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Sottoesporre o Sovraesporre ? (RAW, Gamma Lineare e corretta Esposizione)
mar 24 2016 01:00 |
gpb01
in Corso di Fotografia
Questo articolo prende spunto da una presentazione a cui ho assistito tempo fa, in occasione del "Digital Symposium 2006", presentazione tenuta dall'amica Marianna Santoni (Adobe Guru) assieme ad un suo collega.
Contattata ultimamente in merito all'argomento, non solo mi ha fornito il riferimento da cui era partita la sua ricerca, ma mi ha cortesemente anche inviato un estratto degli studi di un tale Bruce Fraser proprio in relazione alla "Gamma Lineare ed Esposizione".
[
Bruce, Scozzese, emigrato a S.Francisco, ha effettuato studi sulla visione umana e sulla sua correlazione con la fotografia. E'autore del libro "Real World Camera Raw" pubblicato da "Peachpit Press" nel Agosto 2004.
Il mio intento qui é quello di esporre il contenuto di questi studi, integrando il tutto con un esempio pratico, da me realizzato, a dimostrazione della "teoria", contestando l'opinione diffusa che in "digitale" sia meglio "sottoesporre" che "sovraesporre" per non bruciare i dettagli nelle alte luci
Una delle maggiori differenze tra la fotografia "analogica" (su pellicola) e quella "digitale" é sicuramente quella relativa alla "risposta alla luce" di questi due differenti supporti. Difatti, mentre la pellicola ha una risposta che assomiglia a quella dell'occhio umano, il sensore delle digitali ha un comportamento totalmente diverso.
Ignorare questa fondamentale differenza, significa mettersi a rischio di non sfruttare completamente la gamma dinamica del sensore e di avere una maggiore quantità di "rumore" nelle zone delle basse luci.
La risposta alla luce da parte del nostro occhio (e anche da parte della pellicola) é totalmente NON lineare, così come quella di molti dei nostri sensi. Nel nostro cervello é difatti presente un meccanismo di ... "compressione" che ci permette di recepire nitidamente dai segnali più deboli a quelli più alti.
Se prendete in mano una oggetto di un peso X e poi ne aggiungete un secondo, NON avrete la sensazione di un raddoppio di peso; se vi viene fatto ascoltare un segnale acustico e poi l'intensità di questo segnale viene raddoppiata, la sensazione che se ne avrà NON é del doppio; se infine si raddoppia il numero di fotoni che raggiungono il vostro occhio, noterete un aumento della luminosità, ma NON il doppio della luce.
Grazie a questo meccanismo di "compressione" i nostri occhi possono passare dall'osservare qualcosa in una stanza buia dove é presente uan una debolissima luce, all'osservare qualcos'altro in pieno sole, senza rischio di ... "sovraesposizione" anche se la differenza di illuminazione é 10'000 volte superiore !
Al contrario, Il sensore delle nostre fotocamere digitali é puramente lineare ... al raddoppio del numero di fotoni che lo colpiscono, si ha un raddoppio del segnale in uscita.
Prendiamo quindi un'immagine, così come si presenta in uscita dal nostro sensore, lineare e senza alcuna curva di correzione applicata. Quello che avremo sarà un qualcosa che somigli a questo :
Essa appare evidentemente molto scura, pur contenendo, al suo interno, tutte le informazioni necessarie. L'esame del suo istogramma mostra che la maggior parte dei dati si trova nella parte delle basse luci :
Al fine di adattare questa immagine al nostro occhio, in fase di "sviluppo" del file RAW, a questa immagine viene applicata una curva di correzione "gamma" che ha la seguente struttura :
che porterà ad un immagine così fatta :
ovvero un'immagine che ci appare molto più corretta e che presenta un istogramma che risulta essere meglio distribuito :
Quindi, il processo che porta da un immagine "lineare", così come ripresa dal sensore, ad una immagine adatta alla nostra vista, é un processo che prende le informazioni contenute nel file RAW e le "amplifica" seguendo una certa curva "gamma".
Scattando in RAW, con una risoluzione di 12 bit, avremo che la nostra immagine é codificata con valori compresi tra 0 e 4095, ovvero 4096 differenti livelli (212 livelli).
Se abbiamo quindi a disposizione 4096 livelli, il livello 2048 indica che il sensore (che ricordo essere lineare) ha ricevuto la metà dei fotoni del livello 4096, il livello 1024 ne rappresenta un quarto e così via.
Ora, attualmente la dinamica dei sensori delle nostre fotocamera oscilla tra i 5 ed i 9 stop. Per il nostro esempio supponiamo di utilizzarne uno con una dinamica di 6 stop.
La distribuzione dell'intensità luminosa su una scala lineare sarà quindi questa :
... il che mostra chiaramente che il numero di livelli (quindi di valori diversi) assegnato alle zone pi? scure e nettamente inferiore al numero di quelli assegnati alle zone più chiare.
Nel nostro esempio (avendo realisticamente supposto una dinamica di 6 stop del sensore) avremo che al primo stop verranno dedicati 2048 livelli, al secondo 1024, al terzo 512, al quarto 256, al quinto 128 ed infine, al sesto, solo 64 livelli.
Applicando successivamente la nostra curva "gamma" noi non facciamo altro che distribuire le informazioni che sono state raccolte in forma lineare secondo una distribuzione "corretta", ovvero più adatta alla risposta dei nostri occhi :
... comprimendo da un lato le informazioni meglio descritte ed espandendo dall'altro quelle peggio descrite !!!
Quale sono dunque le implicazioni pratiche di tutto questo ?
Molto semplice ...
... parecchie persone sono portate a credere che in "digitale" sia meglio sottoesporre per non pelare le alte luci, recuperando poi in camera chiara con il software. Nulla di più sbagliato !
Facendo così essi non sfruttano a pieno i livelli con maggiore quantità di informazioni (le alte luci) andando a comprimere ancora di più le informazioni dove i bit descrittivi sono già pochi (medie e basse luci), ottenendo, in fase di recupero in camera chiara, solo un aumento del rumore proprio nelle ombre ed un notevole riscio di introdurre posterizzazioni nella zona delle basse luci.
In realtà la corretta esposizione in "digitale", scattando in RAW, é quella che ci permetterà di sovraesporre leggermente l'immagine sino al caso limite di avere la sensazione che le alte luci siano un po' pelate (verificabile anche tramite l'istogramma).
Difatti, ricordando che l'immagine che ci viene mostrata sul monitor della nostra fotocamera é il risultato della produzione del .JPG in camera e quindi dell'applicazione di tutte le impostazioni e di tutte le curve di correzione necessarie per adattare l'immagine alla nostra vista, quello che vedremo sul monitor "leggermente pelato", sarà invece perfettamente recuperabile tramite i software di "sviluppo" (Adobe Lightroom, Bibble Pro, Capture NX, ecc. ecc.).
Passiamo ora ad esaminare in pratica quanto qui sopra esposto in teoria.
La prova si é così svolta :
scelto un soggetto ho effettuato TRE scatti : uno leggermente sottoesposto (-2/3 EV), uno correttamente esposto ed uno leggermente sovraesposto (+2/3 EV).
Gli scatti sono stati fatti con la Nikon D2x e con il Nikkor 50mm f/1.4 D montati su cavalletto e l'illuminazione é stata fornita da un flash da studio Elinchrom BX400 con montato di fronte un bank bianco 60x60.
Ovviamente l'esposizione é stata regolata manualmente. Quella corretta era 1/125" F8; la sottesposta é stata fatta a 1/125" F10 e la sovraesposta a 1/125 " F6.3
Le immagini sono state poi "sviluppate" dal RAW in .JPG con Bibble Pro 4.9.5 azzerando qualsiasi correzione (ho usato Bibble Pro perché consente un accurato controllo di tutti i paramentri di esposizione). Ed ecco qui i tre scatti originali (essendo notevolmente ridotti spero si apprezzi comunque ad occhio la sotto e sovra esposizione) :
1/125" F6.3
1/125" F8
1/125" F10
In seguito, sempre tramite Bibble Pro 4.9.5, ho corretto l'esposizione delle due foto (la sovraesposta e la sottoesposta) portando quindi le tre immagini allo stesso livello di luminosità :
1/125" F6.3 .. corretto con -2/3 EV
1/125" F8
1/125" F10 .. corretto con +2/3 EV
Il primo é relativo al nodino del laccetto della WhiBal che é poggiata sopra ai libri. Tale nodino crea anche delle leggere ombre che ci sono utili per l'esame :
Particolare della sovraesposta corretta -2/3 EV
Particolare della esposta correttamente
Particolare della sottoesposta corretta +2/3 EV
E' ben visibile nella prima immagine una minore quantità di rumore ed una maggiore pulizia complessiva, frutto proprio della leggera sovraesposizione che ha permesso di sfruttare meglio i pochi livelli dedicati alle basse e medie luci.
La seconda immagine é l'immagine correttamente esposta in cui, seppur in minima parte, si nota un maggior rumore e la terza e la sottoesposta che da sicuramente il risultato peggiore !
Il secondo crop al 100% ? relativo ad un altro punto critico ... il nero di fondo. Il particolare é relativo all'angoletto di color viola alla base del libro "Effective TCP/IP Programming" messo in orizzontale sopra agli altri
Vediamo le immagini :
Particolare della sovraesposta corretta -2/3 EV
Particolare della esposta correttamente
Particolare della sottoesposta corretta +2/3 EV
Anche qui, visualizzando a pieno ingrandimento l'immagine, risulta evidente la minore quantità di rumore sul nero che si ha nell'immagine sovraesposta (e poi corretta) se paragonata con le altre due.
Bene, da quanto detto e da quanto dimostrato praticamente, spero sia chiaro ora a tutti che la vecchia usanza di "sottoesporre" leggermente le foto, in "digitale" é più dannosa che altro.
Lavorando in RAW e applicando una leggera sovraesposizione si otterrano delle immagini finali "sviluppate" di qualità nettamente maggiore con minore rumore e maggior pulizia proprio nelle basse e medie luci.
Fatene tesoro ...
Colgo infine l'occasione per ringraziare ancora Marianna Santoni per il materiale fornitomi, che mi ha permesso di illustrare l'aspetto teorico.
©2008 - 2010 Guglielmo Braguglia per Nikonland - riproduzione riservata
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139 Comments
Dove in effetti si nota una chiusura delle basse luci... l'immagine centrale non ha subito alcun ritocco di esposizione.
E' anche vero che le alte luci nella prima immagine sono leggermente meglio controllabili.
PS: perdonate il leggero micromosso a 1/10 sec (il peggior tempo sulla D200 insieme a 1/8sec per quanto riguarda le vibrazioni): stavo scattando con un 150mm in un vicoletto in ombra largo un paio di metri, con il treppiedi e schiacciato contro il muro opposto al soggetto)
Nel complesso l'immagine centrale non ha subito alcun ritocco, alla fine gli interventi sono stati pi? rapidi sull'immagine sottoesposta (ma io ho una certa propensione e abitudine a queste immagini) e un po' pi? laboriosi su quella sovraesposta, anche se alla fine il valore assoluto delle correzioni in un senso e nell'altro ? stato pi? o meno lo stesso... resta che sulle alte luci (in questo caso i riflessi sulle foglioline) erano in effetti meglio controllabili nel RAW COMPRESSO dell'immagine sovraesposta... ma come ho detto... siamo al pelo nell'uovo !!
Per quanto riguarda il rumore, visto che lavoravo a 100 ISO, non ho notato alcuna differenza... quando mi capiter? di fare degli scatti in notturna verificher? anche questo caso...
Ringrazio ancora Guglielmo che qui me ne ha fatta fare ancora un po' !!
Uh, l'immagine finale alla fine ? stata questa (1/20sec):
Adriano.
Piuttosto ricordiamo che il sovraesporre (senza esagerare ... max 2/3 EV ) ? particolarmente utile nel caso di immagini in cui sono presenti zone significative di basse luci e magari con ISO elevati (al fine di minimizzare il rumore).
Guglielmo
Grazie signor Guglielmo, questo ? il risultato, sono rimasto sbalordito quando sovraesponendo di 2/3 sono riuscito a recuperare tranquillamente tutte le alte luci.
NON SI FINISCE MAI DI IMPARARE :-)
Miniature Allegate
B? ... la foto ? esattamente in linea con quanto dicevo sopra "... ? particolarmente utile nel caso di immagini in cui sono presenti zone significative di basse luci e magari con ISO elevati"
Guglielmo
Scatto in RAW, passo il file con Camera RAW e con photoshop seleziono: Nuovo Livello di Regolazione - Livelli.
Bene, in base a quanto detto il mio file ? ancora a 12 bit, ma photoshop, almeno il cs2, mi mostra l'istogramma compreso tra 0 e 255, come se l'immagine fosse stata ricampionata a 8 bit.
Come mai? Ricampiona effettivamente o ? un errore di visualizzazione?
Quindi mi stai dicendo che i bit restano 12, cos? come usciti dalla fotocamera ed elaborati camera raw. Per? in quella finestra il calcolo dell'istogramma viene fatto solo con 8. Non c'? perdita di bit quindi.
Confermi che ho capito quello che intendevi?
in effetti cio' non e' sempre vero, in quanto dipende da come sia stata effettuata l'esportazione verso Photoshop. Lightroom o Camera Raw infatti riescono a manipolare i dati grezzi (RAW) direttamente dal file NEF - o DNG - mentre PS accetta solo dati linearizzati in TIFF, JPG o PSD. Quindi l'esportazione deve avvenire a 16 bit, il che ovviamente esclude a priori il JPG.
Inoltre non sono nemmeno sicuro che in questa maniera si salvino proprio tutti i dati....lumi?
Ciao
Fabrizio
Chiedo venia, seguire i thread dal lavoro non e' la cosa ideale, quando il tuo collega di fronte continua a parlarti. Ma non capisce che ho cose piu' importanti da fare?
Ciao
Fabrizio
Comunque ? confortante la risposta!
Il convertitore ADC on camera lavora, nel caso della mia D70s, a 12 bit. Da Camera Raw imposto l'immagine a 16 bit.
Vorrei sapere se esiste una "interpolazione digitale" per portare i bit da 12 a 16 o se invece i valori oltre i 12 bit vengono messi a 0 tutti per raggiungere i 16 bit.
A spanne direi la prima.
Considera per? che la cosa non ha la bench? minima importanza.
Come discusso _QUI_, in una foto i colori realmente presenti sono molti meno dei colori possibili e rappresentabili su un sistema digitale.
Il lavorare a 16bit (comunque indispensabile) serve a garantirsi che i colori presenti (tanti o pochi che siano) vengano mantenuti nei vari passaggi, e sia conversioni che postproduzione non si perdano per strada qualcosa.
a_
Ad ogni modo, a parte la precisione e chiarezza che ti contraddistingue (ecco perch? NikonLand e' diverso! ), ritengo che questa sia la parte migliore della tua spiegazione:
In definitiva, allora, mi sembra di capire che Paolo non contempla, come invece Andre, un'interpolazione sulla profondita' di colore: in effetti anche a me parrebbe un'inutile complicazione che, alla fine, porterebbe con s? degli errori come ogni operazione d'interpolazione.
Saluti
Fabrizio
Infatti io andavo "a spanne"!
Ma....
Equivale a dire che il file "finito" che arriva a Photoshop contiene dei valori anche dentro quei "buchi".
Aggiungi che, a prescindere che lo faccia tu o lo faccia il driver della stampante, ogni fotografia stampata subisce un'interpolazione perch? c'? una conversione tra diversi spazi colore.
Aggiungi che gli spazi colore pi? ampi (ProPhoto su tutti) contengono anche colori non visibili, e che quindi con "soli" 8bit per canale le informazioni colorimetriche sarebbero meno di quante non ce ne possano stare in uno spazio pi? piccolo....
a_
Quindi diciamo che il target che si dovrebbero porre le case costruttrici ? un ADC a 16 bit...
Poi per la visualizzazione so che tanto l'occhio pi? di 8 bit non ne vede, per? almeno il procedimento non avrebbe dei tappa buchi!
una domanda da super-novellino sull'argomento:
ma quando si sovra- o sotto- espone, cosa succede "fisicamente"? Provo a spiegarmi: se salgo di un f-stop, aprendo il diaframma oppure aumentando il tempo di esposizione, il sensore riceve "pi? luce", e si comporta di conseguenza. Se invece agisco sulla compensazione dell'esposizione, sovraesponendo di 1EV, cosa succede?
E in P cosa succede? In caso di ISO fissato, immagino proponga una serie di abbinamenti tempo-diaframma che incorporino la sovraesposizione... Ma se sovraesponessi di 1/3 di stop, come farebbe? E in caso di ISO auto, verrebbe cambiata per prima la sensibilit? o l'accoppiamento tempo diaframma?
Grazie della pazienza!
Guglielmo scatta 3 foto, una a esposizione "normale" una sovraesposta e una sottoesposta. Mi chiedo, perch? poi le riporta allo stesso valore di luminosit??
Io onestamente quella sovraesposta la lascerei sovraesposta. Credo sia una cosa piuttosto importante, ma mi sfugge. Potreste darmi suli sul perch? riporto tutte le foto alla stessa luminosit
non capisco la tua osservazione dopo l'articolo di Guglielmo
L'obiettivo che lui si e' posto e' di paragonare la quantita' d'informazione, ossia le sfumature presenti nell'immagine digitalizzata dal sensore al variare dell'esposizione.
Quindi, accanto all'esposizione "corretta" ne ha messa una sottoesposta ed una sovraesposta.
A questo punto, onde poter paragonare correttamente le tre immagini, occorre normalizzarle, ovvero, variare la loro luminosita' per portarle a valori paragonabili.
Se, per caso, lasciassi l'immagine sovraesposta, allora non potresti paragonare se questa abbia piu' o meno sfumature, in quanto non avresti termini di paragone.
Ho chiarito la questione o ho inteso male quello che chiedi?
Ciao
Fabrizio
Per? mi scatta un'altra domanda. Fai conto che l'esposimetro mi dice 1/250 - 11 e io scatto a 1/250 - 8. Cio? correttamente sto sovraesponendo di uno stop.
Una volta che apro la foto con Camera RAW la devo sottoesporre di uno stop? No perch? io la lascerei come l'ho fatta...
In questo modo sfrutterai al massimo la linearit? del sensore e ridurrai il rumore. Oh, mi raccomando, 1/2 - 1 stop eh ... non esageriamo
Guglielmo
1. la sovraesposizione deve tenere conto anche di compensazioni? Faccio un esempio, scatto una foto di paesaggio, punto l'esposimetro spot sul punto pi? luminoso e compenso l'esposizione a +1EV (sperimentato questa estate con la D70s e bene o male ci siamo). Questo lo faccio perch? altrimenti l'esposimetro mi sottoespone un punto pi? luminoso del grigio su cui ? tarato. A questo devo aggiungere una sovraesposizione in base a quanto ci siamo detti finora?
2. Come faccio con camera raw a riportare esttamente l'esposizione in basso? Cio? io sulla fotocamera metto ad esempio +2/3EV e poi come recuper questi due terzi con il fotoritocco?
Con Capture NX2 lo puoi fare, lo stesso vale per View NX anche se piu' limitato.