Et gæstepost af Dave Ware fra Whalebone Photography.
Denne note har til formål at være en hurtig diskussion om High Dynamic Range og mulige fremtidige forbedringer for at forbedre den.
Hvad er høj dynamisk rækkevidde?
High Dynamic Range er en digital behandlingseffekt, der anvendes inden for fotografering til at kombinere et antal billeder med forskellige eksponeringer for at skabe et konsekvent eksponeret billede gennem hele billedet. Dette øger lysstyrken (mængden af lys), der er synlig i et billede.
Hvorfor kræves det?
Kameraets begrænsning af mængden af farve og luminans, det kan optage, styres af sensorens kapacitet og det dynamiske område af kameraets elektronik. For eksempel bruger Canon EOS 40D en 14 bit analog til digital konverter, der digitaliserer de analoge signaler, der modtages fra sensoren. De 14 digitale bits giver mulighed for at optage 16.384 forskellige farver i kameraet.
Ser man på et histogram, er den vandrette akse luminansniveauet for et billede. Den lodrette akse repræsenterer mængden af billedet, der indeholder dette lysniveau. For eksempel viser et histogram med en enkelt linje i venstre kant, at billedet er rent sort. Ligeledes repræsenterer en enkelt linje i højre kant et billede, der er rent hvidt. Mængden af data, der kan komprimeres inden for histogrammet, er begrænset af kameraets dynamiske område. Et meget lavt dynamisk område resulterer i, at de vandrette aksegrænser ligger tæt på hinanden. Et højt dynamisk område placerer disse akser langt fra hinanden.
Her er eksponeringen af kameraet indstillet til ballonerne - dette blev valgt, da ballonerne var genstand for billedet, og træerne i dette tilfælde blev brugt til at 'indramme' ballonerne. Histogrammet viser spidsen til venstre for histogrammet, der repræsenterer træerne, og dataene til højre repræsenterer ballonerne og himlen. Hvis fotografen ville have både ballonerne og træerne eksponeret, ville der være krævet et kompromis, så ballonerne blev lidt overeksponerede og træerne kun lidt undereksponeret.
Ovenstående billede viser det traditionelle kompromis - himlen har mistet noget af sin mætning i farve, men træerne har bevaret nogle detaljer. Bemærk også, at histogrammet viser en lidt smallere spids på højre kant (ballonerne er nu lidt overeksponeret), og den venstre kant angiver, at der er flere detaljer (træerne er ikke længere en komplet silhuet).
Så for at overvinde dette kan fotografen tage et foto eksponeret som baggrund og derefter et andet foto eksponeret for forgrunden. Et par andre fotos tages normalt mellem disse 2 eksponeringer.
Når man kombinerer hvert billede, oprettes et visuelt tiltalende billede, og effekterne kan være ret dramatiske. Dette er grundlaget for digital HDR. En hurtig Google-søgning giver nogle flere eksempler.
Fremtiden for HDR
I øjeblikket er HDR en efterbehandlingsteknik, men når kameraer skrider frem, er det muligt, at dette er et område, som virkelig kan forbedres af producenterne.
Kameraets dynamiske rækkevidde vil sandsynligvis blive forbedret. Den ovenfor nævnte 14 bit ADC tillader at optage 16.386 farver. 24 bit ADC'er har været i produktion i mange år, hvilket gør det muligt at optage i alt knap 17 millioner farver! Sensoren skulle være i stand til at matche dette dynamiske område, og kameraets interne processor skulle være i stand til at behandle dataene. Denne kapacitet eksisterer allerede som det fremgår af hjemmecomputere, der har fungeret fra 32 bit i årevis og nu er op til 64 bit behandling. Hvorvidt sensoren er i stand til dette er et andet spørgsmål til diskussion, og den ekstra behandling, der kræves, vil øge tiden til at skrive dataene til hukommelseskortet. Dette kan begrænse antallet af fulde hastighedsrammer, der er taget, før cachen er fuld, og kameraet skriver billederne til hukommelseskortet. Disse ulemper er måske det, der hindrer udviklingen af øget dynamisk rækkevidde i kameraet, da der med mange fordele ofte er en ulempe.
En anden 'in camera'-teknik kan være at bruge adskillige sensorer i kameraet. Hvis en sensor og tilhørende elektronik kan være i stand til et bestemt dynamisk område, kan 2 sensorer bruges til at øge det samlede dynamiske område. For eksempel kan en sensor eksponere for højdepunkterne, og 1 sensor kan bruges til at eksponere for skyggerne, hvilket skaber et højere dynamisk område. Sensorer kan gøres utroligt små - se bare på størrelsen på telefoner, der har adskillige megapixel kameraer, og så er det sandsynligvis ikke noget problem at presse 2 sensorer (eller mere!) Ind i et enkelt kamera. Når sensorstørrelsen aftager, bliver lyden fra det optagede billede (billedets 'kornethed') større. Endnu en gang er dette en kompromis mellem højt dynamisk område, billedkvalitet og størrelse.
En anden metode kan være at bruge en alternativ tonekurvealgoritme, som i øjeblikket generelt anvendes på billeder i kameraet. Når et foto tages, omdannes signaler fra sensoren til digitale bits og sendes til kameraets computer. For at give mening om disse signaler behandler computeren dataene og gør dem til noget meningsfuldt. Dette er en form for tonekurve. Normalt anvendes dette over hele billedet som et 'gennemsnit'. Moderne teknikker kan dog anvende en individuel tonekurve på hver enkelt pixel i billedet. Dette kan gøre et billede eksponeret på samme måde som det, der ses af det menneskelige øje (dvs. med et højere dynamisk område). Dette vil uundgåeligt øge behandlingstiden i kameraet, selvom da den nuværende metode til HDR-billeddannelse er at tage adskillige fotos ved forskellige eksponeringer, er den yderligere behandlingstid for et enkelt billede sandsynligvis stadig en enorm tidsbesparelse.
Denne nye tonekurve-metode fremskyndes af virksomheder, og Samsung har for nylig købt en licens til at bruge teknologien.
Måske har andre producenter en alternativ metode, eller betragter de ikke et højt dynamisk område af stor betydning i deres kameraer, eller bare bider deres tid. Denne teknologi er stadig under udvikling og er et spændende område inden for kamerateknologi, især da mega-pixelkampen bliver gamle nyheder.
High Dynamic Range-teknikker kan overanvendes, og billeder kan let gøres unaturlige. Årsagen til, at de er unaturlige, er, at de udvider det mulige interval for det menneskelige øje. Det ville være trist, hvis teknologien fjernede fotografiets ægthed, som adskiller denne kunst fra malerikunsten (hvor både komposition og eksponering kun er begrænset til fantasi). Hvis teknologien imidlertid var i stand til at replikere billederne set af det menneskelige øje, er det måske en acceptabel teknologisk milepæl.
Se mere af Daves arbejde på Whalebone Photography.