Статья помещена в этот топик "для истории".
А сама тема обсуждается (обсуждалась) здесь -
https://www.kharkovforum.com/showthread.php?t=141188
Динамический диапазон и оптимальное отношение сигнал/шум.
В целях иллюстрации, давайте допустим, что цифровая зеркальная камера имеет диапазон в 5 ступеней (на самом деле он ближе к 6 ступеням хотя это сейчас не важно). При работе в RAW формате, большая часть камер записывает 12 битное изображение. Мы говорим, что изображение в 16 битном режиме, но реальность в том, что 12 бит записывается в 16 битное пространство. Это лучше чем 8 бит, но не настолько хорошо, как могло бы быть для реальных 16 бит.
При 12 битном подходе, изображение имеет возможность содержать и записывать 4.096 (2^12 бит) дискретных тональных значений (значений яркостей). Кто-то может подумать, что из этого следует, что каждая ступень (F/Stop) из этого диапазона в пять стопов имеет возможность записывать ся во что-то около 850 (4096 / 5) из этих тональных значений. Увы, это не так. Способ, которым это на самом работает, заключается в том, что первая (самая яркая) ступень занимает данных в 2048 тональных значений — как раз половину из всех доступных во всем диапазоне.
Почему? Потому что CCD и CMOS чипы являются линейными устройствами. Каждая ступень (F/Stop) записывает на половину меньше (или больше) света, по сравнению с предидущей менее яркой (или более яркой) ступенью, и таким образом требует своего количества битов, после чего остается еще половина доступного места. Таблица показывает распределение:
Распределение уровней по ступеням
Первая ступень с самыми яркими тонами = 2048 доступных уровней
Вторая ступень с яркими тонами = 1024 доступных уровня
Третья ступень, средне серые тона = 512 доступных уровней
Четвертая ступень, темные тона = 256 доступных уровня
Пятая ступень, самые темные тона = 128 доступных уровня
Осознание этого приводит нас к понимаю нескольких уроков, главным из которых является то, что если вы не используете самую правую пятую ступень (часть) на гистограмме для записи какой-то части вашего изображения, то вы на самом деле теряете практически половину доступных уровней кодирования данных вашей камеры.
Но в то же время, все мы знаем (или должны знать), что самое плохое нарушение в цифровом воспроизведении изображений является выход светлых тонов за предельные значения, почти также как это было во времена съемки на слайдовую пленку. Как только светлые тона "вылетели" за пределамы правой части гистограммы, это уже потерянные данные.
Урок.
Посилання видалено
Нормальная экспозиция, центрированная гистограмма
Посилання видалено
Гистограмма смещенная вправо для получения максимального отношения сигнала/шум
Простой вывод, который должен быть учтен из этого, заключается в том, чтобы смещать экспозицию так, чтобы гистограмма сдвигалась вправо, но не в точку, где светлые тона теряются. Потеря тонов, обычно отображается мигающей подсказкой на экране большинства камер.
Теперь, когда вы посмотрите на ваш RAW файл в вашем любимом конверторе, изображение возможно будет слишком ярким - это нормально. Просто воспользуйтесь настройками для изменения яркости и контрастности, так чтобы данные распределились по гистограмме и изображение выглядело "правильно". Это позволяет достичь нескольких целей. Первое это то, что вы максимизируете отношение сигнал/шум. Второе это то, что вы минимизируете пастеризацию (огрубление) и шум, который потенциально возникает в темных областях изображения.
Тем не менее знайте, что для получения правильных результатов вам необходимо выполнять эти коррекции работая в 16-ти (12 битном) режиме RAW-конвертора. В отличие от того, что думают некоторые люди, в RAW-е камера не выполняет никаких не линейных обработок. Вся не линейная обоработка делается в RAW конверторе. Вот почему, если вы собираетесь попробовать этот трюк, вам следует снимать в RAW-е и затем вручную изменить изображение в конверторе перед экспортом файла в фотошоп. Этим вы максимизируете широту данных вашей системы. Это другая причина для работы в RAW-е, всегда когда это возможно.
Знайте также, что выполняя эти рекомендации, вы на самом деле снижаете ISO используемое для съемки изображения, что требует более длинных выдержек и/или более открытые диафрагмы, так что компромисс может не стоить этого уменьшения уровня шума.
Проверка.
Необязательно, что эта техника будет чем-то используемым каждый день. Она требует дополнительной работы при съемке и времени для пост-обработки в RAW конверторе. Но если вы заинтересованы в получении наибольшего отношения сигнал/шум для определенного снимка, она может оказаться стоящей этого. Если вы находите этот подход нелогичным и сомнительным, попробуйте его сами.
Установите штатив, например, для типичной летней сцены с голубым небом, белыми кучевыми облаками и зелеными массами. Измерьте как обычно и сделайте снимок. Посмотрите на гистограмму. Теперь сделайте другой снимок с поправкой +1 или с небольшой поправкой, но так чтобы не переэкспонировать светлые участки (облака например). Убедитесь, что ничего в кадре не мигает как переэкспонированые области, но гистограмма смещена в право насколько это возможно.
Теперь загрузите "нормально экспонированный" кадр в конвертор, выполните обычные корректировки и отправьте в фотошоп. Затем, загрузите "сдвинутый" кадр и сделайте тоже самое. Убедитесь, что вы используете сначала RAW-конвертер для корректировки гаммы, яркости и контраста для нормализации. Теперь загрузите кадр в фотошоп.
Сравните оба кадра. Посмотите на шум и постеризацию в областях глубоких теней. Посмотрите, видите ли вы разницу. Если нет - нет потерь. Просто продолжайте снимать как прежде. Если вы видите разницу, то изучите новую технику, которую тоже можно использовать.
Дальнейшие мысли.
Эта статья породила достаточно много дискуссий в сети. Один вывод получающийся из этого, таков что сейчас многие цифровые зеркалки отображают только общую гистограмму яркости, а не яркость по отдельным каналам. Это означает, что имеется возможность "пережечь" один из трех RGB каналов, даже не заметив этого. Вот что об этом говорит Томас Нолл (Thomas Knoll):
Когда один или два канала "обрезались" (вышли за пределы значений), это вызывает проблему. Для RAW изображений это не так страшно как для JPEG, т.к. с RAW-ом обрезание происходит в "родном" цветовом пространстве камеры, а не в рабочем RGB пространстве (т.к. преобразование в рабочее пространство происходит после обработки в конверторе). Множество цветов может "обрезаться" в sRGB или даже в Adobe RGB, которые возможно не обрезаны в цветовом пространстве камеры.
Хорошим исправлением было бы, если бы производители камер изменили предупреждение об обрезании значений при переэкспонировании на основе "родных" цветовых каналов камеры, в отличии от того, как это сделано сейчас на основе яркости.
На практике, это обычно не является большой проблемой, т.к. яркость объектов сцены имеет тенденцию быть близкими к нейтральным значениям. Когда есть сомнения, вы можете всегда сделать "вилку" и проверить результирующую "цветовую гистограмму", чтобы выбрать кадр, с которым лучше всего работать.
"Цифровой гуру" Ян Лионс (Ian Lyons) откомментировал эту технику с некоторыми подробностями о том, как цифровые камеры можно сравнить с тем, что использовалось в случае пленок...
Основная описанная идея, в том, чтобы получить гистограмму, близкую к правой части настолько, насколько это возможно, но не так близко, чтобы получилось переэкспонирование светлых тонов, когда мигает индикатор предупреждения. Идеальная экспозиция дает уверенность, что изображение имеет максимальное количество уровней для описания, но без потери важных деталей в светлых тонах. Чем ближе вы подберетесь к этому идеалу, тем больше этих уровней будет использовано для сохранения деталей в тенях. Если вы не доэкспонировали изображение, так чтобы "расширить" данные о тенях, что довольно часто происходит для предохранения светлых областей, вам придется его "расширить" позже, чтобы финальное изображение было правильным. Проблема в том, что у нас есть только 128 уровней доступных для теней и вы начинаете "крутить" кривые, чтобы получить тени, таким образом увеличивая пастеризацию.
Необходимо уйти от концепции экспозиции, которая служила нам во времена пленок. CCD/CMOS чипы не являются пленками и не реагируют как пленки в светлых и теневых областях. Экспозиция на пленке имеет тенденцию "спадать" гладко в тенях и светлотах. При цифровом варианте запись линейна и нет спадов. К сожалению (как указал Томас), поведение этих сенсоров не идеально и мы можем получить (часто так и происходит) один или два канала с потерей деталей ("переженных").
Некоторые люди думают о цифровом изображении как о пленке. Это не так. Следующее объяснение Брюса Линдбрума (Bruce Lindbloom) сможет помочь в понимании, что происходит в данной технике...
В пленочной фотографии, конец шкалы области светлых тонов "сжимается" на краю "плеча" кривой экспозиции. Чем ярче и ярче объекты фотографируются, тем больше деталей в светлых тонах становятся более и более "сжаты" пока пленка не достигает "полной насыщенности". Но до этой точки, сжатие светлых тонов происходит в виде последовательного нарастания.
Твердо телые сенсоры цифровых камре ведут себя по другому. Пока свет падает на сенсор, заряд или накапливается или теряется (в зависимости от технологии сенсора). Это поведение происходит до точки, когда свет прекращается.
Из-за этой разницы, установка экспозиции используя 18% серую шкалу (обычно применяемую со времен пленки), работает для цифровых камер плохо. Вы получите лучшие результаты, если установите экспозицию так, чтобы наиболее белые области в кадре были расположены наиболее близко, но чуть-чуть не достигали полной цифровой шкалы (255 для 8 битных, 65535 для 16 битных изображений). Базируйте экспозицию на основе светлых тонов для цифровых снимков и на основе средних тонов (серой карты) для пленочных снимков.
источник -
Посилання видалено
теперь есть...
