Gadu gadu Skype

Archiwum dla 10.2007

paź
31

HDRI

Spook, Październik 31 2007

Napisz komentarz

Wyobraźmy sobie krajobraz: spod nóg aż po horyzont rozpościerają się łąki, w tle widać wzgórza, a nad nimi unoszą się fantazyjnie ukształtowane chmury. Jest jasny, słoneczny dzień. Chwytasz aparat, celujesz ramką focusa w łąki, robisz zdjęcie – ale od razu na podglądzie widzisz, że choć łąki są soczyście zielone, to niebo stało się jedną wielką, białą, przepaloną plamą. Poprawiasz zdjęcie – tym razem ustawiasz aparat tak, by oświetlenie sceny oszacował na podstawie nieba. Robisz zdjęcie: teraz chmury są bardzo dobrze widoczne, ale z kolei łąki zamieniły się w brudnozieloną albo wręcz czarną plamę. Zirytowany przechodzisz do trybu manualnego i szybko okazuje się, że najlepszy efekt, jaki jesteś w stanie uzyskać to ciemnozielone łąki pod bardzo jasnym, miejscami przepalonym niebem na którym widać ledwo zarysy chmur.

Innym przykładem może być sytuacja, gdy znajdujesz się wewnątrz drewnianego kościółka i chciałbyś uchwycić na zdjęciu wnętrze wraz z witrażem przez który wpadają do wnętrza promienie słońca. Możesz też znajdować się w pomieszczeniu i chciałbyś uchwycić zarówno jego wnętrze jak i widok za oknem. Wszystkie te sytuacje łączy jedno: podczas robienia każdego zdjęcia musisz zdecydować się, czy nie doświetlisz cienie kosztem poprawnego oświetlenia świateł, czy też przepalisz światła kosztem dobrego doświetlenia cieni.

Aby rozwiązać problem robienia zdjęć w takich sytuacjach musimy zastanowić się nad tym, skąd pochodzi problem. Mówiąc potocznie, promienie światła, które wpadają do Twojego oka, oprócz informacji o kolorze niosą ze sobą również pewną energię. Wyobraźmy sobie teraz linijkę: niech wartość „0” oznacza światło, które niesie ze sobą nikłe wartości energii (na przykład przy zachmurzonym niebie nocą), zaś „100” oznacza światło niosące ze sobą ogromne ilości energii – na przykład pochodzące od słońca.

Linijka HDR

Ludzkie oko jest przyrządem bardzo dokładnym i ma bardzo szeroki zakres dynamiki. Oznacza to, że w jednym momencie jest w stanie zarejestrować promienie światła bardzo zróżnicowane pod kątem niesionej ze sobą energii (ang. high dynamic range)

Linijka HDR (oko)

Niestety, zarówno matryca aparatu cyfrowego jak i wyświetlacz LCD lub CRT mają bardzo mały zakres dynamiki – mają możliwość rejestracji lub generowania promieni świetlnych mało zróżnicowanych pod kątem niesionej ze sobą energii.

Linijka HDR (aparat)

Zarówno jednak ludzkie oko, jak i aparat cyfrowy (poprzez regulację czasu naświetlania i stopnia zamknięcia przesłony) mają możliwość regulacji, jaki zakres dynamiki jest w danym momencie rejestrowany. Wyobrażamy to sobie jak przesuwanie ramki w lewo i w prawo na linijce. Przykładowo, gdy patrzymy na gwieździste niebo, ramka znajduje się z lewej strony skali. Gdy natomiast oglądamy plażę i morze podczas słonecznego dnia, ramka znajduje się bardziej z prawej strony.

Po dokonaniu tej obserwacji rodzi się pomysł, który pozwala na obejście ograniczeń technicznych aparatu cyfrowego i wyświetlacza w celu uzyskania bardziej realistycznego zdjęcia:

Linijka HDR (bracketing)

  • Przygotowujemy serię zdjęć danej sceny w taki sposób, aby każdy jej element na conajmniej jednym zdjęciu był dobrze oświetlony. Dla przykładu możemy pomiędzy zdjęciami zmieniać czas naświetlania, zaczynając od jednej sekundy (by doświetlić elementy znajdujące się w cieniach) aż do jednej tysięcznej (co pozwoli poprawnie oświetlić bardzo jasne elementy sceny – na przykład niebo).
  • Wczytujemy zdjęcia do komputera i przetwarzamy je odpowiednim programem, by otrzymać zdjęcie HDR. Jest to realizowane za pomocą skomplikowanych algorytmów, ale sprowadza się do tego, że program z serii zdjęć stara się zdobyć dodatkową informację na temat energii każdego punktu zdjęcia.
  • Wykonujemy operację zwaną mapowaniem HDR do LDR. Oznacza to w praktyce, że program „składa skalę dynamiki” zdjęcia do takiej, która będzie widoczna na wyświetlaczu komputera. Dzięki temu zdjęcie będzie zawierało wszystkie elementy równomiernie doświetlone, bez przepaleń i niedoświetleń.
  • Mapowanie HDR do LDR produkuje często zdjęcia mało kontrastowe. Warto zatem poddać zdjęcia procesowi post-processingu w programie typu Gimp lub Adobe Photoshop, by odpowiednio poprawić kontrast i jasność zdjęć.

Zobaczmy na przykładzie, jak wygląda taki proces.

Po pierwsze, musimy wykonać serię nieporuszonych zdjęć z różnymi ustawieniami ekspozycji sceny. Większość współczesnych aparatów pozwala na wykonanie tzw. bracketingu. W praktyce oznacza to tyle, że aparat robi jedno po drugim automatycznie trzy zdjęcia z których pierwsze ma takie ustawienia ekspozycji, jakie ustalił użytkownik, drugie jest wykonywane w skróconym, w stosunku do pierwszego, czasie naświetlania, wreszcie trzecie – w wydłużonym.

Jeśli ktoś ma zainstalowany w aparacie CHDK, może skorzystać z napisanego przeze mnie skryptu rozszerzonego bracketingu, wykonującego serię dziesięciu zdjęć z różnymi czasami naświetlania:

@title Dlugi bracketing
let i=3
:loop

print "Ustawienie ";i
set_tv i
shoot
let i=i+3

if i>31 then goto "end"
goto "loop"
:end

end

Dla przykładu, poniższe zdjęcia zostały wykonane aparatem Canon Powershot S3 IS z włączonym trybem bracketingu:

Bracketing (-1) Bracketing (0) Bracketing (+1)

Następnie, przy użyciu odpowiedniego programu, zostało z nich złożone zdjęcie HDR, które następnie zostało zmapowane na zdjęcie LDR:

Rezultat mapowania LDR na HDR

Po zmapowaniu wykonałem jeszcze niewielki postprocessing w Gimpie, aby zwiększyć kontrast zdjęcia (mapowanie LDR do HDR przeważnie bardzo go ogranicza).

Mapowanie LDR do HDR (postprocessing)

I to wszystko. Teraz trochę konkretów.

Kluczowym elementem powyższego procesu jest oczywiście program, który przeanalizował zdjęcia i złożył z nich zdjęcie HDR, następnie zmapowane do LDR. Na rynku jest wiele komercyjnych programów – jak choćby EasyHDR (istnieje również wersja darmowa, ale z okrojoną funkcjonalnością), ja korzystam z darmowego Qtpfsgui przemianowanego jakiś czas temu na Luminance HDR.

W powyższym artykule przedstawiłem przykład składania zdjęcia HDR z zachodem słońca. Jednak technika HDR przydaje się również w innych sytuacjach – za każdym razem, gdy na fotografowanej scenie znajdują się elementy różniące się znacząco dynamiką. Przykładem może stać się zdjęcie robione wewnątrz pomieszczenia z widocznym oknem lub drzwiami prowadzącymi na zewnątrz budynku.

HDRI jest bardzo ciekawą techniką pozwalającą na uzyskanie realistycznych zdjęć. Ale, paradoksalnie, bardzo cenną jest umiejętność jej nieużywania. Dzieje się tak dlatego, że czasami niewprawny fotograf zamiast precyzyjnie przygotować ekspozycję, robi bracketing z przekonaniem, że złoży potem dobre zdjęcie na komputerze – zapominając przy tym, że zdjęcie przetworzone komputerowo przestaje być zdjęciem, a staje się grafiką. Ponadto do zrobienia dobrych zdjęć HDR wymagany jest dobry sprzęt, statyw, mnóstwo cierpliwości oraz umiejętności i wiedza z zakresu fotografii – najpierw trzeba umieć dobrze fotografować, by móc potem stosować dodatkowe, zaawansowane techniki.

No, to lecę w plener.