Kameralar neden gözlerimizde olduğu gibi dinamik menzili yakalamıyor?

Işıksız bir odada otururken pencereden dışarı baktım, dışarıdaki bir ağaca odaklansam bile odanın içini kolayca görebiliyorum.

Bir kamera neden gözlerimin görebildiğine benzer bir görüntü yakalayamıyor? Yeni kameraların bu kadar dinamik aralığı kolayca yakalayabilmesi gerektiğini düşünüyorum. Bu kadar dinamik aralık yakalanırsa ekranın bir sorun olduğuna inanmıyorum, çünkü normalleştirilebilir. Dijital bir kamerada sadece dış sahneyi veya iç sahneyi doğru çekecek pozlamayı ayarlamalıyım.

Bu sadece dijital fotoğraf makineleriyle ilgili bir sorun mu yoksa film kameraları için aynı mı?

Benzer bir soru zaten burada tartışılıyor Sahneyi tam olarak gözlerimin görebileceği şekilde nasıl yakalayalım? . Çözünürlük, odaklanma ya da detaylardan bahsetmiyorum. Gözlerimizi tek bir sahnede gördüğümüz zamana benzer pozlama veya dinamik alanlarla ilgileniyorum.

Bu kadar geniş bir dinamik aralığı görebilmenizin nedeni, gözün, bir optik cihaz olarak, gerçekten de bu tür bir aralığı yakalayabilmesi değildir - bunun nedeni, beyninizin, gözlerdeki çok fazla ve "pozlama" bilgisini birleştirmesidir. önünüzdeki sahnenin bir HDR panoraması oluşturun.

Göz, görüntü kalitesi açısından oldukça zayıftır, ancak çok yüksek bir "kare hızına" sahiptir ve hassasiyeti, yönü değiştirebilir ve çok hızlı bir şekilde netleme yapabilir.

Beyin, bütün bu görüntüleri gözlerden alır ve gördüğünüz resmi yaratır - bu, farklı hassasiyetteki görüntülerin detaylarını ve hatta görmeyi beklediğinize dayanarak tamamen yapılmış ayrıntıları içerir. (Optik yanılsamaların olmasının bir nedeni budur - beyin gerçekten orada olmayan şeyleri “görmeye” kandırılabilir).

Böylece, kameranızda tıpkı gözünüzdeki gibi görebilirsiniz, farklı ayarlarda çok fazla pozlama yapın, ardından her şeyi Photoshop'a yükleyin, bir HDR panorama oluşturun ve boşlukları doldurmak için "içerik bilinçli dolgu" kullanın.

Bu arada, kameralar neden bu menzili yakalayabilmeli ancak monitörler onu üretememeli? Eğer var olmayan teknoloji mevcutsa, monitörler görebildiğimiz her şeyi yeniden üretebilmeli (ve aydaki düşük yerçekimli bir otelde tatil yapabilmeliyim)

Bir kameradaki sensör dinamik aralığında hafif bir avantaja sahip olabilirsiniz, ancak fark yaratan çoğu, karmaşık bir otomatik pozlama sistemine sahip olmaktır, sakkadlara , HDR işlemine ve çoklu pozlandırmalarda süren bir sahne tanıma sistemine . İnsan beyni en az göz için olduğu kadar görsel sistem için de önemlidir .

Çok yüksek bir dinamik aralığa sahip bir sahne ile sunulan insan görsel sisteminin uyum sağlaması biraz zaman alıyor. Bunun nedeni dinamik bir aralık ayarını yapmak zorunda olduğumuzdan değil, aynı zamanda sahnenin çok parlak ve çok karanlık kısımlarını ayrı ayrı analiz etmemiz gerektiğinden, görüntünün önemli kısımlarını bir araya yapıştırmamız gerektiğidir. "Gördüğümüz" şeyin çok büyük bir kısmı aslında orada olanı bilmeye bağlı; boşlukları doldurmak için çok az gerçek ayrıntı göstergesini kullanabiliriz (ve yeterli gerçek bilgiye sahip olmadığımızda enterpolasyon yapabiliriz - ama her zaman doğru değil ).

Kamera almak - herhangi bir kamera - bu seviyede çalışmak, neye baktığını "bilen" bir sistem tasarlamak anlamına gelir. Çeşitli HDR tekniklerini kullanarak bunun "aptal" versiyonunu zaten yapabiliriz (özel örneğinizde, genellikle kapının karanlık pozlamadan kesileceği basit maskeleme ve yerine yerleştirilmiş parlak pozlamadan bir sürümle). Mevcut otomatik süreç tamamen parlaklığa dayanır (çünkü anlam veya önem açısından analiz edemezler) ve bariz eserler üretme eğilimindedirler.. Ve daha önce hiç tonda tutulmamış ham bir 32-bit HDR birleşik görüntü gördüyseniz (bu, yalnızca sensörün dinamik aralığını artırarak elde edeceğiniz türden bir şey), muhtemelen farkedeceksiniz. Görüntünün çok "düz" olduğunu ve hem yerel hem de küresel karşıtlıkta olmadığını belirtti. Kontrastın yerel olarak ne kadar önemli olduğuna karar vermek için haritayı yapmamıza izin veren sahnenin ne olduğunu bilmektir. Kamera aynı tür kararlar verinceye kadar, beyninizin gördüğü gibi bir şeye benzeyen bir görüntü üretemez.

Beynin gözlerin sağladığı bilgileri yorumlama şekliyle (ya da başka bir şekilde söylemek gerekirse, donanım değil yazılımdır).

Vizyonumuzun merkezinde sadece çok dar bir alanda renk ve detay görüyoruz. Algıladığımız ayrıntılı renkli görüntüyü oluşturmak için, beyin bu merkezi noktayı biz bilmeden hareket ettirir.

Ben bir nörobiyolog değilim ama beynin bu geniş görüntüyü çok sayıda küçük görüntüden oluştururken, bazı alanlarda çok fazla olmasına rağmen, her yerde kabaca aynı parlaklıkta görünen bir görüntü veren parlaklıkta bazı normalleşmeler yapması da akla geliyor. gerçekte daha parlak. Temel olarak karanlık ve parlak şeyleri aynı anda görme yeteneği bir yanılsamadır.

Bu davranışın dijital fotoğraf makineleri tarafından taklit edilememesi için bir neden yoktur ve sensörleri tek bir pozlamada çok daha fazla dinamik aralığa sahip hale getirememiz için hiçbir neden yoktur. Aslında Fuji, çok fazla ayrıntıyı yakalamak için ekstra düşük hassasiyetli fotositler içeren bir sensör üretti.

Sorun, yüksek dinamik aralık görüntülerini gösterememe problemine bağlı. Bu tür görüntüleri standart bir düşük dinamik aralık monitöründe görüntülemek için, kendi dezavantajları olan tonemapping adında bazı özel işlemler yapmanız gerekir. Çoğu tüketici için yüksek dinamik aralıklı kameralar sadece daha fazla güçlük çeker.

Özet:

• Tanrı gözlerimizi yarattı.

• Kameralar yapıyoruz.

• Henüz Tanrı'ya yetişmedik.

• Ancak, mevcut en iyi kamera tarif ettiğiniz şartlara bağlıdır.

• İstediğini elde etmenin yolları var. Onları ne istediğinizi değil olarak tanımlamaya karar verdiniz. Bu senin seçimin.

Dış sahneye açılan bir pencereye sahip karanlık bir odadaki ışık seviyesi, yaklaşık 0,1 lüks (metrekare başına 0,1 lümen) kadar düşük olabilir.

100 lux harici ve 0.1 lux dahili olarak, oran 1000: 1 veya sadece 10 bit dinamik aralığın altında. Birçok modern kamera bu aralığın her iki ucundaki ton farklarını farklılaştırabilir. Ağaç ışık seviyesi sensörü sadece doyuruyorsa, odanın içinde yaklaşık 4 bitlik bir seviye olurdu: 16 aydınlatma seviyesi. bu yüzden en parlak seviyeye sahip bir dereceye kadar ayrıntı görebiliyorsunuz. BU ışık seviyesi o kadar düşük ki gözlerde sorun yaşayabiliyor.

Ağaç ışık seviyesi 1000 lux ise (= tam güneş ışığının% 1'i), yaklaşık 13 bit dinamik aralık gerekir. Mevcut en iyi 35mm tam kare kameralar bunu hallederdi. Kamera ayarının açık olması ve odanın içinde yaklaşık sıfır ton bilgisine sahip olmanız gerekir. Bu dış aydınlatma seviyesi, ışıklandırılmış bir gece vakti durumundan başka bir durumda olacağınızdan daha yüksektir.

Birçok modern orta-üst DSLR, birden fazla görüntüyü birleştirerek çok daha büyük dinamik aralıkların elde edilmesini sağlayan yerleşik HDR işlemine sahiptir. 2 resimli bir HDR fotoğraf bile sahnenize kolayca uyum sağlar. Benim Sony A77 +/- 6 EV 3 kare HDR sunuyor. Bu, 20 bitin üzerinde dinamik aralık sağlar - örneğin, üst ve alt uçlarda çok yeterli ton varyasyonlarına izin verir.

Yalnızca dijital kameraların sorunu mu yoksa film kameraları için aynı mı?

Yanıtların hiçbiri buna henüz dokunmadı, en azından doğrudan ... evet, bu da filmle ilgili bir konu. Örneğin, ünlü Fuji Velvia renkli şeffaf film, gerçekten çürümüş bir dinamik aralığa sahiptir (yine de harika renk!) Genel olarak Şeffaf film bundan muzdariptir. Öte yandan, negatif filmler en iyi dijital kameralar kadar iyi bir dinamik aralığa sahip olabilirler. Bununla birlikte, biraz farklı şekilde ele alınır - dijital ışığa doğrusal bir tepkiye sahipken, filmin içinde belirgin bir "S" kontrast eğrisi var. Siyahlar ve neredeyse siyahlar ve beyazlar ve neredeyse beyazlar orta tonlardan daha fazla toplanmıştır.

Film fotoğraflarının genellikle beyaz kağıt zemin üzerine mürekkeple basılacağından, ilk önce ne kadar dinamik alanın çekilmesini istediği konusunda çok cömert bir sınır olmadığını unutmayın! Söylesene, otuz duraklı bir dinamik aralığı yakalama ve sonra onu bir ... çıktısına alma, fotoğraf baskısının basketbol DR'si nedir? Beş durak mı? Altı? ... çıktı ortamı en azını söylemek için garip görünürdü. Bu faktörün, fotografik film dinamik aralığının sınırlı olduğu kimya ile birleştirilemeyen engellerden daha fazla olduğundan şüpheleniyorum. Yapamayacağımız çok şey değil , aktif olarak yapmak istemediğimizden daha fazlası .

Bir kitabı doldurmaya yetecek kadar şey - ama basit olan şey, insan gözünün parlaklığı logaritmik olarak görmesi, kameraların ise parlaklığı doğrusal olarak "görmesi".

Bu nedenle, parlaklığın 1'den 10000'e (rastgele seçilen sayı) kadar gittiği bir koşul varsa, günlük tabanında 10, insan gözü parlaklığı 0 ila 5 olarak görürken, kamera doğrusal olarak 1 ila 10000 olarak görür. Bu kadar geniş bir aralığı kaplayabilen bir sensör, düşük ölçümlere ve gürültüyü engelleyen yüksek parlaklık ölçümlerine fazla parazitlendiğiniz için zordur. Bunu söyledikten sonra, 18 durak dinamik aralık kaydedebilen bir KIRMIZI kamera olduğuna inanıyorum - sadece bir prototip veya üretim modeli olsa da emin değilim.

Bu arada logaritmik ve doğrusal fark, parlaklığın bir duraklama farkı için iki katına veya yarıya inmesine neden oluyor.

Ancak bu bir araştırma konusu için yeterli - yani bu sadece kısa bir işaretçi.

Göz dinamik menzili yakalamıyor. Dinamik aralığı sıkıştırır ve sonra beyindeki "işlem sonrası" dinamik aralık yanılsamasını yaratır. Sıkıştırılmış bir dinamik aralık, aynı anda hem gölgeleri hem de aydınlatılmış alanları görebilmenizin nedenidir. Tabii ki, "kazanç", gölgeleri algılayan, onları daha parlak hale getiren ve retinanın aydınlatılan alanları gördüğü yerlerde, retinanın bölümlerinde otomatik olarak yukarı doğru çekilir. Beyin hala bir gölgeye baktığını bilir, bu yüzden orada karanlık olduğu hissini yaratır. Sıkıştırılmış veri üzerinde bir çeşit genişleme devam ediyor, tabiri caizse, dinamik aralığın sıkıştırıldığının farkında değilsiniz.

Dijital kameralardaki sensörler, ham dinamik aralıktaki retinadan kolayca daha iyi performans gösterebilir. Sorun, maruz kalmayı alan başına kontrol etmemenizdir. Kameralar genel olarak kazanım ayarlarına (genellikle film terminolojisinde ISO ayarları olarak sunulur) sahiptir.

Yani, gözün yaptığı şey parlak bir alan için "ISO 100" ve aynı zamanda karanlık bir alan için "ISO 800" kullanmak gibi bir şey.

Kamera parlaklığı temel alan belirli piksel alanları için kazancı ayarlayabilseydi, şüphesiz ki yararlı olurdu, ancak işlem sonrası beynin gerçekten aldatmadığı böyle bir kazanç seviyelendirme efekti uygulamasından biliyoruz. Doğal görünmüyor. Sadece gözünüz kendi beyninizle koordineli bir şekilde yaparken doğal görünüyor.

Kameraların zaten yapıldığı gibi yapılmasının nedenlerini açık bir şekilde ortaya koymak yerine bu şansı verirseniz, bu ilginç bir soru.

En yakın seçeneği düşünelim. Ton eşleme , RGBe görüntünün üs değerlerine düşük geçişli bir filtrenin uygulandığı bir yöntemdir. Bu, gözlerin bir şeyi nasıl gördüğünde büyük rol oynar. Fakat gözlerimizin uzun görüntü buharları aldıklarını düşünelim. Fotoğraf kameralarından çok video kameraları gibi çalışırlar.

Ton eşleştirme , gerçek zamanlı olarak çalışan bir GLSL gölgelendirici gibi oluşturulmuşsa büyük ölçüde geliştirilebilirSabit bir HDR görüntü akışı yakalayabilen özel bir video kamerayla olarak .

Çok daha basitleştirilmiş bir örnekte, iPhone'un "HDR" fotoğrafları, eğer denemediyseniz, oldukça iyi çalışan bir ton eşleştirme işleminde zorlanan düşük ve yüksek pozlu bir görüntünün birleşiminden oluşuyor. Diğer birçok tüketici sınıfı kamera benzer şeyler yapar.

Sezgi / niyet / serbest-irade'nin gözlerinizdeki zaman akışı boyunca nasıl kalibre edileceğine dair büyüleyici bir konu var. Eğer karanlık bir duvara bakıyorsanız ve beyninizi parlak bir şekilde aydınlatan bir pencereye doğru başınızı döndürmeyi düşünürseniz, gözlerinize devam etmesini ve öğrencilerinizi kapatmaya başlamasını söyleyebilirsiniz. Otomatik pozlama özellikli bir kamera aynı şeyi yapabilir, ancak yalnızca içeriye fazla ışık girdikten sonra. Sinemada çalışan insanlar, film kameralarının ayarlarının zamanlamasını sorunsuz bir şekilde akmak için karmaşık bir çekimde doğal hissetmeleri için çok zaman harcarlar. (ya da bir sahneyi kamera ayarlarının gerçekte ayarlanması gerekmeyecek şekilde aydınlatmak) Ancak yine de, bu tür işlerin tek nedeni yönetmenin kamera olmadan önce ne olacağını bilmesidir.

En büyük sorun, yakalanan görüntünün çoğaltılmasıdır.

Tek bir görüntüde çok çeşitli parlaklık seviyelerini yakalayabilecek bir görüntü sensörü ve yapılandırması oluşturmak, teknoloji dünyasının dışında değildir. Sonunda bu sadece gerekli seviyelere ölçeklenen bir teknoloji olan foton sayma meselesi. Sensör olsa daha bu işin, gördüğü Güncel kameralar öncelikle parlaklık miktarını modüle etmek poz ayarlarını kullanmak olabilir belki daha hata gürültü sonuçlanan sensör yapılabilir, ama kesinlikle bir fotoğraf sensörü daha dışarı daha geniş alabilir şu anda piyasada bulunanlar.

Ama sorun şu: Bu resimden sende bir kere, ne do do onunla? Üst seviye ekranlar bile 24 bit renk kullanıyor, bu da renk kanalı başına yalnızca 256 gölgeye izin verilmesi anlamına geliyor. Mevcut yazıcılar, daha fazla değilse, benzer şekilde sınırlıdır. Hiçbir şey aslında olabilir Yani yapılan bazı işlemler olmadan böyle bir görüntü ile öncelikle mevcut kameralar üretmek aşağı ne aralığını azaltmak için.

Muhtemelen bu sorunu daha önce gördünüz: çoğu mevcut RAW formatı zaten çoğaltılabilecek olandan daha geniş bir aralığı saklıyor ve resme bakmadan önce renk aralığının zaten sıkıştırılmış veya kırpılmış olması gerekiyor. RAW çıkışına daha fazla aralık eklemek de aynı olacaktır. Kamera olasılıkla dramatik daha pahalı olurdu ama çünkü resimler önemli ölçüde daha iyi olmaz hala bunu bakabilirsiniz önce 24 bit renk aralığı aşağı doğrayın gerekiyor.

Yine de, belki de doğru yazılım ve doğru kullanıcı türü ile, bunun dışında harika bir şey elde edebilirsiniz. Muhtemelen mevcut HDR fotoğrafçılığına pek benzemiyor, ancak birden fazla görüntü çekmek zorunda kalmazsınız.