FOTOGRAFIA AD ALTA GAMMA DINAMICA (HDR)

Le immagini ad alta gamma dinamica (HDR) permettono ai fotografi di registrare una gamma di dettaglio tonale maggiore di quella che una fotocamera potrebbe catturare in una singola foto. Questo apre un intero nuovo set di possibilità di illuminazione che si potrebbe aver precedentemente evitato — per motivi puramente tecnici. La nuova funzione unisci in HDR di Photoshop realizza questo combinando una serie di esposizioni bracketate in un'unica immagine, che comprende il dettaglio tonale dell'intera serie.

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Immagine sopra per gentile concessione di Kyle Kruchock (anche se in forma pesantemente modificata).

Non c'è pranzo gratis tuttavia; cercare di allargare la gamma tonale inevitabilmente verrà a spese di un contrasto diminuito in alcuni toni. Imparare a usare il software HDR può aiutarvi a ottenere il massimo dalla vostra gamma dinamica sotto illuminazione difficile — bilanciando ancora questo compromesso con il contrasto.

MOTIVAZIONE: IL DILEMMA DELLA GAMMA DINAMICA

Man mano che i sensori digitali raggiungono risoluzioni progressivamente più alte, e di conseguenza dimensioni di pixel successivamente più piccole, la qualità di un'immagine che non ne beneficia è la sua gamma dinamica. Questo è particolarmente evidente nelle fotocamere compatte moderne con 8 o più megapixel, poiché queste sono più suscettibili che mai a luci bruciate o dettaglio d'ombra rumoroso. Inoltre, alcune scene contengono semplicemente una gamma di luminosità maggiore di quella che può essere catturata dalle fotocamere digitali attuali — di qualsiasi tipo.

Il lato positivo è che quasi qualsiasi fotocamera può effettivamente catturare una vasta gamma dinamica — solo non in una singola foto. Variando solo la velocità dell'otturatore, la maggior parte delle fotocamere digitali può cambiare quanta luce fanno entrare di un fattore di 50.000 o più. L'imaging ad alta gamma dinamica utilizza questa caratteristica creando immagini composte da esposizioni multiple.

QUANDO USARE IMMAGINI HDR

Usate HDR solo quando la distribuzione di luminosità della scena non può essere facilmente fusa usando un filtro a densità neutra graduato (GND). Questo perché i filtri GND estendono la gamma dinamica mantenendo ancora il contrasto locale. Scene idealmente adatte per i filtri GND sono quelle con geometrie di illuminazione semplici, come la fusione lineare da terra più scura a cielo più luminoso nella fotografia di paesaggio:

Filtro GND	Risultato Finale

Al contrario, una scena la cui distribuzione di luminosità non è più facilmente fusa usando un filtro GND è la scena della porta mostrata sotto.

Notate che la scena sopra contiene approssimativamente tre regioni tonali con transizioni brusche ai loro bordi — richiedendo quindi un filtro GND personalizzato. Se guardassimo questo di persona, saremmo in grado di discernere dettagli sia dentro che fuori la porta, perché i nostri occhi si adatterebbero alla luminosità che cambia. Questo tutorial si concentra sull'uso dell'HDR per approssimare meglio ciò che vedremmo con i nostri occhi.

FUNZIONAMENTO INTERNO DI UN FILE HDR

Photoshop crea un file HDR usando le informazioni EXIF da ciascuna delle vostre immagini bracketate per determinare la loro velocità otturatore, apertura e impostazioni ISO. Questo dice a Photoshop quanta luce è effettivamente venuta da ogni regione dell'immagine. Poiché questa luce può variare grandemente nella sua intensità, Photoshop crea il file HDR usando 32 bit per descrivere ogni canale colore (a differenza dei soliti 16 o 8 bit; vedi Capire la Profondità di Bit).

I file HDR usano questi bit extra per creare una scala di luminosità relativamente aperta, che può adattarsi alle esigenze della vostra immagine. Tuttavia, il vantaggio chiave è che questi bit extra sono anche usati più efficientemente delle tipiche immagini a 8 o 16 bit (che da qui in poi ci riferiremo come immagini a bassa gamma dinamica o LDR).

Il formato file HDR a 32 bit è in grado di registrare una gamma dinamica maggiore perché usa i suoi bit per specificare numeri a virgola mobile, anche notati come notazione esponenziale. Un numero a virgola mobile è composto da un numero decimale tra 1 e 10 moltiplicato per qualche potenza di 10, come 5,467x10, a differenza dei soliti interi 0-255 (per 8 bit) o 0-65535 (per 16 bit). In questo modo, un file immagine può specificare una luminosità di 4.300.000.000 semplicemente come 4,3x10, che sarebbe troppo grande anche con interi a 32 bit.

OK, la notazione a virgola mobile sembra certamente più concisa, ma come aiuta un computer? Perché non continuare ad aggiungere bit per specificare numeri sucessivamente più grandi, e quindi una gamma dinamica più grande? È un problema di rendimenti decrescenti. Man mano che più bit vengono aggiunti ai file LDR ordinari, una frazione esponenzialmente maggiore viene usata solo per specificare il colore più precisamente — non per estendere la gamma dinamica. Questo risulta in molti più bit usati per descrivere i toni scuri che quelli chiari:

Luminosità Reale* →

Bit LDR Diventano Progressivamente Più Radi →

*Come misurato da una fotocamera digitale. Vedi il tutorial sulla correzione gamma per più su questo argomento. La rappresentazione sopra è qualitativa. I bit più strettamente spaziati per valori più scuri è risultato della gamma-codifica. Questo è di grande beneficio con immagini ordinarie e può persino aiutare ad aumentare la gamma dinamica, ma diventa progressivamente più inefficiente man mano che la profondità di bit aumenta.

I file HDR aggirano questo dilemma LDR usando valori tonali che sono proporzionali alla luminosità reale del soggetto. Questo causa bit equidistanti attraverso la gamma dinamica — permettendo una maggiore efficienza dei bit. I numeri a virgola mobile assicurano anche che tutti i toni siano registrati con la stessa precisione relativa, poiché numeri come 2,576x10 e 8,924x10 hanno ciascuno lo stesso numero di cifre significative (quattro), anche se il secondo numero è più di un milione di volte più grande.

Tutti questi bit extra forniti dal formato HDR sono ottimi, e permettono effettivamente di registrare una gamma di luminosità quasi infinita. Tuttavia, il display del vostro computer e le stampe possono mostrare solo una gamma fissa e stretta. Questo tutorial quindi non solo si concentra sulla creazione di file HDR a 32 bit, ma anche sulla conversione di questi in immagini che possono essere visualizzate sul vostro computer, o che appariranno bene come stampa fotografica. Questo passaggio di conversione è comunemente chiamato mappatura tonale (tonal mapping).

PREPARAZIONE SUL CAMPO

Poiché creare un'immagine HDR richiede la cattura di una serie di esposizioni identicamente posizionate, un treppiede robusto è essenziale. Photoshop ha una funzione che tenta di allineare le immagini quando la fotocamera potrebbe essersi mossa tra gli scatti, tuttavia i migliori risultati si ottengono quando non si fa affidamento su questo.

Assicuratevi di scattare almeno tre esposizioni, anche se cinque o più è raccomandato per un'accuratezza ottimale. Più esposizioni permettono all'algoritmo HDR di approssimare meglio come la vostra fotocamera traduce la luce in valori digitali (alias la curva di risposta del sensore digitale) — creando una distribuzione tonale più uniforme. L'esempio della porta è più adatto con diverse esposizioni intermedie, in aggiunta alle due mostrate precedentemente.

È essenziale che la più scura di queste esposizioni non includa luci bruciate in aree dove volete catturare dettaglio. L'esposizione più chiara dovrebbe mostrare le regioni più scure dell'immagine con abbastanza luminosità che siano relativamente prive di rumore e chiaramente visibili. Ogni esposizione dovrebbe essere separata da uno o due stop, e questi sono idealmente impostati variando la velocità dell'otturatore (in opposizione ad apertura o velocità ISO). Ricordate che ogni stop si riferisce a un raddoppio (+1 stop) o dimezzamento (-1 stop) della luce catturata.

Notiamo anche un altro svantaggio delle immagini HDR: richiedono soggetti relativamente statici, a causa della necessità di diverse esposizioni separate. Il nostro precedente esempio del tramonto sull'oceano non sarebbe quindi ben adatto per la tecnica HDR, poiché le onde si sarebbero mosse significativamente tra ogni esposizione.

CREAZIONE DI UN FILE HDR A 32 BIT IN PHOTOSHOP

Qui usiamo Adobe Photoshop per convertire la sequenza di esposizioni in un'unica immagine, che usa la mappatura tonale per approssimare ciò che vedremmo con il nostro occhio. Prima, dobbiamo combinare tutte le esposizioni in un singolo file HDR a 32 bit:

Aprite lo strumento HDR (File > Automatizza > Unisci in HDR...), e caricate tutte le fotografie nella sequenza di esposizione; per questo esempio sarebbero le quattro immagini mostrate nella sezione precedente. Se le vostre immagini non sono state scattate su un treppiede stabile, questo passo potrebbe richiedere di spuntare Tenta di Allineare Automaticamente le Immagini Sorgente (che aumenta notevolmente il tempo di elaborazione). Dopo aver premuto OK, vedrete presto un messaggio Calcolo Curve di Risposta Fotocamera.

Una volta che il computer ha smesso di elaborare, mostrerà una finestra con il loro istogramma combinato. Photoshop ha stimato il punto bianco, ma questo valore spesso clippa le luci. Potreste voler spostare il cursore del punto bianco al bordo destro dei picchi dell'istogramma per vedere tutto il dettaglio delle luci. Questo valore è solo per scopi di anteprima e richiederà un'impostazione più precisa dopo. Dopo aver premuto OK, questo vi lascia con un'immagine HDR a 32 bit, che ora può essere salvata se richiesto. Notate come l'immagine possa apparire ancora abbastanza scura; solo una volta convertita in un'immagine a 16 o 8 bit (usando la mappatura tonale) inizierà ad apparire più come il risultato desiderato.

A questo stadio, pochissime funzioni di elaborazione d'immagine possono essere applicate a un file HDR a 32 bit, quindi è di poca utilità se non per scopi di archiviazione. Una funzione disponibile è la regolazione esposizione (Immagine > Regolazioni > Esposizione). Potreste voler provare a regolare l'esposizione per far rivelare eventuali dettagli di luce o ombra nascosti.

USO DELLA MAPPATURA TONALE HDR IN PHOTOSHOP

Qui usiamo Adobe Photoshop per convertire l'immagine HDR a 32 bit in un file LDR a 16 o 8 bit usando la mappatura tonale. Questo richiede decisioni interpretative sul tipo di mappatura tonale, a seconda del soggetto e della distribuzione di luminosità all'interno della fotografia.

Convertite in un'immagine regolare a 16 bit (Immagine > Modalità > 16 Bit/Canale...) e vedrete lo strumento Conversione HDR. Il metodo di mappatura tonale usa uno di quattro metodi:

Esposizione e Gamma	Questo metodo vi permette di regolare manualmente esposizione e gamma, che servono come equivalenti a regolazione luminosità e contrasto, rispettivamente.
Compressione Luci	Questo metodo non ha opzioni e applica una curva tonale personalizzata, che riduce notevolmente il contrasto delle luci per schiarire e ripristinare il contrasto nel resto dell'immagine.
Equalizza Istogramma	Questo metodo tenta di ridistribuire l'istogramma HDR nel range di contrasto di un normale immagine a 16 o 8 bit. Usa una curva tonale personalizzata che spande i picchi dell'istogramma in modo che l'istogramma diventi più omogeneo. Generalmente funziona meglio per istogrammi d'immagine che hanno diversi picchi relativamente stretti senza pixel in mezzo.
Adattamento Locale	Questo è il metodo più flessibile e probabilmente quello di maggior uso per i fotografi. A differenza degli altri tre metodi, questo cambia quanto schiarisce o scurisce regioni su base per-pixel (simile al miglioramento del contrasto locale). Questo ha l'effetto di ingannare l'occhio facendogli pensare che l'immagine abbia più contrasto, che è spesso critico in immagini HDR prive di contrasto. Questo metodo permette anche di cambiare la curva tonale per adattarla meglio all'immagine.

Prima di usare uno qualsiasi dei metodi sopra, si potrebbe prima voler impostare i punti nero e bianco sui cursori dell'istogramma dell'immagine (vedi Uso dei Livelli in Photoshop per un background su questo concetto). Cliccate sulla doppia freccia accanto a Curva Tonale e Istogramma per mostrare l'istogramma e i cursori.

Il resto di questo tutorial si concentra sulle impostazioni relative al metodo adattamento locale, poiché questo è probabilmente il più usato, e fornisce il maggior grado di flessibilità.

CONCETTO: GERARCHIA TONALE E CONTRASTO D'IMMAGINE

In contrasto con gli altri tre metodi di conversione, il metodo adattamento locale non mantiene necessariamente la gerarchia complessiva dei toni. Traduce le intensità dei pixel non solo con una singola curva tonale, ma basandosi anche sui valori dei pixel circostanti. Questo significa che a differenza dell'uso di una curva tonale, i toni sull'istogramma non sono solo allungati e compressi, ma possono invece scambiarsi le posizioni. Visivamente, questo significherebbe che qualche parte del soggetto che era inizialmente più scura di un'altra parte potrebbe successivamente acquisire la stessa luminosità o diventare più chiara di quell'altra parte — anche solo di una piccola quantità.

Nell'esempio sopra, anche se la schiuma marina in primo piano e i riflessi delle rocce sono effettivamente più scuri della superficie dell'oceano distante, l'immagine finale rende l'oceano distante come più scuro. Il concetto chiave qui è che su regioni d'immagine più grandi i nostri occhi si adattano alla luminosità che cambia (come guardare un cielo luminoso), mentre su distanze minori i nostri occhi non lo fanno. Mimare questa caratteristica della visione può essere pensato come un obiettivo del metodo adattivo locale — particolarmente per distribuzioni di luminosità più complesse della semplice fusione verticale nel tramonto sull'oceano sopra.

Un esempio di una distribuzione di luminosità più complessa è mostrato sotto per tre immagini di statue. Ci riferiamo al contrasto su distanze d'immagine maggiori come contrasto globale, mentre i cambiamenti di contrasto su distanze d'immagine minori sono detti contrasto locale. Il metodo adattamento locale tenta di mantenere il contrasto locale, mentre diminuisce il contrasto globale (simile a quello eseguito con l'esempio del tramonto sull'oceano).

Immagine Originale

Alto Contrasto Globale
Basso Contrasto Locale

Basso Contrasto Globale
Alto Contrasto Locale

L'esempio sopra illustra visivamente come contrasto locale e globale impattano un'immagine. Notate come le grandi macchie (globali) di chiaro e scuro siano esagerate per il caso di alto contrasto globale. Al contrario, per il caso di basso contrasto globale la parte frontale del viso della statua è virtualmente la stessa luminosità del suo lato.

L'immagine originale sembra bene poiché tutte le regioni tonali sono chiaramente visibili, e mostrate con sufficiente contrasto per darle un'apparenza tridimensionale. Ora immaginate che partissimo dall'immagine centrale, che sarebbe un candidato ideale per conversione HDR. La mappatura tonale usando adattamento locale produrrebbe probabilmente un'immagine simile a quella all'estrema destra (anche se forse non così esagerata), poiché mantiene il contrasto locale mentre diminuisce ancora il contrasto globale (mantenendo così texture nelle regioni più scure e più chiare).

CONVERSIONE HDR USANDO ADATTAMENTO LOCALE

La distanza che distingue tra contrasto locale e globale è impostata usando il valore del raggio. Raggio e soglia sono simili alle impostazioni per una maschera di contrasto usata per il miglioramento del contrasto locale. Una soglia alta migliora il contrasto locale, ma rischia anche di indurre artefatti di alone, mentre un raggio troppo basso può far apparire l'immagine sbiadita. Per qualsiasi immagine data, è raccomandato regolare ciascuno di questi per vedere il loro effetto, poiché la loro combinazione ideale varia a seconda del contenuto d'immagine.

In aggiunta ai valori di raggio e soglia, le immagini quasi sempre richiedono regolazioni alla curva tonale. Questa tecnica è identica a quella descritta nel tutorial Curve di Photoshop, dove piccoli e graduali cambiamenti nella pendenza della curva sono quasi sempre ideali. Questa curva è mostrata per il nostro esempio della porta sotto, producendo il risultato finale.

Strumento Photoshop CS2+

Risultato Finale
Usando Metodo Adattamento Locale

Le immagini HDR che sono state convertite in 8 o 16 bit spesso richiedono ritocchi per migliorare la loro accuratezza cromatica. L'uso sottile di livelli e saturazione può migliorare drasticamente le aree problematiche nell'immagine. In generale, regioni che hanno aumentato in contrasto (una grande pendenza nella curva tonale) mostreranno un aumento della saturazione del colore, mentre l'opposto avviene per una diminuzione del contrasto. I cambiamenti di saturazione possono talvolta essere desiderabili quando si schiariscono le ombre, ma nella maggior parte degli altri casi questo dovrebbe essere evitato.

Il problema principale con il metodo adattamento locale è che non può distinguere tra luce incidente e riflessa. Come risultato, può inutilmente scurire texture naturalmente bianche e schiarire quelle più scure. Siate consapevoli di questo quando scegliete le impostazioni di raggio e soglia in modo che questo effetto possa essere minimizzato.

CONSIGLIO: USARE HDR PER RIDURRE IL RUMORE D'OMBRA

Anche se la vostra scena non richiede più gamma dinamica, la vostra foto finale potrebbe ancora migliorare da un beneficio collaterale: rumore d'ombra diminuito. Avete mai notato come le immagini digitali abbiano sempre più rumore nelle ombre che nei toni più chiari? Questo è perché il rapporto segnale/rumore dell'immagine è più alto dove l'immagine ha raccolto più segnale di luce. Potete approfittare di questo combinando un'immagine esposta correttamente con una sovraesposta. Photoshop usa sempre l'immagine più esposta per rappresentare un dato tono — raccogliendo così più luce nel dettaglio d'ombra (ma senza sovraesporre).

RACCOMANDAZIONI

Tenete a mente che le immagini HDR sono molto nuove — particolarmente nel campo della fotografia digitale. Gli strumenti esistenti sono quindi probabili a migliorare significativamente; non c'è attualmente un processo automatizzato che converte tutte le immagini HDR in quelle che appaiono gradevoli sullo schermo, o in una stampa. Buone conversioni HDR richiedono quindi lavoro significativo e sperimentazione per raggiungere immagini finali realistiche e gradevoli.

Inoltre, conversioni HDR errate o difficili possono apparire sbiadite dopo la conversione. Mentre reinvestigare le impostazioni di conversione è raccomandato come primo passo correttivo, ritocchi con miglioramento del contrasto locale possono migliorare i risultati.

Come con tutti i nuovi strumenti, fate attenzione a non abusarne. Usate cura quando violate la gerarchia tonale originale dell'immagine; non aspettatevi che ombre profonde diventino quasi altrettanto chiare di un cielo luminoso. Nel nostro esempio della porta, l'edificio illuminato dal sole e il cielo sono gli oggetti più luminosi, e sono rimasti tali nella nostra immagine finale. Esagerare l'effetto HDR può facilmente far perdere all'immagine il suo senso di realismo. Inoltre, HDR dovrebbe essere usato solo quando necessario; i migliori risultati si possono sempre ottenere avendo una buona illuminazione per cominciare.