FotoScope.ru / Фототеория / Понять гистограмму

Понять гистограмму

27 декабря 2007
Это не перевод, а скорее, пересказ статьи, опубликованной на сайте http://www.dpreview.com.
Автор статьи — Michael Reichmann, фотографии в статье сделаны им же.



Возможно, самый полезный инструмент в цифровой фотографии — это гистограмма. И возможно — самый непонятный для многих. О чем же рассказывает гистограмма фотографу, и как лучше воспользоваться этой информацией?

Почти любая цифровая камера, от наипростейшей цифромыльницы до супернавороченной цифровой зеркалки может показывать гистограмму (иногда — для снимаемого сюжета, но чаще — для уже снятых кадров). Большинство камер показывают гистограмму на дисплее на тыльной стороне фотоаппарата.



Экспонометр 21-го века

Когда я провожу свои мастер-классы по съемке ландшафтов и дикой природы и я пользуюсь при этом цифровой зеркальной камерой, меня часто спрашивают, зачем я постоянно смотрю на дисплей камеры после сделанного снимка. Ответ – главным образом, чтобы посмотреть на гистограмму.

Понять гистограмму
In Bloom. Costa Rica — February, 2003.
Canon EOS 1Ds with 16-35mm f/2.8L lens @ 24mm. ISO 200


Понять гистограмму
Эта гистограмма демонстрирует почти идеальное распределение тонов, покрывающих примерно 4 «стопа» динамического диапазона камеры – от глубоких теней (в левой части графика) до коротких столбиков светлых светов (в правой части). Весь график располагается на пространстве примерно в 5 «стопов» динамического диапазона, который имеют сенсоры большинства цифровых камер.

Встроенный экспонометр камеры показывает, какая экспозиция нужна для того, чтобы хорошо получились средние тона (точнее говоря – чтобы хорошо получилась стандартная 18%-ная серая эталонная карта). Обычно камера замеряет освещенность разных участков снимаемой сцены и выбирает некоторое среднее значение. Иногда вы сами можете замерить освещенность в светах, в тенях и некоторых других областях снимаемого сюжета и затем решить, что вот такие-то установки (диафрагма+выдержка) дадут наилучшую компромиссную экспозицию для данного сюжета.

Эти установки (диафрагма+выдержка), как и любые другие значения, которые вы или ваша камера выбирает для съемки сюжета, всегда являются неким компромиссом. Для большинства реальных жизненных ситуаций не существует какой-то «идеальной экспозиции». Просто есть какой-то вариант, который наиболее удачно распределяет тона в пределах динамического диапазона сенсора камеры. Выражение «наиболее удачно» означает, что промежуточные тона (полусвета), которые будут видны на фотографии, разместятся примерно на одинаковом расстоянии от самых темных и самых светлых тонов.

А теперь немного отвлечемся, чтобы разобраться с понятием динамического диапазона.



Динамический диапазон

Сенсор цифровой камеры очень похож на цветную позитивную фотопленку (пленку для съемки слайдов), если говорить о его чувствительности к свету.

Как на позитивной пленке, если часть сенсора получит слишком много света, она станет пересвеченой, а если слишком мало – то останется слишком черной. Изображение будет различимым, только если количество света, попадающее на сенсор, будет лежать в пределах 5 «стопов» (F-stops).

Каждый «стоп» - это двойное (или половинное) количество света, падающее на пленку или на матрицу/сенсор.

Сенсор цифровой камеры в этом отношении очень похож на фотопленку и даже динамический диапазон у него такой же, как у слайдовой фотопленки – около 5 «стопов».

Полный диапазон яркостей в реальном мире составляет всего 10 стопов – от самого слабого света, при котором вы еще можете читать до ярчайшего песчаного пляжа или блестящего снега).

Понять гистограмму
Surf & Turf. Big Sur California — February, 2003
Canon EOS 1Ds with 135mm f/2.0L lens @ ISO 100


Будем говорить о изображениях, снимаемых и записываемых в 8-битном режиме – для простоты дальнейших вычислений. (Для 12-, 14- и 16-битных режимов все далее сказанное тоже верно, только цифры будут другими).

Так вот, у изображений, полученных в 8-битном режиме (это JPEG-режим в любой фотокамере), есть 256 дискретных уровней яркости от абсолютно черного (0) до абсолютно белого (255). 18% серого (на это значение настроены все экспонометры, в том числе и встроенные экспонометры фотокамер) имеет числовое значение около 128 – половина пути между черным и белым. Если подумать, то настройка экспонометра на 18% серый цвет вполне логична. Это означает, что если вы экспонируете среднестатистический сюжет, скажем что-нибудь типа сцены, где есть люди, деревья, трава и т.д., эти объекты будут экспонированы примерно по параметрам средней точки динамического диапазона камеры.

Почему за среднюю точку принимают 18% серого?

Потому что если объект будет экспонироваться слишком близко к любому из крайних значений, то мы попадем в те области, где у сенсора есть ограничения на запись изображений.

Если возьмем «среднюю освещенность» слишком близко к 0 (абсолютно черному) – и картинки вообще не будет видно или она будет очень темной и зашумленной.

Возьмем слишком близко к 255 (абсолютно белому) – и не будет ничего, кроме пересвеченых пикселей, из которых не получить никакой информации.



Гистограмма

Ну вот, мы добрались до гистограммы. Гистограмма – зто просто график, показывающий, где располагаются все уровни яркостей, которые содержит данный сюжет – от самого темного до самого яркого. Эти значения выстроены вдоль нижнего края графика слева (самые темные) направо (самые яркие). Высота каждой линии показывает, сколько в данном сюжете точек с таким-то уровнем яркости.

Понять гистограмму

Имейте в виду, что здесь довольно произвольно обозначены каждая из пяти зон (пяти «стопов»), составляющих динамический диапазон сенсора. Они обозначены как Темные тени / Тени / Средние / Света / Светлые света (в английском варианте - Very Dark / Dark / Medium / Light / Very Light).

Каждый из этих «1-стоповых» диапазонов содержит в себе всего лишь около 50 дискретных уровней яркости. (Вообще-то, 5х50=250, а не 256, но кто будет считать точно?) А если серьезно, то 4-5 самых левых точек (самых темных уровней) и 4-5 самых правых точек (самых светлых уровней) можно считать непригодными для формирования изображения. Они находятся слишком близко к краям.

Замечание. Это слишком упрощенная трактовка. Как дело обстоит в реальности подробно объясняется в статье «как получить наилучшее отношение сигнал / шум на цифровом снимке».

Понять гистограмму
Так выглядит дисплей на тыльной стороне камеры Canon 1Ds. На нем вы видите гистограмму некоего снимка. Вертикальные пунктирные линии на гистограмме показывают приблизительные границы 5 «стопов» из всего доступного камере динамического диапазона. Вы можете видеть по гистограмме, что этот кадр содержит большей частью тени и света, средних уровней яркости здесь мало.

Понять гистограмму
Scanning The Scene. Costa Rica — February, 2003

Итак, ситуация начинает проясняться. Гистограмма позволяет мгновенно оценить правильность экспозиции сделанного снимка (часть гистограммы не должна «уехать» за правый или левый край). Это особенно удобно, когда гистограмма отображается на дисплее одновременно с отснятым кадром.

Разберем несколько примеров.



Примеры

Еще раз напомню – за исключением гистограммы, которая слишком сдвинута вправо и слишком «вылезает» за правый край (переэкспонирована, пересвечена), нет в действительности такого понятия как «плохая» или «хорошая» гистограмма. Гистограмма просто показывает вам, как обстоит дело с освещенностью в кадре, а вы уже сами решаете, нужно ли предпринимать какие-то специальные действия или оставить все как есть.

Вот несколько примеров.

Понять гистограмму

Понять гистограмму

Здесь мы видим один и тот же сюжет, снятый дважды с разными экспозициями (с разницей примерно в три с половиной «стопа»). Оба снимка сделаны со значением диафрагмы f/9. Левый снимок сделан с выдержкой 1/2000 sec, правый – с выдержкой 1/200 sec. Гистограмма левого снимка «кучкуется» у темного края (изображение недоэкспонировано, слишком мало света попало на сенсор камеры). Гистограмма правого снимка «уехала» за светлый край (снимок переэкспонирован, слишком много света попало на сенсор камеры).

Динамический диапазон этого сюжета составляет около 8 «стопов». На сегодняшний день не существует такой цифровой камеры (и такой позитивной фотопленки тоже), которая могла бы при некой правильной экспозиции запечатлеть весь динамический диапазон этого сюжета. Поэтому вы сами должны решать, как поступить с этим пейзажем. Чтобы как-то запихнуть 8 «стопов» в динамический диапазон сенсора камеры (которая может охватить только 5 «стопов»), у вас есть такие варианты:
  • применить заполняющую вспышку для подсветки темного переднего плана
  • использовать градиентный нейтральный фильтр для притемнения заднего плана (неба и гор)
  • сделать несколько снимков с разной экспозицией и потом наложить их друг на друга в фотошопе
  • развернуться и уйти домой

Заполняющая вспышка в данном случае не помогла бы, так как объекты на переднем плане были слишком большими и находились слишком далеко.

У меня не было при себе градиентного нейтрального фильтра, а уходить домой у меня и в мыслях не было.

Вместо этого я сделал два снимка, которые вы видели выше (с разницей в экспозиции примерно в 3 с половиной «стопа») и дома наложил их друг на друга в программе обработки изображений.

Посмотрите на результат. Не бог весть что с художественной точки зрения, но зато прекрасно иллюстрирует тему.

Понять гистограмму

Понять гистограмму



«Гистограмма просто есть»

Как отмечалось ранее, за исключением может быть сильно пересвеченных светов (сильный «уход» гистограммы за правую границу), нет такого понятия, как «плохая» гистограмма. Гистограмма просто есть. И все.

Понять гистограмму

Понять гистограмму

Гистограмма этого снимка «в темном ключе» показывает, что почти все детали этого изображения лежат в темных областях. Только небольшая часть изображения относится к светлой луне (группа коротких штришков справа).

Так как темные участки не упираются в левую границу гистограммы, а светлые участки не упираются в правую границу, весь сюжет укладывается в динамический диапазон камеры и вполне может быть сфотографирован. Детали лунного диска – вот «изюминка» этого снимка.

Понять гистограмму

Понять гистограмму

В противоположность предыдущему примеру здесь мы видим изображение «в высоком ключе». Почти все значения, которые мы здесь наблюдаем, лежат в правой части гистограммы, в области светов. Именно там, где я и хотел их видеть, чтобы правильно передать белизну этого заснеженного пейзажа. Но так как гистограмма не «уехала» за правый край, я знаю, что никакие света на этом снимке не пересвечены.



Итог

Включите функцию отображения гистограммы в вашем фотоаппарате (желательно одновременно видеть и саму снятую картинку, и гистограмму). Заведите себе привычку бросать беглый взгляд на гистограмму после снимка.

Гистограмма — это величайшее изобретение после встроенного экспонометра.



    Понять гистограмму

    Понять гистограмму

Вернуться назад