Imagens HDR (Alto Alcance Dinâmico) permitem fotógrafos registrar maior faixa de detalhe tonal que uma câmera conseguiria capturar em uma única foto. Isso abre todo novo conjunto de possibilidades de iluminação que se poderia ter evitado anteriormente — por razões puramente técnicas. O recurso "mesclar para HDR" do Photoshop consegue isso combinando uma série de exposições em bracketing em uma única imagem, que abrange o detalhe tonal de toda a série.
Imagem acima cortesia de Kyle Kruchock (em forma fortemente modificada).
Não há almoço grátis; tentar ampliar a faixa tonal inevitavelmente virá à custa de contraste reduzido em alguns tons. Aprender a usar software HDR ajuda a aproveitar ao máximo seu alcance dinâmico sob iluminação difícil — equilibrando essa troca com contraste.
À medida que sensores digitais atingem resoluções progressivamente maiores, e consequentemente pixels sucessivamente menores, a única qualidade da imagem que não se beneficia é seu alcance dinâmico. Isso é particularmente aparente em câmeras compactas modernas com 8+ megapixels, mais suscetíveis que nunca a realces estourados ou detalhe de sombra ruidoso. Além disso, algumas cenas simplesmente contêm faixa de brilho maior que câmeras digitais atuais conseguem capturar — de qualquer tipo.
O "lado bom" é que praticamente qualquer câmera consegue capturar vasto alcance dinâmico — apenas não em uma única foto. Variando apenas a velocidade do obturador, a maioria das câmeras digitais muda quanto luz entra por fator de 50.000 ou mais. A imagem HDR utiliza essa característica criando imagens compostas de múltiplas exposições.
Use HDR apenas quando a distribuição de brilho da cena não puder ser facilmente mesclada usando filtro de densidade neutra graduado (GND). Isso porque filtros GND estendem alcance dinâmico mantendo contraste local. Cenas ideais para filtros GND têm geometrias de iluminação simples, como transição linear de terra mais escura para céu mais claro na fotografia de paisagem:
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| Filtro GND | Resultado Final |
Em contraste, cena cuja distribuição de brilho não é mais facilmente mesclada com filtro GND é a cena da porta mostrada abaixo.
Note que a cena acima contém aproximadamente três regiões tonais com transições abruptas nas bordas — exigindo filtro GND personalizado. Se olhássemos pessoalmente, discerniríamos detalhe tanto dentro quanto fora da porta, pois nossos olhos ajustariam ao brilho mutante. Este tutorial foca em usar HDR para melhor aproximar o que veríamos com nossos próprios olhos.
O Photoshop cria arquivo HDR usando informação EXIF de cada imagem em bracketing para determinar velocidade do obturador, abertura e ISO. Isso diz ao Photoshop quanta luz veio de cada região da imagem. Como essa luz pode variar muito em intensidade, o Photoshop cria o arquivo HDR usando 32 bits para descrever cada canal de cor (em vez dos usuais 16 ou 8 bits; veja "Entendendo Profundidade de Bits").
Arquivos HDR usam esses bits extras para criar escala de brilho relativamente aberta, que se ajusta às necessidades da imagem. Porém, o benefício chave é que esses bits extras são usados mais eficientemente que imagens típicas de 8 ou 16 bits (chamadas de "baixo alcance dinâmico" ou LDR daqui em diante).
O formato de arquivo HDR de 32 bits consegue gravar maior alcance dinâmico porque usa seus bits para especificar números de ponto flutuante, também chamados de notação exponencial. Número de ponto flutuante é composto por número decimal entre 1 e 10 multiplicado por alguma potência de 10, como 5.467×10, em oposição aos inteiros usuais de 0-255 (8-bit) ou 0-65535 (16-bit). Assim, arquivo pode especificar brilho de 4.300.000.000 simplesmente como 4.3×10⁹, grande demais mesmo com inteiros de 32 bits.
OK, a notação de ponto flutuante parece mais concisa, mas como isso ajuda computador? Por que não continuar adicionando bits para especificar números sucessivamente maiores, e portanto maior alcance dinâmico? É problema de retornos decrescentes. À medida que mais bits são adicionados a arquivos LDR comuns, fração exponencialmente maior é usada apenas para especificar cor mais precisamente — não para estender alcance dinâmico. Isso resulta em muito mais bits descrevendo tons escuros que claros:
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| Brilho Real* → |
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| Bits LDR Ficam Progressivamente Mais Esparsos → |
*Conforme medido por câmera digital. Veja tutorial sobre correção gamma. Representação qualitativa. Bits mais próximos para valores escuros resulta de gamma-encoding. Benefício grande em imagens comuns e pode até ajudar aumentar alcance dinâmico, mas torna-se progressivamente ineficiente conforme profundidade de bits aumenta.
Arquivos HDR contornam dilema LDR usando valores tonais proporcionais ao brilho real do assunto. Isso faz bits serem igualmente espaçados pelo alcance dinâmico — permitindo maior eficiência de bits. Números de ponto flutuante também garantem que todos os tons são gravados com mesma precisão relativa, pois números como 2.576×10 e 8.924×10⁶ têm mesmo número de algarismos significativos (quatro), embora o segundo seja mais de um milhão de vezes maior.
Nota: assim como usar imagens de alta profundidade de bits não significa necessariamente que sua imagem contém mais cor, arquivo HDR não garante maior alcance dinâmico a menos que esteja também presente no assunto real.
Todos esses bits extras do formato HDR são ótimos, e permitem faixa de brilho quase infinita ser gravada. Porém, seu monitor e impressões só mostram faixa fixa e estreita. Este tutorial foca não só em criar arquivos HDR de 32 bits, mas também em convertê-los em imagens exibíveis no computador ou que fiquem ótimas como impressão. Essa etapa de conversão é comumente chamada de "mapeamento tonal".
Como criar imagem HDR requer capturar série de exposições idênticas em posição, tripé robusto é essencial. Photoshop tem recurso que tenta alinhar imagens se câmera moveu entre disparos, porém melhores resultados são alcançados sem depender disso.
Certifique-se de tirar pelo menos três exposições, embora cinco ou mais seja recomendado para precisão ótima. Mais exposições permitem ao algoritmo HDR melhor aproximar como sua câmera traduz luz em valores digitais (curva de resposta do sensor) — criando distribuição tonal mais uniforme. O exemplo da porta é mais adequado com várias exposições intermediárias, além das duas mostradas anteriormente.
É essencial que a mais escura dessas exposições não tenha realces estourados onde você quer capturar detalhe. A mais clara deve mostrar regiões mais escuras com brilho suficiente para serem relativamente livres de ruído e claramente visíveis. Cada exposição deve ser separada por um a dois stops, idealmente variando velocidade do obturador (em vez de abertura ou ISO). Lembre-se que cada "stop" refere-se a duplicação (+1 stop) ou halving (-1 stop) da luz capturada.
Notamos outra desvantagem de HDR: requerem assunto relativamente estático, devido à necessidade de várias exposições separadas. Nosso exemplo anterior de pôr do sol no oceano não seria adequado para HDR, pois ondas teriam movido significativamente entre exposições.
Aqui usamos Adobe Photoshop para converter sequência de exposições em imagem única, que usa mapeamento tonal para aproximar o que veríamos. Primeiro, combinamos todas exposições em único arquivo HDR de 32 bits:
Abra ferramenta HDR (Arquivo > Automatizar > Mesclar para HDR...), carregue todas fotos da sequência; para este exemplo seriam as quatro imagens da seção anterior. Se imagens não foram tiradas em tripé estável, esta etapa pode requerer marcar "Tentar Alinhar Automaticamente Imagens de Origem" (aumenta muito tempo de processamento). Após OK, verá mensagem "Calculando Curvas de Resposta da Câmera".
Quando processamento parar, mostrará janela com histograma combinado. Photoshop estimou ponto branco, mas esse valor frequentemente corta realces. Pode mover controle deslizante do ponto branco para borda direita dos picos do histograma para ver todo detalhe de realce. Esse valor é apenas para prévia e precisará ser definido com mais precisão depois. Após OK, fica com imagem HDR de 32 bits, que pode ser salva se necessário. Note como imagem pode ainda parecer escura; só após convertida em 16 ou 8 bits (usando mapeamento tonal) começará a parecer mais com resultado desejado.
Neste estágio, poucas funções de processamento podem ser aplicadas a arquivo HDR de 32 bits, servindo pouco além de arquivo. Uma função disponível é ajuste de exposição (Imagem > Ajustes > Exposição). Pode tentar ajustar exposição para revelar detalhe oculto de realce ou sombra.
Aqui usamos Photoshop para converter imagem HDR de 32 bits em arquivo LDR de 16 ou 8 bits usando mapeamento tonal. Requer decisões interpretativas sobre tipo de mapeamento, dependendo do assunto e distribuição de brilho na foto.
Converta em imagem de 16 bits (Imagem > Modo > 16 Bits/Canal...) e verá ferramenta de Conversão HDR. O método de mapeamento tonal usa um de quatro métodos:
| Método | Descrição |
|---|---|
| Exposição e Gamma | Permite ajustar manualmente exposição e gamma, equivalentes a ajuste de brilho e contraste, respectivamente. |
| Compressão de Realces | Sem opções; aplica curva tonal personalizada que reduz muito contraste de realces para iluminar e restaurar contraste no resto da imagem. |
| Equalizar Histograma | Tenta redistribuir histograma HDR na faixa de contraste de imagem normal 16 ou 8 bits. Usa curva tonal que espalha picos do histograma para torná-lo mais homogêneo. Funciona melhor para histogramas com vários picos estreitos sem pixels entre eles. |
| Adaptação Local | Método mais flexível e provavelmente mais útil para fotógrafos. Diferente dos outros três, muda quanto ilumina/escurece regiões por pixel (similar a realce de contraste local). Engana o olho pensando que imagem tem mais contraste, crítico em imagens HDR privadas de contraste. Também permite alterar curva tonal para melhor adequar imagem. |
Antes de usar qualquer método, pode primeiro definir pontos preto e branco nos controles deslizantes do histograma (veja "Usando Níveis no Photoshop"). Clique na seta dupla ao lado de "Curva Tonal e Histograma" para mostrar histograma e controles.
O restante foca em configurações do método "adaptação local", por ser mais usado e flexível.
Diferente dos outros três métodos, adaptação local não necessariamente retém hierarquia geral de tons. Traduz intensidades de pixel não só com curva tonal única, mas também baseada nos valores de pixels ao redor. Isso significa que, diferente de curva tonal, tons no histograma não são apenas esticados e comprimidos, mas podem cruzar posições. Visualmente, parte do assunto inicialmente mais escura que outra poderia depois adquirir mesmo brilho ou ficar mais clara — mesmo que por pequena quantidade.
No exemplo acima, embora espuma do mar em primeiro plano e reflexos nas rochas sejam na verdade mais escuros que superfície oceânica distante, imagem final renderiza oceano distante como mais escuro. Conceito chave: em regiões maiores nossos olhos ajustam a brilho mutante (olhar para céu claro), enquanto em distâncias menores não ajustam. Imitar essa característica da visão é objetivo do método adaptativo local — especialmente para distribuições de brilho mais complexas que mescla vertical simples do pôr do sol.
Exemplo de distribuição de brilho mais complexa para três imagens de estátua. Referimos contraste em distâncias maiores como contraste global, enquanto mudanças em distâncias menores são contraste local. Método adaptação local tenta manter contraste local, diminuindo contraste global (similar ao exemplo do pôr do sol).
O exemplo ilustra visualmente impacto de contraste local e global. Note como manchas claras/escuras em grande escala (global) são exageradas no caso de alto contraste global. Por outro lado, no caso de baixo contraste global, frente do rosto da estátua tem virtualmente mesmo brilho que seu lado.
Imagem original parece bem pois todas regiões tonais visíveis, com contraste suficiente para aparência 3D. Imagine que começamos com imagem do meio, candidata ideal para conversão HDR. Mapeamento tonal com adaptação local provavelmente produziria imagem similar à da direita (embora talvez não tão exagerada), pois retém contraste local diminuindo global (retendo textura em regiões mais claras e escuras).
A distância que distingue entre contraste local e global é definida pelo valor de raio. Raio e limiar são similares às configurações de máscara de foco para realce de contraste local. Raio alto melhora contraste local, mas arrisca induzir halos, enquanto raio muito baixo pode deixar imagem esmaecida. Para qualquer imagem, recomenda-se ajustar cada um para ver efeito, pois combinação ideal varia com conteúdo.
Além de raio e limiar, imagens quase sempre requerem ajustes na curva tonal. Técnica idêntica à descrita no tutorial de curvas do Photoshop, onde mudanças pequenas e graduais na inclinação da curva são quase sempre ideais. Curva mostrada para exemplo da porta abaixo, resultando no resultado final.
Imagens HDR convertidas para 8 ou 16 bits frequentemente requerem retoque para melhorar precisão de cor. Uso sutil de níveis e saturação melhora drasticamente áreas problemáticas. Em geral, regiões com aumento de contraste (inclinação grande na curva tonal) exibem aumento de saturação, enquanto oposto ocorre para diminuição. Mudanças de saturação podem ser desejáveis ao iluminar sombras, mas na maioria das outras instâncias devem ser evitadas.
Principal problema do método adaptação local é que não distingue entre luz incidente e refletida. Como resultado, pode desnecessariamente escurecer texturas naturalmente claras e iluminar mais escuras. Esteja ciente ao escolher raio e limiar para minimizar esse efeito.
Mesmo se cena não requer mais alcance dinâmico, foto final pode melhorar de benefício lateral: redução de ruído de sombra. Já notou como imagens digitais sempre têm mais ruído nas sombras que tons claros? Isso porque razão sinal-ruído é maior onde imagem coletou mais sinal de luz. Pode aproveitar combinando imagem corretamente exposta com uma superexposta. Photoshop sempre usa imagem mais exposta para representar dado tom — coletando mais luz no detalhe de sombra (sem superexpor).
Lembre-se que imagens HDR são muito novas — particularmente em fotografia digital. Ferramentas existentes provavelmente melhorarão significativamente; não há processo automatizado que converta todas imagens HDR em agradáveis na tela ou impressão. Boas conversões HDR requerem trabalho significativo e experimentação para alcançar imagens finais realistas e agradáveis.
Adicionalmente, HDRs incorretamente convertidas ou difíceis podem parecer esmaecidas após conversão. Reavaliar configurações é primeiro passo corretivo recomendado; retoque com realce de contraste local pode melhorar resultados.
Como com todas ferramentas novas, cuidado para não exagerar. Cuidado ao violar hierarquia tonal original; não espere sombras profundas ficarem quase tão claras quanto céu claro. No exemplo da porta, edifício iluminado e céu são objetos mais claros, e permaneceram assim na final. Exagerar efeito HDR facilmente faz imagem perder realismo. Além disso, HDR só deve ser usado quando necessário; melhores resultados sempre vêm de boa iluminação inicial.
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