Цифрові та комп’ютерні технології в фотовиробництві Урок 16 Нові терміни, пов’язані з цифровою фотографією. RAW, JPEG, TIFF- їх переваги і відмінності

 JPEG, TIFF і RAW: в чому різниця?

Стандартом де-факто для запису статичних зображень в цифрових фотокамерах став формат JPEG. Однак у багатьох апаратах передбачена можливість збереження знімків у форматах RAW і TIFF. Давайте розберемося, чи можна отримати будь-які переваги при використанні цих форматів.

Як «бачить» камера

Перш ніж переходити до опису цього технологічного процесу, необхідно нагадати про те, що в переважній більшості сучасних цифрових фотоапаратів кожен піксель світлочутливого сенсора може сприймати сигнал яскравості  лише по одному з трьох колірних каналів (червоному, зеленому або синьому) - в залежності від кольору фільтра, що знаходиться над цим елементом. Світлофільтри розташовуються по так званій байєровській схемі, структура якої побудована з урахуванням особливостей зорового сприйняття людини (рис. 1).

Рис. 1. Найбільш поширена схема розташування світлофільтрів в світлочутливих сенсорах сучасних цифрових фотокамер

Основні стадії перетворення зображення на шляху від об'єктива камери до світлочутливого сенсора показані на рис. 2. Як можна бачити, світлочутливий сенсор камери фіксує монохромне зображення: кожен його піксел має лише одну координату (яскравості). Зображений сенсором камери образ кадру (на рис. 2 праворуч) є певним напівфабрикатом, на основі якого формується повнокольорове зображення. Подібне перетворення (demosaic) являє собою досить складну процедуру: використовуючи хитромудрі алгоритми інтерполяції величин яскравості великої кількості сусідніх пікселів, процесор камери розраховує значення координат відсутніх колірних каналів для кожного пікселя зображення. 

Рис. 2. Проектоване об'єктивом цифрової камери вихідне зображення (зліва) проходить через мозаїчну систему світлофільтрів (результат - в центрі) і у вигляді монохромного образу (праворуч) фіксується світлочутливим сенсором

Що відбувається всередині камери

Тепер розглянемо основні операції, які виконує цифрова фотокамера в процесі зйомки. Для наочності цей ланцюжок зображений на рис. 3 у вигляді блок-схеми.Спочатку електричний сигнал з елементів світлочутливого сенсора надходить в АЦП - саме тут аналогові значення яскравості перетворюються в цифровий вигляд. Отриманий масив цифрових даних коригується відповідно до калібрувальної таблиці (яка унікальна для кожної камери), в результаті чого виходить «цифровий негатив» - інакше кажучи, образ знімка в тому вигляді, в якому його зафіксував світлочутливий сенсор. Доповнивши цей масив даних необхідною службовою інформацією (даними про налаштування камери, режим зйомки і т.п.), ми отримаємо RAW-файл.

Тут необхідно зазначити важливий момент: отримання RAW - це не якась специфічна процедура, а проміжний етап обробки зображення, який виконує будь-яка цифрова фотокамера. Інша справа, що далеко не всі моделі камер дозволяють зберегти образ кадру на змінному носії у вигляді RAW-файлу.

Наступний крок - перетворення отриманого образу в повнокольорове зображення (demosaic). Після цього зображення обробляється шумоподавлювачем і піддається колірній корекції відповідно до баланса білого, встановленого в момент зйомки. Залежно від використаного режиму сюжетної зйомки, користувцьких установок і заводських налаштувань камери може виконуватися і додаткова обробка, наприклад фільтрами підвищення різкості (або розмиття), а також шляхом корекції яскравості, контрасту і колірної насиченості.

Після всіх цих процедур зображення конвертується в стандартний 8-бітний формат² і (в тому випадку, якщо в настройках був обраний розмір кадру, відмінний від розміру матриці) виконується ресемплінг. Отримане зображення доповнюється заголовком (в форматі Exif або P.I.M.), що містить інформацію про камеру, її настройки в момент зйомки, дату і час зйомки і т.п. Якщо зберегти знімок в такому вигляді, то ми отримаємо на виході файл формату TIFF. У тому випадку, коли камера зберігає знімки у форматі JPEG, зображення перед записом піддається стиску, ступінь якого залежить від встановленого в налаштуваннях рівня якості: чим вище якість, тим менше стиснення.

² 8 біт на канал кольору, або 24 біта RGB.

JPEG, TIFF і RAW: об'єктивний погляд

На рис. 3 показано, що записувані камерою файли форматів JPEG і TIFF розрізняються лише тим, що перший є стислим, а другий - ні. І в JPEG, і в TIFF отримані знімки записуються камерою вже після того, як зображення було піддано колірній корекції та впливу інших засобів обробки в суворій відповідності з настройками камери, встановленими в момент зйомки.

Рис. 3. Схема операцій, що виконуються цифровою камерою під час зйомки зображення

У чому ж полягає якісна відмінність формату RAW від JPEG та TIFF? Мабуть, найважливіше - це можливість втрутитися в роботу RAW-конвертера (тобто, образно кажучи, «проявочного» процесора) і змінити ті чи інші настройки на власний розсуд вже після зйомки.

Рис. 4. Схема виконання операцій з обробки зображення в разі запису отриманих кадрів у файл формату RAW

Якщо проводити аналогію з традиційною аналогової фотографією, то JPEG та TIFF можна зіставити з готовими фотокартками, а RAW - з вихідними негативами. Хоча таке порівняння дуже приблизно, воно дозволяє зрозуміти принципову відмінність між розглянутими форматами файлів.

Крім того, запис в RAW дозволяє фотографу не думати про численні настройках меню камери в процесі зйомки (а при фотографуванні рухомих об'єктів або швидкій зміні умов освітленості маніпулювати налаштуваннями буває просто ніколи) і цілком сконцентруватися на творчих завданнях. За великим рахунком при зйомці в RAW не має значення, які значення балансу білого, чутливості, яскравості, контрасту, чіткості та ін. Встановлено в меню фотоапарата - будь-який з цих параметрів можна буде легко змінити вже після зйомки. Мабуть, єдине, що залишається цілком на совісті фотографа (або автоматики камери), - це правильний вибір витримки, діафрагми і точки фокусування.

З JPEG і TIFF теж можна обробити в будь-якому графічному редакторі, скорегувавши небажані наслідки помилково встановлених налаштувань. Звичайно, це так, але необхідно враховувати, що будь-який вплив на зображення, записане з розрядністю 8 біт на канал кольору в JPEG або в TIFF, - регулювання рівнів, тональних кривих, яскравості, контрасту, насиченості та ін. - неминуче призводить до зменшення кількості півтонів, тобто до безповоротної втрати частини корисної інформації. Як наслідок, з'являється ступенчатість на плавних тональних переходах (більш-менш явна в залежності від ступеня впливу) і, що ще гірше, виникають колірні спотворення, найбільш помітні в області нейтрально-сірих і тілесних відтінків.

В RAW-файл образ кадру записується з тієї розрядністю, з якої він був оцифрований АЦП (Аналогово-цифровий перетворювач) камери. У багатьох сучасних моделях цифрових фотокамер використовуються 10- і 12-бітові АЦП, і відповідно образ кадру в RAW записується з більш високою розрядністю, ніж стандартний JPEG або TIFF. Саме тому навіть в результаті серйозних маніпуляцій над RAW-файлом можна отримати на виході 8-бітний JPEG або TIFF без втрати півтонів. Наприклад, величину експозиції знімка, записаного у вигляді 12-бітного RAW-файлу, можна заднім числом скорегувати в межах ± 2 EV без втрати деталей в плавних тональних переходах!

При правильній установці експозиції, балансу білого та інших параметрів різниця між кадрами, збереженими безпосередньо в JPEG (або в TIFF) і перетвореними в відповідні формати з RAW-файлів за допомогою програмних засобів, може бути і зовсім не помітна. Однак при зйомці контрастних сцен і пофарбованих у яскраві кольори об'єктів допуски до точності підбору параметрів зйомки стають значно жорсткішими, і в подібних випадках можна легко помилитися з вибором правильної експозиції - ось тоді-то можливість запису в RAW виявиться як не можна до речі.

RAW всемогутній?

У багатьох може скластися уявлення про формат RAW як про якийсь чудодійний засіб, що дозволяє повертати до життя будь-які загублені знімки, але це не зовсім так. Можливості по обробці RAW-образів теж обмежені і залежать від технічних характеристик сенсора і АЦП камери.

Наприклад, при зйомці висококонтрастних сюжетів або при помилковому виборі експозиції може виникнути так званий ефект обмеження (clipping) - інакше кажучи, деякі області зображення виявляться занадто темними або занадто яскравими для елементів світлочутливого сенсора. В результаті дані області будуть сприйняті сенсором як однорідні чорні або білі плями, позбавлені будь-яких деталей. Цілком зрозуміло, що ніякі програмні засоби не допоможуть виявити ті деталі, які були безповоротно втрачені сенсором камери (а отже, відсутні в вихідному цифровому образі кадру).

Слід бути готовим і до того, що недоекспоновані кадри, «витягнуті» установкою позитивної ескпокоррекціі в RAW, після обробки стануть більш шумними (особливо в темних областях). Ступінь подібних погіршень безпосередньо залежить від характеристик світлочутливого сенсора камери: чим більше дозвіл і чим менше фізичний розмір сенсора, тим помітнішими будуть шуми при однакових величинах корекції. При цьому, звичайно, не можна не відзначити, що при аналогічних маніпуляціях над кадрами, збереженими в JPEG або в TIFF, кінцевий результат буде ще гірше.

TIFF проти JPEG: стискати або не стискати?

Широко поширене переконання, що TIFF однозначно краще JPEG, і що якщо є можливість зберігати в TIFF, то краще нею скористатися заради збереження якості зображення. Однак, як показує практика, при збереженні знімків в JPEG з мінімальним ступенем стиснення якість зображення настільки незначно відрізняється від нестислого знімка, що доцільність складання величезних обсягів пам'яті в жертву малому приросту якості стає вельми сумнівною. Звичайно, є окремі сюжети, на яких різниця між TIFF і JPEG (навіть з мінімальним стисненням) буде критичною. Однак в практиці такі знімки становлять одиниці від загальної кількості знятих кадрів.

Висновки:

1. Кадр без втрат зберігається тільки в RAW.

2. Можливість збереження знімків в TIFF з практичної точки зору є марною функцією цифрової фотокамери з двох причин. По-перше, такі файли мають значно більший обсяг у порівнянні з JPEG і навіть з RAW. По-друге, з точки зору фотолюбителів файли формату TIFF за якістю зображення дуже незначно відрізняються від JPEG, збережених з мінімальним стисненням.

3. Хоча RAW-файли мають більший обсяг у порівнянні з JPEG, менша кількість RAW-кадрів, що вміщується на тому ж носії, з лишком компенсується воістину величезними можливостями післязйомочної обробки, в тому числі щодо виправлення помилок, допущених як самим фотографом, так і автоматикою камери. У підсумку це дозволяє отримати максимально якісні (з технічної точки зору) знімки при мінімальних зусиллях. Крім того, в складних випадках формат RAW може виявитися навіть більш економічним: наприклад, можна зберегти один RAW-файл замість трьох JPEG, зроблених в режимі брекетингу по експозиції.

4. Можливості маніпуляції RAW-образами мають свої обмеження, обумовлені технічними характеристиками камери. З цієї причини не варто розраховувати на те, що завжди, навіть шляхом вельми витонченої програмної обробки RAW-образу, можна буде отримати зображення задовільного якості, якщо під час зйомки були допущені грубі фотографічні помилки.

За матеріалами сайту: КомпьютерПресс 11'2004