Камеры смартфонов линейки Pixel и Nexus никогда не представляли собой ничего выдающегося, но за последние четыре года сделали мощный рывок вперед и теперь занимают первые строчки рейтингов. Почему так произошло? Потому что Google внедрила программный механизм постобработки фотографий под названием HDR+. В этой статье мы расскажем, как он работает и как активировать HDR+ на своем смартфоне, независимо от его марки.

Что такое HDR

Для полного понимания принципа работы HDR+ придется для начала разобраться с обычным HDR.

Основная проблема всех камер смартфонов - маленький размер матрицы (а точнее - фотоячеек) и, как следствие, недостаточный охват динамического диапазона. Чтобы исправить этот недостаток, был разработан алгоритм HDR (High-Dynamic Range), принцип работы которого следующий: камера делает кадр со стандартным для данной сцены уровнем экспозиции, затем делает недоэкспонированный кадр, на котором будут четко видны лишь пересвеченные области изначального снимка, далее выполняется переэкспонированный снимок, на котором видны только затемненные детали изначального снимка, а все остальное пересвечено. Далее снимки накладываются друг на друга и объединяются при помощи специальных алгоритмов, качество которых зависит от производителя софта камеры. В результате получается снимок с хорошей проработкой деталей как в тенях, так и в более светлых местах.

Недостатки HDR очевидны: долгое время съемки приводит к тому, что попавшие в кадр движущиеся объекты будут двоиться, а даже небольшая тряска смажет картинку.

Что такое HDR+

Умные головы придумали алгоритм, лишенный недостатков HDR. Впрочем, общее с HDR у него одно лишь название.

HDR+ расшифровывается как High-Dynamic Range + Low Noise. Свою известность он получил за ряд выдающихся возможностей: алгоритм способен устранять шумы практически без потери детализации, повышать качество цветопередачи, что крайне важно при плохом освещении и по краям кадра, вместе с этим он сильно расширяет динамический диапазон фотографии. HDR+, в отличие от стандартного HDR, почти не боится тряски смартфона и движения в кадре.

Первым смартфоном с поддержкой HDR+ стал Nexus 5. Из-за не самого лучшего баланса белого и маленького отверстия диафрагмы (f2.4) камера этого смартфона считалась не более чем крепким середнячком. Все изменилось с выходом обновления Android 4.4.2. Именно оно принесло с собой поддержку режима HDR+ и изумительное качество ночных снимков. Они хоть и не отличались большой яркостью по всему полю кадра, но благодаря HDR+ практически не содержали шума при сохранении мелких деталей и обладали превосходной (для смартфонов 2013 года) передачей цветов.

История создания HDR+

Как же компания, никогда не занимавшаяся камерами, создала алгоритм, который творит чудеса, используя обычные, по меркам флагманов, камеры Nexus и Pixel?

Все началось в 2011 году, когда Себастьян Трун (Sebastian Thrun), глава компании Google X (теперь уже просто X), подыскивал камеру для очков дополненной реальности Google Glass. Массогабаритные требования предъявлялись очень жесткие. Размер матрицы камеры должен был быть еще меньше, чем в смартфонах, что крайне плохо сказывалось бы на динамическом диапазоне и приводило бы к появлению множества шумов на фотографии.

Выход оставался один - попытаться улучшить фотографию программно, с помощью алгоритмов. Эту задачу должен был решить Марк Левой (Marc Levoy) , преподаватель факультета информатики Стэнфордского университета, эксперт в области вычислительной фотографии. Он занимался технологией захвата и обработки изображений на базе программного обеспечения.

Марк сформировал команду, известную как Gcam, которая занялась изучением метода Image Fusion (сплавление изображений), основанного на объединении серии снимков в один кадр. Фотографии, обработанные при помощи этого метода, получались более яркими и резкими, имели малое количество шумов. В 2013 году технология дебютировала в Google Glass , а затем, в этом же году, переименованная в HDR+, появилась в Nexus 5.

Как работает HDR+

А как же расширение динамического диапазона? Как мы уже знаем, использование короткой выдержки избавляет нас от пересвеченных мест. Осталось только удалить шумы на темном участке ранее описанным алгоритмом.

На завершающем этапе выполняется постобработка полученного изображения: алгоритм делает минимизацию виньетирования , обусловленного попаданием света на матрицу под наклонным углом, корректирует хроматическую аберрацию заменой пикселей у высококонтрастных краев на соседние, увеличивает насыщенность зелени, синие и пурпурные оттенки смещает в сторону голубого, усиливает резкость (шарпинг) и выполняет ряд других шагов, повышающих качество фотографии.

Слева фотография из стоковой камеры Samsung в HDR, а справа фотография, созданная в Gcam в HDR+. Видно, что алгоритм принес в жертву детализацию неба для прорисовки объектов на земле.

Современное искусство фотографии заключается не только в том, чтобы удачно запечатлеть красоту момента либо захватить объект в наилучшем ракурсе. Сегодня многие фотографы стремятся улучшить свои фото путем пропускания их через различные фильтры, а также добавления специальных эффектов. Об одном из таких эффектов и пойдёт сегодня речь. Называется он High Dynamic Range (сокращённо HDR) или высокий динамический диапазон.

Немного о технологии

О технологии HDR слышали многие владельцы цифровых камер, но далеко не все из них понимают, как она работает. Так что же это такое HDR? Глаз человека поистине является чудом техники. В отличие от фотокамер, он легко приспосабливается к изменению освещения до 24 ступеней экспозиции, благодаря чему мы можем одинаково хорошо различать мелкие детали и на тёмном, и на светлом фоне. Динамический диапазон большинства цифровых камер значительно ниже, им трудно приспосабливаться к свету, поэтому они хорошо фиксируют только участки с определённым уровнем освещённости.

Так, если у нас получается хорошо запечатлеть тёмное здание на фоне светлого неба, последнее нередко превращается в размытое белёсое пятно и наоборот, если хорошо выходит светлое небо, теряется детализация тёмного здания, а сам участок фото, на котором оно располагается, оказывается зашумленным. Эти огрехи особенно хорошо видны на фотографиях, сделанных несовершенными камерами мобильных телефонов. На устранение этого недостатка как раз и направлена технология HDR. При использовании режима HDR камера делает серию снимков с разной выдержкой и экспозицией, при этом автофокус в процессе съемки поочерёдно концентрируется на участках с разным уровнем освещённости и удалённости от объектива.

Создав несколько кадров, камера затем соединяет их программным методом в одно насыщенное и детализированное в тёмных и светлых участках изображение. Это ключевое отличие HDR-снимков от обычных фотографий. Насколько качественным будет полученное изображение, зависит от используемого алгоритма. Менее качественными получаются фото, в которых снимки просто накладываются друг на друга и слегка растушёвываются. Для получения HDR-фотографий более высокого качества дополнительно анализируются различные участки кадров с целью выявления наиболее удачных.

Режим HDR в камере телефона и фотоаппарата

При работе с камерой существует два способа создания фото с расширенным динамическим диапазоном. Первый является более сложным, длительным и используется в основном при съёмке профессиональными цифровыми фотокамерами. Суть его заключается в следующем. Фотограф делает от трёх до пяти снимков в режиме Bracketing, а затем склеивает полученные кадры на компьютере, используя Photomatix или другую аналогичную программу. Затем полученное изображение оптимизируется для корректного отображения на дисплеях.

Но есть и более простой способ получить HDR-фото. Многие современные фотокамеры, в том числе встроенные в телефоны, позволяют снимать HDR в автоматическом режиме. При этом камера делает всё за вас. Она сама выставляет нужную экспозицию, сама производит серийную съёмку, сама склеивает и обрабатывает полученные кадры. В фотокамерах Nikon, к примеру, включить опцию HDR можно в настройках Photo Shooting Menu – HDR – HDR mode – On .

По тому же принципу работает автоматический режим HDR в смартфоне. Встроенная камера телефона делает два или три кадра и тут же сохраняет их в единое JPEG-изображение. Как правило, HDR в камере телефона включается в её же настройках. В одних моделях девайсов опция располагается в подразделе эффектов, в других для её активации предусмотрена отдельная иконка рядом со вспышкой. Нередко в параметрах доступна возможность ручной настройки экспозиции.

Телевизоры с поддержкой HDR

Технологию HDR сегодня поддерживают не только фотокамеры, но и некоторые телевизоры с разрешением 4K, например, Vizio P50-C1, Sony XD8005 или Samsung KU7000. Картинка в таких телевизорах имеет более насыщенные цвета, тёмные участки выглядят ещё более тёмными, а светлые – ещё более светлыми, благодаря чему достигается большая детализация.

Однако, поддержка HDR в телевизоре это вовсе не то, что поддержка HDR в фотокамерах. Если в камерах эффект применяется в момент создания фото, то в ТВ – в момент показа картинки. Фактически это означает, что для получения эффекта HDR изначально должен поддерживать сам контент, которого сейчас пока что очень мало.

Что нужно знать, снимая HDR

Использование режима HDR оправдано при съемке пейзажей, одиночных объектов, а также для получения детализации в условиях недостаточного освещения. Во избежание сдвигов и, как следствие, несовпадений кадров при съёмке настоятельно рекомендуется использовать штатив. А вот для фотографирования движущихся объектов съёмка HDR не подходит, так как фото получатся размытыми.

Создавать HDR-фото предпочтительнее классическим способом с использованием ручных настроек и сторонних десктопных программ, в этом случае фото получается более качественным. При этом, если исходные снимки создавались в формате RAW, потребуется тоновая компрессия, в противном случае на мониторах компьютеров фото HDR будет выглядеть несколько неестественно.

Программы для создания изображений HDR

Важно понимать, что получить настоящие фотографии HDR можно только путем слияния и обработки нескольких кадров, отснятых с разной экспозицией, причём не имеет значения, будут ли фото создаваться вручную или в автоматическом режиме камерой устройства. Что же касается создания HDR-изображений из обычных файлов JPEG или даже RAW с помощью программ вроде Dynamic photo HDR или Photomatix Pro, то в данном случае речь может идти только о придании эффекта высокого динамического диапазона, но никак не о создании полноценного HDR.

Создать HDR-фото из 8-битных изображений, с которыми обычно приходится иметь дело в интернете, нельзя, равно как нельзя его создать путём осветления теней и затемнения светлых участков из одного RAW-файла. И в том, и в другом случае полученный файл будет являться псевдо HDR-изображением. Тем не менее, используя такие приложения как EasyHDR, Photomatix Pro, HDR Efex Pro, Adobe Photoshop, Dynamic photo HDR, Corel PaintShop Pro и им подобные, можно придать обычным изображениям подобие HDR, улучшить цветность, привнести в них эффект сюрреализма.

Техника телевизионного изображения не стоит на месте и после — будем честны — средней успешности попытки« продвинуть» телевизоры с 3D-эффектом пришла по‑настоящему интересная технология, которая со временем обещает полностью изменить не только телевидение, но также кино и компьютерные игры. Речь идет о 4K HDR. Что это такое, почему это важно и где его можно увидеть в наилучшем качестве? Рассмотрим новый формат в деталях на примере телевизоров Sony серии XD93.

Когда мы говорим «4К», то обычно подразумеваем панель с разрешением в 3840x2160. Если перемножить эти числа, то мы получим телевизионную панель, содержащую более 8 миллионов пикселей. Этот показатель в четыре раза (!) превышает плотность пикселей в стандартных HD-экранах. Термин 4K пришел из киноиндустрии, где разрешение к настоящему времени достигло стандарта в 4096x2160. Таким образом, сейчас только 4К-телевизоры приближены к изначальному разрешению широкоэкранных кинофильмов. Только представьте себе, сколько всего вы не видите, когда смотрите современный блокбастер (и вообще большую часть фильмов, вышедших в 2016 году) на обыкновенном HD-экране. Последние исследования показывают , что к 2020 году стандарт 4К станет практически повсеместным, тем более в плане изображения такое разрешение позволяет добиться более высокой четкости и контрастности картинки. Вдобавок, на изображение в 4К можно смотреть с близкого расстояния, даже когда имеешь дело с телевизионными панелями больших размеров. Например, 4К-телевизор с экраном в 65 дюймов можно смотреть уже с расстояния в 2 метра. Когда формат несколько лет назад стал доступен для широких масс, это казалось настоящим прорывом. Сейчас же он немного примелькался, стал привычным, хотя по‑прежнему конкурирует из-за высокой стоимости с более архаичными форматами. А тем временем самые современные 4К-телевизоры предлагают зрителю новый формат — расширенного динамического диапазона.

Работа с оттенками

Что это такое? Если вы выгляните сейчас в окно, то с высокой долей вероятности увидите серые облака и снег. Не самая насыщенная цветовая гамма, но человеческий глаз способен даже в этом однообразном пейзаже различать множество оттенков, которые придают картинке, передаваемой в мозг, четкость и объемность. Стандартный современный телевизор, даже «классический» 4K, не передает цвет в таких деталях, а вот 4К HDR — справится. Основная идея, на которой базируется формат HDR, заключается в том, что он дает более высокий уровень контраста между светлыми и темными участками изображения на экране. На словах звучит не слишком впечатляюще, но в рамках технологии это достаточно серьёзный шаг. Контраст как разница между самой яркой белизной и самой темной чернотой измеряется в канделах на квадратный метр (кд/м

2), или нитах. Низшим показателем спектра яркости будет 0 нит (то есть полная тьма), которого сейчас можно добиться разве что на специальных дисплеях с органическими светодиодами. А вот высший показатель у 4K HDR-моделей на порядок выше, чем у их обыкновенных собратьев. Правда, до передачи реального освещения телевизорам еще предстоит долгий путь. Взгляните на следующую иллюстрацию. Как мы видим, технология HDR достигла яркости обыкновенного костра, а до яркости непрямых солнечных лучей телевизионным технологиям еще далеко, как до Марса. Об обыкновенных телевизорах в этом контексте и вовсе говорить неловко. Суть съёмки в HDR заключается в том, что камера снимает сразу в нескольких режимах с разными выдержками, чтобы полностью «поймать» и свет, и тени снимаемых объектов или сцен. Затем информация обрабатывается так, чтобы свести ее в единую сбалансированную картинку, максимально приближённую к тому, как люди воспринимают цвет и свет. Как и 4К, формат HDR уже активно применяется в современном кинематографе, так что обыкновенный телевизор сейчас «съедает» часть цветовой гаммы фильма. Технология HDR же, согласно данным компании NVIDIA , способна увеличить цветовую гамму в два раза, что покрывает 75% спектра, видимого человеком. Встает вопрос, в какой степени все эти показатели должны волновать самого зрителя? В немалой. Разница между 4K HDR и обыкновенным HD-телевизором видна практически любому человеку, так как HDR значительно усиливает контраст между черным и белым, то есть белый становится очень ярким, а черный — крайне темным. Цвета выглядят гораздо сочнее и насыщеннее, вся картинка в принципе кажется глазу более объемной и живой. Этот эффект психологически оказывается сильнее, чем 3D, причем без всяких очков и усталости зрения. Поскольку технология в телевидении относительно нова, далеко не каждый телевизор даже с разрешением 4К располагает форматом HDR, и не во всех устройствах, где эффект представлен, HDR реализован с максимальной эффективностью. По сути, в полной мере новая технология раскрывается только в моделях 2016 года, и в качестве примера мы взяли компании Sony. Попытаемся на «живом» образце рассмотреть будущее телевидения в условиях нового формата, а также те технологические разработки, благодаря которым он обеспечивается.

Живой пример

Когда идет речь о любом новом формате, возникает резонный вопрос о том, существует ли достаточное количество HDR-контента, которое бы оправдывало покупку нового телевизора. Так вот: существует! Во‑первых, это активно развивающийся формат, и в будущем его будет гораздо больше. Во‑вторых, многие современные гаджеты (камеры и смартфоны) уже могут снимать контент в 4K HDR. Такие каналы и сервисы как Amazon, Netflix или HBO активно снимают собственные сериалы в формате 4К HDR, Amazon запустил подписку Prime для трансляции фильмов в этом формате, а на Netflix HDR-контент будет доступен в ближайшее время, в том числе и в России. А если всё-таки кажется, что контента недостаточно, есть ещё один бонус: в телевизорах Sony серии XD93 даже обыкновенный HD-cигнал можно дотянуть до 4К HDR с помощью апскейла. В них есть 4К-процессор X1 ™ , он предназначен для обработки 4К HDR — сигнала, одновременно усиливает детализацию изображения, полученного из любого источника, даже далекого от качества 4K: ТВ-передач, дисков DVD и Blu-ray, видеоматериалов из Интернета и цифровых фотографий. Конечно, процессор не сможет из стандартного изображения сделать полноценный 4K, но способен значительно его улучшить. Процессор оптимизирует текстуру, резкость и цвет, одновременно уменьшая количество шумов: система масштабирует каждый пиксель, анализируя отдельные части каждого кадра и сопоставляя их со специальной базой данных изображений с десятками тысяч эталонных записей, собранных Sony за годы работы над производством фильмов и телепередач. Такая обработка позволяет откорректировать и улучшить даже размытую картинку. Не в последнюю очередь такой эффект связан с тем, что в Sony серии XD93 идет 14-разрядная обработка сигнала, которая обеспечивает, соответственно, 14-разрядную градацию цвета, даже если на входе был стандартный на сегодняшний день 8-разрядный сигнал. В результате, у Sony серии XD93 в 64 раза больше уровней цвета, чем у дисплеев обычных телевизоров, и это впечатляющая разница: обыкновенный 8-разрядный сигнал обеспечивает 256 уровней цвета, а 14-разрядный — 16383 уровня. А как видно на таблице ниже, такая разрядность дает на выходе более 4 триллионов оттенков цвета. Понятно, почему 14-разрядная градация кажется излишней, поскольку глазу столько оттенков цвета в общем-то не нужно, он их просто не видит. Но для телеизображения это важно. Дело в том, что оттенки цвета распределяются в динамической картинке неравномерно. Больше всего их уходит в ярко освещенные области и гораздо меньше — в темные. А человеческий глаз, наоборот, эволюционно более чувствителен к теням, а не к ярким участкам. Возникает противоречие. И здесь у большей разрядности численное преимущество: независимо от равномерности распределения, в тенях фактически в 4 раза больше оттенков, и человеческому мозгу они уже не кажутся плоскими.

Свет и цвет

Впрочем, дело заключается не только в способе обработки сигнала, но и в системах его передачи, поскольку даже максимально обработанную и откорректированную картинку надо еще отобразить так, чтобы все усилия не пропали по дороге. В этом случае включается технология экрана ™ , которая работает в основном как раз с вершинами того треугольника, который был на картинке выше, то есть с оттенками синего, зеленого и красного, с которыми при воспроизведении на экране телевизора обычно возникает больше всего проблем. По сведениям Sony, эта технология может на 50% расширить цветовую палитру изображения на телевизионном экране. Достигается это за счет технологии квантовых точек, которые обеспечивают наличие «чистых» синего, красного и зеленого цветов (например, в обычных ЖК-дисплеях зеленого цвета как такового нет, он достигает смешением красного и синего). Цветопередача — один из камней преткновения для телевизионных технологий. Проблема в том, что у цвета нет единиц измерения. Его восприятие каждым человеком уникально, зависит от обработки изображения мозгом, индивидуальных особенностей зрения и даже от культуры. Например, древние греки если и видели синий цвет, то точно никогда его не называли, достаточно вспомнить «виноцветное» море Гомера и его же «красные» васильки. Римлянам синий цвет тоже казался вульгарным и опасным. Ещё, как показывают исследования, мужчины и женщины воспринимают цвет по‑разному. Мужчины, например, с трудом различают тонкие оттенки зеленого, синего и красного. Именно поэтому и HDR, и окружающие его технологии делают акцент скорее на контрасте и объемности, которые человек воспринимает более или менее одинаково, чем на количестве оттенков. Вы скорее всего видели диаграмму ниже, сравнивающую восприятие оттенков цветов у мужчин и женщин, но психологические исследования, подкрепленные данными нейрофизиологии, говорят о том, все так и есть, а значит, два человека, сидящие перед одним телевизором, будут по‑разному оценивать количество цветов, которые видят. Стоит отметить, что все эти алгоритмы и технологии для наиболее эффективного воплощения нуждаются в достаточно ярком экране, где одним из необходимых условий является разная интенсивность подсветки, зависящая от яркости и контрастности изображения. Это достигается с помощью технологии . Формат 4К и так позволяет делать телевизионные панели более широких размеров, а Slim Backlight Drive, распределяя подсветку по краям экрана, дает возможность при минимальной толщине экрана сохранить контрастность изображения и добиться яркости, в три раза превышающей показатели предыдущих моделей. Она анализирует изображение и в соответствии с полученными данными распределяет интенсивность подсветки за счет двух слоев светопроводящих панелей, которые позволяют или усиливать или приглушать свет на разных участках экрана. Кстати, именно со Slim Backlight Drive связана одна особенность изображения, которая не всегда воспринимается однозначно. Когда ярко освещенные HDR-объекты находятся на очень темном фоне, иногда складывается ощущение, что наблюдаешь за отдельными, по‑разному освещенными блоками, а не за единой органической картинкой. Хотя это по сути классический эффект столкновения с более контрастным и четким изображением. Достаточно вспомнить, что довольно частыми жалобами при переходе от VHS к DVD было то, что изображение на DVD «режет глаза». Как воспринимается изображение VHS-качества современным зрителем, лишний раз напоминать не надо. В конечном итоге, новые технологии изображения, весь комплекс, окружающий новый формат 4К HDR, — это способ качественно изменить подачу телевизионного контента. На это направлен и дизайн телевизоров нового формата. Посмотрите на наш образец, на Sony серии XD93: рамки экрана практически отсутствуют, все сторонние элементы, включая провода и крепления, спрятаны от глаз зрителей, остаётся только изображение, и это способствует погружению в другой мир. С увеличением четкости, с приближением изображения к особенностям человеческого зрения картинка на экране, возможно, перестанет быть частью гаджета, и человеческая психика станет воспринимать ее буквально — как окно, ведущее к чему-то, отличному от повседневного человеческого опыта. И если раньше мы могли четко увидеть разницу между телевизионным изображением и реальностью, то с развитием новых технологий, новых форматов эта грань будет становиться все прозрачнее. И следить за этой трансформацией, видеть, как на глазах кардинально изменяются совершенно привычные вещи, вроде телевизора, увлекательно и необычно. Краткий словарь гаджетоведа:

4К — обозначение разрешающей способности в цифровом кинематографе и компьютерной графике, примерно соответствующее 4000 пикселей по горизонтали. Для кинематографа и домашних 4К-телевизоров разрешение 4К обозначает разные показатели: 4096 x 3072 для полнокадрового разрешения в кино и 3840 x 2160 для домашних телевизоров. HDR (High Dynamic Range) — технология работы с изображениями расширенного динамического диапазона, то есть диапазона яркости, превышающего возможности большинства современных технологий. Технология позволяет работать с полным диапазоном яркости любой сцены, приближая изображение к тому, что видит человеческий глаз. Необходимо различать HDR в фотографии и HDR в телевизорах. При одинаковой задаче — передать цвета окружающего мира максимально достоверно — в фотографии под HDR понимается получение, обработка и хранение растровых изображений. В телевизионных технологиях HDR означает повышенную яркость (в пиковых значения около 4000 кд/м 2 ) и детализацию. Triluminos ™ — технология цветопередачи от Sony, где благодаря использованию квантовых точек и синих светодиодов вместо белых, улучшено изображение синих, красных и зеленых цветов. Slim Backlight Drive (Слим Бэклайт Драйв) — система подсветки от Sony с двумя слоями светопроводящих панелей, которая установлена в телевизорах серии XD93 и анализирует изображение, распределяя интенсивность подсветки. Upscale (Апскейл) — процесс повышения разрешения и качества цифрового изображения или видео.

Что такое HDR в камере смартфона? В каких ситуациях HDR на телефоне может заметно улучшить качество снимка, а когда он совершенно бесполезен?

Режим High Dynamic Range (сокращенно – HDR) появился в камерах смартфонов относительно недавно. Однако новизна технологии не помешала HDR проникнуть и в дорогостоящие флагманы, и в мобильные устройства с более скромными возможностями. Но так ли хорош этот режим, как о нем говорят маркетологи производителей смартфонов? Попробуем разобраться с этим вопросом и выясним, кому и когда пригодится Высокий Динамический Диапазон?

Что такое HDR

High Dynamic Range (высокий динамический диапазон) – это специальный режим работы, запускающий съемку серии кадров с последующей обработкой результатов. Итогом обработки является один единственный снимок, собранный как пазл из наиболее удачных кусочков серии.

Присутствие режима HDR в телефоне позволяет снимать удачные кадры не только в идеальных условиях. Дело в том, что каждый из снимков серии, разбираемой на пазлы, делается на разных настройках камеры. В итоге одна часть кадра получается лучше, а другая – хуже.

Потом специальный алгоритм собирает из наиболее сфокусированных, контрастных и резких пазлов фактически идеальный кадр, подавляя все шумы и наращивая четкость и насыщенность. Именно так и формируется идеальный снимок в неидеальных условиях.

Как работает HDR

Режим HDR в камере смартфона реализуется за счет использования программных и аппаратных средств. Первые отвечают за постобработку, а вторые – за накопление информации.

Из аппаратных средств камеры смартфона в работе HDR больше всего задействован модуль автофокуса. Именно он наводит объектив поочередно то на объекты переднего, то на элементы заднего плана. Кроме того, внимание автоматического фокуса привлекают и наиболее яркие/темные объекты, а равно и элементы кадра с разными показателями контрастности. Все они снимаются как «в фокусе», так и в режиме расфокусировки.

Кроме того, HDR нагружает и механизмы, отвечающие за выдержку и экспозицию камеры смартфона. Все кадры серии снимаются с разным периодом экспонирования, поэтому вместе с автофокусом над созданием идеального снимка трудится и электронный затвор. Различные интервалы, во время которых затвор пропускает свет к матрице, позволяют улучшить и светлые и темные участки снимка. Первые снимаются с короткой выдержкой, а вторые с длительным экспонированием.

Пример. При съемке городского пейзажа или ландшафта в солнечный день, равно как и при вечерней съемке, возникает одна сложность. Хорошо освещенные участки получатся засвеченными, если выставить экспозицию для тенистых участков, и наоборот, «тень» получится слишком темной, если оптимизировать выдержку и экспозицию для светлых участков. HDR позволяет сделать несколько снимков - одни с идеальными настройками для тени, другие - с настойками под светлый участок, а затем собрать безупречный (насколько это возможно) кадр. Вследствие всех этих танцев с бубном светлые участки получатся чуть темнее, а темные - чуть светлее, что хорошо видно на примере снимка с камеры Google Pixel. (HDR в камере включен на втором снимке).

После накопления информации включается второй этап работы HDR на телефоне – обработка полученных кадров-пазлов и формирование из них снимка с идеальной детализацией и четкостью картинки. Для этого пишутся специальные алгоритмы и программы, оптимизированные под возможности чипсетов процессора и характеристики камеры (скорость срабатывания затвора и наведения автофокуса, светочувствительность матрицы, апертура объектива камеры и так далее).

После переработки пазлов пользователь получает готовый снимок с улучшенными характеристиками. Покопаться в промежуточных кадрах в этом случае нет никакой возможности; для владельца смартфона вся эта процедура выглядит как вывод на экран снимка с небольшой задержкой.

Минусы режима HDR

Оптимизация задерживает формирование кадра и перегружает чипсет смартфона, поглощая вычислительные ресурсы. Но с этими недостатками можно смириться. Ведь подвисают и подвешивают чип практически все приложения. Однако у режима HDR, активируемого в камере смартфона, есть и более серьезные недостатки, ограничивающие сферу его применения.

Во-первых, речь идет о невозможности зафиксировать динамичные объекты. Проще говоря, людей, животных, транспорт и прочие движущиеся одушевленные и неодушевленные предметы с помощью HDR на телефон снимать нельзя. Так вы получите смазанные пятна вместо четкого кадра, ведь объект смещается относительно фотографа.

Во-вторых, активный HDR в камере смартфона подавляет, а точнее, усредняет яркость кадра. Самый простой алгоритм обработки предполагает тривиальное накладывание снимков-пазлов слоями друг на друга, поэтому у снимка без активированного динамического режима будет более яркий передний или задний фон, чем у HDR-кадра.

Да и быстродействие камеры смартфона при активном HDR страдает очень сильно. Это особенно заметно на гаджетах со слабенькими процессорами, которые не могут похвастаться скоростью вычислений. Некоторые владельцы таких телефонов даже утверждают, что им проще сделать 5-10 простых кадров и выбрать из них наиболее удачный, чем ждать завершения обработки HDR-снимка.

Все это, разумеется, накладывает свои ограничения на практику применения режима HDR в телефоне.

Кому и когда нужен режим HDR

Включать HDR в камере смартфона следует в таких случаях:

• При постановочной портретной съемке. В этом случае просевшую яркость заднего фона можно подать как художественное решение.
• Во время пейзажной съемки, когда вся мощность аппаратно-программного режима направляется на задний фон.
  При работе с мелкими объектами – во время съемки для каталогов и так далее. В этом случае фотограф может рассчитывать на высокую детализацию, позволяющую разглядеть все нюансы лота или товара.
• При уличной фотографии статических объектов. С помощью HDR на телефоне можно сделать отличный снимок экстерьера строения, стоящего автомобиля или какой-либо достопримечательности.

К таким выводам нас подталкивает анализ достоинств и недостатков режима High Dynamic Range. Ну а если у наших читателей есть свое мнение, подкрепленное практическим опытом, то они могут дополнить наши умозаключения в комментариях к этой статье.

Для кого-то первые снимки на цифровую камеру были сделаны семь лет назад, для кого-то - на прошлой неделе. Практически все мы задавали себе вопрос: почему часто на снимках голубое небо превращается в сплошной белый фон, а на тех фотографиях, где небо все же не было пересвечено, все предметы на переднем плане сливаются в темное пятно.

Чтобы понять, почему это происходит, проведем небольшой эксперимент. Поставим камеру в приоритет диафрагмы (AV) и наведем ее на небо в солнечную погоду. Предположим, что камера показала необходимую выдержку 1/2000 секунды. Теперь замерим необходимую выдержку по самой темной части мотива, например одежде человека перед вами. Получим 1/2 секунды. Эта разница в освещении приблизительно соответствует так называемому динамическому диапазону мотива. Ее принято вычислять в ступенях экспозиции, и в данном случае она равна 10 ступеням. Вспомним, что одна ступень соответствует изменению экспозиции в два раза. В нашем случае это изменение времени выдержки от 1/2000 до 1/2 секунды.

Глаза человека могут адаптироваться к изменению освещения до 24 ступеней экспозиции, поэтому мы способны различить детали и на светлом небе, и на темной одежде. Но матрица фотокамеры не может приспосабливаться к свету. У нее есть фиксированный динамический диапазон, то есть разница в освещении между самым ярким участком мотива, который она может зафиксировать, не превратив его в белое пересвеченное пятно, и самым темным участком, в котором зафиксированная информация не перекрывается шумом. Динамический диапазон матрицы большинства цифровых камер равен примерно 9 ступеням экспозиции, что гораздо меньше как способности глаз человека запечатлевать информацию, так и способности черно-белой пленки с ее динамическим диапазоном до 11 ступеней.

При этих ограничениях цифровой фотографии она дает нам возможность манипулировать снимками на компьютере. Поэтому вполне естественным было бы сделать несколько кадров с различной экспозицией, соединив их в один, что дало бы нам возможность заметно расширить динамический диапазон снимка. Один из таких способов заключается в работе со слоями в Photoshop и будет описан позднее. О втором способе - создании HDR - пойдет речь сейчас.

Под HDR или, если быть более точными, HDRI (High Dynamic Range Image), подразумевают изображение с динамическим диапазоном больше, чем в обычных снимках. С какого предела начинается HDR, является темой для многих дискуссий. В некоторых источниках границей называют 13,3 ступени экспозиции, в других - 9 ступеней, которые помещаются и в обычный 8-битный JPG-файл.

С технической точки зрения HDR можно определить как файл, в котором яркости пикселей сохранены не в целочисленном виде, а в формате с плавающей запятой. Для HDRI чаще всего используются 32-битные форматы Radiance (.hdr) или OpenEXR (.exr). Так как обычные мониторы не могут отобразить все значения яркости в 32-битном файле, HDRI необходимо привести в 8- или 16-битное изображение. Этот процесс называется тональным отображением (tone mapping).

Если говорить о том, чем HDR не является, стоит упомянуть, что из 8-битных фотографий нельзя сделать HDR, даже если обработать их в специальных программах, таких как Photomatix. Также изображение, полученное из одного RAW-файла с высветлением теней и затемнением светлых участков, будет просто фотографией, конвертированной из RAW, но никак не HDR.

2. Съемка для HDR

Для создания HDR-изображения нужно сделать несколько снимков с различной экспозицией, запечатлев детали как в темных, так и в светлых частях мотива. Изменять экспозицию, как известно, можно разными способами, но в случае HDR делать это следует изменением выдержки.

Самый верный способ съемки для HDR выглядит так:

• Для начала установим на камере режим приоритета диафрагмы (AV) и выберем нужное диафрагменное число.
• Поставим режим экспозамера по минимальному участку, который позволяет камера. Оптимальным будет точечный или частичный замер, но в крайнем случае для большинства мотивов подойдет и центрально взвешенный метод.
• Измерим экспозицию на самом темном и на самом светлом участках. Для этого интересующий нас участок должен находиться в центре кадра. Запоминаем эти значения.
• Установим камеру на штатив, перейдем в ручной режим (M), поставим то же диафрагменное число, при котором проводили измерения, и будем делать снимки, поднимая выдержку от наименьшего значения к наибольшему (или наоборот) с разницей в одну-две ступени при съемке в JPG-формате или две-три ступени при съемке в RAW .

Если место на вашей карте памяти важно, то можно ограничить количество снимков, проверяя гистограмму. На самой темной фотографии гистограмма должна немного не доходить до правой границы, а на самой светлой - до левой. Лучше даже, если на фотографии с максимальной выдержкой гистограмма начинается в середине шкалы. Тогда мы можем быть уверены, что в получившемся HDR не будет шумов в темных участках, если мы захотим их осветлить.

В тех случаях, когда штатива нет или его нельзя использовать, может помочь эксповилка (AEB) в сочетании с режимом непрерывной съемки. Установка эксповилки на +/– два шага обычно достаточна для создания качественных HDR. В данном случае лучше всего использовать матричный замер экспозиции. Если есть возможность, лучше прислониться к стене или колонне, чтобы уменьшить разницу в кадрах, обусловленную движением.

Чувствительность при съемке для HDR желательно поставить на минимальное значение, поскольку большинство HDR-программ не очень хорошо справляются с шумом. Если же высоких значений чувствительности по каким-либо причинам нельзя избежать, лучше пользоваться Photoshop, поскольку эта программа очень хорошо справляется с устранением шума в HDR.

3. HDR в действии

Рассмотрим, как создавать HDRI и делать тональное отображение на примере «Фотошопа» и «Фотоматикса» - программ, чаще всего используемых для этих целей.

3.1. Создание HDR и тональное отображение в Photoshop

Создавать HDR в «Фотошопе» можно из JPG-, TIF- или из RAW-файлов. Для этого нужно либо выбрать файлы через меню File-Automate-Merge to HDR, либо использовать опцию Add Open Files, если фотографии уже открыты. Если съемка велась с рук, то можно отметить опцию Attempt to Automatically Align Source Images. Только следует учесть, что выравнивание изображений занимает в «Фотошопе» очень много времени, до 45 минут для HDR из трех RAW-файлов. Если программа не может найти EXIF-данные, он попросит внести их вручную.

После вычислений появится окно предпросмотра HDRI. Так как обычные мониторы не предназначены для просмотра 32-битных изображений, будет видна только часть всего светового диапазона этого снимка. Справа отображена гистограмма получившегося HDRI. Передвигая ползунок, можно изменять гамму изображения и рассматривать части фотографии с различной освещенностью. Оставьте значение Bit Depth на 32 и нажмите ОК.

Теперь можно конвертировать HDR в обычное изображение. Для начала лучше конвертировать в 16 бит, чтобы уменьшить возможные потери при дальнейшей обработке. Для этого выбираем Image-Mode-16 Bits/Channel. Появится окно с четырьмя опциями вверху. Для большинства случаев интерес представляет только последняя опция Local Adaptation. Кроме кривой, которая работает подобно простым кривым Photoshop, в этом диалоговом окне есть два параметра: Radius и Threshold. В то время как кривая отвечает за изменение глобального контраста, эти два параметра определяют локальный контраст, контраст деталей.

Radius определяет, сколько пикселей считать «локальной» областью при изменении контраста. Слишком низкие значения делают изображение плоским, слишком высокие могут привести к появлению световых ореолов, особенно при высоких значениях второго параметра, Threshold.

Threshold определяет, насколько выраженным будет локальный контраст.

Теперь осталось поработать с кривой. Для того чтобы узнать, где на кривой лежит световое значение участка изображения, следует, как и в обычных кривых, провести курсором по этому участку изображения. В крайнем случае можно сделать несколько изображений с различными параметрами тонального отображения, потом соединить их с разными режимами перекрытия или скрыть части слоев масками. Перед тем как нажать OK, лучше сохранить установки на кривой, чтобы потом при необходимости изменить их или использовать для изображений, снятых в тех же условиях.

Все вопросы по созданию HDR изображений вы можете задать в разделе «Вопросы эксперту ». На следующей странице - обзор основных программ для создания HDR.

3.2. HDR и Tone Mapping в Photomatix

Создадим HDR-файл из нескольких фотографий. Для этого можно выбрать фотографии через HDR-Generate-Browse либо открыть нужные снимки, выбрать меню HDR-Generate и отметить Use Opened Images. Второй вариант не работает для RAW-файлов, поскольку из них Photomatix автоматически создает псевдо-HDRI. Если Photomatix не может найти EXIF-данные, он попытается приблизительно вычислить их. Чаще всего результат совсем неплох, но на этом этапе можно подкорректировать данные экспозиции. Как и в Photoshop, здесь лучше указывать верные данные.

После того как файлы выбраны, появится следующее окно. В нем можно выбрать различные опции для создания HDR. Если существует вероятность, что позиция камеры была немного изменена при съемке, то можно отметить Align Source Images. Photomatix при выборе опции Attempt to Reduce Ghosting Artifacts попытается минимизировать различия в снимках, связанные с движущимися объектами. Если эти объекты относятся к переднему плану, например это люди или качающиеся ветки, то лучше выбрать Moving Objects/People, в меню Detection выбрать High. Опцию коррекции волн, по моему опыту, лучше не активировать, без нее результаты обычно получаются лучше. В настройках тональной кривой отклика (Tonal Response Curve) внизу лучше оставлять Take Tone Curve Of Color Profile.

После того как вычисления закончены, изображение можно повернуть с помощью Utilities-Rotate-Clockwise/Counterclockwise. Обычные мониторы не могут отобразить весь динамический диапазон созданного HDR-изображения, но части его можно посмотреть с помощью окна HDR Viewer. Через View-Default Options-HDR можно конфигурировать, будет это окно появляться или нет. HDR Viewer можно вызвать и комбинацией клавиш Ctrl+V.

Теперь можно приступать к превращению HDR в доступный нормальным мониторам вид. Выбираем HDR-Tone Mapping (Ctrl+T). Появится окно с различными настройками, от которых будет зависеть конечная фотография, то, насколько реалистичной или сюрреалистичной она будет. В поле Method следует выбрать Details Enhancer. Другой метод, Tone Compressor, может давать совсем неплохие и приближенные к реальности результаты, но предлагает меньше опций контроля тонального отображения.

Рассмотрим, что означают различные настройки тонального отображения.

Strength - контролирует влияние на конечный результат остальных параметров.

Color Saturation - цветовая насыщенность полученного изображения.

Light Smoothing - отвечает за плавность световых переходов. Именно она виновата в ореолах, которые свойственны многим HDR-фотографиям. Это значение лучше ставить на максимум.

Luminosity - определяет общий световой уровень фотографии. Повышение этого параметра высветляет тени, более равномерно распределяя световые значения на гистограмме, но в то же время выявляет шумы в тенях.

Micro Contrast - определяет световой контраст в деталях.

Micro Smoothing - уменьшает локальный контраст деталей, влияние предыдущего параметра. Слишком большие значения делают фотографию плоской, со слабо выраженными локальными световыми значениями, при уменьшении этого параметра увеличивается шум и могут появиться темно-серые пятна в областях средней освещенности.

White/Black Clip - определяет значение, после/до которого информация в светлых/темных тонах обрезается.

Output Depth - для изображений, которые вы еще собираетесь обрабатывать в графическом редакторе, лучше ставить на 16 бит.

Некоторые довольно полезные опции были добавлены в версии 2.5: Color Temperature - сдвигает цветовую температуру изображения по отношению к исходному HDRI.

Saturation Highlights/Shadows - изменение насыщенности темных/светлых тонов. Эти опции работают с исходным HDR-изображением, с темными/светлыми тонами реального мотива, поэтому они не являются аналогами Color Balance или Selective Color в Photoshop.

Highlights/Shadows Smoothing - контролируют изменение контраста в темных и светлых тонах.

Shadows Clipping - затемняет темные области, обычно содержащие в HDR много шума.

Обычно локальный контраст получившейся фотографии ниже, чем той, что была в предварительном просмотре. Происходит это из-за того, что тональное отображение рассчитывается с учетом размеров областей локального и глобального контрастов, которые различны в зависимости от размеров изображения. Разница между конечным результатом и предварительным просмотром будет тем больше, чем больше разница между самим изображением и его копией в окне предпросмотра.

В этом случае либо если по каким-то другим причинам результат вас не устраивает, можно вернуться к HDR-файлу опцией HDR-Undo Tone Mapping.

4. Соединение экспозиций (Exposure Blending)

Кроме создания HDR, есть еще один способ увеличения динамического диапазона фотографий. Этот метод работает для любого количества фотографий, снятых со штатива, но для простоты ограничимся двумя снимками. В Photoshop обе фотографии копируются в один файл в виде слоев, а к верхней добавляется маска.

В самых простых случаях, когда светлая и темная части снимка разделены прямой линией горизонта, достаточно закрасить маску градиентом от белого к черному, имитируя серый градиентный фильтр, известный из аналоговой фотографии. Если удерживать Shift при создании вертикального градиента, получится ровный горизонтальный переход.

Гораздо чаще такими простыми методами обойтись не получается: темные и светлые части снимка разделены неровной границей либо разбросаны по всей фотографии. В этом случае маску придется подгонять к конкретному случаю. Для этого слой с более темной фотографией помещаем сверху и добавляем к нему маску. Для начала сделаем грубый набросок распределения яркостей на маске. Это можно сделать несколькими способами.

Первый способ:

• Выбираем более контрастный слой и копируем его (Ctrl+C).
• В списке каналов верхнего слоя выбираем маску.
• Копируем (Ctrl+V).

Для второго способа маски у верхнего слоя сначала быть не должно.

• Среди RGB-каналов более контрастного слоя выбираем самый контрастный канал.
• Выбираем его, кликнув мышкой, удерживая Ctrl.
• Добавляем маску к верхнему слою. Она автоматически заполнится информацией из выбранного канала.

После создания заготовки маски ее контраст можно увеличить кривыми либо сделать маску, состоящую только из черного и белого цветов фильтром Filter-Sketch -Stamp. Правда, работает он только в 8-битном режиме. Чаще всего после этого нужно тщательно подправлять маску кисточками, меняя прозрачность, размер и размытость краев кисти.

Несколько методов соединения экспозиций, дающих иногда очень неплохие результаты, предлагает также Photomatix. Для этого следует открыть фотографии и в меню Combine выбрать один из методов. Лучшие результаты дают H&S-Auto и H&S-Adjust. Значением Blending Point во втором случае можно задать, из каких фотографий предпочтительнее брать информацию. Чем выше это значение, тем больше будет влияние на результат более светлых снимков. Параметром Radius можно контролировать аккуратность перекрытия экспозиций.

5. Последующая обработка

HDR-изображения после тонального отображения обычно следует обработать, чтобы добавить им контраста и скорректировать цвета. Кроме того, изображения, полученные в Photomatix, при некоторых настройках имеют одну особенность: тени в них бывают более светлыми, чем в самом светлом из исходных изображений, а светлые области темнее, чем в самом темном. Чтобы сделать изображение снова приближенным к реальности, следует открыть его в Photoshop, сверху скопировать самую светлую из исходных фотографий в режиме Darken и самую темную в режиме Lighten. Не исключено, что нужно будет добавить к этим изображениям маски и стереть какие-либо части кисточкой с мягкими краями и прозрачностью 10–30%.

Некоторые программы, работающие с HDR, могут искажать цвета и насыщенность цвета при тональном отображении. Эту проблему в большинстве случаев можно исправить в Photoshop: исходные снимки скопировать в виде слоев на получившееся из HDR изображение и поменять режим перекрытия на Color или Saturation, вернув тем самым естественные цвета. В местах пересветов и теней следует использовать цвета соответственно из недо- и пересвеченных исходников.

6. Альтернативные программы для работы с HDR

В этой статье были подробно рассмотрены Photoshop и Photomatix, но кроме них существуют и другие программы, позволяющие создавать HDR и делать тональное отображение. На эти альтернативные программы также имеет смысл обратить внимание.

EasyHDR - программа с удобным, понятным интерфейсом и большим количеством опций. Более гибкая, чем Photoshop, результаты тонального отображения выглядят более натуральными, чем результаты Photomatix.

Artizen HDR - графический редактор, в котором работа с HDR не является основной функцией. Создание HDRI и тональное отображение делает довольно качественно.

Picturenaut - бесплатная программа для работы с HDR. Неплохо справляется с тональным отображением, но при очень большом динамическом диапазоне может быть сложно найти подходящие параметры.

Qtpfsgui - предлагает несколько алгоритмов, различающихся по параметрам, результатам и времени расчета. После тонального отображения результаты сохраняются в различных окнах, что дает возможность сравнить и выбрать оптимальные параметры.

Ulead PhotoImpact - известный графический редактор. Управление каретками тонального отображения не очень удобно, но результаты более или менее удовлетворительные.

HDR View - небольшая программа для просмотра HDRI. Позволяет увеличивать и уменьшать экспозицию, сохранять изображение на выбранной экспозиции в формате bmp.

Технология HDR может помочь фотографам преодолеть ограничения динамического диапазона матрицы цифрового фотоаппарата. Некоторые программы также позволяют создавать изображения, больше напоминающие сюрреалистические картины, чем фотографии. В каких случаях имеет смысл расширять динамический диапазон фотографии, насколько реалистичной будет конечная фотография - все это решает каждый сам для себя. Работа с HDR дает нам эту замечательную возможность выбора.