Цифровая фотография

элементов ПЗС, преобразуются в изображение, рассказывается в разделах «Бит за битом» и «Вопросы светочувствительности»).

Реальное восприятие

Ïðèâîäèìûå на рисунке цвета иллюстрируют не физическую

окраску, а чувствительность к цветам.

Серебряные глаза

Ïðèâîäèìûå на рисунке цвета иллюстрируют не физическую

окраску, а чувствительность к цветам.

Кремниевые глаза

Динамический диапазон

Обычно фотографы определяют тональный диапазон объекта съемки либо числами диафрагмы (f-stops), либо диапазоном контрастности. Равномерно освещенные белые и черные объекты могут отражать примерно 85% и 2% падающего света соответственно. Диапазон контрастности 85 к 2 или, проще говоря 40:1, лежит поэтому на уровне максимального в условиях равномерного освещения. Это соответствует примерно 51/3 численных значений диафрагмы (каждое дополнительное числовое значение диафрагмы удваивает диапазон контрастности). Как только изменятся условия освещенности, диапазон контрастности резко изменится. Сильный солнечный свет с одной стороны объекта и только рассеянный свет от неба, падающий на другую сторону увеличат диапазон контрастности до 200:1. В исключительных случаях, когда темный объект находится в тени, а белый объект освещается прямым солнечным светом, диапазон контрастности может запросто превысить 1000:1 или 10 численных значений диафргамы.

Сравнение качества воспроизведения тональности

На этом рисунке сравниваются диапазоны тональности, воспринимаемые и воспроизводимые печатной продукцией, фотобумагой, фотопленкой , ПЗС и человеческим глазом. Их границы не являются жестко фиксированными: с помощью фотографических средств их можно расширить или сузить, используя для этого различные значения экспозиции. Сравнение здесь провести не просто. Печатная продукция является конечным результатом многочисленных взаимосвязанных процессов. На фотобумаге воспроизводится только выбранный участок динамического диапазона, который был запечатлен на негативную пленку. Назначение данного рисунка состоит в том, чтобы показать, насколько точно исходный материал, тональность которого разбита на участки, соответствующие10 численным значениям диафрагмы, воспроизводится различными источниками.

Динамический диапазон – это термин, используемый для определения максимального диапазона тональности, который воспринимается фотопленкой, фотобумагой или чувствительными элементами ПЗС по отношению к исходной сцене съемки. Если для снимаемой сцены характерен диапазон тонов, выходящий за пределы данного динамического диапазона, он будет зафиксирован в виде белого или черного без передачи каких-либо деталей. При экспонировании и лабораторной обработке фотографических материалов происходит намеренное изменение контрастности. Степень этого изменения определяют значением, называемым степенью контрастности изображения (gamma). Коэффициент контрастности 1 показывает, что контрастность не изменилась. Уменьшение контрастности характеризуется коэффициентом, меньшим 1, увеличение – большим 1. Изменение тонального диапазона для проявленных фотоматериалов может быть измерено денситометром, которым регистрируется непрозрачность или диапазон плотности экспонированной эмульсии. Он может использоваться также для измерения плотности почернения печатных материалов. Динамический диапазон может рассматриваться в качестве входного диапазона, а диапазон плотности почернения в качестве выходного диапазона.

Все черно-белые оптические клинья, изображенные на рисунках, используются для представления 10 численных значений диафрагмы динамического диапазона. На печатных материалах может быть воспроизведено только примерно 5 численных значений диафрагмы, поэтому клинья показывают относительные, а не реальные значения тональности. Цветовой интервал для бумаги характеризуется яркостью. Текстура поверхности дает рассеяние света, уменьшая контраст. Устраняет эту проблему применение покрытия для бумаги или нанесение лака. Избыточное количество краски на печатных материалах становится причиной таких проблем, как медленное высыхание, плохое прилипание (способность захватывать краску) и расплывание полутоновых точек.

Фотографическая широта ПЗС

Недоэкспонирование или переэкспонирование объекта съемки при фотографировании с использованием массива ПЗС, приводят к потере темных затененных или ярко освещенных деталей.

В то же время, тональность на печатной продукции воспроизводится только в пределах 5-6 численных значений диафрагмы, а это значит, что при ошибке в выборе экспозиции даже в таких пределах качество передачи информации будет удовлетворительным. Фотографическая широта трехлинейного массива с ПЗС может составлять по отношению к разрешению печатной продукции (на рисунке – 21/2 численных значений диафрагмы в сторону недодержек и передержек) 5 численных значений диафрагмы.

Распечатка изображений, полученных с помощью ПЗС

Диапазон тональности, составляющий 10 численных значений диафрагмы, воспринятый трехлинейным массивом с ПЗС, при обработке в компьютере и выводе на печать сокращается до 8 численных значений диафрагмы. При обработке с помощью компьютерной программы кривая тональности на выходе будет иметь другой вид по сравнению с тональностью на входе. Два оставшихся численных значения диафрагмы не будут при этом утрачены: за счет их обеспечивается гибкость при регулировании кривой тональности для обеспечения наилучшей передачи диапазона тональности для каждого конкретного объекта. Тональность деталей в тенях зачастую может передаваться в более широком диапазоне по сравнению с тональностью средне и ярко освещенных деталей. Но даже в этом случае диапазон тональности, составляющий 8 численных значений диафрагмы, может использоваться в цифровых выходных данных для ограничения конечной плотности печатной продукции с пленок или пластин для печати, бумаги и красок до примерно 5 численных значений диафрагмы.

Контрастность диапозитивных фотопленок

Изначально диапозитивные фотопленки были предназначены только для проецирования изображений на экран. И рассеянное световое излучение в самом диапроекторе, и свет в помещении, падающий на экран, снижают контрастность проецируемого изображения. Человеческое восприятие устроено так, что яркие участки изображения на экране по отношению к темному фону создадут обманчивое впечатление, что контрастность изображения еще ниже. Чтобы как-то скомпенсировать эти недостатки, контрастность диапозитивных фотопленках специально повышают. Диапазон тональности исходного объекта съемки, составляющий 5-6 численных значений диафрагмы, расширяют примерно до 10 численных значений диафрагмы за счет широкой гаммы пленки порядка 1,8 (показана на кривой тональности). При проецировании диапозитива на экран контрастность будет снижаться в обратной зависимости по отношению к близкой аппроксимации ограниченного динамического диапазона, полученного при съемке исходной сцены.

Стандартные диапозитивные (обращаемые) фотопленки обеспечивают регистрацию динамического диапазона, равного 5 – 6 численным значениям диафрагмы, чего хватит только для того, чтобы произвести сканирование и преобразование в печатный материал. Они могут воспроизводить только равномерно освещенные объекты съемки и мало деталей на сильно освещенных или затененных участках. Студийное освещение должно быть тщательно сбалансировано с помощью заполняющего света и рефлекторов для освещения затененных участков. Чтобы исключить появление ярких бликов и сильно освещенных предметов, часто используют рассеянное освещение. За счет этого на слайдах не будет участков, забитых светом и тенями. Для получения оптимальных результатов зачастую делают несколько снимков, изменяя экспозицию в обе стороны от на 1/3 деления диафрагмы. Такой ограниченный входной диапазон может удивить некоторых операторов сканеров, которым для достижения оптимального результата при распечатке придется выбирать из слайдов информацию, соответствующую более чем 10 значениям диафрагмы.

По сравнению с обращаемыми пленками негативная пленка и ПЗС имеют более широкий динамический диапазон охвата. Сцену, контраст которой превышает 900:1 (9,5 делений диафрагмы), можно заснять на негативную пленку в том случае, если экспозиция будет определена точно. Когда диапазон контраста имеет меньшее значение, за счет неиспользуемого потенциала регистрации изображения увеличивается широта экспозиции, позволяющая переэкспонирование или недоэкспонирование. Такой же широтой экспозиции обладают некоторые ПЗС. Трилинейные массивы ПЗС зачастую могут обеспечить регистрацию диапазона тональности порядка 10 делений диафрагмы. Несмотря на то, что негативная пленка может воспроизвести более широкий динамический диапазон по сравнению с обращаемой пленкой, она редко применяется для сканирования. Выпускаются электронные оборачивающие фильтры, однако желто-оранжевый маскирующий слой, применяемый в негативных фотопленках, точно убрать непросто. Оценить качество негативного изображения перед сканированием не очень легко. ПЗС дают наилучший ключ к решению обеих проблем: они регистрируют широкий динамический диапазон и позволяют получить позитивные изображения, качество которых можно сразу же оценить.

Бит за битом

Цифровое изображение состоит из матрицы или растрового массива (bitmap) соприкасающихся