Ein Gastbeitrag von Dave Ware von Whalebone Photography.
Dieser Hinweis soll eine kurze Diskussion über den hohen Dynamikbereich und mögliche zukünftige Verbesserungen zu dessen Verbesserung sein.
Was ist ein hoher Dynamikbereich?
High Dynamic Range ist ein digitaler Verarbeitungseffekt, der in der Fotografie verwendet wird, um eine Reihe von Bildern mit unterschiedlichen Belichtungen zu kombinieren und ein konsistent belichtetes Bild über den gesamten Rahmen zu erstellen. Dies erhöht die in einem Bild sichtbare Luminanz (Lichtmenge).
Warum ist es erforderlich?
Die Begrenzung der Farb- und Luminanzmenge, die die Kamera aufzeichnen kann, hängt von der Fähigkeit des Sensors und dem Dynamikbereich der Elektronik der Kamera ab. Beispielsweise verwendet die Canon EOS 40D einen 14-Bit-Analog-Digital-Wandler, der die vom Sensor empfangenen analogen Signale digitalisiert. Mit den 14 digitalen Bits können 16.384 verschiedene Farben in der Kamera aufgezeichnet werden.
Bei einem Histogramm entspricht die horizontale Achse dem Luminanzniveau eines Bildes. Die vertikale Achse repräsentiert die Menge des Bildes, die diese Lichtstärke enthält. Ein Histogramm mit einer einzelnen Linie am linken Rand zeigt beispielsweise, dass das Bild rein schwarz ist. Ebenso repräsentiert eine einzelne Linie am rechten Rand ein Bild, das rein weiß ist. Die Datenmenge, die innerhalb des Histogramms komprimiert werden kann, ist durch den Dynamikbereich der Kamera begrenzt. Ein sehr geringer Dynamikbereich führt dazu, dass die horizontalen Achsengrenzen nahe beieinander liegen. Durch einen hohen Dynamikbereich liegen diese Achsen weit auseinander.
Hier wurde die Belichtung der Kamera für die Ballons eingestellt - dies wurde gewählt, da die Ballons Gegenstand des Bildes waren und die Bäume in diesem Fall verwendet wurden, um die Ballons zu „rahmen“. Das Histogramm zeigt die Spitze links vom Histogramm, die die Bäume darstellt, und die Daten rechts zeigen die Luftballons und den Himmel. Wenn der Fotograf wollte, dass sowohl die Luftballons als auch die Bäume freigelegt werden, wäre ein Kompromiss erforderlich gewesen, damit die Luftballons leicht überbelichtet und die Bäume nur geringfügig unterbelichtet werden.
Das obige Bild zeigt den traditionellen Kompromiss - der Himmel hat einen Teil seiner Farbsättigung verloren, aber die Bäume haben einige Details beibehalten. Beachten Sie auch, dass das Histogramm am rechten Rand eine etwas schmalere Spitze zeigt (die Luftballons sind jetzt leicht überbelichtet) und am linken Rand anzeigt, dass mehr Details vorhanden sind (die Bäume sind keine vollständige Silhouette mehr).
Um dies zu überwinden, kann der Fotograf ein Foto aufnehmen, das für den Hintergrund belichtet wird, und dann ein anderes Foto, das für den Vordergrund belichtet wird. Zwischen diesen beiden Aufnahmen werden normalerweise einige andere Fotos aufgenommen.
Wenn Sie jedes Bild kombinieren, wird ein optisch ansprechendes Bild erstellt, und die Effekte können sehr dramatisch sein. Dies ist die Basis für digitales HDR. Eine schnelle Google-Suche bietet weitere Beispiele.
Die Zukunft von HDR
Derzeit ist HDR eine Nachbearbeitungstechnik, aber mit fortschreitenden Kameras ist es möglich, dass dies ein Bereich ist, der von den Herstellern wirklich verbessert werden kann.
Der Dynamikbereich der Kamera wird wahrscheinlich verbessert. Mit dem oben erwähnten 14-Bit-ADC können 16.386 Farben aufgezeichnet werden. 24-Bit-ADCs werden seit vielen Jahren hergestellt, sodass insgesamt knapp 17 Millionen Farben aufgezeichnet werden können! Der Sensor müsste in der Lage sein, diesen Dynamikbereich anzupassen, und der interne Prozessor der Kamera müsste in der Lage sein, die Daten zu verarbeiten. Diese Fähigkeit besteht bereits, wie dies bei Heimcomputern offensichtlich ist, die seit Jahren mit 32 Bit arbeiten und jetzt bis zu 64 Bit verarbeiten. Ob der Sensor dazu in der Lage ist oder nicht, ist ein anderes Thema, und die zusätzliche erforderliche Verarbeitung würde die Zeit zum Schreiben der Daten auf die Speicherkarte verlängern. Dies kann die Anzahl der Bilder mit voller Geschwindigkeit begrenzen, die aufgenommen werden, bevor der Cache voll ist und die Kamera die Bilder auf die Speicherkarte schreibt. Diese Nachteile behindern möglicherweise die Entwicklung eines erhöhten Dynamikbereichs in der Kamera, da es mit vielen Vorteilen häufig einen Nachteil gibt.
Eine andere Technik in der Kamera kann darin bestehen, zahlreiche Sensoren in der Kamera zu verwenden. Wenn ein Sensor und die zugehörige Elektronik einen bestimmten Dynamikbereich erreichen können, können zwei Sensoren verwendet werden, um den gesamten Dynamikbereich zu erhöhen. Beispielsweise kann ein Sensor für die Glanzlichter belichten und ein Sensor kann für die Schatten belichtet werden, wodurch ein höherer Dynamikbereich erzeugt wird. Sensoren können unglaublich klein gemacht werden - sehen Sie sich nur die Größe von Telefonen an, die über zahlreiche Megapixel-Kameras verfügen. Daher ist es wahrscheinlich kein Problem, zwei Sensoren (oder mehr!) In eine einzige Kamera zu drücken. Mit abnehmender Sensorgröße wird jedoch das Rauschen des aufgenommenen Bildes (die „Körnigkeit“ des Bildes) größer. Dies ist wiederum ein Kompromiss zwischen hohem Dynamikbereich, Bildqualität und Größe.
Ein anderes Verfahren könnte darin bestehen, einen alternativen Tonkurvenalgorithmus zu verwenden, der derzeit allgemein auf Bilder innerhalb der Kamera angewendet wird. Wenn ein Foto aufgenommen wird, werden die Signale vom Sensor in digitale Bits umgewandelt und an den Computer der Kamera gesendet. Um diese Signale zu verstehen, verarbeitet der Computer die Daten und wandelt sie in etwas Sinnvolles um. Dies ist eine Form der Tonkurve. Normalerweise wird dies über das gesamte Bild als „Durchschnitt“ verwendet. Moderne Techniken können jedoch eine individuelle Tonkurve auf jedes einzelne Pixel im Bild anwenden. Dies kann ein Bild rendern, das auf ähnliche Weise wie das menschliche Auge belichtet wird (dh mit einem höheren Dynamikbereich). Dies erhöht zwangsläufig die Verarbeitungszeit innerhalb der Kamera, obwohl die derzeitige Methode der HDR-Bildgebung darin besteht, zahlreiche Fotos bei unterschiedlichen Belichtungen aufzunehmen, ist die zusätzliche Verarbeitungszeit für ein einzelnes Bild wahrscheinlich immer noch eine enorme Zeitersparnis.
Diese neue Tonkurvenmethode wird von Unternehmen weiterentwickelt, und Samsung hat kürzlich eine Lizenz zur Nutzung der Technologie erworben.
Vielleicht haben andere Hersteller eine alternative Methode oder halten einen hohen Dynamikbereich für ihre Kameras nicht für wichtig oder warten nur auf ihre Zeit. Diese Technologie befindet sich noch in der Entwicklung und ist ein spannendes Gebiet der Kameratechnik, zumal der Kampf um Megapixel zu alten Nachrichten wird.
High Dynamic Range-Techniken können überbeansprucht werden und Bilder können leicht unnatürlich gemacht werden. Der Grund, warum sie unnatürlich sind, liegt darin, dass sie die Reichweite des menschlichen Auges erweitern. Es wäre traurig, wenn die Technologie die Authentizität der Fotografie aufheben würde, die diese Kunst von der Kunst der Malerei trennt (wobei sowohl Komposition als auch Belichtung nur auf die Vorstellungskraft beschränkt sind). Wenn die Technologie jedoch in der Lage war, die vom menschlichen Auge gesehenen Bilder zu replizieren, ist dies möglicherweise ein akzeptabler technologischer Meilenstein.
Erfahren Sie mehr über Daves Arbeit bei Whalebone Photography.