Работа с RAW файлами

Аннотация

В данной курсовой работе будет изучены формат RAW и особенности работы с файлами в этом формате. Изучение данного формата подразумевает под собой:

1 Процесс получения фотографий;

2 Обзор программных продуктов;

Коррекция фотографий;

Введение

Среди множества способов создания различных графических объектов интересно фотографирование. Появившись в конце 19 века, в наше время представляет огромный интерес для многих людей, так как не только является способом запечатлеть событие, человека, но и выполняет эстетическую функцию. Фотография прошла большой путь развития, и на данном этапе, ввиду развития компьютерной техники, появления емких, удобных и долговечных хранилищ информации, "пленку" все чаще заменяет цифровой фотоаппарат. Здесь есть несколько форматов хранения данных:

1.JPEG - самый популярный. Используется алгоритм сжатия путем удаления цветовых каналов, которые не способен воспринимать глаз человека. Имеется возможность сохранять метаданные (выдержка, размер диафрагмы, модель фотоаппарата и пр.). Применяется в любительской фотосъемке;

2.TIFF - используется алгоритм сжатия без потерь, в результате фотографии имеют большой размер файла. Применяется в полиграфии;

3.RAW - сжатие не используется. Сохраняется большое количество информации о файле. Применяется в профессиональной фотосъемке.

1. Преимущества формата RAW

Наибольший интерес сегодня представляет формат RAW. Ввиду того, что в файл сохраняется только слепок данных, полученных с фотосенсоров, этот файл имеет небольшой размер, дает возможность влиять на параметры интерполяции, позволяет изменять контраст, насыщенность, баланс белого, резкость и экспозицию фотографии до того, как изображение будет сгенерировано и, следовательно, таким образом, удастся избежать потерь в качестве. Поэтому такие файлы иногда называют цифровыми "негативами".

Технология

Рассмотрим подробнее процесс получения фотографий.

Фотосенсор, или светочувствительная матрица -- специализированная интегральная микросхема, объединяющая упорядоченный массив светочувствительных элементов и электронную схему оцифровки либо развёртки. Преобразует оптическое изображение в электрическое и считывает электрический сигнал.[3] При попадании определенного количества света на каждый светочувствительный элемент, состоящий из поликремния, происходит внутренний фотоэффект. На электроды подается положительное напряжение и образуется потенциальная яма, куда устремляются электроны из валентной зоны, получившие заряд энергии от фотонов. В этой потенциальной яме собираются электроны. В результате интенсивность светового потока в течении экспозиции выражается в виде заряда каждого пикселя.[4] Для получения цветного изображения каждая ячейка матрицы покрыта светофильтром красного, зеленого или синего цвета. Это называется фильтром Байера, изображенный на рис.1:

Рисунок 1

Зеленых фильтров в данном шаблоне больше в силу особенностей зрения человека, которое более чувствительно к зеленой части спектра.[5] Так каждая ячейка матриц воспринимает только 1/3 часть видимого спектра. Остальные 2/3 определяются процессором фотоаппарата, в зависимости от цвета соседних ячеек. Этот процесс называется интерполяцией. Если требуется получить изображение в формате RAW, то процесс интерполяции пропускается, и данные с матрицы записываются на постоянное записывающее устройство.

Программные средства

Для интерполирования полученных фотографий в этом формате требуются специальные плагины[1]. Для фотоаппаратов разных производителей используются разные программы:

l Capture One DSLR

RAW-конвертер датской компании PhaseOne. Признанный лидер в мире цифровой фотографии. Уникальный алгоритм интерполяции позволяет получать удивительное качество. Тщательно продуманный интерфейс и возможность пакетной обработки.

l Adobe RAW plug-in

Плагин для Photoshop от компании Adobe. Входит в состав Photoshop CS2. Удобный интерфейс и поддержка большого количества камер разных производителей. Успешно справляется с большинством задач по обработке RAW файлов.

l Kodak Photo Desk

RAW-конвертер компании Kodak. Поддерживает камеры только этой компании. Развитый интерфейс, вывод линейных файлов. Существует в версиях для Макинтош и Windows.

l Nikon Capture

RAW-конвертер компании Nikon. Поддерживает камеры только этой компании. Развитый интерфейс, подавление "шума", удобная настройка баланса белого. Не поддерживает вывод линейных файлов.

l Canon File Viewer Utility

RAW-конвертер компании Canon. Поддерживает камеры только этой компании. Слегка запутанный интерфейс, пакетная обработка, поддержка профайлов. Существует в версиях для Макинтош и Windows.

l Qimage Pro

Программа для печати созданная Майком Чени (Mike Chaney) поддерживает интерполяцию RAW-файлов для некоторых камер Nikon и Olympus. Пакетная обработка, поддержка профайлов, удобные функции печати. Существует в версии только для Windows.

l Bibble

Один из лучших независимых RAW-конвертеров для камер Nikon, Kodak и Olympus. Отображение изменений, пакетная обработка, поддержка профайлов. Версии для Макинтош и Windows. Обрабатывает файлы на порядок быстрее, чем Nikon Capture.

l BreezeBrowser

Программа для просмотра изображений. Поддерживает работу с RAW файлами на основе Canon SDK. Более дружелюбный интерфейс. Пакетная обработка, восстановление светлых тонов. Существует в версии только для Windows.

l RawWorkflow.com

Сайт представляет информацию о программных продуктах для конвертации и обработки снимков в RAW-форматах и управлению цветом.

В Unix-подобных операционных системах для работы с RAW используется графический редактор GIMP с использованием специального расширения, например:

l RawPhoto GIMP-2.0 plug-in

l UFRaw [2].

2. Виды недостатков цифровых фотографий и способы их исправления

Благодаря тому, что процесс интерполяции осуществляется под контролем человека, имеется возможность отредактировать полученную фотографию, исправляя неправильно выбранные настройки в процессе фотографирования.

Используя этот формат, можно задействовать 8, 12, 16 бит для каждой ячейки, несущей цвет, увеличивая этим количество оттенков, которым может обладать пиксел. Таким образом, фотография даже при очень сильном увеличении имеет "гладкое" изображение.

При фотографировании како-либо текстуры, представляющую из себя растр, близкий по размеру к растру матрицы фотоаппарата, появляется муар - биение растров образующее зоны усиления и ослабления яркости, которые сливаются в линии и текстуры, которых нет на объекте съемки.[6] Изображен на рис.2.

Рисунок 2

Применение в цифровом фотоаппарате шаблона Байера также может быть причиной муара. Для подавления этого эффекта существуют различные алгоритмы, которые также применяются в программных средствах для обработки RAW файлов.

Помимо этого, применяется наложение "антиалиасного фильтра" на фоточувствительную матрицу поверх шаблона Байера. Но у всех этих методов существуют недостатки: при применении программных средств для борьбы с муаром происходит потеря некоторых элементов фотографии; применение "антиалиасного фильтра" вызывает потерю резкости.

Также имеется возможность редактирование неверно определенного цветового баланса (баланса белого).

При съемке цифровым фотоаппаратом часто на кадрах можно обнаружить цифровой шум - нелинейная структура изображения, проявляющаяся в виде маленьких светлых, темных или цветных точек. Чаще всего появляется при повышении светочувствительности, либо при съемке на длинных выдержках. Шум может подавляться использованием специальных фильтров, что имеет побочные эффекты: снижение насыщенности, потеря оттенков. Количество шумов подавляется в процессе обработки фотографии RAW-конвертором.

a. Алгоритм корректирования фотографий в формате RAW

Перечислив основные параметры, которые необходимо отредактировать в процессе получения результата, представляющего собой готовую фотографию, следует создать алгоритм обработки фотографий в формате RAW для обеспечения удобства работы.

1. Настроить цветовой баланс, если это поддерживает конвертор.

2. Преобразование RAW-файла (линейное/нелинейное): на этом этапе возможно использование таких RAW-конверторов, как Capture One DSLR, Bibble, Qimage Pro, YarcPlus, BreezeBrowser, Nikon Capture, Canon File Viewer Utility, Kodak Photo Desk и Adobe RAW Plug-in.

3. Перевод в нужное цветовое пространство.

4. Удаление цифрового "шума": здесь возможно применение таких специальных плагинов для Photoshop, как Power Retouche Noise Corrector, NeatImage, Dfine, и другие.

5. Удаление муара. Выполняется в Photoshop.

6. Улучшение контраста: работа с Уровнями и Кривыми в Photoshop.

7. Улучшение насыщенности: работа с Кривыми.

8. Выборочная цветовая коррекция.

9. Ретушь.

10. Коррекция искажений перспективы (при съемке широкоугольным объективом или фишайем): возможно использование таких плагинов для Photoshop, как ImageAlign, PanoTools и PowerRetouche Lens Corrector;

11. Усиление резкости: возможно использование фильтра Нерезкая Маска или специализированных плагинов: nik Sharpener, FocalBlade, PowerRetouche Sharpening, Smart X Sharpening.

3. Обзор различных программных средств обработки фотографий в формате RAW

RAW-конвертер датской компании PhaseOne. Признанный лидер в мире цифровой фотографии. Уникальный алгоритм интерполяции позволяет получать удивительное качество. Тщательно продуманный интерфейс и возможность пакетной обработки. (Рис.3)

В этой программе содержатся средства коррекции цветового баланса, экспозиции, фокусировки, контраста и насыщенности.

Так же здесь располагается информация, если к компьютеру подключен фотоаппарат, о чувствительности матрицы во время съемки данного кадра, статус подключения и прочая информация, передаваемая фотоаппаратом программе.

Следующая вкладка содержит средства корректировки цветового баланса (рис. 4).

Рисунок 4

1. Изменение температуры цвета.

2. Коррекция цветового баланса.

3. Автоматическая установка цветового баланса.

4. Выбор цветового баланса в зависимости от освещения.



Рисунок 5

На вкладке Exposure(Рис.5) производится изменение экспозиции. Так же с помощью кривых можно изменить контраст и насыщенность.

Рисунок 6

На рисунке 6 изображена вкладка Focus. Здесь используется средство Нерезкая маска для исправления несфокусированного изображения. К примеру, при фотографировании в режиме макросъемки установка слишком большого размера диафрагмы приводит к размытому изображению тех областей фотографируемого предмета, которые удалены от плоскости фокусировки линзы. В данном программном средстве возможно корректировать резкость изображения только целиком, что в большинстве случаев (в том числе и в названном выше) ухудшает результат, так как повышает количество шумов и ухудшает изображение тех областей, которые не требуют подобной коррекции.

Рисунок 7

На рисунке 7 изображен процесс преобразования кадра в формате RAW в TIFF с глубиной цвета 8bit. Во вкладке Process также можно установить формат JPEG разног качества, изменить размеры полученного файла, изменить его название и прочие операции изменения файла на выходе.

Breeze Browser Pro

Программа для просмотра изображений в формате RAW. Содержит средства анализа, корректировки и конвертирования изображения.



Рисунок 8

На рисунке 8 показаны основные средства анализа изображения:

Точки фокусировки - показаны красными прямоугольниками;

Область отсутствия цвета (блик);

В левом нижнем углу - EXIF полная информация о фотографии.

Рисунок 9

На рисунке 9 изображено окно настройки изображения перед конвертированием. Здесь они перечислены в соответствии с расположением в окне:

Метод конвертирования;

Баланс белого выбирается из предложенных вариантов освещения, либо с помощью клика мышки на белый участок;

Цветовое пространство;

Оттенок, насыщенность и освещение выбирается из нескольких вариантов;

Выбор цветовых эффектов, а также применение различных фильтров;

Настройки цвета;

Настройка экспозиции;

Настройки коррекции изображения, выполняющиеся после процесса интерполяции;

Выбор формата и качества записанного изображения.

UNIX-подобная ОС

UFRaw

Эта программа является загрузчиком фотографий в формате RAW. С ее помощью можно просматривать и изменять файлы в этом формате. На рис.10 изображен первая вкладка меню, где изменяется цветовой баланс, выбирая из нескольких вариантов, либо корректировать вручную.

В верхнем левом углу расположена гистограмма и средства изменения экспозиции вручную, либо автоматически.

В нижнем левом углу расположена динамическая гистограмма и информация об экспонировании кадра отдельно для каждого канала, которая может отобразится на снимке в виде слишком темных либо слишком светлых участков.

На следующих вкладках производится коррекция насыщенности, контраста цвета. Здесь осуществляется работа с кривыми. На последних двух вкладках производится изменение масштаба изображения и управление информацией о файле соответственно.

После изменения изображения производится выбор вида интерполяции и нажимается кнопка OK. Этот файл можно открыть в редакторе изображений GIMP, где производится дальнейшая коррекция фотографии. При записи изменений после коррекции выбирается формат, в который необходимо конвертировать фотографию и качество сжатия.

4. Примеры работы с фотографиями в формате RAW

a. Изменение цветового баланса

Одним из основных преимуществ изучаемого формата перед остальными является возможность корректировать цветовой баланс до процесса интерполяции без потерь качества изображения. Во всех выше исследуемых конверторах есть стандартные варианты баланса белого, а также возможность вручную корректировать температуру цвета.

b. Удаление шума

Удаление шума в RAW-конверторах осуществляется так же, как и в редакторах изображения - наложением «нерезкой маски». Но, учитывая переизбыток информации на точку, это действие сопровождается значительно меньшими потерями информации. Поэтому, увеличивая экспозицию на недоэкспонированных кадрах и удаляя шум, изображение не потеряет резкость.

c. Экспонирование

Недостаток либо переизбыток освещенности легко исправить, работая с кривыми (рисунок 16). Невозможно корректировать только кадры сильно-/недоэкспонированные, где существуют области с абсолютно белым/черным цветом (рисунок 15).

d. Коррекция контраста и насыщенности

Осуществляется с помощью кривых.

Чаще всего в кадре присутствуют темные и светлые объекты. Поэтому при автоматической установки экспозиции, установленной во время съемки фотоаппаратом, фокусировка происходит на темной области - и весь кадр становится темным; либо на светлой - и кадр светлый. Например, при съемке пейзажей земля значительно темнее неба (рисунок 17). Хорошего эффекта можно добиться, используя фильтры (оттененные, поляризационные и пр.). Или изменить кривую перед интерполяцией.

e. Добавление резкости

На резкость влияют три фактора:

· Размер установленной диафрагмы;

· Фокусное расстояние объектива;

· Расстояние от объектива до объекта.[7]

Исправить недостаток резкости можно, используя «нерезкую маску». Ввиду переизбытка информации на каждую точку можно максимально использовать возможности этого фильтра с минимальными потерями информации.

Вывод

Таким образом, использование формата RAW позволяет:

· Изменять цветовой баланс;

· Удалять шум;

· Корректировать экспонирование;

Добавлять резкость с помощью специальных программ-конвертеров еще до процесса интерполяции, что позволяет без потерь информации каждым пикселем исправлять ошибки настройки фотоаппаратуры, либо ошибки фотографа.

Заключение

Цифровая фотография стремительно развивается. Теперь качество цифровых фотографий немногим уступает пленке, при этом совмещая с удобством получения, просмотра, хранения, коррекции. Появление формата RAW дает возможность фотографу отвлечься от техники фотографирования и уделить внимание художественной части. Таким образом, любой начинающий фотограф может получить качественные фотографии.

Использованная литература

1.http://www.photoscape.ru/handbook/raw

2.http://www.ixbt.com/soft/gimp.shtml

3.http://ru.wikipedia.org/

4. Ли Фрост, «Фотография. Вопросы и ответы», издательство: М. АРТ-РОДНИК, 2004г.