16 to 256 razy więcej jak 8

Pytanie czy robienie zdjęć w RAW ma sens doczekało się wielu odpowiedzi na łamach kilku portali fotograficznych. Zazwyczaj wyciągany jest argument dotyczący możliwości forsowania takiego cyfrowego „negatywu”, poprawy parametrów zdjęcia mimo, że w chwili wykonania został popełniony błąd (nie ważne, czy przez komputer aparatu, czy przez operatora).

Obraz rastrowy wyświetlany na ekranie w technologii cyfrowej opisywany jest trzema parametrami. Są to wartości nasycenia koloru czerwonego, zielonego i niebieskiego. Dodając do siebie te trzy składowe (mieszając je) możemy osiągnąć większość widzialnych przez oko ludzkie kolorów. Ten model koloru nazywany jest RGB.

Proponuję wyobrazić sobie ekran jako szachownicę. Trzy szachownice. Czerwoną, zieloną i niebieską. Na każdej szachownicy możliwe jest zapalenie dowolnego pola. Można regulować natężenie świecenia tego pola w zakresie od czerni (0) do maksymalnej jasności (maks). Rysunek 1 pokazuje kilka przykładowych pikseli o różnych proporcjach czerwieni, zieleni i niebieskiego.

16777216

W cyfrowej rzeczywistości każdy piksel jest opisywany numerycznie. Natężenia świecenia trzech barw składowych zapisywane są z dokładnością, wynikającą z ilości bitów przeznaczonych dla zapisu jednego piksela. Najczęściej używa się 3 bajtów do zapisania trzech kolorów składowych. Po 8 bitów (jeden bajt) na jeden kolor. Z użyciem ośmiu bitów można zapisać 256 różnych liczb całkowitych – tak więc w pliku 8-bit/kolor można zarejestrować 256 walorów koloru składowego.

256 walorów x 3 kolory składowe daje 16777216 możliwych kombinacji i tyle właśnie kolorów można odwzorować z użyciem 8 bitowego systemu zapisu RGB.

256 walorów to bardzo dużo, skoro ludzkie oko jest w stanie rozróżnić nie więcej jak 100. Dlatego właśnie 8 bitowy zapis koloru jest podstawą najpopularniejszego formatu fotografii cyfrowej – JPG.

"Schody" pojawiają się kiedy spróbujemy edytować taki 8-bitowy obraz. Jakiekolwiek operacje korekcyjne – zmiana jasności, kontrastu, operacje na krzywych powodują „przesuwanie” danych przechowywanych z dokładnością do 8 bitów. Podczas działań arytmetycznych na danych, dokładność 8 bitów powoduje powstawanie dużych uśrednień. Jednolite przejścia tonalne są szatkowane.

Na rysunku 3 przedstawiam gradient (w 8 bitach na kanał), który poddam obróbce funkcją Levels (rys. 4).

Po wykonaniu operacji Levels środkowy fragment obrazu 8-bitowego wygląda jak na rys. 5.

Przyjrzyj się dokładnie obrazowi. Zauważysz pionowe wstęgi, które powstały w wyniku zbyt małej dokładności obliczeń 8-bitowych. Na rys. 6. widać wykres histogramu po wykonaniu operacji Levels. Zauważ „grzebień” jaki powstał w jej wyniku.

281474976710656

Gdyby na jeden kolor składowy przeznaczyć nie jeden bajt (8 bitów) lecz dwa bajty, ilość odwzorowywanych walorów wzrosła by do 65536! 65536 x 65536 x 65536 = 281474976710656 dostępnych kolorów!

Aparaty fotograficzne stosują przetworniki analogowo cyfrowe o dokładności od 10 do 14 bitów. Jak łatwo zauważyć 10 jest większe od 8 bitów. Kiedy stosowany jest format JPG procesor aparatu upraszcza informację rejestrowaną z dokładnością większą do 8 bitów na kanał, które obsługuje JPG. Dodatkowe walory giną bezpowrotnie!

Można dobrać się do dodatkowych danych, rejestrowanych przez matrycę aparatu przy użyciu formatu RAW. Podczas konwersji z RAW do formatu TIFF należy wybrać wersję TIFF 48 bit/16 bit na kanał (zależnie od używanego oprogramowania).

PhotoShop już w poprzednich wersjach udostępniał 16 bitowy tryb pracy. W wersji CS udoskonalono pracę w tym trybie, teraz wszystkie narzędzia i znacząca część filtrów pracują w trybie 16-bitowym.

Popatrzmy, co się stanie, kiedy wykonam funkcję Levels na obrazie 16-bitowym (rys. 7).

Pewnie nie widzisz dużej różnicy (widzisz jakąkolwiek? :-) ). Zerknijmy w histogram przetworzonego gradientu (rys. 8). Nie widać grzebyka zgubionych wartości.

Teraz porównajmy obrazy przetwarzane w 8 i 16 bitach twarzą w twarz (rys. 9).

Rysunek 9a to plik 8-bitowy. Dolna partia to plik 16-bitowy. Obraz przetwarzany w 16 bitach przed zapisaniem został przekonwertowany do 8-bitów (dla formatu JPG). Oba obrazy zostały zapisane z tą samą jakością (100%).]]

Widzisz teraz różnicę? To tylko jedna operacja. Im więcej transformacji, tym większe dewiacje obrazu w trybie 8-bitowym.

Jeżeli chcesz najwyższej jakości warto używać formatu RAW podczas fotografowania. Jeżeli masz JPGa, przed korekcją przejdź do trybu 16-bitowego (rys. 10).

Po korekcji możesz śmiało wrócić do trybu 8-bitowego.

Jedyną wadą pracy w 16-bitach jest pamięciożerność. Niestety, bez dużej ilości RAM i przyzwoitego procesora 16 bitów na kanał może być udręką.