¿Cómo funciona el software HDR automático?

Hay dos pasos distintos para producir las imágenes que con frecuencia se etiquetan como "HDR":

• Fusión de exposición: fusión de varias imágenes de rango dinámico bajo en una sola imagen con un rango dinámico más alto.

• Mapeo de tonos: procesamiento de esa imagen de alto rango dinámico en una imagen de bajo rango dinámico adecuada para ver en equipos estándar [bajo rango dinámico] (como monitores de computadora normales).

Hay varias formas de realizar el primer paso, pero básicamente necesita estimar la diferencia en la exposición de todas las imágenes. Esto le permite tomar un valor de píxel de cualquier imagen y convertirlo en un valor consistente en su imagen final. Por ejemplo, si tiene dos exposiciones separadas por 3 paradas, multiplicar los valores de la imagen más oscura por 8 dará valores consistentes con la imagen más brillante (3 paradas significa tres duplicaciones de brillo u 8x).

Una estrategia simple para combinar la exposición podría ser tomar valores de píxeles de la imagen más brillante a menos que los valores se acerquen a la sobreexposición, en cuyo caso se cambia a la siguiente imagen más brillante, y así sucesivamente hasta que se conviertan todos los píxeles. La mayoría del software utilizará un método más sofisticado, tal vez utilizando una combinación ponderada de valores de exposiciones cercanas para minimizar el ruido y las discontinuidades. Tenga en cuenta que es posible que no haya una conversión multiplicativa simple posible entre imágenes (debido a la respuesta no lineal del sensor de la cámara o curvas de tono no lineales), lo que complica la conversión; también puede ser necesaria cierta alineación de las imágenes.

El punto clave es que la parte de combinación de exposición no es subjetiva, debería haber una forma correcta de combinar imágenes. El problema es que necesitaría un monitor de alto rango dinámico para poder apreciar una imagen de alto rango dinámico. Si simplemente redujera los valores para que se ajustaran a una pantalla estándar, terminaría con una imagen muy plana, ya que habría poco contraste entre los tonos cercanos.

La imagen de arriba se produjo combinando tres exposiciones y luego escalando los valores de una manera lineal global. Como puede ver, no hay sobreexposición o subexposición en la imagen, incluso en los cielos brillantes y se conservan los detalles de las sombras de los pilares. Sin embargo, la imagen es aburrida en general.

Aquí es donde entra en juego el mapeo de tonos. Reduce el rango dinámico para ajustarlo de una manera localmente adaptable, teniendo en cuenta el contenido de la imagen para maximizar el contraste localmente y conservar los detalles. Esta es la parte subjetiva, ya que hay muchas formas de reducir el rango dinámico. También es la parte más difícil de hacer bien, ya que si varía demasiado el contraste en un área demasiado pequeña, obtendrá artefactos como halos alrededor de los bordes que son ridiculizados por los críticos de las imágenes HDR.

Aquí está la misma imagen después del mapeo de tonos, el contraste se ha aumentado en las regiones más oscuras para aprovechar al máximo el rango dinámico limitado de sus monitores para mostrar detalles y texturas.

Esta imagen requirió muchos ajustes y todavía no estoy contento con el resultado. El problema con el mapeo de tonos es que es muy fácil llevarlo demasiado lejos y terminar con grandes cantidades de contraste localmente y muy poco globalmente, es decir, la imagen tiene mucha textura pero tiene poca estructura general. La mayoría del software tiene algún tipo de ajuste para el radio de los ajustes locales, cuanto menor sea el radio, mayor será la posibilidad de producir un resultado de aspecto falso. La saturación de color puede sufrir y también debe controlarse con cuidado.

tenga en cuenta que hay piezas de software como Enfuse que combinan imágenes directamente en una imagen de bajo rango dinámico, lo que elimina la necesidad de dos pasos. ¡No he usado ningún programa de este tipo, así que no puedo decirte cómo funcionan!

Hay un flujo de trabajo HDR simple:

1. Toma imágenes con exposición manual, cambiando solo el tiempo de exposición .

2. Si las imágenes están en formato RAW lineal, está listo para comenzar. Si las imágenes están en formato JPEG, necesita un procesamiento adicional para deshacer el procesamiento no lineal realizado por la cámara, es decir, convertir los colores de sRGB a RGB lineal, lo que incluye aplicar la curva gamma inversa.

3. Convierta todas las imágenes al formato de coma flotante (es decir, con valores de píxeles en el intervalo 0,0-1,0 en lugar de 0-255).

4. Divida cada imagen por su tiempo de exposición (es decir, divida el valor de píxel por 4, si el tiempo de exposición de la imagen fue de 4 s).

5. Combine todas las imágenes juntas (cada valor de píxel es un promedio de los valores de píxel correspondientes de todas las imágenes).

6. Mapeo de tonos global: aplique una curva tal que la mayoría de los detalles sean visibles cuando la imagen HDR se convierta de nuevo al formato tradicional de 8 bits por píxel. Un buen tipo de curva es una curva logarítmica, que suprime los tonos brillantes en favor de los tonos oscuros y medios. Así es como nuestro ojo percibe la luz, de forma logarítmica, no linealmente como un sensor CCD.

7. Mapeo de tonos locales: en lugar de 6., puede aplicar operadores de mapeo de tonos especiales para atenuar el contraste en la imagen de modo que cuando se convierta a 8 bits, los detalles de alto contraste (por ejemplo, nubes frente a techo) no causen la supresión de las características de bajo contraste. (por ejemplo, textura en la sombra)

8. Convierta todas las imágenes a RGB de 8 bits (o 16 bits si lo desea). Esto se hace simplemente mediante el mapeo lineal del intervalo 0.0-1.0 hasta 0-255.

Hay numerosos pasos y detalles adicionales que el software HDR hace por usted, por ejemplo, la discriminación de píxeles sobreexpuestos/subexpuestos que no contienen información útil y estropearían el aspecto de la imagen HDR final debido al paso 4.

Otro flujo de trabajo HDR más simple es simplemente combinar todas las imágenes como capas en Photoshop. Un mecanismo de combinación especial llamado fusión de exposición crea la imagen final como un promedio ponderado de las imágenes de entrada, pero lo hace ponderando cada píxel según su saturación, contraste y "buena exposición". La mezcla se realiza en varias bandas de frecuencia para combinar pequeños detalles y grandes características.