Dynamický rozsah

Dynamický rozsah scény a fotoaparátu

Již několikrát jsem v předchozích článcích zmiňoval pojem dynamický rozsah. Jedná se o maximální rozsah jasů ve fotografované scéně, nebo v možnosti fotocitlivých buněk na senzoru. Z toho plyne, že dynamické rozsahy jsou vlastně ve skutečnosti rovnou dva.

Malý dynamický rozsah čipu
Vysoce kontrastní scéna, kdy byla expozice měřená na mraky. Dynamický rozsah senzoru nezvládá pojmout celý rozsah scény a proto zde téměř nejsou střední tóny.

Dynamický rozsah scény

Někdy také označovaný jako kontrast scény označuje nejvyšší rozdíl jasů ve scéně. Např. pokud budete fotit bílou zeď na balkónu, bude dynamický rozsah scény malý, protože rozsah jasů a stínů bude minimální. Jakmile však ze stejného balkónu za slunečného počasí budete fotit okolní krajinu, rozsah jasů a stínů bude obrovský. Na jedné straně rozsahu scény budou keře, které vytváří hluboké stíny. Na straně druhé pak samotné slunce, které je zdrojem silného světla a jasové složky ve scéně.

Ve fotografii se tento rozsah označuje jednotkou EV. Více o EV (hodnota expozice) v článku na WikipediiExterní odkaz.

Dynamický rozsah senzoru ve fotoaparátu

Senzor ve fotoaparátu je vybaven velkým množstvím světlocitlivých buněk (to jsou všechny ty megapixely, kterými se chlubí výrobci foto techniky).

Full-frame senzor fotoaparátu Nikon D800
Full-frame senzor fotoaparátu Nikon D800

Tyto buňky však trpí jistým neduhem. Pokud na ně dopadá příliš malé množství světla, tak se na nich nevybudí žádný signál. Buňka se jeví, jako nefunkční. Resp. jako když fotíte tmu. Může nastat ještě opačná situace. Pokud na tuto buňku přijde více světla, než ona dokáže zpracovat, ta není schopna vygenerovat větší signál než maximální. Rozsahu mezi tím se říká dynamický rozsah senzoru.

Expoziční časclona pak pomáhá na tyto fotocitlivé buňky dostat přesně tolik světla, kolik je potřeba. Tedy tolik, aby se dynamický rozsah scény vešel do dynamického rozsahu senzoru.

Tonální rozsah

Kromě dynamického rozsahu je tu však ještě jeden rozsah a to tonální rozsah.

Tonální rozsah je množství tónů, které vyplňují dynamický rozsah. Je-li tonální rozsah malý, tak barvy uvnitř dynamického rozsahu „skáčou“. Pokud je však dostatečně velký, barvy jsou jemné a přechody mezi nimi plynulé.

Tonální rozsah snímacího senzoru je dán použitým A/D převodníkem a jeho barevnou hloubkou měřenou v bitech na kanál.

Tonální rozsah fotografie je sice určen tonálním rozsahem senzoru, ale kromě něho také způsobem zpracování a uložením snímku. Plný tonální rozsah je schopen fotoaparát zachovat jen při použití formátu RAW. U JPEG snímků je tonální rozsah nastaven na maximálních 8 bitů na kanál. Více o těchto bitech v článku barevná hloubka.

Problém s dynamickým rozsahem

V praxi mohou nastat celkem 3 stavy. Dynamický rozsah scény:

  • se těsně vejde do dynamického rozsahu senzoru,
  • je výrazně menší než dynamický rozsah senzoru,
  • je výrazně větší než dynamický rozsah senzoru.

V prvním případě se vůbec nic neděje. To je vlastně ideální stav. V obraze se nachází jak tmavé, tak i světlé části a samozřejmě dostatek signálů mezi nimi. Jestli tomu tak opravdu je se snadno dozvíte z histogramu. Neměl by totiž obsahovat žádné špičky ve své levé i pravé čísti. Podobně, jak je tomu na obrázku níže.

Dynamický rozsah čipu je plně využit.
Histogram a rozložení jednotlivých jasů na fotografii. Jak je vidět, tak dynamický rozsah senzoru je maximálně využit a nikde nejsou žádné „díry“.

V druhém případě dochází k tomu, že fotografovaná scéna má velice malý dynamický rozsah. Její kontrast je pak velice nízký. Někdy to bývá záměr, jindy je to na škodu. Situace se pak dá alespoň trochu změnit vhodným nastavením fotoaparátu. Zda bude fotografie kontrastní či nikoliv opět snadno zjistíte z histogramu. Vypadá podobně, jako ten níže.

Histogram - malý kontrast

Poslední případ je ze všech nejhorší. Dochází v něm k tomu, že tmavá místa jsou natolik temná, že nedokážou vybudit signál na fotocitlivé buňce. Na fotografii pak vzniknou naprosto černá místa. Zároveň dochází k přeexponování buněk vlivem velkého množství světla. To má za následek buď přepálenou červenou, zelenou či modrou barvu. Pokud budou takto postižené i okolní buňky tvořící jeden pixel, vznikne tzv. přepálená bílá. To je vlastně čistě bílá barva. I tento stav lze poznat z histogramu.

Histogram - velký kontrast

Formát RAW a dynamický rozsah

Datový formát RAW, oproti obrazovému formátu JPEG, pracuje s větší bitovou hloubkou na kanál. To znamená, že teoreticky může pracovat s větším množstvím barev, resp. s větším rozsahem stínů a světel. Vše však záleží na celkovém dynamickém rozsahu senzoru. Vyskytují se však i takové fotoaparáty, jejiž senzor má tak malý dynamický rozsah, že vám žádný formát RAW nepomůže. V dnešní době (duben 2016) však existují fotoaparáty, které mají dynamický rozsah až 15 EV! A to už je opravdu mnoho.

Dynamický rozsah v EV jednotkách v praxi

Scéna či použité zařízení Dynamický rozsah v EV jednotkách
Lidské oko bez adaptace kolem 15 EV
Lidské oko s adaptací až 30 EV
Jasný slunečný den až 15 EV
Zamračený den kolem 4 EV
Černobílý negativní film 10 EV
Běžné digitální fotoaparáty přibližně 8 EV

Opakování je matka moudrosti, takže více o jednotce EV se dozvíte v článku na WikipediiExterní odkaz.

Osobní zkušenost

Dynamický rozsah senzoru a scény jsem začal po prvé řešit při svém letitém focení zrcadlovkou Canon EOS 350D. Všechny mé předchozí digitální fotoaparáty jsem považoval za takové „dočasné řešení“ než se objeví pravá digitální zrcadlovka. Takže jsem jejich neduhy příliš nevnímal.

S příchodem této zrcadlovky jsem začal na scénu koukat trochu jiným pohledem. Brzy jsem zjistil, jaké jsou limity mé zrcadlovky. Kdy je třeba scéně trochu pomoci a kdy se ještě vejdu do dynamického rozsahu senzoru. Naučil jsem se také více pracovat s histogramem. Každopádně – jako vše je toto tak trochu o zkoušení, zjišťování a testování. Jenže tato aktivita dnešní lidi příliš nebaví a mnohdy to tak také vypadá, bohužel. 🙁

Závěrem

Dynamický rozsah senzoru svého fotoaparátu sice nemáte možnost ovlivnit. 🙁 Co však ovlivnit lze, je dynamický rozsah fotografované scény. To můžete udělat lehkou změnou scény. Počkáním na vhodnější chvíli (až se změní světla ve scéně). Ale částečně také nastavením fotoaparátu či použitím nejrůznějších filtrů. Vaším cílem je totiž získat fotografii, která nebude trpět zbytečnými černými místy nebo naopak bílými. 🙂

Po očku stále sledujte histogram, který vám je dobrým sluhou při kontrole rozsahu stínů a světel ve scéně.

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *