимальном динамическом диапазоне, на который способна камера.

Зачем нужно понимать динамический диапазон

Все дело в экспозиции, поэтому, если вы хотите получить хорошо экспонированные фотографии, вам нужно знать о динамическом диапазоне. Тогда у вас будет хорошее представление о возможностях вашей камеры и о том, что вы можете сделать, чтобы добиться хорошей экспозиции, если сможете понять:

Как и во всем в фотографии, когда вы знаете, как что-то работает, вы можете контролировать результат … и создавать изображения так, как вы видите их в уме.

Динамический диапазон вашей камеры

Не все камеры имеют одинаковый динамический диапазон. Динамический диапазон определяется фотосенсором вашей камеры.

Компактные камеры не имеют такого широкого динамического диапазона, как зеркальные, потому что сенсор меньше. Полнокадровые зеркалки имеют гораздо больший динамический диапазон, чем камеры «Кроп».

Полнокадровые камеры высокого класса способны записывать более высокий динамический диапазон, чем камеры начального уровня, но даже среди камер высокого класса некоторые лучше, чем другие. Подробнее об этом чуть ниже.

Как измеряется динамический диапазон в фотографии?

Динамический диапазон измеряется в стопах (stops). Это то же самое, что и при настройке диафрагмы. Каждый f-стоп удваивается (или уменьшается в два раза, в зависимости от того, в какую сторону вы идете) по сравнению с предыдущим. Другими словами, F2.8 вдвое превышает уровень яркости F4.

Итак, возвращаясь к тому, что я говорил минуту назад о том, как динамический диапазон варьируется между камерами …

Вот почему мы видим лучше, чем наши камеры — мы можем видеть намного больше деталей от самых темных черных до самых ярких белых.

Динамический диапазон сцены

Но есть еще один аспект динамического диапазона — динамический диапазон объекта или сцены.

Здесь динамический диапазон — это разница между интенсивностью света теней и бликов. Для сравнения:

Таким образом, чем погода солнечнее, тем ярче будут блики, тем сильнее будут тени и тем больше динамический диапазон сцены.

Что если условия слишком яркие для камеры

Если ваша камера не может полноценно записывать как яркие тона и тени, то вам нужно будет выбрать, что важно для вас, чтобы избежать отсечения (поскольку отсеченные детали не будут записываться и их потом будет невозможно восстановить).

Как управлять динамическим диапазоном

Независимо от возможностей вашей камеры, наступит момент, когда сцена окажется за пределами возможностей динамического диапазона вашей камеры.

Как только вы узнаете свою камеру, а точнее ее ограничения, вы можете начать изучать, как с ней работать. Когда дело доходит до динамического диапазона, есть много вещей, которые вы можете сделать, но их можно объединить в три варианта:

1. Уменьшить динамический диапазон сцены

Когда вы уменьшаете контраст сцены, вы уменьшаете динамический диапазон в фотографии.

Если вы вернетесь к диаграмме в верхней части статьи, вы увидите, что если тени светлее, или блики темнее, или оба, динамический диапазон сцены меньше. В результате вашей камере будет проще точно регистрировать как светлые, так и темные области без переэкспонирования светлых участков или недоэкспонированных теней.

Есть два способа уменьшить динамический диапазон сцены:

а) осветлить тени

Чтобы «поднять» тени, добавьте света, чтобы они были ближе по яркости к более освещенным областям сцены.

Чтобы осветлить тени:

Фотографы-постановщики и портретисты манипулируют светом в студии и на месте с помощью отражателей и стробоскопов, чтобы осветить объект и / или заполнить тени.

б)затемнить светлые тона

В качестве альтернативы, вы можете работать на другом конце динамического диапазона, затемняя светлые тона. Другими словами, сделайте блики темнее.

Чтобы уменьшить блики:

Проблема с пейзажной фотографией состоит в том, что небо значительно ярче, чем земля. Поэтому пейзажные фотографы используют градуированные фильтры с нейтральной плотностью, чтобы уменьшить динамический диапазон сцены, чтобы они могли захватывать как хорошо освещенное небо, так и землю.

2. Избегайте контрастных сцен

Фотографируя в менее «контрастной» области, и вам не придется иметь дело с крайностями светлых и темных участков.

Вот почему портретные фотографы:

Если вы когда-либо пытались избежать резких теней на фотографиях, то значит, вы приспосабливались к динамическому диапазону камеры.

3. Охватите динамический диапазон сцены

Есть еще один способ справиться со сценой, когда она выходит за пределы динамического диапазона вашей камеры. Охватите это с HDR.

С фотографией HDR (фотография с высоким динамическим диапазоном) вы делаете несколько фотографий с разной экспозицией, чтобы объединить их в одно изображение HDR с деталями в:

Таким образом вы преодолеваете недостатки своей камеры и получаете изображение, которое имитирует то, как наши глаза видят мир.

Фотографы, работающие в сфере недвижимости, используют HDR, чтобы показать, показать интерьер комнаты в темных тонах и шикарный вид снаружи в светлых тонах.

Сложив фотографии с различными экспозициями, охватывающими как интерьер, так и экстерьер, можно показать полный динамический диапазон. Потенциальный покупатель, глядя на такие фотографии, увидит представленный дом так, как он бы увидел бы этот дом, смотря на него своими глазами, а не через фотографию.

Камера не сможет захватить полный динамический диапазон.

Когда новые фотографы впервые сталкиваются с термином динамический диапазон, это обычно происходит потому, что они узнают о HDR-фотографии.

Творческий подход с динамическим диапазоном в фотографии

Как правило, консенсус в отношении воздействия таков: если вам необходимо сделать выбор:

Но фотография — это еще и личный стиль. Вам не нужно записывать полный динамический диапазон сцены, и вам не нужно следить за тем, чтобы основные моменты не были обрезаны.

Если вы знаете, как управлять как светлыми, так и теневыми изображениями, и решаете выставлять одну за счет другой, это творческий выбор.

Понимание динамического диапазона является ключом к принятию этих творческих решений и достижению желаемых результатов.

Динамический диапазон и выбор камеры

Когда цифровая фотография началась, акцент был сделан на мегапикселях. Тогда считалось, что чем больше мегапикселей, тем лучше. Но времена изменились и теперь даже на самой дешевой камере пикселей достаточно для большинства фотографов.

Производители работают над динамическим диапазоном, потому что это то, что действительно важно для фотографов. К счастью для нас, динамический диапазон камер неуклонно растет, и я не удивлюсь, если однажды мы будем использовать камеры, способные записывать мир так, как его видят наши глаза.

Я советую при покупке следующей камеры уделять внимание динамическому диапазону камеры, а не мегапикселям.

Заключение

Таким образом, зная про ограничение динамического диапазона, вы сможете получать те фотографии, которые вы хотите, с учетом ограничения вашей камеры. Или, вы можете специально использовать эти ограничения и получать художественные эффект.

Ну а если у вас остались вопросы, то задавайте их в разделе с комментариями.

Источник