Новости

Статьи

Обзоры:

DIY электроника (Сделай сам!)

SSD и HDD

 Смартфоны, планшеты и ноутбуки

Аудио

Электронные книги

Фото- и видеокамеры

Мини-компьютеры

Внешние аккумуляторы

Электротранспорт

Обзоры РУНЕТа

 Фотосъемка в режиме HDR в смартфоне.
Что это такое, какая польза и когда можно использовать?

Глава 1. Теория вопроса. Что такое HDR и чем этот режим отличается от обычной съемки.

В приложениях для фотосъёмки в смартфонах часто можно встретить режим под названием "HDR".

В интернете пишут, что этот режим - очень полезный и позволяет сделать классные фотки даже в сложных условиях освещения, например, при высокой контрастности света и тени; когда "обычные" фотки получаются с пересвеченными или "недодержанными" областями, или и с тем, и с другим одновременно.

Что же это такое - "HDR", как оно работает и всегда ли оно полезно, мы и разберёмся далее в статье.

Итак, аббревиатура HDR расшифровывается как High Dynamic Range - "Высокий динамический диапазон". Иногда также употребляют расшифровку High Dynamic Range Imaging, дабы подчеркнуть, что технология относится к процессу создания изображений, в том числе при фотосъёмке. Но могут быть и другие варианты - например, при видеосъёмке.

Сама проблема нехватки динамического диапазона возникает по двум причинам.

Во-первых, из-за несовершенства датчиков изображения (матриц) по сравнению с человеческим глазом. Глаз человека может различить более слабый свет в тенях, и более яркий свет на освещённой поверхности, чем это делает даже самая совершенная фотоматрица.

Во-вторых, у матрицы параметры съёмки в процессе работы подгоняются к середине диапазона высококонтрастной сцены. В результате тёмные места снимаемой сцены слишком темны и тонут в шумах; а светлые - наоборот, получаются пересвеченными. Попытка же настроить параметры съёмки на наиболее тёмные или светлые участки сцены может привести к ещё более плачевному результату.

Особенно сильно эти эффекты проявляются при съёмке на телефон (смартфон), поскольку у них матрицы ещё дальше от "совершенства", чем в "зеркалках".

Обычными средствами редактирования изображений такую фотографию исправить почти невозможно. Если изображение в тенях ещё можно немного осветлить (правда, с одновременным подъёмом шумов), то на пересвеченных областях информация об изображении полностью утеряна. Можно только из белого сделать светло-серое, но без "проявления" тех деталей, которые присутствовали на этом белом.

И вот тут лучшие фотографические умы придумали, как с этим бороться. Их идея такова: «А давайте сделаем несколько снимков с разной выдержкой, а затем возьмём лучшие части этих снимков и совместим их в один кадр!"

То есть, из кадров с более длинной выдержкой (светлых) возьмём тени (они там ярче получились); а из кадров с более короткой выдержкой (тёмных) возьмём светлые места (они там получились темнее, т.е. без пересвета).

И вот, посмотрим, как всё здорово получается на примере двух снимков сталинской высотки в Москве: обычное фото (без HDR) и фото с включенным режимом HDR:

Разница видна «невооруженным глазом»: снимок с HDR выглядит намного лучше! Исчез пересвет неба на правой половине фото, а левая башня высотки стала даже чуть светлее.

Методика получения одного снимка из нескольких может быть разной.

В наиболее примитивном случае эти изображения просто суммируются. В этом случае полезный эффект будет минимальным, поскольку в итоговый кадр войдут как "полезные" участки снимков, так и "проблемные".

В наиболее продвинутых алгоритмах нужные куски изображений вырезаются из каждого кадра, а затем совмещаются, как пазл.

Возможны и промежуточные варианты, когда изображения суммируются с разными весовыми коэффициентами; применёнными как к изображениям в целом, так и к их отдельным областям.

Теоретически, для построения HDR-кадра может использоваться последовательность из нескольких снимков; но практически обычно ограничиваются всего лишь двумя.

Производители, к сожалению, никогда не указывают, какой алгоритм они используют в своих аппаратах, и об этом можно только догадываться по косвенным признакам.

Вот такая "красивая" идея, а теперь разберёмся, а в чём подвох?
 

Глава 2. Практика съемки в режиме HDR. Технические проблемы при HDR-фотосъёмке.

Итак, теория вопроса - проста, как два байта переслать; и, казалось бы, такими простыми средствами можно достичь такой глубины динамического диапазона, что зеркальные камеры отдыхают и тихо курят в сторонке. :)

Но мир - не прост, и "зеркалки" ещё долго будут служить профессионалам и продвинутым любителям.

Причина кроется в движении: как снимаемых объектов, так и снимающей их камеры.

Два снимка подряд невозможно сделать одновременно, между ними обязательно будет какой-то промежуток времени. Перед съёмкой второго кадра аппарат (в нашем случае - смартфон) должен считать с матрицы данные первого кадра и записать их в оперативную память, одновременно или последовательно проводя необходимую обработку (коррекцию цветности и яркости по полю кадра, и т.п.).

 Поэтому между двумя кадрами всегда будет какой-то промежуток времени, и если в снимаемой сцене есть движущиеся объекты, то они получатся искаженными: удлинёнными, укороченными, разрезанными или раздвоенными, как на этой фотографии:

 На этой фотографии, кроме раздвоенного автомобиля, видна ещё одна мелкая, но интересная деталь: барышня на улице на дальнем плане правее "раздвоенного" автомобиля. У этой барышни верхняя часть тела - раздвоенная, а нижняя (ножки) - нет, они есть только в левом изображении барышни. Это говорит о том, что здесь применён более сложный алгоритм, чем просто суммирование фоток.

Другая беда, тоже связанная с движением, это - движение самой камеры. Если фотограф держит камеру (смартфон) в руках, то из-за микроскопического дрожания рук второй кадр будет сделан со смещением относительно первого.

Конечно, обработчик изображения при подготовке HDR-снимка постарается их совместить, но из-за сложного вращательно-поступательно характера дрожания рук не всегда это получается идеально.

 Например, на приведённом выше снимке сталинской высотки на большей части кадра совмещение получилось хорошим, но в правом верхнем углу - не очень (кроп 100%):

 Методы борьбы с дрожанием рук - стандартные: опереться с камерой (смартфоном) на какой-нибудь твёрдый предмет (столб, дерево, стену и т.п.) и задержать дыхание (желательно на выдохе). И, конечно, не злоупотреблять алкоголем. :)

Но самый лучший способ - это применение штатива. Они сейчас бывают очень малогабаритными, складными, и оборудованными зажимом для смартфонов.

Несколько особняком стоит съёмка видео в режиме HDR.
 

Глава 3. Видеосъемка в режиме HDR (кратко)

При съёмке видео в HDR (в тех устройствах, где поддерживается) камера не пытается "склеивать" изображение из двух кадров, поскольку там всегда есть движущиеся объекты.

 В связи с этим кадр формируется просто путём осветления тёмных областей и затемнения светлых областей. В итоге, конечно, снижается контрастность кадра; но зато "проявляются" объекты, которые могли бы безвозвратно потеряться без такой обработки.

 Пример видео без HDR и с HDR (взято из обзора экшн-камеры Gmini HDS4000).

 Full HD (1920x1080), HDR (расширение динамического диапазона) - выключено:

Full HD (1920x1080), HDR (расширение динамического диапазона) - включено:

Теперь сравним пару стоп-кадров, чтобы сравнить влияние HDR в представленных роликах не "на лету", а в статике.

Видеосъемка без режима HDR (стоп-кадр):

Видеосъемка с режимом HDR (стоп-кадр):

Таким образом, эти два стоп-кадра показывают, что, даже несмотря на "упрощенную" реализацию режима HDR при съёмке видео, польза от этого режима есть. Разборчивость изображения в тенях становится намного лучше, что может быть особенно важно для документальных съёмок.
 

Глава 4. Заключение, итоги и выводы.

Подводя итоги, надо сказать, что режим HDR, действительно, очень полезен, если правильно им пользоваться.

Можно составить список рекомендаций, когда фотосъёмку смартфоном в режиме HDR делать можно, а когда не нужно.

Можно:

1. Яркие высококонтрастные сцены;

2. Статичные объекты;

3. Съёмка со штатива или с другой более-менее надёжной фиксацией камеры.
 

Не нужно:

1. Рассеянное слабоконтрастное освещение (например, пасмурный день);

2. Движущиеся объекты;

3. Слабое освещение при отсутствии возможности зафиксировать камеру.

     Ваш Доктор.
  декабрь 2018 г.

      Порекомендуйте эту страницу друзьям и одноклассникам                      

   Другие статьи цикла "Как устроен смартфон":

 - Вскрытие (разборка) камеры смартфона. Устройство камеры смартфона (мобильного телефона).

 - Устройство дисплея мобильного телефона (смартфона) и планшета. Устройство жидкокристаллического экрана. Типы дисплеев, их отличия.

 - Навигация (GPS, ГЛОНАСС и др.) в смартфонах и планшетах. Источники ошибок. Методы тестирования.

 - Что такое USB OTG в смартфоне и планшете?

 - Вскрытие (разборка) литий-ионного аккумулятора

 - Как правильно заряжать литий-ионный аккумулятор телефона, ноутбука и других устройств

   В комментариях запрещены, как обычно, флуд, флейм и оффтопик.
  Также запрещено нарушать общепринятые нормы и правила поведения, в том числе размещать экстремистские призывы, оскорбления, клевету, нецензурные выражения, пропагандировать или одобрять противозаконные действия. Соблюдение законов - в Ваших же интересах!

  Комментарии вКонтакте: