Transcript Les matemàtiques associades al HDRI

Ampliació del rang dinàmic
High Dynamic Range
Exposure Fusion & Tone Mapping
Que es un HDR?
Son les sigles en angles de High Dynamic Range (Alt Rang Dinàmic).
En Vídeo / fotografia, es fan servir les sigles HDRI (I de Imaging) i engloba a totes les
imatges que estan enregistrades en un rang de exposició ampliat artificialment.
Quan es necessari el HDRI?
Sempre que necessitem ampliar el rang dinàmic de una imatge a on el mon real te
massa diferencies entre les zones il·luminades i les fosques, i/o tenen uns nivells de
contrast / luminància superiors al que la càmera pot enregistrar.
Rangs dinàmics de les coses
Tant els entorns il·luminats, com els equips d’enregistrament, o els suports físics,
tenen uns marges de treball màxims.
Rang Dinàmic
Stops
100.000:1
17EV
1.000.000:1
20EV-25EV
Film químic: Negatiu
1.000:1 – 2.000:1
10EV – 11EV
Monitor d’ordinador
500:1
9EV
70:1-1000:1
6-10EV
High Quality Glossy Print
200:1
7,6EV
Càmera Digital Compacta
100:1
6,6EV
Avg. Quality Glossy Print
100:1
6,6EV
Film químic: Diapositives
64:1
6EV
High Quality Matte Print
50:1
5,6EV
Llum del sol al exterior
Visió humana adaptativa
D-SLR
 1EV=1 Stop
 ±1EV, fa referencia
al doble o mitat de
quantitat de llum o
exposició.
 A major valor de
exposició, millor
luminància de la
escena.
Fotografia vs Realitat, que afecta a la percepció?
• La coordinació del ull i cervell humà, amb la adaptació de la il·luminació ambiental.
• La limitació del rang dinàmic de la fotografia.
• Gamma tonal diferent al imprimir.
El problema expressat en increments de EV:
La fotografia tradicional intenta solucionar-lo
• Exposant per les ombres... I ajustant per les altes llums.
• Revelant per zones, compensant les llums i posant mascares de contrast.
• Desenvolupant nous químics de revelat i usant papers de contrast variable.
z
I a la fotografia digital?.
La revolució digital
Al entrar en el mon digital, tota la informació queda quantificada i qualsevol procés te
el seu model matemàtic equivalent. Per tant es modificable, en resultats previsibles.
Solucions per ampliar el límit dinàmic dins de la fotografia digital:
• Fusió de múltiples exposicions.
• Compressió per mapat de tons.
16,7 milions de colors "no són tants“
(1)
Un arxiu de 8 bits per color equival a: (28 = 256 tons) x 3 canals = 16.777.216 colors
Cadascun d'aquests canals de vermell , verd i blau, els podem representar com una
escala de grisos, tal com ho veu realment el sensor.
16,7 milions de colors "no són tants“
(2)
Si ens fixem, apreciarem que hi ha àrees on es fa evident una escassa definició tonal:
1- A les zones més clares del canal vermell, veiem com de seguida apareixen
blancs purs.
2- En les àrees més fosques del canal blau ràpidament ens anem a negre.
16,7 milions de colors "no són tants“
(3)
I és que si analitzem el gràfic comprendrem per què 256 nivells de gris no són
suficients en algunes situacions:
Al observar l'àrea enquadrada del canal vermell, veiem que es compon de tons de gris
molt clarets, de manera que una bona part es converteixen en blanc.
Si ara comparem aquesta zona amb el gradient,
veiem que tot el detall tonal d'aquesta zona
haurà de solucionar-se només en 32 tons.
16,7 milions de colors "no són tants“
(4)
Si necessitem mes profunditat de color, o de “Gamma tonal” tenim que passar als
formats de 16 o 32 bit.
16 bit equivalen a: (216 = 65.536 tons) x 3 canals = 281.474.976.710.656 colors
El color de estàndard de 32 bits, fa referència al color de 24 bits per canal + 8 bits
extra per el canal alfa o transparència. (A 27 bit seria de 0-134.217.728 per canal. Un
total per els tres canals de 2.417.851.639.229.258.349.412.352) No t’ho acabaràs...
En un HDRI va mes enllà, la informació emmagatzema segons els valors físics reals
de la luminància que observem en el món real, expressats en coma flotant, és a dir,
usant xifres del tipus +0,07012 ; -0,91532; +1.256.527,07... en lloc dels 0, 1, 2, 3,
4... 253, 254, 255, d'una imatge de 8 bits. Així no te limitació de càlcul ni profunditat.
Captura, part comú del HDRI
(1)
S’han de prendre les imatges necessàries per cobrir el rang dinàmic de la escena.
Preparem les imatges (Revelar).
Decidim obrir el programa adient
per el procés seleccionat.
JPG (8bit)
RAW (14bit)
Les diferencies de procés es
troben després de fusionar les
imatges.
El nombre de bits de la imatge
“Mestre” resultant serà de 32bit,
en coma flotant.
(CFL 32bit)
Diferencies entre els dos sistemes HDRI
(1)
Fusió de múltiples exposicions, característiques:
(CFL 32bit)
(CFi 32bit)
La imatge mestre es guarda “tal
qual”, sense compressió.
Al partir de RAW’s, el arxiu final
resultant serà de 32 bit en Coma
fixe. Compatible en els
programes d’edició.
El arxiu tindrà tota la informació.
S’edita com una imatge normal.
S'assumeix que partim de RAW’s, per que el que es pretén es aconseguir la màxima
informació possible en un sol arxiu, si partim de JPG’s de càmera, la informació ens
arribarà ja comprimida.
Diferencies entre els dos sistemes HDRI
(2)
Compressió per mapat de tons, característiques:
La imatge mestre es fragmenta
en múltiples parts més petites.
(CFL 32bit)
Les parts s’uneixen per formar
un nou paquet mes petit
comprimit que serà de 16 o 8 bit
en funció del de sortida (TIF,
JPG)
El arxiu final tindrà només part
de la informació original.
(CFi 8 / 16bit)
S’ha de editar en el programa de
HDR. Pot crear artefactes i grans
desviacions de la realitat.
Les matemàtiques associades al HDRI
(1)
Con dèiem, el mon digital te un model matemàtic. Com es treballa en un HDR:
En realitat fusionen els models
matemàtics, no les imatges.
El algoritme matemàtic buscarà
punts en nivells similars, com a
referència cero (Offset) per la
fusió d’exposició.
Al fusionar, el model resultant,
equival a una imatge que conté
tota la informació total.
La imatge en la informació total només cal guardar-la com Expossure Fusion i treballarla com una imatge normal, o bé comprimir-la, compensar la perduda d’informació i
guardar-la com a Tone Mapping.
Les matemàtiques associades al HDRI
(2)
En el Tone Mapping es fa servir el sistema
de zonificació Reinhard, classificant la
escala de luminància en 11 zones,
mesurant el nivell mitjà de luminància de la
imatge d'entrada fent la mitjana del
Logaritme. Els nivells de luminància es
representen utilitzant exponents.
El valor de desplaçament ( delta ) s'afegeix a cada píxel el valor de luminància LW (x,
i) per evitar un registre no definit (0). Després a cada píxel utilitzant aquest valor de
luminància mitjana d'imatge d'entrada, s'escala amb la següent equació:
Les matemàtiques associades al HDRI
(3)
Aquí, un nou paràmetre “a” ( alfa ) per simular la exposició de la càmera. Reinhard
nomena aquest paràmetre com ”clau” i defineix la gamma general i la divisió de
escala dels valors de luminància. Per exemple, si establim aquesta clau més gran, la
escala de luminància abastarà tot el rang més alt, donant com a resultat una imatge
de sortida més brillant.
Després de baixar colors dels píxels d'entrada a la gamma de [0,1], s'utilitza un
operador simple. (Simplificació)
Les matemàtiques associades al HDRI
(4)
Quan L (x, y) és petita, aquesta equació només escala el valor de luminància en
si. Però, quan L (x, y) es fa més gran, l'efecte a l'escala (aproximadament 1 / L (x, y) )
de valor de luminància es torna excepcional. Per tant, aquest operador tendeix a
comprimir els valors alts de luminància.
La equació pot ser revisada per fixar un
llindar superior per no cremar la regió
més brillant.
Consells generals (Vàlid per disparar HDR en manual)
(1)
1. No es imprescindible, però un tres peus es una bona opció. En aquest cas afegir
un disparador remot. Si no disposem d’un, activar el temporitzador de 2 seg.
2. Ajusta l’ISO mes vaig possible. Si apareixen ajustos llargs d’exposició, augmenta'l.
3. Intenta no canviar l'ISO quan facis una sèrie de fotografies.
4. No canviïs l'obertura quan facis una sèrie de fotografies.
5. No canviïs el balanç de blancs quan facis una sèrie de fotografies.
6. Fixa un punt d'enfocament i fes servir sempre el mateix.
7. Dispara en manual i varia la velocitat per aconseguir diferents exposicions.
8. Per obtenir millors resultats dispara 5 o mes fotos, en funció del nivell de contrast
de l'escena.
9. Assegura't que la foto més subexposada no té zones sense informació. Dispara
fins que la zona d'ombres estigui ben il·luminada i definida.
10. Intenta evitar escenes que continguin moviment per no obtenir artefactes, ni
imatges fantasma a la fusió final.
11. Dispara en increments de 1 pas d'exposició. (3 Clic de la roda)
Ajustos AEB de la càmera (HDR Automàtic)
(1)
1. Si la càmera té un botó AF / AE-Lock, configurar-la per bloquejar l'enfocament i
l'exposició. Selecciona el modo de enfocament automàtic One Shot / S / AF-S.
2. Si no el te bloqueig, desactiva el modo AF... Oblidat dels modes de enfocament AiServo / C / AF-C, Ai-Focus / A / AF-A, One Shot / S / AF-S ... I enfoca manualment.
3. Configureu la vostre càmera per utilitzar la freqüència més alta possible de dispars
(FPS) per evitar el moviment de objectes entre imatges.
4. Activa el modo de dispar continu, (Ràfega) si està disponible.
5. Desactivar la funció bloqueig de mirall (si es que dispares sense trípode)
6. Ajusteu la funció AEB per successió d'exposicions, el nombre de captures i la
finestra de increment de EV.
7. Ajusta la càmera per disparar en prioritat a la apertura (A/AV) o manual (M)
8. Canvia el sistema de medició a matricial (Nikon) o avaluatiu (Cànon). Aquests
modes permeten a la càmera avaluar tota l'escena per calcular la millor exposició
global.
Limitacions de AEB, en funció del model de càmera
(1)
La següent taula mostra la configuració màxima de diversos models de càmera:
Càmera
Nº
Trets
Max.
Incre
ment
Incre
ment
Total
Vel.
Max.
Càmera
Nº
Trets
Max.
Incre
ment
Increm
ent
Total
Vel.
Max.
Canon 1Dx
3,5,7
3EV
18EV
12 fps
Nikon D1x
3
1EV
2EV
3 fps
Canon 5DIII
2,3,5,7
2EV
18EV
6 fps
Nikon D4s
2a9
1EV
8EV
11 fps
Canon 5DII
3
2EV
4EV
4 fps
Nikon D90
2, 3
2EV
4EV
4 fps
Canon 7D
3
3EV
6EV
8 fps
Nikon D800
2a9
1EV
8EV
4 fps
Canon 6D
2,3,5,7
3EV
18EV
4 fps
Nikon D7000
3
2EV
4EV
6 fps
Canon 60D
3
3EV
6EV
5 fps
Pentax K5
2,3,5
2EV
8EV
7 fps
Sigma DP1/DP2
3
3EV
6EV
3 fps
Sony A99
3,5
3EV
6EV
10 fps
Si cal superar aquets límits, o be disparem en manual, o recorrem al CHDK.
Ajustos AEB ampliats amb el CHDK de Magic Lantern
(1)
Frames- El nombre de fotogrames de la càmera
pren alhora, de 2 a 9. Opció automàtica.
Valor mínim d'EV- Ajusta la distància d’exposició
entre dos trets (de 0 a 5)
2 segons de retard- Retard automàtic del
disparador, es pot combinar en el bloq. del mirall.
ISO shifting- La càmera ajusta un ISO més alt
per escurçar el tems de les llargues exposicions.
Seqüència- l'ordre en què es prenen les fotos. Hi ha tres opcions (0 + -, 0 + + i -0),
però només el 0 + + és utilitzable, ja que pren les fotos en l'ordre del més fosc al més
brillant.
Post Scripts- Serveix per els que utilitzen “Enfuse” per crear el HDR. Crea un
script per automatitzar la fusió i fer-la encara més senzilla.
1- La Captura d’imatges
Cal capturar les imatges necessàries de l’escena que inclogui tot el rang tonal, ±1EV.
• Normalment, es faran entre 3 i 7 captures en increments de 1 ó 2 EV, disparant en
RAW per tindre tota la informació disponible a cada captura.
• Els increments de exposició seran per ajust del tems d'obturació, mai per canvis
d'obertura de diafragma.
• Podrem simular un parell de variacions d’exposició en un sol RAW a Tone Mapping.
• No te sentit generar Expossure Fusion si partim de JPG, fer-ho com Tone Mapping.
2- Opcions per les captures
Opcions per la preparació de les imatges (Opcionals segons el flux de treball):
• Decidir, el tipus de HDR que editarem: “Exposure Fusion” o “Tone Mapping
• Revelar/preparar els RAW prèviament, si cal.
• Si el Software no reconeix els RAW, convertir-los a TIFF o JPG.
2- Preparació de les captures
(2)
Com a mínim, ajustarem els paràmetres
de revelat RAW basics, aplicant-los per
igual a totes les imatges:
• Balanç de blancs, Saturació, Enfoc...
• Netegem les imatges de taques.
• Eliminem els objectes problemàtics.
• Corregim la perspectiva, si cal.
• Eliminem les aberracions cromàtiques.
Sincronització a ACR / Lightroom.
3- Selecció del software
En el mercat hi han molts programes de edició HDR. Els mes populars son:
Photomatrix Pro, SNS-HDR i el propi Photoshop. (HDR Darkroom en Linux i Enfuse
per consola de sistema)
Canon DPP

Dinamic Photo HDR5

Easy HDR

Essential HDR

Enfuse

Fusion

Full Dynamic Range Tool

HDR Darkroom

HDR Effex Pro

HDR Expose 3

HDR Project 2

Luminance HDR

Machinery HDR

Oloneo HDR

Paint Shop Pro 6

Photomatrix Pro

PictureNaut

Photo Studio

Photoshop CC (Merge)

SNS-HDR

ETC…
En vermell suporta els dos sistemes (Exp.Fussion / Ton.Mapping).
4- Selecció del sistema HDR
(1)
Tant a Photomatrix Pro, com a Photoshop, es poden seleccionar els dos sintemes:
Selecció a Photomatrix
Menús de paràmetres
d’ajust del programa
4- Selecció del sistema HDR
(2)
Selecció de la eina i el sistema HDR a Photoshop CC.
Menús i paràmetres d’ajust
Un cop fusionades, la imatge final es podrà acabar directament a ACR.
Com ho fem a Lightroom?
(1)
El flux de treball a Lr es el de sempre: Importació, revelat...
Per combinar les imatges per generar el HDR, només cal
seleccionar-les de la biblioteca i seleccionar la opció:
Obrir-les en Photomatrix Pro:
Obrir-les en HDR Pro de Ps:
Un cop acabat el procés HDR, automàticament es guardarà la nova
imatge en la biblioteca de Lr i es podrà seguir treballant-la a Lr.
Exemple exteriors
(1)
Imatge original, medició 0EV
Exemple exteriors
(2)
Exposició
Normal
Exposant per
llegir les ombres
Exposant per la
brillantor de la neu.
Tres captures en increments de 2 EV
Exemple exteriors
(3)
Imatge tractada com Tone Mapping a Enfuse
Exemple interiors
(1)
Imatge original, medició 0EV. Fixeu-vos en els negres.
Exemple interiors
(2)
Medició normal
Sis captures en increments de 2 EV.
Exemple interiors
(3)
Imatge tractada com Tone Mapping a Phomatrix Pro. Apareixen
problemes a les banderes i zones d’alt contrast. El color es irreal.
Exemple postes de sol
(1)
Increments
de 1 1/3 EV
Imatge original, medició 0EV
Exemple postes de sol
(2)
Imatges tractades com Expossure Fusion a Photoshop CS6 i
revelada a Lightroom (ACR). Els acabats son els més naturals.
HDR extrem, a on no s'ha d'arribar
(1)
Perduda total de la realitat, produïda per la compressió de dades a les zones
de transició a Tone Mapping. Com totes les modes, desapareixerà aviat.
Fi...