Um post convidado de Dave Ware da Whalebone Photography.
Esta nota tem como objetivo ser uma discussão rápida sobre High Dynamic Range e possíveis melhorias futuras para melhorá-lo.
O que é High Dynamic Range?
High Dynamic Range é um efeito de processamento digital usado na fotografia para combinar uma série de imagens de exposições diferentes para criar uma imagem exposta de forma consistente em todo o quadro. Isso aumenta a luminância (quantidade de luz) visível em uma imagem.
Por que é necessário?
A limitação da câmera de quantidade de cor e luminância que ela pode gravar é governada pela capacidade do sensor e a faixa dinâmica dos componentes eletrônicos da câmera. Por exemplo, a Canon EOS 40D usa um conversor analógico para digital de 14 bits que digitaliza os sinais analógicos recebidos do sensor. Os 14 bits digitais permitem que 16.384 cores diferentes sejam gravadas na câmera.
Olhando um histograma, o eixo horizontal é o nível de luminância de uma imagem. O eixo vertical representa a quantidade da imagem que contém aquele nível de luz. Por exemplo, um histograma com uma única linha na borda esquerda mostra que a imagem é totalmente preta. Da mesma forma, uma única linha na borda direita representa uma imagem que é puramente branca. A quantidade de dados que podem ser compactados no histograma é limitada pela faixa dinâmica da câmera. Uma faixa dinâmica muito baixa resulta em limites do eixo horizontal próximos. Uma alta faixa dinâmica coloca esses eixos distantes.
Aqui, a exposição da câmera foi definida para os balões - isso foi escolhido porque os balões eram o assunto da imagem e as árvores, neste caso, foram usadas para ‘enquadrar’ os balões. O histograma mostra o pico à esquerda do histograma que representa as árvores e os dados à direita representam os balões e o céu. Se o fotógrafo quisesse os balões e as árvores expostos, seria necessário um compromisso para que os balões ficassem ligeiramente superexpostos e as árvores apenas ligeiramente subexpostas.
A imagem acima mostra o compromisso tradicional - o céu perdeu parte de sua saturação de cor, mas as árvores mantiveram alguns detalhes. Observe também que o histograma mostra uma ponta ligeiramente mais estreita na borda direita (os balões agora estão ligeiramente superexpostos) e a borda esquerda indica que mais detalhes estão presentes (as árvores não são mais uma silhueta completa).
Então, para superar isso, o fotógrafo pode tirar uma foto exposta para o fundo e depois outra foto exposta para o primeiro plano. Algumas outras fotos geralmente são tiradas entre essas 2 exposições.
Ao combinar cada imagem, uma imagem visualmente agradável é criada e os efeitos podem ser bastante dramáticos. Esta é a base do HDR digital. Uma rápida pesquisa no Google fornecerá mais alguns exemplos.
O futuro do HDR
Atualmente o HDR é uma técnica de pós-processamento, mas com o avanço das câmeras, é possível que esta seja uma área que pode ser muito melhorada pelos fabricantes.
A faixa dinâmica da câmera provavelmente será melhorada. O ADC de 14 bits mencionado acima permite que 16.386 cores sejam gravadas. ADCs de 24 bits são fabricados há muitos anos, o que permitiria o registro de um total de pouco menos de 17 milhões de cores! O sensor teria que ser capaz de corresponder a essa faixa dinâmica e o processador interno da câmera teria que ser capaz de processar os dados. Essa capacidade já existe, como é evidente em computadores domésticos que operam a partir de 32 bits há anos e agora processam até 64 bits. Se o sensor é ou não capaz disso é outro assunto para discussão e o processamento adicional necessário aumentaria a quantidade de tempo para gravar os dados no cartão de memória. Isso pode limitar o número de quadros em velocidade total obtidos antes que o cache esteja cheio e a câmera grave as imagens no cartão de memória. Essas desvantagens são talvez o que esteja impedindo o desenvolvimento de uma faixa dinâmica aumentada na câmera, pois, com muitas vantagens, geralmente há uma desvantagem.
Outra técnica "na câmera" pode ser o uso de vários sensores dentro da câmera. Se um sensor e os componentes eletrônicos que o acompanham podem ser capazes de uma certa faixa dinâmica, então 2 sensores podem ser usados para aumentar a faixa dinâmica geral. Por exemplo, um sensor pode expor para os destaques e 1 sensor pode ser usado para expor para as sombras, criando assim uma faixa dinâmica mais alta. Os sensores podem ser incrivelmente pequenos - basta olhar para o tamanho dos telefones que têm várias câmeras megapixel e, provavelmente, não haverá problema em apertar 2 sensores (ou mais!) Em uma única câmera. No entanto, conforme o tamanho do sensor diminui, o ruído da imagem gravada (a "granulação" da imagem) torna-se maior. Mais uma vez, esta é uma troca entre alta faixa dinâmica, qualidade de imagem e tamanho.
Outro método poderia ser usar um algoritmo de curva de tom alternativo que atualmente é geralmente aplicado a imagens dentro da câmera. Quando uma foto é tirada, os sinais do sensor são transformados em bits digitais e enviados para o computador da câmera. Para dar sentido a esses sinais, o computador processa os dados e os transforma em algo significativo. Esta é uma forma de curva de tom. Normalmente, isso é empregado em toda a imagem como uma "média". As técnicas modernas, entretanto, podem aplicar uma curva de tom individual a cada pixel da imagem. Isso pode renderizar uma imagem exposta de maneira semelhante à vista pelo olho humano (ou seja, com uma faixa dinâmica mais alta). Isso inevitavelmente aumentará o tempo de processamento dentro da câmera, embora como o método atual de imagem HDR seja tirar várias fotos em exposições diferentes, o tempo de processamento adicional para uma única imagem provavelmente ainda economiza muito tempo.
Este novo método de curva de tom está sendo desenvolvido por empresas e a Samsung recentemente adquiriu uma licença para usar a tecnologia.
Talvez outros fabricantes tenham um método alternativo, ou não considerem alta faixa dinâmica de grande importância em suas câmeras, ou estejam apenas ganhando tempo. Essa tecnologia ainda está em desenvolvimento e é uma área em desenvolvimento da tecnologia de câmeras, especialmente porque a batalha dos megapixels está se tornando notícia velha.
As técnicas de High Dynamic Range podem ser superutilizadas e as imagens podem facilmente se tornar não naturais. A razão pela qual eles não são naturais é porque eles estendem o alcance possível ao olho humano. Seria triste se a tecnologia removesse a autenticidade da fotografia, que separa essa arte da arte da pintura (onde tanto a composição quanto a exposição se limitam apenas à imaginação). Se a tecnologia, entretanto, foi capaz de replicar as imagens vistas pelo olho humano, então talvez esse seja um marco tecnológico aceitável.
Confira mais do trabalho de Dave na Whalebone Photography.