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.

24bitová hloubka barev s cca 65 tisíci barev | moje Tajemno
Ačkoliv je na obrázku výše použitá 24bitová 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 24bitový rozsah (cca 16 miliónů barev) se prostě zobrazuje špatně.

Termín barevná hloubka

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

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

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 i paměťové kartě.

Na snímcích výše můžete vidět rozdíl mezi 8bitovou a 24bitovou barevnou hloubkou. Pokud potřebujete, klikněte na horní část snímků pro jejich zvětšení. Fotografie sice neukazuje plný barevný rozsah od nejsvětlejších po nejtmavší odstíny, ale jako ukázka to dozajista stačí.

Další malý příklad a obejití problému s méně barvami

Vezmeme si obrázek výše vpravo. Jedná se o fotografii s 24bitovou barevnou hloubkou. Pokud ho převedeme na 8bitovou barevnou hloubku, dostaneme obrázek výše vlevo s celkem 256 barvami. To proto, že 8bitová 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 takový převedený obrázek vypadal je zobrazeno 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
8bitová hloubka barev s použitím ditheringu, pro zvětšení klikněte

Teď vezmeme obrázek o něco výše vlevo s pouhými 256 barvami. Zkusíme ho převést na 24bitový. 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. Převodem (24 bitů → 8 bitů) a následným převodem zpět se ztracené barvy již nevrátí.

Rozsah lidského oka

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

Kde se vzalo těch 16 miliónů? Ve fotografii se využívá celkem tří barevných kanálů. Konkrétně červeného, zeleného a modrého. V případě 8 bitů na kanál je pak maximální počet barev přibližně 16 miliónů. Více o těchto výpočtech dále v textu.

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 vyskytnout nepříjemná posterizace. Tu jste mohli vidět na jednom z obrázků obrázku výše (ten s 256 barvami). Jedná se přesně o ty jednobarevné fleky v obraze.

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

Barevná hloubka v číslech

V počítačové grafice se používají nejrůznější barevné hloubky. Pro fotografii však stačí pouze několik z nich. Vyšší barevná hloubka než 8 bitů na kanál souvisí hlavně se soubory RAW.

Barevná hloubka na kanálPočet barev na kanálCelkový počet barev
8256~ 16 miliónů
101024~ 1 miliarda
124096~ 68 miliard
1416384~ 4 398 miliard
1665536Hodně moc…
Barevné hloubka a množství barev, které je schopná zobrazit

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 = 8bitová hloubka na kanál × 3 barevné kanály.

V tabulce výše najdete hodnoty počtu barev na kanál. Nyní si představte, že fotografii v 8bivové barevné hloubce převedete na černobílou. Číselné hodnoty barev na kanál pak budou vyjadřovat počet odstínů, 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. V tu chvíli samozřejmě můžeme využít dithering, ale co si budeme povídat, není to nejvhodnější řešení. Jen to jen jakési obejití problému s nedostatkem barev k dispozici.

Barevná hloubka v dnešních fotoaparátech

Některé fotoaparáty nedokážou fotit do jiného formátu než JPEG. Z toho plyne, že tyto fotoaparáty nedokážou uložit více než 8bitovou 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 Wikipedii.

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 kompresi dat tyto soubory zabírají značné množství prostoru na paměťové kartě. Proto se formát TIFF takřka nepoužívá a nahradil ho surový datový soubor 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 dokážou pracovat s 10 až 14bitovou hloubkou barev na kanál. Tak tomu bylo alespoň 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 16bitová hloubka barev na kanál?

Může se zdát, že uložit fotku s 12bitovou hloubkou barev nebo dokonce 14bitovou, by mělo úplně bez problémů stačit. V praxi tomu vždy být nemusí a je třeba pracovat ve větším rozsahu. Samozřejmě, že ve většině případů 8bitový 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. Existují 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“). Pro případné zvětšení klikněte.

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 skála. To proto, že je dynamický rozsah u podobných scén prostě příliš velký pro většinu fotografických senzorů. Ty je bohužel nejsou schopny plnohodnotně zachytit a uložit všechny rozsahy světel a barev.

Proč se vlastně používá formát JPEG?

Z řádků výše se může zdát, že 8bitová 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 fotí ohromné množství lidí mobilním telefonem, tabletem a kompaktním fotoaparátem. 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 Instagram a Facebook.

Proto si myslím, že na drtivou většinu snímků tento rozsah bohatě stačí a není třeba vymýšlet něco nového. Koneckonců, kdyby tomu tak nebylo, výrobci techniky by již jistě s něčím přišli. Navíc, jak již bylo napsáno dříve, JPEG má výborný poměr kvalita / velikost. Tohoto poměru s formáty jako RAW a 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 ale 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 situace naštěstí 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 dokážou 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 a 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 e-mailová adresa nebude zveřejněna.