Что такое HDR в камере телефона и зачем он нужен?

Камеры смартфонов линейки Pixel и Nexus никогда не представляли собой ничего выдающегося, но за последние четыре года сделали мощный рывок вперед и теперь занимают первые строчки рейтингов. Почему так произошло? Потому что Google внедрила программный механизм постобработки фотографий под названием HDR+. В этой статье мы расскажем, как он работает и как активировать HDR+ на своем смартфоне, независимо от его марки.

Что такое HDR

Для полного понимания принципа работы HDR+ придется для начала разобраться с обычным HDR.

Основная проблема всех камер смартфонов — маленький размер матрицы (а точнее — фотоячеек) и, как следствие, недостаточный охват динамического диапазона. Чтобы исправить этот недостаток, был разработан алгоритм HDR (High-Dynamic Range), принцип работы которого следующий: камера делает кадр со стандартным для данной сцены уровнем экспозиции, затем делает недоэкспонированный кадр, на котором будут четко видны лишь пересвеченные области изначального снимка, далее выполняется переэкспонированный снимок, на котором видны только затемненные детали изначального снимка, а все остальное пересвечено. Далее снимки накладываются друг на друга и объединяются при помощи специальных алгоритмов, качество которых зависит от производителя софта камеры. В результате получается снимок с хорошей проработкой деталей как в тенях, так и в более светлых местах.

Недостатки HDR очевидны: долгое время съемки приводит к тому, что попавшие в кадр движущиеся объекты будут двоиться, а даже небольшая тряска смажет картинку.

Что такое HDR+

Умные головы придумали алгоритм, лишенный недостатков HDR. Впрочем, общее с HDR у него одно лишь название.

HDR+ расшифровывается как High-Dynamic Range + Low Noise. Свою известность он получил за ряд выдающихся возможностей: алгоритм способен устранять шумы практически без потери детализации, повышать качество цветопередачи, что крайне важно при плохом освещении и по краям кадра, вместе с этим он сильно расширяет динамический диапазон фотографии. HDR+, в отличие от стандартного HDR, почти не боится тряски смартфона и движения в кадре.

Первым смартфоном с поддержкой HDR+ стал Nexus 5. Из-за не самого лучшего баланса белого и маленького отверстия диафрагмы (f2.4) камера этого смартфона считалась не более чем крепким середнячком. Все изменилось с выходом обновления Android 4.4.2. Именно оно принесло с собой поддержку режима HDR+ и изумительное качество ночных снимков. Они хоть и не отличались большой яркостью по всему полю кадра, но благодаря HDR+ практически не содержали шума при сохранении мелких деталей и обладали превосходной (для смартфонов 2013 года) передачей цветов.

(Изображение в исходном качестве)

История создания HDR+

Как же компания, никогда не занимавшаяся камерами, создала алгоритм, который творит чудеса, используя обычные, по меркам флагманов, камеры Nexus и Pixel?

Все началось в 2011 году, когда Себастьян Трун (Sebastian Thrun), глава компании Google X (теперь уже просто X), подыскивал камеру для очков дополненной реальности Google Glass. Массогабаритные требования предъявлялись очень жесткие. Размер матрицы камеры должен был быть еще меньше, чем в смартфонах, что крайне плохо сказывалось бы на динамическом диапазоне и приводило бы к появлению множества шумов на фотографии.

Выход оставался один — попытаться улучшить фотографию программно, с помощью алгоритмов. Эту задачу должен был решить Марк Левой (Marc Levoy), преподаватель факультета информатики Стэнфордского университета, эксперт в области вычислительной фотографии. Он занимался технологией захвата и обработки изображений на базе программного обеспечения.

Марк сформировал команду, известную как Gcam, которая занялась изучением метода Image Fusion (сплавление изображений), основанного на объединении серии снимков в один кадр. Фотографии, обработанные при помощи этого метода, получались более яркими и резкими, имели малое количество шумов. В 2013 году технология дебютировала в Google Glass, а затем, в этом же году, переименованная в HDR+, появилась в Nexus 5.

(Изображение в исходном качестве)

Как работает HDR+

HDR+ — чрезвычайно сложная технология, детально разобрать которую в рамках данной статьи невозможно. Поэтому мы рассмотрим общий принцип работы, не останавливаясь на деталях.

Фундаментальный принцип

После нажатия кнопки спуска затвора камера захватывает серию недоэкспонированных (с короткой выдержкой) кадров (это нужно для сохранения максимального количества деталей на снимке). Количество кадров зависит от сложности условий освещения. Чем темнее сцена или чем больше деталей в тени нужно осветить, тем больше кадров выполняет смартфон.

Когда серия снимков будет сделана, она объединяется в один снимок. Тут выручает заниженная выдержка, благодаря которой каждая фотография в серии выглядит относительно четко. Из трех первых кадров выбирается самый приемлемый в плане как резкости, так и детализации для использования в качестве основы. Затем полученные снимки разделяются на фрагменты и система проверяет, можно ли совместить соседние фрагменты и как это сделать. Обнаружив лишние предметы в одном из фрагментов, алгоритм удаляет этот фрагмент и выбирает похожий с другого кадра. Полученные снимки обрабатываются с помощью специального алгоритма, основанного на методе удачных экспозиций (в основном он применяется в астрофотографии для уменьшения размытости изображений, вызванной мерцающей атмосферой Земли).

Далее в дело вступает сложная система подавления шумов, которая включает в себя как простой метод усреднения цвета пикселей на основе нескольких снимков, так и систему предсказания появления шумов. Алгоритм работает очень мягко на границах переходов тональностей, чтобы минимизировать потерю детализации, пусть даже и ценой наличия небольшого количества шума в таких местах. А вот на участках с равномерной текстурой «шумодав» выравнивает картинку вплоть до почти идеально равномерного тона с сохранением перехода оттенков.

(Изображение в исходном качестве)

А как же расширение динамического диапазона? Как мы уже знаем, использование короткой выдержки избавляет нас от пересвеченных мест. Осталось только удалить шумы на темном участке ранее описанным алгоритмом.

На завершающем этапе выполняется постобработка полученного изображения: алгоритм делает минимизацию виньетирования, обусловленного попаданием света на матрицу под наклонным углом, корректирует хроматическую аберрацию заменой пикселей у высококонтрастных краев на соседние, увеличивает насыщенность зелени, синие и пурпурные оттенки смещает в сторону голубого, усиливает резкость (шарпинг) и выполняет ряд других шагов, повышающих качество фотографии.

Слева фотография из стоковой камеры Samsung в HDR, а справа фотография, созданная в Gcam в HDR+. Видно, что алгоритм принес в жертву детализацию неба для прорисовки объектов на земле.

(Изображение в исходном качестве)

(Изображение в исходном качестве)

Обновление HDR+ в Google Pixel

В Google Pixel алгоритм претерпел существенные изменения. Теперь смартфон начинает снимать сразу после запуска камеры и в зависимости от степени освещения делает от 15 до 30 кадров в секунду. Эта технология называется ZSL (Zero Shutting Lag) и была придумана для того, чтобы делать моментальные снимки. Но Pixel использует ее для работы HDR+: при нажатии на кнопку спуска смартфон выбирает от 2 до 10 кадров из буфера ZSL (в зависимости от условий освещения и наличия движущихся объектов). Затем из первых двух-трех кадров выбирается лучший, а остальные, как и в предыдущей версии алгоритма, слоями накладываются на основной.

Наряду с этим появилось разделение на два режима: HDR+ Auto и HDR+. Последний берет максимально большое количество снимков для создания итоговой фотографии. Она получается более сочной и яркой.

Продолжение доступно только участникам

Вариант 1. Присоединись к сообществу «Xakep.ru», чтобы читать все материалы на сайте

Членство в сообществе в течение указанного срока откроет тебе доступ ко ВСЕМ материалам «Хакера», увеличит личную накопительную скидку и позволит накапливать профессиональный рейтинг Xakep Score! Подробнее

Вариант 2. Открой один материал

Заинтересовала статья, но нет возможности стать членом клуба «Xakep.ru»? Тогда этот вариант для тебя! Обрати внимание: этот способ подходит только для статей, опубликованных более двух месяцев назад.

Я уже участник «Xakep.ru»

Что такое HDR в камере телефона? Подобный вопрос наверняка задавал себе чуть ли не каждый владелец смартфона с подобной функцией. В зависимости от технических характеристик и других факторов, некоторые пользователи могут не увидеть разницу между фоторафиями, которые сделаны, когда функция HDR в камере телефона была включена, и в сравнении с обычными снимками. Однако отличия всё же есть и они существенны.

Что такое HDR в камере телефона?

Если не вникать в технические сложности, то это особый формат обработки фотографий в момент сохранения снимков. Не беря за основу сложные аспекты, связанные с программированием, данная функция позволяет делать снимки более яркими и контрастными. Подобное происходит благодаря расширению яркостного диапазона, который не всегда видим невооруженным глазом или используя обычные фотографии.

Кроме того, включённая функция HDR в камере телефона влияет на размер файлов, в связи с особенностями сохранения полученных снимков. Данный аспект присутствует и на других устройствах, например, фотоаппаратах.

Аббревиатура HDR

Она расшифровывается как High Dynamic Range. Если перевести её с английского языка, то она будет означать высокий динамический диапазон. Однако полное название данной технологии особо не прижилось, в отличии от сокращенного варианта. В целом название отражает сущность технологии — она позволяет увеличить диапазон яркости и глубину цвета.

Так ли полезен HDR

Учитывая современные тендеции, связанные с новыми уловками для получения прибыли, компании-производители мобильных устройств готовы использовать любые возможности для повышения стоимости, престижа и конкурентных преимуществ для своей продукции. Однако технология вполне прижилась и присутствует в камерах многих мобильных телефонов, особенно это касается дорогостоящих моделей и флагманов, начиная с Samsung Galaxy S4 и iPhone четвёртой модели, ну и само собой, в более новых моделях, которые стали приемниками подобных гаджетов.

Плюсы и минусы от данной функции

Попытавшись разобраться в том, что такое HDR в камере телефона вы наверняка столкнётесь с тем, что снимки, которые сделаны с использованием данной технологии начинают иметь очень большой объём, то есть занимать много места в памяти вашего смартфона. Для устройств, где присутсвует большой объём пространства хранилища, подобная особенность не создаёт каких-либо пробем. В данном случае речь идёт о гаджетах, память которых равна, например, 128GB или даже больше, за счёт флэш-накопителей. А вот в случае со смартфонами с малым хранилещем, функция HDR привёдет к быстрому переполнению и нехватке места. Конечно, это не критично, но постоянные уведомления о нехватке памяти могут надоедать и мешать пользователям во время работы.

Где применяется

Ответив на вопрос, что такое HDR в камере телефона, многие наверняка зададутся следующим вопросом: а зачем он нужен? Кроме более ярких снимков, данная технология применяется во многих мобильных приложениях с фильтрами для фотографий. Различные специальные эффекты, которые связаны с изменениями теней, контрастности, сглаживании или размытии могут также включать в себя использование данной функции.

Однако очень важно иметь хороший дисплей с высоким разрешением, так как не все экраны могут передавать в полной мере ту картинку, которая получается в результате использования HDR. Возможно, что некоторые бюджетные смартфоны могут делать снимки, используя высокий динамический диапазон, но при этом фотография будет мало чем отличаться от обычной.

В заключение

Функция HDR в камере телефона — это не только способ прорекламировать дополнительные возможности какого-либо смартфона, но и вполне интересная технология, которая позволит поэксперементировать со снимками.

В интернете есть большое количество фотографий, в основном это природа и различные пейзажи, которые выполнены с помощью высокого динамического диапазона. Они очень насыщены яркими красками и передают большой спектр различных цветов, попавших в объектив.

Технология HDR может использоваться не только в мобильных устройствах, она также применяется и в профессиональных фотоаппаратах, что даёт фотографам больше инструментов для творчества. Кроме того, есть телевизоры с поддержкой данной функции, они делают картинку более оживленной и яркой.

Таким образом, был дан ответ, что такое HDR в камере телефона, а также в чём сущность этой технологии, независимо от устройств, на которых она применяется.

Похожие статьи

Что делать, если гонка мегапикселей в смартфонах зашла в тупик, увеличить матрицу не дает тонкий корпус, но хочется получить лучшее качество фото? Можно усовершенствовать оптику, используя высококачественные линзы из стекла, но это дорого и трудно. Можно до идеального оптимизировать железо и софт камеры, но это требует наличия в штате разработчиков виртуозных инженеров и программистов. А можно воспользоваться мощностями современного железа (благо, их сейчас достаточно) и просто добавить новые алгоритмы обработки кадра. Одной из таких опций, встречающихся в смартфонах практически повсеместно, является HDR.

Что такое режим HDR в смартфоне – поможет разобраться наша статья. Также мы попробуем выяснить, в каких ситуациях данная опция окажется полезной, а в каких только испортит кадр.

Что такое режим HDR

HDR режим (от англ. High Dynamic Range – высокий динамический диапазон) – это специальный метод съемки фото, в котором камера смартфона последовательно делает несколько кадров с разной выдержкой и экспозицией, для последующего их слияния в одном изображении. Автофокус модуля поочередно концентрируется на участках с разными показателями яркости, контрастности, а также удаленности от объектива.

Сразу после запечатления кадры подвергаются программной обработке. Они накладываются друг на друга, а система анализирует их качество, выбирая за основу наиболее четкие фрагменты. Аналогичные части других кадров используются только для повышения четкости, насыщенности, а также шумоподавления.

Конкретный алгоритм работы HDR зависит от особенностей и уровня его реализации. Самый простой (и наименее эффективный) пример его организации – это когда кадры просто накладываются друг на друга и немного «замыливаются». В наиболее совершенных вариантах последовательно анализируются фрагменты каждого снимка, для выявления наиболее удачных.

Что дает режим HDR в камере

Основное предназначение HDR в камере смартфона – это повышение детализации картинки и ее четкости. К примеру, если при обычной съемке в кадр попадают объекты разного цвета, в разной степени отдаленные от фотографа и имеющие различный уровень света (темные дома и голубое небо – очень распространенная ситуация) – только часть из них окажется в фокусе. Другие предметы окажутся нечеткими, размытыми и совсем не контрастными.

Режим HDR дает возможность поочередно сфокусироваться на каждом из таких участков, чтобы получить максимально возможное качество. Слияние кадров, на одном из которых в фокусе оказался передний план, на другом – задний фон, а на третьем – мелкие детали окружающей обстановки, позволяет объединить все удачные детали в одной фотографии.

Таким образом, при съемке неподвижных объектов со штатива (или просто если крепко держать смартфон) HDR позволяет сделать кадры более четкими и детализированными. Но есть у этого режима и недостатки.

Минусы HDR

• Нельзя снимать движущиеся объекты. Несмотря на то, что камера делает серию снимков с миллисекундными интервалами, за это время объект съемки может переместиться. Как итог – вместо размытого фото машины получится нечеткая полоска, а бегущий человек станет смазанной тенью.
• Не выйдет получить яркий кадр. При съемке серии кадров с разной выдержкой и фокусом – ПО камеры в режиме HDR «усредняет» значения яркости. Если в одиночном режиме можно получить фотографию, на которой основной объект получится насыщенным (пусть и в угоду фону), то в HDR фон будет лучше, но центр – хуже.
• Замедление съемки. Даже самая быстрая камера, которая делает кадр за доли секунды, замедляется во время съемки в HDR. Секундная задержка может играть существенную роль, и иногда лучше быстро сделать серию из 5-10 кадров (такой режим тоже есть почти везде), чем ждать обработки одного снимка.

Аббревиатура HDR с английского языка расшифровывается как High Dynamic Range (высокий динамический диапазон). Это особый режим съемки, который позволяет сделать фотографии более качественными, красочными и детализированными.

Улучшение качества фотографий достигается за счет того, что камера за раз делает не одну, а сразу несколько фотографий с разными уровнями яркости (экспозиции) и моментально обрабатывает их совмещая в единое целое.

Пример фото на Xiaomi Mi5 в HDR

К сожалению, на создание нескольких снимков и их последующую обработку потребуется значительно больше времени, чем при съемке фотографии без HDR. Поэтому данный режим будет полезен только для съемки неподвижных объектов или пейзажей, а все движущиеся элементы попросту “размоются” или задублируются на фото.

Также немаловажной деталью является и программное обеспечение, которые занимается обработкой HDR фотографий.

В некоторых случаях фотографии в HDR получаются значительно хуже, чем при обычном режиме съемки.  Но технологии стремительно развиваются и новые прошивки привносят множество исправлений в том числе и в обработку полученных с камеры смартфона фотографий.

Использовать или не использовать HDR вы должны решить для себя сами, но попробовать и посмотреть на полученный результат будет совсем не лишним.

Полезные материалы:

Ваша оценка:

Значит у вас есть смартфон и в нем есть камера, верно? И вы там нашли такую штуку как ZSD и вот теперь думаете что это такое? Я покопался в интернете и вот что я нашел. Короче ребята ZSD это новая фишка, которая помогает делать фото более четким и качественным, а все дело в том, что когда вы фоткаете, то вот нажали кнопку, и нужно где-то секунда или две чтобы оно сфоткалось, ну знаете такое? Ну вот, а опция ZSD позволяет делать фото без задержки вообще! То есть вы нажали кнопку и бац фото сразу сделалось! Ну что? Вроде нужная функция

Такс, на другом сайте вот еще нашел инфу о ZSD, кстати расшифровывается это как Zero Shutter Delay, то есть что-то типа нулевой задержки срабатывания затвора. Ну я тут читаю и все верно, ZSD это режим, когда сьемка происходит одновременно с нажатием кнопки. Ага, вот что еще думаю важно, тут написано что при использовании ZSD автоматической фокусировки НЕТ, вот так ребята! Но да, я согласен, она тут и особо не нужна, ибо фоткается сразу, а на фокусировку хотя бы минута но нужна!

В настройках советую ZSD попробовать, проверить так бы сказать как оно в деле и если что, то потом можно опцию выключить:

Ну или вот, смотрите, тут тоже есть ZSD, но это уже явно другой смартфон:

Ну и вот еще картинка, так бы сказать в тему, смотрите:

Все ребята, думаю что вопрос исчерпан, советую вам проверить работу функции ZSD, может так фоткать будет лучше, а может даже и быстрее! Удачи ребята и всем пока

На главную!26.06.2017 «>Читать! —>