Zakres dynamiczny wyjaśniony

Gdy termin „zakres dynamiczny” jest wspomniany, wiele osób szybko myśli o HDR, czyli „High Dynamic Range”. Z tym terminem i techniką, tak popularnymi w świecie fotografii, rzadko kiedy rozważa się, czym właściwie jest zakres dynamiczny, nie mówiąc już o tym, dlaczego chciałoby się, aby był on „wysoki”. W skrócie, zakres dynamiczny opisuje pomiar pomiędzy wartościami maksymalnymi i minimalnymi. Chociaż nie jest to specyficzne dla fotografii, w tym artykule na temat zakresu dynamicznego w fotografii możemy interpretować zakres dynamiczny jako pomiar pomiędzy najbielszymi bielami i najczarniejszymi czerniami w obrazie, lub najniższymi i najwyższymi wartościami gęstości i luminancji.

Powyżej: W pełni tonalny gradient czerni do bieli.

Zanim zagłębisz się zbyt głęboko, rozważ gradient czarno-biały: płynne przejście od czerni do bieli z pozornie niezliczoną ilością odcieni szarości pomiędzy najczarniejszymi i najbielszymi wartościami gradientu. Teraz, mając w głowie ten w pełni tonalny gradient, spróbuj wyobrazić sobie płynny gradient, który przebiega od ciemnoszarego do jasnoszarego. Zakres odcieni szarości jest znacznie bardziej ograniczony bez czarnych i białych punktów, a co za tym idzie, zakres dynamiki jest krótszy. Łatwiej to zauważyć, ponieważ kontrast pomiędzy maksymalnym i minimalnym punktem skali jest znacznie większy w przypadku gradientu czarno-białego niż w przypadku gradientu od szarości do szarości. Ten zakres kontrastu, oprócz większej liczby tonów pomiędzy wartościami minimalnymi i maksymalnymi, stanowi wyższy zakres dynamiczny.

Powyżej: Gradient od szarości do szarości ma krótszy zakres dynamiczny.

Jest to ważne dla fotografii, głównie ze względu na fakt, że nasze nośniki zapisu, czy to czujnik cyfrowy, rolka filmu, plik cyfrowy, czy odbitka, nie mogą postrzegać tego samego zakresu dynamiki, co nasze oczy. Bez względu na to, jak szeroka wydaje się skala tonalna na obrazie fotograficznym, jest ona w jakiś sposób przycinana i kompensuje brak absolutnej wartości bieli lub czerni. Wydrukowana fotografia nie może być bielsza niż biel papieru, ani ciemniejsza niż tusz na papierze. Podobnie, obraz cyfrowy lub filmowy może zarejestrować tylko tyle szczegółów pomiędzy najciemniejszymi cieniami sceny a najjaśniejszymi światłami i w końcu będzie oddawał odcienie z końca tej skali jako efektywną czerń lub biel, po prostu dlatego, że nie ma wystarczającej ilości szczegółów. Każde medium ma swój własny zakres dynamiki i często celem jest rozszerzenie zakresu tonów pomiędzy maksymalnymi i minimalnymi wartościami, aby stworzyć bardziej pełny w odczuciu obraz, podobny do gradientu, który biegnie od czystej czerni do czystej bieli.

Ta zdolność do produkowania szerszego zakresu tonów, lub mieć większy zakres tonów dostępnych pomiędzy czernią i bielą medium, jest tym, co jest poszukiwane podczas porównywania zakresu dynamiki różnych kamer, filmów, papierów, lub prawie każdy rodzaj ograniczenia, które jest stosowane podczas robienia fotografii.

W sensie praktycznym, zakres dynamiki jest najbardziej efektywnie wykorzystywany i widoczny podczas pracy w scenach z dużą ilością nieodłącznego kontrastu. Przypadki, w których występują jasne elementy i cienie są najtrudniejsze do sfotografowania, ze względu na niemożność zarejestrowania szczegółów w obu regionach obrazu, i często trzeba będzie pójść na kompromis, aby kontrolować cienie lub światła. Aparaty o większym zakresie dynamiki, mierzonym w stopniach, zachowają szczegóły w większym stopniu niż aparat, którego zakres dynamiki jest mniejszy. Na przykład, jeśli scena jest mierzona przy EV (wartość ekspozycji) 12 dla świateł, a dla cieni przy EV 1, różnica w jasnych i ciemnych światłach wynosi 12 stopni, a aparat o zakresie dynamiki 12 stopni musiałby być używany do rejestrowania szczegółów we wszystkich częściach obrazu bez obcinania (niemożności oddania szczegółów z powodu wartości ekspozycji przekraczającej ograniczenia zapisu nośnika). Rzadko zdarza się, że pomiary zakresu dynamiki aparatów są podawane lub są całkowicie dokładne, jednak jako ogólną zasadę można przyjąć, że aparaty z większymi matrycami, większym rozmiarem piksela lub skokiem piksela, będą miały możliwość rejestrowania większego zakresu dynamiki. Większe sensory i niższe rozdzielczości mogą wskazywać na większy fotosytem: większe sensory będą miały miejsce na większe fotosyty, a sensory o niższej rozdzielczości pozwolą na większy fotosytem niż te o wyższej rozdzielczości. Większe fotosyty pozwalają na zebranie większej ilości światła, a co za tym idzie, na zarejestrowanie większej ilości szczegółów i wyższego współczynnika kontrastu.

Powyżej: Obraz kompozytowy HDR. Poniżej: Oddzielne zdjęcia, które tworzą kompozyt.

Bez wchodzenia na drogę naukową, istnieje kilka użytecznych wskazówek dotyczących rozszerzenia efektywnego zakresu dynamiki obrazu, aby wizualnie rozszerzyć zakres tonów, które jesteś w stanie zarejestrować i uniknąć utraty szczegółów w światłach i cieniach.

Jak już wspomniano, obrazowanie o wysokim zakresie dynamicznym (HDR) jest techniką, którą wielu stosuje w celu uzyskania większej ilości szczegółów w światłach i cieniach sceny, poza tym, co może zarejestrować pojedyncza ekspozycja. Używając poprzedniego przykładu jako punktu wyjścia, jeśli scena ma zakres wartości ekspozycji 12 stopni, a wiemy, że nasz aparat może komfortowo zarejestrować zakres 10 stopni, to tracimy teraz jeden stopień szczegółowości zarówno w wysokich, jak i niskich partiach obrazu, lub dwa stopnie w jednym lub drugim regionie, w zależności od nastawienia ekspozycji. Aby zrekompensować ten efekt przy użyciu HDR, należy wykonać trzy kolejne ekspozycje przy różnych ustawieniach ekspozycji, tak aby zapewnić zarejestrowanie szczegółów najciemniejszych cieni i najjaśniejszych świateł. Na przykład, jeśli podstawowa ekspozycja wynosi f/5,6 przy 1/60 s, należy zarejestrować również ekspozycje f/5,6 przy 1/30 s oraz f/5,6 przy 1/125 s. W postprodukcji, następnie połączyłbyś te trzy obrazy w jedną klatkę, biorąc szczegóły cieni z ekspozycji 1/30-sekundowej, światła z ekspozycji 1/125-sekundowej i uśredniając średnie tony pomiędzy trzema ekspozycjami, aby skutecznie stworzyć obraz z 12-stopniowym zakresem wartości ekspozycji.

Alternatywną i bardziej tradycyjną metodą kontrolowania ekspozycji i wydłużania zakresu dynamiki jest użycie filtrów o neutralnej gęstości. Ulubiony wśród fotografów krajobrazu i tych, którzy często fotografują duże przestrzenie nieba, projekt filtra o stopniowanej gęstości neutralnej pozwala uzyskać pełną ekspozycję na zacienionym pierwszym planie sceny bez jasnego nieba, które staje się całkowicie białe. Konstrukcja tych filtrów umieszcza część neutralnej gęstości na jednej krawędzi filtra, pozostawiając pozostałą połowę całkowicie czystą. Z tego miejsca, nagrasz swoją ekspozycję jak normalnie dla pierwszego planu i pozwolisz gęstości kontrolować światła nieba, co daje wynikowy obraz ze zwiększonym zakresem dynamicznym i pełną szczegółowością w obu kontrastujących regionach sceny.

Kilka innych praktycznych przykładów, które często się pojawiają i odnoszą się do zakresu dynamicznego to terminy Dmax i Dmin, i jak odnoszą się one do skanowania i drukowania aplikacji, jak również fotografii opartej na filmie. Chociaż terminy te mają zastosowanie również w fotografii cyfrowej, odnoszą się one głównie do najgłębszego mierzalnego punktu czerni na odbitce, filmie lub skanie. Przykładem znalezienia Dmax może być wzięcie kawałka papieru fotograficznego, wystawienie go na działanie światła pokojowego i wywołanie. Po wywołaniu papier będzie całkowicie czarny, a ta mierzalna „czerń” to Dmax dla danego medium. Dmin jest przeciwieństwem i jest to mierzalny obszar papieru, który nie został naświetlony (tj. papier biały lub to, co jest powszechnie określane jako base+fog). Dmax i Dmin to portmanteaus od słów Density + Maximum lub Density + Minimum i odnoszą się do gęstości optycznej, jaką może zarejestrować dany nośnik. W kontekście cyfrowym, wartość Dmax jest powszechnie podawana dla skanerów i odnosi się do najciemniejszej części odbitki lub filmu, z której skaner może jeszcze pobrać szczegóły, a im wyższa liczba, tym lepiej. Wartości gęstości są mierzone w skali logarytmicznej o podstawie 10, co oznacza, że skaner o Dmax 3,0 (współczynnik kontrastu 1000:1) jest w stanie zarejestrować 10 razy więcej szczegółów niż skaner o Dmax 2,0 (współczynnik kontrastu 100:1).

Jest to podobne do zakresu dynamicznego wyrażonego w stopniach, gdzie wartości ekspozycji około 0 reprezentują Dmax sceny, a EV o +15 odnoszą się do Dmin. Różnica pomiędzy tymi dwoma wartościami jest efektywnie zakresem dynamicznym, im większa różnica tym dłuższy zakres dynamiczny.

Wszystkie zdjęcia © Tim Cooper

Zakres dynamiczny jest często pomijanym aspektem fotografii, głównie z powodu faktu, że nie jest to coś łatwego lub zawsze możliwego do kontrolowania. Często podejmowane są decyzje twórcze, które negują chęć posiadania w pełni kontrolowanego zakresu tonalnego, aby faworyzować estetykę high-key lub low-key, a z drugiej strony wielu fotografów jest bardzo świadomych pozornego zakresu dynamicznego i zadaje sobie wiele trudu, aby skompresować jak najwięcej przystanków i jak najwięcej szczegółów w obrazie. Niezależnie od drogi twórczej, zrozumienie aparatu, filmu lub medium udostępniającego pozwala na pracę w granicach zakresu dynamiki lub na poszukiwanie alternatywnych rozwiązań dla rozszerzenia tego zakresu.

Aby obejrzeć film z Timem Cooperem omawiającym fotografię HDR, kliknij tutaj. Aby obejrzeć dodatkowy film z Cooperem omawiającym realistyczną fotografię HDR, kliknij tutaj.

Dodaj komentarz