Тональный диапазон

Тональным диапазоном цифрового изображения называется число оттенков, которое в нем имеется для описания динамического диапазона. Приведенные примеры показывают, что изображение с широким динамическим диапазоном может иметь узкий тональный диапазон, а изображение с узким динамическим диапазоном может иметь широкий тональный диапазон.

 
Широкий тональный диапазон
Угкий тональный диапазон
Широкий динамический диапазон
Узкий динамический диапазон

Динамический и тональный диапазоны сенсора

Между динамическим и тональным диапазонами сенсора имеется взаимосвязь. Если, скажем, сенсор имеет динамический диапазон 1000:1 И как минимум 10-битный АЦП, то он автоматически имеет и широкий тональный диапазон. Если сенсор с 10-битным АЦП способен выдавать около 1,000 различных оттенков, то он должен иметь динамический диапазон не ниже 1000:1. Этот так из-за того, что сенсор линеен, а АЦП проводит оцифровку разными шагами.

Динамический и тональный диапазоны изображения

После применения тональной кривой к данным линейного сенсора, динамический и тональный диапазоны изображения могут варьироваться независимо друг от друга, смотря какую тональную кривую вы использовали. Тональная кривая может сжать динамический и/или тональный диапазон (*)
При съемке в JPEG обычно применяемые камерой контрастные тональные кривыемогут обрезать детали в тенях и бликах, которые имелись в RAW-данных. RAW-изображения сохраняют зафиксированный сенсором динамический диапазон и позволяют вам сжать динамический и тональный диапазоны при помощи более подходящих тональных кривых, чтобы на экране или на печати сохранился весь динамический диапазон, и чтобы картинка была приятной на вид. Это похоже на более экстремальный пример ниже, который показывает, как были сжаты более широкий динамический и тональный диапазоны HDR-изображения в формате 32 бита с плавающей точкой.

Динамический и тональный диапазоны монитора и принтера - компрессия.

Мониторы и принтеры имеют ограниченный динамический диапазон. Таким образом, к линейным необработанным данным применяется тональная кривая для сжатия динамического диапазона таким образом, чтобы он поместился в динамический диапазон монитора или принтера. Тональная кривая выбирается таким образом, чтобы сохранить наиболее важные детали. В результате изображение получается приятным на вид, и визуально динамический диапазон кажется более широким даже на отпечатке с узким динамическим диапазоном.

A. Зафиксированы детали в тенях
B. Зафиксированы детали на ярких участках
C. Делали в тенях и на ярких участках объединены, но их соотношение уменьшено
В данной сцене тени были примерно в 2,000 раз темнее ярких участков (на 11 ступеней). Как объясняется в статье про динамический диапазон, цифровая камера может сделать либо снимок A, либо снимок B. На снимке A блики обрезаны из-за длительной выдержки, необходимой для передачи деталей в тенях, что вызвало переполнение пикселей на ярких участках. На снимке B выдержку уменьшали для предотвращения обрезки бликов, но при этом сенсор не получил достаточно фотонов для темных областей, из-за чего произошла обрезка теней.
Adobe Photoshop CS2 позволяет объединить несколько изображений, сделанных при помощи автоматической экспозиционной вилки, в одно изображение с широким динамическим диапазоном . Как же отобразить такое HDR-изображение на мониторе или принтере с узким динамическим диапазоном? Решение заключается в компрессии.
На гистограмме снимков A и B красные и голубые участки содержат соответственно необрезанные тени и блики. Сжатие обеих областей путем описания их меньшим числом полутонов позволяет объединить эти два снимка в один, который будет отлично выглядеть на мониторе и на печати. Фишка состоит в том, что в реальной сцене блики были в 2000 раз ярче теней, а на мониторе (и особенно на принтере) это соотношение гораздо меньше. При просмотре снимка C на мониторе он имеет более широкий воспринимаемый динамический диапазон, поскольку создается впечатление, будто он сделан за один раз камерой с очень широким динамическим диапазоном. Тональную компрессию лучше проводить в среде с высокой битностью, чтобы избежать постеризации.
 
(*) Тут используется аналогия с пленкой. Например, позитивная пленка (для слайдов) имеет более широкий диапазон плотности, но меньшую широту экспозиции, тогда как негативная пленка имеет узкий диапазон плотности, но большую широту экспозиции.

Back to top