Nagy dinamikatartományú kép
A digitális képalkotás és képfeldolgozás, illetve a számítógépes grafika területén a nagy dinamikatartományú kép (angolul high dynamic range imaging (HDRI) vagy csak high dynamic range (HDR) olyan képet jelöl, amely különféle technológiák és eljárások révén a jelenlegi digitális képalkotási vagy fényképezési technológiákhoz képest nagyobb dinamikatartomány megjelenítését teszi lehetővé – azaz egy képen belül világosabb és sötétebb területeket is meg lehet jeleníteni. A nagy dinamikatartományú képek lehetővé teszik, hogy a jelenleg rendelkezésre álló digitális szenzorokkal is megjelenítsék az elsősorban kültéri fotókat érintő, jelentősen eltérő fénysűrűségű témákat.[1][2]
Az elterjedt angol rövidítés után legtöbbször HDR-ként említett, nagy dinamikatartományú fényképezés során 2, 3 vagy még több, eltérő expozíciójú fényképet készítenek (amelyeket „alacsony dinamikatartományú képnek” (Low Dynamic Range, LDR)[3] vagy sztenderd dinamikatartományú (standard-dynamic-range, SDR) képnek neveznek[4]). A fényképekből azután számítógépen, speciális szoftverek segítségével készítenek el egy képet, azaz ún. tonemapping vagy exposure blending eljárással. A nagy dinamikatartományú képeket emellett elő lehet állítani számítógépes képgenerálással (rendering) is.
Példák
szerkesztés- Alacsony dinamikatartományú (túl sötét vagy túl világos) képek
-
–4 stop -
–2 stop -
+2 stop -
+4 stop
- Magas dinamikatartományú kép előállítása
-
Kontraszt redukálása -
Tone mapping
A probléma magyarázata
szerkesztésAz emberi szem képes igen nagy dinamikatartományú (igen világos és igen sötét elemeket tartalmazó) képek befogadására és feldolgozására. Analóg és leginkább digitális fényképezés során merül fel a probléma, hogy amikor eltérő megvilágítottságú helyszíneket, objektumokat, tárgyakat akarunk fényképezni – pl. egy félhomályos szobát, amelynek az ablakán azért besüt a nap –, a fényképezőgép filmje vagy szenzora nem képes egyszerre megörökíteni a nagyon sötét és a nagyon világos részleteket. Az eredmény vagy kiégett, túl világos foltok, vagy túl sötét részek. Az igen elterjedt digitális fényképezőgépek szenzorai maximum 8 blendényi különbséget tudnak befogadni.[5] Míg az emberi szem jól tolerálja ezeket a különbségeket, a fényképezőgépek analóg érzékelője (CCD vagy CMOS szenzora) és a mögötte található digitális jelfeldolgozó egység nem tud ezzel megbirkózni. Még a modern szenzorok is csak kb. 3-4 blende különbséget tudnak jól megjeleníteni – ha a kép egyes részei ennél sötétebbek vagy világosabbak, akkor az eredményül kapott kép részletei túl sötétek vagy túl világosak lesznek („bebuknak” vagy „beégnek”).[5]
A probléma a digitális fényképezés előtti időkben is ismert volt. Kiküszöbölésére a legalaposabban kidolgozott módszer Ansel Adams amerikai fényképész nevéhez fűződik. Az általa kidolgozott Zone System matematikai részletességgel határozta meg a tizenegy blendényire osztott látható fénytartomány visszaadásához szükséges eljárást. A Zone System így a HDR fényképezés előfutárának is tekinthető.
Fényképezés
szerkesztésA dinamikatartományt általában az expozíciós érték vagy blende jelöli (angolul exposure value, EV vagy stop) a kép legvilágosabb és legsötétebb része közötti különbséget. 1 EV különbség azt jelenti, hogy kétszeres a szenzorra vagy filmre beeső fény mennyisége a kép adott részén.
| Eszköz | EV-tartomány | Kontraszt |
|---|---|---|
| Átlagos LCD képernyő | 9,5 | 700:1 |
| DSLR[6] (Canon EOS-1D Mark II) | 11[7] | 2048:1 |
| Diapozitív film | 7[7] | 128:1 |
| Emberi szem | 10–14[8] | 1024:1 – 16384:1 |
A probléma kiküszöbölésére expozíciós sorozatot kell készíteni, ami a hagyományos (analóg vagy filmes) fényképezésben sem ismeretlen. Az expozíciós sorozat lényege, hogy különböző expozíciós időkkel vagy különböző blendeállás mellett készítenek fényképeket ugyanarról a tárgyról vagy helyszínről, amiket aztán felhasználnak a HDR kép elkészítéséhez. Az expozíciótól, illetve blendeállástól függően a képek normálisak, alulexponáltak (túl sötétek, −4 vagy −2 EV mellett) vagy túlexponáltak (+2 vagy +4 EV mellett) lesznek. A digitális fényképezésben igen gyakran használják a RAW formátumot az ilyen képek rögzítésére, mivel a 8 bites JPEG kódolás, a képtömörítési eljárások miatt, nem teszi lehetővé a finom átmenetek rögzítését a fényesebb és kevésbé fényes részek között.
A HDR eljárásban minden olyan kamera alkalmazható, amely lehetővé teszi alul- vagy túlexponált képek készítését. Egyes korszerű digitális kamerák rendelkeznek az automatikus expozíciós sorozat elkészítésének képességével („auto exposure bracketing” vagy „AEB”), bár igen eltérő mértékben: a Canon EOS 40D csak 3 EV különbséggel tud készíteni, míg a Canon EOS-1D Mark II már 18 EV különbséggel tudja elkészíteni a sorozatot.[9] A HDR képalkotás elterjedésével egyre több gyártó építi be ezt az újabb modellekbe. Például a Pentax K-7 digitális tükörreflexes fényképezőgép a kamerán belül rögzíti és készíti el a HDR képet, amelyből azután tone-mapping segítségével állítja elő a végső JPEG képet.[10] A Canon PowerShot G12 és a Canon PowerShot S95 fényképezőgépek ugyanezt tudják, de kompakt formátumban.[11]
| ISO érték | Dinamikatartomány (EV) |
|---|---|
| 50 | 11,3 |
| 100 | 11,6 |
| 200 | 11,5 |
| 400 | 11,2 |
| 800 | 10,7 |
| 1600 | 9,7 |
| 3200 | 8,7 |
Források
szerkesztés- HDR suli 1: Mi is az a HDR fényképezés?. [2011. augusztus 10-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. május 3.)
- HDR, avagy ha kevés egy expozíció, toldd meg. (Hozzáférés: 2011. május 3.)
Jegyzetek
szerkesztés- ↑ Reinhard, Erik; Ward, Greg; Pattanaik, Sumanta; Debevec, Paul. High dynamic range imaging: acquisition, display, and image-based lighting. Amsterdam: Elsevier/Morgan Kaufmann, 7. o. (2006). ISBN 978-0-12-585263-0 „Images that store a depiction of the scene in a range of intensities commensurate with the scene are what we call HDR, or "radiance maps". On the other hand, we call images suitable for display with current display technology LDR.”
- ↑ HDR suli 1: Mi is az a HDR fényképezés?. [2011. augusztus 10-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2011. május 3.)
- ↑ Cohen, Jonathan and Tchou, Chris and Hawkins, Tim and Debevec, Paul E. (2001). „Real-Time High Dynammic Range Texture Mapping”. Proceedings of the 12th Eurographics Workshop on Rendering Techniques, 313–320. o, Kiadó: Springer.
- ↑ Vassilios Vonikakis and Ioannis Andreadis.szerk.: Domingo Mery and Luis Rueda: Fast automatic compensation of under/over-exposured image regions, Advances in image and video technology: Second Pacific Rim Symposium (PSIVT) 2007, Santiago, Chile, December 17–19, 2007, 510. o. (2008). ISBN 9783540771289
- ↑ a b HDR, avagy ha kevés egy expozíció, toldd meg. (Hozzáférés: 2011. május 3.)
- ↑ A "Digital Single Lens Reflex" vagyis digitális tükörreflexes kamera rövidítése
- ↑ a b R. N. Clark: Film versus Digital Summary. (Hozzáférés: 2010. február 28.)
- ↑ Dynamic Range in Digital Photography. (Hozzáférés: 2010. december 30.)
- ↑ Auto Exposure Bracketing by camera model. (Hozzáférés: 2009. augusztus 18.)
- ↑ The Pentax K-7: The era of in-camera High Dynamic Range Imaging has arrived!. [2012. április 24-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2009. augusztus 18.)
- ↑ Canon PowerShot G12 picks up HD video recording, built-in HDR
- ↑ R. N. Clark: Procedures for Evaluating Digital Camera Sensor Noise, Dynamic Range, and Full Well Capacities; Canon 1D Mark II Analysis. [2009. augusztus 25-i dátummal az eredetiből archiválva]. (Hozzáférés: 2009. augusztus 21.)