ハイダイナミックレンジ写真
ハイ ダイナミック レンジ (HDR) 画像を使用すると、写真家は、カメラが 1 枚の写真でキャプチャできるよりも広い範囲の色調の詳細を記録できます。これにより、純粋に技術的な理由で以前は回避できた可能性のあるまったく新しい照明の可能性が開かれます。 Photoshop の新しい「HDR へのマージ」機能は、一連のブラケット露光を 1 つの画像に結合することでこれを実現します。この画像は、シリーズ全体の色調の詳細を網羅しています。
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上の画像は Kyle Kruchock の厚意によるものです (大幅に変更されていますが)。
ただし、無料のランチはありません。トーンの範囲を広げようとすると、必然的に一部のトーンのコントラストが低下します。 HDR ソフトウェアの使用法を学ぶと、トリッキーな照明の下でダイナミック レンジを最大限に活用することができますが、このトレードオフとコントラストのバランスをとることもできます。
動機:ダイナミックレンジのジレンマ
デジタル センサーの解像度が次第に高くなり、それによってピクセル サイズが次第に小さくなるにつれて、メリットのない画像の品質の 1 つがダイナミック レンジです。これは、8 メガピクセル以上の最新のコンパクト カメラで特に顕著です。これらのカメラは、これまで以上にハイライトの白飛びやノイズの多いシャドウのディテールの影響を受けやすいためです。さらに、一部のシーンには、現在のデジタル カメラ (あらゆる種類のデジタル カメラ) でキャプチャできる範囲よりも広い輝度範囲が含まれています。
「明るい面」は、ほぼすべてのカメラが実際に広大なダイナミックレンジをキャプチャできることです.1枚の写真ではありません.ほとんどのデジタル カメラは、シャッター スピードを変えるだけで、取り込む光の量を 50,000 倍以上変えることができます。ハイ ダイナミック レンジ イメージングは、この特性を利用して、複数の露出で構成された画像を作成します。
HDR 画像を使用する場合
HDR は、段階的ニュートラル デンシティ (GND) フィルターを使用してシーンの明るさの分布を簡単にブレンドできない場合にのみ使用してください。これは、ローカル コントラストを維持しながら、GND フィルターがダイナミック レンジを拡張するためです。 GND フィルターに最適なシーンは、風景写真における暗い土地から明るい空への線形混合など、単純な照明ジオメトリを持つシーンです。
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| GND フィルター | 最終結果 |
対照的に、GND フィルターを使用して輝度分布を簡単にブレンドできなくなったシーンは、以下に示す出入り口のシーンです。
上記のシーンには、エッジに急激な遷移がある約 3 つのトーン領域が含まれていることに注意してください。したがって、カスタムメイドの GND フィルターが必要です。これを直接見ると、明るさの変化に目が順応するため、出入り口の内側と外側の両方の詳細を識別することができます。このチュートリアルでは、HDR を使用してより適切に概算することに焦点を当てています。 自分の目で見るもの。
HDR ファイルの内部構造
Photoshop は、ブラケットされた各画像の EXIF 情報を使用して HDR ファイルを作成し、シャッター速度、絞り、および ISO 設定を決定します。これにより、Photoshop は、各画像領域から実際にどれだけの光が発生したかを知ることができます。この光は強度が大きく異なる可能性があるため、Photoshop は各カラー チャネルを表すために 32 ビットを使用して HDR ファイルを作成します (通常の 16 ビットまたは 8 ビットではなく、「ビット深度について」を参照してください)。
HDR ファイルはこれらの余分なビットを使用して、画像のニーズに合わせて調整できる比較的自由度の高い明るさスケールを作成します。ただし、重要な利点は、これらの余分なビットが、一般的な 8 ビットまたは 16 ビット イメージ (これ以降、「ロー ダイナミック レンジ」または LDR イメージと呼びます) よりも効率的に使用されることです。
32 ビット HDR ファイル形式は、そのビットを使用して浮動小数点数を指定するため、より広いダイナミック レンジを記録できます 、指数表記とも呼ばれます。浮動小数点数は、0 ～ 255 (8 ビットの場合) または 0 ～ 65535 (16 ビットの場合) の通常の整数とは対照的に、1 ～ 10 の 10 進数に 5.467x10 などの 10 の累乗を掛けたもので構成されます。少し）。このようにして、画像ファイルは単純に 4.3x として 4,300,000,000 の明るさを指定できます。 10、これは 32 ビット整数でも大きすぎます。
確かに、浮動小数点表記の方が簡潔に見えますが、これがコンピューターにどのように役立つのでしょうか?ビットを追加し続けて連続的に大きな数値を指定し、ダイナミック レンジを広げてみませんか?利益率が下がる問題です。通常の LDR ファイルにより多くのビットが追加されると、ダイナミック レンジを拡張するためではなく、色をより正確に指定するために指数関数的に大きな部分が使用されます。これにより、明るいトーンよりも暗いトーンを説明するために、はるかに多くのビットが使用されます:
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| 実際の明るさ* → |
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| LDR ビットの間隔が徐々に狭くなる → |
※デジタルカメラで計測。このトピックの詳細については、ガンマ補正に関するチュートリアルを参照してください。上記の表現は定性的なものです。より暗い値のより狭い間隔のビットは、ガンマ エンコードの結果です。これは、通常の画像では非常に有益であり、ダイナミック レンジの拡大にも役立ちますが、ビット深度が増加するにつれて次第に効率が低下します。
HDR ファイルは、被写体の実際の明るさに比例する色調値を使用することで、この LDR のジレンマを回避します。これにより、ダイナミック レンジ全体でビットが均等に配置され、ビット効率が向上します。また、2.576x10 や 8.924x10 などの数値は、2 番目の数値が 100 万倍以上大きいにもかかわらず、それぞれ同じ有効数字 (4) を持つため、浮動小数点数はすべてのトーンが同じ相対精度で記録されることを保証します。
注:高ビット深度の画像を使用しても、必ずしも画像に多くの色が含まれているとは限らないのと同様に、実際の主題にも存在しない限り、HDR ファイルはより広いダイナミック レンジを保証しません。
HDR フォーマットによって提供されるこれらの余分なビットはすべて優れており、事実上、ほぼ無限の明るさの範囲を記録できます。ただし、コンピューターのディスプレイと印刷物は、固定された狭い範囲しか表示できません。したがって、このチュートリアルでは、32 ビット HDR ファイルの作成だけでなく、これらをコンピューターで表示できる画像に変換したり、写真プリントとして見栄えのする画像に変換したりすることにも焦点を当てています。この変換ステップは、一般に「トーン マッピング」と呼ばれます。 ."
フィールドでの準備
HDR 画像を作成するには、同じ位置で一連の露出をキャプチャする必要があるため、頑丈な三脚が不可欠です。 Photoshop には、ショット間でカメラが移動した可能性がある場合に画像の位置合わせを試みる機能がありますが、これに依存しない場合に最良の結果が得られます。
少なくとも 3 回は撮影してください ただし、最適な精度を得るには 5 つ以上にすることをお勧めします。露出が多いほど、HDR アルゴリズムは、カメラが光をデジタル値 (別名、デジタル センサーの応答曲線) に変換する方法をより正確に近似できるようになり、より均一な色調分布が作成されます。出入り口の例は、前に示した 2 つに加えて、いくつかの中間露出に最適です。
これらの露出の最も暗い部分には、詳細をキャプチャしたい領域に白飛びしたハイライトが含まれていないことが不可欠です。最も明るい露出では、画像の最も暗い領域が十分な明るさで表示され、比較的ノイズがなく、はっきりと見えるはずです。各露出は 1 ～ 2 ストップで区切る必要があり、これらは理想的にはシャッター スピード (絞りや ISO スピードとは対照的に) を変えることによって設定されます。各「ストップ」は、キャプチャされた光の 2 倍 (+1 ストップ) または半分 (-1 ストップ) を指すことを思い出してください。
また、HDR 画像のもう 1 つの欠点にも注意してください。いくつかの別々の露出が必要なため、比較的静的な被写体が必要です。したがって、前の海の夕日の例は、各露光間で波が大幅に移動するため、HDR 技術には適していません。
Photoshop で 32 ビット HDR ファイルを作成する
ここでは、Adobe Photoshop を使用して一連の露出を 1 つの画像に変換します。この画像は、トーン マッピングを使用して、目で見えるものに近づけます。まず、すべての露出を 1 つの 32 ビット HDR ファイルに結合する必要があります:
HDR ツールを開き ([ファイル]> [自動化]> [HDR に結合...])、すべての写真を露出シーケンスで読み込みます。この例では、前のセクションで示した 4 つの画像になります。画像が安定した三脚で撮影されていない場合、この手順で [ソース画像の自動位置合わせを試行] をオンにする必要がある場合があります (処理時間が大幅に長くなります)。 [OK] を押すと、すぐに「Computing Camera Response Curves」というメッセージが表示されます。
コンピュータが処理を停止すると、それらのヒストグラムを組み合わせたウィンドウが表示されます。 Photoshop は白色点を推定しましたが、この値はしばしばハイライトをクリップします。すべてのハイライトの詳細を表示するには、ホワイト ポイント スライダをヒストグラム ピークの右端に移動することをお勧めします。この値はプレビューのみを目的としており、後でより正確に設定する必要があります。 [OK] を押すと、必要に応じて保存できる 32 ビット HDR 画像が残ります。画像がまだかなり暗く見えることに注意してください。 16 ビットまたは 8 ビットの画像に (トーン マッピングを使用して) 変換されて初めて、目的の結果により近いものに見えるようになります。
この段階では、32 ビット HDR ファイルに適用できる画像処理関数はほとんどないため、アーカイブ目的以外にはほとんど役に立ちません。使用可能な機能の 1 つに露出調整があります ([イメージ]> [調整]> [露出])。露出を調整して、隠れたハイライトやシャドウの詳細を明らかにすることをお勧めします。
Photoshop で HDR トーン マッピングを使用する
ここでは、Adobe Photoshop を使用して、トーン マッピングを使用して 32 ビットの HDR イメージを 16 ビットまたは 8 ビットの LDR ファイルに変換します。これには、写真内の主題と明るさの分布に応じて、色調マッピングのタイプに関する解釈上の決定が必要です。
通常の 16 ビット イメージに変換すると ([イメージ]> [モード]> [16 ビット/チャネル...])、HDR 変換ツールが表示されます。トーン マッピング方法は、次の 4 つの方法のいずれかを使用します。
| 露出とガンマ | この方法では、露出とガンマを手動で調整できます。これは、それぞれ明るさとコントラストの調整に相当します。 |
|---|---|
| ハイライト圧縮 | この方法にはオプションがなく、カスタム トーン カーブを適用します。これにより、ハイライト コントラストが大幅に低下し、画像の残りの部分が明るくなり、コントラストが復元されます。 |
| ヒストグラムを均一化 | このメソッドは、HDR ヒストグラムを通常の 16 ビットまたは 8 ビット イメージのコントラスト範囲に再分配しようとします。これは、ヒストグラムがより均一になるようにヒストグラムのピークを広げるカスタム トーン カーブを使用します。一般に、間にピクセルがなく、比較的狭いピークがいくつかある画像ヒストグラムに最適です。 |
| 地域適応 | これは最も柔軟な方法であり、おそらく写真家にとって最も有用な方法です。他の 3 つの方法とは異なり、この方法では、ピクセルごとに領域を明るくまたは暗くする量を変更します (ローカル コントラスト強調と同様)。これには、画像のコントラストが高いと思わせる効果があります。これは、コントラストのない HDR 画像ではしばしば重要です。この方法では、トーン カーブを画像に合わせて変更することもできます。 |
上記の方法のいずれかを使用する前に、まずイメージ ヒストグラム スライダーで黒点と白点を設定することをお勧めします (この概念の背景については、「Photoshop でのレベルの使用」を参照してください)。 [トーニング カーブとヒストグラム] の横にある二重矢印をクリックして、画像のヒストグラムとスライダーを表示します。
このチュートリアルの残りの部分では、「ローカル適応」方法に関連する設定に焦点を当てます。これはおそらく最も使用され、最大限の柔軟性を提供するためです。
コンセプト:色調階層と画像コントラスト
他の 3 つの変換方法とは対照的に、局所適応方法は必ずしもトーンの全体的な階層を保持するわけではありません。単一の色調曲線だけでなく、周囲のピクセル値にも基づいてピクセル強度を変換します。これは、トーン カーブを使用する場合とは異なり、ヒストグラムのトーンが引き伸ばされたり圧縮されたりするだけでなく、位置が交差する可能性があることを意味します。視覚的には、これは、最初は他の部分よりも暗かった主題の一部が、後で同じ明るさを獲得するか、他の部分よりも明るくなる可能性があることを意味します.
上記の例では、前景の海の泡と岩の反射が実際には遠くの海面よりも暗いですが、最終的なイメージでは遠くの海がより暗くレンダリングされます。 ここでの重要な概念は、大きな画像領域では目は明るさの変化 (明るい空を見上げるなど) に順応しますが、狭い距離では目は順応しないということです .この視覚特性を模倣することは、局所適応法の目標と考えることができます。特に、上の海の夕日の単純な垂直ブレンドよりも複雑な輝度分布の場合.
より複雑な輝度分布の例を、3 つの像の画像について以下に示します。画像距離が長い場合のコントラストをグローバル コントラストと呼び、画像距離が短い場合のコントラストの変化をローカル コントラストと呼びます。ローカル アダプテーション メソッドは、グローバル コントラストを減少させながら、ローカル コントラストを維持しようとします (海の夕日の例で実行されたものと同様です)。
元の画像
高いグローバル コントラスト低いローカル コントラスト
低いグローバル コントラスト高いローカル コントラスト
上記の例は、ローカル コントラストとグローバル コントラストが画像に与える影響を視覚的に示しています。全体的なコントラストが高い場合、明るい部分と暗い部分の大規模な (全体的な) パッチがどのように誇張されているかに注意してください。逆に、全体的なコントラストが低い場合、彫像の顔の正面は側面と実質的に同じ明るさになります。
すべての色調領域がはっきりと見えるため、元の画像はきれいに見え、3 次元の外観を与えるのに十分なコントラストで表示されます。ここで、HDR 変換の理想的な候補となる中央の画像から始めたとします。ローカル アダプテーションを使用したトーン マッピングは、グローバル コントラストを減少させながらローカル コントラストを保持するため (したがって、最も暗い領域と最も明るい領域のテクスチャを保持するため)、右端の画像に似た画像を生成する可能性があります (ただし、誇張されているわけではありません)。
ローカル適応を使用した HDR 変換
ローカル コントラストとグローバル コントラストを区別する距離は、半径の値を使用して設定されます。半径としきい値は、ローカル コントラスト強調に使用されるアンシャープ マスクの設定に似ています。しきい値を高くすると、局所的なコントラストが改善されますが、ハロー アーティファクトが発生するリスクもあります。半径が小さすぎると、イメージが色あせて見える可能性があります。理想的な組み合わせは画像の内容によって異なるため、任意の画像について、これらのそれぞれを調整して効果を確認することをお勧めします。
半径としきい値に加えて、ほとんどの場合、イメージはトーン カーブの調整を必要とします。この手法は、Photoshop の曲線のチュートリアルで説明されているものと同じであり、ほとんどの場合、曲線の傾斜を小さく徐々に変化させることが理想的です。この曲線は、以下の出入口の例で示され、最終結果が得られます。
Photoshop CS2+ ツール
最終結果局所適応法を使用
8 ビットまたは 16 ビットに変換された HDR 画像は、色の精度を向上させるために修正が必要になることがよくあります。レベルと彩度を微妙に使用することで、画像の問題領域を大幅に改善できます。一般に、コントラストが増加した領域 (色調曲線の傾きが大きい領域) では彩度が増加しますが、コントラストが減少すると逆になります。彩度の変更は、シャドウを明るくするときに望ましい場合がありますが、他のほとんどの場合は避ける必要があります。
局所適応法の主な問題は、入射光と反射光を区別できないことです。その結果、自然に白いテクスチャが不必要に暗くなり、暗いテクスチャが明るくなる可能性があります。この影響を最小限に抑えるために、半径としきい値の設定を選択するときは、この点に注意してください。
ヒント:HDR を使用してシャドウ ノイズを低減する
シーンがより大きなダイナミック レンジを必要としない場合でも、シャドウ ノイズの減少という副次的な利点により、最終的な写真は改善される可能性があります。デジタル画像では、明るい色調よりも影の部分に常にノイズが多いことに気付きましたか?これは、画像がより多くの光信号を収集した場合、画像の信号対ノイズ比が高くなるためです。適切に露出された画像と露出過度の画像を組み合わせることで、これを利用できます。 Photoshop は、特定のトーンを表現するために常に最も露光量の多い画像を使用します。これにより、シャドウの細部により多くの光が集まります (ただし、露出オーバーになることはありません)。
推奨事項
HDR 画像は、特にデジタル写真の分野では非常に新しいものであることに注意してください。したがって、既存のツールは大幅に改善される可能性があります。現在、すべての HDR 画像を画面上または印刷物で見栄えのするものに変換する自動化されたプロセスはありません。 そのため、適切な HDR 変換を行うには、現実的で満足のいく最終的な最終画像を実現するために、かなりの作業と実験が必要です。
さらに、正しく変換されていない、または難しい HDR 画像は、変換後に色あせて見える場合があります。最初の修正手順として変換設定を再調査することをお勧めしますが、ローカル コントラスト強化による修正により結果が改善される場合があります。
すべての新しいツールと同様に、使いすぎないように注意してください。画像の元の色調階層に違反する場合は注意してください。深い影が明るい空のように明るくなるとは思わないでください。出入り口の例では、太陽に照らされた建物と空が最も明るいオブジェクトであり、最終的な画像でもそのままでした。 HDR 効果をやりすぎると、画像のリアルさが失われやすくなります。さらに、HDR は必要な場合にのみ使用してください。最初から適切な照明を使用することで、常に最良の結果を得ることができます。