Серьезно о HDR

High Dynamic Range (HDR) — технология расширения динамического диапазона изображения, которая с успехом применяется в фотографии.

Технология HDR уже многие годы волнует умы и души фотографов всего мира, а в последнее время она все время на слуху. Мало кто из увлеченных фотографией не попробовал хоть раз сделать несколько разноэкспонированных кадров, а затем объединить их в специальной программе в надежде получить нечто новое и необыкновенное. Конечно, технология расширения динамического диапазона не может не привлекать — это воистину чудесный и необыкновенный инструмент, открывающий новые горизонты. Однако он не так прост, как кажется, и пользоваться им нужно умело. Если вы действительно хотите овладеть этой интересной технологией и научиться правильно и красиво применять ее в фотографии не во вред, а во благо конечному результату, — придется не спеша разобраться в том, что такое технология HDR, когда она уместна и в каких ситуациях по-настоящему необходима

Для начала поговорим о некоторых важных технических аспектах, без знания которых не обойтись.

Что такое динамический диапазон в фотографии?

Динамический диапазон (ДД), или фотографическая широта, — одна из основных характеристик фотографических материалов (пленки, фотобумаги, а также матрицы цифрового фотоаппарат), показывающая максимальный диапазон яркостей объекта съемки, которые могут быть переданы при условии правильной экспозиции. Другими словами, динамический диапазон — это отношение яркостей самых светлых и самых темных объектов съемки в одной сцене.

Измерять динамический диапазон в фотографии принято в единицах экспозиции (шаг или ступень, EV). На данный момент динамический диапазон матриц современных цифровых фотоаппаратов составляет от 7–8 EV у компактных камер до 10–12 EV у цифровых зеркальных камер. У зеркалок максимальный ДД доступен только при съемке в формате RAW, при конвертации в JPG диапазон существенно урезается — примерно до уровня простых цифровых консьюмеров.

Динамического диапазона 7–8 EV (а тем более — 10–12 EV) в большинстве случаев вполне достаточно, чтобы полноценно, без пересветов и потери деталей в тенях передать фотографируемую сцену. Оценить ДД сцены и понять, укладывается ли он в один кадр, можно с помощью верного инструмента любого фотографа — гистограммы. Правильный экспозамер, результаты которого отслеживаются по гистограмме, позволит решить, есть ли необходимость использовать трудоемкую, требующую значительной постобработки технологию HDR или же вам повезло и в данном случае сцену можно полноценно запечатлеть одним кадром. Фотографам, снимающим в RAW, не стоит также забывать, что гистограмма показывает информацию для JPG, а это значит, что в запасе у вас есть еще минимум одна ступень в обе стороны (+/-1 EV) для проработки деталей в светлых и темных участках кадра. Правда, слишком активное высветление темных участков может привести к появлению некрасивых артефактов и шумов — это уже вполне серьезный повод, чтобы обратиться за помощью к технологии HDR. Таким образом, данная технология может быть использована в том числе для получения больших возможностей и запаса качества для последующей художественной обработки кадра.

Итак, сделав экспозамер и оценив ДД фотографируемой сцены с помощью гистограммы и здравого смысла, вы пришли к выводу, что одним кадром не обойтись, поскольку ДД сцены в него не укладывается. Что ж, пришла пора применить HDR. Для этого необходимо сделать несколько кадров одной сцены с разной экспозицией (среднее значение, недоэкспонированный и переэкспонированный кадры), чтобы запечатлеть сцену хорошо проработанной как в самых темных, так и в наиболее светлых участках. Недоэкспонированный кадр поможет раскрыть детали в светлых участках сцены, переэкспонированный — детали в тенях. Как правило, трех кадров бывает достаточно, но в отдельных случаях возникает потребность в дополнительных недо- и переэкспонированных кадрах (об этом поговорим чуть позже).

Chillon at sunset:
Шильонский замок в лучах закатного солнца — автобрекетинг на три ступени, эксповилка +/-2 EV

Съемку для HDR можно провести двумя способами.

Первый: включить автобрекетинг, выставив необходимое количество кадров и количество ступеней в эксповилке (чаще всего достаточно трех кадров с разницей +/-1–2 EV), а также включив режим серийной съемки. Помимо всего прочего, данный способ хорошо подходит для быстрой съемки, когда нужно успеть поймать момент, пока объекты не сдвинулись или вообще не убежали из кадра.
Второй: подбирать вручную необходимые значения диафрагмы и/или выдержки. Главное — убедитесь, что объекты съемки будут неподвижны все время, пока вы станете менять значения; проще говоря, такой способ подходит для съемок интерьеров или архитектуры.

Увы, под вывеской „HDR“ повсеместно демонстрируются неестественные, кислотные, с грязным пятнистым небом и выбеленными тенями картинки, полученные с помощью тонмаппинга из обычных изображений с небольшим диапазоном яркостей. Это привело к массовому непониманию преимуществ технологии HDR и даже к ее отторжению. Между тем HDR должна и может служить вполне благой цели — созданию красивого и натурально выглядящего изображения.

Holland river sunset:
Закат в Городке-на-Рейне — снято с рук, автобрекетинг на три ступени, эксповилка +/-1 EV

Автобрекетинг, как правило, выдает вполне качественный результат, достаточный для создания HDR-изображения в дальнейшем. Выставление значений съемки вручную чаще всего используется в условиях скудной освещенности и крайне высокой контрастности сцены, например при съемке вечерних городских пейзажей. Представьте: ДД ночных сюжетов с искусственным освещением и глубокими тенями может доходить до 20 ступеней (20 EV)! Следует также учитывать, что пересветы в местах точечного искусственного света, а также блики на металлических поверхностях, как правило, не отображаются на гистограмме, и если вы хотите избежать таких пересветов, то должны будете взять дополнительный запас в эксповилке на их исправление. Если требуется заметно поднять контраст объектов в тени и показать большое количество полутонов и их детализацию, следует опять-таки взять значительный запас в самом светлом кадре. Хотя, на мой взгляд, подобными вещами лучше не увлекаться — конечный результат выходит, как правило, неестественным, теряются объем и реалистичность восприятия отображаемой сцены.

Поскольку полученные кадры необходимо будет в дальнейшем объединить в одно изображение, очень важно сделать их, по возможности избегая смещения камеры в процессе съемки; самый очевидный выход — воспользоваться штативом. Впрочем, в случае применения автобрекетинга, скоростной серийной съемки и не очень длинных выдержек можно попробовать обойтись и без штатива. Автоматика HDR-программ, в которых вы позже станете работать с полученными кадрами, как правило, успешно справляется с незначительным сдвигом при совмещении изображений; к тому же всегда можно попробовать выровнять и совместить кадры вручную в Photoshop.

Delft evening church:
Вечерний Делфт — автобрекетинг на три ступени, эксповилка +/-2 EV

В каких же конкретно ситуациях и при съемке каких сцен чаще всего возникает необходимость применения HDR?

Ситуации, в которых применение HDR безусловно оправданно:

1. ночной городской пейзаж;
2. сюжеты с ярким контровым светом;
3. пейзажи с восходом или закатом солнца;
4. интерьерная съемка.

Выше я уже упоминал про вечерний городской пейзаж — искусственный точечный свет и глубокие тени дают настолько большой разброс яркостей, что обойтись без HDR крайне трудно. Да и любые сцены с ярким контровым светом — когда по замыслу автора требуется сохранить детали как на свету, так и в тенях — вряд ли смогут обойтись без этой технологии. Еще один явный случай — не очень яркий контровой свет, когда у фотографа есть желание раскрыть детали неосвещенного или мало освещенного переднего плана (например, пейзажи с закатом или восходом с раскрытием деталей переднего плана на фоне озаренного лучами солнца неба); здесь применение HDR тоже исключительно полезно.

Один момент хотелось бы выделить особо: HDR незаменим в интерьерной съемке, особенно когда фотографу приходится работать в таких условиях освещения, которые предложены обстоятельствами. (Впрочем, следует заметить, что HDR-технология в последнее время все больше и больше используется и профессиональными фотографами-„интерьерщиками“.)

В поездках и путешествиях вам наверняка не раз доводилось посещать прекрасные храмы, дивиться красоте роскошных дворцов и старинных замков. О том, чтобы привезти красивые и качественные фотографии таких мест, мечтают многие, но далеко не у всех получается воплотить мечту в жизнь. С помощью технологии HDR сделать это гораздо проще! Если строгий охранник на входе не забрал у вас камеру, то сохранить красивые изображения старинных интерьеров в виде фотографий вполне реально. Динамический диапазон музейных интерьерных сцен может быть очень велик: точечный свет ламп и свечей, как правило, скуден, а подчас нет и его — единственным источником оказывается естественный дневной свет из окон (зачастую — контровой) или сквозь витражи; этого явно недостаточно для полноценного освещения. Кроме того, иногда возникает необходимость или желание запечатлеть не только внутреннее убранство помещения, но и вид за окном. Динамический диапазон подобных интерьерных сцен, по моим подсчетам, достигает в среднем 15–16 EV. Без HDR тут явно не обойтись.

При посещении музеев, если планируете фотографировать внутри помещений, советую сразу, уже при покупке входного билета, поинтересоваться, разрешена ли съемка и на каких условиях. Бывает, что фотографировать разрешают лишь при отключенной вспышке (ну и пожалуйста — у нас ведь есть HDR!); нередко случается, что запрещена и съемка со штатива. Это тоже не катастрофично: включите автобрекетинг, скоростную серийную съемку, поднимите значение ISO, жмите на спуск и не дышите — тогда, скорее всего, удастся, назло всем строгим охранникам, отснять интересные интерьеры под HDR. Иногда право на фотосъемку требуется специально оплатить — в этом случае получаете полную свободу действий в использовании фототехники. Вот тут можно разгуляться!

Old Dutch interior 2:
Староголландский интерьер (рыбацкий домик) — снято с рук, автобрекетинг на три ступени, эксповилка +/-2 EV.

Если съемка со штатива невозможна:

1. включите автобрекетинг, выставив необходимое количество кадров и количество стопов в разбросе эксповилки (чаще всего достаточно трех кадров с разбросом +/- 1–2 EV);
2. установите режим скоростной серийной съемки;
3. поднимите значение ISO, чтобы не было слишком длинных выдержек, при которых вы не сможете избежать „шевеленки“ (особенно при получении переэкспонированного кадра);
4. примите наиболее устойчивую позу (лучше потренироваться заранее — этот навык пригодится во многих ситуациях).

И вот весь необходимый материал отснят; усталые, но довольные, вы возвращаетесь домой... Однако не спешите расслабляться: основная работа еще впереди!

Тут следует сделать небольшое, но важное отступление и рассказать о том, что мониторы наших компьютеров (а также фотобумага) имеют существенно меньший диапазон яркостей, чем требуется для передачи настоящего HDR-изображения. Что же делать? Получается, информация есть, а передать ее невозможно! К счастью, было найдено два варианта решения проблемы:

1. первый — тональная компрессия изображения;
2. второй — тональное отображение, или тонмаппинг (tone mapping).

При тональной компрессии большой тональный диапазон изображения умещают в меньший тональный диапазон бумаги или монитора путем уменьшения контраста всего изображения в целом. Насколько мне известно, именно этот алгоритм создания HDR-изображений применяется при автоматической сборке в Photoshop.

Во втором случае (тонмаппинг) производится нелинейное изменение яркостей пикселей, на разную величину для разных областей изображения; при этом сохраняется (или даже увеличивается) исходный контраст. На мой взгляд, это дает гораздо более эффектный результат, но и применять данный способ нужно осторожно, с чувством меры, иначе легко получить неестественно светлые тени и некрасивые ореолы на границах областей с сильной разницей яркости. Именно тонмаппинг применяется в такой популярной программе для работы с HDR-изображениями, как Photomatix Pro. Впрочем, обработка по принципу тональной компрессии в этой программе также возможна.

Здесь хочется на время позабыть об автоматике и программах „себе на уме“ и вспомнить старый, проверенный метод — работу со слоями и масками в Photoshop. Она более кропотлива, зато ее результаты разительно отличаются от „автоматических“ детищ специальных HDR-программ и плагинов. Правда, предупреждаю сразу, „фантастического“ результата тут не добиться. Сторонний зритель, рассматривая HDR-изображение, полученное таким способом, скорее всего, и не сообразит, что вы поработали над расширением динамического диапазона (впрочем, этому, пожалуй, можно только порадоваться).

Kubus 1, 2:
Роттердамский жилой комплекс „Кубус“ — автобрекетинг на три ступени, эксповилка +/-2 EV

Работаем с масками

Здесь я покажу, как работать с масками, на примере фрагмента фотографии жилого комплекса Кубус в Роттердаме — крайне необычного архитектурного творения Питера Блома. Стремясь показать все прелести двора, находящегося в тени, я хотела при этом не потерять детали города за стеклянным окном

1. Совмещаем слои
На темный кадр отдельным слоем накладываем светлый кадр. Режим смешивания слоев меняем на Difference, благодаря чему становится видно, насколько ровно верхний слой лег на нижний. Здесь мы видим, что рамы окон не совпадают. Видимо, в процессе съемки (с рук) произошло заметное смещение — его необходимо исправить. С помощью Move Tool подвиньте верхний слой так, чтобы он максимально совпадал с нижним. Постарайтесь работать аккуратно, поскольку ваша ошибка может впоследствии сказаться на резкости конечного изображения.


2. Кладем маску
Теперь меняем режим смешивания обратно на Normal и создаем маску к верхнему светлому слою: Layer > Layer mask > Reveal All. Обратите внимание, что при этом основные цвета на панели инструментов (Foreground и Background Colors) автоматически стали черным и белым, а в окне слоев рядом с обычным изображением появился белый прямоугольник. На панели инструментов выбираем кисть (Brush Tool). Ее параметры можно менять на верхней панели инструментов.


3. Стираем лишнее
Когда работаешь кистью по маске слоя черным цветом, кисть действует как ластик, то есть стирает все, по чему ею проводят. Если заменить черный цвет на белый — все стертое восстанавливается. Стирать и восстанавливать по маске слоя таким образом можно бесконечное количество раз. Задав необходимые параметры кисти (размер и процент непрозрачности (Opacity)), начинаем работать с черным цветом, то есть стирать необходимые участки верхнего слоя, чтобы из-под него проявились части изображения нижнего слоя. Так прорисовываем кистью детали города за окном.


4. Непрозрачность
Меняя процент непрозрачности и размер кисти, можно очень аккуратно прорисовать (точнее — стереть) необходимый фрагмент маски. В случае если вы зашли за границы нужной зоны и стерли лишнее, всегда можно переключиться на белый цвет кисти и полностью или частично восстановить стертую часть. Маска слоя — крайне удобный и гибкий инструмент.

Меня часто просят поделиться личным секретом получения HDR-изображений. Увы, никаким секретным знанием обзавестись до сих пор не удалось, и никакой страшной тайны не знаю (а как бы хотелось!). Единственный „секрет“ заключается в том, что в процессе получения HDR-изображений чаще всего комбинирую работу с Photomatix и Photoshop. Сливаю исходные кадры с помощью автоматических установок в Photomatix, провожу тонмаппинг и сохраняю полученный результат в 16-битный TIFF. Затем открываю его в Photoshop и с помощью слоев и масок „залечиваю“ многочисленные ляпы Photomatix, а также не устраивающие меня по каким-то причинам фрагменты, используя имеющиеся исходные кадры (тоже отконвертированные в 16-битные TIFF-файлы). Например, даже при достаточном количестве информации Photomatix частенько выдает в исходных кадрах некрасивые цветовые шумы в местах вытянутых теней, а информацию в светлых участках частично или полностью теряет — эти недостатки достаточно просто и, главное, действенно исправляются с помощью масок в Photoshop. Причем исправление кадра масками, как правило, отнимает гораздо меньше времени и сил, чем сборка исходных кадров по такому способу с „нуля“.

Исправляем ошибки, допущенные Photomatix

Учить работать с Photomatix, думаю, никого не нужно — программа достаточно проста и очень легко осваивается „методом тыка“, надо лишь уделить ей немного времени. Хотя в простоте кроется и недостаток: подчас Photomatix не слишком хорошо справляется с обработкой исходных кадров и допускает значительные недочеты в процессе сборки HDR-изображений, ибо программе почему-то не всегда удается воспользоваться всей информацией из исходных снимков. Одно из слабых мест Photomatix — неспособность полноценно передать детали в глубокой тени, если для работы программе не предоставили откровенно переэкспонированный исходник (впрочем, даже при его наличии она частенько не справляется). В результате в местах вытянутых теней получаем высвеченные черные пятна с безобразным цветовым шумом. К счастью, проблема достаточно легко устраняется в Photoshop. Я объясню, как это сделать, на примере фрагмента интерьера одного из домов комплекса Кубус.

1. Выравниваем слои
Полученное в Photomatix изображение открываем в Photoshop. Кроме того, открываем самый светлый из исходных кадров и накладываем его верхним слоем на изображение из Photomatix. Приведенным в предыдущем уроке способом (через режим наложения Difference) проверяем правильность совпадения двух слоев и, если это необходимо, выравниваем их.


2. Затемняем
Меняем режим наложения на Darken. Информация из светлого верхнего слоя в тенях останется видимой, удачно закрыв как раз те самые некрасивые места обрабатываемого изображения. Теперь слои можно объединить. В дальнейшем к изображению можно применить маски слоя (как описано в предыдущем уроке), чтобы подкорректировать, например, виды за окном, а также сделать цветокоррекцию на свой вкус, поднять контраст и повысить резкость — в общем, довести до красивого, качественного результата.