Dynamický rozsah: jak ho měřit a jak ho využít

Dynamický rozsah říká, jak velký rozdíl mezi nejsvětlejším a nejtmavším místem scény dokáže snímač zaznamenat v jediné expozici tak, aby ve světlech zůstala kresba a stíny nezanikly v šumu. Udává se v expozičních stupních (EV) a u současných systémových fotoaparátů vychází na základní citlivosti zhruba na dvanáct až patnáct stupňů – podle velikosti snímače a hlavně podle toho, kdo a jak měřil. Čísla z různých zdrojů se proto nedají míchat.

Co znamená jeden expoziční stupeň a kde rozsah končí

Jeden stupeň EV znamená dvojnásobek nebo polovinu světla. Rozsah deseti stupňů tedy odpovídá poměru jasů 1 : 1024, čtrnáct stupňů už 1 : 16 384. Slunečná krajina s hlubokým stínem pod stromy nebo interiér s oknem v záběru se k takovým poměrům běžně blíží.

Horní hranice rozsahu je ostrá. Každý pixel pojme jen omezený počet elektronů a po jeho naplnění se všechno jasnější zapíše jako stejná bílá. Tomu se říká saturace a žádná úprava ztracenou kresbu nevrátí. Dolní hranice je naopak plynulá: signál ve stínech slábne, až se ztratí v šumu elektroniky. Kde přesně rozsah „končí“, je proto věc dohody o tom, jaký poměr signálu k šumu ještě uznáme za použitelný.

Jak se dynamický rozsah měří podle poměru signál/šum

Inženýrská definice klade dolní mez tam, kde je signál stejně velký jako šum, tedy kde poměr signál/šum klesne na jedničku. Postup měření šumu a dynamického rozsahu digitálních fotoaparátů popisuje norma ISO 15739. Takto získaná čísla jsou vysoká, jenže obraz, v němž je šumu tolik co informace, nikdo tisknout nebude.

Proto vznikly přísnější metodiky. Databáze Photons to Photos pracuje s takzvaným fotografickým dynamickým rozsahem, který vyžaduje výrazně vyšší poměr signál/šum a vztahuje ho k velikosti výsledného obrazu, ne k jednomu pixelu. Vychází pak o dva až tři stupně níž než inženýrská hodnota téhož snímače. Jiné zdroje přepočítávají výsledek na jednotné rozlišení výstupu, aby snímač s mnoha malými pixely nebyl znevýhodněn proti snímači s méně velkými.

Při srovnávání dvou těl bych se díval jen na čísla z jednoho zdroje a jedné metodiky. Rozdíl dvou stupňů mezi tabulkou výrobce a nezávislou databází totiž většinou neznamená lepší snímač, jen jinak položený práh. A rozdíl menší než půl stupně mezi dvěma přístroji považuji za zanedbatelný, protože ho v hotové fotografii přebije jediná nepřesnost v expozici.

Roli hraje i analogově-digitální převodník. Lineární čtrnáctibitový zápis nedokáže v jednom pixelu rozlišit víc než čtrnáct stupňů, a pokud některá databáze uvádí hodnotu vyšší, jde o údaj přepočtený na zmenšený obraz, kde se šum sousedních pixelů průměruje.

Proč rozsah klesá s každým zvýšením citlivosti

Nejširší rozsah má snímač na základní citlivosti, obvykle ISO 100 nebo o něco výš. Zvýšení ISO znamená, že na snímač dopadne méně světla a slabší signál se víc zesílí. Strop převodníku se tím přiblíží, kdežto šum ve stínech zůstane zhruba na místě, takže s každým stupněm ISO přijdete přibližně o jeden stupeň rozsahu. U snímačů s dvojím převodním ziskem je pokles v jednom místě stupnice mírnější; podrobněji to rozebírá článek o tom, jak spolu souvisí ISO a šum.

Z toho plyne praktický závěr: u kontrastní scény se vyplatí držet citlivost co nejníž a chybějící světlo získat delším časem. Z ruky to umožní stabilizace snímače v těle, pokud se scéna nehýbe, jinak stativ.

Expozice na světla: jak nepřijít o kresbu v obloze

Protože přepálená místa jsou ztracená a stíny se dají zesvětlit, exponuje se kontrastní scéna podle světel. Cílem je dostat nejjasnější důležitou část – oblohu, bílé šaty, osvětlenou fasádu – těsně pod hranici saturace. Čím víc světla snímač dostane, tím čistší budou stíny, a tak nemá smysl podexponovat víc, než je nutné.

K hlídání světel slouží histogram a zebra v hledáčku. Obojí se ovšem počítá z náhledu ve formátu JPEG se zvoleným obrazovým stylem, ne ze surových dat, a RAW mívá ve světlech ještě malou rezervu. Jak velkou, se liší tělo od těla. Sám bych zebru nastavil raději opatrně a rezervu bral jako pojistku, ne jako prostor k využití, protože odlesk na vodě nebo slunce v listí se přepálí dřív, než si toho na malém displeji všimnete.

Scény s prudkým protisvětlem prověří také ostření. Postava proti jasnému oknu je pro fotoaparát tmavá silueta s malým kontrastem a autofokus s rozpoznáváním objektů v ní oko hledá hůř než při bočním světle.

Když kontrast scény rozsah snímače přesáhne, pomůže jen víc expozic. Expoziční bracketing po jednom až dvou stupních ze stativu a pozdější složení dá výsledek, na který jediný snímek nestačí.

RAW a tahání stínů při úpravě

Celý rozsah snímače se uchová jen v RAW, kde jsou data uložena lineárně ve dvanácti nebo čtrnácti bitech. JPEG má osm bitů na kanál a tonální křivku už v sobě; co výrobce v křivce zahodil, to z něj nedostanete. Pozor i na ztrátově komprimovaný RAW, který u některých těl ubírá jemné přechody právě v nejhlubších stínech.

Zesvětlení stínů v editoru je totéž co dodatečné zvýšení citlivosti jen pro tmavou část obrazu. Šum, který tam byl, se zesílí spolu se signálem. Stín zvednutý o dva stupně vypadá u moderního snímače čistě, při čtyřech až pěti stupních už bývá vidět barevný šum a někdy i pruhování. Podle mě je rozumné brát tahání stínů jako opravu, se kterou se počítá předem při expozici, ne jako záchranu špatně naměřeného snímku.

Doporučuji udělat si jednou vlastní zkoušku: postavte fotoaparát na stativ před kontrastní scénu, na základní citlivosti pořiďte v RAW řadu snímků od minus tří do plus tří stupňů po jednom EV a v editoru zjistěte, o kolik jde stáhnout světla a zvednout stíny, než se obraz rozpadne. Vezměte si k tomu nabitý náhradní akumulátor, protože dlouhé série s trvale zapnutým displejem ukrajují z toho, co slibuje katalogová výdrž baterie.

Zdroje

• ISO 15739 – Photography – Electronic still-picture imaging – Noise measurements, International Organization for Standardization
• Photographic Dynamic Range – popis metodiky, Photons to Photos
• Dynamic Range in Digital Photography, Cambridge in Colour
• Digital Negative (DNG) Specification, Adobe
• Michael Freeman: Perfect Exposure, Ilex Press