DINAMIČKI RASPON U DIGITALNOJ FOTOGRAFIJI
Dinamički raspon u fotografiji opisuje omjer između maksimalnog i minimalnog mjerljivog intenziteta svjetla (bijelog i crnog, redom). U stvarnom svijetu nikada se ne susreće istinska bijela ili crna — samo različiti stupnjevi intenziteta izvora svjetlosti i refleksije subjekta. Stoga koncept dinamičkog raspona postaje kompliciraniji i ovisi o tome opisujete li uređaj za snimanje (kao što je kamera ili skener), uređaj za prikaz (kao što je ispis ili računalni zaslon) ili sam subjekt.
Baš kao i kod upravljanja bojom, svaki uređaj unutar gornjeg lanca slika ima vlastiti dinamički raspon. U ispisima i računalnim zaslonima ništa ne može postati svjetlije od bijelog papira ili piksela maksimalnog intenziteta. Zapravo, još jedan uređaj koji nije prikazan gore su naše oči, koje također imaju vlastiti dinamički raspon. Prevođenje informacija o slici između uređaja stoga može utjecati na način reprodukcije te slike. Koncept dinamičkog raspona stoga je koristan za relativne usporedbe između stvarne scene, vaše kamere i slike na vašem zaslonu ili u konačnom ispisu.
UTJECAJ SVJETLOSTI:SVJETLOST I REFLEKTIVNOST
Intenzitet svjetlosti može se opisati u terminima upadne i reflektirane svjetlosti; oboje doprinose dinamičkom rasponu scene (pogledajte vodič o "mjerenju i ekspoziciji fotoaparata").
Scene s velikom varijacijom u refleksiji, poput onih koje sadrže crne objekte uz jake refleksije, mogu zapravo imati veći dinamički raspon od scena s velikom varijacijom upadnog svjetla. Fotografija u oba scenarija može lako premašiti dinamički raspon vašeg fotoaparata — osobito ako ekspozicija nije na mjestu.
Točno mjerenje intenziteta svjetla ili osvjetljenja stoga je kritično pri procjeni dinamičkog raspona. Ovdje koristimo pojam iluminacija da odredimo samo upadnu svjetlost. I osvijetljenost i osvijetljenost obično se mjere u kandelama po kvadratnom metru (cd/m). Dolje su prikazane približne vrijednosti za uobičajene izvore svjetlosti.
Ovdje vidimo golemu moguću varijaciju za upadnu svjetlost, budući da je gornji dijagram skaliran na potencije od deset. Ako je scena bila neravnomjerno osvijetljena izravnom i zapriječenom sunčevom svjetlošću, samo to može uvelike povećati dinamički raspon scene (kao što je vidljivo iz primjera zalaska sunca u kanjonu s djelomično osvijetljenom stranom litice).
DIGITALNE KAMERE
Iako je značenje dinamičkog raspona za scenu stvarnog svijeta jednostavno omjer između najsvjetlijih i najtamnijih područja (omjer kontrasta), njegova definicija postaje kompliciranija kada se opisuju mjerni uređaji kao što su digitalne kamere i skeneri. Prisjetite se iz vodiča o senzorima digitalnih kamera da se svjetlost mjeri na svakom pikselu u šupljini ili jažici (fotostranica). Veličina svake fotostranice, uz način mjerenja njezinog sadržaja, određuje dinamički raspon digitalne kamere.
Razina crne(ograničeno šumom)
Razina bijele(stranica zasićene fotografije)
Razina tamnije bijele(stranica za fotografije malog kapaciteta)
Mjesta za fotografije mogu se zamisliti kao kante koje drže fotone kao da su voda. Stoga, ako kanta postane prepuna, prelit će se. Fotografska stranica koja se prelijeva rekla je da je postala zasićena i stoga nije u stanju razlikovati dodatne dolazne fotone — čime se definira razina bijele boje kamere. Za idealnu kameru, njezin omjer kontrasta bi stoga bio samo broj fotona koje može sadržavati unutar svake fotostranice, podijeljen s najtamnijim mjerljivim intenzitetom svjetlosti (jedan foton). Kad bi svaki imao 1000 fotona, tada bi omjer kontrasta bio 1000:1. Budući da veće fotografije mogu sadržavati veći raspon fotona, dinamički raspon općenito je veći za digitalne SLR fotoaparate u usporedbi s kompaktnim fotoaparatima (zbog veće veličine piksela).
Tehnička napomena :U nekim digitalnim fotoaparatima postoji proširena niska ISO postavka koja proizvodi manje šuma, ali također smanjuje dinamički raspon. To je zato što postavka zapravo preeksponira sliku za puni f-stop, ali kasnije skraćuje svijetle dijelove — čime se povećava svjetlosni signal. Primjer za to su mnogi Canonovi fotoaparati koji imaju ISO-50 brzinu nižu od obične ISO-100.
U stvarnosti, potrošačke kamere ne mogu brojati pojedinačne fotone. Dinamički raspon stoga je ograničen najtamnijim tonom gdje se tekstura više ne može raspoznati; to nazivamo crnom razinom. Razina crne je ograničena time koliko se točno može izmjeriti svako foto mjesto, pa je stoga u mraku ograničena šumom slike. Stoga se dinamički raspon općenito povećava za niže ISO brzine i fotoaparate s manjim šumom mjerenja .
Tehnička napomena :Čak i kad bi fotostranica mogla brojati pojedinačne fotone, i dalje bi bila ograničena fotonskim šumom. Fotonski šum nastaje statističkom varijacijom u dolasku fotona i stoga predstavlja teoretski minimum za šum. Ukupni šum predstavlja zbroj fotonskog šuma i očitanog šuma.
Sve u svemu, dinamički raspon digitalnog fotoaparata može se stoga opisati kao omjer maksimalnog mjerljivog intenziteta svjetla (pri zasićenju piksela) i minimalnog mjerljivog intenziteta svjetla (iznad buke očitavanja). Najčešće korištena jedinica za mjerenje dinamičkog raspona u digitalnim fotoaparatima je f-stop, koji opisuje ukupni raspon svjetlosti potencijama 2. Omjer kontrasta od 1024:1 stoga bi se također mogao opisati kao da ima dinamički raspon od 10 f-stopova (budući da je 2 =1024). Ovisno o primjeni, svaka jedinica f-stop može se također opisati kao "zona" ili "eV."
SKENERI
Skeneri podliježu istom kriteriju zasićenja:šuma kao i za dinamički raspon u digitalnim fotoaparatima, osim što je umjesto toga opisan u terminima gustoće (D). Ovo je korisno jer je konceptualno slično načinu na koji pigmenti stvaraju tonove u tiskanim medijima, kao što je prikazano u nastavku.
 |  |  | |
| Niska refleksija (visoka gustoća) | Visoka refleksija (niska gustoća) | Visoka gustoća pigmenta (tamniji ton) | Niska gustoća pigmenta (svjetliji ton) |
Ukupni dinamički raspon u smislu gustoće je stoga maksimalna gustoća pigmenta (D), minus minimalna gustoća pigmenta (D). Za razliku od stupnjeva 2 za f-stopnje, gustoća se mjeri pomoću stupnjeva 10 (baš kao Richterova ljestvica za potrese). Gustoća od 3,0 stoga predstavlja omjer kontrasta od 1000:1 (budući da je 10 =1000).
| Dinamički raspon izvornika |    |
|---|---|
| Dinamički raspon skenera |
Umjesto popisa ukupne gustoće (D), proizvođači skenera obično navode samo vrijednost D, budući da je D-D približno jednak D. To je zato što za razliku od digitalnih fotoaparata, skener ima potpunu kontrolu nad svojim izvorom svjetlosti, osiguravajući da minimalno foto mjesto dolazi do zasićenja.
Za visoku gustoću pigmenata, ista ograničenja šuma vrijede za skenere kao i za digitalne kamere (budući da oba koriste niz fotostranica za mjerenje). Stoga je mjerljivi D također određen šumom prisutnim tijekom očitavanja svjetlosnog signala.
USPOREDBA
Dinamički raspon toliko varira da se obično mjeri na logaritamskoj ljestvici, slično kao što se jako različiti intenziteti potresa mjere na istoj Richterovoj ljestvici. Ovdje prikazujemo maksimalni mjerljivi (ili ponovljivi) dinamički raspon za nekoliko uređaja u smislu bilo koje željene mjere (f-stopnje, gustoća i omjer kontrasta). Pomaknite miš preko svake od opcija u nastavku da biste ih usporedili.
| Odaberite mjeru za dinamički raspon: | ||
|---|---|---|
| f-stops | Gustoća | Omjer kontrasta |
| Odaberite vrste za prikaz iznad: | |||
|---|---|---|---|
| Tiskani mediji | Skeneri | Digitalne kamere | Uređaji za prikaz |
Obratite pozornost na veliku razliku između ponovljivog dinamičkog raspona u ispisima i onog mjerljivog skenerima i digitalnim fotoaparatima. Za usporedbu sa stvarnim dinamičkim rasponom u sceni, oni variraju od približno 3 f-stopa za oblačan dan s gotovo ravnomjernom refleksijom, do 12+ f-stopa za sunčan dan s vrlo neravnomjernom refleksijom.
Treba biti oprezan pri tumačenju gornjih brojeva; dinamički raspon u stvarnom svijetu snažna je funkcija ambijentalnog svjetla za ispise i uređaje za prikaz. Ispisi koji se ne gledaju pod odgovarajućim svjetlom možda neće dati svoj puni dinamički raspon, dok uređaji za prikaz zahtijevaju gotovo potpuni mrak kako bi ostvarili svoj puni potencijal — posebno za plazma zaslone. Konačno, ove vrijednosti samo su grube aproksimacije; stvarne vrijednosti ovise o starosti uređaja, generaciji modela, rasponu cijena itd.
Upozoravamo vas da su omjeri kontrasta za uređaje za prikaz često uvelike pretjerani , budući da ne postoji standard proizvođača za njihov popis. Omjeri kontrasta veći od 500:1 često su samo rezultat vrlo tamne crne točke, umjesto svjetlije bijele točke. Iz tog razloga pozornost treba posvetiti i omjeru kontrasta i svjetlini. Visoke omjere kontrasta (bez odgovarajuće veće svjetline) može potpuno poništiti čak i ambijentalno svjetlo svijeće.
LJUDSKO OKO
Ljudsko oko zapravo može uočiti veći dinamički raspon nego što je inače moguće s kamerom. Ako bismo razmotrili situacije u kojima se naša zjenica otvara i zatvara za različite svjetlosti, naše oči mogu vidjeti u rasponu od gotovo 24 f-stopa.
S druge strane, za točne usporedbe s jednom fotografijom (pri konstantnom otvoru blende, zatvaraču i ISO), možemo uzeti u obzir samo trenutni dinamički raspon (gdje nam je otvor zjenice nepromijenjen). To bi bilo slično gledanju jedne regije unutar scene, dopuštajući našim očima da se prilagode i ne gledamo nigdje drugdje. Za ovaj scenarij postoji mnogo neslaganja, jer se osjetljivost i dinamički raspon našeg oka zapravo mijenjaju ovisno o svjetlini i kontrastu. Većina procjenjuje između 10-14 f-stopova.
Problem s ovim brojevima je što su naše oči izuzetno prilagodljive. U situacijama promatranja zvijezda pri ekstremno slabom osvjetljenju (gdje su se naše oči prilagodile na korištenje štapićastih stanica za noćno gledanje), naše se oči približavaju još većim trenutnim dinamičkim rasponima (pogledajte vodič o "Percepciji boja ljudskog oka").
DUBINA BITA I MJERNI DINAMIČKI RASPON
Čak i ako nečiji digitalni fotoaparat može uhvatiti široki dinamički raspon, preciznost kojom se svjetlosna mjerenja prevode u digitalne vrijednosti može ograničiti upotrebljivi dinamički raspon. Radni konj koji prevodi ta kontinuirana mjerenja u diskretne numeričke vrijednosti naziva se analogno-digitalni (A/D) pretvarač. Točnost A/D pretvarača može se opisati u terminima bita preciznosti, slično dubini bita u digitalnim slikama, iako treba paziti da se ti koncepti ne koriste naizmjenično. A/D pretvarač je ono što stvara vrijednosti za RAW format datoteke digitalnog fotoaparata.
| Preciznost bita analogno/digitalnog pretvarača | Omjer kontrasta | Dinamički raspon | |
|---|---|---|---|
| f-stops | Gustoća | ||
| 8 | 256:1 | 8 | 2.4 |
| 10 | 1024:1 | 10 | 3.0 |
| 12 | 4096:1 | 12 | 3.6 |
| 14 | 16384:1 | 14 | 4.2 |
| 16 | 65536:1 | 16 | 4.8 |
Napomena:Gornje vrijednosti odnose se samo na preciznost A/D pretvarača i ne smiju se koristiti za tumačenje rezultata za 8 i 16-bitne slikovne datoteke. Nadalje, prikazane vrijednosti su teoretski maksimum, pod pretpostavkom da šum nije ograničavajući, a to se odnosi samo na linearne A/D pretvarače.
Na primjer, 10 bita tonske preciznosti prevodi se u mogući raspon svjetline od 0-1023 (budući da je 2 =1024 razine). Pod pretpostavkom da je svaki broj A/D pretvarača proporcionalan stvarnoj svjetlini slike (što znači da dvostruka vrijednost piksela predstavlja dvostruko veću svjetlinu), 10-bitna preciznost može kodirati samo omjer kontrasta od 1024:1.
Većina digitalnih fotoaparata koristi 10 do 14-bitni A/D pretvarač, pa je njihov teoretski maksimalni dinamički raspon 10-14 koraka. Međutim, ova velika dubina bita samo pomaže smanjiti posterizaciju slike budući da je ukupni dinamički raspon obično ograničen razinama šuma. Slično kao što slika velike dubine bita ne znači nužno da slika sadrži više boja, ako digitalni fotoaparat ima A/D pretvarač visoke preciznosti, to ne znači nužno da može snimati veći dinamički raspon. U stvari, dinamički raspon se može smatrati visinom stubišta, dok se bitna dubina može smatrati brojem koraka. U praksi, dinamički raspon digitalnog fotoaparata niti se ne približava teoretskom maksimumu A/D pretvarača; 8-12 koraka općenito je sve što se može očekivati od fotoaparata.
UTJECAJ VRSTE SLIKE I TONALNE KRIVULJE
Mogu li digitalne slikovne datoteke zapravo snimiti puni dinamički raspon vrhunskih uređaja? Čini se da postoji velika zabuna na internetu o relevantnosti dubine bita slike za dinamički raspon koji se može snimati.
Prvo moramo razlučiti govorimo li o dinamičkom rasponu koji se može snimati ili o dinamičkom rasponu koji se može prikazati. Čak i obična 8-bitna JPEG slikovna datoteka može snimiti beskonačni dinamički raspon — pod pretpostavkom da se tijekom pretvorbe RAW-a primjenjuje ispravna tonska krivulja (pogledajte vodič o krivuljama, pod motivacijom:dinamički raspon) i da A/D pretvarač ima potrebna bitna preciznost. Problem leži u upotrebljivosti ovog dinamičkog raspona; ako je premalo bitova raspoređeno preko prevelikog raspona tonova, to može dovesti do posterizacije slike.
S druge strane, dinamički raspon koji se može prikazati ovisi o gama korekciji ili tonskoj krivulji koju implicira slikovna datoteka ili koju koristi video kartica i uređaj za prikaz. Koristeći gamu od 2,2 (standardna za osobna računala), teoretski bi bilo moguće kodirati dinamički raspon od gotovo 18 f-stopa (pogledajte vodič o gama korekciji, koji će se dodati). No opet, ovo bi patilo od teške posterizacije. Jedino trenutačno standardno rješenje za kodiranje gotovo beskonačnog dinamičkog raspona (bez vidljive posterizacije) je korištenje slikovnih datoteka visokog dinamičkog raspona (HDR) u Photoshopu (ili drugom pratećem programu).
