HDRI

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към: навигация, търсене

High Dynamic Range Imaging, HDRI или само HDR (изображения с висок динамичен обхват) е термин от областта на фотографията и компютърната графика, който описва ефекта от и включва съвкупност от техники, позволяващи по-голям динамичен обхват, отколкото една единствена експозиция. Основната цел на HDRI е да се преодолеят ограничения динамичен обхват на филмовите експозиции или сензорите на съвременните камери и с това да се репродуцира по-точно нивата на яркост на сниманата сцена и често представлява комбиниране и манипулиране на клин по експозиции на една и съща статична сцена.[1] Второстепенната цел и практически отделен процес е компресирането на контраст или транслиране на тоналности, за да може изображение с HDR да се събере в цветовото пространство на печата, проектора, монитора или въобще медията за крайна репродукция или като универсален носител, един от стандартните файлови формати за съхранение и пренос на изображения.

Термини, използвани при HDR фотографията и пост-обработка[редактиране | редактиране на кода]

  • HDRI – high dynamic range image – изображение с висок динамичен диапазон
  • LDRI – low dynamic range image – изображение с нисък динамичен диапазон (обикновена цифрова снимка) или образ, възпроизведен от повечето монитори.[2]
  • Tone mapping – поради липса на подходящ превод на български, освен техническото „транслиране на тоналности със запазен или повишен локален и стандартно компресиран глобален контраст“, често се използва в оригинал или като транскрипция на български – тоун мапинг, и е отделен процес от създаването и съхраняването на HDRI приложим и върху LDRI, представляващ набор от техники за компресиране на гама кривата по региони от изображението според абсолютната им яркост. Процесът е замислен като средство за възпроизвеждане на близък до реалния локален контраст и глобален близък до стандартното компресиране на контраста. Понякога HDR и Tone mapping се използват като взаимозаменяеми понятия, което е абсолютно грешно.

Техника на заснемане[редактиране | редактиране на кода]

Използва се фотографската техника с множествено експониране, наречена клин по експозиция, още известна с английското бракетинг, и включва снемането на повече от едно изображение на идентична по възможност статична сцена, различаващи се по експозиция с избрана обикновено стандартна стъпка. Повечето съвременни камери имат този автоматичен режим (AEB, automatic exposure bracketing) или експозицията може да се варира в ръчен режим.[3] Приема се, че недоекспонираните снимки съдържат по-качествена информация за светлите части от сцената, а преекспонираните възпроизвеждат по-добре тъмните части с по-ниско ниво на шума. С последващото им комбиниране в камерата, ако такава функция съществува, или в постобработка се разширява динамичният обхват на кадъра.[4]

Особености на камерите[редактиране | редактиране на кода]

Повишаването на динамичният обхват се влияе до различна степен от показателите и спецификациите на използвания фотоапарат, като крива на гамата, резолюция на сензора, шум, фотометрия на системата и цветова калибровка.[5] Висока тежест носи и оптиката във фотографската система, като най-високо значение за качеството на крайния резултат има не толкова нейната резолюция, колкото възможността и да резолира контрастни граници между тъмни и светли участъци в един кадър, много често, но погрешно описвано като контраст и по-скоро свързано с, но не изключително: антирефлексните покрития, сработването с конкретния фотоапарат, наличието на необразоформираща светлина, попаднала в обектива, ако не се ползва сенник, или той е неадекватен, качеството на изработка и проектиране и до някаква степен късмет, тъй като ползването на апаратите и оптиките за HDR не е от главните приоритети на проектантите.[6][7]

Транслиране на тоналности и оператори[редактиране | редактиране на кода]

От една страна стои методът на едностъпково обработване само с глобални оператори, чийто продукт е изображение със стандартно компресиран контраст, което впоследствие може да се манипулира до голяма степен като обикновено изображение, и от друга страна – тоун мапинга, който според използваните алгоритми и настройките им произвежда не фотореалистично изображение с много често наднормено висок локален контраст и наситеност, намалена яркост и множество артефакти от несъвършенства в алгоритмите.

Сравнен с LDR цифрови изображения и формати[редактиране | редактиране на кода]

История[редактиране | редактиране на кода]

Средата на деветнадесети век[редактиране | редактиране на кода]

Photo by Gustave Le Gray

Идеята да се използват няколко експозиции, за да се коригира твърде широк обхват на осветеност, е първоначално усвоена около 1850 г. от французина Густав Льо Гре (Gustave Le Gray) при опитите му да пресъздаде едновременно море и небе. Въпреки че в днешно време проблемът изглежда тривиален, то по онова време такова пресъздаване с единична експозиция е невъзможно със стандартни методи. Ле Гре използва един негатив за небето и друг за морето при по-дълга експозиция и комбинира двата при засветяването на позитива.[8]

Средата на двадесети век[редактиране | редактиране на кода]

Външни снимки
Schweitzer at the Lamp, by W. Eugene Smith[9][10]

Контрол на тоналността се постига с локално засветяване или затъмнение при засветяването на снимката или междинен етап и така се постига по-добро тонално пресъздаване. Това е възможно заради по големия динамичен обхват на използваните негативи спрямо фотохартията за крайна разпечатка, ако снимката се засвети при нормален процес. Отличен пример е фотографията на Юджин Смит „Швайцер до лампата“ от неговото фото есе от 1954 г. на име „Милостив човек“ на тема хуманитарната работа на д-р Алберт Швайцер във Френска екваториална Африка. Общо пет дни отнема пресъздаването на желания от автора тонален обхват на сцената.[10]

Ансел Адамс издига този процес до изкуство. Много от неговите известни творби са манипулирани в тъмната стая точно с тези две техники. Той написва обстойна книга за пост продукцията, наречена „Печат“, която засяга екстензивно тези процеси в контекста на негова зонова система.

Късен двадесети век[редактиране | редактиране на кода]

Концепцията за локален контрол на тоналността е приложена във видео камери от група в Израелсския технологичен институт „Техион“, водена от професор Зеви, който внася заявка за патент през 1988 г.[11] През 1993 г. същата група представя първите камери за медицински цели, които заснемат в реално време множествени експозиции и образуват HDR видео снимка.[12]

Съвременните образи с висок динамичен обхват използва изцяло различен подход основан на създаването на ВДО използвайки само глобални оператори – операции по целия образ и впоследствие транслират тоналностите локално. Цялостния HDR е първоначално представен през 1993 г.,[13] като довежда до математическа теория за различно експонираните снимки на една сцена публикувана от Стив Ман и Росалинд Пикард.[14]

Налагането на потребителски цифрови камери създава нова нужда HDR да подобри светлочувствителността на сензорите на цифровите камери, които първоначално са с много по-нисък динамичен обхват от до тогава използвания филм. Стиив Ман разработва и патентова метод за глобален ВДО за цифрови образи в Медийната лаборатория на Масатчузетския Технологичен Институт.[15] Метода включва две стъпки. Първата е генериране на светлинно пространство само с глобално оператори и второто манипулира локалите до постигане на желания образ в избраното изходно цветово пространство. Плюс на двустъпковата обработка е, че междинния образ може да се ползва за целите на компютърно зрение или друг вид специализирани обработки.[15]

Примери[редактиране | редактиране на кода]

Пример с комбиниране на четири нормални образа за постигане на два различни тонално транслирани резултата:

Оригинални експозиции
Резултати с разширен динамичен обхват

Програми и плъгини за HDR в постобработка[редактиране | редактиране на кода]

Източници[редактиране | редактиране на кода]

  1. Banterle, Francesco; Artusi, Alessandro; Debattista, Kurt; Chalmers, Alanl. Advanced High dynamic Range Imaging: theory and practiceg. AK Peters/CRC Press, 2011. ISBN 978-156881-719-4.
  2. Reinhard, Erik; Ward, Greg; Pattanaik, Sumanta; Debevec, Paul. High dynamic range imaging: acquisition, display, and image-based lighting. Amsterdam, Elsevier/Morgan Kaufmann, 2005. ISBN 978-0-12-585263-0. с. 7. Images that store a depiction of the scene in a range of intensities commensurate with the scene are what we call HDR, or „radiance maps“. On the other hand, we call images suitable for display with current display technology LDR.
  3. Cohen, Jonathan and Tchou, Chris and Hawkins, Tim and Debevec, Paul E.. Real-Time High Dynammic Range Texture Mapping. // Proceedings of the 12th Eurographics Workshop on Rendering Techniques. Springer, 2001. ISBN 3-211-83709-4. с. 313 – 320.
  4. Vassilios Vonikakis, Ioannis Andreadis. Fast automatic compensation of under/over-exposured image regions. // Advances in image and video technology: Second Pacific Rim Symposium (PSIVT) 2007, Santiago, Chile, December 17 – 19, 2007. 2008. ISBN 978-3-540-77128-9. с. 510.
  5. Asla M. Sá, Paulo Cezar Carvalho, Luiz Velho. High Dynamic Range. First. Focal Press, 2007. ISBN 978-1-59829-562-7. с. 11.
  6. Google Tech Talks 1997: HDR imaging „Capturing more Light“ 28
  7. Google Tech Talks 1997: HDR imaging „Art, Science and Reality“ 32
  8. J. Paul Getty Museum. Gustave Le Gray, Photographer. July 9 – September 29, 2002. Retrieved September 14, 2008.
  9. The Future of Digital Imaging – High Dynamic Range Photography, Jon Meyer, Feb 2004
  10. а б 4.209: The Art and Science of Depiction, Frédo Durand and Julie Dorsey, Limitations of the Medium: Compensation and accentuation – The Contrast is Limited, lecture of Monday, April 9. 2001, slide 57 – 59; image on slide 57, depiction of dodging and burning on slide 58
  11. Шаблон:Ref patent
  12. Technion – Israel Institute of Technology. Adaptive Sensitivity. // {{{journal}}}. 1993.
  13. „Compositing Multiple Pictures of the Same Scene“, by Steve Mann, in IS&T's 46th Annual Conference, Cambridge, Massachusetts, May 9 – 14, 1993
  14. S. Mann, R. W. Picard. On Being ‘Undigital’ With Digital Cameras: Extending Dynamic Range By Combining Differently Exposed Pictures. //
  15. а б Шаблон:Ref patent