Что такое ндр в камере

Что такое ндр в камере

Что делать, если гонка мегапикселей в смартфонах зашла в тупик, увеличить матрицу не дает тонкий корпус, но хочется получить лучшее качество фото? Можно усовершенствовать оптику, используя высококачественные линзы из стекла, но это дорого и трудно. Можно до идеального оптимизировать железо и софт камеры, но это требует наличия в штате разработчиков виртуозных инженеров и программистов. А можно воспользоваться мощностями современного железа (благо, их сейчас достаточно) и просто добавить новые алгоритмы обработки кадра. Одной из таких опций, встречающихся в смартфонах практически повсеместно, является HDR.

Что такое режим HDR в смартфоне – поможет разобраться наша статья. Также мы попробуем выяснить, в каких ситуациях данная опция окажется полезной, а в каких только испортит кадр.

Что такое режим HDR

HDR режим (от англ. High Dynamic Range – высокий динамический диапазон) – это специальный метод съемки фото, в котором камера смартфона последовательно делает несколько кадров с разной выдержкой и экспозицией, для последующего их слияния в одном изображении. Автофокус модуля поочередно концентрируется на участках с разными показателями яркости, контрастности, а также удаленности от объектива.

Сразу после запечатления кадры подвергаются программной обработке. Они накладываются друг на друга, а система анализирует их качество, выбирая за основу наиболее четкие фрагменты. Аналогичные части других кадров используются только для повышения четкости, насыщенности, а также шумоподавления.

Конкретный алгоритм работы HDR зависит от особенностей и уровня его реализации. Самый простой (и наименее эффективный) пример его организации – это когда кадры просто накладываются друг на друга и немного «замыливаются». В наиболее совершенных вариантах последовательно анализируются фрагменты каждого снимка, для выявления наиболее удачных.

Что дает режим HDR в камере

Основное предназначение HDR в камере смартфона – это повышение детализации картинки и ее четкости. К примеру, если при обычной съемке в кадр попадают объекты разного цвета, в разной степени отдаленные от фотографа и имеющие различный уровень света (темные дома и голубое небо – очень распространенная ситуация) – только часть из них окажется в фокусе. Другие предметы окажутся нечеткими, размытыми и совсем не контрастными.

Режим HDR дает возможность поочередно сфокусироваться на каждом из таких участков, чтобы получить максимально возможное качество. Слияние кадров, на одном из которых в фокусе оказался передний план, на другом – задний фон, а на третьем – мелкие детали окружающей обстановки, позволяет объединить все удачные детали в одной фотографии.

Таким образом, при съемке неподвижных объектов со штатива (или просто если крепко держать смартфон) HDR позволяет сделать кадры более четкими и детализированными. Но есть у этого режима и недостатки.

Покупая себе современный смартфон, мы далеко не в последнюю очередь смотрим на возможности и качество его камеры. Так получилось, что телефоны с камерами сегодня уже практически полностью вытеснили обычные любительские фотоаппараты. Однако получать качественные снимки пользователям хочется не меньше, а, может быть, даже больше, чем раньше. Производители прекрасно это понимают и поэтому очень жестко конкурируют между собой в этой сфере.

Но как бы там ни было, а постоянно наращивать возможности камеры не получится. Невозможно бесконечно увеличивать разрешение, размер сенсора, его светосилу и так далее. В конце концов производитель столкнётся как с физическим ограничением форм-фактора смартфона, так и с его сильно завышенной финальной стоимостью для покупателя. Но как быть, если аппаратные возможности улучшения уже исчерпаны, а обойти конкурентов все еще нужно? Правильно, использовать современные алгоритмы обработки.

Вы наверняка не раз слышали, а может быть, даже пользовались режимом HDR. Он как раз и представляет собой один из современных алгоритмов обработки фотографий. Раньше подобным режимом могли похвастаться только топовые смартфоны, но сегодня HDR присутствует практически в каждом, даже самом бюджетном телефоне. Что же такое HDR в камере телефона, для чего он предназначен и как им правильно пользоваться, мы попробуем рассказать вам в этой статье.

Что такое HDR?

Если расшифровать аббревиатуру HDR, то получим High Dynamic Range, что на русском языке значит «Высокий Динамический Диапазон», хотя в народе чаще говорят «Расширенный Динамический Диапазон», и это также по-своему верное определение. Динамический диапазон фотоаппаратов — это своего рода их возможность корректной передачи одновременно и темных, и светлых деталей снимаемой сцены. Или, если говорить другими словами, динамический диапазон определяет, насколько хорошо камера распознает отдельные тона, лежащие между белыми и чёрными участками. Если же у вас при снимке светлой сцены детали в тенях неразличимы или в темной сцене все светлые участки сливаются в белое пятно, то в таких случаях говорят, что динамический диапазон «узкий».

Как можно понять из вышесказанного, HDR позволяет делать снимки с высоким контрастом и при этом не терять в проработке деталей изображения. HDR в камере смартфона может функционировать немного по-разному в зависимости от производителя и конкретной используемой однокристальной системы, но главный принцип работы у них один и тот же. Камера делает несколько последовательных снимков с разной настройкой выдержки и экспозиции. Потом все сделанные фото объединяются между собой алгоритмом так, чтобы изображение получилось наиболее контрастным, четким и детализированным.

«Если у вас на телефоне нет HDR, то вы сами можете попытаться улучшить ваш снимок. Сделайте несколько снимков одной сцены, при этом экспериментальным путем подберите наиболее подходящее значение экспозиции и выдержки вручную. Полноценный расширенный диапазон это не заменит, но из нескольких фото точно можно будет подобрать одно с более правильными тенями и светом».

Как работает HDR?

Теперь, когда мы узнали, что такое HDR по определению и какие базовые принципы в нем применяются, настало время уделить немного времени вопросу о технических деталях его работы. Несмотря на то что, по своей сути, расширенный диапазон — это алгоритм постобработки, он также предъявляет весьма высокие требования к аппаратной части смартфона.

Читайте также:  Расширения для opera для скачивания музыки вконтакте

Во-первых, следует отметить, что при работе с HDR очень большая нагрузка ложится на автофокус камеры. Перед тем как отправить данные на постобработку, камера должна накопить некоторое количество данных о сцене и деталях, которые в ней размещены. Автофокус должен быстро навестись на разные участки кадра, чтобы сделать чёткие снимки дальних и ближних объектов, а также объектов с разной степенью освещённости. Чем быстрее сработает фокус, тем больше информации получит смартфон и тем качественнее будет финальный результат обработки. Значит, поддержка HDR в телефоне невозможна без наличия автофокуса. Более того, автофокус должен быть максимально быстрым, в противном случае качество обработки может быть довольно сомнительным.

Во-вторых, технология HDR очень требовательна к механизмам настройки выдержки и экспозиции. Поскольку каждый кадр снимается с разными настройками этих параметров, то электронный затвор, пожалуй, трудится не меньше, чем автофокус. Затвор регулирует количество света, который в итоге достигнет матрицы камеры, и компоновка снимка по этому параметру позволяет лучше обработать темные и светлые участки.

Далее в игру вступает уже программная часть смартфона, или, другими словами, его софт. Все сделанные снимки обрабатываются и компонуются для получения максимально хорошего результата. Алгоритм всегда дорабатывается разработчиками под конкретные возможности аппаратной части камеры, а также под используемую однокристальную систему. По этой причине практически невозможно встретить одинаковый HDR в разных смартфонах. На некоторых моделях он может работать идеально, на других же быть еле заметным. На одних устройствах снимок может становиться более насыщенным и «цветным», а на других практически не терять естественность красок. Или же, как возможно в некоторых бюджетных моделях, изображение просто высветляется, что сложно назвать полноценным HDR. Как именно происходит процесс обработки и компоновки фотографии в том или ином конкретном смартфоне, отследить, к сожалению, нельзя.

Когда нужно использовать HDR-режим?

Существует мнение, что качественной камере режим расширенного динамического диапазона не особо и нужен. С одной стороны, мы полностью поддерживаем эту точку зрения, ведь, действительно, современные сенсоры от тех же Sony способны выдавать отличную картинку и без применения HDR. С другой стороны, далеко не все смартфоны могут похвастаться такими модулями; кроме того, в некоторых случаях фотографии с HDR всё равно будут выглядеть лучше, чем фото без обработки.

Первый такой случай — это, безусловно, пейзажная съёмка. Если в кадре есть близкие объекты и при этом свет встречный, то в большинстве случаев задний план пейзажа получится неплохо, а передний план будет слишком затенённым. Режим высокого диапазона позволяет вытянуть близкие объекты из теней и сделать их более детализированными. Также функцию HDR в телефоне будет не лишним применить в случае съёмки общего плана, когда нижнюю часть кадра занимает лес или город, а сверху находится яркое небо. В таких случаях высокая контрастность снимка приводит к тому, что нижняя часть кадра, опять-таки, может быть полностью темной или же, наоборот, небо будет слишком ярким и при этом потеряет все детали на облаках, сделав их безжизненными.

Режим высокого динамического диапазона поможет нам привезти снимки высокого качества с экскурсий или курортов. В таких поездках нам часто необходимо снять оживленные улочки с хорошо осветленной возвышенности или, наоборот, запечатлеть высокое здание, находясь при этом в темном переулке. К сожалению, при такой съёмке от объектива камеры уходит непростительное количество деталей, так что HDR в таких случаях даже не рекомендуемый, а строго обязательный к применению режим. Кроме этого, высокий диапазон поможет придать четкость зданиям с большим количеством мелких деталей, а также немного лучше проработать салоны стоящих на улице автомобилей.

При портретной съёмке HDR также нелишний. Казалось бы, портреты — этот тот случай, когда вообще нет ничего сложного, но бывает так, что и с такой задачей камере справиться тяжело. Особенно явно эта ситуация вырисовывается при постановочной портретной съёмке, то есть в моменты, когда нужно сфотографировать не только человека, но и объекты за его спиной. В такой ситуации светлый задний план, например снег, песок или банально открытое окно, могут сильно испортить снимок, украв детали и превратив человека на переднем плане практически в простой силуэт. Иногда возникает и обратная ситуация, когда уже объект на заднем плане сильно затенен и практически сливается с фоном. В такой ситуации HDR помогает уже не столь явно, но снимок всё ровно становится лучше.

Не совсем очевидно, но режим HDR будет весьма полезен при ночной съёмке. Обычно для съёмки в темное время суток устанавливаются специальные настройки с очень длинной выдержкой, дабы избежать появления шумов в кадре. В таком режиме снимать без штатива очень сложно, так как любое, даже незначительное, движение довольно сильно смазывает фото. Используем расширенный динамический диапазон и получаем сразу серию снимков с очень короткой выдержкой. Если автофокус камеры работает быстро, то после объединения всех снимков в один мы можем получить куда более четкое фото, чем при обычном фотографировании.

«Если вы не знаете или не уверены, когда нужно использовать HDR, то можете воспользоваться функцией авто-HDR, которая сегодня доступна практически в каждом смартфоне. С помощью данной функции смартфон сам решит, когда лучше применить обработку сцены».

Когда HDR-режим бесполезен?

Режим высокого динамического диапазона совсем необязательно включать всегда. Часто возникают ситуации, когда эта функция либо бесполезна, либо даже способна испортить снимок.

Читайте также:  Влияние социальных сетей на общество

Если вы снимаете в комнате с хорошим освещением, HDR с большой долей вероятности ничего вам не даст. Также и при съёмке на улице, когда солнце ровно освещает все объекты в кадре и сильно контрастных участков практически нет. Кроме того, бывают ситуации, когда данный режим может откровенно испортить снимок. Наиболее яркий пример — это попытки сделать HDR-снимок в движении. Скорее всего, у вас ничего не получится и кадр окажется просто смазанным.

Помимо фундаментальных ограничений хорошей причиной не снимать в HDR могут оказаться и особенности этого режима в конкретных моделях смартфонов. В качестве примера можно взять Xiaomi Mi5. В телефоне Сяоми используется обычный HDR, который очень хорошо справляется со своей задачей, а иногда даже «спасает» фото. Тем не менее в силу программных ограничений порой он, наоборот, довольно сильно портит снимок, делая его чрезмерно светлым, поэтому пользоваться таким режимом нужно с умом. В других смартфонах могут наблюдаться иные проблемы, например, они могут хорошо работать только с темными или только со светлыми участками, из-за чего к ним также нужно долго привыкать и точно знать, когда HDR вам поможет, а когда нет.

Минусы HDR

Помимо неоспоримых плюсов режим расширенного динамического диапазона имеет немалое количество недостатков, о которых вы обязательно должны знать перед тем, как им пользоваться.

  • Падение яркости изображения. Вследствие многогранной программной обработки значение яркости всех частей снимка усредняется. Таким образом, в режиме HDR изображение на фотографии может быть значительно менее ярким, чем вы рассчитывали.
  • Размытие в движении. Поскольку для обработки в режиме расширенного диапазона камера делает несколько последовательных снимков, то для достижения максимального качества и объект съёмки, и сам фотограф должны быть максимально статичными. В случае если в кадре происходит какое-либо движение, то некоторые объекты в финальной версии фото могут оказаться сильно смазанными.
  • Снижение скорости фотографирования. Поскольку в режиме HDR камера делает не один, а сразу несколько снимков, а потом ещё и обрабатывает их, то скорость фотографирования в таком режиме сильно уменьшается. Практически всегда после снимка должно пройти некоторое время, прежде чем автор увидит результат.

«Помните, что HDR, на самом деле, это просто еще одна функция в вашем смартфоне, а не панацея. Несмотря на ее неоспоримую пользу, не стоит применять ее на постоянной основе и особенно там, где она неуместна».

Содержание статьи

Что такое HDR

Для полного понимания принципа работы HDR+ придется для начала разобраться с обычным HDR.

Основная проблема всех камер смартфонов — маленький размер матрицы (а точнее — фотоячеек) и, как следствие, недостаточный охват динамического диапазона. Чтобы исправить этот недостаток, был разработан алгоритм HDR (High-Dynamic Range), принцип работы которого следующий: камера делает кадр со стандартным для данной сцены уровнем экспозиции, затем делает недоэкспонированный кадр, на котором будут четко видны лишь пересвеченные области изначального снимка, далее выполняется переэкспонированный снимок, на котором видны только затемненные детали изначального снимка, а все остальное пересвечено. Далее снимки накладываются друг на друга и объединяются при помощи специальных алгоритмов, качество которых зависит от производителя софта камеры. В результате получается снимок с хорошей проработкой деталей как в тенях, так и в более светлых местах.

Недостатки HDR очевидны: долгое время съемки приводит к тому, что попавшие в кадр движущиеся объекты будут двоиться, а даже небольшая тряска смажет картинку.

Что такое HDR+

Умные головы придумали алгоритм, лишенный недостатков HDR. Впрочем, общее с HDR у него одно лишь название.

HDR+ расшифровывается как High-Dynamic Range + Low Noise. Свою известность он получил за ряд выдающихся возможностей: алгоритм способен устранять шумы практически без потери детализации, повышать качество цветопередачи, что крайне важно при плохом освещении и по краям кадра, вместе с этим он сильно расширяет динамический диапазон фотографии. HDR+, в отличие от стандартного HDR, почти не боится тряски смартфона и движения в кадре.

Первым смартфоном с поддержкой HDR+ стал Nexus 5. Из-за не самого лучшего баланса белого и маленького отверстия диафрагмы (f2.4) камера этого смартфона считалась не более чем крепким середнячком. Все изменилось с выходом обновления Android 4.4.2. Именно оно принесло с собой поддержку режима HDR+ и изумительное качество ночных снимков. Они хоть и не отличались большой яркостью по всему полю кадра, но благодаря HDR+ практически не содержали шума при сохранении мелких деталей и обладали превосходной (для смартфонов 2013 года) передачей цветов.

Читайте также:  Как настроить звук на смарт тв самсунг

Nexus 5 + HDR+

История создания HDR+

Как же компания, никогда не занимавшаяся камерами, создала алгоритм, который творит чудеса, используя обычные, по меркам флагманов, камеры Nexus и Pixel?

Все началось в 2011 году, когда Себастьян Трун (Sebastian Thrun), глава компании Google X (теперь уже просто X), подыскивал камеру для очков дополненной реальности Google Glass. Массогабаритные требования предъявлялись очень жесткие. Размер матрицы камеры должен был быть еще меньше, чем в смартфонах, что крайне плохо сказывалось бы на динамическом диапазоне и приводило бы к появлению множества шумов на фотографии.

Выход оставался один — попытаться улучшить фотографию программно, с помощью алгоритмов. Эту задачу должен был решить Марк Левой (Marc Levoy), преподаватель факультета информатики Стэнфордского университета, эксперт в области вычислительной фотографии. Он занимался технологией захвата и обработки изображений на базе программного обеспечения.

Марк сформировал команду, известную как Gcam, которая занялась изучением метода Image Fusion (сплавление изображений), основанного на объединении серии снимков в один кадр. Фотографии, обработанные при помощи этого метода, получались более яркими и резкими, имели малое количество шумов. В 2013 году технология дебютировала в Google Glass, а затем, в этом же году, переименованная в HDR+, появилась в Nexus 5.

Еще один ночной снимок с Nexus 5

Как работает HDR+

HDR+ — чрезвычайно сложная технология, детально разобрать которую в рамках данной статьи невозможно. Поэтому мы рассмотрим общий принцип работы, не останавливаясь на деталях.

Фундаментальный принцип

После нажатия кнопки спуска затвора камера захватывает серию недоэкспонированных (с короткой выдержкой) кадров (это нужно для сохранения максимального количества деталей на снимке). Количество кадров зависит от сложности условий освещения. Чем темнее сцена или чем больше деталей в тени нужно осветить, тем больше кадров выполняет смартфон.

Когда серия снимков будет сделана, она объединяется в один снимок. Тут выручает заниженная выдержка, благодаря которой каждая фотография в серии выглядит относительно четко. Из трех первых кадров выбирается самый приемлемый в плане как резкости, так и детализации для использования в качестве основы. Затем полученные снимки разделяются на фрагменты и система проверяет, можно ли совместить соседние фрагменты и как это сделать. Обнаружив лишние предметы в одном из фрагментов, алгоритм удаляет этот фрагмент и выбирает похожий с другого кадра. Полученные снимки обрабатываются с помощью специального алгоритма, основанного на методе удачных экспозиций (в основном он применяется в астрофотографии для уменьшения размытости изображений, вызванной мерцающей атмосферой Земли).

Далее в дело вступает сложная система подавления шумов, которая включает в себя как простой метод усреднения цвета пикселей на основе нескольких снимков, так и систему предсказания появления шумов. Алгоритм работает очень мягко на границах переходов тональностей, чтобы минимизировать потерю детализации, пусть даже и ценой наличия небольшого количества шума в таких местах. А вот на участках с равномерной текстурой «шумодав» выравнивает картинку вплоть до почти идеально равномерного тона с сохранением перехода оттенков.

Работа шумодава в сложных условиях. Слева до обработки, а справа — после

А как же расширение динамического диапазона? Как мы уже знаем, использование короткой выдержки избавляет нас от пересвеченных мест. Осталось только удалить шумы на темном участке ранее описанным алгоритмом.

На завершающем этапе выполняется постобработка полученного изображения: алгоритм делает минимизацию виньетирования, обусловленного попаданием света на матрицу под наклонным углом, корректирует хроматическую аберрацию заменой пикселей у высококонтрастных краев на соседние, увеличивает насыщенность зелени, синие и пурпурные оттенки смещает в сторону голубого, усиливает резкость (шарпинг) и выполняет ряд других шагов, повышающих качество фотографии.

Иллюстрация работы конвейерного алгоритма HDR+ из доклада разработчиков

Слева фотография из стоковой камеры Samsung в HDR, а справа фотография, созданная в Gcam в HDR+. Видно, что алгоритм принес в жертву детализацию неба для прорисовки объектов на земле.

Обновление HDR+ в Google Pixel

В Google Pixel алгоритм претерпел существенные изменения. Теперь смартфон начинает снимать сразу после запуска камеры и в зависимости от степени освещения делает от 15 до 30 кадров в секунду. Эта технология называется ZSL (Zero Shutting Lag) и была придумана для того, чтобы делать моментальные снимки. Но Pixel использует ее для работы HDR+: при нажатии на кнопку спуска смартфон выбирает от 2 до 10 кадров из буфера ZSL (в зависимости от условий освещения и наличия движущихся объектов). Затем из первых двух-трех кадров выбирается лучший, а остальные, как и в предыдущей версии алгоритма, слоями накладываются на основной.

Наряду с этим появилось разделение на два режима: HDR+ Auto и HDR+. Последний берет максимально большое количество снимков для создания итоговой фотографии. Она получается более сочной и яркой.

Продолжение доступно только участникам

Вариант 1. Присоединись к сообществу «Xakep.ru», чтобы читать все материалы на сайте

Членство в сообществе в течение указанного срока откроет тебе доступ ко ВСЕМ материалам «Хакера», увеличит личную накопительную скидку и позволит накапливать профессиональный рейтинг Xakep Score! Подробнее

Ссылка на основную публикацию
Что можно делать с айфоном
Не отвлекать оповещениями, когда вы смотрите кино или отдыхаете. Не беспокоить. Вы можете включить режим «Не беспокоить» одним касанием. И...
Хрипит динамик на телефоне при прослушивании
Одной из самых распространенных поломок мобильных аппаратов является выход из строя динамика. Любой пользователь мобильных телефонов знает, что сейчас производители...
Хэнкок из какой вселенной комиксов
Хэнкок Общая информацияЖанр Научная фантастика Драма Комедия Страна производстваСШАКиностудия Columbia Pictures РежиссёрПитер БергАвтор сценария Винс Джиллиган Винсент Нго Когда вышел2008...
Что можно сделать из перебойника от компьютера
Всем привет! В общем валялся у меня в гараже ненужный компьютерный безперебойник, сначала хотел его выбросит. но потом разобрав я...
Adblock detector