...
...

Профессиональный формат

Автоматика современных цифровых фотоаппаратов ошибается редко — особенно это касается фокусировки. Даже самые дешевые представители цифрового мира отлично справляются с задачей наведения на резкость. Уходят времена пленочных фотокамер, уходят и многочисленные проблемы, отбивающие всякое желание приобщать себя к фотоискусству. Главная из них лично для меня — ручная фокусировка. Похоже, подобные трудности испытывала большая часть населения планеты, иначе чем объяснить столь широкое, я бы даже сказал, повсеместное, распространение мыльниц? Без них мало того, что половина снимков просто отбрасывалась из-за неправильно настроенного фокуса — а сколько интересных сюжетов терялось, пока настраиваешься на резкость — и сосчитать невозможно! Я уже не говорю про печать фотографий. Никаких возможностей: ни увеличение яркости и контрастности, ни кадрирование, ни удаление красных глаз. Да и вообще от момента съемки до получения готового снимка проходили недели, а то и месяцы. Вспомнить страшно! Как быстро привыкаешь к хорошему, а ведь было все это совсем недавно!

Тем не менее, настоящее тоже не так уж безоблачно. Новые технологии вовсе не застраховывают от бракованных кадров (например, переэкспонирование — бич цифровой фотографии). Наверняка каждый, от любителя до самого классного профи, получал отличные в СЮЖЕТНОМ ОТНОШЕНИИ снимки, но… то баланс белого выставлен неправильно, то освещение слабовато. А перефотографировать зачастую возможности нет (птичка уже давно улетела, букашка уползла), и тогда не желающий сдаваться фотограф начинает что-то колдовать в "Фотошопе". Вот только если детали потеряны, никакой софт уже не поможет. Приходим к выводу, что, опять-таки, все решается в момент съемки: диафрагма, уровень шарпенинга, экспозиция, выдержка и т.д., и т.п. При этом еще и птичку попробуй не спугни. А голова-то не резиновая — за всем не уследишь. В такой ситуации и пригодится этот самый профессиональный формат, а именно RAW, позволяющий хоть частично забыть про целый список настроек и сконцентрироваться на объекте съемки. Собственно, о RAW, его плюсах и минусах по сравнению с JPEG, и пойдет речь в данной статье. Почему он профессиональный? Во-первых, потому, что для достижения каких-либо положительных результатов нужно очень даже неплохо разбираться в тонкостях обработки изображений, а во-вторых — потому, что возможность сохранения фото в RAW имеется лишь в отнюдь не дешевых камерах, позволить которые себе могут в основном только те, для кого фотография — не просто увлечение. В полупрофессиональных и профессиональных моделях чаще всего встречаются три формата записи изображений на флэш-карту: JPEG, RAW и TIFF.

Третий лишний

Наиболее бесполезный из них, на мой взгляд, — это TIFF. Выбор между двумя другими зависит от конкретной ситуации и преследуемых целей. TIFF — формат, использующий метод сжатия БЕЗ ПОТЕРЬ. Это значит, что изображение сжимается таким образом, что не происходит ни малейшего ухудшения качества. JPEG и RAW будут подробно рассмотрены ниже, но для понимания работы формата TIFF необходимо сказать, что алгоритмы JPEG приводят к безвозвратному исчезновению части данных, причем их количество, а значит, и качество конечного изображения, регулируется пользователем (во всех фотоаппаратах в меню можно выбрать уровень качества — что-то вроде Extra, Hi, Medium/Normal, Low). Если выставлять значения, близкие к верхней границе, то изменения на фотографии будут практически незаметны, а вот объем уменьшится на порядок. И TIFF, и JPEG содержат по 8 бит на канал, т.е. 24 бита на пиксель (3 канала). RAW никак не преобразует изображение: что попадает на матрицу, то и записывается, причем чаще всего это 10, 12 бит в каждом цвете. Иногда встречается 8-битный RAW. Это плохо: теряется одно из главных преимуществ данного формата. Если в канале содержится 8 бит информации, то каждый пиксель может иметь 2 в 8-й степени, т.е. 256, состояний, 12 бит — по аналогии 2 в 12-й степени, т.е. 4096. Всего же оттенков пикселя для первого случая получится 256*256*256=16.777.216, для второго — в 4096 раз больше. Хранение избыточной, причем необработанной, информации приводит к возрастанию размера файла, но все равно в итоге он остается раза в два меньше, чем TIFF. Например, если RAW весит 12 Mb, то TIFF — около 24 Mb, а JPEG — в диапазоне 2,4-2,7/5-5,6 (для Hi и Extra Quality соответственно). Итак, если планируется обработка картинки в графическом редакторе, следует снимать в RAW, если фотография просто будет помещена в фотоархив, выставляйте JPEG. Для TIFF вариантов не остается. Хранить огромные файлы неудобно, да и карточки не всегда будет хватать, если каждый снимок отнимает столько памяти, а Hi- и Extra-качества JPEG вполне достаточно — разница с TIFF абсолютно не чувствуется. Конечно, такие высказывания могут стать поводом для жарких споров, главным аргументом в которых наверняка будет более высокое разрешение TIFF-формата, например, при фотографировании мелких контрастных деталей, подобных тексту. И это действительно так — не согласиться с этим — значит, просто отвергать очевидные факты. Только кому надо фотографировать текст? В РЕАЛЬНЫХ ситуациях такие сложности появляются КРАЙНЕ редко. Вот поэтому-то TIFF становится абсолютно никому не нужным.

Основа и принцип работы JPEG

Теперь поговорим о более важном и, я бы даже сказал, основном формате хранения фотографий. Постараюсь не углубляться в сухие алгоритмы, дискретные косинус-преобразования, квантования и пр. Тем не менее, без некоторых знаний в "устройстве" формата не обойтись. Поэтому настоятельно рекомендую прочитать это отступление в область технологий сжатия и обработки. Создатели JPEG, видимо, провели значительные исследования, связанные с физиологией и восприятием света, и на основании этого определили, какие компоненты имеют наименьшее значение, т.е. их удаление не будет заметным, а какие надо оставить. Оказывается, человеческий глаз наиболее чувствителен к яркостной составляющей и намного слабее различает цвета. Если для вас школьный курс биологии не прошел мимо, то вы легко найдете объяснение этому факту. Дело в том, что глазное дно, на которое фокусируются лучи, покрыто палочками и колбочками. Палочки отвечают за яркостную составляющую, колбочки, соответственно, воспринимают цветовые компоненты. Причем мало того, что палочек на порядок больше, чем колбочек, так они еще и более чувствительны. Поэтому в темноте мы не можем определять цвета окружающих предметов, в темноте у нас черно-белое зрение, т.к. тот слабый свет, который, отражаясь от объектов, попадает на глазные сенсоры, не способен вызвать реакцию колбочек. Кроме того, чувствительность к цветам возрастает от нижней части спектра к верхней. Все это и стало фундаментом JPEG-сжатия.

На первом этапе обработки производится переход от RGB-модели к YUV, или YCbCr, в которой информация о яркости (Y) и цвете хранится отдельно. Теперь можно сжимать каждый канал в зависимости от его значения для восприятия, при этом не затрагивая другие. Y-компонента, в которой сохраняется собственно картинка, только в черно-белом варианте, обрабатывается относительно несильно. Опытным путем было установлено, что, если отбросить около половины имеющейся информации, то изменения будут практически незаметны. ЦВЕТА можно урезать посильнее, особенно высокочастотные. После преобразования из одного режима в другой изображение разбивается на квадраты размером 8х8 пикселей, и в этих группах точек независимо друг от друга ведется обработка. Это делается, в основном, для уменьшения времени сжатия, но в результате при выставлении низкого параметра качества различия между соседними группами становятся заметными. Наверняка вы встречались с картинками, состоящими из мелких квадратов. Так вот, это как раз тот случай: JPEG поработал. Если не совсем понимаете, о чем идет речь, откройте в Photoshop любую фотографию и сохраните, выставив наибольшую степень сжатия. Вот теперь все станет ясно. Еще одним характерным показателем JPEG-обработки является появление "дрожащих" линий и ореолов по границам резких переходов цветов. Контуры определяются высокочастотной компонентой, которая в наибольшей степени подвергается преобразованиям. Таким образом, часть данных в ходе выполнения сжатия просто безвозвратно отбрасывается, а часть кодируется. Поэтому для того, чтобы "прочитать" файл с расширением .jpg, необходимо применить тот же алгоритм, только в обратном порядке, что и происходит каждый раз при открытии. Теперь становится понятно, почему архивирование таких файлов не дает ожидаемого результата, а иногда, наоборот, увеличивает их объем: данные уже закодированы.

Итак, если кратко, то:
1. JPEG используется для ХРАНЕНИЯ полноцветных 24-битных изображений или изображений в градациях серого без резких переходов цветов (фотографии). Но не для обработки (!), т.к. сжатие производится таким образом, чтобы не было видимых искажений, а почти любые изменения — осветление, увеличение контрастности и др. — приведут к отклонениям от необходимого минимума информации, что, в свою очередь, вызовет явное ухудшение качества.
2. JPEG основан на особенностях нашего восприятия цвета и света. Благодаря отличиям в чувствительности глаз к яркостным и цветовым
составляющим появляется возможность удалять часть данных незаметно для зрителя, для чего используется перевод изображения в YUV (YCbCr) цветовое пространство.
3. Для уменьшения времени архивирования/разархивирования картинка разбивается на группы 8х8 пикселей.
4. Формат предоставляет пользователю возможность самостоятельно выставлять необходимый уровень качества, регулируя коэффициент компрессии. 5. Из недостатков можно выделить появление "дрожащих" линий и ореолов вокруг резких границ, а также "распад" изображения на квадраты по 64 пикселя.
Даже учитывая последний пункт можно смело заявлять, что на сегодняшний день лучшего формата для использования в цифровой фотографии нет. Кроме того, у JPEG есть перспективы. Новейшие исследования в области человеческого зрения выявили новые факты, на основании которых можно будет сделать его работу еще более качественной и эффективной. Но и сейчас результаты удовлетворят даже самого взыскательного фотографа.

RAW и технологии

Работа JPEG будет удовлетворять до тех пор, пока вас не заинтересует ОБРАБОТКА снимков. Как только вы загрузите картинку в "Фотошоп" и начнете крутить всевозможные бегунки, сразу появится необходимость в чем-то большем — понадобится формат, имеющий некоторый резерв, из которого можно было бы считывать информацию при редактировании. Таким форматом является RAW, а резервом — те самые "лишние" 2 или 4 бита (при глубине 10 и 12 бит на канал). RAW — это не аббревиатура. Если вы загляните в англо-русский словарь, то увидите, что это слово переводится как "сырой", "необработанный". Изображения, сохраняемые в данном формате, действительно не подвергаются какой-либо обработке, причем не только не происходит увеличения резкости, контрастности и др. параметров, как в JPEG или TIFF. Картинка записывается в виде, абсолютно непригодном для просмотра: сохраняется слепок получаемых с матрицы черно-белых данных! Именно по этой причине RAW весит почти в два раза меньше, чем TIFF, в котором все пиксели цветные. Работать с "сырым" форматом в стандартных графических редакторах не получится — для этого предназначены специальные конвертеры. Дело в том, что на сенсор камеры наносятся светочувствительные элементы, чаще всего фотодиоды, каждый из которых благодаря установленным перед ячейками фильтрам пропускает свет только одного цвета (только одной длины волны): зеленого, красного или синего, причем зеленых элементов в два раза больше, чем красных или синих. Этот подход, опять-таки, связан с особенностями зрения человека. Наши глаза наиболее чувствительны именно к зеленому цвету, поэтому при такой конструкции матрицы снимки становятся натуральными и естественными. Но изображение, как уже было сказано, НЕПОСРЕДСТВЕННО с матрицы все равно получается монохромным несмотря на использование светофильтров. Только при последующей интерполяции происходит "раскраска" фотографии. Процессор фотоаппарата, анализируя состояние собственно элемента и соседних к нему, присваивает пикселю определенный цвет. После проведения такой обработки информация сохраняется в JPEG- или TIFF-файл. При выставлении формата RAW интерполяции в камере не происходит. Для этого используются уже упоминавшиеся конвертеры и процессор компьютера. Таким образом, получается, что все цифровые фотоаппараты снимают в RAW, только не все позволяют оставить данные в таком виде и сохранить их на флэшку.

Короткое отступление

Это принцип работы так называемой CCD-матрицы. Существуют и другие технологии — например, SuperCCD, которая была разработана компанией Fuji и используется во всех ее камерах начиная с 2000 года. Суть одна и та же, только в таких сенсорах фотодиоды размещены под углом 45 градусов друг к другу, что позволяет использовать более совершенные алгоритмы интерполяции, в результате чего в 1,5-2 раза увеличивается разрешение снимка. Еще один достаточно распространенный вид — CMOS-сенсоры, широко применяемые фирмой Canon в зеркальных фотоаппаратах. Они обеспечивают высокое качество изображений — в частности, низкий уровень шумов даже при больших ISO. И последний тип сенсоров, который на сегодняшний день был использован только в одной камере (Sigma SD9) — Foveon x3. Особенностью этой матрицы является то, что она "цветная", т.е. светочувствительные элементы "умеют" определять цвет. Правда, мне не приходилось встречать каких-либо отзывов или обзоров. Скорее всего, это просто экспериментальный образец, и вряд ли данная модель выпускается в больших количествах, но в будущем, возможно, именно такой тип сенсоров оставит позади своих конкурентов.

Далее про RAW

Еще раз вернусь к вопросу о глубине цвета. Предположим, у нас есть камера с 12-битным RAW. Конвертер может выдать как 24-битный (по 8 бит на канал) TIFF-файл, так и 48-битный (16 бит на канал). Тут может возникнуть вопрос: откуда берутся эти 4 бита — камера ведь сохраняет только 12? Дело в том, что данные в компьютере распределены по ячейкам, содержащим по 8 бит каждая, или 1 байт. При использовании 10-, 12-, 14- или 16- битного RAW всегда будет задействовано две ячейки: одна заполняется полностью, а вторая только частично. В нашей ситуации эти 4 бита информации ниоткуда не берутся — они просто остаются пустыми. Кстати, камеры с 16-битным RAW существуют, но пока практически недоступны из-за огромной цены. Даже 14 встречается достаточно редко.

Так все-таки что он нам дает?

1. Прежде всего, мы получаем возможность исправить пересвеченные и недосвеченные снимки. "Вытащить" детали из теней вообще не составляет труда, даже если при фотографировании ошибка составила 2-3EV. С переэкспозицией дела обстоят чуть хуже: такие фото "поддаются лечению" максимум на одну ступень.
2. Увеличение резкости без потерь в качестве. Разбежка, правда, не очень большая, но и это хоть что-то — чудесного превращения смазанного снимка в полностью четкий никто и не обещал.
3. Удаление цветных шумов (Color Noise Reduction).
4. Работа с яркостью, контрастностью и пр.
5. И, самое главное, RAW позволяет настроить правильный баланс белого независимо от того, что было установлено камерой. При записи в этом формате все параметры, связанные с ББ, просто игнорируются. Загрузив картинку в конвертер, можно пойти тремя путями: выбрать один из пресетов (лампа накаливания, прямой солнечный свет и т.д., а при выставлении As Shot программа покажет снимок с настройками как у JPEG или TIFF, т.е. с такими же, как выставляет сам фотоаппарат), перемещать всевозможные ползунки, изменяя цветовую температуру, и самый простой, эффективный, но НЕ ВСЕГДА ВОЗМОЖНЫЙ — всего-навсего ткнуть мышью в нейтрально серую область. Последнее действие укажет конвертеру, какой цвет является нейтрально серым, и на основании этого он пересчитает все остальные, выставив таким образом правильный баланс. Не всегда возможный потому, что на фотографии подобных участков может и не быть. Чтобы это исправить, можно сфотографировать в тот же RAW белый лист бумаги уже после завершения снимаемого события. Главное, чтобы не изменилось освещение. Таким образом не теряется оперативность: если видим что-то интересное, немедленно снимаем, а получить технический кадр время найдется.

Софт

А теперь, как всегда, после теоретических сведений коротко о положении на рынке программного обеспечения в данной области. Если до сих пор все было более-менее понятно, то здесь появляются трудности. Связаны они прежде всего с тем, что RAW — это, в общем-то, и не формат, т.к. для него не было принято никаких стандартов. Каждый производитель цифровых фотоаппаратов записывает RAW-данные так, как считает нужным. Поэтому до недавних пор универсального программного обеспечения для работы с RAW не существовало. С каждой конкретной моделью можно было использовать только "родной" софт, который даже не всегда подходил для двух разных аппаратов одного и того же производителя. Некоторая ясность начала появляться только после того, как этим вопросом заинтересовались компании Adobe и Phase One. Во-первых, они выпустили конвертеры, которые понимают "сырые" данные довольно длинного списка моделей. Во-вторых, начались разработки по созданию формата DNG (расшифровывается как Digital Negative), который призван стандартизировать все разновидности RAW. Вернее, он уже создан, только еще непонятно, каково у него будущее. Очевидно одно: общепринятые договоренности в этой области крайне необходимы, т.к. неуверенность в том, что через несколько лет можно будет прочитать сегодняшние RAW-файлы, здорово отравляет жизнь.
Итак, в настоящее время наиболее распространенными конвертерами являются Adobe Camera Raw и Capture One. Первый из них является плагином к Photoshop, причем распространяется абсолютно свободно. Скачать можно прямо со страницы разработчиков: сайт На сайте приведена подробная инструкция по установке утилиты, а также перечислены модели фотоаппаратов, с которыми он может работать. Трудностей с его использованием, я думаю, возникнуть не должно, т.к. интерфейсом он подобен самому "Фотошопу" (см. рисунок).

Capture One — основной, хотя и не единственный, конкурент предыдущей программы (правда, его распространение небесплатное). В чью пользу сделать выбор, решать вам. Возможности у них практически одинаковые. Если вашу модель "понимают" обе программы, то оптимальным решением будет собственное сравнение Adobe Camera Raw и Capture One, а не чтение чьих-то абстрактных описаний, тем более, что на сайте компании сайт доступна пробная версия.

И напоследок хочется сказать, что наличие в камере возможности сохранения снимков в RAW значительно добавляет ей привлекательности. Конечно, на первый взгляд может показаться, что он только доставляет лишние хлопоты: увеличивается объем файла и время записи на карту памяти, а потом еще с конвертерами разбирайся. На самом же деле просто не надо выставлять RAW в качестве основного формата: естественно, мало кому захочется после каждой вечеринки или поездки в лес сидеть 2-3 дня за компьютером, регулируя баланс белого и прочие параметры для нескольких десятков снимков. Производить ручные настройки необходимо только тогда, когда нет возможности подстроить камеру в момент съемки или когда вы хотите получить максимально высокое качество конечного снимка — например, для печати большого формата.

Геннадий Войцехович, napster@tut.by

© Компьютерная газета

полезные ссылки
Корпусные камеры видеонаблюдения