AKA MONITOR
www.akamonitor.cz

   
 

RECENZE

 
HDR
SOFTWARE
-------------
Photomatix Pro
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


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.

 

 
 
 
 
 
 

www.akamonitor.cz