Что такое HDR изображение

1. Что такое HDR

Для кого-то первые снимки на цифровую камеру были сделаны семь лет назад, для кого-то — на прошлой неделе. Практически все мы задавали себе вопрос: почему часто на снимках голубое небо превращается в сплошной белый фон, а на тех фотографиях, где небо все же не было пересвечено, все предметы на переднем плане сливаются в темное пятно.

Чтобы понять, почему это происходит, проведем небольшой эксперимент. Поставим камеру в приоритет диафрагмы (AV) и наведем ее на небо в солнечную погоду. Предположим, что камера показала необходимую выдержку 1/2000 секунды. Теперь замерим необходимую выдержку по самой темной части мотива, например одежде человека перед вами. Получим 1/2 секунды. Эта разница в освещении приблизительно соответствует так называемому динамическому диапазону мотива. Ее принято вычислять в ступенях экспозиции, и в данном случае она равна 10 ступеням. Вспомним, что одна ступень соответствует изменению экспозиции в два раза. В нашем случае это изменение времени выдержки от 1/2000 до 1/2 секунды.

Глаза человека могут адаптироваться к изменению освещения до 24 ступеней экспозиции, поэтому мы способны различить детали и на светлом небе, и на темной одежде. Но матрица фотокамеры не может приспосабливаться к свету. У нее есть фиксированный динамический диапазон, то есть разница в освещении между самым ярким участком мотива, который она может зафиксировать, не превратив его в белое пересвеченное пятно, и самым темным участком, в котором зафиксированная информация не перекрывается шумом. Динамический диапазон матрицы большинства цифровых камер равен примерно 9 ступеням экспозиции, что гораздо меньше как способности глаз человека запечатлевать информацию, так и способности черно-белой пленки с ее динамическим диапазоном до 11 ступеней.

При этих ограничениях цифровой фотографии она дает нам возможность манипулировать снимками на компьютере. Поэтому вполне естественным было бы сделать несколько кадров с различной экспозицией, соединив их в один, что дало бы нам возможность заметно расширить динамический диапазон снимка. Один из таких способов заключается в работе со слоями в Photoshop и будет описан позднее. О втором способе — создании HDR — пойдет речь сейчас.

Под HDR или, если быть более точными, HDRI (High Dynamic Range Image), подразумевают изображение с динамическим диапазоном больше, чем в обычных снимках. С какого предела начинается HDR, является темой для многих дискуссий. В некоторых источниках границей называют 13,3 ступени экспозиции, в других — 9 ступеней, которые помещаются и в обычный 8-битный JPG-файл.

С технической точки зрения HDR можно определить как файл, в котором яркости пикселей сохранены не в целочисленном виде, а в формате с плавающей запятой. Для HDRI чаще всего используются 32-битные форматы Radiance (.hdr) или OpenEXR (.exr). Так как обычные мониторы не могут отобразить все значения яркости в 32-битном файле, HDRI необходимо привести в 8- или 16-битное изображение. Этот процесс называется тональным отображением (tone mapping).

Если говорить о том, чем HDR не является, стоит упомянуть, что из 8-битных фотографий нельзя сделать HDR, даже если обработать их в специальных программах, таких как Photomatix. Также изображение, полученное из одного RAW-файла с высветлением теней и затемнением светлых участков, будет просто фотографией, конвертированной из RAW, но никак не HDR.

2. Съемка для HDR

Для создания HDR-изображения нужно сделать несколько снимков с различной экспозицией, запечатлев детали как в темных, так и в светлых частях мотива. Изменять экспозицию, как известно, можно разными способами, но в случае HDR делать это следует изменением выдержки.

Самый верный способ съемки для HDR выглядит так:

• Для начала установим на камере режим приоритета диафрагмы (AV) и выберем нужное диафрагменное число.
• Поставим режим экспозамера по минимальному участку, который позволяет камера. Оптимальным будет точечный или частичный замер, но в крайнем случае для большинства мотивов подойдет и центрально взвешенный метод.
• Измерим экспозицию на самом темном и на самом светлом участках. Для этого интересующий нас участок должен находиться в центре кадра. Запоминаем эти значения.
• Установим камеру на штатив, перейдем в ручной режим (M), поставим то же диафрагменное число, при котором проводили измерения, и будем делать снимки, поднимая выдержку от наименьшего значения к наибольшему (или наоборот) с разницей в одну-две ступени при съемке в JPG-формате или две-три ступени при съемке в RAW.

Если место на вашей карте памяти важно, то можно ограничить количество снимков, проверяя гистограмму. На самой темной фотографии гистограмма должна немного не доходить до правой границы, а на самой светлой — до левой. Лучше даже, если на фотографии с максимальной выдержкой гистограмма начинается в середине шкалы. Тогда мы можем быть уверены, что в получившемся HDR не будет шумов в темных участках, если мы захотим их осветлить.

В тех случаях, когда штатива нет или его нельзя использовать, может помочь эксповилка (AEB) в сочетании с режимом непрерывной съемки. Установка эксповилки на +/– два шага обычно достаточна для создания качественных HDR. В данном случае лучше всего использовать матричный замер экспозиции. Если есть возможность, лучше прислониться к стене или колонне, чтобы уменьшить разницу в кадрах, обусловленную движением.

Чувствительность при съемке для HDR желательно поставить на минимальное значение, поскольку большинство HDR-программ не очень хорошо справляются с шумом. Если же высоких значений чувствительности по каким-либо причинам нельзя избежать, лучше пользоваться Photoshop, поскольку эта программа очень хорошо справляется с устранением шума в HDR.

3. HDR в действии

Рассмотрим, как создавать HDRI и делать тональное отображение на примере «Фотошопа» и «Фотоматикса» — программ, чаще всего используемых для этих целей.

3.1. Создание HDR и тональное отображение в Photoshop

Создавать HDR в «Фотошопе» можно из JPG-, TIF- или из RAW-файлов. Для этого нужно либо выбрать файлы через меню File—Automate—Merge to HDR, либо использовать опцию Add Open Files, если фотографии уже открыты. Если съемка велась с рук, то можно отметить опцию Attempt to Automatically Align Source Images. Только следует учесть, что выравнивание изображений занимает в «Фотошопе» очень много времени, до 45 минут для HDR из трех RAW-файлов. Если программа не может найти EXIF-данные, он попросит внести их вручную.

После вычислений появится окно предпросмотра HDRI. Так как обычные мониторы не предназначены для просмотра 32-битных изображений, будет видна только часть всего светового диапазона этого снимка. Справа отображена гистограмма получившегося HDRI. Передвигая ползунок, можно изменять гамму изображения и рассматривать части фотографии с различной освещенностью. Оставьте значение Bit Depth на 32 и нажмите ОК.

Теперь можно конвертировать HDR в обычное изображение. Для начала лучше конвертировать в 16 бит, чтобы уменьшить возможные потери при дальнейшей обработке. Для этого выбираем Image—Mode—16 Bits/Channel. Появится окно с четырьмя опциями вверху. Для большинства случаев интерес представляет только последняя опция Local Adaptation. Кроме кривой, которая работает подобно простым кривым Photoshop, в этом диалоговом окне есть два параметра: Radius и Threshold. В то время как кривая отвечает за изменение глобального контраста, эти два параметра определяют локальный контраст, контраст деталей.

Radius определяет, сколько пикселей считать «локальной» областью при изменении контраста. Слишком низкие значения делают изображение плоским, слишком высокие могут привести к появлению световых ореолов, особенно при высоких значениях второго параметра, Threshold.

Threshold определяет, насколько выраженным будет локальный контраст.

Теперь осталось поработать с кривой. Для того чтобы узнать, где на кривой лежит световое значение участка изображения, следует, как и в обычных кривых, провести курсором по этому участку изображения. В крайнем случае можно сделать несколько изображений с различными параметрами тонального отображения, потом соединить их с разными режимами перекрытия или скрыть части слоев масками. Перед тем как нажать OK, лучше сохранить установки на кривой, чтобы потом при необходимости изменить их или использовать для изображений, снятых в тех же условиях.

Все вопросы по созданию HDR изображений вы можете задать в разделе «Вопросы эксперту». На следующей странице — обзор основных программ для создания HDR.

3.2. HDR и Tone Mapping в Photomatix

Создадим HDR-файл из нескольких фотографий. Для этого можно выбрать фотографии через HDR-Generate—Browse либо открыть нужные снимки, выбрать меню HDR—Generate и отметить Use Opened Images. Второй вариант не работает для RAW-файлов, поскольку из них Photomatix автоматически создает псевдо-HDRI. Если Photomatix не может найти EXIF-данные, он попытается приблизительно вычислить их. Чаще всего результат совсем неплох, но на этом этапе можно подкорректировать данные экспозиции. Как и в Photoshop, здесь лучше указывать верные данные.

После того как файлы выбраны, появится следующее окно. В нем можно выбрать различные опции для создания HDR. Если существует вероятность, что позиция камеры была немного изменена при съемке, то можно отметить Align Source Images. Photomatix при выборе опции Attempt to Reduce Ghosting Artifacts попытается минимизировать различия в снимках, связанные с движущимися объектами. Если эти объекты относятся к переднему плану, например это люди или качающиеся ветки, то лучше выбрать Moving Objects/People, в меню Detection выбрать High. Опцию коррекции волн, по моему опыту, лучше не активировать, без нее результаты обычно получаются лучше. В настройках тональной кривой отклика (Tonal Response Curve) внизу лучше оставлять Take Tone Curve Of Color Profile.

После того как вычисления закончены, изображение можно повернуть с помощью Utilities—Rotate—Clockwise/Counterclockwise. Обычные мониторы не могут отобразить весь динамический диапазон созданного HDR-изображения, но части его можно посмотреть с помощью окна HDR Viewer. Через View—Default Options—HDR можно конфигурировать, будет это окно появляться или нет. HDR Viewer можно вызвать и комбинацией клавиш Ctrl+V.

Теперь можно приступать к превращению HDR в доступный нормальным мониторам вид. Выбираем HDR—Tone Mapping (Ctrl+T). Появится окно с различными настройками, от которых будет зависеть конечная фотография, то, насколько реалистичной или сюрреалистичной она будет. В поле Method следует выбрать Details Enhancer. Другой метод, Tone Compressor, может давать совсем неплохие и приближенные к реальности результаты, но предлагает меньше опций контроля тонального отображения.

Рассмотрим, что означают различные настройки тонального отображения.

Strength - контролирует влияние на конечный результат остальных параметров.

Color Saturation - цветовая насыщенность полученного изображения.

Light Smoothing - отвечает за плавность световых переходов. Именно она виновата в ореолах, которые свойственны многим HDR-фотографиям. Это значение лучше ставить на максимум.

Luminosity - определяет общий световой уровень фотографии. Повышение этого параметра высветляет тени, более равномерно распределяя световые значения на гистограмме, но в то же время выявляет шумы в тенях.

Micro Contrast - определяет световой контраст в деталях.

Micro Smoothing - уменьшает локальный контраст деталей, влияние предыдущего параметра. Слишком большие значения делают фотографию плоской, со слабо выраженными локальными световыми значениями, при уменьшении этого параметра увеличивается шум и могут появиться темно-серые пятна в областях средней освещенности.

White/Black Clip - определяет значение, после/до которого информация в светлых/темных тонах обрезается.

Output Depth - для изображений, которые вы еще собираетесь обрабатывать в графическом редакторе, лучше ставить на 16 бит.

Некоторые довольно полезные опции были добавлены в версии 2.5: Color Temperature - сдвигает цветовую температуру изображения по отношению к исходному HDRI.

Saturation Highlights/Shadows - изменение насыщенности темных/светлых тонов. Эти опции работают с исходным HDR-изображением, с темными/светлыми тонами реального мотива, поэтому они не являются аналогами Color Balance или Selective Color в Photoshop.

Highlights/Shadows Smoothing - контролируют изменение контраста в темных и светлых тонах.

Shadows Clipping - затемняет темные области, обычно содержащие в HDR много шума.

Обычно локальный контраст получившейся фотографии ниже, чем той, что была в предварительном просмотре. Происходит это из-за того, что тональное отображение рассчитывается с учетом размеров областей локального и глобального контрастов, которые различны в зависимости от размеров изображения. Разница между конечным результатом и предварительным просмотром будет тем больше, чем больше разница между самим изображением и его копией в окне предпросмотра.

В этом случае либо если по каким-то другим причинам результат вас не устраивает, можно вернуться к HDR-файлу опцией HDR—Undo Tone Mapping.

4. Соединение экспозиций (Exposure Blending)

Кроме создания HDR, есть еще один способ увеличения динамического диапазона фотографий. Этот метод работает для любого количества фотографий, снятых со штатива, но для простоты ограничимся двумя снимками. В Photoshop обе фотографии копируются в один файл в виде слоев, а к верхней добавляется маска.

В самых простых случаях, когда светлая и темная части снимка разделены прямой линией горизонта, достаточно закрасить маску градиентом от белого к черному, имитируя серый градиентный фильтр, известный из аналоговой фотографии. Если удерживать Shift при создании вертикального градиента, получится ровный горизонтальный переход.

Гораздо чаще такими простыми методами обойтись не получается: темные и светлые части снимка разделены неровной границей либо разбросаны по всей фотографии. В этом случае маску придется подгонять к конкретному случаю. Для этого слой с более темной фотографией помещаем сверху и добавляем к нему маску. Для начала сделаем грубый набросок распределения яркостей на маске. Это можно сделать несколькими способами.

Первый способ:

• Выбираем более контрастный слой и копируем его (Ctrl+C).
• В списке каналов верхнего слоя выбираем маску.
• Копируем (Ctrl+V).

Для второго способа маски у верхнего слоя сначала быть не должно.

• Среди RGB-каналов более контрастного слоя выбираем самый контрастный канал.
• Выбираем его, кликнув мышкой, удерживая Ctrl.
• Добавляем маску к верхнему слою. Она автоматически заполнится информацией из выбранного канала.

После создания заготовки маски ее контраст можно увеличить кривыми либо сделать маску, состоящую только из черного и белого цветов фильтром Filter—Sketch —Stamp. Правда, работает он только в 8-битном режиме. Чаще всего после этого нужно тщательно подправлять маску кисточками, меняя прозрачность, размер и размытость краев кисти.

Несколько методов соединения экспозиций, дающих иногда очень неплохие результаты, предлагает также Photomatix. Для этого следует открыть фотографии и в меню Combine выбрать один из методов. Лучшие результаты дают H&S—Auto и H&S—Adjust. Значением Blending Point во втором случае можно задать, из каких фотографий предпочтительнее брать информацию. Чем выше это значение, тем больше будет влияние на результат более светлых снимков. Параметром Radius можно контролировать аккуратность перекрытия экспозиций.

5. Последующая обработка

HDR-изображения после тонального отображения обычно следует обработать, чтобы добавить им контраста и скорректировать цвета. Кроме того, изображения, полученные в Photomatix, при некоторых настройках имеют одну особенность: тени в них бывают более светлыми, чем в самом светлом из исходных изображений, а светлые области темнее, чем в самом темном. Чтобы сделать изображение снова приближенным к реальности, следует открыть его в Photoshop, сверху скопировать самую светлую из исходных фотографий в режиме Darken и самую темную в режиме Lighten. Не исключено, что нужно будет добавить к этим изображениям маски и стереть какие-либо части кисточкой с мягкими краями и прозрачностью 10–30%.

Некоторые программы, работающие с HDR, могут искажать цвета и насыщенность цвета при тональном отображении. Эту проблему в большинстве случаев можно исправить в Photoshop: исходные снимки скопировать в виде слоев на получившееся из HDR изображение и поменять режим перекрытия на Color или Saturation, вернув тем самым естественные цвета. В местах пересветов и теней следует использовать цвета соответственно из недо- и пересвеченных исходников.

6. Альтернативные программы для работы с HDR

В этой статье были подробно рассмотрены Photoshop и Photomatix, но кроме них существуют и другие программы, позволяющие создавать HDR и делать тональное отображение. На эти альтернативные программы также имеет смысл обратить внимание.

EasyHDR — программа с удобным, понятным интерфейсом и большим количеством опций. Более гибкая, чем Photoshop, результаты тонального отображения выглядят более натуральными, чем результаты Photomatix.

Artizen HDR — графический редактор, в котором работа с HDR не является основной функцией. Создание HDRI и тональное отображение делает довольно качественно.

Picturenaut — бесплатная программа для работы с HDR. Неплохо справляется с тональным отображением, но при очень большом динамическом диапазоне может быть сложно найти подходящие параметры.

Qtpfsgui — предлагает несколько алгоритмов, различающихся по параметрам, результатам и времени расчета. После тонального отображения результаты сохраняются в различных окнах, что дает возможность сравнить и выбрать оптимальные параметры.

Ulead PhotoImpact — известный графический редактор. Управление каретками тонального отображения не очень удобно, но результаты более или менее удовлетворительные.

HDR View — небольшая программа для просмотра HDRI. Позволяет увеличивать и уменьшать экспозицию, сохранять изображение на выбранной экспозиции в формате bmp.

Технология HDR может помочь фотографам преодолеть ограничения динамического диапазона матрицы цифрового фотоаппарата. Некоторые программы также позволяют создавать изображения, больше напоминающие сюрреалистические картины, чем фотографии. В каких случаях имеет смысл расширять динамический диапазон фотографии, насколько реалистичной будет конечная фотография — все это решает каждый сам для себя. Работа с HDR дает нам эту замечательную возможность выбора.

Если у вас остались вопросы по созданию HDR изображений, задайте их в разделе «Вопросы эксперту»!