Что такое RAW изображения?

RAW изображенияЧто такое RAW изображения? Равы — это необработанный цифровой формат камеры. Съемка в этот формат считается существенной для большинства современных пользователей цифровых камер.

Формат RAW в цифровой фотографии соответствует негативу в плёночной: в нём содержится необработанная, «сырая» информация о пикселях прямо с сенсора цифровой камеры. Файл RAW не проходил даже демозаику и потому содержит просто значения красного, зелёного или синего в каждом из пикселей. Обычно цифровые камеры обрабатывают этот файл, преобразовывая его в полноцветный файл формата JPEG или TIFF, и записывают на карту памяти результат. При обработке RAW-файла цифровые камеры должны принять несколько принципиальных решений, и потому исходный RAW предоставляет вам больше контроля над тем, как будет выглядеть результирующий JPEG или TIFF. Данная статья призвана проиллюстрировать технические преимущества RAW-файлов, а также даёт советы о том, когда их использовать.

RAW-файл преобразуется в итоговое изображение в формате JPEG или TIFF в несколько этапов, каждый из которых может вносить необратимую коррекцию изображения. Одно из ключевых преимуществ формата RAW в том, что он позволяет фотографу отложить эти коррективы, предоставляя ему возможность применить их самостоятельно с большей гибкостью, так, как это наиболее подходит каждому изображению. Следующая диаграмма иллюстрирует последовательность обработки:

Что такое RAW изображения?

  1. Демозаик
    Баланс белого 
  2. Тональные кривые
    Контраст
  3. Насыщенность цветов
    Резкость 
  4. Преобразование в 8 бит
    Сжатие JPEG, tiff

 

Демозаика и баланс белого включают в себя интерпретацию и преобразование данных с матрицы Байера в изображение со всеми тремя базовыми цветами в каждом пикселе и осуществляются в один этап. Именно Байеровская матрица  заставляет первое изображение выглядеть более зернистым, чем остальные два, а также придаёт изображению избыток зелёного.

Наш глаз воспринимает разницу в освещённости логарифмически, и потому когда интенсивность света нарастает вчетверо, мы воспринимаем это как удвоение освещённости. Цифровая камера иначе записывает разницу в освещённости, линейно — удвоение интенсивности света удваивает информацию воспринятую сенсором камеры. Вот почему первое и второе изображения выглядят намного темнее третьего. Чтобы данные считанные с матрицы фотоаппарата, записанные цифровой камерой, преобразовались так, как мы их воспринимаем, необходимо применить тональную компрессию.

Насыщенность цвета и контраст тоже могут быть изменены, в зависимости от параметров настройки вашей камеры. Затем изображение подвергается коррекции резкости, чтобы скомпенсировать сглаживание, вызванное демозаикой, которое заметно на втором изображении.

Высокая разрядность RAW-изображения далее преобразуется в 8 бит на канал и подвергается JPEG-компрессии на основе параметров настройки сжатия вашей камеры. Вплоть до этого момента данные RAW изображения всё ещё находится в буферной памяти цифровой камеры.

Есть несколько преимуществ применения любого из вышеописанных этапов преобразования RAW впоследствии на персональном компьютере в противовес обработке в цифровой камере. Следующие разделы описывают, как использование RAW-файлов может повысить качество этих преобразований.

RGB = demosaic преобразует закодированное изображение шаблона Bayer I, в изображение truecolor RGB, используя линейную интерполяцию с корректировкой по градиенту.  

Демозаика фильтра Bayer или матрица цветных фильтров относится к расположению цветных фильтров, которые позволяют каждому пикселю в матрице цифровой камере записывать только красные, зеленые или синие данные. Шаблоны подчеркивают количество зеленых датчиков, которые имитируют большую чувствительность человеческого глаза к зеленому свету.  Функция использует интерполяцию, чтобы преобразовать двумерные Байеровские закодированные данные в полноцветное изображение.

Это весьма ресурсоёмкий процесс, и потому лучшие алгоритмы демозаики требуют большой процессорной мощности,  поэтому цифровые камеры наделены процессором. Большинство цифровых камер  преобразуют равы с разумным уменьшением качества, чтобы это происходило за разумное время. Применение демозаики на персональном компьютере позволяет использовать лучшие алгоритмы, поскольку его процессор как правило намного мощнее, чем у типовой цифровой камеры. Лучшие алгоритмы могут выжать чуть больше из сенсора вашей камеры, обеспечив большее разрешение, меньший шум, большую точность оттенков и меньший муар.  

JPEG-изображение из камеры неспособно разрешить настолько близкие линии, как RAW. И даже цифровой негатив не позволяет достичь идеального отображения линий, поскольку процесс демозаики всегда вносит в изображение некоторое сглаживание. Только сенсоры, получающие все три цвета в каждом пикселе, смогли бы достичь идеального изображения (такие как Foveon).

№№№№

Гибкий баланс белого

Баланс белого — это процесс исключения ненатурального соотношения цветов, так чтобы объекты, являющиеся белыми, отображались как белые на вашем снимке. Соотношение цветов в JPEG-изображении зачастую может быть изменено последующей обработкой, но за счёт глубины цветности и цветовой гаммы. Связано это с тем, что баланс белого по сути применяется дважды: сперва при преобразовании рав и затем заново при пост-процессинге. Цифровые негативы дают вам возможность применить баланс белого к фотографии после съёмки — без напрасных битовых потерь.

Высокая разрядность

В действительности цифровые камеры записывают каждый цветовой канал с гораздо большей точностью, чем 8 бит (256 уровней) на канал, используемых в JPEG-изоображениях (см. «Что такое разрядность»). Большинство современных камер записывают каждый канал с 12-битной точностью (212 = 4096 уровней), предоставляя в несколько раз больше градаций цветности, что может быть достигнуто с использованием JPEG из камеры. Большая разрядность уменьшает подверженность изображения постеризации и повышает гибкость при выборе цветового пространства при пост-обработке.

Динамический диапазон и компенсация экспозиции

Формат RAW обычно обеспечивает намного больший «динамический диапазон», чем JPEG, в зависимости от того, как камера создаёт свой JPEG. Динамический диапазон определяется как интервал светотени, который камера может различить между абсолютно чёрным и абсолютно белым. Поскольку исходные данные о цветах не были подвергнуты логарифмированию с использованием кривых (см. введение), экспозиция в RAW-файл может подвергаться впоследствии экспокоррекции. Экспокоррекция позволяет скорректировать ошибку экспозамера или же может помочь вытянуть детали, потерянные на свету или в тенях. Следующий пример был снят в направлении на солнце и показывает один и тот же RAW-файл с коррекцией на -1 ступень, 0 (без коррекции) и +1 ступень. Наведите курсор на подписи, чтобы увидеть, как экспокоррекция влияет на изображение

Примечание: +1 и -1 ступень означает увеличение или уменьшение освещённости вдвое, соответственно.

Экспокоррекцию могут также записывать как eV, например, +1 eV.

Обратите внимание на большое количество деталей на свету и в тенях в этих трёх изображениях. Аналогичных результатов невозможно было бы достичь, просто высветляя или затемняя файл JPEG — ни в динамическом диапазоне, ни в оттенках. Для лучшей передачи этого широкого динамического диапазона можно использовать градиентный фильтр.

Повышение чёткости RAW изображения

Поскольку RAW-файл не обрабатывался, камера не применяла к нему коррецкию резкости. Так же как и с дематризацией, лучшие алгоритмы повышения резкости зачастую намного более ресурсоёмки. Таким образом, повышение резкости, выполненное на персональном компьютере, может вызвать меньше гало-дефектов при аналогичной степени коррекции (примеры дефектов резкости см. в главе «Повышение резкости с помощью «нерезкой маски»»).

Поскольку резкость зависит от предполагаемой дистанции обзора вашего изображения, формат RAW также обеспечивает больше контроля над тем, какой тип и объём коррекции резкости будет применяться (на ваше усмотрение). Коррекция резкости обычно является финальным шагом пост-обработки, поскольку её невозможно отменить, посему иметь уже скорректированный JPEG неоптимально.

Сжатие без потерь

 

Компрессия:

Без потерь

С потерями

В формате RAW применяется сжатие без потерь, и потому оно не страдает от дефектов компрессии, заметных на «теряющем» сжатии JPEG. RAW-файлы содержат больше информации и лучше поддаются сжатию, чем TIFF, и притом без дефектов компрессии формата JPEG.

Примечание: Kodak и Nikon применяют алгоритм сжатия RAW с небольшими потерями, хотя и в этом случае любые дефекты значительно меньше, чем в аналогичном изображении в формате JPEG. Кроме того, эффективность сжатия формата RAW зависит от производителя цифровой камеры. Изображение показано в масштабе 200%. Сжатие JPEG с сохранением 60% в Adobe Photoshop.

Недостатки RAW изображения

  1. RAW-файлы намного больше, чем аналогичные файлы формата JPEG, и потому быстрее заполняют карту памяти.
  2. Обработка RAW-файлов занимает больше времени, поскольку они могут потребовать ручной работы на каждом этапе преобразования.
  3. RAW-файлы часто дольше пишутся на карту памяти, что приводит к меньшему количеству кадров в секунду, чем при использовании формата JPEG.
  4. RAW-файлы не могут быть незамедлительно предъявлены зрителям и заказчикам, поскольку они требуют специальных программ для своей загрузки, а следовательно их сперва необходимо преобразовать в JPEG.
  5. RAW-файлы требуют более мощного компьютера с большим количеством оперативной памяти (RAM).

Прочие соображения

Одна из проблема формата RAW в том, что он не стандартизован. У каждой камеры свой формат RAW, и может оказаться, что одна программа неспособна прочитать все форматы. К счастью, Adobe анонсировал спецификацию цифрового негатива (DNG), призванную стандартизировать формат RAW. Вдобавок, любая камера, которая способна сохранять RAW-файлы, должна поставляться с собственной программой для их считывания.

Хорошие программы преобразования RAW могут производить пакетную обработку и зачастую автоматизируют все этапы преобразования, кроме тех, которые вы захотите изменить. Это может снизить или даже исключить преимущество файлов формата JPEG в простоте использования.

Многие новые камеры способны записывать и RAW, и JPEG одновременно. Это позволяет вам немедленно получить итоговое изображение, но сохранить при этом и «негатив» в RAW на случай, если впоследствии захочется большей гибкости.

Итоги

Так что же лучше, RAW или JPEG? Однозначного ответа нет, поскольку это зависит от типа съёмки. В большинстве случаев RAW-файлы представляют собой лучшее решение в связи со своими техническими преимуществами и падением стоимости больших карт памяти. RAW-файлы предоставляют фотографу намного больше контроля, но за счёт скорости обработки, занимаемого места и простоты использования. Порой для спорта и журналистики морока с обработкой RAW того не стоит, притом пейзажные и художественные фотографы часто выбирают RAW, чтобы выжать максимум потенциального качества из своей цифровой камеры.