Как работает автоматическое программное обеспечение HDR?

Question

HDR-изображение - это комбинированное изображение с разной экспозицией, которое дает хорошую детализацию объекта на фотографии. Как программное обеспечение HDR знает, какую часть изображений смешивать?

Вручную мы знаем по изображению, какая часть должна быть получена от какой экспозиции, но действительно ли эти программы просто показывают составное изображение со средней экспозицией из всех различных экспонированных изображений?

Я спрашиваю об этом, потому что я использую LuminanceHDR для создания HDR-изображений, и результаты кажутся очень плохими. Это помогло бы мне понять, что программное обеспечение может делать автоматически и где нужен человеческий глаз.

Answer 1

Существует два различных этапа создания изображений, которые часто помечаются как «HDR»:

• Смешивание экспозиции: объединение нескольких изображений с низким динамическим диапазоном в одно изображение с более высоким динамическим диапазоном.

• Tonemapping: обработка изображения с высоким динамическим диапазоном в изображение с низким динамическим диапазоном, подходящее для просмотра на стандартном оборудовании [с низким динамическим диапазоном] (например, обычные компьютерные мониторы).

Существует несколько способов выполнить первый шаг, но в основном вам необходимо оценить разницу в экспозиции для всех изображений. Это позволяет вам взять значение пикселя с любого изображения и преобразовать его в согласованное значение в вашем конечном изображении. Например, если у вас есть две экспозиции, которые расположены на расстоянии 3 ступени, умножение значений на более темном изображении на 8 даст значения, соответствующие более яркому изображению (3 ступени означают три удвоения яркости или 8x).

Простая стратегия смешивания экспозиции может заключаться в том, чтобы брать значения пикселей с самого яркого изображения, если только значения не становятся близкими к передержке, в этом случае вы переключаетесь на следующее самое яркое изображение и так далее, пока все пиксели не будут преобразованы. Большая часть программного обеспечения будет использовать более сложный метод, возможно, с использованием взвешенной комбинации значений от близких воздействий, чтобы минимизировать шум и разрывы. Обратите внимание, что может быть невозможным простое мультипликативное преобразование между изображениями (из-за нелинейного отклика датчика камеры или нелинейных кривых тона), которое усложняет преобразование, также может потребоваться некоторое выравнивание изображений.

Ключевым моментом является то, что часть смешивания экспозиции не субъективна, должен быть один правильный способ смешать изображения вместе. Проблема в том, что вам потребуется монитор с большим динамическим диапазоном, чтобы оценить изображение с большим динамическим диапазоном. Если вы просто уменьшите значения до соответствия стандартному дисплею, вы получите очень плоское изображение, так как между соседними тонами будет небольшой контраст.

http://www.mattgrum.com/photo_se/hdr2/linear.jpg

Изображение выше было получено путем смешивания трех экспозиций, а затем масштабирования значений глобально линейным способом. Как вы можете видеть, на изображении нет чрезмерной или недостаточной экспозиции, даже на ярком небе, а тени колонн сохраняются. Однако в целом изображение выглядит скучно.

Вот здесь и появляется тон-карта. Он сжимает динамический диапазон, чтобы адаптировать его к локально-адаптивному типу, принимая во внимание содержание изображения, чтобы максимизировать контрастность локально и сохранить детализацию. Это субъективная часть, так как существует множество способов уменьшения динамического диапазона. Это также самая трудная часть для правильной настройки, так как если вы слишком сильно измените контраст на слишком маленькой области, вы получите артефакты, такие как ореолы вокруг краев, которые высмеиваются критиками изображений HDR.

http://www.mattgrum.com/photo_se/hdr2/triple_exposure.jpg

Вот то же изображение после тонального отображения, контраст был повышен в более темных областях, чтобы сделать большинство ваших мониторов ограниченным динамическим диапазоном, чтобы показать детализацию и текстуру.

Это изображение потребовало много доработок, и я все еще не доволен результатом. Проблема с тональным отображением заключается в том, что очень легко протолкнуть его слишком далеко и в конечном итоге получить огромное количество контраста локально и очень мало в глобальном масштабе, то есть изображение очень текстурированное, но имеет небольшую общую структуру. Большая часть программного обеспечения имеет своего рода настройку радиуса локальных настроек: чем меньше радиус, тем выше вероятность получения поддельного результата. Насыщенность цвета может пострадать, и ее также следует царить осторожно.

обратите внимание, что есть такие программы, как Enfuse, которые смешивают изображения непосредственно с изображением с низким динамическим диапазоном, устраняя необходимость в двух шагах. Я не использовал ни одной такой программы, поэтому не могу рассказать вам, как они работают!

Answer 2

Существует простой рабочий процесс HDR:

1. Снимайте изображения с ручной экспозицией, изменяя только время экспозиции .

2. Если изображения в линейном формате RAW, вам пора. Если изображения в формате JPEG, вам потребуется дополнительная обработка, чтобы отменить нелинейную обработку, выполненную камерой, а именно - преобразовать цвета из sRGB в линейный RGB - это включает применение обратной гамма-кривой.

3. Преобразование всех изображений в формат с плавающей запятой (т. Е. Значения пикселей в интервале 0,0-1,0 вместо 0-255).

4. Разделите каждое изображение на время его экспозиции (т.е. разделите значение пикселя на 4, если время экспозиции изображения было 4 с).

5. Объедините все изображения вместе (каждое значение пикселя является средним значением соответствующих значений пикселей из всех изображений).

6. Глобальное отображение тонов: примените кривую так, чтобы большинство деталей было видно при преобразовании изображения HDR обратно в традиционный формат 8 бит на пиксель. Хороший тип кривой - это логарифмическая кривая, которая подавляет яркие тона в пользу темных и средних тонов. Вот как наш глаз воспринимает свет - логарифмически, а не линейно, как датчик CCD.

7. Локальное тональное отображение: вместо 6. вы можете применить специальные операторы тонального отображения для ослабления контраста в изображении, чтобы при преобразовании в 8 бит высококонтрастные детали (например, облака и крыша) не вызывали подавление низкоконтрастных объектов (например, текстуры в тени)

8. Преобразование всех изображений обратно в 8-битный RGB (или 16-битный, если хотите). Это делается простым линейным отображением интервала 0.0-1.0 обратно в 0-255.

Существует множество дополнительных шагов и деталей, которые программное обеспечение HDR делает для вас, например, распознавание переэкспонированных / недоэкспонированных пикселей, которые не несут полезной информации и могут испортить внешний вид конечного изображения HDR из-за шага 4.

Другой, более простой рабочий процесс HDR - это просто объединить все изображения вместе, как слои в фотошопе. Специальный механизм смешивания, называемый слияние экспозиции , создает конечное изображение как средневзвешенное значение входных изображений, но это достигается путем взвешивания каждого пикселя в соответствии с его насыщенностью, контрастностью и "хорошей экспозицией". Смешивание выполняется в нескольких частотных диапазонах, чтобы объединить как мелкие детали, так и большие функции.