Готовим HDR дома

16.08.10 15:30 | pell | 75 комментариев »

Фотография

Сегодня мы готовим летнее блюдо — HDR в собственном соку. Ингредиенты:

• цифровой фотоаппарат. Рекомендуются модель с поддержкой RAW и эксповилки (брекетинга экспозиции), штатив и пульт дистанционного управления;
• специальное программное обеспечение;
• высококонтрастный сюжет.

Начнём, как водится, с последнего.

О контрасте сцены и зрительном аппарате

Летом (особенно этого года в европейской части России) солнца много и ярко. Казалось бы, вот он — рай для фотографа. Света много, выбирай минимальную чувствительность (ISO), зажимай диафрагму и будет резко из-под ног до горизонта, снимай — не хочу. И в самом деле, летом самодеятельные фотографы снимают часто и помногу. Избыток ли солнечного света тому причиной или отпускной период, ласкающие глаз выпуклости под купальниками, а то и оных купальников отсутствие — науке дополинно неизвестно. Известно, что результат знойных фотосессий часто разочаровывает. В различных смыслах, включая фотографический брак.

Дабы понять, отчего в таком хорошем ярком свете получаются неудачные фотографии, предлагаю следующий простой эксперимент — в солнечный день задёрнуть наполовину шторы, отойти вглубь помещения и снять окно с прилегающей стеной. Получится, в зависимости от настроек камеры, что-нибудь из:


Слева — видно небо и голые зимние ветки (фото прямо из Сибири, белый медведь был в отпуске, извините, без него), и чёрное пятно вместо обоев. Справа наоборот — видны детали интерьера и белое пересвеченное «цифровое» небо.

Получается так из-за высокого контраста фотографируемой сцены — яркости деталей в светах и тенях отличаются слишком сильно, камера не может измерить одновременно тональные переходы и на ярком солнечном свету, и в глубокой тени. Этим фотосенсор (неважно, цифровой или аналоговый) отличается от нашего зрительного аппарата.

Человеческий глаз устроен непросто, каждая колбочка содержит много светочувствительных молекул (опсинов). При поглощении фотона опсином происходит химическая реакция с выделением электрического тока. А дальше начинается самое интересное — в каждую колбочку встроен химический предусилитель, коэффициент усиления которого зависит от освещённости как самой колбочки, так и её окружения (ближайших колбочек). Коэффициент усиления — это светочувствительность колбочки (аналог ISO в цифровом фотоаппарате). Таким образом, уже глаз адаптируется к выскоконтрастным сценам, изменяя светочувствительность — уменьшая в светах и увеличивая в тенях — в различных участках наблюдаемой сцены.

Фотографу, не поленившемуся ознакомиться с инструкцией, должно быть известно, что у цифрового фотосенсора светочувствительность (ISO) постоянна по всему полю кадра. Это важное отличие человеческого зрения от цифровой камеры — мы видим не то и не так, как фотоаппарат.

Как фотографировать контрастные сюжеты

Итак, мы знаем, что фотоаппарат «видит» не так и не то. Что с этим можно сделать, как жить дальше?

Вариантов, как всегда, несколько:

• Во-первых, в солнечный денёк можно просто отложить камеру в сторону и отдыхать в полный рост. Сам обычно так и делаю. Про эту модель поведения часто говорят «фотограф днём спит»;
• во-вторых, можно использовать различные отражатели (магазинные, импровизированные самодельные, песок на пляже, бетон и асфальт в городе и т.д.) для подсветки теней и снижения контраста. Простой отражатель в рост человека способен в солнечный день творить чудеса, превращая брак «слева белое пятно, справа чёрное пятно» в годные фотографии;
• в-третьих, можно снять HDR — High Dynamic Range image, что в переводе означает "изображение с высоким динамическим диапазоном". Или, проще и понятней, фотография с высоким контрастом.

Не рассматривая преимущества и прелести во-первых и во-вторых займёмся в-третьих.

Что такое HDR и как с ним работать?

HDR (в рамках этой статьи) — это изображение с высоким контрастом. Слова «высокий контраст» означают:

• изображение невозможно получить за одну экспозицию (снять одним щелчком затвора) — слишком высок контраст, превышает технические возможности камеры;
• изображение невозможно вывести на монитор — слишком высок контраст, превышает технические возможности монитора;
• изображение тем более невозможно вывести на бумагу — типичный контраст современного монитора примерно 200:1, бумаги — 100:1 и меньше.

Уже, полагаю, очевидно, что HDR — не самый удобный для работы материал. Для работы с HDR используется специальное ПО. Со списком HDR ПО можно ознакомиться на сайте HDRI News. В данной статье будет рассмотрен HDR процесс на примере ПО HDR Expose.

Основные шаги HDR процесса:

• съёмка исходного материала для HDR;
• совмещение нескольких снимков в HDR изображение;
• сжатие контраста (тоновая компрессия) — уменьшение контраста изображения для вывода на монитор и/или бумагу.

Рассмотрим каждый шаг подробно.

Съёмка исходного материала

Итак, наша задача — снять высококонтрастную сцену, которую невозможно измерить цифровой камерой за одну экспозицию. Невозможно, потому что технические ограничения цифрового фотосенсора не позволяют ему измерять перепады яркостей выше некоторого порога (для современных цифровых зеркальных камер типичное значение 2000:1). Однако ничто (на первый взгляд) не мешает снять тени, полутени и света за несколько экспозиций. Так, например, на иллюстрации выше слева приведён снимок светов (небо и ветки на улице), а справа — теней (интерьер).

Фотографу, не поленившемуся ознакомиться с инструкцией к фотоаппарату, известно, что количество света, падающего на фотосенсор за одну экспозицию, изменяется при помощи диафрагмы и выдержки. Также известно, что изменение диафрагмы приводит к изменению оптических характеристик. Например, глубины резко изображаемого пространства. Произвольное изменение глубины резкости, как правило, нежелательно. Поэтому менять мы будем выдержку.

Итак, краткая инструкция по съёмке HDR:

• используйте штатив. Хороший прочный устойчивый штатив. С хорошей штативной головой. Можно попробовать снимать и с рук, но лучше штатив;
• используйте все возможные методы уменьшения сотрясений камеры на штативе (например, может иметь смысл освежить в памяти главу инструкцию, описывающую режим LiveView);
• включите эксповилку (exposure bracketing) и серийную съёмку или используйте ПО, управляющее экспозицией дистанционно (например, Canon EOS Utility или DSLR Remote Pro);
• снимайте столько кадров, сколько требует сюжет. На кадре с самой короткой выдержкой не должно быть пересветов, на самой длинной выдержке хорошо проработаны тени;
• не рекомендуется делать шаги больше 2EV (изменение выдержки в четыре раза) между снимками;
• самый важный пункт. Заучите наизусть: «Когда я снимаю HDR, выдержка равна полному времени от начала первого щелчка до конца последнего».

Последний пункт нуждается в особом пояснении. Если, например, вы снимаете камерой со скоростью серийной съёмки 4 кадра в секунду исходный материал для HDR на три кадра с эксповилкой 1/100сек ±2EV. Суммарное время съёмки составит:

• 1/100сек + 1/25сек + 1/400сек = 0.0525сек, примерно 1/19 секунды;
• плюс две паузы между кадрами, например, по 1/4 секунды = 1/2 секунды;
• итого — 0.5525 секунды.

Не следует ожидать хорошего результата, если сюжет не допускает съёмку с выдержкой чуть больше 1/2 секунды (например, человек или быстро движущиеся облака в кадре).

Летом 2008-го я сфотографировал красивый электровоз ЧС-2 «Анна Каренина стайл» (брекетинг экспозиции, с рук):


На примере этих снимков будет продемонстрирован дальнейший HDR процесс.

Совмещение HDR

Совмещение HDR — простая механическая операция в современном HDR ПО. Достаточно воспользоваться соответствующей функцией и, возможно, настроить параметры совмещения.

В HDR Expose достаточно выбрать в диалоге, показываемом при старте ПО по умолчанию, пункт «Create/Merge a new HDR Image» (или в меню File выбрать пункт «Merge to HDR…»):


В диалоге «Merge to HDR» следует добавить файлы (кнопка «+») и устанавить опции совмещения:


Здесь я включил выравнивание изображений (съёмка велась с рук, наверняка камера смещалась между снимками), баланс белого «оставить как есть» (As shot, настроен при RAW конвертации) и режим устранения артефактов от движущихся объектов Natural (подходит для большинства случаев, когда нет явно движущихся объектов — машин, людей и т.п.).

После совмещения (кнопка «Merge») получается:


Пришло время убедиться, что совмещение прошло успешно и заодно ознакомиться с основными интерфейсными элементами ПО HDR Expose:

• справа — гистограмма яркости и панель операций (о них ниже);
• снизу (слева-направо) — параметры вывода HDR на монитор (настройки цветового профиля монитора, настройки тонирования и преобразования в ч/б, настройки сдвига яркости изображения) и инструменты управления масштабом вывода изображения на монитор.

Включив просмотр 1:1 и изменяя яркость вывода, можно убедиться, что и детали в тенях (яркость поднята на 3EV и масштаб отображения 100%):


и детали в светах (яркость уменьшена на 3EV, масштаб просмотра 100%):


совместились без ошибок.

Сжатие контраста HDR

Прежде, чем говорить о тоновой компрессии, есть смысл вернуться к устройству человеческого зрительного аппарата. В самом деле, мы начинали с того, что камера и человек видят по-разному. И затеяли HDR процессинг для того, чтобы компенсировать эту разницу.

Итак, человеческий зрительный аппарат подстраивается под условия освещения — в светлых участках светочувствительность ниже, в тёмных выше. Очевидно, наше зрение развивалось в естественных природных условиях — единственный источник света и много отражающих предметов. Единственный источник света — это солнце. А много отражающих предметов — это то, что мы обычно видим — другие люди и животные, деревья, кусты, травы, грибы, фрукты и овощи, плоды и ягоды и т.д. Чтобы понять, как это может помочь нам в нелёгком деле сжатии тонового диапазона HDR, предлагаю ознакомиться с небольшим списком типичных яркостей:

• солнце — 2•109 кд/м2 (два миллиарда свечей на метр квадратный);
• безоблачное небо — до 4•103 кд/м2 (до четырёх тясяч);
• небо на закате — до 5•103 кд/м2 (до пяти тысяч);
• 60W лампа накаливания — примерно 3•104 кд/м2 (тридцать тысяч);
• нижний порог цветового зрения — примерно 1 кд/м2.

Видно, что контраст «глубокая тень (почти что ничего не вижу) — небо» составляет каких-то 4000:1, при том, что контраст «небо — солнце» достигает полумиллиона к одному и больше. Понятно, что в таких условиях наше зрение эволюционировало с целевой функцией «агрессивно сжимать контрасты в светах» — в тенях контрасты и так невелики. Да и тени обычно заполнены рассеянным светом неба, отражением от скал, воды, песка и т.д. Значит, и нам нужно при HDR процессинге агрессивно сжимать света. А в тенях контраст рекомендуется даже слега разгонять, это увеличивает «объёмность» изображения.

Ничего не напоминает? Правильно, инструмент Curves (кривые) в Adobe® Photoshop® обычно именно так и используют — S-образная кривая разгоняет контраст в тенях (нижняя крутая часть кривой) и сжимает тоновый диапазон в светах (верхний пологий участок). Точно так же надо действовать и в случае обработки HDR. Два существенных отличия, в случае HDR процессинга мы:

• не можем в общем случае визуально контролировать воздействие кривой;
• сжимаем света очень агрессивно, что без специальных компенсационных мер визуально «уплощает» изображение, делает его неестественным.

Разработчики HDR Expose компенсировали второй эффект, разработав специальные алгоритмы компенсации агрессивного снижения контраста. С первым же эффектом придётся мириться, используя развитые средства предпросмотра (ползунок изменения яркости просмотра).

Вернёмся к нашему HDR.

Сначала я слегка поднял яркость изображения (инструмент Brightness/Contrast, иконка «солнышко»), чтобы изображение выглядело чуть более солнечно и жизнерадостно:


Дальше я установил точку чёрного (в Adobe® Photoshop® это обычно делается инструментами Blacks в Adobe Camera RAW, Levels или Curves непосредственно в Photoshop) при помощи инструмента Veiling Glare (ткнув чёрной пипеткой в «чёрную дыру» рядом со сцепным устройством):


Пришло время основной операции — сжатия тонового диапазона. Инструмент Shadow/Highlight. Здесь важно хорошо выбрать нейтраль — уровень яркости, к которому будут стягиваться (от которого будут разгоняться) света и тени. Я использовал для этого гистограмму — видно, что небо и облака пересвечены на примерно две с половиной ступени белой точки монитора (0EV на гистограмме), поэтому взял нейтраль -3.5 EV, чтобы остался запас светов над нейтралью в яркостном диапазоне монитора, оставлять ступени для светов обычно достаточно. Двигая ползунком Highlight power, я добился удовлетворительного сжатия светов, а ползунком Shadow power разгонал контраст в тенях, чтобы добавить картинке «объёма»:


Что мы видим на последней иллюстрации? Кроме проявившихся облаков? Правильно, сильное гало вокруг электровоза. Чтобы его убрать, следует выбрать какой-нибудь отличный от «None» пункт из выпадающего списка Reduce halo artifact. Я не рекомендую использовать пункт Ultimate (это очень долго), обычно High достаточно. Заодно можно поднять и локальный контраст (увеличивает локальные контрасты между крупными деталями изображения), тут нужно проявлять аккуратность и не перестараться:


В общем и целом работа выполнена, однако люди любят цветастые картинки, да и тон неба мне не нравится. В HDR Expose можно поправить отдельные оттенки при помощи инструмента Color Tuning:


Здесь из цвета неба убран пурпурный налёт и красный сделан чуть чище. К сожалению, уместить это полностью на одном screen shot не получилось.

Традиционная пара «было — стало»:


Заключение

В телеграфном стиле:

• используйте штатив. Хороший устойчивый штатив и все доступные технические средства уменьшения сотрясений камеры;
• в крайнем случае — эксповилку и скоростную съёмку;
• не следует надеяться на хороший результат, когда вы не можете снять сюжет с выдержкой порядкой 1/2 секунды (для некоторых камер это значение может быть меньше);
• при RAW-конвертации (если совмещаете HDR не из RAW) отключите все «улучшайзеры»;
• агрессивно сжимайте света, в тенях растягивайте контраст (это общее правило иногда может и должно нарушаться);
• локальный контраст добавляет объёма. А при чрезмерном использовании делает картинку «гипер-реалистичной», аккуратней с этим;
• тонкое редактирование цветов отложите на потом. Не забудьте разогнать насыщенность — люди любят яркие сочные картинки;
• не бойтесь экспериментировать, натурально выглядещее изображение не обязательно самое удачное;
• но и про чувство меры забывать, пожалуй, не стоит.

Удачных вам снимков в оставшиеся дни лета!