Un guest post di Dave Ware di Whalebone Photography.
Questa nota ha lo scopo di essere una rapida discussione sull'High Dynamic Range e sui possibili miglioramenti futuri per migliorarlo.
Cos'è l'High Dynamic Range?
L'High Dynamic Range è un effetto di elaborazione digitale utilizzato nella fotografia per combinare un numero di immagini con esposizioni diverse per creare un'immagine costantemente esposta nell'intero fotogramma. Ciò aumenta la luminanza (quantità di luce) visibile all'interno di un'immagine.
Perché è necessario?
La limitazione della quantità di colore e luminanza che la fotocamera può registrare è regolata dalla capacità del sensore e dalla gamma dinamica dell'elettronica della fotocamera. Ad esempio, la Canon EOS 40D utilizza un convertitore da analogico a digitale a 14 bit che digitalizza i segnali analogici ricevuti dal sensore. I 14 bit digitali consentono di registrare 16.384 colori diversi all'interno della fotocamera.
Guardando un istogramma, l'asse orizzontale è il livello di luminanza di un'immagine. L'asse verticale rappresenta la quantità dell'immagine che contiene quel livello di luce. Ad esempio, un istogramma con una singola linea sul bordo sinistro mostra che l'immagine è puramente nera. Allo stesso modo, una singola linea sul bordo destro rappresenta un'immagine che è puramente bianca. La quantità di dati che possono essere compressi all'interno dell'istogramma è limitata dalla gamma dinamica della telecamera. Un intervallo dinamico molto basso fa sì che i limiti dell'asse orizzontale siano vicini tra loro. Una gamma dinamica elevata pone questi assi molto distanti.
Qui, l'esposizione della fotocamera è stata impostata per i palloncini: questa è stata scelta in quanto i palloncini erano il soggetto dell'immagine e gli alberi in questo caso sono stati usati per "inquadrare" i palloncini. L'istogramma mostra il picco a sinistra dell'istogramma che rappresenta gli alberi e i dati a destra rappresentano i palloncini e il cielo. Se il fotografo avesse voluto sia i palloncini che gli alberi esposti, sarebbe stato necessario un compromesso in modo che i palloncini diventassero leggermente sovraesposti e gli alberi solo leggermente sottoesposti.
L'immagine sopra mostra il tradizionale compromesso: il cielo ha perso parte della sua saturazione di colore, ma gli alberi hanno mantenuto alcuni dettagli. Si noti inoltre che l'istogramma mostra un picco leggermente più stretto sul bordo destro (i palloncini sono ora leggermente sovraesposti) e il bordo sinistro indica che sono presenti più dettagli (gli alberi non sono più una silhouette completa).
Quindi, per ovviare a questo, il fotografo può scattare una foto esposta per lo sfondo e poi un'altra foto esposta per il primo piano. Di solito vengono scattate alcune altre foto tra queste 2 esposizioni.
Quando si combina ciascuna immagine, viene creata un'immagine visivamente piacevole e gli effetti possono essere piuttosto drammatici. Questa è la base dell'HDR digitale. Una rapida ricerca su Google fornirà alcuni altri esempi.
Il futuro dell'HDR
Attualmente, l'HDR è una tecnica di post-elaborazione, ma con l'avanzare delle fotocamere, è possibile che questa sia un'area che può essere davvero migliorata dai produttori.
È probabile che la gamma dinamica della fotocamera sia migliorata. L'ADC a 14 bit menzionato sopra consente la registrazione di 16.386 colori. Gli ADC a 24 bit sono in produzione da molti anni, il che consentirebbe di registrare un totale di poco meno di 17 milioni di colori! Il sensore dovrebbe essere in grado di corrispondere a questa gamma dinamica e il processore interno della fotocamera dovrebbe essere in grado di elaborare i dati. Questa capacità esiste già, come è evidente nei computer di casa che funzionano da anni a 32 bit e ora elaborano fino a 64 bit. Se il sensore è in grado di farlo è un'altra questione di discussione e l'elaborazione aggiuntiva richiesta aumenterebbe la quantità di tempo per scrivere i dati sulla scheda di memoria. Ciò potrebbe limitare il numero di fotogrammi a piena velocità acquisiti prima che la cache sia piena e la fotocamera scriva le immagini sulla scheda di memoria. Questi inconvenienti sono forse ciò che impedisce lo sviluppo di una maggiore gamma dinamica all'interno della fotocamera poiché con molti vantaggi, spesso c'è uno svantaggio.
Un'altra tecnica "nella fotocamera" potrebbe essere quella di utilizzare numerosi sensori all'interno della fotocamera. Se un sensore e l'elettronica di accompagnamento possono essere in grado di raggiungere un determinato intervallo dinamico, è possibile utilizzare 2 sensori per aumentare l'intervallo dinamico complessivo. Ad esempio, un sensore può esporre per le luci e 1 sensore può essere utilizzato per esporre per le ombre, creando così una gamma dinamica più elevata. I sensori possono essere incredibilmente piccoli: basta guardare le dimensioni dei telefoni che hanno numerose fotocamere megapixel, e quindi probabilmente non sarà un problema comprimere 2 sensori (o più!) In una singola fotocamera. Tuttavia, al diminuire delle dimensioni del sensore, il rumore dell'immagine registrata (la "granulosità" dell'immagine) diventa maggiore. Ancora una volta, questo è un compromesso tra gamma dinamica elevata, qualità dell'immagine e dimensioni.
Un altro metodo potrebbe essere quello di utilizzare un algoritmo di curva di tono alternativo che è attualmente generalmente applicato alle immagini all'interno della fotocamera. Quando viene scattata una foto, i segnali del sensore vengono trasformati in bit digitali e inviati al computer della fotocamera. Per dare un senso a questi segnali, il computer elabora i dati e li trasforma in qualcosa di significativo. Questa è una forma di curva del tono. Normalmente questo viene impiegato sull'intera immagine come "media". Le tecniche moderne, tuttavia, possono applicare una curva di tono individuale a ogni singolo pixel dell'immagine. Ciò può rendere un'immagine esposta in modo simile a quella vista dall'occhio umano (cioè con una gamma dinamica più elevata). Ciò inevitabilmente aumenterà il tempo di elaborazione all'interno della fotocamera, anche se il metodo attuale di imaging HDR consiste nello scattare numerose foto con esposizioni diverse, il tempo di elaborazione aggiuntivo per una singola immagine è probabilmente ancora un enorme risparmio di tempo.
Questo nuovo metodo di curva di tono è stato avanzato dalle aziende e Samsung ha recentemente acquistato una licenza per utilizzare la tecnologia.
Forse altri produttori hanno un metodo alternativo, o non considerano l'elevata gamma dinamica di grande importanza nelle loro fotocamere, o stanno solo aspettando il loro tempo. Questa tecnologia è ancora in via di sviluppo ed è un'area in uscita dalla tecnologia delle fotocamere, soprattutto perché la battaglia dei mega pixel sta diventando una vecchia notizia.
Le tecniche High Dynamic Range possono essere utilizzate in modo eccessivo e le immagini possono essere facilmente rese innaturali. Il motivo per cui sono innaturali è perché estendono la portata possibile dell'occhio umano. Sarebbe triste se la tecnologia eliminasse l'autenticità della fotografia, che separa quest'arte dall'arte della pittura (dove sia la composizione che l'esposizione sono limitate solo all'immaginazione). Se la tecnologia, tuttavia, è stata in grado di replicare le immagini così come sono viste dall'occhio umano, forse questa è una pietra miliare tecnologica accettabile.
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