Что такое глубина цвета в цифровых фотоаппаратах

Что такое глубина цвета в цифровых фотоаппаратах

Глубина цвета

Глубина цвета — количество оттенков серого, присвоенных каждому пикселу. Чем больше этих оттенков присвоено, тем больше глубина цвета.

Глубину цвета принято обозначать в битах. Для 8-ми битного JPEG каждому пикселю присвоено 2ˆ8 оттенков, или 256. Где 0 — это чёрный цвет, а 256 — белый. Каждый пиксель имеет информацию о трёх цветах (красный, зелёный, синий), значит всего количество доступных цветов будет 256ˆ3 = 16 777 216. Человек видит примерно 16 000 000 цветов, а значит 8-битного файла хватает, чтобы покрыть весь диапазон цветов, необходимых для нашего зрения.

Файл Оттенков всего Цветов всего
JPEG (8 бит) 256 16 777 216
RAW(12 бит) 4 096 68 719 476 736
RAW (14 бит) 16 384 4 398 046 511 104
RAW(16 бит) 65 536 281 474 976 710 656

Из таблицы видно, что в 8-битном от чёрного до белого всего 256 оттенков, а в 16-битном от чёрного до белого — 65 536 этих оттенков.

Наши глаза видят 16 000 000 цветов, качества в 8 бит нам вполне достаточно (там 16 777 216 цветов), мы не видим разницы между изображениями 8 бит, 12 бит, 14 бит и 16 бит. Они для нас одинаковы. Почему же тогда Среднеформатные камеры, которые снимают с глубиной цвета 16 бит, самые дорогие?

Проблема проявляется ТОЛЬКО, когда мы НАЧИНАЕМ СНИМАТЬ НА КАМЕРУ в этих разных форматах. Фотоаппарат выводит итоговое изображение с огромными различиями, и тут мы уже сможем увидеть РАЗНИЦУ между этими разными по битности файлами. То есть, различия битности видны ПРИ СЪЁМКЕ фото.

Почему? Количество света, попадающее на матрицу, РАЗНОЕ, в светлых местах сцены, что фотографируем, самое большое количество, а в тёмных местах, самое маленькое. То есть, свет на матрицу фотоаппарата поступает неравномерно, а вернее, с каждым стопом вниз уменьшается в два раза.

Что это такое? Динамический диапазон — это диапазон, в котором камера ещё может видеть детали в светах и тенях.

Когда на матрицу попадает в два раза меньше света, то и всё уменьшается в два раза, было 256 оттенков, станет 128. Если количество света ещё уменьшим в два раза, то оттенков станет 64. Это говорит о том, что в самых тёмных местах фото очень маленькое количество оттенков серого, а значит и цветов, а вот в светлых местах фотографии их самое большое количество.

То есть, неравномерность распределения и есть та проблема.

Динамический диапазон (ДД) камеры, снимающей в JPEG равен примерно 8 стопам. Так вот, те максимум 256 оттенков серого на пиксель, для JPEG будет ТОЛЬКО в самой светлой области. Посчитаем сколько будет в тёмных местах фото.

Один стоп — означает, что света на матрицу приходит в два раза меньше, то есть на следующем стопе будет уже 128 оттенков серого, то есть в два раза мешьше, чем в самом светлом месте снимка, на следующем — 64, на следующем — 32, на следующем — 16, на следующем — 8, и на следующем — 4, потом — 2 и, наконец, в самой тёмной области будет один чёрный оттенок. Это и есть предел для JPEG, там в принципе не может быть более 8(EV) стопов, потому как последний восьмой оттенок всего один, и есть тот восьмой стоп.

Для RAW обычных фотокамер мы будем иметь Динамический диапазон примерно 9 стопов, для Среднеформатных — 12. Тогда получим такую таблицу доступных оттенков серого для мест с разным освещением.

JPEG (8bit) 256 128 64 32 16 8 4 2 1
RAW (12bit) 4.096 2.048 1.024 512 256 128 64 32 16 8 4 2 1
RAW (14bit) 16.384 8.192 4.096 2.048 1.024 512 256 128 64 32 16 8 4 2 1
RAW (16bit) 65.536 32.768 16.384 8.192 4.096 2.048 1.024 512 256 128 64 32 16 8 4

Из таблицы хорошо видно, что:

  • JPEG (8bit) имеет максимальный ДД (Динамический диапазон) 8(EV)
  • RAW (12bit) имеет максимальный ДД (Динамический диапазон) 12(EV)
  • RAW (14bit) имеет максимальный ДД (Динамический диапазон) 14(EV)
  • RAW (16bit) имеет максимальный ДД (Динамический диапазон) 16(EV)
  • Максимум будет зависеть от того аппарата, на который делают снимок, и, кончено, Диапазон будет меньше возможного максимума

Детализация

Мы видим, что в самом тёмном месте снимаемой сцены, если будем снимать в 8-битном JPEG файле, то фотоаппарат ВЫДАСТ лишь 1 оттенок (самый чёрный)

  • если будем снимать в 12-битном RAW — выдаст 16 оттенков в том же месте
  • если будем снимать в 14-битном RAW — выдаст 64 оттенка в том же месте
  • а если будем снимать в 16-битном — выдаст 256 оттенков в том же месте

Получается, что при съёмке на фотоаппарат, выводимая детализация в тенях хуже, чем в светах, и намного хуже. Если снимать на фотоаппарат в формате JPEG, то она катастрофическая, оттенка нет, детализация отсутствует, там всего один оттенок.

Проблема усиливается и от зрительной системы человека. Матрица фотаппарата — это линейное устройство (1024/2 = 512 | 512/2 = 256, итд), человеческий глаз – нет, он более чувствителен к теням, а не к ярким участкам. Именно поэтому, фотографии снятые в 12-14 битном разрешении, нам кажутся ПЛОСКИМИ, а вот в 16 битном мы видим ОБЪЁМ. Особенно это становится заметно, когда мы снимаем лица людей, где очень много оттенков. Поэтому Среднеформатные камеры самые дорогие, они могут передавать детали в тенях, фотографируя в RAW (16bit). Про камеры, снимающие в JPEG, вообще говорить нечего, детали в тенях там просто отсутствуют.

Читайте также:  Лучшие смартфоны хуавей 2018 рейтинг

Вывод: чтобы получить более менее приемлемый по детализации снимок, нужно снимать на фотоаппарат, как можно с более глубоким цветом, и стараться снимок чуть пересвечивать, этим осветляя тёмные участки сцены, в них будет появляться больше деталей, затем в пост обработке мы уменьшим экспозицию и тем вернём снимок к нормальному состоянию, но уже с дополнительными деталями в тенях.

Постеризация

Глаз человека не может уловить, где заканчивается цвет и начинается новый, но там где детализация мала, появляются видимые полосы. Эта проблема называется постеризацией (бандингом) и крайне нежелательна. В тенях она является особенно большой проблемой.

Цвета = колличество оттенков в третьей степени.

Это значит, в самом тёмном месте снимаемой сцены, фотоаппарат ВЫДАСТ

  • снимаем в 8-битном JPEG 1ˆ3= 3 цвета
  • снимаем в 12-битном RAW 16ˆ3= 4096 цветов
  • снимаем в 14-битном RAW 64ˆ3= 262 144 цвета
  • снимаем в 16-битном RAW 256ˆ3= 16 777 216 цвета

Вспоминаем, что человек видит 16 000 000 цветов, а значит проблема возможной Постеризации снимается ТОЛЬКО, когды мы начинаем снимать в 16-битном файле, в котором 16 777 216 цветов.

Черно-белое изображение

Здесь нет цветов, а вернее их количество равно количеству оттенков.

Это значит, в самом тёмном месте снимаемой сцены, фотоаппарат ВЫДАСТ

  • снимаем в 8-битном JPEG [1 оттенок]
  • снимаем в 12-битном RAW [16 оттенков]
  • снимаем в 14-битном RAW [64 оттенков]
  • снимаем в 16-битном RAW [256 оттенков]

Разница видна невооружённым взглядом.

Вывод из всего сказанного прост:

  • снимайте с самой большой глубиной цвета, доступной на вашем фотоаппарате
  • фото чуть пересвечивайте
  • И последнее, при увеличении ИСО, динамический диапазон сокращается, отсюда, старайтесь снимать с ИСО=100

Дмитрий Чеканов

30 июля 2001

Разберемся с терминологией

Некоторые могут неправильно интерпретировать термин "битовая глубина цвета". Для понимания этого термина рассмотрим основы цифрового цвета. Все цвета в цифровом фотоаппарате создаются с помощью комбинации интенсивности (или битовых значений) трех главных цветов — красного, зеленого и синего. Эти три главные цвета также называются каналами.

Битовая глубина может быть определена для каждого из трех каналов (например, 10 бит, 12 бит и т.д.) или для всего спектра, при этом битовые значения каналов умножаются на три (30 бит, 36 бит и т.д.) Однако в мире приняты зачастую нелогичные соглашения по терминологии, поэтому вам придется кое-что просто запомнить. Например, 24-битный цвет (который иногда также называют True Color, так как он первым в цифровом мире приблизился по количеству цветов к уровню восприятия человеческого глаза) отводит по 8 бит на каждый канал.

Но 24-битный цвет никогда не называют 8-битным цветом. Если вы услышите, что кто-то говорит о 8-битном цвете, то он вовсе не имеет в виду 8 бит на канал. Скорее всего, этот человек подразумевает 8 бит на весь спектр, что дает 256 различных цветов (очень ограниченный спектр, кстати). 24-битный же цвет дает возможность отобразить 16,7 млн различных оттенков. Поэтому лучше всего принять 24-битный цвет как разделительную линию: если количество бит в спектре больше 24, то принято называть такую битовую глубину по количеству бит на весь спектр или по количеству бит на канал. Если же количество бит 24 или меньше, то такую битовую глубину лучше называть по количеству бит в полном спектре.

До прошлой осени почти все любительские цифровые фотоаппараты работали с 24-битным цветом (используя 8-битные АЦП). Сейчас уже появились некоторые модели, типа Olympus E-10 и HP PhotoSmart 912, которые могут работать 30 или 36-битным цветом (используя 10 или 12-битные АЦП). Впрочем, некоторые цифровые фотоаппараты, способные снимать с большей глубиной цвета, используют 8-битные АЦП, что приводит к выводу изображения только с 24-битной глубиной. (Небольшое число камер, типа Canon PowerShot G1, могут записывать 36-битное изображение в формате RAW, но этот формат патентован, и он не может быть считан напрямую ни одной программой редактирования изображений. Хотя Photoshop и понимает изображения с глубиной вплоть до 16 бит на канал, его функциональность в таких случаях ограничена. Программное обеспечение для работы с камерой Canon должно сначала преобразовать файл в TIFF, который уже можно будет загрузить в Photoshop. Еще одна неприятная вещь: с такими файлами не будет работать большинство устройств вывода). Возникает закономерный вопрос: зачем нам нужно снимать с такой глубиной цвета, если нам будет очень трудно или даже невозможно использовать такие изображения? Все дело в том, что чем больше битовая глубина цвета, тем больше деталей и градаций оттенков мы получим, особенно это касается затененных и ярко освещенных объектов. Здесь существует интересное решение. Как только камера (или ее программное обеспечение) получит данные, она может проанализировать их и при преобразовании изображения в 24-битное фотоаппарат попытается сохранить правильные цвета на самых критических участках.

Если в камере используется хороший алгоритм, то в результате получится лучшее изображение (по диапазону полутонов и по детализации в ярко освещенных областях и тенях), чем если бы камера изначально получала 24-битное изображение и потом его записывала. Большая глубина цвета (производная от глубины получаемого на сенсоре цвета и АЦП) является одной из характеристик, отличающих профессиональные цифровые камеры от любительских и полу-профессиональных (в дополнение к лучшей оптике и большим возможностям профессиональных устройств). По этой же причине, даже если цифровые фотоаппараты

Посетите практически любой форум по фотографии, и вы непременно наткнетесь на дискуссию относительно преимуществ RAW и JPEG файлов. Одна из причин, по которой некоторые фотографы предпочитают формат RAW — это бóльшая глубина бита (глубина цвета)*, содержащаяся в файле. Это позволяет вам получать фотографии большего технического качества, чем те, что вы можете получить из файла JPEG.

*Bitdepth (глубина бита), или Colordepth (глубина цвета, в русском языке чаще используется именно это определение) — количество бит, используемых для представления цвета при кодировании одного пикселя растровой графики или видеоизображения. Часто выражается единицей бит на пиксель (англ. bits per pixel, bpp). © Wikipedia

Что такое глубина цвета?

Компьютеры (и устройства, которые управляются встроенными компьютерами, такие как цифровые SLR-камеры) используют двоичную систему исчисления. Двоичная нумерация состоит из двух цифр – 1 и 0 (в отличие от десятичной системы исчисления, включающей 10 цифр). Одна цифра в двоичной системе исчисления называется «бит» (англ. «bit», сокращенно от «binary digit», «двоичная цифра»).

Восьмибитное число в двоичной системе выглядит так: 10110001 (эквивалентно 177 в десятичной системе). Таблица ниже демонстрирует, как это работает.

Максимально возможное восьмибитное число – это 11111111 – или 255 в десятичном варианте. Это значимая цифра для фотографов, поскольку она возникает во многих программах для обработки изображений, а также в старых дисплеях.

Цифровая съемка

Каждый из миллионов пикселей на цифровой фотографии соответствует элементу (также называемому «пиксель», англ. «pixel») на сенсоре (сенсорная матрица) камеры. Эти элементы при попадании на них света генерируют слабый электрический ток, измеряемый камерой и записывающийся в JPEG или RAW файл.

Файлы JPEG

Файлы JPEG записывают информацию о цвете и яркости для каждого пикселя тремя восьмиразрядными числами, по одному числу для красного, зеленого и синего каналов (эти цветовые каналы такие же, как те, что вы видите при построении цветовой гистограммы в Photoshop или на вашей камере).

Каждый восьмибитный канал записывает цвет по шкале 0-255, предоставляя теоретический максимум в 16,777,216 оттенках (256 x 256 x 256). Человеческий глаз может различать приблизительно около 10-12 миллионов цветов, так что это число обеспечивает более чем удовлетворительное количество информации для отображения любого объекта.

Этот градиент был сохранен в 24-битном файле (по 8 бит на каждый канал), что достаточно для передачи мягкой градации цветов.

Этот градиент был сохранен как 16-битный файл. Как вы можете видеть, 16 бит недостаточно для передачи мягкого градиента.

RAW файлы

RAW файлы присваивают больше бит каждому пикселю (большинство камер имеют 12 или 14-битные процессоры). Больше бит — больше числа, а, следовательно, больше тонов на каждый канал.

Это не приравнивается к большему количеству цветов – JPEG файлы уже могут записывать больше цветов, чем может воспринять человеческий глаз. Но каждый цвет сохраняется с гораздо более тонкой градацией тонов. В таком случае говорят, что изображение имеет большую глубину цвета. Таблица ниже иллюстрирует, как глубина бита приравнивается к количеству оттенков.

Обработка внутри камеры

Когда вы настраиваете камеру на запись фотографий в режиме JPEG, внутренний процессор камеры считывает информацию, полученную от сенсора в момент, когда вы делаете снимок, обрабатывает ее в соответствии с параметрами, выставленными в меню камеры (баланс белого, контраст, насыщенность цвета и т.д.), и записывает ее как 8-битный JPEG файл. Вся дополнительная информация, полученная сенсором, отбрасывается и теряется навсегда. В итоге, вы используете лишь 8 бит из 12 или 14 возможных, которые сенсор способен зафиксировать.

Постобработка

RAW файл отличается от JPEG тем, что содержит все данные, зафиксированные сенсором камеры за период экспонирования. Когда вы обрабатываете RAW файл, используя программное обеспечение для конвертации RAW, программа осуществляет преобразования, аналогичные тем, что производит внутренний процессор камеры, когда вы снимаете в JPEG. Различие состоит в том, что вы выставляете параметры внутри используемой программы, а те, что выставлены в меню камеры, игнорируются.

Выгода от дополнительной глубины бита RAW файла становится очевидной при постобработке. JPEG файл стоит использовать, если вы не собираетесь делать какую-либо постобработку и вам достаточно выставить экспозицию и все другие настройки во время съемки.

Однако, в реальности большинство из нас хочет внести хотя бы несколько исправлений, если это даже просто яркость и контраст. И это именно тот момент, когда JPEG файлы начинают уступать. С меньшим количеством информации на пиксель, когда вы проводите корректировку яркости, контраста или цветового баланса, оттенки могут визуально разделиться.

Результат наиболее очевиден в областях плавного и продолжительного перехода оттенков, таких как на голубом небе. Вместо мягкого градиента от светлого к темному, вы увидите расслоение на цветовые полосы. Этот эффект также известен как постеризация (англ. «posterisation»). Чем больше вы корректируете, тем сильнее он проявляется на изображении.

С файлом RAW, вы можете вносить гораздо более сильные изменения в оттенок цвета, яркость и контраст до того, как вы увидите снижение качества изображения. Это также позволяют сделать некоторые функции RAW-конвертера, такие как настройка баланса белого и восстановление «пересвеченных» областей (highlight recovery).

Это фото получено из JPEG файла. Даже при таком размере видны полосы в небе как результат постобработки.

При тщательном рассмотрении на небе виден эффект постеризации. Работа с 16-битным TIFF файлом может ликвидировать, или по крайней мере минимизировать, эффект полос.

16-битные TIFFфайлы

Когда вы обрабатываете RAW файл, ваше программное обеспечение предоставляет вам опцию по сохранению его как 8 или 16-битного файла. Если вы довольны обработкой и не хотите вносить еще какие-либо изменения, вы можете сохранить его как 8-битный файл. Вы не заметите никаких различий между файлом 8 бит и 16 бит на вашем мониторе или когда вы распечатаете изображение. Исключение – тот случай, когда у вас есть принтер, распознающий 16-битные файлы. В этом случае, из файла 16 бит вы можете получить лучший результат.

Однако если вы планируете осуществлять постобработку в Photoshop, тогда рекомендуется сохранять изображение как 16-битный файл. В этом случае изображение, полученное из 12 или 14-битного сенсора, будет «растянуто», чтобы заполнить 16-битный файл. После этого вы можете поработать над ним в Photoshop, зная, что дополнительная глубина цвета поможет вам достичь максимального качества.

Опять же, когда вы завершили процесс обработки, вы можете сохранить файл как 8-битный файл. Журналы, издатели книг и стоки (и практически любой клиент, покупающий фотографии), требуют 8-битные изображения. Файлы 16 бит могут потребоваться, только если вы (или кто-то другой) намереваетесь редактировать файл.

Это изображение, которое я получил, используя настройку RAW+JPEG на камере EOS 350D. Камера сохранила две версии файла – JPEG, обработанный процессором камеры, и RAW файл, содержащий всю информацию, записанную 12-битным сенсором камеры.

Здесь вы видите сравнение правого верхнего угла обработанного JPEG файла и RAW файла. Оба файла были созданы камерой с одной и той же настройкой экспозиции, и единственное различие между ними – это глубина цвета. Я смог «вытянуть» не различимые в JPEG «пересвеченные» детали в RAW файле. Если бы я хотел поработать над этим изображением дальше в Photoshop, я мог бы сохранить его как 16-битный файл TIFF, чтобы обеспечить максимально возможное качество изображения в течение процесса обработки.

Почему фотографы используют JPEG?

То, что не все профессиональные фотографы используют формат RAW все время, еще ничего не значит. Как свадебные, так и спортивные фотографы, например, зачастую работают именно с форматом JPEG.

Для свадебных фотографов, которые могут снять тысячи снимков на свадьбе, это экономит время на последующей обработке.

Спортивные фотографы используют JPEG файлы для того, чтобы иметь возможность отсылать фотографии своим графическим редакторам в течение мероприятия. В обоих случаях скорость, эффективность и меньший размер файлов формата JPEG делает использование этого типа файлов логичным.

Глубина цвета на компьютерных экранах

Глубина бита также относится к глубине цвета, которую компьютерные мониторы способны отображать. Читателю, использующему современные дисплеи, возможно, тяжело будет в это поверить, но компьютеры, которыми я пользовался в школе, могли воспроизводить только 2 цвета – белый и черный. «Must-have» компьютер того времени — Commodore 64, способный воспроизводить аж 16 цветов. В соответствии с информацией из «Википедии», было продано более 12 единиц этого компьютера.


Компьютер Commodore 64. Автор фотографии Билл Бертрам (Bill Bertram)

Несомненно, вы не сможете редактировать фотографии на машине с 16 цветами (64 Кб оперативной памяти в любом случае больше не потянут), и изобретение 24-битных дисплеев с реалистичным цветовоспроизведением — одна из вещей, которые сделали цифровую фотографию возможной. Дисплеи с реалистичным цветовоспроизведением, как и файлы JPEG, формируются при помощи трех цветов (красного, зеленого и синего), каждый с 256 оттенками, записанными в 8-битную цифру. Большинство современных мониторов используют либо 24-битные, либо 32-битные графические устройства с реалистичным цветовоспроизведением.

Файлы HDR

Многие из вас знают, что изображения с расширенным динамическим диапазоном (HDR) создаются путем комбинирования нескольких версий одного и того же изображения, снятого с разными настройками экспозиции. Но знаете ли вы, что программное обеспечение формирует 32-битное изображение с более чем 4 миллиардами тональных значений на каждый канал на пиксель — просто скачок по сравнению с 256 оттенками в файле JPEG.

Настоящие HDR файлы не могут быть корректно отображены на компьютерном мониторе или распечатанной странице. Вместо этого они урезаются до 8 или 16-битных файлов при помощи процесса, называемого тональная компрессия (англ. «tone-mapping»), который сохраняет характеристики оригинального изображения с расширенным динамическим диапазоном, но позволяет воспроизвести его на устройствах с узким динамическим диапазоном.

Заключение

Пиксели и биты – основные элементы для построения цифрового изображения. Если вы хотите получить максимально хорошее качество снимка на вашей камере, необходимо понимать концепцию глубины цвета и причины, по которым формат RAW позволяет получить изображение лучшего качества.

Автор статьи: Andrew Gibson

Ссылка на основную публикацию
Что такое ogg формат
Ogg — Dateiendung: .ogg, .oga, .ogv, .ogx MIME Type … Deutsch Wikipedia .ogg — Dateiendung .ogg, .oga, .ogv, .ogx MIME...
Что значит включена переадресация вызова когда звонишь
Что такое переадресация звонков? Что значит «Переадресация звонков»? Данная услуга позволяет всегда оставаться на связи, за счёт перенаправления исходящих звонков....
Что значит восьмиядерный процессор
Дизайн и эргономика важны для гаджетов, но в то же время каждый пользователь понимает, что сердцем любого электронного устройства являются...
Что такое pppoe соединение на роутере
PPPoE (англ. Point-to-point protocol over Ethernet ) — сетевой протокол канального уровня (второй уровень сетевой модели OSI) передачи кадров PPP...
Adblock detector