Et gjestepost av Dave Ware fra Whalebone Photography.
Dette notatet er ment å være en rask diskusjon om High Dynamic Range og mulige fremtidige forbedringer for å forbedre det.
Hva er High Dynamic Range?
High Dynamic Range er en digital prosesseringseffekt som brukes innen fotografering for å kombinere et antall bilder med forskjellige eksponeringer for å skape et konsekvent eksponert bilde gjennom hele rammen. Dette øker lysstyrken (mengden lys) som er synlig i et bilde.
Hvorfor kreves det?
Kameraets begrensning av mengden farge og luminans det kan registrere styres av sensorens evne og det dynamiske området til kameraets elektronikk. For eksempel bruker Canon EOS 40D en 14-bit analog til digital omformer som digitaliserer de analoge signalene som mottas fra sensoren. De 14 digitale bitene gjør det mulig å ta opp 16 384 forskjellige farger i kameraet.
Ser du på et histogram, er den horisontale aksen lysnivået til et bilde. Den vertikale aksen representerer mengden av bildet som inneholder det nivået av lys. For eksempel viser et histogram med en enkelt linje i venstre kant at bildet er rent svart. På samme måte representerer en enkelt linje ved høyre kant et bilde som er rent hvitt. Mengden data som kan komprimeres i histogrammet er begrenset av kameraets dynamiske område. Et veldig lavt dynamisk område resulterer i at de horisontale aksegrensene ligger tett sammen. Et høyt dynamisk område plasserer disse aksene langt fra hverandre.
Her er eksponeringen til kameraet satt for ballongene - dette ble valgt ettersom ballongene var gjenstand for bildet og trærne i dette tilfellet ble brukt til å ‘ramme inn’ ballongene. Histogrammet viser piggen til venstre for histogrammet som representerer trærne, og dataene til høyre representerer ballongene og himmelen. Hvis fotografen ønsket at både ballongene og trærne skulle bli utsatt, ville det ha vært nødvendig med et kompromiss slik at ballongene ble litt overeksponerte og trærne bare litt undereksponert.
Ovenstående bilde viser det tradisjonelle kompromisset - himmelen har mistet noe av fargemetningen, men trærne har beholdt noen detaljer. Legg også merke til at histogrammet viser en litt smalere pigg på høyre kant (ballongene er nå litt overeksponert), og den venstre kanten indikerer at flere detaljer er til stede (trærne er ikke lenger en fullstendig silhuett).
Så, for å overvinne dette, kan fotografen ta et bilde eksponert for bakgrunnen og deretter et annet bilde eksponert for forgrunnen. Noen få andre bilder blir vanligvis tatt mellom disse to eksponeringene.
Når du kombinerer hvert bilde, opprettes et visuelt tiltalende bilde, og effektene kan være ganske dramatiske. Dette er grunnlaget for digital HDR. Et raskt Google-søk vil gi noen flere eksempler.
Fremtiden for HDR
For tiden er HDR en etterbehandlingsteknikk, men etter hvert som kameraene går frem, er det mulig at dette er et område som virkelig kan forbedres av produsenter.
Det dynamiske området til kameraet vil sannsynligvis bli forbedret. 14 bit ADC nevnt ovenfor gjør det mulig å registrere 16 386 farger. 24-biters ADC har vært i produksjon i mange år, noe som vil gjøre det mulig å registrere totalt i underkant av 17 millioner farger! Sensoren må være i stand til å matche dette dynamiske området, og kameraets interne prosessor må kunne behandle dataene. Denne muligheten eksisterer allerede som er tydelig i hjemmecomputere som har operert fra 32 bits i årevis og nå er opptil 64 bit prosessering. Hvorvidt sensoren er i stand til dette, er en annen sak for diskusjon, og den ekstra prosessering som kreves vil øke mengden tid til å skrive dataene til minnekortet. Dette kan begrense antall bilder med full hastighet som er tatt før hurtigbufferen er full, og kameraet skriver bildene til minnekortet. Disse ulempene er kanskje det som hindrer utviklingen av økt dynamisk rekkevidde i kameraet, da det med mange fordeler ofte er en ulempe.
En annen “in camera” -teknikk kan være å bruke mange sensorer i kameraet. Hvis en sensor og tilhørende elektronikk kan ha et visst dynamisk område, kan to sensorer brukes til å øke det generelle dynamiske området. For eksempel kan en sensor eksponere for høydepunktene og 1 sensor kan brukes til å eksponere for skyggene, og dermed skape et høyere dynamisk område. Sensorer kan gjøres utrolig små - bare se på størrelsen på telefoner som har mange megapikselkameraer, og det vil sannsynligvis ikke være noe problem å klemme to sensorer (eller mer!) Inn i et enkelt kamera. Når sensorstørrelsen avtar, blir imidlertid lyden fra det innspilte bildet ('kornetheten' i bildet) større. Nok en gang er dette en avveining mellom høyt dynamisk område, bildekvalitet og størrelse.
En annen metode kan være å bruke en alternativ tonekurvealgoritme som for tiden vanligvis brukes på bilder i kameraet. Når et bilde tas, blir signaler fra sensoren omgjort til digitale biter og sendt til kameraets datamaskin. For å gi mening om disse signalene, behandler datamaskinen dataene og gjør dem til noe meningsfylt. Dette er en form for tonekurve. Normalt brukes dette over hele bildet som et "gjennomsnitt". Moderne teknikker kan imidlertid bruke en individuell tonekurve på hver eneste piksel i bildet. Dette kan gjengi et bilde eksponert på samme måte som det menneskelige øyet ser (dvs. med et høyere dynamisk område). Dette vil uunngåelig øke behandlingstiden i kameraet, selv om den nåværende metoden for HDR-avbildning er å ta mange bilder ved forskjellige eksponeringer, er den ekstra behandlingstiden for ett enkelt bilde trolig fortsatt en enorm tidsbesparelse.
Denne nye tonekurve-metoden er i ferd med å utvikles av selskaper, og Samsung har nylig kjøpt en lisens til å bruke teknologien.
Kanskje andre produsenter har en alternativ metode, eller anser ikke høyt dynamisk område av stor betydning i kameraene sine, eller bare biter tiden sin. Denne teknologien er fremdeles under utvikling og er et spennende område med kamerateknologi, spesielt da mega-pixel-kampen blir gamle nyheter.
High Dynamic Range-teknikker kan brukes for mye, og bilder kan lett gjøres unaturlige. Årsaken til at de er unaturlige, er fordi de utvider det mulige området for det menneskelige øye. Det ville være trist hvis teknologien fjernet autentisiteten til fotografering, som skiller denne kunsten fra kunsten å male (hvor både komposisjon og eksponering bare er begrenset til fantasi). Hvis teknologien imidlertid var i stand til å replikere bildene slik det ble sett av det menneskelige øye, er det kanskje en akseptabel teknologisk milepæl.
Ta en titt på mer av Daves arbeid på Whalebone Photography.