43. צילום ללא איבוד פרטים בבהירויות

מי אינו מכיר את התופעה המרגיזה של איבוד פרטים בבהירויות, כלומר באזורים הבהירים של הצילום. יודעי דבר יקפצו מיד ויגידו שאפשר ל״שחזר״ פרטים שנעלמו בבהירויות בתוכנה כמו Lightroom ואחרות. נכון, זה אפשרי במידה מסויימת אולם לא תמיד ולא לכל חובב יש גישה לתוכנת עיבוד תמונה מקצועית. בשלב הבא תזרק לחלל האויר  מילת הקסם HDR, כלומר צילום בטווח דינמי רחב. אבל בל נשכח שטכניקה זו דורשת ביצוע של מספר חשיפות ומיזוגן בתוכנה מתאימה לאחר הצילום דבר שאינו מתאים לכל מצב צילום וגם לא לכל אחד. ובכל מקרה, טכניקות עיבוד תמונה אלו באות על מנת לתקן בעיה קיימת ולא על מנת לפתור אותה. בדוגמא הבאה מספר צילומים שנחשפו כאשר המסגרת כוללת מקור תאורה בהיר וחזק במיוחד.

אפשר כמובן לנסות להתאים את החשיפה לעצמת האור הגבוהה ע״י קיצור החשיפה ולהצליח לקבל פרטים באזורים הבהירים אולם אז האזורים הכהים יהיו סתומים וחסרי פרטים. ניסיון להבהיר אזורים אלו יגלה רמות רעש גבוהות ומרגיזות גם בעת שימוש בערכי ISO נמוכים.

אז ממה נובעת הבעיה? מקור הבעיה הם הפיקסלים בחיישני התמונה האלקטרוניים המותקנים במצלמות הדיגיטליות שלנו. בפוסטים קודמים כבר התייחסתי למבנה העקרוני של חיישן תמונה אלקטרוני, המורכב ממיליוני פיקסלים שכל אחד מהם כולל פוטו דיודה רגישה לאור ומאגר בו נאגרים האלקטרונים המשתחררים במהלך החשיפה (התהליך הפוטו-אלקטרי) כתוצאה של פגיעת האור בפוטו דיודה. ככל שיותר אור פוגע בפוטו דיודה כך ישתחררו יותר אלקטרונים שיאגרו במאגר. הבעיה היא, במילים פשוטות, שקיבולת המאגר מוגבלת וכמו דלי המתמלא במים ברגע שהמאגר מלא האלקטרונים יתחילו ״להישפך״ ממנו לפיקסלים השכנים וליצור אפקט של ״פריחה״ (Blooming) האפייני לחשיפות יתר או לחשיפות באור חזק כמו בדוגמאות שלעיל. ידועות מספר טכניקות להגבלת נקודת הרוויון של הפיקסל: זו הנקודה בה הוא התמלא וכבר אינו מסוגל לאגור עוד אלקטרונים ולמניעת התפשטות האלקטרונים לפיקסלים הסמוכים. אולם אין בכוחן של טכניקות אלו למנוע את התופעה לחלוטין.

הכדורים האדומים מייצגים את האלקטרונים הנאגרים במאגר במהלך החשיפה. אחת הטכניקות המקובלות להגבלת נקודת הרוויון היא ״ניקוז״ של אלקטרונים עודפים אל מחוץ לפיקסל.

יש אם כן להודות שיש עדיין פער לא קטן בין הביצועים הנוכחיים של חיישני התמונה האלקטרוניים לבין הביצועים האידאליים שהיינו מעונינים בהם. אל תטעו כאן, חיישני התמונה האלקטרוניים מן הדורות האחרונים מאפשרים קבלת איכות צילומית גבוהה כמעט בכל מצב צילום אולם כאשר תחום הבהירויות בנושא עולה על הטווח הדינמי של החיישן תהיה בעיה. על פתרון בעיה זו עובדים לא מעט חוקרים ומהנדסים בחברות טכנולוגיה ובמוסדות מחקר אקדמיים. לאחרונה פורסם ע״י מעבדת המדיה של המכון הטכנולוגי של מסצ׳וסטס בארה״ב (MIT Media Lab) מאמר מענין המתאר סוג חדש של חיישן המסוגל להתמודד בהצלחה עם מצבי צילום בהם קיים מקור אור חזק מאד כלומר המצב הקלאסי בו תחום הבהירויות בנושא עולה על הטווח הדינמי של החיישן. כותרת המאמר מבטיחה ביותר: ״צילום בטווח דינמי גבוה בלתי מוגבל באמצעות מצלמת מודולו״ ( Unbound High Dynamic Range Photography Using A Modulo Camera) . הדוגמאות שבמאמר נראות כהתגשמות חלומו הרטוב של כל צלם, חובב או מקצועי כאחד: אין יותר אזורים ״שרופים״ וכל זה בחשיפה אחת!

אז איך קורה הפלא הזה? הטכנולוגיה שמאחורי פיתוח זה איננה פשוטה. למי שמוכן להתעמת עם מאמר מדעי ברמה גבוהה הנה הכתובת בה תוכלו למצוא את המאמר המקורי: http://web.media.mit.edu/~hangzhao/papers/moduloUHDR.pdf

סרטון קצר המתאר את הרעיון הבסיסי שמאחורי הטכנולוגיה נמצא כאן: http://web.media.mit.edu/~hangzhao/modulo.html

הבסיס לשיטה הוא ריקון קבוע של כל פיקסל שמגיע לרוויון, כלומר בעוד שבחיישן רגיל כל פיקסל שהיגיע לריוויון מייצג למעשה את רמת הבהירות המירבית, או במילים אחרות לבן ללא פרטים (״שרוף״) בשיטה שפותחה ב- MIT פיקסל שהיגיע לריוויון מתרוקן ומתחיל להתמלא מחדש. כך שעם סיום החשיפה בכל פיקסל יש אלקטרונים המייצגים רמת בהירות מסויימת.

שימו לב לדוגמאות הבאות, כולן נלקחו מתוך המאמר הנ״ל:

בנוסף, מתבצע עיבוד של תוצאות החשיפה באמצעות אלגוריתמים שפותחו במיוחד ומבוססים על Phase Unwrapping.

ניתן לעבד תמונה על סמך חשיפה אחת או על סמך מספר חשיפות לצורך השגת תחום דינמי מירבי, אולם גם בחשיפה אחת התוצאות שבדוגמאות טובות יותר ממה שניתן להשיג באמצעות מספר חשיפות בשיטת החשיפה והעיבוד של HDR רגיל.

מאותגרי הטכנולוגיה כבר החלו לילל, מה יהיה על הצלמים כאשר כל חובב וסמארטפונו בידו יוכל לקבל חשיפות  מדוייקות בתחום דינמי גבוה?
וכבר רואים שחורות כאשר תפותח מצלמה שתוכל גם ליצור קומפוזיציה טובה בעצמה…

זוכרים מה קרה כאשר פותחו מערכות החשיפה האוטומטית הראשונות או מערכות המיקוד האוטומטי? או כאשר הצילום הדיגיטלי היה בחיתוליו? אז לא קרה כלום: הצילום לא מת, קיבלנו כלים טובים יותר וזולים יותר מאשר בעבר וכך, כנראה יהיה גם בעתיד. כדברי האמרה הידועה מצה״ל ״עוד לא נולד ה-XXXX שיעצור את הפז״ם"'  אז עוד לא נולד אותו אחד שיעצור את הטכנולוגיה. ראו פוסטים מס׳ 22,23: על טכנולוגיה, חברה וצילום.