RAW е единственият оригинал на снимката. Всичко останало е постобработка

В епохата на смартфоните изкуството на фотографията е почти изгубено. Фотографията се е превърнала в масово явление, а повечето съвременни любители фотографи дори не са чували за понятия като скорост на затвора или баланс на бялото. Те не знаят и какви манипулации извършва цифровата камера в смартфона, за да генерира снимката. Да, точно генериране, защото крайният резултат на екрана е коренно различен от това, което „вижда“ светлочувствителният сензор.

В по-професионалните цифрови фотоапарати и някои топ смартфони информацията се съхранява в RAW формат – под формата на стойности на яркостта, взети от матрицата. Това е „цифров негатив“, който можем да конвертираме в RGB и да редактираме както искаме, запазвайки оригинала. Именно тук започва изкуството на съвременния цифров фотограф – в обработката на RAW.

Светлочувствителният сензор

Основният елемент на цифровия фотоапарат е светлочувствителният оптичен сензор. Това е CCD или CMOS чип, който регистрира енергията на фотоните, които попадат върху него през обектива.

Една матрица има няколко милиона елемента – пиксели. Броят на елементите се нарича разделителна способност на матрицата. Например, ако тя има 10 милиона елемента, това е 100 MP (мегапиксела) сензор.

RAW форматът: цифровият негатив

Форматът RAW на изображението съдържа необработените данни за електрическите сигнали от сензора. Тези файлове съдържат информация, получена директно от АЦП, без каквато и да е общоприета спецификация (стандарт). Поради техническите особености на матриците и АЦП на различните производители не съществува универсален RAW стандарт и файловете от различните устройства се различават помежду си. Поради това за тяхното четене и преобразуване са необходими специални приложения, които често са неподходящи за работа с RAW файловете на други производители и дори с моделите фотоапарати от едни и същи марки. По същата причина разширението на RAW файловете може да е различно за различните видове фото- и видеооборудване.

Целта на RAW формата е да се съхрани максималната информация от сензора (включително максималния динамичен обхват от 12 или 14 бита) с минимални загуби. Повечето RAW формати съхраняват информацията според геометрията на отделните светлочувствителни елементи на сензора (пикселите). Така например сензорите с шестоъгълни пиксели записват информацията за всяка от клетките, която след това декодерът преобразува в правоъгълна геометрия.

Форматът RAW съхранява информацията в пълния динамичен диапазон и цветова гама, които сензорът може да улови.

През 2004 г. Apple представи отворения контейнерен формат Digital Negative (DNG) за запис на RAW данни.

Въпреки че много от по-малките производители са преминали към DNG, големите производители Nikon, Canon, Olympus и Sony са останали на своите патентовани формати.

През 2005 г. беше създадена международната инициатива OpenRAW, за да се привлече вниманието към зоологическата градина на фирмените недокументирани RAW формати. За времето си тя наистина привлече вниманието към проблема, но сега уеб сайтът OpenRAW е достъпен само в интернет архива.

Като цяло зоопаркът на несвободните RAW формати продължава да съществува и до днес.

Кои брандове поддържат RAW

Всеки голям производител има свой собствен формат със собствено файлово разширение. Ето някои от тях:

• .3fr (Hasselblad)
• .arw .srf .sr2 (Sony)
• .bay (Casio)
• .crw .cr2 .cr3 (Canon)
• .dcs .dcr .drf .k25 .kdc (Kodak)
• .dng (Adobe)
• .erf (Epson)
• .fff (Imacon/Hasselblad raw)
• .gpr (GoPro)
• .jxs (JPEG XS RAW Bayer Profiles)
• .mdc (Minolta, Agfa)
• .mos (Leaf)
• .mrw (Minolta, Konica Minolta)
• .nef .nrw (Nikon)
• .orf (Olympus)
• .pef .ptx (Pentax)
• .pxn (Logitech)
• .R3D (RED Digital Cinema)
• .raf (Fuji)
• .raw .rw2 (Panasonic)
• .raw .rwl .dng (Leica)
• .rwz (Rawzor)
• .srw (Samsung)
• .x3f (Sigma)

Много от тези формати са базирани на TIFF, като DNG е разширение на TIFF 6.0.

Редактори и конвертори на RAW

Съществуват много конвертори за обработка на RAW. Всеки фотоапарат, който поддържа патентован формат, винаги идва с патентован конвертор на RAW към RGB. Конвертирането в RGB може да се сравни с проявяването на филм, то е също толкова необратима еднократна операция.

Има Adobe DNG конвертор за macOS и Raw Image Extension за Windows.

Освен това има редактори с отворен код и редактори от трети страни, които поддържат DNG и са лицензирани или хакнати фирмени формати. Най-известните от редакторите с отворен код са ImageMagick, ExifTool, Darktable, digiKam и Shotwell.

През 2020 г. Apple пусна на пазара iPhone 12 Pro и iPhone 12 Pro Max с поддръжка на патентования формат Apple ProRAW. Всъщност има два варианта: традиционният Bayer RAW и Apple ProRAW, като и двата се записват в 12-битов DNG файл. Опцията се активира в настройките на камерата:

Форматът Apple ProRAW може да се използва с HDR, Deep Fusion или нощен режим, а има и други разлики в сравнение с Bayer RAW.

Как изглежда RAW без обработката

Миналата година технологичните издания публикуваха чудесен пример за това как изглежда една снимка без обработка, това е превод от блога на любителя фотограф и разработчик Maurycy Z – орифиналът е по-долу. Авторът показва изображение на коледна елха в оригиналния RAW формат, както е уловен сигналът от сензора:

Светлочувствителният сензор на камерата всъщност не прави разлика между цветовете, а само регистрира яркостта на всеки пиксел.

За да се синтезира цветно изображение, пред пикселите на CCD матрицата се поставят RGB цветни филтри:

По този начин пикселите на сензора регистрират стойността на яркостта в RGB канали. От тях се реконструира цветното изображение, познато на човешкото око:

Ако камерата извършва автоматична корекция на изображението, тя коригира параметрите, за да адаптира картината към човешкото зрение. Като вземем „цифровия негатив“, можем да го направим сами в редактора. Първо, увеличаваме яркостта:

След това се коригира балансът на бялото, за да се премахне изкривяването на зеления канал:

И накрая отново се нормализира яркостта, като се разтеглят стойностите на яркостта в пълния диапазон от стойности за всеки цветен канал:

Съвременният смартфон прави това автоматично. Потребителят просто получава крайния резултат като даденост.

Автоматичната обработка на изображенията от сигнала от сензора до визуализацията на дисплея включва повече от дузина стъпки:

В това число допълнителни техники за подобряване качеството на изображението:

• премахване на дефектните пиксели – заместване на данните на лошите места с интерполации от съседните;
• баланс на бялото – отчитане на цветовата температура на светлината в сцената;

• възпроизвеждане на тоновете – преобразуване на сцена с широк динамичен обхват от 10 или повече бита за показване на монитори с нисък динамичен диапазон или за печат; обработката включва отделни етапи на тоново изобразяване и гама компресия;
• оптична корекция – отстраняване на изкривявания от обектива, винетиране, хроматична аберация;
• подобряване на контраста;
• подобряване на яснотата;
• компресия на динамичния диапазон – изсветляване на сенките без преосветляване на светлите зони.

В резултат на тази автоматична обработка типичното RAW изображение изглежда много по-добре, но все още често се нуждае от допълнителна обработка. Затова е много важно да се запазват оригиналните RAW файлове, за да могат да се коригират евентуалните дефекти в редактора, без да се поврежда оригиналът:

Изчислителната фотография

Съществува и напредналата магия на изчислителната фотография, при която смартфонът прилага по-усъвършенствани филтри и „подобрители“ Тези алгоритми надхвърлят стандартната обработка и се доближават до функциите на машинното обучение, компютърното зрение и изкуствения интелект.

Например разширяването на динамичния обхват на снимките отвъд границите на човешкото зрение – ефектът HDR. Това става чрез съединяване на части от кадъра, заснети при къси и дълги скорости на затвора. Сливането на няколко кадъра в един не само разширява динамичния обхват, но и намалява шума и премахва други дефекти.

Това са наистина уникални неща, които е много трудно да се възпроизведат ръчно от единични RAW цифрови негативи. Така че смартфоните имат определено предимство пред DSLR:

Така например използването на електронния затвор в трептящ режим (fluttered shutter) на затвора позволява да се правят фантастично резки снимки на движещите се обекти – нещо, което е принципно невъзможно с конвенционален DSLR:

А в изчислителната фотография има цял куп такива „трикове“. Все пак не е без грешки:

Не е за учудване, че дори някои филми вече се снимат с камерите на iPhone и се справят много добре. Като цяло мобилните телефони драматично промениха пейзажа на цифровата фотография, човешкото поведение и човешката култура:

Въпреки че смартфоните сериозно отстъпват на професионалните фотоапарати по отношение на качеството на оптиката (различни лещи и филтри) и размера на фотосензора, те печелят благодарение на уникалните техники на изчислителната фотография, които издигнаха фотографията на ново ниво.

Всяка снимка е обработка на оригинала

Всяка снимка е резултат от манипулация и сложни изчисления върху оригиналните RAW цифрови данни, за да се генерира изображение, което е най-приятно за човешкото око. От един RAW оригинал могат да бъдат създадени стотици различни снимки. Не можем да кажем, че те са „фалшификати“, а по-скоро просто различни представяния на оригиналните данни – различен поглед върху реалността. В края на краищата дори учените от НАСА рисуват с Photoshop звездните мъглявини в познати цветове.

Прилича на фалшификат, но не съвсем – по-скоро на творческа адаптация, която отговаря на нашето виждане. В края на краищата оригиналният инфрачервен диапазон е отвъд човешкото възприятие:

Същото е и с цифровата фотография. Първоначалният сигнал в RAW формат е само основата, строителният материал, от който създаваме и генерираме крайния кадър, който е приятен за окото и разбираем за мозъка. В бъдеще той винаги може да бъде нагласен, нещо може да бъде коригирано, ако е запазен „негативът“.

По същество всяка снимка е субективна картина, която отразява мнението на автора или настройките по подразбиране на фотоапарата. Това е само един от милионите варианти на интерпретация на суровите RAW данни. Като цяло всяка снимка по същество е фантазия на приблизително нивото на изобразителното изкуство. Няма абсолютна „истина“.