High Dynamic Range Imaging

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na navigaci Skočit na vyhledávání
Věra Stuchelová: Hyperreality 2008 - 2010
Trenčín za soumraku; HDR obrázek složený z devíti postupných expozic
Ansel Adams: Zkouška mažoretek, 1943 HDR se zrodil ze zonálního systému v klasické fotografii
Porovnání snímku kompaktního fotopřístroje (vlevo) a obrázku po užití HDR po tónovém mapování (vpravo) s potlačením (vyrovnáním) dynamiky.

High Dynamic Range Imaging, HDRI nebo jednoduše HDR čili vysoce dynamický rozsah (zobrazení), rozsah expozice je technologie, která se používá k práci s obrázky a videí, jejichž rozsah jasu překračuje možnosti standardních technologií. Nejčastěji se termín HDR používá ve vztahu k pořizování, ukládání a zpracování rastrových obrázků.  

Standardní techniky umožňují rozlišení pouze v určitém rozsahu jasu, což poskytuje velmi úzký dynamický rozsah, často nazývaný SDR (Standart Dynamic Range) nebo LDR (Low Dynamic Range)[1]. Mimo tento rozsah nejsou viditelné žádné funkce, a proto v světlejších oblastech vidíme vše jako bílé a v tmavších oblastech vše jako čistě černé. Poměr mezi maximální a minimální tonální hodnotou v obraze se označuje jako dynamický rozsah.  

High Dynamic Range Imaging může být užitečné pro záznam různých životních scén, které obsahují jasné přímé sluneční světlo nebo velmi temné stíny.

Vizuální realismus[editovat | editovat zdroj]

Technologie HDR byla vytvořena hlavně za účelem přenosu obrazu co nejblíže tomu, jak to vnímá člověk. Dnešní kamery dokáží pořídit snímek pouze v určitém spektru jasu, které nemusí vždy odpovídat lidskému vnímání. Z tohoto důvodu je spektrum barev, které jsou pro nás viditelné, výrazně zúžené. Všechno tmavší než určitá úroveň zčerná a vše příliš světlé zbělá, detaily jsou ztraceny. Můžeme říci, že technologie HDR byla vytvořena proto, aby obraz byl realističtější.[2]

Móda a zdánlivá jednoduchost zpracování HDR však hrály na fotografy krutý vtip - internetové galerie jsou plné strašlivých záběrů ve stylu HDR. Dramatické nebe, šokující detaily, surrealistické barvy... Existuje dokonce rozdělení HDR do tří směrů: realistický, umělecký a grunge.[3]

Počítačová grafika[editovat | editovat zdroj]

V počítačové grafice HDRI znamená nasvícení scény využívající místo klasických světel simulujících reálné světelné zdroje speciální bitmapu HDR. Bitmapa HDR obsahuje informace o všech světlech umístěných na scéně. Tato metoda se používá u scén s lesklými objekty a při kompozici reálného a počítačového modelu, protože osvětlení technologií HDR vypadá velice realisticky.

Výhoda HDR je v rozsahu barev, klasické bitmapové formáty (BMP, JPEG, …) pracují s rozsahem 8 bitů na jednu barvu, což znamená hodnoty 0–255 a až následné osvětlení a dodatečné definování odraznosti. HDR definuje množství světla na daném pixelu – tedy již v HDR textuře je pamatováno, jak se bude předmět opticky chovat. Barevná informace je uložena prakticky neomezeně – používají se čísla s plovoucí desetinnou čárkou, např.: 1,1124545 nebo 4545544,45456. Tvorba HDR obrázků se většinou provádí složením několika různě exponovaných snímků. Síla této technologie, která je mezi 3D modeláři používána již nějakou dobu, je v dokonalejším zobrazení odrazů předmětů (high dynamic range rendering, HDRR nebo HDR Rendering, high dynamic range lighting). Na Internetu je mnoho statických obrázků, které kombinují fotografii s 3D modely a u některých téměř nelze poznat přechod.

HDR používá open source formát souboru OpenEXR s příponou .exr.

Digitální fotografie[editovat | editovat zdroj]

V digitální fotografii HDR označuje techniku skládání více snímků téže scény, pořízených ve stejnou dobu, ale s různými expozičními dobami. Cílem je složit z nich jeden výsledný snímek tak, aby v něm byly současně vidět detaily hodně stinných i hodně světlých míst.

Realistický směr HDR
Umělecký směr HDR
Grunge směr HDR

Lidské oči spolu s mozkem jsou tak přizpůsobivé, že dokážou rozeznat zrnka písku na sluncem ozářené pláži a zároveň i detaily v otvoru do skalní jeskyně opodál. Ale fotografické filmy ani současné obrazové senzory se jim v tom zdaleka nevyrovnají. Také tady program, který spojuje jednotlivé digitální snímky, vytváří výsledek v paměti počítače pomocí čísel z většího rozsahu. Bohužel jakmile se na něj chceme podívat, zase narazíme na známé hranice současných technologií.

Z českých autorů je používáním HDR známý například Petr Zelený.

Dynamický rozsah ve fotografii[editovat | editovat zdroj]

Ve fotografii se dynamický rozsah často měří v hodnotách expozice EV (anglický Exposure value), která se rovná logaritmu se základnou 2, méně často v desítkovém logaritmu (označeném písmenem D). 1EV se rovná 0,3D. Někdy se také používá lineární zápis, například 1 000: 1, který se rovná 3 D nebo přibližně 10 EV.[4]

Zvýšení o 1 EV vynásobí množství světla na obrázku o 2, zatímco pokles o 1 EV sníží množství světla na polovinu. To znamená, abychom mohli ve tmě zachytit co nejvíce podrobností, musíme použít vysokou expozici a abychom co nejrealističtěji zprostředkovali světelný obraz, musíme upravit expozici co nejnižší.[2]

Dynamický rozsah se také používá ve formátech souborů používaných pro záznam fotografií. V tomto případě je určen datovým typem zvoleným autory formátu na základě účelů, pro které je formát určen. Například dynamický rozsah základního formátu JPEG je definován 8bitovým standardem barev sRGB s gama korekcí a je přesně 11,7 EV, ale ve skutečnosti je použitelný pouze 8-9 EV tohoto rozsahu. U formátu Radiance HDR je dynamický rozsah 256 EV.

Termín „dynamický rozsah“ se někdy nazývá jakýkoli poměr jasu na fotografii buď to poměr jasu nejsvětlejších a nejtmavších objektů na fotografii, nebo maximální poměr jasu bílé a černé na monitoru (anglický Contrast ratio)

Rozšíření dynamického rozsahu[editovat | editovat zdroj]

Fotografická šíře moderních fotoaparátů a filmů nestačí k úplnému vyjádření scén světa. To je dobré vidět při fotografování na diapozitiv nebo kompaktní digitální fotoaparát, protože například rozsah jasu noční scény s umělým osvětlením a hlubokými stíny může dosáhnout 20 EV.  

Tento problém lze obejít úpravou osvětlení scény nebo zvýrazněním stínů, což povede k snížení kontrastu obrazu, ale fotografování s bleskem při vysoké expozici však umožňuje vyrovnat kontrast některých scén pořízených ve tmě.  

Ale vyřešit tento problém lze buď zvýšením dynamického rozsahu fotoaparátů, nebo kombinací snímků pořízených s různými expozicemi (technologie HDR)[2], které se poté spojí do jedné fotografie s původními snímky v extrémních stínech i při maximálním světle.

Obdoba v klasické analogové fotografii[editovat | editovat zdroj]

Obdobou v klasické analogové fotografii je zonální systém, fotografická metoda pro optimální zobrazení celého rozsahu jasů ve snímané scenérii, kterou v roce 1941 zformulovali Ansel Adams a Fred R. Archer.

Základním cílem zonálního systému je dosažení kvalitní reprodukce celého rozsahu jasů ve snímané scenérii, tedy dokonalého prokreslení světel a stínů, s korektní tonalitou všech zón šedé škály od černé k bílé, dále pak systém, umožňující kontrolovatelnou změnu tonality a její posouvání v jednotlivých tonálních zónách.

Zonální systém je pak soubor principů a činností, které slouží k dosažení cíle a současně umožňuje poznat zákonitosti dávající autorovi plnou kontrolu nad budoucí tonalitou fotografií, slouží k předem určené změně tonality a převodu barev na šedou škálu.

HDR v umění[editovat | editovat zdroj]

Z českých fotografů se HDR věnuje například


HDR stejně jako ostatní techniky – a nejen fotografické – jsou "dobrým sluhou, ale zlým pánem" a mohou svádět k nepřiměřenému, nadměrnému užití. Důsledkem pak je přebarvenost, nepřirozenost obrazu, která se z výrazového prostředku snadno stává při neuvážlivém uplatnění až nepříjemnou manýrou.

Příklady[editovat | editovat zdroj]

Původní snímky[editovat | editovat zdroj]

StLouisArchMultExpEV-4.72.JPG StLouisArchMultExpEV-1.82.JPG StLouisArchMultExpEV+1.51.JPG. StLouisArchMultExpEV+4.09.JPG

-4 EV                               -2 EV                               2 EV                                 4 EV

Výsledky[editovat | editovat zdroj]

StLouisArchMultExpCDR.jpg. StLouisArchMultExpToneMapped.jpg. StLouisArchMultExpEV SNS-HDR.jpg[editovat | editovat zdroj]

Snížení kontrastu                      Zobrazení místního tónu           Přirozený výsledek

Odkazy[editovat | editovat zdroj]

Reference[editovat | editovat zdroj]

  1. JACOBS, Axel. High Dynamic Range Imaging and its Application in Building Research. Advances in Building Energy Research. 2007-01-XX, roč. 1, čís. 1, s. 177–202. Dostupné online [cit. 2021-04-15]. ISSN 1751-2549. DOI:10.1080/17512549.2007.9687274. (anglicky)
  2. KHANNA, Mukul. HDR Imaging: What is an HDR image anyway?. Medium [online]. 2020-10-24 [cit. 2021-04-15]. Dostupné online. (anglicky)
  3. ITC.UA, Itc ua. HDR: культура, теория и немного практики - ITC.ua. itc.ua [online]. [cit. 2021-04-15]. Dostupné online. (rusky)
  4. Динамический диапазон в цифровой фотографии. www.cambridgeincolour.com [online]. [cit. 2021-04-15]. Dostupné online.

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]

  1. JACOBS, Axel. High Dynamic Range Imaging and its Application in Building Research. Advances in Building Energy Research. 2007-01-XX, roč. 1, čís. 1, s. 177–202. Dostupné online [cit. 2021-04-15]. ISSN 1751-2549. DOI:10.1080/17512549.2007.9687274. (anglicky) 
  2. a b c KHANNA, Mukul. HDR Imaging: What is an HDR image anyway?. Medium [online]. 2020-10-24 [cit. 2021-04-15]. Dostupné online. (anglicky) 
  3. ITC.UA, Itc ua. HDR: культура, теория и немного практики - ITC.ua. itc.ua [online]. [cit. 2021-04-15]. Dostupné online. (rusky) 
  4. Динамический диапазон в цифровой фотографии. www.cambridgeincolour.com [online]. [cit. 2021-04-15]. Dostupné online.