Deel 1. Wat is HDR fotografie?.
Inleiding. Met het intrede van de digitale fotografie is ook de beeldbewerkingsoftware in een stroomversnelling geraakt. Eén van de meest recente ontwikkelingen is de High Dynamic Range (HDR) software, waarmee verschillend belichte foto’s van een bepaalde voorstelling kunnen worden samengevoegd tot een HDR afbeelding. Bij het fotograferen van contrast rijke voorstellingen, zoals tegenlicht opnamen, zonsondergangen en het klassieke voorbeeld van de kerk met glas in lood ramen, vertoont het eind resultaat donkere en lichte delen die resp. onder- en overbelicht zijn (figuur 1). Met de HDR techniek is dit probleem voor een groot deel op te lossen.
Figuur 1. Tegenlicht opname met onder en overlichte delen.
HDR theorie Het klassieke probleem bij het maken van foto’s van contrast rijke voorstellingen heeft alles te maken met het dynamisch bereik van de foto camera. In de wereld om ons heen hebben we te maken met een groot bereik van licht intensiteiten. Aan de ene kant van schaal hebben we de absentie van licht en aan de andere kant het rechtstreekse licht van de zon. Als camera’s dit volledige bereik zouden kunnen verwerken, zouden we ons niet meer bezig hoeven te houden met belichting. Alle mogelijke licht intensiteiten zouden dan zonder enig
probleem door de camera kunnen worden verwerkt en onder- en overbelichte foto’s zouden dan tot het verleden behoren. Hoewel dit een Utopie lijkt, zijn camerafabrikanten druk bezig onderzoek te doen om een dergelijke camera te ontwikkelen. Totdat deze camera’s echter (betaalbaar) op de markt komen zullen wij echter moeten roeien met de riemen die we hebben. HDR fotografie is een mogelijke oplossing.
Figuur 2. Het maken van een HDR foto. 1. Foto's genomen met verschillende sluitertijden en constant difragma met daar onder de corresponderende histogrammen met clipping. 2. Histogram van 32bits/kanaal HDR plaatje. 2. 8bits/kanaal eindresultaat
Voor het maken van een HDR foto moeten de volgende drie stappen worden doorlopen (Figuur 2.): Stap 1. We beginnen met het maken van minimaal drie op statief genomen opnamen (Figuur 2.1). Voor iedere opname wordt het zelfde diafragma, maar verschillende sluitertijden gebruikt (bijvoorbeeld: één optimaal belicht, één onderbelicht- en één overbelicht). Vaak wordt er gekozen voor resp. ¼ x optimale sluitertijd (-2 stops onderbelichting), de optimale sluitertijd en 4x de optimale sluitertijd (+2 stops overbelichting). Daar bij het maken van een HDR afbeelding de ruis wordt versterkt kan het beste met een lage ISO waarde worden gewerkt (bijvoorbeeld 100). Foto’s kunnen is zowel in RAW als JPEG formaat worden opgeslagen, maar RAW heeft de voorkeur. BELICHTING STOPS Tabel 1. De verschillende diafragma’s. Elke stap resulteert in een verdubbeling (van rechts naar links) of halvering (van links naar rechts) van de hoeveelheid licht dat de camera binnen komt.
F-schaal
F/1 F/1.4 F/2 F/2.8 F/4 F/5.6 F/8 F/11 F/16 F/22 F/32 F/45 F/64
Met een stop wordt in de fotografie meestal een diafragma stop bedoeld zoals aangegeven in tabel 1. Een stop komt overeen met een halvering of verdubbeling van de belichting van de film (analoog) of chip (Digitaal). Daar het diafragma de scherptediepte van een foto beïnvloed en we bij HDR fotografie wat betreft scherptediepte de zelfde foto’s willen maken kan alleen de sluitertijd worden veranderd. 1 stop komt dan overeen met een verdubbeling (overbelichten) of halvering (onderbelichten) van de sluitertijd. In figuur 2.1 zie je ook de verdeling van de 256 intensiteiten (8 bits) in de vorm van een histogram (ook wel “levels” genoemd). Een dergelijk histogram bestaat uit 256 staafjes waarbij de hoogte per staafje wordt bepaald door het aantal pixels met een dergelijke intensiteit. Alle drie de plaatjes vertonen Clipping (het histogram wordt aan de randen abrupt afgekapt omdat de camera niet in staat is om donkerdere of lichtere pixels weer te geven). Clipping is de oorzaak van detail verlies in zowel de donkere als lichte delen van de foto. Stap 2. De plaatjes worden sofwarematig gecombineerd tot een HDR plaatje met 32 bits per kanaal (Figuur 2.2). Het resulterende histogram bestaat hier uit 256 x 256 x 256 x 256 staafjes en vertoond geen “clipping”. De software gebruikt voor de lichte delen van de foto het onderbelichte plaatje, voor de donkere delen het overbelichte plaatje en voor het midden gedeelte het juist belichte plaatje. De in de plaatjes opgeslagen meta-data, zoals diafragma en sluitertijd instellingen, worden hierbij gebruikt om de foto’s naar belichting te rangschikken en vervolgens samen te voegen.
KLEUR KANALEN Kleuren van een digitale foto worden bepaald door de hoeveelheid Rood (R), Groen (G) en blauw (B). In het geval van een kleuren diepte 24 bit (8bits per kleur) kan iedere kleur een intensiteit van 0 tot 255 hebben. Totaal komt dit neer op 256 x 256 x 256 = 16777216 kleuren. Plaatjes met 16bits per kleur kunnen dus 256 x 256 = 65536 intensiteiten per kanaal weergeven en een totaal van 65536 x 65536 x 65536 = 281474976710656 kleuren (Sommige RAW formaten zijn 16 bits/kanaal). HDR plaatjes hebben 32 bits/kanaal. Daar computer monitoren 8 bits per kanaal gebruiken kunnen zowel 16 bits/kanaal als 32 bits/kanaal plaatjes niet op een monitor worden weergegeven. Zij zullen daarvoor altijd worden omgezet naar 8 bits. PSEUDO HDR MET ÈÈN RAW OPNAME Zogenaamde pseudo-HDR afbeeldingen kunnen van één enkel RAW plaatje worden gemaakt door met behulp van een beeldbewerking programma een zogenaamde onder en overbelichte versie te maken en deze met HDR software tot een enkele afbeelding te combineren. Daar alle drie de plaatjes de zelfde meta-data met zicht mee dragen (sluitertijd, diafragma, lens etc) kunnen ze niet gesorteerd worden. In dat geval zullenl deze meta data moeten worden gemanipuleerd. Sommige programma’s zoals Photomatix doen dit automatisch. Daar speudo-HDR plaatjes de zelfde data bevatten als het originele RAW plaatje zal het resulterende HDR niet meer detail hebben dan het origineel. Daar echter de meeste RAW formaten 12 bits-kanaal gebruiken zal het eind resultaat wel wat meer detail weergeven dan de (8bits) preview van de originele foto.
Stap 3. Daar een HDR plaatje niet op het beeldscherm kan worden getoond en ook niet kan worden afgedrukt, moet het weer naar een 8 bits/kanaal worden omgezet zonder dat er detail verloren gaat. Dit proces wordt “toning” genoemd en kan op verschillende manieren. De meest gangbare (en spectaculaire) omzetting is gebaseerd op de manier hoe ons oog naar de wereld kijkt. Als wij om ons heen kijken zorgt de pupil (diafragma van het oog) reflex dat de belichting van ons netvlies altijd optimaal is. Zitten we in een kerk met glas in lood ramen dan zal voor ons oog, de ramen even goed belicht zijn als het interieur van de kerk. Onze ogen scannen namelijk de kerk af en zullen voor ieder onderdeel een andere belichting kiezen. Onze hersenen zorgen dan vervolgens voor het totaal plaatje. Dit locaal berekenen van de belichtingen wordt gebruikt om HDR afbeeldingen zonder noemenswaardig verlies van detail en zonder “clipping” terug te brengen naar 8 bits/kanaal plaatjes. Andere, minder spectaculaire, manieren om “toning” zullen in de vervolg artikelen uitgebeid aan bod komen.
HDR als effect De Figuren 3 en 4 tonen mogelijke eindresultaten. Afhankelijk van de gebruiker wil, is het mogelijk natuurlijke tot bijna surrealistische plaatjes te produceren. Door de grote hoeveelheid detail zijn meer extremere effecten mogelijk dan met een eenvoudig 8bits/kanaal plaatje (figuur 4.).
Figuur 3. Een mogelijk eindresultaat
Figuur 4. Links een bewerkt RAW plaatje. Rechts een HDR plaatje.
Wordt vervolgd Daar ieder beeldbewerkings programma andere mogelijkheden heeft om HDR afbeeldingen te “tonen” zullen de volgende artikelen zich bezig houden met meer programma gerichte zaken: Deel 2. zal zich bezig houden met de HDR mogelijkheden van Photomatix. Deel 3. zal zich bezig houden met de HDR mogelijkheden van Photoshop. Deel 4. zal zich bezig houden met de HDR mogelijkheden van Paint Shop Pro
