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[TECH][NEWBIE][EN][DE] HDR

posted by Roberto Ballerini - traveling

Posted on Monday November 5, 2007 at 07:15. 340 visits. ( permalink )

I think not all our Ipernity friends know exactly what's HDR.
HDR stands for High Dynamic Range.
The problems: film and sensors haven't the same ability of the human eye to record high luminosity differencies. A typical JPG image has a range of 256 different tones for each of the three R(ed)G(reen)B(lue) colour components. Digital sensors can have 16 to 256 times this range. Human eye has greater range. So, in a typical scene with a dark subject against a light background, in a traditional LDR shot we have to choose if we want details in the highlights zone or in the shadows zone.
The solutions: film and modern sensors capture a much higher range, but this only partially solves our dilemma --> the standard image formats are 8-bits ones (256 tones x component).

First step: capture a wider range --> the RAW formats have 12 to 16 bits per component;

second step (optional): capture a more wider range --> use the bracketing: mount the camera on a tripod and capture the scene on different shots, changing the exposure value (3 to 15 different exposures are usually employed)

third step: combine the different exposures with specialised softwares (Photomatix and QtPfsGUI are the more common) with a technique called tone-mapping: use details from the lighter exposures for the shadows zone and from the darker exposures for the highlights zone (if we don't make the second step, we have a pseudo-HDR and data from teh same exposure are combined to obtain the pseudoHDR shot).

A visual example:

- original shot (directly converted to JPG):
"Roar" by Roberto Ballerini [?]

- (pseudo)HDR shot (tone-mapped and converted to JPG):
"Roar (HDR)" by Roberto Ballerini [?]

As you can see, there is a lot more detail in the lion's face, particularly in the ears, but the sky looks too saturated and a little bit unnatural.

Previously posted on the HDR group

(translate into English)

4 Replies

Spectacles says:

Ich vermute, dass nicht jeder unter uns weiß, was sich hinter dem Begriff "HDR" verbirgt. HDR steht für "Hygh Dynamic Range" [oft übersetzt mit "Hoher Kontrastumfang"].

Das Problem: Film und digitaler Kamerasensor haben nicht im gleichen
Maße wie das menschliche Auge die Fähigkeit, große Helligkeitsunterschiede verarbeiten zu können. Ein JPG-Bild kann höchstens 256 unterschiedliche Helligkeitswerte (auch Tonwerte genannt) für jede der drei RGB-Grundfarben (Rot, Grün und Blau) darstellen. Digitale Kamerasensoren können einen 16 bis 256 mal so großen Helligkeitsbereich verarbeiten, und das menschliche Auge übertrifft diese Werte nochmal um ein Vielfaches.

Wird zum Beispiel ein nicht oder nur schwach beleuchtetes Objekt vor
einem sehr hellen Hintergrund fotografiert, lässt sich bei "traditioneller" Aufnahmetechnik bzw. Bildbearbeitung die Belichtung entweder auf die Licht- oder die Schattenbereiche ausrichten.
Das führt dazu, dass im ersten Fall die dunklen, im zweiten die hellen Bereiche des Motivs ohne Zeichnung - also ohne differenzierte Helligkeitsabstufungen - dargestellt werden.

Auch wenn moderne Filme und Kamerasensoren einen recht hohen Kontrastbereich aufnehmen können, wird der tatsächlich darstellbare Kontrast durch Aufnahme-/Speicherformat und Ausgabemedium begrenzt.
Hier bildet i.d.R. das gängige JPG-Format mit seinen 256 darstellbaren Helligkeitswerten je Farbkanal den "Flaschenhals".

Erster Schritt zur Lösung dieses Problems: Wahl eines Aufnahmeformats, das einen höheren Kontrastbereich verarbeiten kann als JPG. Hier bieten sich die RAW-Formate moderner Digitalkameras an, die 4096 bis 65536 unterschiedliche Tonwerte je Farbkanal aufnehmen.

Zweiter Schritt: Aufnahme einer Belichtungsreihe (3 bis 15 Einzelbilder sind üblich). Dabei sollte die Kamera auf einem Stativ fixiert und die Belichtungszeit - nicht die Blende! - von Einzelbild zu Einzelbild variiert werden.

Im dritten Schritt werden die einzelnen Aufnahmen der Belichtungsreihe mit spezialisierten Programmen (z.B.Photomatix, QtPfsGUI, fdrtools oder picturenaut) zu einem Bild verarbeitet, das alle Helligkeitswerte der Ausgangsbilder enthält, also einen hohen Kontrastumfang aufweist => High Dynamic Range, HDR.

Damit dieses Bild auf einem gängigen Ausgabemedium wie Bildschirm oder Drucker wiedergegeben werden kann, werden seine Helligkeitswerte mit Hilfe eines Verfahrens namens Tonemapping "zusammengestaucht".
Dabei werden Schatten-Details aus den länger belichteten Einzelaufnahmen und Details der hellen Motivbereiche aus den kürzer belichteten Aufnahmen berücksichtigt.

Das Tonemapping-Verfahren lässt sich bei nicht zu hohem Kontrastumfang des Motivs auch ohne Erzeugen einer Belichtungsreihe auf ein einzelnes Bild im RAW-Format anwenden.

Bildbeispiel (siehe oben):

Originalaufnahme (direkt in JPG konvertiert)
"Roar" von Roberto Ballerini

[...]

"Pseudo-HDR" (nach Tonemapping in JPG konvertiert
"Roar (HDR) von Roberto Ballerini"

[...]

Wie Ihr sehen könnt, zeigen das Löwengesicht und die Ohren im "Pseudo-HDR" deutlich mehr Details als im ersten Bild, allerdings wirkt der Himmel zu gesättigt und etwas unnatürlich.

Dieser Beitrag wurde bereits in der HDR Gruppe gepostet.

Posted 2 years ago. ( permalink / translate )
Spectacles edited this reply 2 years ago.