Часть первая:

– Что;
– Шум;
– Высветление.

Что

ETTR (Expose To The Right — экспонируй вправо) — это такая техника экспонирования, которая предполагает увеличение экспозиции до максимально возможного уровня (то-есть того, при котором все важные для фотографа объекты в кадре ещё не засвечены, но близки к этому), с целью захвата большего количества света, и, как следствие, уменьшения уровня шума. Гистограмма при этом будет прижата вправо (отсюда и название), тогда как при нормальном экспонировании она обычно находиться по центру, ведь обычно мы размещаем наиболее важный объект в кадре (допустим, лицо) по центру гистограммы, чтобы всё важное не было ни пере-, ни недо-экспонированным.

нормальное экспонирование и ETTR

нормальное экспонирование и ETTR

Хорошо, а нет часом короткого видео об этом, для наглядности?!

Не вопрос, правда на английском:

Tom Majerski on Vimeo.

Кто предложил?

Первая* (насколько мне и автору, Майклу Рейхманну (Michael Reichmann) известно) статья об этом рухнула в крепкие объятия сети в 2003-м в блоге Luminous Landscape. В ней Майкл пишет, что идея была предложена Томасом Ноллом (Thomas Knoll, да-да, именно тот, чьё имя (в компании брата, Джона) вы можете лицезреть на плашечке создателей Photoshop). Так вот, Томас утверждал, что CCD (ПЗС) и CMOS (КМОП) сенсоры устройства линейные и потому, каждый стоп записывает лишь половину оттенков предыдущего. Так 14-ти битное изображение способно записать 16 384 (2^14) оттенков, но при этом первый, самый яркий, стоп будет содержать 8 192 , второй — уже 4 096, а шестой— всего 256 (8 бит, кстати, вот вам и разница между RAW и JPEG). Впрочем, забегая наперёд, отмечу, что не это, по всей видимости, причина эффективности ETTR.

*это если говорить о цифре, ведь, если верить форумам, эту технику использовали на слайде, для того, чтобы уместить высоко-контрастную сцену в ограниченную фотографическую широту

Почему работает?

Некто Эмиль Мартинек (Emil Martinec), если верить Википедии и сайту Университета Чикаго, физик, профессор в Институте им. Энрико Ферми (Enrico Fermi Institute) при Университете Чикаго, специализируется на теории струн (очень интересная и актуальная байда в мире физики), в 2008-м году разразился очень занимательной и дотошной статьёй о “шуме, динамическом диапазоне и глубине цветности”. Так вот, из неё следует, что линейность RAW не так уж важна, так как вовсе не количество оттенков определяет уровень шума.

Откуда берётся шум?

1. Прежде всего, сама природа света вносит шум: свет можно описать не только как набор волн, но и как поток частиц, фотонов (см. корпускулярно-волновой дуализм); и этот поток неоднороден, его сила, как бы, колеблется вокруг определённого среднего значения, которое мы и пытаемся уловить. Это колебание и видно, как шум. Количество этого типа (назовём его фотонным) шума растёт с усилением света, но не пропорционально. То есть, чем больше света — тем больше фотонного шума, но меньше его соотношение ко всему свету (иными словами: выше соотношение сигнал/шум (с/ш)); в результате, с усилением света шум становиться менее заметен, хоть его и больше. Вклад фотонного шума в общий уровень значителен и его не уменьшить улучшением камер*.

2. Шум считывания (read noise). Фотон, ударяясь в негативно заряженный светочувствительный элемент матрицы выбивает электрон, который разгоняется напряжением и летит на анод (положительно заряженный электрод). Так возникает фототок, его напряжение зависит от количества выбитых фотоэлектронов и усиливается пропорционально значению ISO (причём это усиление обратно пропорционально ISO, то есть, удвоение чувствительности уменьшает усиление вдвое, так как, вдвое меньшее количество фотоэлектронов должно соответствовать тому же количеству единиц RAW). Так вот, в идеале, количество фотонов, попавших на сенсор, должно соответствовать количеству фотоэлектронов, но на практике это не так, вследствие того, что каждый элемент электрической цепи страдает колебаниями напряжения. Эта разница (между фотонами и фотоэлектронами) — шум. И главная беда шума считывания в том, что он не совсем белый (однородный, как в ламповом телике без сигнала).
2.1 Узорный шум (pattern noise). Наш глаз, а точнее — мозг, устроен так, чтобы подмечать различные узоры и структуры, так что то, что шум считывания кучкуется в полосы делает его более видимым. Вклад шума считывания в не-слишком-тихий-общак также существенен, впрочем, как вы, верно, уже поняли, его-то и можно устранять совершенствованием камер.

3. Тепловой шум (thermal noise или джонсоновский(на английском почему-то Johnson–Nyquist noise)). Тепло, вырабатываемое самой матрицей, высвобождает немного электронов, которые, естественно, не отличимы от выбитых фотонами, создавая шум в форме, так называемых, горячих пикселей. Тепловой шум растёт с увеличением выдержки, на выдержках до секунды беспокоиться вовсе не о чем, длиннее — и специальное шумоподавление для длинных выдержек вам в помощь (при этом камера будет снимать дважды, второй раз — с закрытым затвором при той же выдержке, чтобы выделить эти горячие пиксели и затем “убрать” их с изображения; способ действенен, но увеличивает время экспонирования вдвое, что при длительных выдержках не очень-то и удобно).

горячие пиксели при выдержках в 15 и 30 секунд | Emil Martinec

горячие пиксели при выдержках в 15 и 30 секунд | Emil Martinec

4. Неоднородность отклика пикселя (pixel response non-uniformity). Не все пиксели одинаково эффективны в ловле и подсчёте фотонов. Колебание — шум (хм, где-то я это уже слышал).

5. Ошибка оцифровки или квантования (quantization error). При преобразовании аналогового напряжении в цифровые единицы RAW он округляется до ближайшего целого числа. Опять таки, набор маленьких неточностей = колебания = шум.

*разве-что заставить матрицу ловить больше света (есть такие, но они хуже справляються с шумом считывания). Так у Foveon X3 зелёный, красный и синий субпиксели размещены друг над другом, что позволяет ловить почти весь падающий свет (тогда как почти все современные матрицы 2/3 света попросту отбивают (так “красный” пиксель фиксирует красный лишь потому, что фильтр, перед ним, пропускает только красный)). Также есть способы попросту плотнее упаковать субпиксели, к примеру CentEye делает сенсоры для роботов и интернета вещей с гексагональным расположением субпикселей, а уже не выпускаемая серия SuperCCD основывалась на восьмиугольных субпикселях (оба метода, полагаю, вдохновлены пчелиными сотами). Ну и совсем недавно Sony показала изогнутую — как и наша сетчатка — матрицу, которая позволяет упростить оптическую схему линз и, за счет этого ловить в 2 раза больше света по краям и в 1.4 — по центру; Риши Саньйал (Rishi Sanyal) на DpReview, впрочем, пишет, что без возможности менять изгиб матрицы на ходу, она сможет использоваться только с не сменным фиксом.

И, конечно же, способность ловить свет — это только инструмент, ведь при стандартном экспонировании вы не ловите весь свет, который можете.

Вывод:

Шум — это, по сути, колебание. Возникает из за того, что каждый элемент улавливания и преобразования световой информации не идеален, а также сам свет — не идеальный носитель информации.

Экспонирование и высветление, ISO

Стандартное описание экспозиции полагается на, так называемый, треугольник экспозиции, состоящий из факторов, на нее влияющих, а именно: выдержка, диафрагма (экспопара) и ISO. Некто же gollywop предложил отличнейшую, на мой взгляд, идею — выкинуть из уравнения ISO, добавив термин: “высветление”. Дело вот в чём: экспозиция — это, ведь, количество, попавшего на светочувствительный материал (плёнка, матрица) света. На это количество влияют лишь освещённость объекта да экспопара, но никак не чувствительность. Повышенный вдвое уровень ISO, по сути, лишь “говорит” камере расценивать то же самое количество зарегистрированных фотоэлектронов за вдвое большее значение единиц RAW. Высветлением же, предлагается называть, увеличение воспринимаемой яркости изображения любыми средствами (ISO, высветление в графическом редакторе или же на выходном посреднике (яркость монитора, к примеру)), кроме тех, что определены экспозицией (экспопара + освещение).

Как лучше высветлять, повышением ISO или в редакторе?

Gollywop считает, что если у вашей камеры шум считывания не уменьшаеться с увеличением ISO (подробнее об этом в закавыках), то высветление в редакторе предпочтительней. Я же думаю, что ETTR наиболее подходит для пейзажей, снятых со штатива (а об этом — в личном опыте) и в таких условия — лучше увеличить выдержку. Ситуации же, в которых приходится вздирать чувствительность чаще всего связаны с репортажной или жанровой съёмкой, где куда важнее скорость реакции, чем чуть меньшее количество шумов. Впрочем, вам решать.

ISO и шум

Почему при увеличении ISO увеличивается воспринимаемый шум? Прежде всего, шум фотонный; если помните, меньше света — меньше шума, но больше его относительно сигнала (меньше соотношение с/ш). При этом, все остальные виды шумов никуда не делись — ещё хуже дело с соотношением с/ш. Вот видео об этом, снова английский:

Во второй части:

  • Как использовать;
  • Технические закавыки;
  • Настройка камеры;
  • UniWB;
  • Авто-ETTR.