Sony A7R (и другие cRAW): теория ETTR, часть 1

[alextutubalin]

Кросспост из блога автора. Комментировать лучше там, но можно и тут
Как и обещал, опубликую свои соображения про ETTR в Sony A7R (и всех других камерах Sony, использующих формат cRAW, «локально 7-битный» и с тоновой кривой).
Техника ETTR (Exposure to the right) была разрекламирована Майклом Рейхманом, идея ее заключается в следующем:

• Цифровой сенсор - линеен «по яркости», человеческое зрение (и фотография) - нет.
• В верхнем стопе цифрового изображения, полученного с линейного сенсора, размещается половина всех записываемых уровней, в следующем - четверть, и так далее.
• Как следствие, полезно экспонировать так, чтобы «гистограмма прижималась к правому краю», так мы используем максимально возможное количество уровней.

Сама по себе идея выглядит разумно, ее несколько портит то, что RAW-конверторы (и/или используемые там цветовые профили) не вполне линейны, поэтому два кадра, снятые «вправо» и «нормально», после приведения их конвертором к одной яркости не будут выглядеть одинаково (про что я уже писал 4 года назад).
Однако если (самостоятельно) построить цветовые профили под такое экспонирование, ETTR позволяет решить две задачи:

1. Вообще использовать максимальное количество градаций (чем «правее» мы сняли, тем меньше градаций потеряем), в том числе и для полутонов.
2. И особенно вытащить значимые тени (где мы планируем показать детализацию) из области с очень малым количеством градаций (и значимыми шумами) в область, где градаций - побольше, а относительный шум - поменьше.

На мой взгляд, смысл имеет только вторая задача: нормально «тянуть тени» можно имея не менее десятка-другого «градаций на стоп». Естественно, если мы увеличиваем экспозицию, чтобы тени попали в диапазон с бОльшим числом градаций, то у нас и света-полутона переедут повыше, то есть решая вторую задачу - мы как-то решим и первую.
Сама по себе первая задача (допустим, сцена малоконтрастна и с тенями все в порядке) особого смысла не имеет, на выводных устройствах у нас в большинстве случаев 256 градаций (в случае печати - и менее).
Однако инженеры фирмы Sony внесли в это благолепие две своих изюминки: тоновую кривую и сжатие с потерями. В этом тексте рассмотрим только тоновую кривую. Формат cRAW, в котором используется сжатие светов по тоновой кривой и локальное сжатие с потерями используется в следующих камерах Sony:

• Все камеры NEX
• Все камеры SLT
• Вся серия RX
• Вся серия ILCE/ILCA
• DSLR-A5xx
• Доступна (но можно отключить) в DSLR-A700,A850,A900

Выборочная проверка позволяет предположить, что тоновая кривая во всех перечисленных камерах одинаковая, вот такая:
Это - та же самая кривая, что и в в этом тексте, но

• вычтен черный (поэтому кривая в левой части уходит ниже 0)
• значения из RAW не умножены на 2, то есть по оси X показан 11-битный диапазон, тогда как кривая рассчитана на 12-битный вход (и значения из RAW перед применением кривой умножаются на 2)

Максимальное значение кривой - 16708 (до вычитания черного - 17220), на практике максимум составляет 16116 в мелких деталях в светах и 15860 в больших выбитых областях. Причина такой разницы простая:

• Базовые пикселы в дельта-кодированных блоках никогда не принимают значений выше 2021 (чему, после наложения тоновой кривой и вычитания черного, соответствует 15860)
• Дельта-пикселы на мелких бликах - могут создать значение больше (эти значения могут быть фейковыми за счет слишком грубого дельта-кодирования, что мы обсудим в следующей статье).

Сама Sony рекомендует обрезать все на уровне 15360 путем указания соответствующего тега в EXIF-данных. Правда неясно, нужно ли из этой рекомендации вычесть уровень черного. Будем считать что не нужно, тогда ближайшее значение в тоновой кривой - 15348, которое соответствует RAW-значению (до кривой) 2005.
Уровень черного равен 512 (в RAW-данных это 256). Соответственно, рабочее количество уровней в RAW файле равно 1749 (2005-256), максимальное - чуть больше.
За счет тоновой кривой мы получаем такое распределение количества уровней «по стопам», считая от верхнего уровня (рекомендованного Sony 15360) для «13-битной» камеры Sony A7R (я специально не пользуюсь тут термином "Зоны Адамса", потому что выделять по целому стопу под 9-10 зоны считаю неправильным): Стоп (считая от уровня насыщения)Количество уровней (A7(R)/RX1(R)) 1240 2322 3336 4372 5240 6120 760 830 915 107 114 В случае 12-битных камер (все, использующие данный формат, кроме A7(R)/RX1(R)) количество уровней будет вдвое меньше. В случае цифрового ISO - на высоких ISO будет еще меньше.
Таким образом

1. В отличие от обычных «линейных» ЦФК, максимальное количество градаций в cRAW-файлах Sony - в 2-4-м стопах сверху. Начиная с 5-го стопа камера ведет себя «как обычная N-битная» (13-битная для A7/RX1, 12-битная - для остальных камер). Конечно, есть еще фотонный шум, но для низких ISO он несущественен (в полутонах-светах).
2. Соответственно
   • Располагать полутона следует в этих 2-4-м стопах, увлекаться переносом значимых светов как можно ближе к правому краю гистограммы - нет смысла, там количество градаций - меньше, такое же как в пятом стопе.
   • Но при этом - следя за тенями: для пластичности теней их следует располагать не ниже 8-го стопа (может быть и выше: ДД камеры - предмет отдельного исследования, которое будет со временем проделано).
3. Забегая чуть вперед: локальное 7-битное кодирование с потерями - картину здорово усложняет, но это - тема отдельного текста, иначе получается слишком объемно.