Снимаем HDR. Что такое HDR? Все, что вы хотели знать о динамическом диапазоне

Технологии фотосъемки на смартфонах за последние несколько лет продвигались вперед невероятными темпами. Могу предположить, что многие из вас уже совсем забыли о традиционных цифровых камерах, отдав предпочтение фотокамере в своем смартфоне.

Такая трансформация предпочтений стала возможной благодаря внедрению более продвинутого аппаратного и программного обеспечения для управления камерой смартфона. Функционал камер, установленных в смартфоны стал более современным и сложным. Теперь пользователь смартфона имеет намного больше возможностей для получения качественных снимков.

Предлагаю рассмотреть сегодня одну из самых важных технологий, которые повлияли на качество съемки на мобильных устройствах. Активный режим HDR в смартфоне с операционной системой Android. Что значит эта аббревиатура, как его использовать?

Как работает режим HDR в смартфоне

Аббревиатура HDR расшифровывается как High Dynamic Range, а переводится как Расширенный динамический диапазон. Применительно к фото-технологиям этот термин указывает на способность фото-устройства правильно передавать соотношение яркостей снимаемого объекта. Когда вы снимаете с включенным режимом HDR, цветность и яркость снимаемого объекта автоматически регулируется с помощью программного обеспечения. Положительный эффект достигается за счет мгновенного захвата трех чередующихся отдельных экспозиций. После чего камера комбинирует из полученных экспозиций финальный кадр. Анализ светлых и темных областей трех экспозиций позволяет сделать предположение, как должна выглядеть идеальная картинка. В результате HDR выдает более четкие и яркие картинки.

Преимущества использования функции HDR в телефоне

В теории технология HDR должна делать снимки лучше. Комбинирование лучших участков кадра из трех отдельных экспозиций в одно изображение, просто обязано давать результат в виде более точных снимков, как минимум по цвету и яркости. Согласитесь, на бумаге это звучит впечатляюще. Вы же должны понимать, что «должен» и реальность могут сильно отличаться. Действительно, на практике HDR может создавать потрясающие снимки, но для этого нужно соблюсти некоторые условия. А может делать все с точностью до наоборот.

Когда следует использовать режим HDR

Конечно, я не могу вам сказать точно, когда нужно использовать HDR, а когда - нет. Фотография является творческим занятием, сродни изобразительному искусству. Хорошие фотографии и картины создаются в результате череды экспериментов и ошибок. Так что даю вам мой совет, используйте этот режим, когда захотите. И смотрите на результат. Понравилось, значит при аналогичных условиях и обстоятельствах съемки HDR следует использовать! Поскольку режим HDR в смартфоне работает «на автомате», с результатами можно и переборщить. Это очень мощный инструмент. Но есть такое понятие - всего хорошего должно быть в меру. Ниже я дам вам несколько советов, как получить максимальную пользу от использования режима HDR в смартфоне при разных условиях съемки.

Пейзажи. Высокий контраст земли и неба как правило приводит к тому, что объекты на земле получаются слишком темными. HDR может здесь помочь, осветляя землю, но не уменьшая детализацию объектов в небе.

Солнечный день. Яркий солнечный свет может доставить множество проблем для фотографа. Размытые контуры лица, сильные контрастные тени и выцветшая цветность сопровождают съемку под ярким солнцем. Режим HDR имеет неплохой потенциал, чтобы поправить экспозицию в таких условиях.

Когда режим HDR не следует использовать в смартфоне

Движение. Когда вы снимаете в режиме HDR я советую вам не забывать, что на это уходит немного больше времени, чем обычно. Напомню вам, что объектив используется трижды - для получения последовательности трех кадров с разной экспозицией. Если между экспозициями произойдет даже малейшее движение, это негативно скажется на конечном результате, и вы получите размытые контуры перемещенных объектов.

Если нужно получить высококонтрастные снимки. Некоторые снимки смотрятся намного лучше с высокой контрастностью объектов. Когда вы снимаете на смартфоне в режиме HDR, камера автоматически исправляет темные участки кадра, осветляя их. Кроме того, некоторые светлые участки изображения могут наоборот затемняться для получения более реалистичной картинки. В зависимости от ситуации и вашего плана съемки HDR может только ухудшить полученный результат.

Если цвета и без того уже насыщенные и яркие. Иногда вы можете обратить внимание на то, что цвета на ваших снимках неестественные. Это может произойти из-за использования HDR. Как вы помните одним из преимуществ использования функции HDR в телефоне является «оживление» цвета на снимках. Но это не значит, что нужно обязательно использовать этот режим. Когда цвета на снимке и без того реалистичны, как это обычно бывает в условиях хорошей освещенности, HDR может чрезмерно усилить их и вы в результате получите неестественные цвета, а весь снимок приобретет «мультяшный» цветовой тон и размытые очертания.

Но все же HDR можно назвать очень мощным и полезным инструментом, который увеличивает потенциал мобильной фотосъемки. Отмечу, что режим HDR в смартфоне может давать разный эффект для конкретных моделей. Так что лучше всего поэкспериментировать с HDR, чтобы выбрать наилучшие ситуации для его использования. Тут следует отметить, что многие Android смартфоны еще больше облегчают жизнь пользователя, - они делают серию из двух снимков, - один с включенным HDR, а второй без него. Снимайте и выбирайте сами, когда нужно использовать функцию HDR в телефоне. Интересно, а вы используете HDR?

До недавнего времени камеры сотовых телефонов линейки Pixel и Nexus не представляли собой ничего особого, но разработчики Google внедрили новый механизм постобработки фотографий HDR+, благодаря которому они поднялись на первые позиции различных рейтингов. И если вам интересно узнать о том, как работает HDR+ и как активировать его на своем смартфоне, читайте далее.

Что такое обычный HDR

Чтобы понять принципы работы HDR+ для начала разберемся с обычным HDR.

Недостаточный охват динамического диапазона в следствии маленького размера матрицы — главный недостаток всех камер смартфонов. Для решения этой проблемы разработали алгоритм HDR (High-Dynamic Range), принцип работы которого заключается в накладывании друг на друга и объединении трех снимков: кадра со стандартным для данной сцены уровнем экспозиции, недоэкспонированного кадра, где четко видны лишь пересвеченные участки изначального снимка и переэкспонированного кадра, на котором видны только затемненные участки изначального снимка. В результате получается снимок с хорошей проработкой всех деталей. Этот метод можно назвать небольшой революцией в области фотографии смартфонов.

К недостаткам алгоритма HDR относятся: долгое время съемки, раздвоение движущихся в кадре объектов, а так же смазывание всей картинки даже при минимальном движении или тряске камеры.

Что такое HDR+

HDR+ (High-Dynamic Range + Low Noise) — это алгоритм, имеющий ряд выдающихся возможностей и при этом лишенный недостатков HDR. В отличии от HDR новый алгоритм HDR+ почти не боится тряски смартфона и движений в кадре. Кроме того этот алгоритм способен повышать качество цветопередачи, что крайне важно при плохом освещении и по краям кадра, вместе с этим он сильно расширяет динамический диапазон фотографии. Ну и наконец, алгоритм HDR+ способен устранять шумы практически без потери детализации.

Первым из смартфоном обладателем поддержки HDR+ в 2013 году стал Nexus 5. Обновление Android 4.4.2., которое принесло с собой поддержку режима HDR+, что в корне изменило качество ночных снимков. Яркость по всему полю кадра не особо конечно изменилась, но зато при сохранении мелких деталей практически исчезли шумы. Ну и конечно же, не могла не порадовать прекрасная передача цветов, резко отличившая снимки Nexus 5 от снимков других смартфонов того времени.

История создания HDR+

История создания алгоритма творящего чудеса использующего обычные камеры Nexus и Pixel началась в 2011 году, когда глава компании Google X Себастьян Трун (Sebastian Thrun) решил подыскать камеру для очков дополненной реальности Google Glass. Он предъявлял очень жесткие требования к массе и габаритам. Размер матрицы камеры необходимо было сделать еще меньше, чем в смартфоне, что привело бы к появлению большого количества шумов на снимке. Поэтому было решено попробовать улучшить качество фотографии с помощью алгоритмов. Этим и занялся преподаватель факультета информатики Стэнфордского университета, эксперт в области вычислительной фотографии Марк Левой (Marc Levoy) , который занимался технологией захвата и обработки изображений на базе программного обеспечения.

Команда Gcam, под управлением М. Левой, занялась изучением метода объединения нескольких снимков в один кадр (Image Fusion). Качество фотографий обработанных при помощи этого метода заметно улучшилось. Они становились более яркими и четкими, а количество шумов заметно уменьшалось.

Эта технология дебютировала в 2013 году в Google Glass . Затем, переименованная в HDR+, в этом же году появилась и в Nexus 5.

Как работает HDR+

Технология HDR+ - чрезвычайно сложная . Поэтому разбирать ее детально в рамках этой статьи мы не будем, но главный принцип работы рассмотрим.

Основной принцип работы HDR+

Для сохранения максимального количества деталей на конечной фотографии После нажатия кнопки спуска затвора камера захватывает целую серию кадров с короткой выдержкой, т.е. недоэкспонированных снимков. Количество кадров зависит от уровня освещенности и количества деталей в тени. Затем вся серия снимков объединяется в один.

Благодаря заниженной выдержке каждая фотография в серии относительно четкая. Для основы используется самый лучший из первых трех кадров как по резкости, так и по детализации. После чего система разделяет все полученные кадры из этой серии на фрагменты и проверяет соседние фрагменты на совместимость. В случае обнаружения лишних предметов в одном из фрагментов, алгоритм удаляет этот фрагмент и выбирает похожий с другого кадра. Далее снимки обрабатываются с помощью специального алгоритма для уменьшения размытости изображений, который применяется в основном в астрофотографии.

Итак, использование короткой выдержки избавляет наши фотографии от пересвеченных мест, расширяя динамический диапазон снимка. Осталось только удалить шумы на темных участках специальным алгоритмом.

После этого фотография обрабатывается системой подавления шумов. Система включает в себя метод усреднения цвета пикселей на основе нескольких снимков и систему предсказания появления шумов. На границах переходов тона и смены текстуры цель «шумодава» минимизировать потерю детализации даже ценой наличия небольшого шума, но на участках с равномерной текстурой алгоритм выравнивает картинку почти до идеально равномерного тона и с великолепным сохранением переходов всех оттенков.

И наконец выполняется постобработка полученного изображения. Алгоритм минимизирует частичное затемнение полученное в результате попаданием света под наклонным углом (виньетирование). Заменяет пиксели высококонтрастных краев на соседние (хроматическая аберрация). Оттенки зеленого делает более насыщенными, синие и пурпурные оттенки смещает в сторону голубого. Так же усиливает резкость (шарпинг) и делает другие операции значительно повышающие качество итоговой фотографии.

Конвейерный алгоритм HDR+ в работе.

Фотография, сделанная стоковой камерой Samsung в HDR, слева, а справа фотография, созданная в Gcam в HDR+. При сравнении этих двух фотографий бросается в глаза, что за счет потери детализации неба лучше прорисованы объекты на земле.

Отличие обновления HDR+ в Google Pixel

Технология ZSL (Zero Shutting Lag) была придумана для того, чтобы делать моментальные снимки. Смартфон сразу после запуска камеры снимает от 15 до 30 кадров в секунду в зависимости от степени освещенности. Pixel же решил использовать эту технологию для работы HDR+ по своему. При нажатии на кнопку спуска смартфон выбирает от 2 до 10 кадров из буфера ZSL. Затем из первых двух-трех кадров выбирается лучший, а остальные, как и в предыдущей версии алгоритма, слоями накладываются на основной.

Наряду с этим появилось разделение на два режима: HDR+ Auto и HDR+. Последний берет максимально большое количество снимков для создания итоговой фотографии. Она получается более сочной и яркой.

HDR+ Auto делает меньше фотографий, благодаря чему движущиеся объекты становятся менее размытыми, влияние тряски рук ниже, а фотография готова практически мгновенно после нажатия на кнопку съемки.

В версии Google Камеры для Pixel 2/2XL режим HDR+ Auto был переименован в HDR+ On, а HDR+ стал называться HDR+ Enhanced.

Во втором поколении Google Pixel появился специальный сопроцессор, называемый Pixel Visual Core. В настоящее время чип применяется только для ускоренной обработки фотографий в режиме HDR+, а также предоставляет сторонним приложениям возможность выполнять снимки в HDR+. На качестве фотографий, сделанных Google Камерой, его наличие или отсутствие никак не сказывается.

Google использует HDR+ даже для устранения проблем с железом. Из-за конструктивной ошибки Google Pixel / Pixel XL мог сделать фотографию с сильным засветом. Google выпустила обновление, которое использует HDR+, чтобы убрать этот засвет, комбинируя снимки.

Преимущества и недостатки HDR

Выделим основные достоинства HDR+:

• Алгоритм замечательно устраняет шумы с фотографий, практически не искажая детали.
• Цвета в темных сюжетах гораздо насыщеннее, чем при однокадровой съемке.
• Движущиеся объекты на снимках реже двоятся, чем при съемке в режиме HDR.
• Даже при создании кадра в условиях недостаточной освещенности вероятность смазывания картинки из-за дрожания камеры сведена к минимуму.
• Динамический диапазон шире, чем без использования HDR+.
• Цветопередача преимущественно получается естественней, чем при однокадровой съемке (не для всех смартфонов), особенно по углам снимка.

На ниже размещенных иллюстрациях слева расположена фотография со стоковой камеры Galaxy S7, а в правой части - фото в HDR+ через Google Камеру на том же устройстве.

Ночные фотографии города. Тут прекрасно видно, что HDR+ дает нам возможность получить отчетливое изображение группы граждан, расположившихся под вывеской Билайн. Небо выглядит чисто, дорожный знак отчетливо. Трава, как и должна быть, зеленая. Вывеска Билайн с правильной передачей цветов. Отчетливая прорисовка балконов, проводов и крон деревьев. Важно - проработка деталей на деревьях справа (в тени) у HDR+ несколько хуже, чем у стоковой камеры.

Недостатков у HDR+ мало, да и носят они несущественный характер для большинства сюжетов. Во-первых, для создания HDR+ фотографии требуется много ресурсов процессора и оперативной памяти, что приводит к ряду негативных последствий:

• повышается расход аккумулятора, и устройство греется при объединении серии снимков;
• нельзя быстро сделать несколько снимков;
• мгновенный предпросмотр недоступен; фотография появится в галерее после окончания обработки, которая на Snapdragon 810 длится от до четырех секунд.

Частично эти проблемы уже решены с помощью Pixel Visual Core. Но этот сопроцессор, скорее всего, так и останется козырем Google Pixel.

Во-вторых, для работы алгоритму необходимо как минимум две фотографии, а в среднем происходит захват четырех-пяти кадров. Поэтому:

• обязательно возникнут ситуации, в которых алгоритмы будут давать сбои;
• HDR+ немного проигрывает классическому HDR по охвату динамического диапазона;
• создание одной фотографии и ее обработка с использованием быстрого ISP-сопроцессора будет предпочтительнее в экшен-сценах, потому что позволяет избежать двоения и смазывания объектов при невысокой выдержке.

На каких устройства работает HDR+

Чисто теоретически HDR+ может работать на любом смартфоне с версией Android не ниже 5.0 (необходим Camera2 API). Но по соображениям маркетинга, а также из-за наличия некоторых оптимизаций, требующих специальных железных компонентов (сопроцессор Hexagon в Snapdragon), Google намеренно заблокировала включение HDR+ на любом устройстве, кроме Pixel. Однако Android не был бы Android’ом, если бы энтузиасты не нашли способ обойти это ограничение.

В августе 2017 года один из пользователей 4PDA сумел модифицировать приложение Google Camera таким образом, чтобы режим HDR+ можно было использовать на любом смартфоне с сигнальным процессором Hexagon 680+ (Snapdragon 820+) и включенным Camera2 API. Первое время мод не поддерживал ZSL, да и в целом выглядел сыро. Но и этого было достаточно, чтобы улучшить качество фотосъемки смартфонов Xiaomi Mi5S, OnePlus 3 и прочих до ранее недостижимого для них уровня, а HTC U11 так и вовсе получил возможность на равных соревноваться с Google Pixel.

Позже к адаптации Google Camera на телефоны сторонних вендоров подключились другие разработчики. Спустя некоторое время HDR+ заработал даже на устройствах со Snapdragon 808 и 810. На сегодняшний день практически для каждого смартфона, основанного на Snapdragon ARMv8, работающего на Android 7+ (в некоторых случаях и Android 6) и имеющего возможность использовать Camera2 API, существует портированная версия Google Camera. Частенько она поддерживается отдельным энтузиастом, но обычно таких разработчиков сразу несколько.

В начале января 2018 пользователь XDA miniuser123 сумел запустить Google Camera с HDR+ на своем Galaxy S7 с процессором Exynos. Немного позже выяснилось, что Google Camera работала также на Galaxy S8 и Note 8. Первые версии для Exynos были нестабильны, часто падали и зависали, в них не работала оптическая стабилизация изображения и ZSL. Версия 3.3 уже достаточно стабильна, поддерживает оптическую стабилизацию изображения и ZSL и все функции Google Camera, за исключением портретного режима. А в число поддерживаемых устройств теперь входят несколько смартфонов Samsung серии A.

Как включить HDR+ на телефоне

Если у вас смартфон на Exynos, то выбор невелик. Переходи в тему обсуждения на XDA , открывайте спойлер V8.3b Base (если у вас Android или Pixe2Mod Base (для Android 7) и качайте последнюю версию. Также вы можете посетить группу в Telegram , где оперативно выкладывают все обновления Google Камеры.

Владельцам смартфонов с процессом Qualcomm придется поискать. Энтузиасты активно поддерживают версии Google Camera с HDR+ для множества смартфонов. Рекомендую погуглить и прогуляться по темам обсуждения камеры и самого устройства на таких форумах как XDA. Как минимум там будут пользователи, пытавшиеся запустить HDR+.

Ко всему вышесказанному упомяну, что в интернете есть страница, где собраны практически все версии Google Camera , на которой удобно тестировать различные Gcam на малоизвестных устройствах.

Заключение

Алгоритм HDR+ служит яркой демонстрацией возможностей мобильной цифровой фотографии. Пожалуй, на сегодняшний день это самый эффективный из доступных алгоритмов обработки изображений. HDR+ достаточно одного фотомодуля для создания снимка, по качеству обходящего двойные фотомодули некоторых гаджетов.

Если вы не так давно раскошелились на цифровую камеру или смартфон с качественной фотосистемой, то, наверняка, уже нашли пункт «HDR» в настройках. Режим съемки HDR (высокий динамический диапазон) изобретен далеко не вчера. Но в последнее время он все более широко внедряется в мире мобильных устройств. Для чего он нужен, и как правильно использовать эти три буквы я расскажу в данной заметке.

Как работает HDR

Если говорить коротко, то высокий динамический диапазон позволяет улучшить качество фотографий.

В приложении к изображениям HDR означает детальную проработку как затененных, так и сильно освещенных участков сцены. Технически он получается путем объединения трех фотографий, отличающихся экспозицией. Итоговое изображение очень близко к тому, что мы видим собственными глазами.

Следует понимать, что в режиме HDR время съемки каждого кадра увеличивается. Ведь, фактически, приходится делать три фотографии вместо одной, а затем объединять их с помощью “хитрого” алгоритма.

Когда следует включать режим съемки HDR

Далеко не всегда высокий динамический диапазон позволяет заметно улучшить фотографию. Его рекомендуют включать при съемке:

• Ландшафтов: Природные ландшафты обычно отличаются большим разнообразием освещенности. В один кадр попадают и светлое небо, и темная земля. Включив режим съемки HDR вы получите детально проработанные облака, хорошо различимые листочки и т.п. Картинка получается более живой и объемной.
• Портретов на ярком солнечном свету (например, на пляже): Хороший портрет без нормального освещения не получишь. Но если света слишком много, то на лице появляются резкие тени и светлые пятна. Включение режима съемки HDR сводит эти недостатки к минимуму.
• При недостаточной освещенности или в ситуации, когда источник света расположен за объектом: Если фотография получается слишком темной или объект съемки расположен между объективом и источником света, то включение режима HDR также имеет смысл.

Когда HDR не нужен

Может быть, вы уже подумали: “Если HDR, буквально, творит чудеса, то не использовать ли мне его постоянно”. Так делать не следует. В ряде случаев высокий динамический диапазон не оказывает особого влияния на итоговый результат. А иногда сильно портит его. Не включайте режим HDR, если снимаете:

• Динамичные сцены: Если на трех последовательных кадрах объекты будут находиться немного в разных местах, то вы получите размазанное изображение или другие артефакты.
• Контрастные сцены: HDR всегда размывает тени, делает изображение менее контрастным. Если вы хотите сохранить четкие тени, не включайте режим высокого динамического диапазона.
• Сцены с насыщенными цветами: HDR делает цвета менее яркими и живыми. При этом детали изображения вряд ли станут более четкими.

К счастью, некоторые камеры сохраняют сразу два кадра: обычный, и с включенным HDR. Вы можете сравнить их и выбрать лучший.

Кроме того, в цифровой фотографии ничто не мешает нам экспериментировать. Вы можете сделать несколько пробных кадров и выбрать оптимальные параметры съемки. Главное, не забывайте о таком замечательном режиме, как HDR и, по возможности, используйте его.

Изучая характеристики и обзоры новых мобильных телефонов вы могли встретить упоминание особого режима съемки с использованием HDR. Производители мобильных устройств обычно очень расхваливают данный режим, обещая значительное улучшение качества фотографий. При этом чаще всего не приводится никаких объяснений, о том, как данный режим работает и каких случаях его стоит использовать. Сейчас мы попробуем закрыть этот пробел в знаниях. Здесь вы узнаете, что такое HDR в камере телефона, для чего оно нужно и как работает.

Для того чтобы объяснить, что такое HDR в камере телефона и для чего оно используется, нужно сначала пояснить значение нескольких терминов. Например, HDR и динамический диапазон.

Динамический диапазон – это свойство характерное любой фотокамере и оно обозначает способность к распознаванию и передаче светлых и темных объектов на снимаемой сцене. Другими словами, динамический диапазон это способность фиксировать и передавать спектр яркости окружающего мира.

Фотокамеры имеют низкий динамический диапазон. Они не могут одновременно отобразить самые яркие и самые темные участки снимаемого изображения. Особенно эта проблема актуальна для камер телефонов и компактных камер известных как «мыльницы». У таких камер очень маленькая матрица с большим количеством пикселей. Это приводит к тому, что размер каждого отдельного пикселя очень небольшой и такой пиксель не может захватить достаточно света. В результате динамический диапазон снижается.

Вы наверняка сталкивались с этим эффектом, когда что-то фотографировали. Особенно хорошо это заметно на закате. Если вы попытаетесь сфотографировать яркое закатное солнце, то участки земли, которые попадут в кадр, наверняка будут слишком темными или вообще черными. Если же настроить камеру так, чтобы было хорошо видно землю, то небо и закат превратятся в одно яркое пятно белого цвета.

На примере внизу два кадра, один сделан на камеру телефона (слева), а второй на профессиональную фотокамеру. На снимках видно, что у камеры телефона динамический диапазон намного уже.

Решать проблему динамического диапазона можно по-разному. Например, можно использовать камеру с матрицей большего размера, это в некоторой степени расширит динамический диапазон и предоставит больше возможностей фотографу. Но, если говорить о камерах телефонов, то этот способ особо не поможет. Телефон должен оставаться компактным, производители телефонов не могут разместить в нем матрицу большого размера. Поэтому в телефонах внедряется способ известный как HDR.

HDR или High Dynamic Range – это технология, которая позволяет получить изображение с диапазоном яркости, который превышает возможности самой камеры. Это достигается благодаря объединению информации с нескольких отдельных снимков с разными настройками камеры.

Профессиональные фотографы вручную делают несколько спимков одной и той же сцены с разными настройками камерами. После чего эти снимки вручную объдиняются в программе Photophop. Как можно догадаться, это процесс технически сложный и далеко не быстрый. Поэтому он не подходит обычным любителям, которые фотографируют на камеру телефона.

Что такое HDR в телефоне

Режим HDR в телефоне – это тот же самый HDR, который используют профессиональные фотографы. Единственное отличие, в телефоне процесс создания HDR фотографий полностью автоматизирован. Пользователю не нужно самостоятельно настраивать параметры камеры, делать несколько снимков и потом вручную объединять их в одну фотографию. На телефоне нужно просто включить режим HDR и сделать снимок. На скриншоте внизу показано, как включается режим HDR в камере телефона.

Несмотря на значительную автоматизацию, при использовании HDR пользователю нужно учитывать некоторые особенности данного режима.

• HDR работает медленно . При использовании режима HDR на телефоне нужно быть готовым к тому, что сделать быстрый кадр не получится. После нажатия на кнопку спуска камера будет делать несколько фотографий и в это время телефон нужно держать неподвижно. Если в кадре будут быстродвижущиеся объекты, то они могут смазаться. Кроме этого, после снимка телефону может понадобится некоторое время на обработку фотографии.
• Использование HDR далеко не всегда дает хороший результат . HDR может очень значительно искажать цвета, освещение и создавать впечатление не реалистичности изображения. В общем получившаяся картинка может сильно отличаться от того, что вы видите своими глазами.
• Режим HDR в камере телефона лучше всего при фотографировании сцен с большим перепадом яркости . Например, яркое небо и темная земля.

Поэтому HDR – это далеко не панацея и не рецепт идеального снимка. Это просто еще один инструмент, наличие которого в телефоне дает некоторые преимущества.

Камеры смартфонов линейки Pixel и Nexus никогда не представляли собой ничего выдающегося, но за последние четыре года сделали мощный рывок вперед и теперь занимают первые строчки рейтингов. Почему так произошло? Потому что Google внедрила программный механизм постобработки фотографий под названием HDR+. В этой статье мы расскажем, как он работает и как активировать HDR+ на своем смартфоне, независимо от его марки.

Что такое HDR

Для полного понимания принципа работы HDR+ придется для начала разобраться с обычным HDR.

Основная проблема всех камер смартфонов - маленький размер матрицы (а точнее - фотоячеек) и, как следствие, недостаточный охват динамического диапазона. Чтобы исправить этот недостаток, был разработан алгоритм HDR (High-Dynamic Range), принцип работы которого следующий: камера делает кадр со стандартным для данной сцены уровнем экспозиции, затем делает недоэкспонированный кадр, на котором будут четко видны лишь пересвеченные области изначального снимка, далее выполняется переэкспонированный снимок, на котором видны только затемненные детали изначального снимка, а все остальное пересвечено. Далее снимки накладываются друг на друга и объединяются при помощи специальных алгоритмов, качество которых зависит от производителя софта камеры. В результате получается снимок с хорошей проработкой деталей как в тенях, так и в более светлых местах.

Недостатки HDR очевидны: долгое время съемки приводит к тому, что попавшие в кадр движущиеся объекты будут двоиться, а даже небольшая тряска смажет картинку.

Что такое HDR+

Умные головы придумали алгоритм, лишенный недостатков HDR. Впрочем, общее с HDR у него одно лишь название.

HDR+ расшифровывается как High-Dynamic Range + Low Noise. Свою известность он получил за ряд выдающихся возможностей: алгоритм способен устранять шумы практически без потери детализации, повышать качество цветопередачи, что крайне важно при плохом освещении и по краям кадра, вместе с этим он сильно расширяет динамический диапазон фотографии. HDR+, в отличие от стандартного HDR, почти не боится тряски смартфона и движения в кадре.

Первым смартфоном с поддержкой HDR+ стал Nexus 5. Из-за не самого лучшего баланса белого и маленького отверстия диафрагмы (f2.4) камера этого смартфона считалась не более чем крепким середнячком. Все изменилось с выходом обновления Android 4.4.2. Именно оно принесло с собой поддержку режима HDR+ и изумительное качество ночных снимков. Они хоть и не отличались большой яркостью по всему полю кадра, но благодаря HDR+ практически не содержали шума при сохранении мелких деталей и обладали превосходной (для смартфонов 2013 года) передачей цветов.

История создания HDR+

Как же компания, никогда не занимавшаяся камерами, создала алгоритм, который творит чудеса, используя обычные, по меркам флагманов, камеры Nexus и Pixel?

Все началось в 2011 году, когда Себастьян Трун (Sebastian Thrun), глава компании Google X (теперь уже просто X), подыскивал камеру для очков дополненной реальности Google Glass. Массогабаритные требования предъявлялись очень жесткие. Размер матрицы камеры должен был быть еще меньше, чем в смартфонах, что крайне плохо сказывалось бы на динамическом диапазоне и приводило бы к появлению множества шумов на фотографии.

Выход оставался один - попытаться улучшить фотографию программно, с помощью алгоритмов. Эту задачу должен был решить Марк Левой (Marc Levoy) , преподаватель факультета информатики Стэнфордского университета, эксперт в области вычислительной фотографии. Он занимался технологией захвата и обработки изображений на базе программного обеспечения.

Марк сформировал команду, известную как Gcam, которая занялась изучением метода Image Fusion (сплавление изображений), основанного на объединении серии снимков в один кадр. Фотографии, обработанные при помощи этого метода, получались более яркими и резкими, имели малое количество шумов. В 2013 году технология дебютировала в Google Glass , а затем, в этом же году, переименованная в HDR+, появилась в Nexus 5.

Как работает HDR+

А как же расширение динамического диапазона? Как мы уже знаем, использование короткой выдержки избавляет нас от пересвеченных мест. Осталось только удалить шумы на темном участке ранее описанным алгоритмом.

На завершающем этапе выполняется постобработка полученного изображения: алгоритм делает минимизацию виньетирования , обусловленного попаданием света на матрицу под наклонным углом, корректирует хроматическую аберрацию заменой пикселей у высококонтрастных краев на соседние, увеличивает насыщенность зелени, синие и пурпурные оттенки смещает в сторону голубого, усиливает резкость (шарпинг) и выполняет ряд других шагов, повышающих качество фотографии.

Слева фотография из стоковой камеры Samsung в HDR, а справа фотография, созданная в Gcam в HDR+. Видно, что алгоритм принес в жертву детализацию неба для прорисовки объектов на земле.