Tone Mapping (тональное отображение, тональная компрессия)

Тональное отображение – это процесс преобразования тональных значений изображения из более широкого диапазона в более узкий. Например, HDR изображение с динамическим диапазоном 100 000:1 будет преобразовано в изображение с тональными значениями в диапазоне от 1 до 255.

Вы можете удивиться, зачем уменьшать тональный диапазон, когда HDR изображение имеет так много преимуществ по сравнению с изображением с низким динамическим диапазоном. Ведь HDR фотография содержит намного больший уровень деталей и ближе к диапазону человеческого зрения. Причина проста: стандартные мониторы могут воспроизводить лишь узкий динамический диапазон (около 100 или 200:1), а для бумаги он ещё уже.
Таким образом, цель тонального отображения – воспроизвести изображение, которое имеет больший динамический диапазон, чем устройства отображения.

Многие сцены, которые мы снимаем, имеют высокий контраст, или, точнее, высокий динамический диапазон: часть сцены в тени, а часть ярко освещена. Фотографам приходится иметь дело с двумя типами проблем:

  1. Ограничение камеры.
    Первая проблема состоит в том, чтобы зафиксировать динамический диапазон сцены. Обычно это решается съёмкой нескольких фотографий одной и той же сцены с разной экспозицией, а затем слиянием их в HDR фотографию.
  2. Ограничение устройства вывода
    Вторая проблема состоит в том, чтобы воспроизвести зафиксированный динамический диапазон. То есть обеспечить, чтобы детали HDR изображения в светах и тенях правильно выглядели на отпечатках и мониторах, несмотря на их ограниченный динамический диапазон. Тональное отображение решает именно проблему воспроизведения снятой фотографии.

В какой-то степени, тональное отображение преследует те же цели, что и объединение экспозиций, которое традиционно использовалось в работе с изображениями для обработки HDR сцен.

Типы тонального отображения

Алгоритмы тонального отображения сокращают динамический диапазон, стараясь сохранить вид исходного изображения.
Операторы тонального отображения делятся на 2 большие категории: глобальные и локальные.

Глобальные операторы
Каждый пиксель преобразуется на основании его интенсивности и глобальных характеристиках изображения, независимо от положения пикселя. Примером глобального типа тонального отображения является тональная кривая (tonal curve). Глобальное тональное отображение хорошо подходит для обработки данных с 12-битных сенсоров, но оно не очень подходит для создания хороших изображений, в случае если динамический диапазон объекта съёмки достаточно высок. Так происходит, потому что что все точки изображения преобразуются одинаково, без учёта того, находятся ли они в тёмной или светлой области. Это часто приводит к тому, что обработанные изображения выглядят «плоскими» и теряют локальные детали.

Локальные операторы
Они принимают во внимание положение пикселя на изображении, чтобы определить для него соответствующие параметры преобразования. Таким образом, пиксели равной интенсивности после отображения будут иметь разные значения, в зависимости от того, в светлой или тёмной части они находятся
Локальное тональное отображение требует исследования значений окружающих точек для каждого отображаемого пикселя, что делает его медленнее, но даёт более приятные результаты (наши глаза реагируют на локальный контраст). Если всё сделано правильно, на выходе получается изображение, в котором сохранены как локальный контраст, так и детали в светах и тенях.

Источник: http://www.hdrsoft.com