HDR, DRI - czyli sposób zwiększania zakresu tonalnego - cz. 1


Z pewnością nie raz zastanawialiście się skąd biorą się doskonale naświetlone we wszystkich obszarach - jasnych i ciemnych - obrazy, których nie sposób zarejestrować jednym ujęciem. Rozpoczynamy cykl Macieja Duczyńskiego o tech. HDR i DRI umożliwiających złożenie jednego obrazu z kilku różnie naświetlonych klatek w celu osiągnięcia wyższej rozpiętości tonalnej, dających czasem "cukierkowy", a przeważnie doskonały efekt.


Od autora:

W artykule chciałbym zawrzeć inforamcje na temat obróbki HDR, DRI, obróbki panoram oraz prawidłowego przygotowania zdjęć do wydruku. Od wielu lat Zajmuję się fotografią pejzażową. Artykuł ten powstał na potrzeby osób, które dopiero zaczynają swoją zabawę z aparatem oraz z późniejszą obróbką komputerową. Mam doświadczenie w tej dziedzinnie i chciałbym się nim podzielić ze wszystkim zaintersowanymi. Ten artykuł skierowany jest w szczególności do fotoamatorów, starałem się więc krok po kroku pokazać proces jakim poddawane są zdjęcia, od naciśnięcia spustu po wykonanie prawidłowego wydruku. W razie jakichkolwiek wątpliwości chętnie odpowiem na wszelkie pytanie drogą mailową.


2. Podstawowe pojęcia

- DR - Dynamic Range, Zakres Tonalny, stosunek jasności partii najjaśniejszych obrazu do najciemniejszych, jest on ograniczany z jednej strony przez możliwości urządzenia rejestrującego obraz (Np. matryca aparatu cyfrowego), a z drugiej przez możliwości urządzenia wyświetlającego obraz (monitor, drukarka). Stosunek ten dla przeciętnej matrycy wynosi 500:1 (~8 EV), dla drukarki 250:1 (~7 EV) a dla monitora 500:1 (~8 EV) Wartości oczywiście przybliżone, maja na celu zobrazowanie pojęcia. Wartości spotykane w rzeczywistych warunkach sięgają 100 000:1 (~17 EV) zaś nasze oko dostrzega 10 000:1 (~14 EV).

- HDR - High Dynamic Range, Szeroki Zakres Tonalny, metoda uzyskania obrazu o zakresie tonalnym znacznie szerszym od zarejestrowanego przez aparat na pojedynczej klatce polegająca na tworzeniu pliku, zazwyczaj o 32 bitowej głębi koloru, powstałego na skutek połączenia kilku obrazów tej samej sceny naświetlanych w różny sposób, tak, aby na poszczególnych klatkach zarejestrować poprawnie wszystkie zakresy, od świateł do cieni. Stworzenie takiego pliku wymaga kilku plików wejściowych, ich ilość zależy od zakresu tonalnego rejestrowanej sceny, z mojego doświadczenia wynika, że w 90% przypadków wystarczają 3 pliki zarejestrowane ze skokiem około 2 EV, czyli w praktyce wykonujemy 3 naświetlenia z ta sama wartością przysłony zmieniając czas w stosunkach x0.25; x1; x4.

- DRI - Dynamic Range Increase, Zwiększenie Zakresu Tonalnego, metoda polegająca na odpowiednim nałożeniu na siebie i zamaskowaniu kilku warstw zawierających tą sama scenę naświetlonych w różny sposób. Najpoważniejszą różnicą, w pewnym uproszczeniu oczywiście, jest fakt, że DRI to w praktyce zastępowanie partii jednego obrazu za pomocą wycinków innego, te partie są stosunkowo duże, czasem może to być cala połać nieba, podczas gdy w HDR zmiany te maja miejsce w każdym pikselu obrazu.

- Bracketing, opcja dostępna w większości lustrzanek polegająca na wykonaniu serii ujęć tej samej sceny przy stałej wartości przysłony i czasach zmienianych z zadanym skokiem. Skok ten oraz ilość ujęć zależy od typu posiadanego aparatu, przykładowo w Canonie EOS 5D są to 3 klatki z maksymalnym skokiem 2 EV, w Nikonie D200 do 9 ujęć z maksymalnym skokiem 1 EV. Funkcja ta miała pierwotnie inne zastosowanie niemniej okazała się bardzo pomocna przy wykonywaniu poszczególnych naświetlań potrzebnych do wykonania obrazu w tech. HDR.

3. Oprogramowanie
Omawiane przeze mnie przykłady wymagają posiadania następującego oprogramowania:

- Adobe Photoshop CS2
- Photomatix Pro ver.2.3
- PTGui ver. 6.0 (rozdział dotyczący składania panoram)

4. Kiedy stosujemy HDR?

1.


Wtedy gdy fotografowana scena zawiera zbyt duży zakres tonalny, typowe przykłady to zdjęcia nocne z latarniami, pejzaże ze słońcem w kadrze czy wnętrza zawierające źródła światła lub okna. Jako, że zajmuje się głównie "landszaftami", niech przykładem będzie poniższa fotografia. Oto scena ze Strbskiego Plesa w Słowacji w 3 różnych naświetleniach. Żadnego z nich nie możemy uznać za poprawne czy też zbliżone do sceny widzianej ludzkim okiem. Po procesie HDR i podstawowej obróbce w PS zdjęcie prezentuje się następująco:

2.


5. Naświetlanie poszczególnych ujęć

Podstawowym warunkiem uzyskania obrazu w technologii HDR jest posiadanie kilku wersji obrazu tej samej sceny wykonanego z różnymi parametrami naświetlania (ewentualnie kilku plików TIFF czy tez JPG uzyskanych z różnego wywołania jednego pliku RAW). Najlepszym rozwiązaniem jest wykonanie kilku naświetlań tej samej sceny aparatem zamocowanym na statywie. Zamocowanie musi być możliwie stabilne, tak, aby poszczególne obrazy nie różniły się od siebie kadrem nawet w minimalnym stopniu.
Poszczególne naświetlenia powinny być wykonane możliwie szybko ze względu na zmieniające się w czasie elementy krajobrazu takie jak chmury, fale, poruszające się na wietrze gałęzie czy podrygująca na falach łódka. Wybaczcie, musiałem o niej wspomnieć pomimo tego, że pewnie nigdy się z taką sytuacją nie spotkacie. Wiedzcie, że jestem "łódkofilem" i nic tego zmieni.

5.1 Wykonanie kilku różnych ekspozycji

5.1.1. Wykonanie ujęć

- Jeśli to tylko możliwe używaj funkcji bracketingu, umożliwia ona przyspieszenie wykonania serii ujęć oraz pozwala na wykonanie poszczególnych ujęć bez dotykania aparatu, co minimalizuje możliwość poruszenia sprzętu w trakcie wykonywania serii.

- Używaj wężyka spustowego, kolejny element, który pozwala unikać kontaktu z aparatem podczas serii ujęć. Niektóre wężyki mają możliwość zaprogramowania czasu otwarcia migawki (zwykle dla czasów od 1 s w gore), w dzień funkcja ta nie jest przydatna, za to w ujęciach nocnych jak najbardziej, pozwala ona na wykonanie dowolnej ilości naświetlań w trybie bulb a wiec uniezależnia nas od możliwości bracketingu naszego aparatu i pozawala kontrolować dowolnie długie czasu naświetlenia, (podczas gdy z normalnych trybach w większości lustrzanek kończą się one na 30 s).

- Użyj solidnego statywu, jeśli to możliwe ustawionego na solidnym podłożu. W celu zabezpieczenia się przed zmianą położenia aparatu przy porywach wiatru warto statyw dociążyć. Najprostszą metodą jest zawieszenie ciężkiego elementu (Np torby fotog , która zwykle wypełniona jest nieużywaną akurat częścią żelastwa i szkła, które w niej nosimy, w skrajnych przypadkach do torby można nawrzucać kamieni) na haczyku znajdującym się w większości statywów w dolnej części kolumny. Fotografując na plaży pamiętaj, że umieszczony na piasku statyw jest podmywany przez fale i opada, postaraj się w takim przypadku o ustawienie go na możliwie dużych kamieniach.

- Szybkość!!! Zrób wszystko, co możliwe, żeby ograniczyć odstęp pomiędzy poszczególnymi naświetleniami. Jeśli korzystasz z bracketingu przełącz sposób wykonywania zdjęć na tryb ciągły, pozwoli Ci to wykonać serie zdjęć z minimalnym odstępem miedzy ujęciami, często w praktyce daje to możliwość naświetlenia potrzebnych nam 3 klatek w czasie mniejszym niż 1 s za pomocą jednokrotnego naciśnięcia spustu.

- Auto Focus. W żadnym wypadku nie pozwól, aby aparat pozostał w trybie AF. Jeśli z niego korzystasz, to po ustawieniu ostrości przez aparat upewnij się, że zrobił to dobrze i przejdź w tryb manualny. Zdarza się, ze aparat z włączonym AF, pomiędzy poszczególnym naświetleniami usiłuje zmienić ostrość, co jest niedopuszczalne.

- Jeśli wykonujesz pliki JPG pod żadnym pozorem balans bieli nie może zostać automatyczny, musi być ustawiony przez użytkownika, najlepiej poprawnie;) w każdym razie dokładnie ten sam w poszczególnych ujęciach. Jeśli rejestrujesz obrazy w formacie RAW, nie ma to praktycznie znaczenia, można ustawić ten parametr i zsynchronizować w oprogramowaniu używanym do konwersji plików RAW. Z praktyki: automatyczny balans bieli w Canonie potrafi doprowadzić do tego, że ta sama scena w poszczególnych ujęciach może być wykonana przy temp. barw. 5800 i 7300 K, to ogromna różnica, której nie można pozostawić.

- Ilość potrzebnych naświetlań zależy oczywiście od fotografowanej sceny, ale jak już w wspominałem wcześniej w bardzo wielu przypadkach wystarczają 3 naświetlenia ze skokiem 1.66 lub 2 EV Mniejszych skoków nie polecam, nie ma sensu bawić się w 1 EV. Teoretycznie należałoby wykonać pomiar punktowy w najjaśniejszych i najciemniejszych partiach fotografowanej sceny, obliczyć ilość potrzebnych naświetlań itd. W praktyce zwykle (posługując się, lustrzanką cyfrową) wykonuję jedno naświetlanie, mniej więcej zgodne z pomiarem matrycowym, po czym sprawdzam histogram, jeśli wskazuje on na wyraźne przesunięcie w stronę prześwietlenia/niedoświetlenia zmieniam parametry i wykonuję kolejną próbę. Jeśli jest on w miarę poprawny kasuję zdjęcie, uruchamiam bracketing, podpinam wężyk i wykonuję serię. Jeśli jest to możliwe, warto przy okazji zmienić w aparacie sposób wykonywania serii bracketingowych tak, aby zaczynał od niedoświetlenia, po czym wykonywał środkowe ekspozycje, a kończył na prześwietleniu (-,0;+). W Canonie domyślne ustawienie jest inne (0;-;+) i utrudnia potem orientację. W zdjęciach z silnym źródłem światła w kadrze zwykle potrzebna jest większa ilość naświetlań, ja często w takich przypadkach stosuje 5.

- Pamiętaj, że w większości lustrzanek cyfrowych, lepiej korygować prześwietlenia niż niedoświetlenia, w przypadku korekcji tych drugich podczas konwersji pliku RAW, nawet, jeśli uda nam się uzyskać odpowiednią ilość szczegółów w cieniach, okupujemy to nadmiernym wzrostem szumu, bardzo często poza akceptowalne granice, dlatego warto mieć "środkowe" naświetlanie raczej w prawej części histogramu.

- Photomatix bardzo źle radzi sobie ze scenami, w których nawet w najjaśniejszej ekspozycji brakuje szczegółów w cieniach, należy zadbać o to, żeby najjaśniejsza klatka była doświetlona także w tych najciemniejszych miejscach.

- Jeśli decydujemy się na HDR, rezygnujemy z filtrów szarych połówkowych. Odradzam też używanie filtrów polaryzacyjnych do ściemniania nieba. Likwidacja odbić to oczywiście inna sprawa.

- Odradzam zapisywanie plików w formacie JPG. Proces HDR powoduje zdecydowane obniżenie jakości obrazu (wzrost zaszumienia, spadek ostrości, wzmocnienie aberracji chromatycznych itd.) lepiej więc mieć pliki wejściowe w najlepszej możliwej jakości. W przypadku lustrzanek jest to format RAW, niektóre hybrydy oferują dodatkowo format TIFF mimo wszystko polecam jednak RAW ze względu na możliwość kontroli nad wszystkimi parametrami podczas procesu konwersji.

- Jeśli to tylko możliwe, użyj najniższego możliwego ISO aby uniknąć nadmiernego szumu, gdyż zostanie on wzmocniony procesie obróbki HDR.

- Jeśli nie masz akurat statywu ani innej możliwości pewnego umocowania aparatu nie poddawaj się, strzelaj z reki, czasem udaje się poskładać z tego poprawny HDR korzystając z dostępnych opcji umożliwiających automatyczne wyrównywanie składowych obrazów. Jednak zrób to możliwie szybko, najlepiej używając bracketingu oraz trybu ciągłego.

5.1.2 Konwersja plików RAW

Omówię ją na przykładzie najczęściej przeze mnie używanego w tym celu oprogramowania, czyli modułu do konwersji RAW wbudowanego w Adobe Photoshop CS2. Jeśli Twój Photoshop nie potrafi otworzyć plików RAW z Twojego aparatu sprawdź na stronie http://www.adobe.com/products/photoshop/cameraraw.html, czy posiadana przez Ciebie wersja obsługuje pliki RAW z danego aparatu, jeśli nie, ściągnij najnowsza wersję i umieść ją w: … Program Files/Common Files/Adobe/Plug-Ins/CS2/File Formats, potem zrestartuj Photoshopa.

Ważna sprawa, nie możemy pozwolić żadnemu oprogramowaniu używanemu do konwersji RAW na jakąkolwiek niekontrolowaną przez nas ingerencję w parametry konwersji pliku. W przypadku Photoshopa oznacza to unikanie funkcji "auto" w polach: Exposure, Shadows, Brightness i Contrast oraz uniemożliwienie ustawień balansu bieli "Auto" oraz "As Shot" jeśli balans bieli był ustawiony na "Auto" podczas wykonywania zdjęć.
Prześledźmy to na przykładzie jednego z ujęć wykonanych przeze mnie w Norwegii. Być może wypadałoby tutaj umieścić bardziej typowy przykład zastosowania HDR, czyli zachód ze słońcem w kadrze, musicie mi jednak wybaczyć, nie mogę tego zrobić, moje oczy by tego nie zniosły, nie mógłbym potem patrzeć na swój własny artykuł, a to nie jest fajne uczucie. Zostanie więc "landszaft" o zakresie tonalnym, który wcale nie jest aż tak ogromny. Dorzucę jeszcze coś miejskiego z latarnią.

A więc do dzieła, na początek góry, kamienie, woda, niebo i chmury, czyli to, co lubię najbardziej.
Wybieramy nasze pliki RAW i otwieramy je w module do wywoływania RAW. Można to zrobić na kilka sposobów, ważne, żeby otworzyć je w jednym oknie a nie dokonywać konwersji poszczególnych plików. Pozwoli to uniknąć różnic w parametrach konwersji. Jednym ze sposobów jest zaznaczenie wszystkich plików w oprogramowaniu używanym zwykle do przeglądania plików RAW (Canon Zoom Browser, Nikon Project etc.) z wciśniętym klawiszem Ctrl i przeciągniecie ich do Photoshopa, innym jest zwykle otwarcie (Ctrl-O) czy tez skorzystanie z aplikacji Adobe Bridge.

3.


Ostatecznie uzyskujemy okno z podglądem plików przeznaczonych do konwersji, po lewej stronie znajdują się miniaturki poszczególnych ujęć.

4.


Przechodzimy np. do środkowego ujęcia, wyłączamy wszystkie funkcje ustawione na Auto, jeśli to konieczne korygujemy ręcznie ich wartości - chociaż szczerze mówiąc nie polecam na tym etapie dokonywania wielkich zmian w stosunku do obrazu uzyskanego z matrycy, ewentualnie małe korekcje ekspozycji rzędu 0.3-0.5 EV. Ustawiamy balans bieli, najlepiej za pomocą wartości liczbowej wyrażanej w Kelwinach. W tym przypadku wyprostowałem jeszcze zdjęcie za pomocą funkcji Straighten Tool. Histogramy poszczególnych ujęć prezentują się następująco:

5.


Jeśli uznamy, że rezultat nas zadowala, klikamy przycisk Select All umieszczony powyżej miniaturek, następnie przycisk Synchronize. Wybieramy z listy Everything i potwierdzamy.

6.


W tym momencie parametry ustawione przez nas dla jednego z plików zostają automatycznie zaaplikowane wszystkim pozostałym, do czego dążyliśmy. Możemy teraz przyjrzeć się poszczególnym plikom, i upewnić się, że żaden z nich nie zachował ustawień Auto i wszystkie zostaną przekonwertowane przy takiej samej temperaturze barwowej. Jeśli uznamy, że wszystko jest w porządku, ponownie klikamy przycisk Select All poczym Save x Images As. Ustawiamy wymagane opcje jak typ pliku, kompresja, lokalizacja, po czym potwierdzamy OK. Nasze pliki zostały właśnie umieszczone w odpowiednim folderze i są gotowe do stworzenia z nich HDR.

7.


Dodam jeszcze, że warto zerknąć na podgląd 100% obrazu, szczególnie w miejscach o silnym kontraście (grzbiet gór na tle jasnego nieba itp.). Jeśli pojawiają się w nich kolorowe obwódki znamionujące wystąpienie aberracji chromatycznej, warto skorygować je już w tym momencie. Jeśli tego nie zrobimy obróbka HDR spotęguje tą wadę obrazu dając karykaturalny, ciężki do zaakceptowania efekt, szczególnie przy próbie wydruku w większym formacie. Korekty dokonujemy w zakładce Lens za pomocą 2 suwaków, których położenie należy ustawić stosownie do koloru obwódek. Wymaga to trochę pracy, ale warto poświęcić na to chwilę na tym etapie, gdyż po obróbce HDR będzie to o wiele trudniejsze do neutralizacji. Należy tylko bezwzględnie przestrzegać zasady, że wszystkie ujęcia powinny być skorygowane w ten sam sposób. Jeśli tego nie zrobimy doprowadzi to drastycznego spadku ostrości obrazu HDR. W praktyce należy tą czynność wykonać przed zsynchronizowaniem parametrów.
W zakładce Details mamy możliwość ustawienia stopnia wyostrzenia obrazu. Należy unikać wartości zbyt wysokich, a wręcz polecam obniżenie tego parametru z domyślnych 25% do 0. Ta uwaga dotyczy generalnie konwersji RAW w PS CS2 natomiast w przypadku obróbki HDR nabiera dodatkowego znaczenia. Mechanizmy wyostrzające przy konwersji RAW są poza naszą kontrolą, lepiej zrobić to w sposób kontrolowany, najlepiej na ostatnim etapie obróbki. W przypadku HDR efekty uboczne prostego mechanizmu wyostrzania podczas konwersji RAW zostaną wzmocnione, i może to w efekcie przynieść bardzo widoczne obwódki na styku dużych powierzchni o dużej różnicy jasności.

5.2 Uzyskanie kilku obrazów z jednego pliku RAW

Metody nie polecam, ma ona oczywiście zalety takie jak idealna zgodność poszczególnych ujęć pod względem kadru niemniej w większości przypadków daje ona o wiele gorsze rezultaty od różnych naświetlań podczas wykonywania zdjęcia.
Niemniej czasami przynosi akceptowalny rezultat, dlatego tu o niej wspominam. Tak jak poprzednio, metodę omówię na przykładzie Adobe Photoshop CS2.
Otwieramy nasz plik w module konwersji RAW, dobieramy parametry w zadowalający nas sposób (możemy je zapisać w pliku używając dostępnego w przycisku "save"), zapisujemy plik.
Otwieramy ten sam plik, zwiększamy parametr Exposure o jedną ze standartowych wartości, (czyli 0.66; 1; 1.33; 1.5; 1.66; 2). Z doświadczenia, przy próbach forsowania o 2 E.V. pojawia się sporo niepożądanych efektów, radziłbym w takim przypadku pozostać przy wartościach miedzy 1 a 1.66 E.V., zapisujemy, po czym otwieramy jeszcze raz, tym razem zmniejszając Exposure o wartość taką jak przy zwiększaniu, ponownie zapisujemy.
Mamy w ten sposób 3 potrzebne pliki, w moim przypadku najczęściej bywa to +/- 1.33 E.V.


Autor: Maciej Duczyński
kontakt: macduc@o2.pl