Ülisuure ulatusega pildistamine

Ülisuure ulatusega pildistamine (inglise High Dynamic Range Imaging, lühend HDRI või HDR) on digifotograafia võte, mille tulemuseks saadakse foto, mis on kokku kleebitud kahest või enamast erineva säriga fotost.

HDR-foto Krakowist, Poola

Dünaamiliseks ulatuseks nimetatakse füüsiliste suuruste maksimaalse ja minimaalse väärtuse suhet. Mõiste sõltub sellest, millele dünaamiline ulatus viitab. Elektroonikas on see näiteks selliste parameetrite nagu elektrivoolu, pinge või sageduse teatud maksimaalse ja minimaalse mõõdetava väärtuse suhe. Fotograafias on selleks foto kõige heledama ja tumedama osa suhe.

Teooria

Kuna dünaamiline ulatus on suhe, pole sel ühikut. Fotograafias kirjeldab dünaamiline ulatus kahe heledusväärtuse suhet, kus heledus on esitatud kandelates ruutmeetri kohta (cd/m²). Heledusvahemik, mida tajub inimese silm, on päris suur. Näiteks nähtav tähevalgus on 0,001 cd/m², aga päikeseküllasel päeval võib heledustugevus ületada 100 000 cd/m² – vahe on saja miljoni kordne. Inimsilm võib ühes vaates tajuda dünaamilist ulatust ligikaudu 1 : 10 000. Looduses on heleduste suhe 1 : 100 000 tavaline nähtus. Seega HDR-foto piksel peab olema suuteline hoidma kõikvõimalike toonide väärtusi ja selleks kodeeritakse pilt 32-bitisesse (ühe värvikanali kohta) ujukoma vormingusse. Vormingu ja kaamera pildisensori bitisügavused (inglise bit-depth) on ülemisteks piirideks HDR-foto saamisel, kuid pole sugugi otsustavad tegurid. Dünaamilist ulatust mõjutavad veel säri, müra ja tegelikud pildistamisolud.

Näiteks kaamera 12-bitine CCD-sensor ütleb meile, et selle sensori maksimum dünaamiline ulatus on 1 : 4096 (2¹² = 4096). Kui arvesse on võetud ka müra, tuleb jäädvustatud dünaamiline vahemik tõenäoliselt aga palju väiksem. Enamik 12-bitiseid sensoreid annab keskmiselt välja ainult 1 : 1000 dünaamilist ulatust.

Tavakaamera, nn seebika pildisensorid on 8-bitised ja lubavad ainult 256 erinevat tooni iga värvikanali kohta. Pildikvaliteedi poolest 8-bitine värviline pilt on inimsilmale väga korralik – iga piksel on üks 256 x 256 x 256 (3 RGB-värvi) ehk 16,7-miljonilisest värvikombinatsioonist (TrueColor). Hea HDR-foto tegemiseks sellest aga ei piisa. Tabelis on esitatud eri sensorite maksimaalne teoreetiline dünaamiline ulatus.

Digikaamera sensorite teoreetiline maksimaalne dünaamiline ulatus

Sensor	Bitisügavus värvikanali kohta	Bitisügavus piksli kohta	Teoreetiline maksimaalne dünaamiline ulatus
12-bitine CCD	12	36	1 : 4,096
14-bitine CCD	14	42	1 : 16,384
16-bitine TIFF	16	48	1 : 65,536
HDR (radiance format)	32	96	lõpmatu

Pildistamine

KrakowHDR slides

Nagu öeldud, on digitaalse kaameraga võimalik jäädvustada ainult osa dünaamilisest vahemikust. Küll aga saab ühest kohast erineva säriajaga tehtud fotosid kokku kleepides terviku dünaamilist ulatust suurendada.

Vaatame kolme foto põhjal, kuidas seda saavutada. Tähtis on säriaeg õigesti paika panna.

1. Asetame kaamera statiivile.
2. Valime kaameral käsitsi reguleeritava säri režiimi (manuaalsäri), et saaksime nii ava kui ka säriaega käsitsi muuta.
3. Valime pildi jaoks sobiva suhtelise ava ja seame valgustundlikkuse minimaalseks (nt ISO 100).
4. Punktmõõtmismeetodil (spot-metering) valgust mõõtes selgitame välja pildi heledama piirkonna säriaja ja jätame selle meelde. Kordame sama tegevust pildi tumedama osaga.
5. Hakkame tegema fotoseeriat, alustades väiksemast mõõdetud säriajast ning korrutades selle 4 korda iga järgmise kaadriga kuni säriaeg jõuab sammul 4 mõõdetud “pimeda” säriajani. (Enamik päevavalguses tehtud fotosid nõuabki ainult 3 pildi sammuga 2 EV (Exposure Value – säriarv)).
6. Alternatiivina võib teha pildiseeria, kasutades AEB- (Auto-Exposure Bracketing) funktsiooni, kui kaamera seda toetab. See kiirendab pildistamist, kuna 3 fotot soovitud säriarvu sammuga tehakse automaatselt. Taskukohastes digikaamerates ei võimalda AEB aga teha rohkem kui 3 fotot.

Paremal nähtav fotoseeria on tehtud AEB-funktsiooni abil Krakowis.

Fotode säriajad on vastavalt -2 EV, 0 ja +2 EV.

Võib tekkida küsimus, kas poleks lihtsam salvestada foto RAW-vormingus ja teisendada see kolmeks erineva säritusega pildiks? See pole siiski hea lahendus, sest edasise kokkukleepimisega saadud HDR-foto dünaamiline ulatus ei saa olla suurem kui originaalse pildi dünaamiline ulatus. RAW-foto teisendamine erineva säriga fotodeks on nagu dünaamilise ulatuse viilutamine mitmeks vahemikuks; kui kujutised uuesti ühendada, saadakse parimal juhul kätte vaid esialgse RAW-pildi dünaamilise ulatuse. Olukorra võib veelgi halvemaks muuta müra, mis tekib tumedate objektide n-ö helendamisel.

Fototöötlus

Erineva säritusega fotode kokkukleepimist nimetatakse särisujutamiseks ((inglise Exposure Blending)), tulemusena saadakse HDR-foto, mida enne kuvari ekraanil korrektse kujutise saamist peab veel toonivastendusega ((inglise tone mapping)) töötlema. Toonivastendust kasutatakse ka trükikodades, sest trükistel pole suur dünaamilist ulatust. Sama kehtib ka CRT-kuvarite ja projektorite kontekstis. Toonivastendus kujutab endast dünaamilise ulatuse kokkupressimist, mille eesmärgiks on saada pilt, mis näeb välja HDR-fotoga maksimaalselt sarnane. Eesmärk on midagi üle säritamata tuua fotol välja tumedamad objektid. Hiljem pannakse paika värvid, et need oleksid loomulikud, sätitakse paika heledus ja küllastus, eemaldatakse pildimüra. Lõpliku tulemuse dünaamiline ulatus sõltub nendest parameetridest.

HDR-foto loomise/töötlemise protsessiga tutvume tarkvara Photomatix Pro (versioon 2.4) näitel:

1. Loome HDR-faili mitu erineva säritusega fotodest. Selleks:
   • valime HDR-Generate > Browse ja märgime vajalikud kaadrid või
   • avame soovitud fotod menüü File > Open kaudu, siis võtame ülevalt HDR > Generate ((Ctrl+G) ja valime Use opened images. Viimane moodus on mugavam, kuna seal saab vaadata valitavate fotode eelvaadet. Kurb, kui alles pärast tehtud tööd selgub, et 1 kaader fotoseeriast oli vale.
2. Juhul, kui fotod olid tehtud ilma statiivita või on vähegi kahtlust, et kaamera võis olla nihutatud, tuleb märkida valik Align source images. Statiivilt pildistamisel ei ole mõtet seda funktsiooni n-ö igaks juhuks sisselülitatuna hoida, sest fotode töötlemine võtab sellega 30% rohkem aega.
3. Kui fotosarjas on esiplaanil liikuvaid objekte, näiteks inimesi, aktiveerime valiku Attempt to reduce ghosting artifacts ja valime Мoving objects/people, Detection seadistada suureks – High. Kui tegemist on tagaplaanil värisevate lehtedega, on õige valik Ripples ja Detection = High.
4. Järgmisena genereeritakse HDR-pilt, mida ei ole veel tervikuna näha. HDR-Vieweri väike näidik annab aga eelvaate, imiteerides inimese nähtava 60% heledusega.
5. Huvi pärast võib vaadata genereeritud HDR-i dünaamilist ulatust, liikudes menüüd File > Image Properties (Ctrl+I).
6. Nüüd tuleb pilt töödelda kuvaritele tajutavaks. Selleks võtame menüüst HDR >Tone Mapping (Ctrl+T). Tekib uus aken parameetritega, mille muutmisest sõltub lõpptulemus. Mõned tähtsamad parameetrid on järgmised:
   • Strength – mõjutab kõiki teisi parameetreid, protsentuaalselt muudetav.
   • Color Saturation – värvitugevus, Photomatixi isepärasuste pärast on soovitatav muuta mujal nt Photoshopis.
   • Light Smoothing – vastutab sujuvate valguste üleminekute eest. Just seda parameetrit süüdistatakse ebameeldivates oreoolides, mis on ühised paljudele HDR-fotodele. Selle väärtuseks tuleb panna 1, sest 0 annab liiga erksad üleminekud ja miinusväärtuste mõju võib sobida ainult eriefektidest vaimustujatele.
   • Luminosity – saate määrata üldise heledustaseme. Selle parameetri suurendamine aitab tumedate objektide helendamisel, kuid võib tekitada müra.
   • White clip – saate määrata piirväärtuse, mille ületamisel lõigatakse kõik heledate toonide väärtused välja. Optimaalne on kuni 2%.
   • Black clip – saate määrata piirväärtuse, millest väiksemate väärtuste korral lõigatakse kõik tumedad toonid välja. Kõik pikslid väärtusega kuni määratud väärtuseni värvitakse mustaks.
7. Kui vajutate nuppu OK, salvestatakse valmis HDR-foto kõvakettale. Kui foto tuli välja väga hästi, saab toonivastenduse seaded eksportida ja kasutada neid järgmise foto töötlemisel.

Tarkvara

Mõned levinumad tarkvaratooted HDR-i loomiseks on HDRsoft PhotoMatix, Adobe Photoshop ja Dynamic-Photo HDR arendajalt MediaChance.

Eelistused valikul sõltuvad vajadustest, Photoshop lubab kasutada RAW-vormingut, PhotoMatixil on head vahendid toonide vastendamiseks ja Dynamic-Photo HDRi on lihtne mugav kasutada. Tasuta tarkvara eelistajatele sobivad Luminance HDR või Picturenaut (viimasel saab kasutada väga vähe funktsioone).

Kokkuvõte

Tänapäeval räägitakse HDR-fotograafiast rohkem nagu fotograafide hobist ega võeta seda tõsiselt. Leidub aga neidki, kes peavad ülisuure ulatusega fotograafiat paljulubavaks ja tavalise fotoga võrreldes realistlikumaks. Sel teemal pole veel mõtet vaielda, kuna HDR on alles lapsekingades – kaamerate pildisensorid ei luba suuremat dünaamilist ulatust kui 1 : 1000. Rääkimata kuvaritest ja printeritest, ka need ei saa sellistki tulemust taasesitada.

Positiivne on see, et HDR-i suunas käib pidevalt töö, arenevad välja sellised lahendused nagu SpheroCam HDR kaamera, mis salvestab HDR-videot, turule tulevad suure dünaamilise ulatusega kuvarid nagu Sunnybrook HDR või BrightSide DR37 (vastavalt 1 : 40 000 ja 1 : 200 000). Tulevik on lähedal.

Kirjandus

• Jan 1992, Paul Haeberli, Synthetic Lighting for Photography, GRAFICA Obscura, sgi.com, web.archive.org