DisplayHDR. Этот стандарт определяет качество и уровень HDR, основываясь на итогах тестирования таких параметров, как цветовой охват, яркость и контрастность изображения. Он остается единственным стандартом, который использует 8-битную глубину цвета. Существуют различные версии DisplayHDR, каждая из которых предлагает разные уровни яркости и цветового охвата.
Sony Professional представляет технологию для оптимизации рабочих процессов и рассказывает о ее преимуществах.
Расширенный динамический диапазон, более известный как HDR, позволяет создавать изображения, характеризующиеся значительно более широкими уровнями яркости по сравнению со стандартным динамическим диапазоном (SDR).
Представьте себе, что вы находитесь на улице под ярким солнечным светом, и ваша сцена содержит как сильно освещенные, так и темные участки. В режиме SDR детали в тенях могут быть потеряны, а яркие области зачастую выглядят менее контрастно или даже пересвечиваются.
В то время как в HDR возможно точно запечатлеть и воспроизвести детали как в светлых, так и в темных зонах, словно вы смотрите на сцену своими собственными глазами.
Таким образом, детали в тенях становятся четко видимыми, а яркие участки не страдают от пересвечивания.
HDR и пять факторов качественного изображения
Что же определяет качество изображения?
Одним из главных факторов является динамический диапазон. Он позволяет получать невероятные снимки, которые значительно превосходят обычные изображения.
- Разрешение (детализация)
- Глубина цвета (шкала тонов)
- Частота кадров (количество изображений в секунду)
- Цветовая гамма (варьируемость и насыщенность цветов)
- Динамический диапазон (разнообразие уровней яркости)
Для достижения качественного изображения необходимо найти оптимальный баланс всех пяти упомянутых факторов.
Как снять HDR-фотографию
HDR-фотографии как правило делают в условиях сложного освещения. Например, если вы снимаете солнечный пейзаж из пещеры, и хотите, чтобы были видны как рельеф в темной части, так и небо на заднем плане. Поэтому HDR часто используется пейзажными и архитектурными фотографами.
Портретные фотографы тоже должны владеть этой техникой. HDR помогает сделать таким образом, чтобы как модель, так и фон были хорошо проработаны и детализированы. В противном случае, можно получить фотографию с плоским фоном, где вместо неба за моделью будет сплошная белая зона. В худшем случае, зритель может увидеть облака, а сам объект будет полностью скрыт в тени.
Если бы фотограф использовал HDR, вместо белого пятна над головой на заднем плане было бы небо с облаками.
Фото: unsplash.com
Что нужно, чтобы снять HDR
– Штатив. Камера должна оставаться абсолютно неподвижной.
– Любой фотоаппарат. Даже самый простой будет подходить, лишь бы в нем была возможность изменять параметры экспозиции, то есть делать снимок более темным или светлым. Даже телефон, установленный на статичное место, справится с задачей HDR!
– Графический редактор для дальнейшей доработки фотографий. Существуют специальные программы для обработки HDR, однако достаточно использовать и Photoshop.
Конвертеры, такие как Lightroom, Capture One и Camera Raw, также подойдут; однако конечный результат может быть, в некоторых случаях, упрощенным — алгоритмы обработки менее сложны, качество ниже, а число доступных настроек ограничено.
Однако перед постобработкой необходимо понять алгоритм, как правильно снять HDR на фотоаппарате.
Как работает HDR
Вместо того чтобы делать одну фотографию, HDR объединяет несколько снимков, сделанных с различной экспозицией, и создает финальную фотографию с правильным балансом яркости. Наилучшие результаты HDR достигаются на статических изображениях и при стабильной руке фотографа.
Ранее, до появления технологии HDR на смартфонах, для достижения таких результатов необходимо было сделать три снимка, перенести их на компьютер, а затем объединить их в Photoshop (или в аналогичных редакторах).
Сегодня многие современные смартфоны оснащены режимом Auto HDR, позволяющим камере самостоятельно определять, нужно ли использовать этот режим.
Когда следует использовать HDR
Чтобы получить более качественные изображения, использование HDR рекомендуется в следующих случаях:
Если ваша фотография кажется слишком темной или в сцене присутствует чрезмерная подсветка, HDR может осветлить передний план, не затрагивая при этом хорошо освещенные области снимка.
Пейзажные фотографии, как правило, создаются с высоким световым контрастом между небом и землей, который камера может плохо обрабатывать в одном кадре. Используя HDR, можно запечатлеть детали как неба, так и земли, не затемняя при этом одни из этих областей.
Безусловно, одним из ключевых аспектов успешной фотографии является освещение, однако яркий солнечный свет может привести к образованию теней, бликов и других нежелательных искажений. Преимущество HDR заключается в том, что он позволяет сделать объект более выразительным, одновременно минимизируя недостатки.
Когда не стоит использовать HDR
Хотя HDR предназначен для создания впечатляющих изображений, это не функция, которую следует применить ко всем фотографиям без исключения.
Существуют ситуации, когда ее использование может ухудшить качество ваших снимков:
Если ваш объект движется во время съемки, использование HDR может привести к размазыванию кадра. Как уже упоминалось, HDR делает три снимка, и в процессе движения между первым и вторым кадрами объект может оказаться размытым. В результате финальное изображение покажется нечетким.
Режим HDR не добавляет дополнительного света, а перераспределяет уже имеющееся освещение. Поэтому в ночное время или при плохом освещении фотографии в режиме HDR могут получиться некачественными или чрезмерно темными.
Если композиция вашего снимка слишком темная или слишком светлая, HDR может помочь вернуть часть цветности. Тем не менее, при работе с насыщенными цветами, HDR может сделать яркие цвета более блеклыми. Рекомендуется сделать по две фотографии: одну с включенным HDR и другую — с выключенным.
Как пользоваться HDR
Обычно режим HDR включен по умолчанию, и современные камеры смартфонов способны автоматически определять, когда его стоит активировать.
Тем не менее, в некоторых случаях для использования HDR требуется вручную активировать его в настройках камеры:
· В iOS 14 режим «Smart HDR» можно настроить, зайдя в меню Настройки> Камера. В самом низу страницы вы найдете переключатель, который позволяет включать или отключать эту опцию.
· На Android-устройствах настройка HDR варьируется в зависимости от производителя и модели телефона. Например, при использовании устройства Samsung, нужно запустить приложение Камера, в левом верхнем углу нажать на значок шестеренки и перейти в Настройки. После этого находите переключатель, чтобы включить или выключить автоматическое HDR.
Выводы
Лучший совет по использованию HDR — это создавать по две фотографии одной и той же композиции, как с включенным HDR, так и с выключенным, а затем выбирать лучшую. Данный подход поможет лучше понять, каких результатов можно достичь благодаря этой функции. Со временем вы научитесь распознавать, какие сцены подходят для этого режима.
История создания HDR+
Как же компания, которая никогда не занималась производством камер, смогла разработать алгоритм, позволяющий достичь выдающихся результатов при использовании обычных камер, таких как Nexus и Pixel?
Все началось в 2011 году, когда Себастьян Трун (Sebastian Thrun), глава компании Google X (которая сейчас просто называется X), искал камеру для очков дополненной реальности Google Glass. Размерно-габаритные требования были крайне строгими. Камера должна была иметь матрицу даже меньшую, чем у обычных смартфонов, что негативно сказывалось на динамическом диапазоне и провоцировало значительное количество шумов на фотографии.
Единственным оставшимся решением было попытаться улучшить фотографии с помощью программных алгоритмов. За эту задачу взялся Марк Левой (Marc Levoy), преподаватель факультета информатики Стэнфордского университета и эксперт в сфере вычислительной фотографии. Он занимался разработкой технологий захвата и обработки изображений на базе программного обеспечения.
Марк сформировал команду, известную как Gcam, которая исследовала метод Image Fusion (слияние изображений), основанный на объединении серии снимков в одно. Фотографии, обработанные с использованием этого метода, получались более яркими, четкими и с минимальным количеством шумов. В 2013 году данная технология дебютировала в Google Glass, а затем в этом же году была переименована в HDR+ и внедрена в Nexus 5.
Как работает HDR+
HDR+ — это чрезвычайно сложная технология, детально разобрать которую в рамках данной статьи невозможно. Поэтому здесь мы рассмотрим только общий принцип ее работы, не вдаваясь в подробности.
Фундаментальный принцип
После нажатия кнопки спуска затвора камера фиксирует серию недоэкспонированных (с короткой выдержкой) кадров, что позволяет сохранить максимальное количество деталей на снимке. Количество кадров зависит от сложности условий освещения. Чем темнее сцена или чем больше деталей в тенях, тем больше кадров камера делает для оптимизации снимка.
После завершения серии снимков они объединяются в один итоговый кадр. Этого позволяет достичь короткая выдержка, благодаря которой каждый кадр в серии оказывается относительно четким. Из первых трех кадров выбирается лучший с точки зрения детализации и резкости для использования в качестве основы. Далее полученные снимки делятся на фрагменты, и система проверяет, можно ли совместить соседние фрагменты и каким образом это сделать. Если в одном из фрагментов обнаруживаются лишние объекты, алгоритм удаляет этот фрагмент и выбирает аналогичный из другого кадра. Собранные снимки обрабатываются с помощью специального алгоритма, который основан на методе удачных экспозиций, в основном применяемом в астрофотографии для уменьшения размытости изображений, вызванной колебаниями атмосферы.
Далее подключается сложная система подавления шумов, которая включает как простой метод усреднения цвета пикселей на основе нескольких снимков, так и систему предсказания появления шумов. Алгоритм работает очень аккуратно на границах тональных переходов, чтобы минимизировать потерю детализации, даже если это означает наличие небольшого шумового фона. Однако на участках с однородной текстурой шумодав выравнивает изображение до почти идеального равномерного тона с сохранением оттенков.
Что касается расширения динамического диапазона? Как уже известно, использование короткой выдержки помогает избежать пересвеченных мест. Теперь остается только удалить шумы на темных участках, как было описано ранее.
На завершающем этапе осуществляется постобработка конечного изображения: алгоритм минимизирует виньетирование, которое возникает из-за наклона света к матрице, исправляет хроматическую аберрацию, заменяя пиксели в высококонтрастных краях на соседние, усиливает насыщенность зелени и корректирует синие и пурпурные оттенки в сторону голубого, увеличивает резкость (шарпинг) и производит множество других шагов, улучшающих общее качество фотографии.
Слева находится фотография, сделанная на стоковой камере Samsung с активированным HDR, а справа — изображение, созданное с использованием Gcam в HDR+. Ясно, что алгоритм пожертвовал детализацией неба ради более четкого изображения объектов на земле.
Обновление HDR+ в Google Pixel
В новейших моделях Google Pixel алгоритм HDR+ претерпел значительные изменения. Теперь смартфон начинает снимать сразу после открытия камеры и в зависимости от условий освещения делает от 15 до 30 кадров в секунду. Эта технология известна как ZSL (Zero Shutter Lag) и была разработана для реализации моментальных снимков. Но Pixel применяет ее для работы HDR+: при нажатии кнопки затвора смартфон выбирает от 2 до 10 кадров из буфера ZSL (согласно условиям освещения и наличию движущихся объектов). Затем из первых двух-трех кадров выбирается один лучший, и остальные, как и в предыдущих версиях алгоритма, накладываются друг на друга.
Как HDR применяется в видеоиграх
HDR в играх может реализовываться двумя способами: через встроенную поддержку и через автообновление на основе SDR.
Большинство видеоигр на сегодняшний день не имеют встроенной поддержки HDR и/или не адаптированы для работы с высоким динамическим диапазоном. Поэтому некоторые разработчики предлагают различные модификации и приложения, позволяющие улучшить качество изображения. Каждая из этих модификаций обладает минимальным набором системных требований.
Функция Auto HDR — это еще один метод повышения пикового освещения монитора в определенных его участках для достижения наилучшего игрового опыта. Она доступна как на консоли Xbox Series X/S, так и на ПК, но только для игр, совместимых с DirectX 11 и 12. Для демонстрации этой технологии Microsoft выбрала игру Gears 5. На изображении ниже представлено три варианта картинки. Слева — классическая версия для SDR-мониторов. Посередине — изображение, которое увидят пользователи, активировавшие Auto HDR. Справа — вариант с Native HDR, созданный командой The Coalition исключительно для этой игры. В обоих последующих случаях вы можете увидеть тепловую карту на черно-белом изображении. Оттенки серого указывают на области, видимые на стандартных SDR-мониторах. Оттенки радуги показывают элементы изображения, доступные только HDR-дисплеям. На экране они будут выглядеть как яркие блики или светящиеся объекты.
Как HDR влияет на производительность
Часто включение режима HDR приводит к снижению частоты кадров, что может сделать игру похожей на слайд-шоу: картинки будут тормозить, и геймплей окажется дерганым. Конкретные параметры потери FPS напрямую зависят от характера видеокард, но в основном потери могут составлять от 0,4 до 12 кадров в секунду при активации HDR.
Задержка ввода — еще одна проблема, непосредственно связанная с повышением качества изображения. Input lag — это задержка реакции игры на действия игрока. Например, если геймер нажимает горячие клавиши, чтобы герой начал атаковать, а персонаж в игре просто стоит на месте, не реагируя на команды. Задержка в несколько секунд может оказаться критичной: обычный пользователь может расстроиться, а киберспортсмен рискует потерять все шансы на выигрыш в турнире. Поэтому многим игрокам приходится находить баланс между высоким качеством графики и производительностью игры.
Всё о дизайне за 2 часа
Бесплатный практикум + гайд «300 полезных ресурсов для дизайнера» после регистрации
