Barevná hloubka

Barevná a bitová hloubka

Ve svých starších článcích a jistě i v některých budoucích můžete narazit na termín barevná hloubka. Termín barevná hloubka, hloubka barev či bitová hloubka označuje počet bitů použitých pro uložení barvy.

24-bitová hloubka barev, zde něco málo přes 65 tisíc barev
Ačkoliv je na obrázku výše použitá 24-bitová hloubka barev, je zde zobrazeno jen něco málo přes 65 tisíc barev. Např. zde chybí úplně bílá, černá a odstíny šedi. Musíte však uznat, že 24-bitový rozsah (= cca 16 miliónů barev) se prostě zobrazuje špatně.

Termín barevná hloubka

Vychází z počítačové grafiky. V případě fotografie tento termín vyjadřuje počet bitů popisujících barvu na jeden pixel. Barevná hloubka se udává ve formě 2x, kde „x“ je právě barevná hloubka.

Informace Bit je základní (a nejmenší jednotkou dat), používanou v číslicové a výpočetní technice.

Barevná hloubka jednoduše

Otevřete si v počítači vaší oblíbenou fotografii. Teď ji mnohonásobně zvětšete. Když tak učiníte, uvidíte jednotlivé pixely fotografie. Každý z těchto pixelů má trochu jinou barvu. Některé jsou zelenější, jiné modřejší, možná budou do černa. Barevná hloubka pak označuje počet bitů použitých pro uložení právě oné barvy pixelu. Čím větší barevná hloubka, tím více bitů je potřeba k popsání té či oné barvy. Nicméně čím více těchto bitů, tím více barev můžete takto popisovat. Také tím více vzroste paměťová náročnost fotografie a s ní i nároky na místo na disku / paměťové kartě.

Na snímcích výše můžete vidět rozdíl mezi 8-bitovou a 24-bitovou barevnou hloubkou. Fotografie sice neukazuje plný barevný rozsah od nejsvětlejších po nejtmavší odstíny, ale jako ukázka to dozajista stačí.

Malý příklad

Vezmeme si obrázek výše vpravo. Jedná se o fotografii s 24-bitovou barevnou hloubkou. Pokud ho převedeme na 8-bitovou barevnou hloubku, dostaneme obrázek výše vlevo s celkem 256 barvami. To proto, že 8-bitová barevná hloubka nemá k dispozici tak velký rozsah barev, jako je v případě 24-bitů.

Pokud bychom chtěli dostat co nejpodobnější obraz, museli bychom využít pokročilejších technik převodu, např. použít dithering. Jak by taková fotografie vypadala zobrazuje obrázek níže. Věřte nebo ne, obsahuje také 256 barev. Nicméně už nejsou vidět ony nepříjemné plošky podobného odstínu barev.

8-bitová hloubka barev s použitím ditheringu | moje Tajemno
8-bitová hloubka barev s použitím ditheringu, pro zvětšení klikněte

A teď vezmeme obrázek o něco výše vlevo s pouhými 256 barvami. Zkusíme ho převést na 24-bitový. Jaký bude výsledek? Stále to bude ten stejný obrázek (jako je vlevo) s 256 barvami. Dosáhli bychom pouze toho, že by výsledný soubor byl o něco málo větší. To kvůli tomu, že k uložení jedné barvy by bylo potřeba více bitů.

Rozsah lidského oka

Zdravé lidské oko je údajně schopné rozpoznat přibližně 10 milionů barev. Standardní 8-bitová barevná hloubka na kanál obsahuje přibližně 16 milionů barev by tak zdánlivě mohla bohatě stačit.

Informace Kde se vzalo těch 16 miliónů? Inu ve fotografii se využívá celkem tří kanálů. V případě 8-bitů na kanál je pak výsledný počet barev přibližně 16 miliónů. Více o výpočtech níže.

Mimochodem tuto barevnou hloubku využívá formát JPEG. Jenže situace se razantně mění, pokud uděláte nějaké větší úpravy v obraze. Např. převodem do černobílých odstínů, nebo větším zesvětlováním či ztmavováním modré oblohy. V tu chvíli se může v obraze vyskytnou nepříjemná posterizace. Tu jste mohli vidět na obrázku výše. Jedná se přesně o ty jednobarevné fleky v obraze.

Posterizace se objeví právě proto, že nemáte k dispozici dostatečný počet barev, resp. dostatečně velkou hloubku (rozsah) barev.

Barevná hloubka v číslech

V počítačové grafice se používají nejrůznější barevné hloubky. Pro fotografii však stačí pouze několik z nich:

Barevná hloubka na kanál Počet barev na kanál Celkový počet barev
8 256 ~ 16 miliónů
10 1024 ~ 1 miliarda
12 4096 ~ 68 miliard
14 16384 ~  4 398 miliard
16 65536 Hodně moc…

Fotografická technika používá celkem 3 barevné kanályčervený, zelenýmodrý. Celkový počet barev na pixel odpovídá vzorečku: 2x, z toho x = (barevná hloubka na kanál × počet kanálů). Při osmibitové barevné hloubce na kanál to dělá rovných: 224. To proto, že x = 8-bitová hloubka na kanál × 3 barevné kanály.

V tabulce výše najdete hodnoty počtu barev na kanál. Nyní si představte, že fotografii v dané barevné hloubce převedete na černobílou. Číselné hodnoty barev na kanál pak budou vyjadřovat počet barev, které můžete v černobílém režimu použít. Věřte, že na všechny „modré odstíny“ nebe, popř. na krásně nasvícený obličej modelky je to až žalostně málo. Často pak v obraze vznikají různé fleky. Jedná se přesně o onu posterizaci, o které již byla řeč.

Barevná hloubka v dnešních fotoaparátech

Řada dnešních fotoaparátů nedokáže fotit do jiného formátu než JPEG. Z toho plyne, že tyto fotoaparáty nedokáží uložit více než 8-bitovou barevnou hloubku na kanál. Někteří výrobci si tímto omezením byli vědomi. Nabídli proto možnost ukládat do formátu TIFF nebo RAW. O formátu TIFF se můžete dočíst na WikipediiExterní odkaz.

Formát TIFF a hloubka barev

Některé fotoaparáty umožňují kromě fotografování do formátu JPEG využít i formát TIFF. Ten má oproti JPEGu tu výhodu, že používá k ukládání barev až 16 bitů na kanál. Nicméně i přes bezztrátovou komprimaci dat však tyto soubory zabírají značné množství prostoru na paměťové kartě. Proto se formát TIFF dnes již příliš nepoužívá a nahradil ho surový RAW.

Datový formát RAW a hloubka barev

Jak jsem psal v předchozím článku – RAW pracuje se surovými daty. Přesněji se jedná o signály, které přijme fotografický senzor a zpracuje čip. Senzor i čip pak obvykle dokáží pracovat s 10 až 14-bitovou hloubkou barev na kanál (tedy začátkem roku 2016).

Pokud by fotografický senzor dokázal rozlišit cca 16 tisíc stavů (14 bitů) a tento velký rozsah hodnot by dokázal čip zpracovat, bylo by to super. V tom případě byste totiž dokázali zachytit opravdu ohromný rozsah barev, resp. daleko více, než je oko schopné rozlišit.

Na rozdíl od RAWu je formát JPEG pevně svázán se svými 8 bity. I kdyby byly senzor a čip sebevýkonnější, dokáže uložit pouze 8 bitů na kanál, tedy cca 16 mil. barev. Proto také řada fotografů nedá na RAW dopustit.

K čemu 16-bit hloubka barev na kanál?

Může se zdát, že uložit fotku s 12-bitovou hloubkou barev nebo dokonce 14-bitovou by mělo úplně bez problémů stačit. V praxi tomu však vždy být nemusí a je třeba pracovat ve větším rozsahu. Samozřejmě, že ve většině případů 8-bitový barevný rozsah úplně bohatě stačí. Může však nastat několik situací:

  • budete fotografovat světelně velice náročnou scénu,
  • fotografie budete dále upravovat.

Je všeobecně známo, že datový formát RAW dokáže často uložit i to, co JPEG nedokáže. Kupříkladu taková obloha může být v JPEGu pouze bílý flek, zatímco v RAWu se nachází krásná oblaka. Jsou však situace, kdy ani RAW nedokáže dostatečně zachytit scénu. Třeba právě kvůli malému dynamickému rozsahu senzoru.

Pseudo HDR, Panská skála (Varhany)
HDR fotografie Panské skály (Varhany) složená z celkem tří fotografií s nastavením -2, 0 a +2 EV. Všechny tři fotografie pak byly složené do jedné – této výsledné fotografie (resp. vznikly tzv. „omalovánky“).

Dynamický rozsah scény výše byl natolik velký, že bylo nutné pořídit celkem 3 fotografie s rozdílnou expozicí. Tyto fotografie pak byly ve speciálním programu pro tvorbu HDR složeny do jedné výsledné fotografie. V těchto programech se pro podobné úpravy většinou používá právě ona vysoká hloubka barev. To proto, aby byly programy schopny rozlišit tolik odstínů barev a vlastně celý rozsah scény. Následnými úpravami pak může vzniknout fotografie, která by za normálních okolností vzniknout ani nemohla.

Bohužel zdrojové fotografie již nemám k dispozici. Snímek výše jsem ale víceméně složit ze 3 fotografií musel. Kdybych ho „jen tak“ vyfotil, dostal bych nejspíše něco, kde by byla totálně černá skála a relativně pěkné nebe. Druhou variantou je naopak úplně bílé „přepálené“ nebe a vcelku ucházející skálu. To proto, že je dynamický rozsah u podobných scén prostě příliš velký pro většinu fotografických senzorů. Ty už je nejsou schopny plnohodnotně zachytit a uložit všechny rozsahy světel a barev.

Proč se vlastně používá formát JPEG?

Z řádků výše se může zdát, že 8-bitová barevná hloubka na kanál je prostě žalostně málo. Možná ano a možná ne. Jsem toho názoru, že dnešní typičtí fotografové si s tímto rozsahem bohatě vystačí. V dnešní době ohromné množství lidí fotí skrze mobilní telefon, tablet či přes kompaktní fotoaparát. O dost menší skupina lidí si pak pořizuje kvalitní zrcadlovky s odpovídající optikou. Ještě o něco menší skupina fotí do formátu RAW, který pak v počítači dále upravuje. Nemluvě o tom, že většina fotografií i tak končí ihned na sítích jako je InstagramExterní odkaz či FacebookExterní odkaz.

Proto si myslím, že na drtivou většinu snímků tento rozsah bohatě stačí a není třeba vymýšlet něco nového. Konec konců, kdyby tomu tak nebylo, výrobci techniky by již jistě s něčím přišli. Navíc, jak již bylo napsáno dříve, JPEG má výborný poměr kvalita/velikost. Tento poměr s formáty jako RAW nebo TIFF prostě nedosáhnete.

Osobní zkušenost

S barevnou hloubkou jsem se setkal ihned po pořízení prvního digitálního fotoaparátu. Fotografie samy o sobě vypadaly většinou slušně. Stačila však menší úprava v nějakém fotografickém editoru a již se začaly dít věci. Nebe začalo flekatět, na tvářích se objevovaly fleky, které nešly snadno vyretušovat, apod. Tohle jsem z dob filmu vůbec neznal.

S příchodem mé první digitální zrcadlovky a rychlejšího počítače se však situace změnila k lepšímu. Přešel jsem téměř výhradně na formát RAW a začal využívat všech jeho výhod. Zejména pak velký rozsah světel a stínů a počet barev se hodil. Programy pro úpravy RAWů totiž dokáži s velkou hloubkou barev vcelku slušně pracovat. Vytáhnou z fotografie detaily, o kterých mnohdy nemáte ani tušení, že ve fotografii jsou.

Závěrem

Nedělám si iluze, že s termíny barevná hloubka či hloubka barev se většina dnešních fotografů nesetká. Pokud už náhodou ano, většinou nad těmito termíny mávnou rukou a v klidu je nechají plavat. Myslí si totiž, že s tím se nemá cenu vůbec zabývat. No a vlastně mají pravdu. Barevný rozsah JPEG souborů je dostatečný pro menší grafické úpravy (někdy i pro ty větší). Navíc ani lidské okno není tento rozsah schopno plnohodnotně využít. Každopádně až se vám po úpravách fotografie stane, že vaše modrá obloha nějak „zflekatí“, už víte proč.

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.