|
|
Fotografie a vysoký dynamický rozsah -
Základy HDR
"Mastering
HDR Photography“
Michael
Freeman
Zoner Press -
www.zonerpress.cz
Recenzi nemohu začít jinak, než citátem, který nejlépe
vystihuje tématiku knihy:
„Buďte
vítáni u něčeho docela nového na poli fotografie. U možnosti
vytvářet snímky scén přesně tak, jak si myslíme, že je
vidíme, nebo ještě přesněji, jak bychom je rádi viděli.“
Pro
ty čtenáře, kteří se s HDR dosud nesetkali, si dovolím
předsunout trochu osobní vsuvku. Přiznám se, že před
červencem t.r. jsem toho o HDR mnoho neslyšel. K 80-tým
narozeninám jsem dostal digitální zrcadlovku a při zkoumání
jejich možností upoutala moji pozornost možnost opakované
expozice se stupňovitou změnou expozice ( +0,7 EV ). Ve
stejnou dobu jsem psal recenzi na knihu M. Freemana,
věnovanou fotografování v podmínkách nízkého osvětlení,
která obsahuje stručnou zmínku o HDR. Moje zvědavost mne
přivedla na webu k informaci o možnosti využití HDR
v editoru Zoner Photo Studia 11. A pak už vedla cesta
k instalaci první trial verze specializovaného SW pro HDR.
Prošel jsem si několik diskusních skupin ( fóra ) a když
jsem zjistil, kolik různých názorů na HDR techniku se
vyskytuje, a protože nemám rád černobílé vidění při
hodnocení moderních metod a technik, rozhodl jsem se přijít
věci na kloub. Text této recenze vás přesvědčí o výsledku
mého snažení. Výběr citátu do úvodu recenze je jistě
výmluvným vyjádřením mého vztahu k HDR. Pokud vás překvapí,
že – proti svému zvyku – se věnuji „soft“ problematice HDR
více než otázkám spojeným s vlastní technikou – přečtěte si,
prosím, závěrečný odstavec této recenze. Využitím volných
citací z textu knihy se snažím věrohodně přiblížit přístup
autora k HDR.
Lidský zrak je nesmírně složitý a dosud plně
nepopsaný. Zahrnuje současně fyziologii i psychologii
vnímání. Výsledkem je, že v tomto oboru existuje překvapivě
malá shoda nad mnoha klíčovými mechanismy. Fotografové mají
své vlastní způsoby nazírání na lidské vidění obecně, na
účinky své představivosti a hodnocení reakcí diváků při
prvním spatření snímku.
U HDR jde o
možnost vytvářet snímky scén přesně tak, jak si myslíme, že
je vidíme, nebo ještě přesněji, jak bychom je rádi viděli.
Formluace není náhodná!
Jde o
problematiku, v níž se setkávají fotografie, náročné
výpočty a znalosti lidského vnímání světla. Náročné
znalosti, nové a ve vývoji.
HDR
začíná u expozice a postupuje k tvorbě HDR souboru z řady
zaznamenaných snímků se odstupňovanou expozicí.
Až doposud byla většina principů digitální fotografie
založena na tom, co výbava zvládne, spíše než na tom, co
vyžadují tóny a barvy na scéně. HDR to mění.
Nasnímáním řady expozic vytvoříme úplný a souhrnný
optický záznam scény před fotoaparátem, kdy některé
části nebudou odpovídat schopnostem obrazového senzoru a
fotoaparátu. Když tyto informace uložíme v digitální
formě, budeme schopni je později opětovně využít pro
lepší nebo zajímavější výsledky.
U zpracování tématu HDR není jiná možnost, než ponořit se
hluboko do konkrétních znalostí.
Práce se snímky s vysokým dynamickým rozsahem, HDR ( High
Dynamic Range), vyžaduje technický a na některých místech i
podrobný rozbor. Autor se krok za krokem noří hluboko
do konkrétních znalostí, nezbytnou dávku teorie přidal,
hned ze začátku.
Autor respektuje fakt, že k standardním definicím obrazových
vlastností přidalo HDR zobrazení potřebu nových termínů
pro popis vlastnosti, které doposud nemohly být upravovány.
Obsah knihy:
Úvod
HDR scény a lidské vnímání
HDR snímání a generování
HDR mapování tonality
HDR workflow
Slovníček pojmů
Pro výstižnější přiblížení přístupu autora jsem vybral
několik dílčích témat.
Vybraná dílčí témata
Světlo, jasy a odrazy
Dynamický rozsah scény
Dynamický rozsah senzoru
Dynamický rozsah monitorů
Způsob lidského vnímání světla
Typy scén s vysokým rozsahem jasů
HDR terminologie
HDR snímání a generování
Porovnání programů
Formát HDR souborů
Správa barev
Teorie mapování tonality
Operátory mapování tonality
Důležitost dodatečných úprav
Mapování tónů pro běžné snímky
Mapování tonality pro skeny
Workflow – pracovní postup
Skládání HDR
Případové studie: Kostel, Portrét, Pre-proces,
Obloha a stín, Světla velkoměsta. Delikátní světlo, výrazná
členitost.
Podle M. Freemana HDR umožňuje :
- obnovu vysokých jasů a hlubokých stínů v každé situaci,
- možnost úspěšně fotografovat v ostrém a tvrdém světle,
- získat pozoruhodnou, dříve nedosažitelnou tonalitu a
barevnost,
- fotografovat za jakýchkoliv světelných podmínek.
HDR má také svá omezení a něco nás stojí navíc.
Fotografovaná scéna musí být statická, stejně tak i náš
fotoaparát, a HDR vyžaduje významné množství práce u
počítače navíc.
Proces
HDR
fotografie má dvě rozdílné součásti: snímání a zpracování.
Snímání při HDR se nemění, ale zpracování silně závisí na
použitém programovém vybavení.
Po více než jedno století bylo jasnou skutečností, že
fotografie není schopna zaznamenat a nebo ukázat plný
rozsah jasů skutečného světa. Je dobré mít na paměti,
že fotografování s vysokým dynamickým rozsahem je už možné
po několik desetiletí černobílým negativním filmem.
Snímání HDR stojí zejména za úvahu zejména u snímků, které
by dříve byly zamítnuty jako „příliš kontrastní“
Jednou částí problematiky HDR je omezení senzoru
digitálního fotoaparátu. Autor však upozorňuje, že
omezení plynou z aktuálně používaných technologií.
Nevidí v principu žádný důvod, proč by senzor fotoaparátu
nemohl zachytit větší dynamický rozsah, než jaký dokáže
zaznamenat dnes; ještě nejsme na konci vývoje. Když senzor
fotoaparátu nezvládne plný rozsah jasů v náročné scéně,
situace se ještě zhorší v závěrečném kroku
fotografováni, při zobrazení snímku.
Velmi
cenná pro plné pochopení HDR je část knihy věnovaná lidskému
vnímání scén.
Jak
jsem uvedl v úvodu, pro mne byl tento pohled obzvláště
cenný.
Lidské vnímání je neobyčejně složité a přizpůsobivé.
Autor uvádí poznatek, podle kterého, když se díváme na
běžnou zvětšeninu s malým dynamickým rozsahem, tak za
předpokladu, že je zhotovena odpovídajícím způsobem, nemáme
dojem žádné chyby. Složitý mechanismus vnímání nás vede
k očekávání a k vidění různých věcí s ohledem na to, jak
jsou prezentovány.
Lidské vnímání a fotoaparáty mají mnoho stejných problémů,
vysoký rozsah možných úrovní jasů, méně než ideální počet
citlivých buněk na sítnici (nebo v senzoru) a limitované
přenosové pásmo optického nervu. Přizpůsobení se nazývá „světelnou
stálostí“. Podstatně více si snímáme rozdílů mezi jasy
povrchů navzájem, než celkového osvětlení.
Kontrast
je autorem definován jako poměr mezi nejsvětlejší a
nejtmavší plochou snímku, ale současné zkoumání způsobů,
jakými vnímáme snímky (a počítačovou grafiku), zčeřilo vodu.
Zatím jsme uvyklí myslet, z pohledu klasických
fotografických termínů , na jeden druh kontrastu, ale při
HDR zjistíme, že je jich celá řada. Důležitou vlastností
lidského vnímání je, že větší pozornost věnujeme
relativním změnám jasu spíše než jasu absolutnímu.
Jinými slovy, jsme vnímavější ke kontrastům na malé ploše
obrazu před námi, spíše než celkovému kontrastu celé scény.
Náš zrak se po chvíli přizpůsobí celkovému množství světía
dopadajícímu na scénu, ale to, čeho si skutečně všímáme,
jsou rozdíly mezi sousedními plochami, které odrážejí
světlo, kontrastu.
Pozoruhodná je proto část knihy, věnovaná autorem tomu, co
nazývají badatelé problémem „ukotvení“. Jak se
rozhodujeme na nějaké scéně co je bílé, co má nejvyšší
jas, co je černé a co jsou střední tóny? Výzkumy zjistily,
že na každé scéně přiřadíme nejsvětlejší hodnotu jako bílou,
i když ve skutečnosti se jedná o jistý stupeň šedé. A co
víc, čím větší je tato plocha, tím se nám zdá světlejší. A
tak, pokud je převážná část scény šedá, neodvolatelně se nám
zdá světlejší, méně hustá, než kdyby pokrývala menší plochu.
Důsledkem pro fotografii a HDR mapování tonality je, že
větší tmavé plochy vyžadují vyšší stupeň vnímavosti než
plochy malé.
Na opačné straně tonálního rozsahu je otázkou, jak
rozlišujeme mezi různými stupni bělosti. Často na
fotografii najdeme oblast, ke které přistupujeme osobitým
způsobem tak, že všechny předměty uvnitř této plochy
mají vůči sobě vzájemné vztahy.
Jde o lokální příbuznost tónů a objektů na scéně a na
snímku, což je pro lidské vnímání nejdůležitější – a
přesně to provádí mapování tonality formou lokálních
prostředků.
Zobrazení scény způsobem odpovídajícím lidskému vnímání
je výsostnou záležitostí HDR technik, ale ačkoliv to zní
přijatelně, schází jim na pozadí důležitá vizuální
zkušenost
Při pohledu na fotografii, nehledíme jen na obraz
zachyceného okamžiku, pohlížíme na úhledné zarámovaný obraz
jako na objekt. Máme jistá očekávání. Na prvním místě je
proto úhel pohledu.
Různé scény mají vysoký dynamický rozsah z nejrůznějších
příčin. Jde o významnou souvislost, jelikož různé
důvody vzniku vysokého dynamického rozsahu vyžadují při
mapování tonality odlišné způsoby zpracování.
Dostupné programové vybavení
pro vytváření realisticky vypadajících fotografií z HDR dat
je k dispozici jen několik málo roků, ale vývoj se datuje
k roku 1990.
Tvorba HDR fotografie ze zdrojových snímků s nízkým
dynamickým rozsahem (LDR) je, při využití moderního HDR
softaru, často jednoduchá. Téměř vše je automatické u
všech významných HDR aplikací. Obvykle jsme požádáni o
výběr zdrojových snímků a program si prohlédne jejich EXIF
údaje. Odtud získá údaje o expozici a může pokračovat ve
výpočtech. V současnosti je jediným fotoaparátem, schopným
zaznamenat jediným snímkem vysoký dynamický rozsah,
německý SpheroCamHDR.
K významné otázce formátu HDR souborů, autor uvádí:
„Prvním vyvinutým HDR formátem, a stále ještě široce
užívaným standardem, je Radiance od Grega Warda. Má dvě
varianty, RGBE a XYZE. Druhá va HDR verze formátu TIFF má
také své použití, přinejmenším s ohledem na vynikající
přesnost, využívá se při dočasných převodech jvnitř
jednotlivých programů. Její dynamický rozsah je obrovský. To
je potenciální problém, ale je kladem HDR zobrazení,
že většina funkcí mapování tonality pracuje spíše s jasy
než s barevnou informací, a tak dojde k zachování
původního poměru červené, modré a zelené barvy. „
Nejdůležitější v HDR, stejně jako nejobtížnější, je
procedura mapování tónů. Pokud jste vytvořili HDR
obrázek z dostatečně širokého rozsahu expozice, správně
rozložené, tak byste měli mít kompletní záznam všech
úrovní jasu z originální scény. Jak pojmout všechny tyto
informace a začlenit je do fotografie, je úlohou tónového
mapování. Jedním z výchozích poznatků, důležitých pro
mapování tonality, je skutečnost, že intenzita světla
dopadajícího na objekt se může lišit podstatně výraznější
měrou než odrazívost povrchů.
Jednou ze zvláštností mapování tonality HDR snímků je -
podle autora - to, že nemůžeme spatřit výsledek, pokud
neskončí celé zpracování. Jsou způsoby, jak se přiblížit,
ale jednou z obtíží při zobrazení náhledu je
skutečnost, že mapování tonality je výpočetně a časově
náročné.
Počítačové mapování tonality
je poměrně nové a vzniklo víceméně během posledních deseti
let. Musíme vzít v úvahu především mimořádnou úroveň vnímání
při pohledu na jednotlivé obrazy scény, než na scénu jako
takovou.
Základní otázkou, která žádného fotografa nepřekvapí, je
komplikovanost mnoha, možná většiny fotografií. Věda
zobrazování je stále daleko od schopnosti úplně analyzovat
fotografii a není o nic blíž schopnosti předpovědět
důležitost objektů na scéně pro pozorovatele. A to je
přesně to, co tónové mapování potřebuje.
Důležitější než různé tipy a triky je pro osvojení si této
techniky znalost cíle, kterého chcete dosáhnout.
Softwarové nástroje vám umožní vtěsnat ohromné množství dat
do omezené kapacity obrazovky, ale neexistuje takový
výsledek, který by uspokojil každého. Jediný způsob je dobře
porozumět tomu, jak operátory mapování tonality (TMO,
tonemapping operátor) fungují a znát i jejich nedostatky.
Základní problém pro všechny TMO je jak vymezit každou
oblast ve které budeme provádět změny. Tento zdánlivě
jednoduchý čin zahrnuje mnoho úrovní vnímání, odhadu a
názoru.
Autor se věnuje rovněž přiblížení práce s různými
ovladači, od jednoduchého výchozího nastavení až po
komplikovanější diskuse o procedurách. Jeden z problémů při
vysvětlování mapování tonality je skutečnost, že některé
procesy jsou koncepčně dost složité.
V době psaní knihy M. Freemana bylo pouze několik opravdu
výkonných HDR aplikací, přestože existuje více než
dvacet operátorů mapování tonality. Důvod toho je přesnost,
počet nabízených nástrojů, platforma a podpora takových
detailů jako je Raw formát a absence EXIF dat.
Na vrcholu seznamu užitečnosti je Photomatix, který vznikl
v roce 2003 a neustále ;e vylepšuje. Další je Photoshop CS2
a CS3, FDRTools, Artizen a EasyHDR. Každá z aplikací má
jinou filozofii.
Autor věnuje pozornost nejen kladům, ale i nedostatkům HDR.
Uvádí: „Kdybych měl vyjmenovat všechnv nedostatky HDR
fotografií, byly by to určitě
- halo efekty,
- žádná tajuplnost,
- přesycené barvy,
- málo bílé a černé
- přemrštěné detaily. „
Některé z problémů HDR fotografií jsou způsobeny
obtížností výpočtů (především halo efekty), ale většina
je způsobena nesprávným úsudkem a přehnaným nastavením.
Z mnoha důvodů jsou nevyhnutelné některé dodatečné
úpravy výstupu z procesu automatického generování HDR
snímků. Dodatečné úpravy nejsou řešením nedostatků, ale
přirozenou součástí procedury. Mnoho různých prvků obrázku
může vyžadovat jemnou úpravu, ale je důležité se ujistit, že
finální verze bude vypadat přirozeně. l některé z ovladačů
v HDR softwarech lze považovat za nástroje pro dodatečnou
úpravu. Každý má pro dolaďování obrázku vlastní postup a
ten můžete využít i při úpravě HDR fotografií.
Autor uvádí svůj doporučený postup práce při dolaďování
obrázků. Upozorňuje na provázanost operací při
dolaďování , kde se setkáváme s velkým počtem proměnných
faktorů. Pohnete jedním posuvníkem a ovlivní to druhý, nebo
s ním posunete, protože víte, že jeho nastavením opravíte
jiný problém. To vše proč je ztíženo mnoha možnými způsoby
úpravy prvků na obrázku. Každý fotograf, který se pustí do
HDR, vybere program, který se mu nejvíce zamlouvá a naučí se
s ním pracovat.
Je důležité vymyslet efektivní postup práce, který by
odpovídal zvolenému způsobu fotografování a zpracovávání
obrázků. Z důvodu velkého počtu faktorů – včetně formátu
souboru, odstraňování barevných vad, dodatečných úprav a
podobně – není stanovení postupu práce tak jednoduché, jak
se může na první pohled zdát. Autor uvádí přehled několika
možností - varianty různých postupů práce přizpůsobené na
míru různým okolnostem.
Podle jeho vlastních slov, je užitečnou částí knihy autorem
uváděný postup práce v konkrétních jednotlivých případech.
Nejde mu o to, aby čtenáři aplikovali stejný postup na každý
obrázek, spíše chce ukázat, jaké okolnosti mohou u různých
HDR orocedur a mapování tónů nastat. Uváděné postupy jsou
zajímavé a poskytují dostatek prostoru pro procvičování
dovedností a individuální interpretaci.
Pozornost autora je dále věnována různým problémům spojeným
se skládáním fotografií . Uvádějí se dvě základní
alternativy pro přímé skládání HDR souborů. Buď se
nejdříve mapuje tonalita a potom se spojí běžné 8bitové
soubory nebo se provede mapování tonality nakonec a každá
expozice ze sekvence se složí odděleně.
Závěrečná část knihy patří případovým studiím – viz
obsah a seznam vybraných dílčích témat knihy. Standardní
pokusný obrázek pro HDR výzkum tvoří záběr kostela Stanford
L Memoriál Church. Kostely zanechávají neobyčejný, přece
však známý dojem, a jinak tomu není ani u první studie. Je
zde rozsáhlý, slabé a nerovnoměrně osvětlený interiér
zahrnující množství drobných detailů a malých oken,
která jsou typicky vyplněna barevným sklem a jejichž krásu
chceme zachytit. Je to velká výzva, ale nejedná se o
nejhorší typ pro HDR mapování tonality. Zásadní je
odhalit množství detailů středních tónů a zvýraznit
mikrokontrast, abychom vyzdvihli bohatost detailů obkladů,
oken a soch.
V klasické fotografii bylo možné zachytit jen významný
detail, nebo vůbec nefotografovat, vyčkat na jiné osvětlení
a nebo změnit úhel pohledu. Jde o komplexní vazbu mezi
lidským zrakem a mozkem. Musíme ji poznat, abychom
dokázali rozhodovat o expozici a zpracování HDR snímků
Autor doporučuje, abychom brali mapování tónů jako umění
vytváření fotografií - umění, které mělo svůj poslední
vrchol během rozkvětu černobílého fotografování. Ve
skutečnosti je jakákoli náročná metoda úpravy hodnot tónů a
barev na obrázku formou mapování tonality. Jedna z vedoucích
skupin zabývající se HDR, Reinhard a kol., použil Adamsův
Zóně Systém jako počáteční bod pro svoji práci. Za
posledních několik let se vývoj posunul a nejnovější HDR
programy splňují čím dál více požadavků fotografů.
Fotografování a zobrazování scén s vysokým dynamickým
rozsahem (HDR, High Dynamic Range) je jednou z nejnovějších
výzev, se kterou se uživatelé digitálních fotoaparátů
setkávají.
Michael Freeman se v knize
Fotografie a vysoký dynamický rozsah - základy HDR věnuje
především praktickým možnostem fotografování, zpracování
a následného zobrazení HDR snímků pro potřeby fotografů.
Kniha je doplněna ukázkami typických příkladů HDR ve formě
případových studií. M. Freeman upozorňuje, že
HDR není pro každého,
ale tomu, kdo splňuje obě
podmínky, otevírá HDR nový svět a nebávalou úroveň
kontroly nad snímkem. Autor upozorňuje na
výskyt mnoha mylných názorů a povrchních zkušenosti.
Použití HDR metody za každou cénu nejen nemá význam, ale
dojde k jisté obehranosti, což je v konečném efektu daleko
horší.
Podle autora je rozhodujícím problémem HDR to, jak použit
všechny informace o jasu v dynamickém rozsahu skutečné scény
a zkomprimovat pro zobrazení na monitoru nebo tištěné
fotografii. Kdyby existoval vhodný a levný způsob, jak
zobrazit celý rozsah jasu, nic z toho by nebylo
nezbytné, (ale jediné takove zobrazovací za řízení e
v současné době velký a nákladný Brightside monitor.)
A jak je známo, fotografie papírová bude pravděpodobně vždy
její nejžádanější formou. Tato část procesu směřuje ke
kompresi HDR obrázku na LDR obrázek (o nízkém dynamickém
rozsahu).
U fotografie jde o složitou technickou problematiku. Možná
bude někdy většina této složitosti ukryta pod povrchem, ale
dnes je ještě docela důležité vědět jak a proč fungují
HDR procesy. HDR zobrazování, nové a možná převratné, je
bodem, kde se sbíhají všechny znalosti o vnímání,
matematice a fotografii, ať chceme nebo ne. Většina
obtíží zaznamenaných fotografy zkoušejícími tyto techniky
při řešení problémů s kontrastem ve snaze získat fotografii,
která bude vypadat „dobře“ plyne z neúplného pochopení
možností a schopností mapování tonality. A co více,
programové nástroje zatím nejsou tak dokonalé, aby
poskytovaly předvídatelné a bezvadné výsledky.
doc. Arnošt Katolický
6. září 2009.
|
|
|
