92. על חשיפה נכונה, Take 2

92. על חשיפה נכונה, Take 2

בפוסט מס׳ 6 התייחסתי בקצרה לשאלת החשיפה הנכונה בצילום דיגיטלי. בפוסט הנוכחי אדון בנושא פופולרי ועם זאת בעייתי זה ביתר הרחבה. אני מניח שלחלק מן הקוראים ההסברים, ובעיקר אלו שעוסקים ב-ETTR יראו אולי מסובכים מדי אבל בסופו של דבר יסתבר למי שיתאמץ לקרוא את הפוסט עד תומו שהמדובר בטכניקה פשוטה להבנה ולישום אשר לה יתרונות רבים בכל הנוגע לאיכות הדימוי הסופי המתקבל.

הכלל הבסיסי בחשיפה בצילום דיגיטלי הוא:
Expose for the highlights, develop for the shadows. ובתרגום לשפת הקודש: חשיפה לפי הבהירויות, עיבוד לפי הצללים. כלומר, המטרה העיקרית שלנו היא לרשום את הבהירויות על החיישן כך שלא נאבד פרטים באזורים הבהירים של הדימוי: עם האזורים הכהים נדע להתמודד בעת עיבוד הקובץ. עם זאת, יש להדגיש ענין נוסף והוא הצורך לנצל את מלוא התחום הדינמי של חיישן התמונה בעת החשיפה.  הדבר נכון בעת צילום קבצי RAW וקריטי ממש בעת צילום קבצי JPEG לאור הטווח הדינמי המוגבל של קבצים אלו: בעת צילום קבצי RAW במצלמות DSLR וברוב מצלמות ה- Mirrorless  המרת המידע האנלוגי המתקבל מן החיישן למידע דיגיטלי מתבצעת תוך שימוש ב-14-16 סיביות (bits) לכל אחד משלושת ערוצי הצבע אדום, כחול וירוק. לעומת זאת בעת צילום קבצי JPEG הכימות (תהליך ההמרה ממידע אנלוגי לדיגיטלי) נעשה תוך שימוש ב-8 סיביות בלבד לכל ערוץ צבע ולכן מספר הבהירויות שניתן לייצג בקבצי RAW גדול בהרבה ממספר הבהירויות שניתן לייצג בקבצי JPEG, לתשומת ליבו של כל מי שטרם הפנימו את היתרונות של צילום קבצי  RAW. במילים אחרות, לקבצי RAW יש הרבה יותר ״בשר״ שניתן לעבדו בשלב העיבוד שלאחר הצילום.

picture1

המחשה סכמטית של טווח הבהירויות הרחב של קובץ RAW לעומת הטווח המצומצם של קובץ JPEG: הריבוע הצהוב הגדול מייצג את טווח הבהירויות של קובץ RAW  בעוד שהריבוע הכתום שבתוכו מייצג את טווח הבהירויות של קובץ JPEG.

אחת המשמעויות החשובות של טווח הבהירויות הרחב אותו ניתן לייצג בקובץ RAW היא העובדה שכתוצאה מכך הסבילות של קבצי RAW לטעויות בחשיפה גדולה בהרבה מן הסבילות של קבצי JPEG לטעויות כאלה. במילים אחרות, מרווח הטעות בחשיפה של קבצי RAW גדול יותר מזה של קבצי JPEG. הדבר בא לידי ביטוי בעיקר בכל הנוגע ליכולת לייצג פרטים באזורי הבהירויות.

מדוע בכלל אפשרית טעות במדידת החשיפה? הרי למצלמות המודרניות מערכות משוכללות למדי למדידת החשיפה ובכל זאת טעויות ושגיאות במדידת החשיפה אינן נדירות כלל ועיקר ובמיוחד אצל צלמים מתחילים שטרם הפנימו את עקרונות החשיפה הנכונה ומסתמכים באופן עיוור על מערכת מדידת החשיפה האוטומטית של המצלמה שלהם.

הבעיה העיקרית היא חוסר היכולת של חיישן התמונה האלקטרוני במצלמה לרשום את טווח הבהירויות הרחב של הנושא. כלומר, במקרים רבים טווח הבהירויות בנושא רחב בהרבה מטווח הבהירויות שחיישן התמונה מסוגל לרשום.

picture2

איור זה מדגים מצב בו התחום הדינמי (טווח הבהירויות) בנושא (הקו העבה השחור) רחב בהרבה מן התחום הדינמי של חיישן התמונה שבמצלמה (הקו הכתום).

מרווח החשיפה האפשרי = התחום הדינמי של המצלמה – התחום הדינמי של הנושא ובמקרה זה התוצאה תהיה בעלת ערך שלילי.

אפשרי גם מצב שונה בו התחום הדינמי של חיישן התמונה יהיה רחב יותר מזה של הנושא:

picture3

במקרה זה מרווח החשיפה האפשרי יהיה חיובי אולם השאלה הנשאלת היא כיצד למקם את טווח הבהירויות המצומצם של הנושא על התחום הדינמי הרחב יותר של המצלמה.

שלושה גורמים משפיעים על איכות ודיוק החשיפה:

א. אזורים כהים יותר בנושא ירשמו על חיישן התמונה עם יותר רעש מאחר ויחס האות לרעש באזורים אלו נמוך (גרוע) יותר.

picture4

ב. אזורים בהירים מעבר לערך מסויים יאבדו פרטים (Clipping) בשלושת הערוצים RGB או בחלק מהם:

picture5

ג. ניצול לא מלא של התחום הדינמי של המצלמה יגרום להקטנת תחום הבהירויות בקובץ, מצב שיוחמר עקב העובדה שליניאריות החיישן גורמת לרישום פחות גוונים באזורים הכהים:

picture6

אם כך, מהי הדרך המיטבית לשמור על אזורי הבהירויות כך שלא יאבדו פרטים בזמן החשיפה?

לפנינו שלוש דרכים אפשריות: ETTR, חשיפת חסר וחשיפה מדוייקת בהתאם למד החשיפה של המצלמה. לכל אחת משיטות החשיפה יתרונות וחסרונות. עם זאת, לאחת הדרכים יותר יתרונות מחסרונות ולכן היא הדרך המומלצת.
אופן חשיפה זה נקרא ETTR, ראשי התיבות של Expose To The Right כלומר חשיפה ימינה. הכוונה לחשיפה כזו כך שההיסטוגרמה תהיה מוטה מעט ימינה, עד מעבר לקצה הסקלה. במצב זה רישום הפרטים בבהירויות יהיה מקסימלי ועם זאת לא יאבדו פרטים בצללים מאחר ונוכל להכהות אותם בשלב העיבוד. זאת היא למעשה המשמעות של חשיפה לפי הבהירויות, עיבוד לפי הצללים!
ETTR מתאימה ביותר לעבודה עם קבצי RAW עקב הטווח הדינמי הגבוה יותר שהם מסוגלים להכיל. ההיסטוגרמה שמראה לנו המצלמה היא למעשה היסטוגרמה של קובץ JPEG המסוגל להכיל תחום דינמי מצומצם יותר. ולכן אם החשיפה תביא את ההיסטוגרמה למצב בו היא עוברת במעט את הקצה הימני של הסקלה נוכל להבטיח רישום מיטבי של הבהירויות ועם זאת מידת הרעש באזורים הכהים תהיה נמוכה יותר מאשר בטכניקות החשיפה האחרות שאזכיר בהמשך.

Picture7.png

ETTR מתאימה במיוחד לשימוש במצלמות Mirrorless הנמצאות תמיד במצב Live View בו ניתן לראות היסטוגרמה חיה בשלב הצפייה עוד לפני ביצוע החשיפה בפועל. במצלמות DSLR ניתן לעבור למצב Live View או להוסיף חשיפה באופן קבוע באמצעות כפתור פיצוי החשיפה.

יתרונות חשיפה ב- ETTR:

א. רישום של מספר הבהירויות המירבי ע"י חיישן התמונה
ב. הפחתת הרעש באזורים הכהים מאחר ומתבצעת הכהייה של הקובץ בזמן העיבוד ולא בזמן החשיפה. מידת ההפחתה ברעש תלויה ביכולת לבצע חשיפת יתר לימין ללא חיתוך הבהירויות

ומהם החסרונות של ETTR?

א. אם מגזימים, קיים סיכון לחיתוך הבהירויות בעיקר בחלק מערוצי הצבע (יגרום לסטיית צבע)
ב. טכניקה זו מפחיתה למעשה את רגישות החיישן ודורשת יותר אור, עם אפשרות לביטול היתרון של הפחתת הרעש במקרה שנעלה את ה- ISO – דורש שיקול דעת!
ג. מקשה על מיון הצילומים במצלמה מאחר והם יראו חשופים ביתר (בהירים מדי)
ד. יתכן ויהיה צורך במספר חשיפות על מנת להגיע להיסטוגרמה המתאימה לימין, דבר שאינו אפשרי במקרה של נושא בתנועה או במצב של צילום מהיר

״שיטת״ החשיפה השניה היא ביצוע חשיפת חסר קבועה על מנת ״להגן״ על הבהירויות ולא לאבד פרטים בהן. בשלב העיבוד ״פותחים״ את האזורים הכהים ואז מתגלה הרעש שבהם… זוהי פרקטיקה גרועה שמתבצעת ע״י צלמים שחסרה להם הבנה בסיסית במאפיינים הטכניים של חיישן התמונה. בסופו של דבר, התוצאה המתקבלת מחשיפה ״בשיטה״ זו תהיה הגרועה ביותר מבין שלוש שיטות החשיפה הנדונות כאן. דוגמאות שיוכיחו זאת תראו בהמשך.

picture8

יתרונות חשיפת חסר:

א. מגנה בפני חיתוך הבהירויות  וחיתוך ערוצי צבע
ב. טכניקה זו דורשת פחות אור ומאפשרת הורדת ה- ISO, דבר שעשוי להפחית את הרעש

חסרונות חשיפת חסר:

א. העלאת הרעש עקב הבהרת האזורים הכהים בזמן העיבוד
ב. הצילומים יראו כהים מדי על צג המצלמה
ג. ניצול חלקי  בלבד של התחום הדינמי של החיישן

האפשרות השלישית היא להסתמך על קריאת מד החשיפה ולא לעשות שום דבר נוסף.
יתרונות ההסתמכות על חשיפה ״נכונה״ בהתאם לקריאת מד החשיפה:

א. הצילומים יראו, סביר להניח בבהירות המתאימה ישר מן המצלמה. כך יהיה קל יותר למיין אותם במצלמה
ב. טכניקה זו אינה דורשת שימוש בקבצי RAW ולכן מתאימה בעיקר לשימוש בקבצי JEPG

חסרונות השימוש בחשיפה נכונה:

א. סיכוי רב לחיתוך הבהירויות בצילום נושאים ניגודיים מאד וכאשר בוצעה טעות במדידת החשיפה או כאשר מד החשיפה מזייף

ב. ניצול חלקי בלבד של התחום הדינמי של החיישן: צג המצלמה מתייחס לקבצי JEPG בעלי עומק צבע של 8Bit/Pixel בעוד שרוב המצלמות כיום מבצעות כימות של קבצי RAW בעומק צבע של  14-16Bit/Pixel

השוואה בין שלושת שיטות החשיפה

picture10

Picture10.png

שימו לב להבדלים ברעש!
picture11מן הדוגמאות הללו עולה בבירור כי רמת הרעש הנמוכה ביותר מושגת באמצעות חשיפה  ETTR והכהיית הדימוי בשלב העיבוד.

כלומר, בכל מצב צילום בו ניתן להשתמש ב-ETTR כדאי בהחלט לעשות זאת. השימוש בשיטה פשוט: הביאו את ההיסטוגרמה לקצה הימני שלה ואז פתחו עוד צמצם או האריכו את זמן החשיפה בהתאם. כדאי לבדוק, בהתאם למצלמה, יתכן ותוכלו למשוך ימינה אפילו 2 צמצמים!

לסיום הסבר קצת גיקי מדוע ETTR עובד:

בחשיפה רגילה (לא ב- ISO גבוה) רוב הרעש בדמות הדיגיטלית הוא רעש סטטיסטי אקראי הנובע מן השונות בכמות הפוטונים של האור הנופלים על החיישן. רעש זה נקרא Photon Shot Noise.
התפלגות הפוטונים הינה התפלגות Poisson בה השונות (שורש ריבועי של הרעש) שווה לממוצע הערכים. כל הכפלה בכמות האור הנופלת על החיישן (סטופ נוסף) תגרום לעליית הרעש בשורש ריבועי של 2, 1.4. כלומר חשיפה X2 גרמה לעליית רעש של X1.4 בלבד. כלומר הכפלת החשיפה גרמה לעליית רעש נמוכה יותר משיעור עליית החשיפה.

נוסחה פשוטה אבל מדוייקת למדי לצילום דיגיטלי:

microsoft-powerpointscreensnapz001

 

X= האות הממוצע
A= נקבע ע"י גודל הפיקסל וה- ISO
X*A= Photon Shot Noise
B= סף הרעש של החיישן (שאיננו תלוי במספר הפוטונים שנקלטו ע"י החיישן)
לחיישן מושלם תיאורטי B=0 אבל עדיין קיים X*A. בפועל גם אם נצלם עם מכסה על העצמית (X*A=0) עדיין נקבל את רעש הסף B…
ככל שהאות X עולה כך עולה גם הרעש A!

חלק מן האיורים בפוסט זה מקורם באתר www.cambridgeincolour.com