Зачем нужны Raw-файлы?

Raw-файл — это «цифровой негатив», оригинальный, прямой, с некоторыми оговорками, снимок с матрицы, сенсора фотоаппарата, вместе с параметрами съемки и метаданными. Он содержит гораздо больше полезной и потенциально полезной информации, чем стандартный JPEG- или TIFF-файл. Исходный Raw-файл может быть использован для получения потенциально более качественного и более адаптированного к разным применениям и окружениям изображения, как в настоящем времени, так и в отдаленном будущем с учетом появления новых технологий, применений, и новых алгоритмов обработки изображений.

Raw-файлы нужны для:

  1. для максимально возможного качества фотографии во всех смыслах;

  2. для сохранения всех цветов и оттенков, что увидела камера на природе, даже тех, что пока ни один телевизор или проектор не могут нам показать, и ни один принтер — напечатать; для большего «эффекта присутствия», для более глубокого «вживания в сцену», для более сильного психофизиологического воздействия;

  3. для комфортного просмотра снимка в разных условиях: на большом телевизоре, на экране кинопроектора, на хорошем мониторе; при разном освещении: днем, вечером или ночью;

  4. для качественной печати, серьезных и самых требовательных полиграфических применений, промышленного дизайна, допечатной подготовки, печати в цветных глянцевых журналах, книгах, и на больших рекламных плакатах и растяжках;

  5. для работы с цветом и светом, для смелого редактирования фотографии без потери качества, для того чтобы сделать снимок более правдивым и более похожим на реальную жизнь, или же, наоборот, для создания образности и художественности;

  6. для выявления темных и светлых областей снимка, чтобы увидеть то, что обычно не видно; для исправления ошибок экспозамера камеры;

  7. для высококачественной обработки шумов снимка и повышения его четкости;

  8. для высококачественной коррекции оптических искажений объектива;

  9. для работы в будущем с самыми современными алгоритмами обработки изображений, а также для получения удовольствия от просмотра на новых, более совершенных телевизорах, мониторах, проекторах, и принтерах, что будут появляться в будущем.

Подробнее о цифровых негативах

Широкое цветовое пространство

Универсальное и повсеместно распространенное цветовое пространство sRGB (HP, Microsoft, 1996, IEC 61966-2-1), де-факто стандарт для изображений в интернете, вообще говоря, является достаточно ограниченным в плане высококачественной передачи цвета и подходит лишь для адекватной передачи портретных снимков и снимков внутри помещений, а также для печати на принтерах нижнего ценового диапазона. Оно не передает всего множества цветов и оттенков, доступных среднему глазу человека в природе, и его охват можно оценить лишь в 36% от всех доступных насыщенностей и вариаций цветов. sRGB: 36%. Adobe RGB: 52%. DCI-P3: 45%. Rec. 2020: 76%. ProPhoto RGB: 90%. Современные качественные мониторы уже давно почти покрывают пространство Adobe RGB. Современные UHDTV-телевизоры поддерживают до 95% пространства DCI-P3 — этого прямо требует стандарт UHDTV (UHD 4K/8K), и в будущем они, вероятно, будут поддерживать сверхширокий диапазон Rec. 2020. Современная качественная печать выходит за пределы sRGB и почти помещается в Adobe RGB (около 45%). Современные проекторы в кинотеатрах примерно соответствуют DCI-P3 (45%), и самые лучшие из них достигают 55%. Фотоматрицы обычных современных фотокамер дают цветовой охват, значительно превышающий даже Adobe RGB! Конкретное распределение зависит от особенностей микролинз и цветовых микрофильтров матрицы, но оно может достигать 70% от охвата человеческого зрения.

Все это говорит о том, что JPEG-файл в стандартном пространстве sRGB передает только часть цветов, которые зарегистрировала фотоматрица. Разница в первую очередь видна на снимках природы, там, где есть различные тона зеленого, а также на закатных снимках, где появляются особые красные, желтые и другие теплые свечения. В области голубых тонов заметных изменений меньше. Разница обычно тонка и малозаметна, но она иногда придает какой-то особый характер, особую атмосферу, дополнительное настроение снимку. Ситуация такова, что sRGB (36% охвата всех видимых цветов) — крайне ограниченный формат, и вероятно в ближайшем будущем он превратится в анахронизм для мобильных устройств и дешевых настольных систем, с окончательным утверждением DCI-P3 и Rec. 2020. На эти новые стандарты сделали ставку сильные мира сего: MGM, Paramount, Sony, 20th Century Fox, Universal, Warner Bros., а также SMPTE и Technicolor SA. Вывод? Нужны оригинальные Raw-файлы, для передачи тонких цветовых и световых нюансов, особой атмосферы — сейчас и в будущем. В крайнем случае, можно допустить редукцию до профессионального цветового пространства ProPhoto RGB, но никак не до sRGB.

Высокий динамический диапазон

В обычном JPEG-файле используется 8 бит на каждый цветовой канал, а это значит, что сохраняется только 256 уровней яркости для каждого канала. Фотоматрицы современных камер выдают 12 или 14 бит на канал: от 4096 до 16384 уровней. Эффективность этого диапазона частично «съедается» шумом и другими характеристиками, влияющими на динамический диапазон матрицы, но, тем не менее, заполнение и использование всех этих уровней регистрируются в тестах Raw-файлов, по крайней мере, при низких значениях ISO. В современных мониторах и телевизорах уже давно есть опции работы как минимум в 10-битных режимах. Стандарт Rec. 2020 прямо указывает, что есть только два варианта работы: 10 и 12 бит. Кроме того, использование 8 бит на канал в JPEG почти полностью закрывает возможность дальнейшего качественного редактирования снимка ввиду постеризации тона и накопления ошибок округления. Сохранение в 24-битный JPEG серьезно постеризует снимок, снижает его точность, огрубляет плавность переходов в однотонных областях, делает его неактуальным для современных и перспективных телевизоров и мониторов с высокими показателями контраста. Вывод? Нужны исходные Raw-файлы для более тонкой передачи градиентов, полутонов и переходов тональностей, для полного сохранения динамического диапазона, полученной камерой (до 16 уровней для современных камер). В крайнем случае, можно допустить редукцию до 48-битного цвета (ProPhoto RGB 48 бит), но никак не до 24-битного.

Разные условия просмотра

Изображение всегда создается для конкретных условий просмотра, окружения, и конкретного носителя, на котором оно воспроизводится. На изображение можно смотреть в разных условиях освещения: при дневном свете, в условиях затенения, при рассеянном или прямом свете, в полной темноте, и т. д. JPEG-файл в цветовом пространстве sRGB обычно подготовлен для «усредненного» дневного освещения. Это диктует ICC-профиль sRGB IEC 61966-2-1. Но для разных типов освещения имеет смысл использовать разный характер изображения. Для проектора в темной комнате имеет смысл затемнить снимок и сделать его более контрастным, для телевизора в светлой комнате — наоборот сделать светлее. Для профессионального монитора в затемненной комнате имеет смысл снизить контраст снимка, и т. д. Вывод? Для серьезной работы со снимком нужен исходный Raw-файл, для того чтобы, регулируя контраст и экспозицию (яркость), была возможность создавать на основе оригинала фотографию для нужного типа освещения, одновременно адаптируя ее для конкретного носителя и назначения.

Творчество и свобода редактирования

Используя оригинальный цифровой негатив, мы можем до неузнаваемости менять характер снимка. У автора, приготовившего JPEG-файл, могли быть свои мысли по поводу того, каким должно быть финальное изображение, так же как и камера тоже создает финальный JPEG-файл в соответствии со своими, установленными в ней настройками и алгоритмами. Есть даже такие устоявшиеся выражения: «цвета Sony», «нейтральный цвет Olympus», «фирменный цвет Canon», «колористика Fuji». При ближайшем рассмотрении они часто предполагают не только и не столько цвета, сколько еще и тона: взаимоотношение контрастных характеристик снимка в разных его зонах: тенях, середине, светах; реакция камеры на разные сюжеты и на разные условия освещенности, общее психологическое «ощущение» от снимков камеры. Значительная, но не вся, часть этих особенностей получаемых изображений кодируется тем, как фотокамера проявляет свои Raw-файлы.

Но мы при этом можем видеть ту или иную сцену совсем по-другому! Нам в той или иной ситуации может понадобиться подчеркнуть, выделить что-то совсем иное. Чаще всего это выражается в смелом управлении общей экспозицией снимка, а также в выборочном «вытягивании» теней и светов. Хорошо известна толерантность цифровых негативов современных камер с большим динамическим диапазоном к такому «вытягиванию». Для таких файлов легко можно поднять общую экспозицию снимка, или каких-то его областей, теней, например, на 4 уровня (в 16 раз!) и не заметить особого увеличения шума или появления каких-либо артефактов на снимке. Для того чтобы менять снимок по своему усмотрению, радикально поднимать или снижать экспозицию, «вытягивать» тени при сохранении деталей в светлых участках, нужны исходные Raw-файлы. Помимо «вытягивания» тонов можно также осуществлять все остальные часто используемые операции при обработке: поднятие локального контраста, увеличение или уменьшение насыщенности цвета, корректировка цветового баланса белого, и многие другие.

Тоновые преобразования для разного восприятия

Имея в наличии Raw-файлы мы можем использовать особые алгоритмы тоновой трансформации и тоновой компрессии, которые есть, например, в программе DxO Optics Pro. Это так называемое «адаптивное сжатие динамического диапазона». Пионером и патентным держателем этой технологии является английская компания Apical Imaging. А сам алгоритм называется Iridix. На основе этой технологии были созданы Nikon Active D Lighting, Sony DRO+, DxO Smart Lighting, Canon ALO. Дело в том, что наш глаз видит окружающий мир совсем не так, как регистрирует его фотоматрица. У человеческого глаза каждая глазная колбочка обладает плавающей чувствительностью в зависимости от локального окружения. Наша зрительная система компенсирует недостающие уровни яркости в тенях особым образом: она как бы выборочно поднимает экспозицию для темных областей, на особой основе, и этот эффект совсем не идентичен обычному поднятию яркости в тенях. Ввиду этого многие контрастные фотографии без особой обработки кажутся нам темными, особенно их теневые области.

Метод Iridix ORMIT (ортогональное ретиноморфное преобразование изображения) и DxO Smart Lighting используют результаты исследования работы зрения человека, где нейроны сетчатки глаза осуществляют сжатие регистрируемого изображения перед передачей по зрительному нерву в зрительную кору. Используется особое тоновое преобразование с компрессией, где к каждому пикселу изображения применяется индивидуальное гамма-преобразование в тоновом и цветовом пространстве, при котором глобальный контраст снимка сохраняется, а локальный — даже увеличивается. Это особое тоновое преобразование невозможно воссоздать никакими обычными операциями с контрастом и яркостью снимка. Эти адаптивные ретиноморфные алгоритмы без возможности отключения встроены в такие популярные продукты как Apple iPhone и GoPro Hero. В результате такой адаптивной тоновой коррекции мы получаем фотографию, которая кажется нам светлее, гораздо приятнее и натуральнее для глаза, и выглядит ближе к реальности, как мы ее видим. Происходит в прямом смысле «проявление негатива». Но для этого нужны Raw-файлы!

Тонкий контроль над уровнем шума снимка

Современные фотокамеры и программы обработки Raw-файлов используют алгоритмы снижения шума и повышения четкости изображения. В программах обработки всегда используются более совершенные и более сложные алгоритмы для такой обработки, потому что они предполагают доступ к большим вычислительным ресурсам, центральному процессору и процессору видеокарты настольного компьютера. Это значит, что в программе обработки на настольном компьютере мы всегда получим лучший результат. Помимо этого у нас могут быть разные требования и разные запросы к степени и характеру уменьшения шума и к степени и характеру увеличения четкости. Например, цветовой (хроматический) шум матрицы обычно всегда убирается, так как он не несет никакой художественной ценности, и его легко устранить. А яркостный шум у современных больших фотоматриц часто имеет приятную зернистую структуру и напоминает аналоговое зерно фотопленки, поэтому многие фотографы оставляют его или подавляют его лишь частично, снижая его «накал» только при высоких значениях ISO.

Полное устранение яркостного шума может привести к пластичности и некоторой «целулойдности», «мультяшности» картинки, что опять-таки может быть оправдано в некоторых применениях, например в рекламе, или для загрузки на какую-нибудь крупную свалку безвкусных фотографий типа Shutterstock. При широкоформатной печати значительное снижение шума может быть необходимо для лучшего результата. При просмотре на экране — наоборот, лучше сохранить оригинальное «дыхание снимка». Также как раньше сохраняли «дыхание зерна» аналоговой пленки, так и сейчас, хорошие фотографы предпочитают сохранять яркостное «дыхание сенсора», которое как бы связывает нас тонкой нитью с физической реальностью. Мы отдаем должное матрице — она хорошо поработала — и оставляем ее шум. Это делает снимок более живым, осязаемым — кажется, до него можно дотронуться. Действительно, кажется, что матрица «дышит», живет своим шумом.

Тонкий контроль над четкостью снимка

Фотокамера также повышает четкость снимка, используя простые, но довольно эффективные алгоритмы повышения локального контраста на микрорасстояниях. В настольных системах эти алгоритмы всегда работают эффективнее и точнее, а также позволяют более тонко настраивать свою работу. Здесь многое будет зависеть уже не от фотоматрицы, а от используемого объектива. Например, если у нас на камере нацеплен удачный, породистый, очень резкий экземпляр какой-нибудь Sigma'ы или Carl Zeiss'а, который может разрешить всю матрицу почти по всей ее площади, то уже и не очень захочется притрагиваться к такому деликатному, дорогому изображению, разве что-то слегка «пройтись» по нему легкой маской радиусом в 0.6 пиксела, для проявления всех полученных тончайших деталей (кружева) от такого невероятного «космического стекла». Ну а если объектив среднего уровня, то можно использовать уже 0.8 или даже 1.

Кто-то, по какой-то причине, захочет добавить четкости еще сильнее, например перед печатью. Иногда может быть оправдано двойное усиление — сначала более тонких деталей с меньшим радиусом, потом более грубых, или наоборот. У «печатников» есть свои технологии повышения четкости, которые они адаптировали для полиграфических применений разных форматов. Повышение четкости для экрана и для печати — это две разные вещи, два разных мира. Кроме того, разная техника повышения четкости используется в зависимости от исходного уровня и характера шума и значений светочувствительности (ISO) снимка. В любом случае для всего этого нужны оригинальные Raw-файлы.

Исправление оптических искажений объектива

В современных камерах и программах обработки есть алгоритмы для устранения различных искажений оптической системы: искажений перспективы, отрицательных дисторсий («бочка», «рыбий глаз»), положительных дисторсий («подушка»), периферийных затемнений (виньетирование), продольных (осевых) хроматических аберраций, боковых (латеральных) хроматических аберраций, цветовых хроматических аберраций первого и второго порядка, сферических аберраций, дифракции. До недавнего времени ответственность за борьбу со всеми этими искажениями лежала на стороне производителей объективов, но сейчас, с появлением портативной оптики и алгоритмов цифровой обработки изображений, фокус начинает смещаться в сторону цифровой обработки. Это позволяет делать объективы более компактными и более доступными. Какие-то из указанных выше искажений правятся на компьютере легко и с минимумом артефактов, какие-то — труднее. Например, исправляя «бочку», мы всегда снижаем резкость в углах, и если изначально объектив не отличался особой резкостью, то после такого исправления недостаток резкости по краям фотографии заметен еще сильнее. Осветляя виньетирование, мы всегда снижаем динамических диапазон и повышаем шумы на краях, хотя это обычно менее заметно.

Есть какой-то предел уровня физических искажений оптики, за пределами которого недорогой или компактный объектив уже начинает терять свою привлекательность. Например, если у компактного, но резкого объектива «бочка», условно говоря, в пределах 4%, а падение освещенности на краях не превышает двух уровней, то это еще терпимо, а если эти значения вырастают до 8% и 3 уровней — то это уже никуда не годится. Обычно эти значения меняются в зависимости от фокусного расстояния и диафрагмы. Существуют разные пределы «терпимости» к получаемому качеству изображения и присутствию тех или иных оптических искажений в зависимости от типа объективов: теле/нормальный/широкий/ультраширокий, постоянный/переменный, дорогой/доступный, большой/компактный, тяжелый/легкий и т. д. Запрос на высококачественные объективы с тяжелыми, дорогими мультипросветленными стеклами, со сложными оптическими схемами, призванными бороться с оптическими искажениями, все равно останется, просто он перейдет в верхний ценовой диапазон.

Также как у фотокамеры есть «цвета», у объектива есть «рисунок». Минимально исправленное изображение способно передать «дух объектива», его «дыхание», «настроение», его породу, марку, и даже его высокую цену. Не рекомендуется усердствовать и полностью выпрямлять снимок и до предела высветлять его края. Есть наблюдения, согласно которым некоторое количество бочковой дисторсии и периферийного затемнения отчасти свойственно нашему зрению, особенно в широких и ультрашироких сценах, и эти эффекты могут во многих случаях гармонично смотреться на фотографии. В любом случае, для тонкой и ответственной работы со всем этим нам понадобятся исходные Raw-файлы.

Современные и перспективные алгоритмы работы с изображениями

Современные и перспективные программы обработки изображений всегда будут иметь доступ к более совершенным и более сложным алгоритмам обработки изображений, чем процессоры внутри фотокамер. Да, камерные процессоры в высшей степени оптимизированы под обработку изображений, но точно также оптимизированы и графические процессоры в современных видеокартах. И любая настольная система всегда больше по размеру любой самой крупной камеры, и всегда имеет доступ к источнику энергии гораздо более высокой мощности вкупе с лучшим охлаждением, при потенциально неограниченном времени для обработки.

Факт остается фактом. Такие программы как Adobe Lightroom (США), DxO Optics Pro (Франция) и Phase One Capture One Pro (Дания, Великобритания) имеют в своем арсенале самые совершенные и самые продвинутые алгоритмы обработки изображений. Adobe Lightroom и Adobe Photoshop Camera Raw на данный момент времени предлагают и всегда будут предлагать самые совершенные алгоритмы демозаики (demosaicing, debayering), первичных тоновых экспоненциальных преобразований из исходного массива Raw-данных, преобразований между цветовыми пространствами, подавления цифровых и яркостных шумов с возможностью тонкой настройки, усиления четкости, а также самые совершенные и высокотехнологичные алгоритмы исправления и частичной компенсации различных оптических искажений. Камерные процессоры в этом смысле никогда не смогут конкурировать с настольными системами.

Нужно только иметь доступ к цифровым негативам, сейчас и в будущем, когда потенциально появятся новые, более совершенный алгоритмы, и старые Raw-файлы можно будет «прогнать» через новые алгоритмы. Какие-то алгоритмы уже устоялись, а какие-то — еще нет. Например, в области понижения цифрового шума было очень много исследований и прогресса в последнее время. DxO Optics Pro предлагает новый, очень ресурсоемкий алгоритм снижения шумов, основанный на вейвлет-анализе и вейвлет-преобразованиях. Вейвлет-анализ является на сегодняшний день одной из самых перспективных технологий анализа данных: разложение сигнала по базису вейвлетов, выбор порогового значения шума для каждого уровня разложения, пороговая фильтрация коэффициентов детализации, реконструкция сигнала.

Вывод? Нужны Raw-файлы. На будущее. Про запас.

Обратная сторона цифровых негативов

Raw-файлы больше не raw-файлы

В начале 2000-х годов, когда цифровые камеры только начинали входить в широкое потребление, Raw-файлы были действительно Raw-файлами в прямом смысле этого слова. Они, вместе с управляющими метаданными, представляли собой прямой, некорректированный выход аналого-цифрового конвертора, подключенного напрямую к CCD-фотоматрице. Сейчас, однако, ситуация такова, что цифровой процессор практически любой фотокамеры выдает уже измененный, скорректированный сигнал, причем часть этой коррекции проходит еще на самом кристалле аналого-цифрового преобразователя встроенного в CMOS-фотоматрицу. Достоверно известно на текущий момент, что многие камеры применяют алгоритмы базового цифрового шумоподавления для увеличения эффективного динамического диапазона. Кроме того, часто наблюдаются какие-то дополнительные преобразования в области тона и цвета и тоновой компрессии.

Анализируя Raw-файлы фотокамеры Canon EOS M3 с процессором DIGIC 6 можно сделать однозначный вывод, что к Raw-данным применен какой-то вариант алгоритма повышения четкости с достаточно большим радиусом, но малым уровнем воздействия, и это придает видимой зернистости изображению. На данный момент можно утверждать, что мы в большинстве случаев имеем полный набор преобразований в камере еще до того, как мы получим цифровой негатив: базовое цифровое шумоподавление, тоновые преобразования, и вот теперь уже даже искусственное повышение четкости и зернистости! Делается это видимо для лучших результатов в тестах и обзорах, в конкурентной борьбе за потребителя. Но мы все равно не можем с этим ничего поделать — даже в такой ситуации получаемый нами Raw-файл остается таким же исходным файлом, пусть даже мы знаем, что этот файл уже «не совсем прямой» в полном смысле этого слова и частично обработанный, «приготовленный» — все равно более «прямого» и более оригинального нам не найти.

Светлое и счастливое будущее

Цифровые негативы в первую очередь предназначены для архивирования, для сохранения всех характеристик снимка, какие можно и нужно сохранить (что было подробно показано выше), но они мало подходят для обычного рутинного просмотра. Raw-файл всегда предполагает обработку и создание на своей основе какого-то финального, готового изображения, которое уже потом будет просматриваться или печататься. Сейчас имеет смысл заниматься проявлением Raw-негативов только на откалиброванных профессиональных мониторах, поддерживающих пространства Adobe RGB или DCI-P3 или Rec. 2020. При этом любые манипуляции и конечное сохранение снимка должны происходить только и исключительно в цветовом пространстве ProPhoto RGB в режиме 16 бит на канал. Даже если у вас обычный sRGB-монитор, работу и сохранение нужно вести исключительно в ProPhoto RGB 48 бит. Это необходимо для сохранения всего богатства оттенков, пусть даже невидимых, которые фотокамера потенциально регистрирует. Это вдвойне верно для снимков природы, для пейзажной фотографии, для сюжетов, где много природной зелени. Adobe Photoshop Camera Raw дает возможность при импорте фотографии использовать более высокое разрешение, чем исходное разрешение оригинала, и эту возможность тоже нужно использовать.

В итоге мы будем иметь высококачественный «мастер-файл» в формате ProPhoto RGB 48 бит, в котором потенциально будут сохранены все цвета и все тональности, зарегистрированные фотокамерой. Такой файл будет способен смотреться по-новому и по-разному на различных устройствах отображения, играть новыми красками и оттенками на разных носителях, потенциально открывая новые, более тонкие грани изображения, вызывая особый отклик в душе. Он будет обладать потенциально большим «присутствием», большим эффектом «погружения», большей глубиной психофизиологического, душевного и духовного воздействия на зрителя. Этот файл впоследствии мы сможем использовать для просмотра в разных ситуациях и на разных носителях: совершенных DCI-P3-кинопроекторах, профессиональных Adobe RGB-мониторах, высококачественных Rec. 2020-телевизорах, обычных sRGB-телефонах, а также использовать как основу для печати на печатающих устройствах разного уровня, или для размещения редуцированных, совместимых sRGB/24 бит изображений в интернете. Но даже такой мастер-файл не будет идентичен Raw-оригиналу, поэтому Raw-файлы нужно сохранять в любом случае.

P. S. Vasco Planet™ →

На сайте VascoPlanet есть 25000+ авторских Raw-файлов объемом 700+ гигабайт, для любых оформительских нужд. Raw-файлы повсюду, отовсюду и на любой вкус. Счастья никогда не было так много! Счастье никогда не было так близко! Счастья для всех и каждого, и пусть никто не уйдет обиженным.

Raw-файлы —
магия
высокого
порядка