Последнее время в интернете появляется все больше и больше оригинальных изображений, визуально весьма нетипичных - красочных, предельно детализированных, напоминающих то ли картины художников-реалистов, то ли качественные иллюстрации к рисованным мультфильмам. Аббревиатура HDR с момента появления на свет прочно вошла в обиход виртуальных завсегдатаев, получив в их жаргоне транслитерацию ХДР. Кто не знал ее смысла, вторил знатокам, старательно выписывая заглавные буквы, дабы не спутать ХДР с ГДР или, чего доброго, с КГБ. Ну а сами знатоки тем временем раскручивали это новое направление в фотографии вовсю, создавая блоги, дискутирую в форумах, а главное - размещаясь в интернет - галереях. Собственно то, что скрывалось за данной аббревиатурой, лучше всего делало рекламу само по себе. Одни называли гиперреальные изображения заразной болезнью, другие - свидетельством вырождения классической фотографии, третьи - прогрессивным выражением передовых тенденций в современном цифровом исскустве.

Споры продолжаются и по сей день, принимая еще более крайние формы. Правда, скептики успеха и аутентичности нового направления постепенно начинают принимать вещи такими, как есть. А HDR-апологеты называют в качестве гипотетических пропагандистов новой техники исполнения векиких экспериментаторов Мэна Рэя и Ласло Моголи-Надя, которые, будь они живы в наше время, обязательно пришли бы к чему-то подобному. Интересна точка зрения одного из известных HDR-фотографов, Джеспера Кристенсена: «Новые технические возможности современных визуальных медиасредств, в том числе и фотографии, неизменно влекут за собой попытки и поиски авторов в соответствующих их духу направлениях новых обликов художественного выражения. Более того, переплетения на техническом уровне порождают и смешения на уровне сюжетном, эстетическом. Гибридные образы, подобные HDR, - это уже даже не феномен нашего времени, а однозначно - доминирующая тенденция будущего». Но к морально-эстетическим аспектам темы мы, вероятно, еще вернемся в будущих
публикациях. А пока мы коснемся, прежде всего, теоретических основ и практической стороны получения HDR-изображений.

Проблема динамического диапазона

Без теории - никуда. Но мы постараемся изложить ее доступными формулировками. Итак, английский термин HDR содержит в себе качественное определение одного давно знакомого нам понятия - динамический диапазон (дословный перевод HDR - «высокий динамический диапазон»). Разложим его по частям, начав с ключевого определения - «высокий». Что же такое динамический диапазон? Наверняка наши постоянные читатели представляют его себе хотя бы в общих чертах. Сейчас пришло время углубиться в детали. Верно, ДД в фотографии характеризует соотношение между максимально и минимально измеримой интенсивностью света. Но в реальном мире не существует чисто белого или чисто черного цвета, а есть лишь различные уровни интенсивности источников света, варьирующиеся вплоть до бесконечно малых величин. Из-за этого теория ДД усложняется, а сам термин, помимо характеристики реального соотношения интенсивности освещения фотографируемого сюжета, может быть применен к описанию цветовых градаций, воспроизводимых устройствами фиксации визуальной информации - камерами, сканерами, или устройствами ее вывода - мониторами, принтерами.

Человек пришел в этот мир полностью самодостаточным, он - идеальный «продукт» эволюционного природного развития. Применительно к фотографии это выражается в следующем: глаз человека способен различать диапазон интенсивности света, находящийся в пределах от 10-6 до 108 кд/м2 (кандел на кв. метр; кандела - единица измерения световой интенсивности, равная силе света, испускаемого в заданном направлении источником монохроматического излучения частотой 540х1012 Гц, которая в свою очередь соответствует частоте зеленого цвета).

Интересно взглянуть на следующие величины: интенсивность чистого звездного сияния равна лишь 10-3 кд/м2, закатного/рассветного света - 10 кд/м2, а освещенной прямым дневным светом сцены - 105 кд/м2. Яркость солнца приближается к миллиарду кандел на кв. метр. Таким образом, очевидно, что способности нашего зрения попросту феноменальны, особенно если противопоставить им возможности придуманных нами устройств вывода информации, например ЭЛТ-мониторов. Ведь они могут корректно передавать изображения с интенсивностью всего от 20 до 40 кд/м2. Но это так, для общей информации - для разминки и сравнения. Однако вернемся к динамическому диапазону, который касается нас, цифровых фотографов, в наибольшей мере. Его широта напрямую зависит от размеров ячеек сенсоров камер.

Чем они больше, тем шире ДД. В цифровой фотографии для описания его величины придуманы f-стопы (часто обозначаются как EV), каждый из которых соответствует изменению интенсивности света в два раза. Тогда, например, сюжет с разбросом уровня контрастности 1:1024 будет содержать 10 f-стопов динамического диапазона (210-1024). Зеркальная цифровая камера воспроизводит ДД, равный 8-9 f-стопов, плазменные ТВ-панели - до 11, а фотоотпечатки вмещают не больше 7 f-стопов. Тогда как соотношение максимальной и минимальной контрастности для вполне типичной сцены - яркий дневной свет за окном, плотная полутень в комнате - может достигать 1:100 000. Нетрудно подсчитать, что это будет соответствовать 16-17 f-стопам. Кстати, глаз человека одновременно воспринимает диапазон контрастности 1:10 000. Так как наше зрение фиксирует отдельно интенсивность освещения и его цвет, то одновременно доступная глазу гамма светов составляет 108 (10 000 оттенков яркости умножить на 10 000 оттенков цвета).

Проблемы битовой глубины

Обратите внимание - в нашу беседу закралось слово «цвет», присоединяясь к понятиям «интенсивность» и «контрастность». Посмотрим, чем оно является в контексте динамического диапазона. Переместимся на пиксельный уровень. Вообще-то говоря, каждый пиксель изображения имеет две основные световые характеристики - интенсивность и цвет. Это понятно. Как измерить количество уникальных цветов, составляющих колористическую гамму снимка? С помощью битовой глубины - числа нулей и единиц, битов, используемых для обозначения каждого из цветов. Применительно к ч/б изображению битовая глубина определяет количество оттенков серого. Картинки с большей битовой глубиной могут охватывать более значительное количество оттенков и цветов, поскольку содержат больше комбинаций нулей и единиц. Каждый цветной пиксель в цифровом изображении представляет собой определенную комбинацию трех цветов - красного, зеленого и синего, которые часто именуются цветовыми каналами. Диапазон их цветовой интенсивности указывается в битах на канал.

В то же время биты на пиксель (англ. сокращение - bpp) подразумевают общую сумму битов, имеющуюся в трех каналах и фактически представляют количество цветов в одном пикселе. Например, при записи цветовой информации в 8-битовых JPEG’ах (24 бита на пиксель) используется по восемь нулей и единиц для характеристики каждого из трех каналов. Интенсивность синего, зеленого и красного цветов обозначается 256 оттенками (градациями интенсивности). Число 256 удачно кодируется в двоичной системе и равняется 2:8. Если скомбинировать все три цвета, то один пиксель 8-битового изображения можно будет описывать 16 777 216 оттенками (256?256?256, или 224). Исследователи выяснили, что 16,7 млн оттенков вполне достаточно для передачи изображений фотографического качества. Отсюда и знакомый нам «true color». Будет ли изображение считаться имеющим более широкий ДД или нет, по большому счету зависит от его количества битов на цветовой канал. 8-битовые снимки считаются изображениями LDR (low dynamic range - узкий динамический диапазон). 16-битовые картинки, получаемые после конвертации RAW, также относят к категории LDR. Хотя их теоретический ДД мог бы равняться 1:65 000 (216). На самом деле, производимые большинством камер RAW-изображения имеют ДД не больше, чем 1:1000. К тому же при конвертации RAW используется одна стандартная тональная кривая, независимо от того, конвертируем мы файлы в 8- или 16-битные изображения. А поэтому, работая с 16 битами, вы получите больше четкости в определении оттенков/градаций и интенсивности, однако не получите ни «грамма» дополнительного ДД. Для этого вам понадобятся уже 32-битные изображения - 96 бит на пиксель! Их мы и будем называть High Dynamic Range Images - HDR(I).

Решение всех проблем

Снимки с расширенным динамическим диапазоном… Давайте еще раз нырнем в теорию битов. Всем знакомая модель RGB до сих пор является универсальной моделью описания изображений. Цветовая информация по индивидуальным пикселям кодируется в виде комбинации трех цифр, соответствующих уровням интенсивности оттенков. Для 8-битных изображений она будет находиться в пределах от 0 до 255, для 16-битных - от 0 до 65 535. Согласно модели RGB, черный цвет представляется как «0,0,0», то есть полное отсутствие интенсивности, а белый - как «255, 255, 255», то есть цвет с максимальной интенсивностью трех основных цветов. В кодировке допускается использование только целых чисел. Тогда как применение вещественных чисел - 5,6 или 7,4, да и любых дробных чисел с плавающей запятой, в рамках RGB-модели попросту недопустимо. Вот на таком противоречии и зиждется изобретение одного из американских компьютерных гениев Пола Дебевеца. В 1997 г. на ежегодной конференции специалистов в области компьютерной графики SIGGRAPH Пол изложил ключевые моменты своей новой научной работы, касающейся способов извлечения карт расширенного динамического диапазона из фотоснимков и их интеграции в визуализированные сцены с помощью нового графического пакета Radiance. Тогда-то впервые Пол и предложил съемку одного сюжета множество раз с изменяющимися значениями экспозиции и последующим объединением снимков в одно HDR-изображение. Грубо говоря, информация, которую содержат такие изображения, соответствует физическим величинам интенсивности и цвета. В отличие от традиционных цифровых изображений, состоящих из цветов, понимаемых устройствами вывода - мониторами, принтерами.

Указание величин освещенности вещественными числами теоретически снимает любые ограничения на вывод динамического диапазона. Скептики могут спросить, например, почему бы просто не добавлять все больше битов, охватывая ими самый экстремальный разброс световой и тональной контрастности? Дело в том, что в снимках с узким ДД для представления светлых тонов используется значительно большее количество битов, чем для темных. Поэтому по мере добавления битов пропорционально будет увеличиваться и часть тех из них, которые идут на более точное описание вышеуказанных тонов. А эффективный ДД практически останется неизменным. И напротив, числа с плавающей запятой, являясь линейными величинами, всегда пропорциональны фактическим уровням яркости. За счет этого биты равномерно распределяются по всему ДД, а не только концентрируются в области светлых тонов. Вдобавок такие числа фиксируют значения тонов с постоянной относительной точностью, ведь мантисса (цифровая часть), скажем, у 3,589?103 и 7,655?109, представлена четырьмя цифрами, хотя второе и больше первого в два миллиона раз.

Экстрабиты HDR-изображений позволяют передавать бесконечно широкий диапазон яркостей. Все могли бы испортить мониторы и принтеры, не признающие нового языка HDR, - у них своя фиксированная шкала яркостей. Но умные люди придумали такой процесс, как «tone mapping» - тональное сопоставление или отображение (дословно - создание карты), когда происходит перевод 32-битного HDR-файла в 8- или 16-битный, подогнанный под более ограниченный ДД устройств отображения. По сути, идея tone mapping базируется на решении проблемы потери деталей и тональностей в областях максимальной контрастности, их расширении с целью передачи всеобъемлющей цветовой информации, заложенной в 32-битном цифровом изображении.

С чего начинается удачный HDR

О тональных сопоставлениях очень хорошо знает один из наших четырех сегодняшних героев - итальянец Джанлука Несполи. Он, пожалуй, наиболее технически подкован. Помимо Photoshop, он с энтузиазмом экспериментирует с другими профессиональными графическими пакетами, в том числе и такими, которые были специально созданы для оптимизации HDR-результатов. Прежде всего, это Photomatix. Программа, соединяя несколько снимков с различной экспозицией, создает 32-битный файл с расширенным ДД, а затем подвергает его «тоун маппингу», применяя один из двух алгоритмов, называемых также операторами: глобальным или локальным. Процесс сопоставления по схеме глобального оператора сводится к обобщению интенсивностей пикселей вместе с тональными и прочими характеристиками изображения. В работе локального оператора, помимо этого, учитывается также и расположение каждого пикселя по отношению к остальным. В принципе, функция генерирования HDR-изображений вместе с сопутствующим «тоун маппингом» реализована и в Photoshop CS2. Ее вполне достаточно для заданий, которые реализуют датчанин Кристенсен и молодая фотохудожница из Санкт-Петербурга Микаэлла Райнрис. Наш четвертый герой - Густаво Оренштайн - по-прежнему не решил, какому из рабочих инструментов отдать предпочтение, а потому склонен к экспериментам с новыми программными HDR-ресурсами.

Чуть ниже мы рассмотрим практические нюансы работы с каждой из двух основных программ, обобщив рекомендации, полученные от этих фотоиллюстраторов новой волны. А пока прикинем, какой исходный материал необходим для получения изображений с расширенным ДД. Очевидно, что без нескольких снимков с различными значениями экспозиции не обойтись. Достаточно ли будет одного «сырого» RAW? Не совсем. Общий ДД, полученный после конвертации одного даже самого большого RAW-изображения с различными значениями уровня экспозиции, не может быть шире того динамического диапазона, который воспроизвела ваша камера. Это все равно, что разрезать ДД снимка в режиме RAW на несколько частей.

«Сырые» файлы кодируются 12 битами на канал, соответствующими разбросу контрастностей 1:4096. И только из-за неудобства 12-битной кодировки получаемым из RAW изображениям в формате TIFF присуждается 16 бит на канал. Одним RAW еще можно как-то обойтись, если речь не идет о высококонтрастной сцене. Съемка же нескольких кадров, предназначенных для дальнейшего объединения в одно целое, требует соблюдения определенных процедур настройки параметров отработки экспозиции, да и физического монтажа самой камеры. В принципе, и Photoshop, и Photomatix корректируют незначительные нестыковки при накладывании пиксельных массивов друг на друга, возникающие на снимках из экспозиционной серии вследствие отсутствия должной фиксации камеры. К тому же зачастую очень короткие выдержки и хорошая скорость съемки аппарата в режиме автоматического брекетинга (что особенно важно, если объект в кадре перемещается) позволяют компенсировать возможные перспективные искажения. Но все же крайне желательно свести их на нет, а для этого камере потребуется надежная опора в виде хорошего штатива.

Джеспер Кристенсен повсюду носит сверхлегкий карбоновый штатив Gitzo. Иногда для большей устойчивости подвешивает к его центральной колонне сумку, не прикасается к кнопке спуска затвора, используя пульт ДУ или таймер автоспуска, и блокирует зеркало своей Canon 20D. В настройках камеры главным, помимо сохранения постоянной диафрагмы для всех снимков, которые составят будущее HDR-изображение, является определение их количества и диапазона отработки экспозиции. Сначала, с помощью точечного замера камеры, если, конечно, таковой имеется, произведите считывание уровня освещенности самой темной и самой светлой областей сцены. Вот этот спектр ДД вам и необходимо записать с помощью нескольких экспозиций. Задайте минимальное значение светочувствительности ISO. Любые шумы в процессе «тоун маппинга» будут подчеркнуты еще больше. Про диафрагму мы уже сказали. Чем контрастнее сюжет, тем меньше должен быть экспозиционный интервал между снимками. Иногда может понадобиться до 10 кадров с интервалом 1 EV (каждая экспозиционная единица соответствует изменению уровня освещения в два раза). Но, как правило, достаточно 3-5 кадров RAW, отличающихся между собой двумя стопами освещенности. Большинство камер среднего уровня позволяют проводить съемку в режиме брекетинга экспозиции, вмещая в диапазон +/-2 EV три кадра. Функцию автоматического брекетинга легко обмануть, заставив снимать в диапазоне, который в два раза шире. Делается это так: выбираете подходящую центральную экспозицию, и прежде чем выстрелить три положенных кадра, задаете значение компенсации экспозиции -2 EV. После их отработки быстренько перемещаете ползунок компенсации к отметке +2 EV и выстреливаете еще одну очередь из трех кадров. Таким образом, после удаления продублированной центральной экспозиции у вас на руках останется пять кадров, покрывающих участок от +4 EV до -4 EV. ДД такой сцены будет приближаться к отметке 1:100 000.

с Photoshop в мир HDR

Доступный всем Photoshop делает доступными и изображения с расширенным динамическим диапазоном. В меню «Инструменты» находится команда Merge to HDR. Именно с нее и начинается путь к презентабельному HDR-изображению. Сначала все ваши объединенные экспозиции предстанут в виде одного снимка в окошке превью - это уже 32-битная картинка, однако монитор пока не в состоянии отобразить всех ее преимуществ. Помните, «глупый» монитор является всего лишь 8-битным устройством вывода. Ему, как нерадивому школьнику, нужно все разложить по полочкам. Но гистограмма в правом углу окошка уже многообещающе растянулась, став похожей на горную вершину, что говорит обо всем потенциале ДД, содержащемся в только что созданном изображении. Ползунок в нижней части гистограммы позволяет увидеть детали в том или ином тональном диапазоне. На данной стадии ни в коем случае не следует задавать битовую глубину меньше 32. Иначе программа сразу же обрежет тени и света, ради которых, собственно, весь этот сыр-бор.

Получив от вас добро на создание очередного HDR-чуда, Photoshop сгенерирует изображение, открыв его в основном рабочем окне программы. Скорость реагирования ее алгоритмов будет зависеть от мощности вашего процессора и объема оперативной памяти компьютера. Однако при всех ужасающих перспективах получить на выходе что-то очень массивное, многомегабайтное 32-битный HDR (при условии, что он собран, например, из трех снимков) будет «весить» только около 18 Мб, в противоположность одному 30-Мб стандартному TIFF’у.

Фактически, до этого момента наши действия были лишь частью подготовительного этапа. Теперь пришло время инициировать процесс соотнесения динамических диапазонов полученного HDR-изображения и монитора. 16 бит на канал в меню Mode - наш следующий шаг. Photoshop осуществляет «тоун маппинг», используя четыре различных метода. Три из них - экспозиция и гамма, сжатие светов и выравнивание гистограммы - утилизируют менее изощренные глобальные операторы и позволяют настраивать вручную только яркость и контрастность снимка с расширенным ДД, сужают ДД, пытаясь сохранить контраст, или же урезают света так, чтобы они вошли в диапазон яркостей 16-битного изображения.

Наибольший интерес представляет четвертый способ - локальная адаптация. Микаэлла Райнрис и Джеспер Кристенсен работают именно с ним. Поэтому о нем немного подробнее. Основной инструмент здесь - тональная кривая и гистограмма яркостей. Смещая кривую, разбитую якорными точками, вы сможете перераспределить уровни контрастности по всему ДД. Вероятно, понадобится обозначить несколько тональных областей вместо традиционного разделения на тени, средние тона, света. Принцип настройки данной кривой абсолютно идентичен тому, на котором зиждется фотошоповский инструмент Curves. А вот функции ползунков Radius и Threshold в данном контексте весьма специфические. Они контролируют уровень изменения локального контраста - то есть улучшают детализацию в масштабе небольших областей снимка. Тогда как кривая, напротив, корректирует параметры ДД на уровне всего изображения. Радиус указывает количество пикселей, которые оператор «тоун маппинга» будет считать локальными. Например, радиус в 16 пикселей означает, что области подгонки контрастности будут очень плотными. Тональные сдвиги примут явно заметный, слишком обработанный характер, HDR-изображение хотя и расцветет богатством деталей, но предстанет абсолютно неестественным, лишенным и намека на фотографию. Большой радиус тоже не выход - картинка получится более натуральной, но скучноватой в плане деталей, лишенной жизни. Второй параметр - порог - устанавливает предел разницы яркостей соседних пикселей, который позволит включить их в одну и ту же локальную область регулировки контрастности. Оптимальный диапазон значения порога - 0,5-1. После освоения вышеуказанных компонентов процесс «тоун маппинга» можно считать благополучно завершенным.

С Photomatix в мир HDR

Специально для всех нуждающихся в фотоснимках с очень широким ДД в 2003 г. французы придумали программку Photomatix, последняя версия которой сегодня доступна для бесплатного скачивания (полностью функциональна, только оставляет на снимке свой «водяной знак»). Многие любители HDR-затравки считают ее более расторопной, когда дело касается подгонки тональностей и интенсивностей 32-битного изображения с урезанными параметрами битовой глубины устройств вывода. К ним принадлежит и итальянец Джанлука Несполи. Приведем его слова: «HDR-картинки, генерированные этой программой, отличает лучшая проработка деталей неба и деревьев, они не выглядят слишком “пластмассовыми”, демонстрируют более высокий уровень контрастности и цветовой тональности. Единственный минус Photomatix - усиление вместе со всеми достоинствами и некоторых недостатков изображения, таких как шумы и артефакты JPEG-компрессии». Правда, компания-разработчик MultimediaPhoto SARL обещает устранить и эти нюансы, а кроме того, c теми же шумами, например,
неплохо справляются программы вроде Neat Image.

Помимо возможности осуществлять «тоун маппинг», Photomatix располагает несколькими дополнительными настройками уровня экспозиции, а ее алгоритм соотнесения тональностей можно применять даже к 16-битным TIFF’ам. Так же, как и в Photoshop, сначала на основе отдельных снимков с варьирующей экспозицией необходимо создать 32-битное HDR-соединение. Для этого у программы есть опция Generate HDR. Подтвердите значения экспозиционного интервала, выберите стандартную тональную кривую (рекомендовано) - и Photomatix готов будет представить вам свою версию HDR-изображения. Файл будет «весить» примерно столько же, сколько и фотошоповская версия, и иметь то же расширение - .hdr или.exr, - под которым его можно сохранить до начала процесса «тоун маппинга». Последний инициируется путем выбора соответствующей команды в главном меню HDRI программы. В его рабочем окошке вмещается много различных настроек, способных привести в замешательство. На самом деле, ничего сложного здесь нет. Гистограмма показывает распределение яркостей пропущенного через «тоун маппинг» снимка. Ползунок Strength определяет уровень локального контраста; параметры Luminosity и Color Saturation отвечают соответственно за яркость и цветовую насыщенность. Точки отсечения светлой и темной областей гистограммы вполне можно оставить по умолчанию. Photomatix предлагает всего четыре установки функции сглаживания контрастности в противоположность более точным настройкам Photoshop в пределах от 1 до 250. По правде говоря, такой уровень контроля не всегда желателен. Вряд ли непрофессионалу важна та разница, которая будет присутствовать между значениями радиуса сглаживания, скажем, 70, 71 и 72. Настройка микроконтраста обращается к локальному уровню, однако в случае использования изначально шумных или насыщенных всякого рода артефактами снимков, ею не следует злоупотреблять.

Когда "тоун маппинг" примирит монитор с HDR-изображением...

…можно подключать предыдущие навыки по обращению с Photoshop и редактировать HDR-изображение на свой вкус, страх и риск. Помните, пока что отношение фотопублики к продуктам искусственно созданной широкодиапазонной природы неоднозначное. «Если хотите иметь успех на этой ниве, постарайтесь выработать свой оригинальный стиль, а не упражняйтесь в повторении, - напутствует Микаэлла Райнрис. - В таком тонком и повсеместно копируемом на любительском уровне деле, как HDR, это особенно важно».

В постобработке, следующей за процессом «тоун маппинга», фотохудожница отдает предпочтение маскам слоев и размытиям на них (инструменты группы Blur, в частности - размытие по Гауссу). Из режимов наложения слоев Микаэлла любит Overlay и Color, позволяющие достигать требуемого уровня контрастности. Густаво Оренштайн и Джеспер Кристенсен добавляют сюда еще и Soft Overlay. Джеспер работает на таком слое кисточками инструментов «осветлитель» и «затемнитель». Первый помогает четче прорисовать детали в тенях, второй - создать драматическую контрастность. Без них в своей работе не обходится и Микаэлла, и Густаво. Тогда как Джанлука предпочитает затемнителю и осветлителю обычную рисовальную кисточку в режиме наложения слоев Overlay с минимальным уровнем прозрачности (opacity). Для придания изображениям должной цветовой насыщенности он работает с настройками hue/saturation и selective color. Джанлука создает дубликат слоя; к нему он применяет фильтр «размытие по Гауссу» (радиус 4 пикселя, показатель прозрачности - 13 %) и накладывает в режиме multiply или overlay. Затем он вызывает еще один дубликат и занимается уровнями насыщенности отдельных цветов в нем, особенно - белого, черного и нейтрального серого, которые и создают дополнительное ощущение широкого динамического диапазона. Из четверых наших экспертов только Джеспер Кристенсен активно использует цифровые графические планшеты Wacom, но мог бы прекрасно обходиться и без них - устройства нужны ему для других проектов.

Вообще говоря, постобработка HDR-изображений - вопрос, конечно, сугубо личный, зависящий не столько от технических возможностей программы, сколько от субъективного творческого видения художника. И было бы бессмысленно рассказывать о сотнях индивидуальных предпочтений каждого из сегодняшних авторов. Кто-то, как Микаэлла, стремится к простоте в выборе инструментов реализации визуальных задач. Для нее, например, фотошоповский shadow/highlight дороже всех самых дорогих и изощренных плагинов. А кто-то, вроде маэстро Оренштайна, продолжает экспериментировать с Photomatix, HDR Shop, Light Gen и тому подобными расширителями ДД. Бывалым пользователям графических редакторов, вероятно, важнее сконцентрироваться не на освоении новых программных продуктов, а на выработке собственного стиля и воспитании в себе целостного творческого начала. Тогда как новичкам хотелось бы посоветовать не потеряться в технических моментах, а постараться начать с формирования высокого художественного видения и места работ этого изумительного и перспективного жанра фотоиллюстрации.

Дата публикации: 25.06.2015

Три способа расширения динамического диапазона

На прошлом уроке мы узнали, что такое динамический диапазон и как работать с ним при съёмке, чтобы сохранить на фотографии детали как в светлых, так и в тёмных участках.

Но бывают сюжеты с таким большим перепадом яркости, что камера просто не может передать их без потерь. Существует несколько способов расширения динамического диапазона, доступных каждому фотографу. С их помощью можно показать все детали даже самого контрастного сюжета.

1. Возможности фотокамеры: технологии HDR и D-Lighting

NIKON D810 / 18.0-35.0 mm f/3.5-4.5 УСТАНОВКИ: ISO 100, F8, 1/60 с, 32.0 мм экв.

Когда использовать HDR, а когда «Активный D-Lighting»?

Для повседневной съёмки, а также съёмок в путешествиях, на прогулке удобнее использовать «Активный D-Lighting». Эта технология очень проста в использовании, не требует от фотографа никаких специальных навыков.

Если вы фотографируете неподвижные сюжеты (например, пейзаж) и хотите добиться идеального качества не снимая в формате RAW, целесообразно воспользоваться технологией HDR. Однако помните, что для работы с ней желательно использовать штатив.

Как видно, обе эти технологии ограничены съёмкой в формате JPEG. Но что делать продвинутому фотографу, желающему получать снимки формата RAW? Об этом - далее.

2. Градиентные светофильтры

Думаю, у каждого были солнцезащитные очки, у которых сверху стекло было затемнено сильнее, чем снизу - и солнечный свет не бьёт в глаза, и дорогу видно хорошо. Этот же принцип давно используют фотографы.

Что чаще всего на фотографиях пересвечивается? Небо. Его можно затемнить, оставив более тёмную нижнюю часть кадра в сохранности.

Градиентный фильтр представляет собой стекло, постепенно затемняющееся к одному из своих краёв. Существуют цветные градиентные фильтры, но нас больше всего будут интересовать бесцветные (градиентные светофильтры нейтральной плотности - Graduated Neutral Density, GND).

У градиентных фильтров есть несколько важных характеристик. Основная из них - форма выпуска.

• Резьбовые . Это градиентные фильтры привычного для фотографов вида (в круглой оправе), которые прикручиваются на объектив. Они относительно недороги, но не очень практичны. Ведь чтобы градиентный фильтр работал, его тёмная часть должна чётко совпадать с нижней границей неба на фотографии. А оно на разных снимках расположено по-разному: иногда его много, иногда от него остаётся лишь полосочка вверху кадра. Положение же градиента на таком фильтре мы менять не можем. И нам остаётся либо подстраивать композицию кадра под фильтр, либо отказаться от применения этого приспособления.
• Системные . Такие фильтры представляют из себя прямоугольные отрезки оптического пластика (очень редко - стекла), вставляющиеся в специальный держатель. Существует несколько стандартных размеров светофильтров и несколько систем для их крепления (Cokin, Lee, SinghRay). О системных светофильтрах и их применении можно говорить очень много, но сейчас мы сделаем лишь краткий обзор их возможностей.

Основное достоинство системных фильтров - гибкость в работе и широкий выбор аксессуаров. Такой фильтр можно устанавливать в любое положение, произвольно меняя область затемнения в кадре. Таким образом, мы сможем использовать их при любой компоновке кадра. Также эти фильтры различаются характером градиента. Основные виды - мягкий, жёсткий и обратный. Различные типы градиента применяются при съёмке разных сюжетов.

Независимо от формы выпуска градиентные фильтры различаются по степени затемнения (по плотности). Принцип такой же, как и в обычных нейтрально-серых фильтрах: чем плотнее (темнее) такой фильтр, тем большее затемнение он может дать. Максимализм тут неуместен - кадр потеряет естественность, если вы слишком сильно затемните небо. Оптимальным, пожалуй, будет фильтр с плотностью ND4, дающий затемнение на 2 ступени экспозиции.

В чём плюсы градиентных фильтров?

• При правильном использовании они дают наиболее естественный, приятный глазу результат (без обработки и склейки кадров).
• Их можно использовать с любой фототехникой - цифровой или плёночной - независимо от её характеристик и функций. Единственное ограничение - светофильтр должен подходить к объективу по размеру.
• Градиентные фильтры пригодятся не только при съёмке пейзажа. Их с тем же успехом можно использовать, к примеру, при съёмке портрета на природе.

Но и минусов у них предостаточно:

• Установка фильтра на камеру требует времени. А установка системных фильтров - и определённой сноровки. Пока вы накручиваете фильтры на камеру и располагаете их так, как надо, ваш сюжет может «уйти».
• Светофильтры нужно носить с собой. Следовательно, их можно потерять или сломать. Системные фильтры могут быть весьма громоздкими. HDR и «Активный D-Lighting» дома вы забыть не сможете и места они не занимают.
• Хорошие градиентные фильтры, в особенности системные, стоят серьёзных денег. Не каждый сможет себе их позволить.

Подводя итоги, нужно сказать, что градиентные светофильтры пригодятся, прежде всего, продвинутым фотографам и профессионалам. Такие фильтры используют при вдумчивой съёмке со штатива. В репортажной и трэвел-фотографии применение им вряд ли найдётся.

3. Брекетинг экспозиции и обработка на компьютере

Два предыдущих способа расширения динамического диапазона относились к процессу фотосъёмки - их применяют непосредственно при фотографировании.

Метод, о котором мы расскажем ниже, применяется при обработке кадров. Он подойдёт тем, кто знаком с компьютерной обработкой изображения. Однако и этот способ требует некоторых подготовительных действий.

Брекетинг экспозиции . Это последовательная съёмка нескольких кадров с разной экспозицией. Серию кадров в дальнейшем можно использовать по-разному. Имея кадры разной яркости, мы можем либо просто выбрать оптимальный по яркости снимок и работать с ним, либо склеить из серии снимков HDR-изображение.

Не все фотокамеры имеют функцию автоматического брекетинга экспозиции (её нет у самого доступного Nikon D3300). Однако любая камера позволит снять три кадра с разной экспозицией.

Брекетинг экспозиции подразумевает съёмку кадров с определённым шагом экспозиции. Первый кадр серии снимается с заданной фотографом экспозицией, а последующие - с положительной и отрицательной экспокоррекцией.

Серия кадров, сделанная с брекетингом экспозиции. Шаг 2 EV:

Обычно при брекетинге экспозиции регулируется выдержка, так как регулировка диафрагмы повлечёт за собой изменение глубины резкости, а ISO - появление лишних шумов. Впрочем, в некоторых аппаратах параметр, по которому будет производиться брекетинг, можно выбрать самостоятельно.

Шаг брекетинга измеряется в уже знакомых нам ступенях экспозиции . Чем больше шаг, тем больше кадры будут различаться по яркости. При съёмке очень контрастных сюжетов имеет смысл использовать шаг в 2 EV, менее контрастных - 1 EV.

Расширение динамического диапазона с помощью коррекции одного снимка формата RAW . Как правило, если детали в светлых участках кадра сохранены, то при обработке RAW-файла вполне можно осветлить тёмные участки, расширив тем самым динамический диапазон. Этому методу посвящён один из наших материалов из серии «Как это снято» .

#HDR #HDR_Pro #HDR10 #HDR_Ready #Active_HDR_(HDR10_+_HLG) #HDR_1000 #QHDR_1500 #HDR_Premium

Введение: что такое HDR?

В последние два-три года аббревиатуру "HDR" часто можно было встретить в контексте обсуждения характеристик экранов телевизоров от ведущих производителей. Эта технология стала «новой большой вехой» в области качества телевизионного изображения, чему способствует также развитие отраслей кино и консольных видеоигр. В настоящее время технологию HDR также начали более широко применять в мониторах для настольных компьютеров, и мы все чаще слышим о поддержке HDR в этой области, в частности, об этом говорилось на выставке CES-2017, проходившей в Лас-Вегасе.

Мы считаем, что будет полезно оглянуться назад и посмотреть, что же представляет собой технология HDR, что она предлагает нам, каким образом осуществляется, а также что нужно знать пользователю, чтобы сознательно выбрать дисплей под соответствующий контент, требующий именно HDR. Здесь мы постараемся в большей степени сконцентрироваться на компьютерных мониторах, не углубляясь в сферу ТВ.

Проще говоря, "высокий динамический диапазон" (High Dynamic Range, HDR) характеризует способность дисплея передавать большую разницу в яркости между яркими и темными частями изображениями. Для игр и кино это является значительным преимуществом, поскольку способствует созданию более реалистичного изображения и помогает сохранить детализацию в сценах, где контрастность может быть лимитирующим фактором. На экране с низкой контрастностью или работающем в стандартном динамическом диапазоне (standard dynamic range, SDR) мелкие детали в затемненных сценах будут потеряны – из-за того, что оттенки темно-серого будут отображаться как черные. Аналогично в сценах с большой яркостью можно потерять детали из-за того, что яркие элементы превращаются в белые. Это становится проблемой при воспроизведении на экране сцен, в которых одновременно присутствуют яркие и затемненные детали. В компании NVIDIA коротко сформулировали основание для применения HDR в виде тройного принципа: "яркие участки изображения должны оставаться яркими, темные – темными, и детали должны быть видны на тех и на других". Это способствует созданию более реалистичной и "динамичной" картинки (отсюда и название) по сравнению с дисплеями со стандартным диапазоном.

В сфере маркетинга термин HDR часто трактуется более широко, подразумевая не только повышение контраста между яркими и темными участками изображения, но и улучшение цветопередачи с увеличением цветового охвата. Далее мы также поговорим об этом, но с технической точки зрения HDR означает прежде всего увеличение контраста между яркими и затемненными частями изображения.

Рендеринг изображений в HDR

С HDR связан термин HDRR (High Dynamic Range Rendering), описывающий процесс построения изображений (рендеринг), в котором система компьютерной графики применяет расчеты яркости пикселей, выполняемые в высоком динамическом диапазоне. О значении контрастности мы уже рассказали во введении; HDR-рендеринг также полезен для сохранения естественной яркости при передаче на экране прозрачных свойств материалов (например, стекла) и таких оптических явлений, как отражение и преломление света. В SDR-рендеринге элементам очень ярких источников света, например, солнца, присваивается коэффициент яркости 1,0 (белый цвет). При передаче отражения такого источника коэффициент яркости должен быть меньше или равен 1,0. Однако в HDR-рендеринге элементы очень ярких источников света могут иметь коэффициент яркости больше 1,0 для лучшей передачи их действительной яркости. Это позволяет воспроизводить их отражения от поверхностей, соответствующие естественной яркости таких источников света.

Рядовой монитор для настольного компьютера с панелью TN Film или IPS реально может обеспечить контрастность в районе 800:1–1200:1, тогда как контрастность панели с технологией VA обычно находится в интервале 2000:1–5000:1. Человеческий глаз может воспринимать визуальные сюжеты с очень высокой контрастностью – примерно 1 млн:1 (1 000 000:1). При изменении освещенности адаптация достигается за счет приспособительных реакций радужной оболочки глаза, которые занимают некоторое время – как, например, при переходе из яркого света в темноту. В любой отдельно взятый момент времени диапазон глаза значительно меньше – около 10 000:1. Тем не менее, это все-таки больше, чем диапазон большинства дисплеев, включая панели VA. Вот здесь и нужна технология HDR – для расширения динамического диапазона экрана и обеспечения более высокой «живой» контрастности.

Стандарты для контента и HDR10

На рынке HDR все еще остается довольно мутная область – стандарты для контента, обеспечивающие в конечном счете совместимость дисплея и воспроизводимого на нем контента. В настоящее время существует два основных стандарта – HDR10 и Dolby Vision. Мы здесь не будем углубляться в детали и скажем только, что стандарт Dolby Vision подразумевает более высокое качество изображения, так как он поддерживает динамические метаданные (возможность динамической настройки контента – кадр за кадром) и 12-битный цветовой формат. Однако он подразумевает использование закрытой технологии, что включает в себя дополнительную плату за лицензию, а также требует наличия дополнительного «железа», поэтому устройства с поддержкой этого стандарта стоят дороже. С другой стороны, стандарт HDR10 поддерживает только статические метаданные и 10-битный цветовой формат, но он открытый и поэтому распространен более широко. К примеру, Microsoft и Sony для своих новых игровых консолей приняли стандарт HDR10. Он также является стандартом по умолчанию для дисков Blu-ray Ultra HD.

На самом деле, несмотря на различия контент-стандартов, дисплеи сравнительно легко могут поддерживать несколько форматов. На рынке ТВ достаточно часто можно встретить экраны, поддерживающие как Dolby Vision, так и HDR10, а также другие менее распространенные стандарты, такие как Hybrid Log Gamma (HLG) и Advanced HDR.

Компания Samsung недавно начала активно продвигать разработку так называемого стандарта HDR10+, который содержит ряд усовершенствований, направленных на восполнение недостатков предыдущей версии, – например, включает поддержку динамических метаданных. Со своей стороны Dolby Vision недавно переориентировала свой стандарт полностью на программное обеспечение, устранив таким образом сложности с дополнительным «железом» и связанной с ним дополнительной прибавкой к цене.

Когда придет время просматривать различного формата HDR-контент, вам понадобится дисплей с поддержкой соответствующего стандарта. Дисплеи, совместимые с HDR10, распространены очень широко, и контент в формате HDR10, соответственно, широко поддерживается. Dolby Vision менее распространен, хотя в некоторых телевизорах рекламируется поддержка этого стандарта – для тех, кто желает смотреть контент в формате Dolby Vision. Рынок мониторов пока представляется сфокусированным на HDR10, однако мы еще увидим экраны с рекламируемой поддержкой формата Dolby Vision. Это только вопрос времени.

Способы достижения высокого динамического диапазона и улучшения контрастности

Вам, вероятно, знаком термин "динамическая контрастность" (Dynamic Contrast Ratio, DCR), обозначающий технологию, которая уже много лет широко применяется в мониторах и экранах телевизоров , хотя в последнее время несколько утратила свою популярность. В основе динамической контрастности лежит способность экрана повышать или понижать свою яркость целиком – в зависимости от содержания конкретной сцены – за счет изменения яркости подсветки (backlight unit, BLU). Такое "общее затемнение" работает следующим образом: в более ярких сценах яркость подсветки переключается на более высокую, в более темных – на более низкую. Иногда подсветка может даже выключиться совсем, если сцена на экране полностью черная. Конечно, в реальном контенте это редко встречается, но может быть специально достигнуто при тестировании для определения возможности воспроизведения точек с еще более низким уровнем черного – потому что экран по сути выключен! Это позволяет производителям устанавливать крайне высокие значения динамической контрастности, по которым можно сравнивать разницу уровней самого яркого белого (при максимальной интенсивности подсветки) и самого темного черного (при минимальном значении яркости подсветки, а иногда даже при полностью выключенной подсветке). Данный технический прием получил весьма широкое распространение, и вот мы уже наблюдаем сумасшедшие значения DCR, устанавливаемые производителями экранов, – порядка миллионов к единице. На практике же, постоянное изменение яркости подсветки может оказаться отвлекающим или раздражающим фактором, многим людям это не нравится, и они просто отключают данную опцию. На самом деле, переменная яркость подсветки не вносит большого вклада в расширение динамического диапазона при восприятии контрастности, так как при быстром изменении яркости всего экрана человеческий глаз не успевает адаптироваться к новому значению общей яркости, а разница между яркими и темными участками в пределах одной сцены остаётся той же самой.

Краевое локальное затемнение

В последнее время, говоря о возможных путях преодоления ряда ограничений в части контрастности LCD дисплеев, производители часто употребляют термин "локальное затемнение". Локальное затемнение используется для затемнения "локальных" участков экрана – области экрана, которые должны быть темными, затемняются, в то время как яркость остальных областей не изменяется. Это помогает улучшить видимую контрастность и выявить детали в темных сценах или в контенте с невысокой яркостью в целом.

Существуют разные способы создания локального затемнения за счет снижения яркости подсветки в множественных локальных областях экрана. Наиболее простой и дешевый подход – применение метода "краевого локального затемнения". Все используемые в этом методе светодиоды подсветки расположены по границам экрана и поделены на группы, управляющие яркостью определенных областей (зон) экрана. Чем больше зон, тем лучше, так как контроль содержимого экрана становится более дискретным. В ряде случаев такое локальное затемнение может давать некоторый положительный эффект на дисплеях с DCR, но чаще не помогает совсем. Иногда картинка в результате может даже стать хуже, если общее изменение яркости одновременно накладывается на большие области экрана. На это может влиять расположение светодиодов, например, располагаются они по периметру экрана или же только по верхней и нижней или левой и правой его границам. Часто технология локального затемнения предлагается только в качестве опции – там, где имеют место ограничения по мощности или где необходим более тонкий форм-фактор, как, например, в некоторых телевизорах и особенно в ноутбуках. Метод краевого локального затемнения до сих пор реализуется в большинстве мониторов для настольных компьютеров. Он не слишком дорог и не слишком сложен для массового применения, а главное – обеспечивает уровень локального затемнения, позволяющий успешно продвигать технологию HDR. 8-зонная краевая подсветка в мониторах для настольных компьютеров – довольно типичная картина по сей день. Например, в модели Samsung C32HG70 используется именно такой вид подсветки для локального затемнения.

Матричное локальное затемнение

Создать локальное затемнение можно более оптимальным способом – используя "матричное локальное затемнение" (Full-Array Local Dimming, FALD), где, в отличие от краевых схем, отдельные светодиоды подсветки, расположенные за панелью LCD, составляют сплошную матрицу. В компьютерных мониторах краевая подсветка является гораздо более распространенным методом, но в телевизионных экранах стали чаще применяться матричные методы подсветки. Было бы идеально, если бы каждый светодиод имел индивидуальное управление, но в реальности полная площадь подсветки LCD экранов только разбивается на отдельные "зоны", в которых и осуществляется локальное затемнение. Большинство производителей не раскрывают информацию о том, сколько зон используется в конкретных моделях, но обычно количество зон исчисляется десятками. В некоторых телевизионных экранах класса high end фактическое число зон очень велико – 384. Каждая зона отвечает за определенный участок экрана, хотя изображения объектов, размеры которых меньше размеров зоны (например, звезда на фоне ночного неба), не получают преимуществ от использования локального затемнения и могут выглядеть на экране несколько приглушенными. Чем больше зон и чем меньше их размеры, тем лучше обеспечивается контроль яркости содержимого экрана.

Широкое внедрение технологии матричной подсветки встречает ряд трудностей. Во-первых, она намного дороже простой краевой подсветки, поэтому следует заранее готовиться к высокой розничной цене дисплеев, поддерживающих данную технологию. Система матричной подсветки с 384 зонами вносит большой вклад в себестоимость продукции, что неизбежно отражается на розничной цене. Во-вторых, управляемая матричная светодиодная подсветка требует увеличения размера экрана в глубину, так что тут мы даже увидим определенный шаг назад по сравнению с ультратонкими профилями, которые уже стали привычными. В настоящий момент технологию FALD поддерживают только некоторые мониторы, среди которых можно выделить две разновидности: 27-дюймовые модели 16:9 с 384 зонами подсветки и 35-дюймовые ультраширокоформатные модели 21:9 с 512 зонами подсветки. Далее мы рассмотрим их более подробно. Следует иметь в виду, что мониторы с технологией FALD считаются лучшими пока что теоретически, а на практике они могут проявлять себя по-разному. Применение в мониторах технологии FALD само по себе не означает, что они обязательно окажутся намного лучше, оно просто подразумевает их более высокий потенциал при успешной реализации технологии.

Просмотр HDR-контента

Экран с HDR и персональный компьютер

На сегодняшний день достаточно сложно разобраться в портах подключения, поддерживающих HDR, и перед тем, как покупать современный монитор с HDR для своего компьютера, следует знать некоторые вещи. Для начала нужно убедиться, что ваша операционная система (ОС) совместима с HDR. Например, последние версии Windows 10 поддерживают HDR, но многие ОС поведут себя несколько необычно, когда вы подключите свой новый монитор к компьютеру. Картинка может выглядеть тусклой и полинявшей в результате того, что ОС распространяет параметры HDR на весь остальной контент. Работа с HDR-контентом по идее должна проходить гладко (если у вас получилось этого добиться – поделитесь опытом!) и оставлять приятные впечатления от высокого динамического диапазона и широкого цветового охвата. Однако на практике обычную повседневную работу даже при включенной опции HDR сложно назвать нормальной. Windows накладывает ограничение на яркость экрана – не более 100 кд/м 2 , потому что полная яркость подсветки 1000 кд/м 2 может ослеплять при работе с таким контентом, как документы Word или Excel. Это ограничение оказывает непосредственное влияние на восприятие оригинального изображения, снижая яркость и насыщенность цвета. ОС также пытается подгонять обычный sRGB-контент под более широкое цветовое пространство HDR-экрана, что вызывает дополнительные проблемы. К сожалению, на данный момент Windows не всегда автоматически переключается на HDR и обратно при распознавании соответствующего контента, так что тут может иметь место тот самый случай, когда приходится лезть в раздел настроек и вручную устанавливать нужную опцию (settings > display > HDR and Advanced Color > off/on). Windows показывает себя с лучшей стороны при использовании интерфейса HDMI – при таком подключении монитора, по-видимому, осуществляется корректное переключение между SDR- и HDR-контентом, и можно надеяться, что вам не придется каждый раз включать или выключать опцию HDR в настройках Windows, когда вы будете запускать разный контент. Это не является признаком неисправности дисплея, и, возможно, когда технология HDR немного устоится, мы получим более адекватную поддержку со стороны ОС.

У совместного использования ПК и HDR-контента есть еще одна сложность – поддержка со стороны видеокарты. Новейшие карты NVIDIA и AMD поддерживают HDR и даже располагают соответствующими портами: DisplayPort 1.4 или HDMI 2.0a+. Если вы хотите получать полноценные впечатления от HDR, вам потребуется видеокарта топового уровня. Кроме того, существует ряд дополнительных сложностей, связанных с прямой трансляцией видеоконтента и защитой (при желании вы можете изучить эти вопросы в дальнейшем). На сегодняшний день в продаже имеются видеокарты с поддержкой HDR, но вряд ли они скоро подешевеют.

И наконец, следует рассмотреть еще один вопрос, связанный с поддержкой HDR-контента при его просмотре на ПК. В настоящее время кино- и видеопродукция с HDR, предлагаемая в том числе такими трансляционными сервисами, как Netflix, Amazon Prime и YouTube, не будет корректно воспроизводиться на ПК из-за ряда сложностей в части обеспечения защиты. Данные сервисы транслируют HDR-контент с помощью своих специальных приложений в расчете непосредственно на HDR ТВ, где независимое аппаратное обеспечение существенно облегчает контроль. Таким образом, значительное количество HDR-контента, предоставляемое этими трансляционными сервисами, в настоящее время сложно или невозможно просматривать на персональном компьютере. К счастью, подключение к монитору внешнего проигрывателя Blu-ray Ultra HD или медиаприставки с поддержкой HDR, например, Amazon Fire TV 4K, упрощает дело, устраняя проблемы с программным и аппаратным обеспечением, поскольку поддержка HDR технически заложена в этих устройствах.

Играть на ПК в высоком динамическом диапазоне несколько проще, если вы сможете найти игры с корректной поддержкой HDR, ваша операционная система совместима с HDR и у вас есть соответствующая видеокарта. Компьютерных игр с поддержкой HDR пока немного – даже если таковые представлены на рынке консольных игр, у них не всегда есть эквивалентная HDR-версия для ПК. Очевидно, что со временем их станет больше, но пока они создаются в сравнительно небольшом количестве. В общем и целом, на данный момент это довольно сложная область взаимодействия ПК с HDR.

Экран с HDR и внешние устройства

К счастью, с внешними устройствами дело обстоит проще. Встроенная система программно-аппаратного обеспечения проигрывателя Blu-ray Ultra HD или медиаприставки (Amazon Fire TV 4K HDR и т.д.) облегчает жизнь. Вывод HDR-контента на экран с этих устройств не представляет трудностей – вам просто нужен соответствующий дисплей.

Также заслуживают внимания игровые консоли, поддерживающие HDR. Данный сегмент рынка уже немного устоялся, и благодаря целостной компоновке программного и аппаратного обеспечения этих систем вам не придется беспокоиться по поводу возможных ограничений со стороны операционной системы или видеокарты при воспроизведении HDR-контента. Поддержка HDR на таких игровых консолях, как PS4, PS4 Pro или X Box One S осуществляется при подключении их к монитору через порт HDMI 2.0a.

Стандарты для HDR и сертификация: ТВ-сегмент

В то время как HDR-контент создается по определенным стандартам, сами HDR-дисплеи могут различаться по характеристикам и в части поддержки различных аспектов изображения. ТВ-экраны, а в последнее время и мониторы для ПК часто позиционируются на рынке как "HDR", но по своим спецификациям и уровню поддержки технологии HDR они отличаются друг от друга. С целью прекратить злоупотребление термином HDR, прежде всего на рынке ТВ, и предотвратить дальнейшее распространение множества вводящих в заблуждение спецификаций и рекламных проспектов был учрежден альянс UHD Alliance. Данный альянс представляет собой консорциум, куда входят производители телевизоров, разработчики технологий, а также студии, выпускающие ТВ-программы и фильмы. До этого не существовало никаких четких стандартов для HDR, и не было спецификаций, разрабатываемых производителями дисплеев для предоставления пользователям информации об уровне поддержки HDR. 4 января 2016 г. Ultra HD Alliance опубликовал сертификационные требования к "правильному HDR-экрану", с акцентом на ТВ-сегменте, поскольку на тот момент компьютерные мониторы с HDR на рынке еще не появились. В документе были кратко сформулированы основные положения стандарта "правильной" поддержки HDR, а также ряд других ключевых требований, обязательных для производителей, которые будут сертифицировать свой экран как "Ultra HD Premium". Основное внимание в спецификации стандарта Ultra HD Premium уделено характеристикам контрастности и цветности.

Контрастность / Яркость / Глубина черного

Существует два варианта спецификации – для дисплеев LCD и OLED соответственно – непосредственно относящиеся к аспектам HDR.

Вариант 1. Максимальная яркость – 1000 кд/м 2 или более, уровень черного – менее 0,05 кд/м 2 , в результате чего достигается значение контрастности 20 000:1. Данная спецификация представляет стандарт Ultra HD Alliance для LCD дисплеев.

Вариант 2. Максимальная яркость – более 540 кд/м 2 , уровень черного – менее 0,0005 кд/м 2 , в результате чего достигается значение контрастности 1 080 000:1. Данная спецификация соответствует стандарту для OLED дисплеев. В настоящее время технология OLED ведет борьбу за повышение максимальной яркости. Тем не менее, хотя она пока не может обеспечить столь же высокую яркость, как у LCD экранов, гораздо большая глубина черного позволяет получить на OLED экранах очень высокую контрастность, удовлетворяющую требованиям HDR.

В дополнение к аспектам, связанным с HDR, стандарт Ultra HD Premium включает ряд других важных требований, выполнение которых является обязательным для успешного прохождения сертификации:

Разрешение – дисплей, обозначаемый как "Ultra HD Premium", должен обеспечивать разрешение не менее 3840 x 2160. Такое разрешение часто обозначают как "4K", однако официально это разрешение "Ultra HD", а "4K" составляет 4096 x 2160.

Глубина цветопередачи – дисплей должен принимать и обрабатывать 10-битный цветовой сигнал для обеспечения большей глубины цветопередачи. Это подразумевает возможность обработки сигнала с количеством цветов более 1 млрд. Вы могли часто слышать о телевизорах с 10-битным цветом или, скорее, с "глубоким цветом". Такая обработка 10-битного сигнала позволяет воспроизводить на экране более плавные градации цветовых оттенков, и, поскольку задача состоит не в том, чтобы показать по телевизору всю цветовую палитру, а только в обработке 10-битного сигнала, увеличение глубины цветопередачи не представляет больших проблем.

Цветовой охват – одно из сертификационных требований Ultra HD Alliance – дисплей Ultra HD Premium должен обеспечивать более широкий цветовой охват по сравнению с типовыми стандартами для подсветки. Цветовой охват экрана телевизора должен перекрывать стандартное цветовое пространство sRGB / Rec. 709 (35% цветового охвата человеческого глаза), которое составляет около 80% от требуемого по условиям сертификации. В части цветового охвата дисплей должен соответствовать стандарту DCI-P3 (54% цветового охвата человеческого глаза), установленному для цифровых кинотеатров. Это расширенное цветовое пространство позволяет получить более широкий спектр цветов – на 25% больше, чем в sRGB (т.е. 125% sRGB). Фактически, данное значение ненамного превосходит цветовой охват Adobe RGB, составляющий примерно 117% sRGB. Кроме того, известно еще более широкое цветовое пространство (примерно 76% цветового охвата человеческого глаза), которое называется BT. 2020 и является еще более претенциозной целью производителей дисплеев в будущем. В настоящее время ни один из потребительских дисплеев не имеет цветового охвата, близкого хотя бы к 90% BT. 2020, однако многие форматы HDR-контента, в том числе и общедоступный HDR10, используют это цветовое пространство для заготовок на будущее, которое зависит от разработчиков дисплеев.

Варианты подключения – для телевизора требуется интерфейс HDMI 2.0. Данная программа сертификации изначально была разработана для рынка ТВ, но на рынке компьютерных мониторов общепринятым вариантом является также DisplayPort, используемый для поддержки более высокой (свыше 60 Гц) частоты обновления. Поэтому мы не удивимся, если в программу сертификации Ultra HD Premium будут внесены изменения, касающиеся мониторов и включающие DisplayPort в список поддерживаемых интерфейсов.

Дисплеи, соответствие которых указанным требованиям официально подтверждено, могут снабжаться логотипом "Ultra HD Premium", который был для этого специально разработан. Следует помнить, что некоторые дисплеи, не имеющие этого логотипа, тем не менее позиционируются как дисплеи с поддержкой HDR. Спецификации HDR являются только частью сертификационной программы, поэтому экран может поддерживать HDR, но при этом не соответствовать другим дополнительным требованиям стандарта Ultra HD Premium (например, в части цветового охвата). Если экран заявлен как поддерживающий HDR, но не имеет логотипа Ultra HD Premium, то неясно, каким образом в нем достигается высокий динамический диапазон и действительно ли он соответствует тому минимуму требований, которые Ultra HD Alliance установил собственно для HDR. В таких случаях вы можете получить некоторое представление о преимуществах HDR, но оно будет неполным. Если же дисплей прошел сертификацию и получил логотип Ultra HD Premium, то вы можете быть уверены в том, что смотрите "полновесный HDR" – по крайней мере в понимании этого термина разработчиками соответствующей спецификации из Ultra HD Alliance.

Мониторы с HDR – какие из них "правильные"?

На рынке ТВ более-менее определились с требованиями к поддержке HDR, и очень хорошо, что есть стандарт Ultra HD Premium для экранов телевизоров. Но какой компьютерный дисплей с HDR является "правильным"? Если вернуться немного назад, то можно заметить, что мы упомянули способ достижения высокого динамического диапазона (применяемый вариант локального затемнения) как важный аспект. Например, у вас может быть дисплей, соответствующий всем спецификациям стандарта Ultra HD Premium, но имеющий небольшое число зон затемнения в системе с краевой подсветкой. Формально все требования соблюдены, но фактические впечатления от HDR могут оказаться слабыми. С другой стороны, у вас может быть дисплей с очень хорошей реализацией технологии FALD, который тем не менее соответствует не всем спецификациям Ultra HD Premium – например, это дисплей сравнительного небольшого размера, который не обеспечивает полное разрешение Ultra HD. Технология FALD предполагает лучший контроль локального затемнения, в результате чего общее впечатление от HDR может намного превосходить то, которое обеспечивает первый дисплей, удовлетворяющий всем сертификационным требованиям, но имеющий более слабую систему подсветки с краевым локальным затемнением. Второй дисплей не может быть классифицирован как "правильный" HDR-дисплей, несмотря на то, что на практике он ведет себя лучше. Выбор и реализация в дисплее конкретной технологии локального затемнения имеет большое значение.

При выборе телевизора с HDR вам достаточно обратить внимание на систему подсветки и наличие логотипа Ultra HD Premium, не исключая возможных несоответствий указанных в документации характеристик стандарту.

Можно ли перенести всё это на рынок мониторов? Тут опять дело обстоит более сложно. Во-первых, мы не считаем, что разрешение Ultra HD 3840 x 2160 необходимо большинству мониторов. Для экрана телевизора большого формата оно гораздо более важно, но на компьютерном мониторе обычного размера 24-27" данный вид разрешения вам не нужен. Изображение и без него будет достаточно резким и четким, при этом экран сможет обрабатывать контент более высокого разрешения (например, в формате Blu-ray Ultra HD), снижая разрешение без заметных потерь качества изображения – конечно, если вы будете смотреть на экран с немного большего расстояния, обычного для просмотра мультимедийного контента. Уже одно это создает проблемы с сертификацией по стандарту Ultra HD Premium.

Еще один спорный вопрос – максимальная яркость. В стандарте Ultra HD Premium указано значение 1000 кд/м 2 . Это хорошо для телевизора, который вы смотрите с расстояния нескольких метров, но как быть с компьютерным монитором, расстояние до которого обычно составляет около полуметра? Яркость 1000 кд/м 2 необходима для обеспечения максимальной детализации в ярких сценах, но фактически на близком расстоянии дает большую нагрузку на глаза. Это является аргументом в пользу снижения значения максимальной яркости для компьютерных мониторов, и хотя некоторые детали в световых эффектах и сценах с очень большой яркостью могут потеряться (при этом детализация все равно будет намного лучше, чем в SDR), вы избежите проблем, связанных с дискомфортом от высокой яркости на близком расстоянии. Мы здесь не даем однозначных рекомендаций за или против, а просто обозначаем область возможных разногласий.

Также в настоящее время в спецификации Ultra HD Premium не рассматривается обычный для ПК интерфейс DisplayPort. При том, что экран обязательно должен иметь порт HDMI 2.0a+ , который удобен для подключения внешних устройств, вероятно, нужно будет внести в спецификацию и DisplayPort для подключения к ПК. Теоретически, у вас может быть монитор сугубо для ПК без каких-либо портов HDMI, но с DP 1.4 для обеспечения поддержки HDR, и на текущий момент он не будет соответствовать стандарту Ultra HD Premium, который в части совместимых с HDR подключений требует наличия HDMI.

Возможно, нужно несколько альтернативных программ сертификации HDR-мониторов, в которых принимались бы во внимание рассмотренные здесь вопросы и которые помогли бы избежать черно-белой классификации в духе: "он не поддерживает стандарт Ultra HD Premium, значит, это «неправильный» HDR-экран". Мы считаем подобную аргументацию не вполне корректной.

На наш взгляд, в настоящее время способность компьютерного монитора поддерживать HDR определяется следующими параметрами (в порядке убывания важности):

1) Технология локального затемнения – предпочтительной является технология FALD, и чем больше зон, тем лучше.

2) Контрастность – 20 000:1 и более, как и для ТВ.

3) Глубина цвета и цветовой охват – дополнительное цветовое пространство дает заметную разницу при восприятии изображения.

4) Максимальная яркость – полная яркость 1000 кд/м 2 не является необходимой и не обязательно будет идеальным вариантом. И все же требуется яркость выше обычных 300-350 кд/м 2 , чтобы по достоинству оценить преимущества HDR по сравнению с SDR-экранами. На текущий момент, с учетом возможностей производителей панелей, оптимальными для широкого применения представляются значения максимальной яркости в районе 550-600 кд/м 2 .

5) Варианты подключения – для поддержки HDR вам потребуется порт HDMI 2.0a+ или DisplayPort 1.4, и, на наш взгляд, следует также рассмотреть DP в плане сертификации дисплеев в будущем.

6) Разрешение – для сравнительно небольших компьютерных экранов разрешение Ultra HD не является необходимым.

HDR на рынке компьютерных мониторов

Мы уже упоминали в начале, что термин HDR применительно к компьютерным мониторам стал использоваться все чаще, в том числе в пресс-релизах о готовящихся к выпуску моделях. И по-прежнему производители мониторов представляют мешанину из спецификаций в стремлении позиционировать свой экран как "HDR" – новое модное слово на этом рынке.

Вот, например, модель LG 32UD99 (см. рисунок выше), о которой заявлено: разрешение Ultra HD, цветовой охват 95% DCI-P3 и поддержка формата HDR10. Однако ни в спецификации, ни в материалах для прессы ничего не говорится об используемом варианте локального затемнения, и мы предполагаем там краевую подсветку. Указанные значения яркости – средняя яркость 350 кд/м 2 и максимальная яркость 550 кд/м 2 – не соответствуют пороговому требованию стандарта Ultra HD Premium – или полному значению яркости формата HDR10 – 1000 кд/м 2 . Это странно, поскольку LG специально обозначила поддержку HDR10 как одну из фишек своего экрана. То есть в данном случае HDR предлагается не в полном объеме, и есть ряд вопросов в части того, как это будет выглядеть на практике. В спецификации монитора LG используется следующий специальный логотип: "HDR for PC".

Еще большая путаница вышла с термином HDR применительно к монитору Dell S2718D. В пресс-релизе Dell заявлено в качестве резюме: "монитор Dell с поддержкой HDR разработан в расчете на пользователей ПК в соответствии со спецификациями, отличными от существующих ТВ-стандартов для HDR. Для получения более подробной информации внимательно изучите спецификации". Тут, по крайней мере, не обещают пользователям "полную поддержку HDR". Данный экран предлагает разрешение только 2560 x 1440, яркость 400 кд/м 2 и цветовой охват всего лишь 99% sRGB / Rec. 709. Ничего не сказано о технологии локального затемнения, и можно только догадываться, что они там предлагают для обеспечения так называемой поддержки HDR. Ни одна из спецификаций и рядом не стояла с ТВ-стандартами, на которые производители мониторов могли хотя бы ориентироваться.

Далее идет модель BenQ SW320 (также см. рис. выше) – специализированный экран, разработанный для профессиональной обработки фотографий. Здесь спецификация в части декларируемой поддержки HDR и некоторых аспектов производительности, по крайней мере, выглядит ориентированной уже на требования ТВ-стандарта: разрешение Ultra HD, 10-битная глубина цветопередачи и цветовой охват 100% DCI-P3. Заявленная яркость, однако, составляет только 350 кд/м 2 , так что снова возникают вопросы об итоговом качестве поддержки HDR.

Таким образом, в настоящее время на рынке компьютерных мониторов существует множество моделей, заявленных как "дисплеи с HDR", и целый ряд спецификаций, не отвечающих какому-либо единому стандарту. Похожая ситуация была и на рынке ТВ, когда появились первые телевизоры с HDR, и это стало одной из причин, почему Ultra HD Alliance разработал свою систему стандартизации и сертификации. Рано или поздно нечто подобное должно было произойти и на рынке компьютерных мониторов – заимствование или дополнение к стандарту "Ultra HD Premium" или что-то другое. В частности, у двух ведущих фирм-производителей видеокарт, похоже, есть свои собственные идеи на предмет сертификации и стандартов для HDR в этом сегменте. А в конце прошлого года VESA представила систему сертификации "DisplayHDR". Обо всем этом далее пойдет речь. На данный момент мы посоветовали бы вам быть внимательными, когда вы слышите термин "HDR" применительно к компьютерным мониторам, так как под ним действительно могут подразумевать очень разные вещи. Мы постараемся освещать в наших новостях и обзорах характеристики конкретных моделей, которые будут заявлены как дисплеи с поддержкой HDR.

Подход NVIDIA и игровые HDR-дисплеи с технологией FALD

В январе 2017 г. компания NVIDIA анонсировала разработку нового поколения технологии G-sync. Технология G-sync обеспечивает поддержку переменной частоты обновления и тем самым помогает повысить игровую производительность совместимых с ней видеокарт и дисплеев, а также избежать таких проблем, как разрывы изображения и заминки в играх, где частота кадров по ходу игры может изменяться. Новое поколение G-sync направлено на обеспечение также и поддержки HDR и носит наименование "G-sync HDR". Данная технология была разработана NVIDIA в партнерстве с AU Optronics – одним из крупнейших производителей экранных панелей. В отличие от HDR-телевизоров, мониторы с технологией G-sync HDR, сочетающие преимущества G-sync с поддержкой HDR-контента, были разработаны «с нуля», что позволило им избежать большинства проблем, связанных с задержками входного сигнала, которые были характерны для ТВ-дисплеев. Кроме того, и возможно это даже более важно с точки зрения поддержки HDR, есть информация, что новые экраны с G-sync HDR будут включать в себя систему подсветки с технологией FALD, позволяющей получить максимальный эффект от локального затемнения и собственно от HDR. По крайней мере, об этом говорят.

Также видны признаки того, что наряду с поддержкой HDR NVIDIA проводит работу в направлении соответствия дисплеев остальным требованиям стандарта Ultra HD Premium. Дисплеи с G-sync HDR будут иметь цветовой охват, очень близкий к DCI-P3. Необходимая ширина цветового охвата (~125% sRGB) будет достигаться за счет применения недавно разработанной технологии Quantum Dot. Технология Quantum Dot Enhancement Film (QDEF) используется для получения на экране более глубоких и насыщенных цветов. Впервые примененная в телевизорах класса high-end, QDEF-пленка покрыта наноскопических размеров точками, которые излучают свет строго определенного цвета в зависимости от размера точки, воспроизводя таким образом яркие, насыщенные и сменяющие друг друга оттенки во всем цветовом диапазоне – от темно-зеленых и красных до ярко-синих. Это современный более экономичный способ получения расширенного по сравнению с sRGB цветового охвата, без необходимости использования полностью дискретной (и более дорогой) светодиодной подсветки типа RGB-LED. Такая подсветка, дающая широкий цветовой охват, встречается иногда только в профессиональных экранах, а технологию Quantum Dot вы увидите на многих экранах любого сегмента рынка. Дисплеи класса мэйнстрим, мультимедийные и игровые будут массово использовать технологию Quantum Dot, если таковым окажется выбор производителей. Зависит это также и от выбора экранной панели и типа подсветки. Технология Quantum Dot может применяться в экранах с обычной W-LED подсветкой для увеличения цветового охвата, а также в экранах с матричной подсветкой, например, в новых экранах с поддержкой G-sync HDR. Тем не менее, применение технологии Quantum Dot не обязательно означает возможность поддержки HDR. Вы можете найти множество дисплеев с Quantum Dot, которые не предлагают HDR и не имеют матричной подсветки. Эти дисплеи используют Quantum Dot просто для увеличения цветового охвата и обеспечения передачи более живых и насыщенных цветов, что обычно приветствуется в играх и мультимедиа. Для дисплеев с HDR технология Quantum Dot является методом увеличения цветового охвата в том числе и с целью соответствия стандарту Ultra HD Premium. В дисплеях с технологией NVIDIA поддержка HDR осуществляется с помощью системы матричной подсветки для создания локального затемнения, и при этом используется технология Quantum Dot для расширения цветового охвата.

В 2017 г. было заявлено несколько дисплеев с поддержкой технологии G-sync HDR, первым из которых стал Asus ROG Swift PG27UQ. Данная модель использует 384-зонную подсветку FALD и предлагает разрешение 3840 x 2160 Ultra HD, максимальную яркость 1000 кд/м 2 , цветовой охват 125% sRGB и другие впечатляющие характеристики, например, частоту обновления 144 Гц (впервые на экране с разрешением Ultra HD). Конкуренцию составляют модели от Acer – Predator X27, и от AOC – AGON AG273UG. Все это 27-дюймовые модели, и здесь интересно посмотреть на реализацию технологии FALD для оптимальной поддержки HDR. Выход этих дисплеев в 2017 г. задержался, и вряд ли они появятся в 1 квартале 2018 г.

Также были представлены два экрана большего размера: Acer Predator X35 и Asus ROG Swift PG35VQ – 35-дюймовые ультраширокоформатные модели с 512 зонами подсветки FALD. Эти дисплеи предлагают разрешение 3440 x 1440 (что формально не соответствует требованию к разрешению Ultra HD 3840 x 2160), но при этом заявлены максимальная яркость 1000 кд/м 2 и цветовой охват 90% DCI-P3.

Возможно, что линия дисплеев с технологией NVIDIA G-sync HDR будет развиваться в направлении соответствия уже существующему стандарту "Ultra HD Premium", но, зная NVIDIA, легко предположить, что они могут ввести и свой собственный, "лучший" стандарт для сертификации экранов с поддержкой G-sync HDR. В официальном документе NVIDIA говорится, что "дисплей с HDR требует продуманных технических решений, обеспечивающих сочетание высокой яркости, высокой контрастности, широкого цветового охвата и высокой частоты обновления". Первые три требования представляют собой неотъемлемую часть спецификаций стандарта Ultra HD Premium, а последнее – это уже дополнение от NVIDIA, рассчитанное, судя по всему, на использование G-sync и стимулирование дальнейшего развития дисплеев с высокой (более 60 Гц) частотой обновления. Например, вышеупомянутые 27-дюймовые модели имеют частоту обновления 144 Гц, а 35-дюймовые модели предлагают 200 Гц. Так что скорей всего вместо логотипа Ultra HD Premium соответствующие дисплеи будут носить логотип "NVIDIA G-sync HDR". Время покажет.

Отдельное замечание с точки зрения использования видеокарт: GPU от NVIDIA с архитектурами Maxwell и Pascal поддерживают формат HDR10 через интерфейсы DisplayPort и HDMI, причем NVIDIA непрерывно отслеживает и оценивает новые форматы и стандарты, как только они появляются.

Подход AMD и технология FreeSync 2

В прошлом году AMD анонсировала свою новейшую разработку в области технологии переменной частоты обновления FreeSync, успешно развивающейся с 2015 г. Новая версия технологии, которая называется FreeSync 2, также касается главным образом частоты обновления экрана, но уже с учетом поддержки высокого динамического диапазона (HDR). Она разработана не с целью замены FreeSync, а как всестороннее решение вопроса, что AMD и ее партнеры на рынке мониторов и компьютерных игр могут сделать для повышения качества игрового процесса в классе high end. FreeSync 2 в большей степени ориентирована на высокий ценовой сегмент игрового рынка, что объясняется стоимостью разработки этой технологии.

В центре разработки стоит поддержка HDR. Как неоднократно заявлял Брэндон Честер (Brandon Chester) на сайте Anandtech, дела с поддержкой дисплеями технологий нового поколения под управлением Windows обстоят в лучшем случае хаотично. Высокое разрешение HiDPI не работает как надо, и пока не принято никакого всестороннего и последовательного решения в сфере поддержки мониторов с HDR и/ или цветовым охватом больше sRGB. Последние обновления Windows 10 немного помогли, но они не решают всех проблем и очевидно не рассчитаны на геймеров, у которых более старые операционные системы. В Windows просто нет подходящих встроенных каналов поддержки HDR, поэтому использовать HDR-экран вместе с Windows затруднительно. Другая проблема – у мониторов с HDR могут быть дополнительные входные задержки, создаваемые их внутренними процессорами.

Во FreeSync 2 эти вопросы решаются путем изменения системы передачи данных дисплея целиком, что должно устранить проблемы с Windows и по возможности разгрузить монитор. Технология AMD FreeSync 2 по сути представляет собой оптимизацию системы передачи данных дисплея с целью облегчения поддержки HDR и широкого цветового охвата, а также для улучшения производительности экрана. Это также способствует уменьшению задержки, в том числе дополнительных входных задержек (input lag) при обработке HDR-сигнала. Про технические подробности и требования можно почитать на сайте Anandtech.

Поскольку все карты AMD с FreeSync 1 (в т.ч. с архитектурой GCN 1.1 и более новые) уже поддерживают и HDR, и переменную частоту обновления экрана, FreeSync 2 также будет работать на этих картах. Все GPU с поддержкой FreeSync 1 смогут поддерживать и FreeSync 2. Нужно будет только обновить драйверы.

В то время как мы предполагаем, что спецификации FreeSync 2 только подходят к стадии сертификации, уже появилось несколько мониторов с поддержкой FreeSync 2. Например, модель Samsung C32HG70 поддерживает AMD FreeSync и HDR. Данная модель использует краевую подсветку для создания локального затемнения и не соответствует спецификациям Ultra HD Premium – это говорит о том, что подход AMD к поддержке HDR, возможно, является более гибким.

Стандарты DisplayHDR

Как мы уже не раз говорили, HDR-стандарт Ultra HD Premium был разработан для ТВ-экранов. И вот, в конце 2017 г. VESA представила свою новую систему сертификации "DisplayHDR" – уже для компьютерных мониторов. Она была разработана при участии более чем 20 компаний, включая AMD, NVIDIA, Samsung, Asus, AU Optronics, LG.Display, Dell, HP и LG, и представляет собой "первый полностью открытый стандарт в отрасли компьютерных дисплеев, определяющий качество HDR-изображения и соответствующие требования к следующим характеристикам: яркость, цветовой охват, глубина цветопередачи и время отклика при увеличении яркости".

В первом релизе DisplayHDR версии 1.0 основное внимание они уделили LCD-дисплеям, оставив, судя по всему, вопросы HDR-сертификации OLED и других технологий на будущее. Для компьютерных LCD-дисплеев в системе сертификации DisplayHDR введено 3 уровня: нижний, средний и высокий. Классификация VESA выглядит следующим образом (цитируем):

Начальный уровень HDR	Значительный шаг вперед по сравнению с SDR: настоящее 8-битное качество изображения – на уровне топ-15% сегодняшних компьютерных дисплеев; технология общего затемнения – повышает динамическую контрастность; максимальная яркость 400 кд/м 2 – до полутора раз больше, чем у обычного SDR-экрана; минимальные требуемые значения контрастности и цветового охвата превосходят SDR.
Высокопроизводительные мониторы для компьютеров и ноутбуков для профессионалов и энтузиастов	Настоящий высококонтрастный HDR с заметными световыми эффектами: максимальная яркость 600 кд/м 2 – в два раза больше, чем у обычных дисплеев: требуемое значение мгновенной общей яркости обеспечивает реалистичные эффекты в играх и фильмах; контрастность в режиме реального времени с локальным затемнением – дает впечатляющие световые эффекты и глубокие темные тона; заметное невооруженным глазом увеличение цветового охвата по сравнению уже с DisplayHDR 400; 10-битная глубина цвета.
Компьютерные мониторы для профессионалов, энтузиастов и разработчиков контента	HDR экстра-класса с локальным затемнением, высокой контрастностью и продвинутыми зеркальными световыми эффектами: Максимальная яркость 1000 кд/м 2 – более чем в три раза превосходит яркость обычных дисплеев: требуемое значение мгновенной общей яркости обеспечивает сверхреалистичные эффекты в играх и фильмах; высокая производительность и беспрецедентная продолжительность работы при высокой яркости – идеальное сочетание для разработки контента; локальное затемнение дает двойное увеличение контрастности по сравнению с DisplayHDR 600; очень заметное увеличение цветового охвата по сравнению с DisplayHDR 400; 10-битная глубина цвета.

Характеристики, выбранные в качестве классификационных критериев, также приведены на сайте VESA в следующей таблице:

Характеристика	Расшифровка	Обычный дисплей (SDR)	DisplayHDR400	DisplayHDR600	DisplayHDR1000
	Яркость, кд/м 2 , не менее
Максимальная локальная яркость	Яркость небольшой области экрана (зеркальные световые эффекты в играх и фильмах)	250-300	400	600	1000
Максимальная мгновенная общая яркость	Яркость при воспроизведении кратковременных вспышек света во весь экран (взрывы и световые спецэффекты в играх и фильмах)	250-300	400	600	1000
Максимальная средняя общая яркость	Яркость при длительном воспроизведении статических сцен с большой яркостью (в т.ч. при создании контента, включая обработку фото)	250-300	320	350	600
	Уровень черного, кд/м 2 , не более
Угловой максимум	Показывает величину контрастности, которая может быть достигнута на LCD-экранах уровня 600 и 1000 (при использовании локального затемнения)	0,50-0,60	0,40	0,10	0,05
Туннельный максимум	Показывает, что в части контрастности LCD-панель удовлетворяет требованию 955:1 (при использовании общего или локального затемнения)	0,50-0,60	0,10	0,10	0,10
	Цветовой охват
Минимальный цветовой охват в формате CIE 1976 u, v	Цветовое пространство на базе BT.709/sRGB и DCI-P3 для гарантированного обеспечения лучшей цветопередачи. Ориентировано на актуальные стандарты для цифрового кино и веб-контента, в противоположность заданию процентов от NTSC	не более 95% sRGB	95% ITU-R BT.709		99% ITU-R BT.709 и 90% DCI-P3 65 (SMPTE RP 4 31-2)
	Глубина цветопередачи, бит на канал, не менее
Разрядность сигнала	В большинстве современных дисплеев используются 6-битные пиксель-драйверы и эмуляция 8-битного качества изображения с помощью алгоритмов дизеринга. Для уровня DisplayHDR 600 и 1000 требуется 10-битная глубина цвета – получаемая как минимум путем использования 8-битных драйверов и 2-битного дизеринга	8	10	10	10
Разрядность пикселя		6	8	8	8
	Время отклика, не более
Время отклика при увеличении яркости (от черного к белому)	Для LCD-панелей с локальным затемнением данный параметр показывает уровень синхронизации основного видеосигнала и сигнала, управляющего яркостью подсветки. Если задержка слишком велика, преимущества высокого динамического диапазона (HDR) заметно снижаются. Как правило, время отклика при увеличении яркости оказывается значительно меньше 8 кадров	N/A	8 кадров	8 кадров	8 кадров

Поскольку сама идея ввести некоторое единообразие на рынке компьютерных мониторов с HDR представляется нам весьма целесообразной, мы также выскажем свои соображения по этому поводу. Основное беспокойство вызывают очень низкие требования к HDR-дисплеям начального уровня, что может подтолкнуть ряд производителей к недобросовестному и вводящему в заблуждение маркетингу. Может быть, именно под их давлением VESA приняла настолько низкие требования, позволяющие им зацепиться за модную тему и продавать свои экраны, сертифицированные как "HDR"? Мы уже ждем появления на рынке множества экранов с сертификатом "DisplayHDR 400", который обещает покупателю поддержку HDR-контента и соответствующую производительность. Плохо информированный пользователь может принять это за чистую монету, тогда как на самом деле, насколько мы можем судить, уровень 400 данной классификации не предлагает ничего такого, что по техническим характеристикам и возможностям приближало бы экран к настоящему HDR. Мы не видим, по каким реальным параметрам эти экраны будут значительно превосходить большинство дисплеев, которые были доступны еще до появления HDR. Поясняем.

Если вы посмотрите на требования стандарта к уровню DisplayHDR 400, то увидите там 8-битное качество изображения, но IPS и VA панели с диагональю 27" и выше уже соответствуют этому требованию. Многие панели TN Film (в том же размерном ряду) также 8-битные. Для повышения контрастности в стандарте предусмотрена только поддержка технологии общего затемнения. Она работает только с яркостью всего экрана целиком в зависимости от содержания конкретной сцены, другими словами – это давно известная технология динамической контрастности (DCR). Да, на практике она несколько повышает динамическую контрастность, но DCR в значительной мере утратила популярность и уже давно. Многим людям она не нравится, а главное – такой экран не покажет реальных преимуществ HDR по сравнению с той картинкой, которую может обеспечить и система DCR-подсветки. Именно локальное затемнение с дискретным контролем подсветки в небольших зонах определяет способность экрана воспроизводить HDR-изображение, что и отличает его от обычных экранов. И, честно говоря, мы считаем, что экран без локального затемнения, осуществляемого тем или иным способом, не должен позиционироваться на рынке как HDR. Требование к максимальной яркости – всего 400 кд/м 2 – значение, которое достигнуто уже в ряде дисплеев, появившихся еще до HDR. Даже при том, что сегодня большинство дисплеев предлагают яркость 300-350 кд/м 2 , небольшая надбавка до 400 кд/м 2 не создает существенного отличия. Это нисколько ни приближает нас к максимальным значениям яркости в форматах HDR10 и Dolby Vision (и других). В таблице спецификаций указаны также требования к контрастности, которая для этих экранов должна составлять "как минимум 955:1"... и уже достигается в большинстве современных панелей. Хотя значение, указанное в таблице для "туннельной" характеристики, обещает нам контрастность как минимум 4000:1. И наконец, в части цветового охвата для уровня DisplayHDR 400 требуется только 95% цветового пространства ITU-R BT.709, т.е. по сути 95% sRGB, что сегодня тоже может обеспечить почти каждый дисплей.

Теперь вы можете понять, почему нас волнует стандарт начального уровня DisplayHDR 400 – результатом его принятия может стать массовое злоупотребление HDR-сертификацией дисплеев, которые очень мало отличаются (или совсем не отличаются) от обычных моделей. Стандарты DisplayHDR 600 и 1000, к счастью, более адекватны, и уже относятся к области того, что мы назвали бы хорошим или правильным HDR. Для уровня DisplayHDR 600 требуется максимальная яркость 600 кд/м 2 , которая является заметным шагом вперед по сравнению с обычными дисплеями и соответствует высокой яркости HDR-контента. Кроме того, уровень 600 предполагает поддержку 10-битного цветового сигнала (глубина цвета – 8-bit + FRC), контрастность 6000:1, и главное – обязательное применение локального затемнения. Требуемый цветовой охват также увеличен до 90% DCI-P3, что уже приближается к стандартам для ТВ. В эту среднюю категорию HDR-дисплеев хорошо вписываются такие модели, как Samsung C32HG70.

Топовый уровень DisplayHDR 1000 очень близок к ТВ-стандарту Ultra HD Premium. Здесь требуется максимальная яркость 1000 кд/м 2 , контрастность от 20 000:1, поддержка 10-битной глубины цвета (8-bit+FRC как минимум) и цветовой охват 90% DCI-P3. И снова – необходимость использования локального затемнения. Мы предполагаем, что в большинстве моделей с таким уровнем яркости нужно будет применять технологию FALD, хотя в данной программе сертификации она не указана в качестве специального требования. Еще один интересный момент: для уровней 600 и 1000 указано "время отклика при увеличении яркости" (от черного к белому). Эта характеристика не имеет отношения ко времени отклика пикселя в привычном смысле, а определяет, насколько быстро срабатывает подсветка при переходе от черного изображения к белому – т.е. сколько времени занимает переход от минимальной яркости темной HDR-сцены к максимальной яркости белого пятна, когда оно появляется. Малое время отклика подсветки гарантирует отсутствие раздражающих запаздываний при затемнении и осветлении изображения, а также размытых шлейфов за движущимися объектами. В стандарте VESA DisplayHDR время отклика определяется при переходе от порогового уровня яркости 10% к максимальной яркости. Для HDR-дисплеев 600 и 1000 VESA установила максимальное время отклика – 8 кадров, при этом они предполагают, что в большинстве случаев эта величина будет меньше. На экране с частотой кадров 60 Гц 8 кадров эквивалентны примерно 133,33 мс, что намного меньше, чем, например, аналогичное время отклика у монитора Dell UP2718Q (около 624 мс). Интересно посмотреть, много ли дисплеев на сегодняшний день удовлетворяют данному требованию. На частоте 100 Гц время отклика не должно превышать 80 мс, а на 144 Гц оно должно быть не более 55,56 мс.

Стандарт VESA не предъявляет специальных требований к разрешению и соотношению сторон HDR-экрана. Мы считаем это хорошей идеей, с учетом разнообразия разрешений, размеров и форматов компьютерных мониторов. Характеристики аудиосистемы также остались за кадром, поскольку они не имеют отношения к HDR. Кроме того, VESA стала первой организацией в области стандартизации и сертификации, которая разрабатывает открытую методику тестирования, которая позволит пользователям проверить HDR-экран без необходимости вкладывать средства в дорогостоящее лабораторное оборудование. Тест DisplayHDR будет доступен в 1 квартале 2018 г.

В наших следующих обзорах HDR-дисплеев мы будем рассматривать их характеристики с точки зрения разных стандартов, а также – по мере его появления – новое программное обеспечение для их тестирования.

Заключение

Подводя итоги, можно сказать, что технология HDR разрабатывается для получения более динамичной картинки и подкрепляется тем обстоятельством, что необходимое повышение контрастности должно осуществляться при наличии ограничений, обусловленных технологиями экранных панелей. Она предполагает значительное улучшение характеристик экрана и представляет прогрессивную тенденцию в области технологий дисплеев. Существует несколько способов осуществления поддержки HDR с помощью управления подсветкой, при этом некоторые из них являются более эффективными (наиболее предпочтителен метод матричной подсветки). На рынке ТВ технология HDR развивается уже в течение двух-трех лет, во многом благодаря появлению большого количества игр и фильмов в HDR-формате. Производители телевизоров, говоря о HDR, склонны объединять высокий динамический диапазон с другими характеристиками экранов, а именно с высоким разрешением (как правило, Ultra HD 3840 x 2160) и широким цветовым охватом (близким к DCI-P3). Вследствие возникшего на рынке ТВ злоупотребления термином HDR и появления множества разных спецификаций и стандартов для ТВ-экранов был учрежден альянс Ultra HD Alliance – с целью наведения порядка. Эта организация разработала программу сертификации "Ultra HD Premium", где были определены требования к экрану в части HDR, характеристик цветности, разрешения и др. Данные требования стали своего рода «золотым стандартом» для телевизоров с HDR.

На рынок компьютерных мониторов технология HDR пришла позже. С точки зрения просмотра контента использовать HDR c помощью ПК все еще довольно сложно, но подключение к монитору внешних устройств, таких как проигрыватели Blu-ray Ultra HD и современные игровые консоли, значительно облегчает ситуацию. С точки зрения параметров самого дисплея, в отличие от уже устоявшегося рынка ТВ, нет полной ясности в интерпретации термина HDR применительно к компьютерному монитору, и предлагаются совершенно различные спецификации. Одним словом, порядка пока нет. NVIDIA и AMD разрабатывают свои подходы к стандартизации в этой области, причем технология NVIDIA G-sync HDR, судя по спецификации, ориентируется на существующий ТВ-стандарт Ultra HD Premium. Хотя VESA представила свою систему сертификации по стандарту DisplayHDR, мы, скорей всего, еще какое-то время будем оставаться в ситуации, подобной той, которая недавно была на рынке ТВ, когда тоже предлагались разные спецификации и трактовки наряду с общим (не)пониманием термина HDR. Все это будет существовать параллельно стандарту DisplayHDR с его тремя категориями, который тут вряд ли сильно поможет. Будьте внимательны при выборе монитора – "HDR" не всегда означает одно и то же.

Этой статьёй мы начинаем серию публикаций о весьма интересном направлении в фотографии: High Dynamic Range (HDR) — фотографии с высоким динамическим диапазоном. Начнём, конечно же, с азов: разберёмся с тем, что такое HDR-изображения и как правильно их снимать, учитывая ограниченные возможности наших камер, мониторов, принтеров и т.д.

Давайте начнем с основного определения Динамического диапазона.

Динамический диапазон определяется отношением темных и ярких элементов, которые важны для восприятия вашей фотографии (измеряется уровнем яркости).

Это не абсолютный диапазон, так как он, во многом, зависит от ваших личных предпочтений и того, какого результата вы хотите добиться.

Например, есть множество замечательных фотографий с очень насыщенными тенями, без каких-либо деталей в них; в этом случае можно говорить о том, что на такой фотографии представлена только нижняя часть динамического диапазона сцены.

• ДД снимаемой сцены
• ДД фотокамеры
• ДД устройства вывода изображения (монитор, принтер и т.д.)
• ДД человеческого зрения

Во время фотосъёмки ДД трансформируется дважды:

• ДД снимаемой сцены > ДД устройства захвата изображения (здесь мы подразумеваем под ним фотокамеру)
• ДД устройства захвата изображения > ДД устройства вывода изображения (монитор, фотоотпечаток и т.д.)

Следует помнить, что любая деталь, которая будет потеряна на этапе захвата изображения – никогда не сможет быть восстановлена в последующем (это мы рассмотрим подробнее чуть позже). Но, в конце концов, важно лишь то, чтобы полученное изображение, отображаемое монитором, или распечатанное на бумаге радовало ваш взгляд.

Типы динамического диапазона

Динамический диапазон снимаемой сцены

Какие из самых ярких и самых темных деталей сцены вы хотели бы запечатлеть? Ответ на этот вопрос полностью зависит только от вашего творческого решения. Вероятно, лучший способ усвоить это – рассмотреть несколько кадров, в качестве образца.

Например, на фотографии выше, нам хотелось запечатлеть детали как внутри помещения, так и за его пределами.

На этой фотографии, мы также хотим показать детали и в светлых и в тёмных областях. Однако, в этом случае детали в светлых областях нам более важны, чем детали в тенях. Дело в том, что области светов, как правило, хуже всего смотрятся при фотопечати (зачастую, они могут выглядеть как простая белая бумага, на которой и распечатан снимок).

В подобных сценах динамический диапазон (контрастность) может достигать значения 1:30 000 и более – особенно, если вы снимаете в тёмной комнате с окнами, через которые проникает яркий свет.

В конечном счете, HDR-фотография в подобных условиях – оптимальный вариант для получения снимка, радующего ваш взор.

Динамический диапазон фотокамеры

Если бы наши камеры были способны запечатлеть высокий динамический диапазон сцены за 1 снимок, мы бы не нуждались в методах, описанных в этой и последующих статьях, посвященных HDR. К сожалению, суровая действительность такова, что динамический диапазон фотокамер значительно ниже, чем во многих сценах, для съёмки которых они используются.

Как определяется динамический диапазон фотокамеры?

ДД камеры измеряется от самых ярких деталей кадра до деталей теней, превышающих уровень шума.

Ключевым моментом в определении динамического диапазона камеры является то, что мы измеряем его от видимых деталей области светов (необязательно и не всегда чисто белых), до деталей теней, чётко различимых и не теряющихся среди большого количества шума.

• Стандартная современная цифровая зеркальная камера может охватить диапазон в 7-10 стопов (в диапазоне от 1:128 до 1:1000). Но не стоит быть чересчур оптимистичным и доверять только цифрам. Некоторые фотографии, несмотря на присутствие внушительного количества шумов на них, в большом формате смотрятся великолепно, другие же – теряют свою привлекательность. Всё зависит от вашего восприятия. Ну и, конечно, размер печати или отображения вашего фото также имеет значение
• Диапозитивная фотоплёнка способна охватить диапазон в 6-7 стопов
• Динамический диапазон негативной плёнки составляет около 10-12 стопов
• Функция восстановления светов в некоторых RAW-конвертерах может помочь получить дополнительно до +1 стопа.

За последнее время технологии, применяемые в зеркалках шагнули далеко вперёд, но ожидать чудес, всё же, не следует. На рынке можно отыскать не так много камер, способных захватить широкий (по сравнению с другими камерами) динамический диапазон. Ярким примером может служить Fuji FinePixS5 (в настоящее время не выпускается), матрица которой имела двухслойные фотоэлементы, что позволило увеличить ДД, доступный S5 на 2 стопа.

Динамический диапазон устройства вывода изображения

Из всех этапов цифровой фотографии, вывод изображения, как правило, демонстрирует самый низкий динамический диапазон.

• Статический динамический диапазон современных мониторов варьируется в пределах от 1:300 до 1:1000
• Динамический диапазон HDR-мониторов может доходить до 1:30000 (просмотр изображения на таком мониторе может вызвать ощутимый дискомфорт для глаз)
• Динамический диапазон фотопечати большинства глянцевых журналов составляет около 1:200
• Динамический диапазон фотоотпечатка на качественной матовой бумаге не превышает 1:100

У вас вполне резонно может возникнуть вопрос: зачем при съёмке стараться захватить большой динамический диапазон, если ДД устройств вывода изображения настолько ограничен? Ответ заключается в компрессии динамического диапазона (как вы узнаете далее, тональное отображение также связана с этим).

Важные аспекты человеческого зрения

Поскольку свои работы вы демонстрируете другим людям, вам будет небесполезным усвоить некоторые основные аспекты восприятия окружающего мира человеческим глазом.

Человеческое зрение работает не так, как наши фотокамеры. Все мы знаем, что наши глаза адаптируются к освещению: в темноте зрачки расширяются, а при ярком свете – сужаются. Обычно, этот процесс занимает достаточно продолжительное время (он вовсе не моментальный). Благодаря этому, без специальной подготовки, наши глаза могут охватить динамический диапазон в 10 стопов, а в целом нам доступен диапазон около 24 стопов.

Контраст

Все детали, доступные нашему зрению, базируются не на абсолютной насыщенности тона, а на основе контрастов контуров изображения. Человеческие глаза очень чувствительны даже к самым незначительным изменениям контрастности. Вот почему концепция контрастности столь важна.

Общий контраст

Общий контраст определяется перепадом яркости между самыми темными и самыми светлыми элементами изображения в целом. Такие инструменты, как Кривые (Curves) и Уровни (Levels) изменяют только общий контраст, поскольку все пиксели с одним уровнем яркости они обрабатывают одинаково.

В общем контрасте выделяют три основных области:

• Средние тона
• Света

Совокупность контрастов этих трёх областей определяет общий контраст. Это означает, что если вы увеличите контрастность средних тонов (что бывает очень часто), вы потеряете общий контраст в области светов/теней при любом способе вывода изображения, зависящего от общего контраста (например, при печати на глянцевой бумаге).

Средние тона, как правило, отображают основной предмет съёмки. Если уменьшить контрастность области средних тонов, то ваше изображение будет блеклым. И, наоборот, при увеличении контрастности средних тонов, тени и света станут менее контрастными. Как вы увидите чуть ниже, изменение локального контраста может улучшить общее отображение вашей фотографии.

Локальный Контраст

Следующий пример поможет понять концепцию локального контраста.

Круги, расположенные друг напротив друга, в каждой из строк имеют абсолютно идентичные уровни яркости. Но правый верхний круг выглядит намного ярче, чем тот, что слева. Почему? Наши глаза видят разницу между ним и окружающим его фоном. Правый выглядит ярче на тёмно-сером фоне, по сравнению с таким же кругом, размещённом на более светлом фоне. Для двух кругов же, расположенных ниже, верно обратное.

Для наших глаз абсолютная яркость представляет меньший интерес, чем её отношение к яркости близлежащих объектов.

Такие инструменты, как Заполняющий свет (FillLight) и Резкость (Sharpening) в Lightroom, и Тени/Света (Shadows/Highlights) в Photoshop действуют локально и не охватывают сразу все пиксели одинакового уровня яркости.

Dodge (Затемнить) и Burn (Осветлить) – классические инструменты для изменения локального контраста изображения. Dodge&Burn – это по-прежнему один из оптимальных методов улучшения изображения, потому, что наши собственные глаза, естественно, неплохо могут судить о том, как та или иная фотография будет выглядеть в глазах стороннего зрителя.

HDR: управление динамическим диапазоном

Еще раз вернёмся к вопросу: для чего же тратить усилия и снимать сцены с динамическим диапазоном шире, чем ДД вашей камеры или принтера? Ответ заключается в том, что мы можем сделать кадр с высоким динамическим диапазоном и позже вывести его изображение через устройство с меньшим ДД. В чём суть? А суть в том, что в ходе этого процесса вы не потеряете никакой информации о деталях изображения.

Конечно, проблему съёмки сцен с высоким динамическим диапазоном можно решить и другими путями:

• Например, некоторые фотографы просто ждать пасмурную погоду, и не фотография вовсе, когда ДД сцены слишком высок
• Использовать заполняющую вспышку (при пейзажной фотосъёмке этот способ неприменим)

Но во время длительного (или не очень) путешествия вы должны иметь максимум возможностей для фотосъёмки, так что нам с вами следует найти более эффективные решения.

К тому же окружающее освещение может зависеть не только от погоды. Для лучшего понимания этого, давайте вновь рассмотрим несколько примеров.

Фото выше весьма тёмное, но, несмотря на это, на нём запечатлён невероятно широкий динамический диапазон света (было снято 5 кадров с шагом в 2 стопа).

На этой фотографии свет, падающий из окон справа был весьма ярким, по сравнению с тёмным помещением (в нём не было источников искусственного освещения).

Так что ваша первая задача – запечатлеть на камеру полный динамический диапазон сцены, исключив потерю каких-либо данных.

Отображение динамического диапазона. Сцена с низким ДД

Давайте, по традиции, сначала посмотрим на схему фотосъёмки сцены с низким ДД:

В рассматриваемом случае при помощи камеры мы можем охватить динамический диапазон сцены за 1 кадр. Незначительные потери деталей в области теней, как правило, не являются существенной проблемой.

Процесс отображение на этапе: фотокамера – устройство вывода, в основном, осуществляется с помощью тональных кривых (обычно, сжимающих света и тени). Вот основные инструменты, которые для этого используются:

• При конвертации RAW: отображение линейной тональности камеры через тональные кривые
• Инструменты Photoshop: Curvesи Levels
• Инструменты Dodge и Burn в Lightroom и Photoshop

Примечание: во времена плёночной фотографии. Негативы увеличивали и печатали на бумаге различных классов (или на универсальной). Различие классов фотобумаги заключалось в контрасте, который они могли воспроизвести. Это классический метод тонального отображения. Тональное отображение – может звучать, как что-то новое, но это далеко не так. Ведь только на заре фотографии схема отображения снимка выглядела: сцена – устройство вывода изображения. С тех пор последовательность остаётся неизменной:

Сцена > Захват изображения > Вывод изображения

Отображение динамического диапазона. Сцена с более высоким ДД

Теперь давайте рассмотрим ситуацию, когда мы снимаем сцену с более высоким динамическим диапазоном:

Вот пример того, что вы можете получить в результате:

Как мы видим, камера может захватить только часть динамического диапазона сцены. Ранее мы уже отмечали, что потеря деталей в области светов – редко допустима. Это означает, что нам необходимо изменить экспозицию для того, чтобы защитить область светов от потери деталей (конечно, необращая внимание на зеркальные блики, например, отражений). В результате мы получим следующее:

Теперь мы получили существенную потерю деталей в области теней. Возможно, в некоторых случаях это может выглядеть достаточно эстетично, но только не тогда, когда вы хотите отобразить на фото и более тёмные детали.

Ниже приведен пример того, как может выглядеть фотография, при уменьшении экспозиции для сохранения деталей в области светов:

Захват высокого динамического диапазона при помощи брекетинга экспозиции.

Так как же вы можете захватить весь динамический диапазон при помощи камеры? В этом случае решением будет Брекетинг экспозиции: съёмка нескольких кадров с последовательным изменением уровнем экспозиции (EV) так, чтобы эти экспозиции частично перекрывали друг друга:

В процессе создания HDR-фотографии вы захватываете несколько различных, но взаимосвязанных экспозиций, охватывающих весь динамический диапазон сцены. В целом экспозиции отличаются на 1-2 стопа (EV). Это означает, что необходимое число экспозиций определяется следующим образом:

• ДД сцены, который мы хотим захватить
• ДД, доступный для захвата камерой за 1 кадр

Каждая последующая экспозиция может увеличиваться на 1-2 стопа (в зависимости от брекетинга, выбранного вами).

Теперь давайте выясним, что вы можете сделать с полученными снимками с разной экспозицией. На самом деле, вариантов немало:

• Объединить их в HDR-изображение вручную (Photoshop)
• Объединить их в HDR-изображение автоматически при помощи Automatic Exposure Blending (Fusion)
• Создать HDR-изображение в специализированном программном обеспечении для обработки HDR

Ручное объединение

Ручное объединение снимков с различной экспозицией (используя, по сути, технику фотомонтажа) почти столь же старо, как искусство фотографии. Несмотря на то, что в настоящее время Photoshop и делает этот процесс более лёгким, но он всё еще может быть достаточно утомительным. Имея альтернативные варианты, вы, вряд ли, прибегнете к объединению снимков вручную.

Автоматическое смешивание экспозиций (также называемое Fusion)

В этом случае за вас всё сделает программное обеспечение (например, при использовании Fusion в Photomatix). Программа выполняет процесс объединения кадров с различной экспозицией и генерирует конечный файл изображения.

Применение Fusion обычно дает очень хорошие изображения, которые выглядят более «естественными»:

Создание HDR-изображений

Любой процесс создания HDR включает два этапа:

• Создания HDR изображения
• Тональная конвертация HDR-изображения в стандартное 16-битное изображение

При создании HDR-изображений вы, на самом деле, преследуете ту же цель, но идёте иным путём: вы не получаете конечное изображение сразу же, а снимаете несколько кадров с различной экспозицией, а затем объединяете их в HDR-изображение.

Новшество в фотографии (которая уже не может обходиться без компьютера): 32-битные HDR-изображения с плавающей точкой, позволяющие хранить практически бесконечный динамический диапазон тональных значений.

В ходе процесса создания HDR-изображения, программа сканирует все тональные диапазоны, полученные в результате брекетинга, и генерирует новое цифровое изображение, включающее совокупный тональный диапазон всех экспозиций.

Примечание: когда появляется что-то новое, всегда найдутся люди, утверждающие, что это уже не ново, и они делали это еще до своего рождения. Но расставим все точки над i: способ создания HDR-изображения, описанный здесь, достаточно новый, поскольку для его использования необходим компьютер. И с каждым годом результаты, получаемые при помощи этого способа, становятся всё лучше и лучше.

Итак, ещё раз вернёмся к вопросу: зачем создавать изображения с высоким динамическим диапазоном, если динамический диапазон устройств вывода настолько ограничен?

Ответ заключается в тональном отображении – процессе конвертации тональных значений широкого динамического диапазона в более узкий динамический диапазон устройств вывода изображений.

Именно поэтому тональное отображение для фотографов является самым важным и непростым этапом создания HDR-изображения. Ведь вариантов тонального отображения одно и того же HDR-изображения может быть множество.

Говоря о HDR-изображениях, нельзя не упомянуть о том, что они могут быть сохранены в различных форматах:

• EXR (расширение файла: .exr, широкая цветовая гамма и точная цветопередача, ДД около 30 стопов)
• Radiance (расширение файла: .hdr, менее широкая цветовая гамма, огромный ДД)
• BEF(собственный Формат UnifiedColour, направленный на получение более высокого качества)
• 32-битный TIFF (очень большие файлы из-за низкой степенью сжатия, в силу этого редко применяется на практике)

Для создания HDR-изображений вам потребуется программное обеспечение, поддерживающее создание и обработку HDR. К таким программам можно отнести:

• Photoshop CS5 и старше
• HDRsoft в Photomatix
• Unified Color’s HDR Expose или Express
• Nik Software HDR Efex Pro 1.0 и старше

К сожалению, все перечисленные программы генерируют различные HDR-изображения, которые могут отличаться (подробнее об этих аспектах мы поговорим позже):

• Цветом (оттенком и насыщенностью)
• Тональностью
• Сглаживанием
• Обработкой шумов
• Обработкой хроматических аберраций
• Уровнем подавления ореолов

Основы Тонального отображения

Как и в случае со сценой с низким динамическим диапазоном, при отображении сцены с высоким ДД мы должны сжать ДД сцены до выходного ДД:

В чём же отличие рассмотренного примера с примером сцены с низким динамическим диапазоном? Как видите, в этот раз, тональная компрессия более высока, так что классический способ с тональными кривыми уже не работает. Как обычно, прибегнем к самому доступному способу показать основные принципы тонального отображения – рассмотрим пример:

Чтобы продемонстрировать принципы тонального отображения, воспользуемся инструментом HDR Expose программы Unified Color, поскольку он позволяет выполнять с изображением различные операции по модульному принципу.

Ниже вы можете увидеть пример генерации HDR-изображения без внесения каких-либо изменений:

Как видите, тени вышли достаточно тёмными, а области светов – пересвечены. Давайте взглянем, что нам покажет гистограмма HDR Expose:

С тенями, как видим, всё не так плохо, а вот света обрезаются, примерно, на 2 стопа.

Для начала, посмотрим, как экспокоррекция на 2 стопа может улучшить изображение:

Как видите, область светов стала выглядеть гораздо лучше, но в целом изображение выглядит слишком тёмным.

То, что нам нужно в этой ситуации – это объединить компенсацию экспозиции и снижение общего контраста.

Теперь общий контраст в порядке. Детали в области светов и теней не теряются. Но, к сожалению, изображение выглядит довольно плоским.

Во времена до эпохи HDR, эта проблема могла быть решена при помощи использования S-образной кривой в инструменте Кривые (Curves):

Однако, создание хорошей S-кривой займёт некоторое время, а в случае ошибки, легко, может привести к потерям в области светов и теней.

Поэтому инструменты тонального отображения предусматривают другой путь: улучшение локального контраста.

В полученном варианте детали в светах сохранены, тени не обрезаны, а плоскостность изображения исчезла. Но и это ещё не окончательный вариант.

Для придания фотографии завершённого вида оптимизируем изображение в Photoshop CS5:

• Настроем насыщенность
• Оптимизируем контраст с помощью DOPContrastPlus V2
• Увеличим резкость с помощью DOPOptimalSharp

Основное различие между всеми инструментами для работы с HDR заключаются в алгоритмах, используемых ими для понижения контраста (например, алгоритмы определения того, где заканчиваются общие настройки и начинаются локальные).

Не существует правильных или неправильных алгоритмов: всё зависит от ваших собственных предпочтений и вашего стиля фотографии.

Все основные инструменты для работы с HDR, предлагаемые рынком, также позволяют контролировать и другие параметры: детализация, насыщенность, баланс белого, удаление шума, тени/света, кривые (большинство из этих аспектов мы подробно рассмотрим позже).

Динамический диапазон и HDR. Резюме.

Способ расширения динамического диапазона, который способна захватить камера, весьма стар, поскольку ограниченность возможностей камер известна очень давно.

Ручное или автоматическое наложение изображений предлагает очень мощные способы конвертации широкого динамического диапазона сцены до динамического диапазона, доступного вашему устройству вывода изображения (монитору, принтеру и т.д.).

Создание бесшовных объединённых изображений вручную может быть очень сложным и трудоемким: бесспорно, метод Dodge & Burn– незаменим для создания качественного отпечатка изображения, но он требует длительной практики и усердия.

Автоматическая генерация HDR-изображений является новым способом преодолеть старую проблему. Но при этом алгоритмы тонального отображения сталкиваются с проблемой сжатия высокого динамического диапазона до динамического диапазона изображения, которое мы можем просмотреть на мониторе или в распечатанном виде.

Различные методы тонального отображения могут дать совершенно различные результаты, и выбор метода, дающего желаемый результат, зависит только от фотографа, то есть от вас.

Больше полезной информации и новостей в нашем Telegram-канале «Уроки и секреты фотографии» . Подписывайся!