HDRI
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 динамичния 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]
Средата на деветнадесети век[редактиране | редактиране на кода]

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]
![]() | |
---|---|
![]() |
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 дотогава 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]
- Qtpfsgui
- Photomatix
- I2e image enhancement software
- Shadow Illuminator
- Kodak Digital SHO Professional
- Shadow Fixer.
- Shadow Control
- PhotoFlair (Retinex algorithm)
- HDRshop
- Photogenics.HDR
Източници[редактиране | редактиране на кода]
- ↑ 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.
- ↑ 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.
- ↑ 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.
- ↑ 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.
- ↑ Asla M. Sá, Paulo Cezar Carvalho, Luiz Velho. High Dynamic Range. First. Focal Press, 2007. ISBN 978-1-59829-562-7. с. 11.
- ↑ Google Tech Talks 1997: HDR imaging „Capturing more Light“ 28
- ↑ Google Tech Talks 1997: HDR imaging „Art, Science and Reality“ 32
- ↑ J. Paul Getty Museum. Gustave Le Gray, Photographer. July 9 – 29 септември 2002. Посетен на 14 септември 2008.
- ↑ The Future of Digital Imaging – High Dynamic Range Photography, Jon Meyer, Feb 2004
- ↑ 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
- ↑ Шаблон:Ref patent
- ↑ Technion – Israel Institute of Technology. Adaptive Sensitivity. 1993. Архив на оригинала от 2014-09-07 в Wayback Machine.
- ↑ „Compositing Multiple Pictures of the Same Scene“, by Steve Mann, in IS&T's 46th Annual Conference, Cambridge, Massachusetts, May 9 – 14, 1993
- ↑ S. Mann, R. W. Picard. On Being ‘Undigital’ With Digital Cameras: Extending Dynamic Range By Combining Differently Exposed Pictures. //
- ↑ а б Шаблон:Ref patent