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La fotografia HDR, High Dynamic Range

Analisi sulla fotografia HDR: La tecnica, i programmi, cosa sono ed altre utili informazioni.

Quello che andrò ad analizzare in questa guida è una tecnica fotografica chiamata HDR. Questa sigla è in realtà un acronimo dei termini inglesi High Dynamic Range, che possono essere tradotti come "alta gamma dinamica".
Immagino non ci abbiate capito nulla :D Innanzitutto dovete sapere che stiamo parlando di luce: i nostri occhi sono "delle fotocamere" eccellenti, che ci permettono di vedere perfettamente il mondo. Per essere ancora più preciso devo dire che i nostri occhi, in accoppiata alle capacità di elaborazione del cervello, sono delle fotocamere eccellenti.

Immagine non HDR

Immaginate di essere in una stanza illuminata dalla luce di mezzogiorno: potete vedere chiaramente tutti i dettagli della stanza. Ora immaginate di guardare una finestera nella stessa stanza. Nonostante l'enorme differenza di luminosità che passa tra l'interno della stanza e l'esterno, potete distinguere chiaramente i dettagli di entrambe le condizioni di luce, probabilmente non vi siete mai nemmeno posti il problema di pensare che all'esterno la luce è enormemente maggiore.
Ora prendete la vostra macchina fotografica e scattate una foto nella stessa stanza.
Noterete che il risultato sarà completamente diverso da quello che vedete a occhio nudo. L'esterno della finestra è talmente luminoso da essere completamente bruciato oppure la stanza risulta nera.
Questo è dovuto al fatto che la vostra fotocamera ha una gamma dinamica nettamente inferiore a quello tipica di un occhio umano (circa 24 EV).

Quando ci troviamo di fronte ad una fotografia con la "finestra bruciata" (ne vedete una a fianco) non ci facciamo praticamente caso; siamo talmente tanto abituati a vedere immagini di questo tipo che ormai ci sembra normale.
Ammettiamo però che volessimo riuscire a risolvere questo problema perchè siamo invidiosi del fatto che l'occhio vede meglio della nostra macchina fotografia, la soluzione è, ovviamente, l'HDR. Vediamo di capire meglio di cosa stiamo parlando: come abbiamo accennato prima la traduzione dell'acronimo è "alta gamma dinamica", ma di cosa si tratta esattamente?

La gamma dinamica è, per definizione, il rapporto tra il valore massimo e minimo di una grandezza variabile. Nel caso della fotografia il valore che andremo a valutare è la differenza tra la massima e la minima luminosità che un sensore è in grado di carpire.
Normalmente una macchina fotografica di fascia alta ci permette di scattare fotografie a 14 bit di colore (nel caso di file Raw), ma questo è soltanto un parametro che definisce le combinazioni di colore che possono essere catturate.
Nel caso della luminosità si parla, infatti, di f-stop. Normalmente una scena ad altissimo contrasto ha una differenza in f-stop nettamente maggiore a quella percepibile da qualunque sensore di qualsiasi fotocamera, anche della più costosa e professionale.
In alcuni casi questa differenza di luminosità è talmente alta da essere impossibile da osservare anche per i nostri occhi. Vediamo di fare un esempio: se abbiamo il sole dritto in faccia saremo abbagliati dalla potenza della sua luce, che ha una luminosità enorme. Immaginate ora di diventare "ipersensibili" alla luce, vi darebbe fastidio anche solo una lampadina in un ambiente buio. La nostra fotocamera ha sempre questo tipo di problema, è, in pratica, ipersensibile alla luce se confrontata alla vista umana. Scusate la banalizzazione. (approfitto per ringraziare Mind3d, utente del forum di Juza, per avermi aiutato a correggere alcune imperfezioni nel testo).

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Per farla semplice: quando guardiamo una stanza con una finestra i nostri occhi riescono a vedere tutto correttamente, la fotocamera, che è più o meno il 40% meno sensibile, taglia via la buona parte della luce, restituendo solo una finestra completamente bianca in una stanza ben esposta, oppure l'esatto contrario, ovvero una finestra ben esposta in una stanza quasi nera.
Come al solito una foto vale più di mille parole:

Bracketing necessari per creare alta gamma dinamica.

Ora che ho chiarito questo concetto di base, i più furbi avranno già capito dove voglio arrivare: se scattiamo diverse fotografie, ognuna con una esposizione diversa, c'è un modo di metterle insieme per ottenere un'unica foto ben esposta? Ovviamente la risposta è affermativa, e la soluzione, guardacaso, è proprio l'HDR.
Come già anticipato le immagini in high dynamic range sono il modo migliore per avvicinare la fotografia alla visione normale che percepisce l'occhio umano. Già prima avevamo parlato del fatto che la fotografia originale, nonostante la finestra che risulta completamente bruciata, ci pare quasi accettabile per una sorta di abitudine che abbiamo sviluppato all'osservazione di fotografie di questo tipo. Per questo stesso motivo la visione di un'immagine Hdr, che è una tecnica piuttosto recente di scattare, può risultare in alcuni casi "artefatta".
Qui sotto possiamo vedere la solita fotografia d'esempio, sia in versione normale non hdr (immagine di sinistra) e in versione high dynamic range (immagine di destra) in modo da poter confrontare il risultato;
NOTA BENE: Nel momento della creazione dell'immagine ci sono molte variabili in gioco che portano a risultati molto diversi; in questo caso ho cercato di mantenere le due fotografie più simili possibile nelle zone medie.

Versione HDR e non.

Avrete notato sicuramente la differenza maggiore (la finestra), ma concentratevi anche sulla parte del tappeto, del mobile di legno nella parte bassa, le luci e le ombre sui cuscini.. tutto risulta più gradevole e bilanciato, maggiormente in linea alla realtà.
Bene, ora che è chiaro il concetto di base, vediamo come procedere per creare una fotografia in HDR.
La cosa più importante è ottenere almeno tre versioni della stessa fotografia; una normale, una chiara e una scura.
Nel nostro caso, considerata l'enorme differenza delle luci in gioco, ho preferito fare cinque esposizioni differenti. Alcune foto hanno addirittura sette o nove foto di partenza, ma si tratta di casi molto rari e, ritengo, esagerati. Secondo le mie prove 5 esposizioni sono più che sufficienti, sempre che non vi troviate in condizioni di contrasto estreme.

Il modo di procedere può variare in base al vostro gusto personale: fondamentale è comunque l'uso del treppiede che ci permette di scattare senza muovere la fotocamera, risparmiandoci lo sbattimento di allineare le fotografie, per il resto decidete voi:

1) Settaggi manuali; si scatta la foto normale e poi si sovraespone e sottoespone manualmente.
NB: consiglio di lavorare in modalità diaframma (A) usando la ghiera per regolare le diverse esposizioni.

2) Brecketing automatico; la fotocamera scatta le tre foto in automatico; leggete il manuale della macchina fotografica per maggiori info.
NB: usate sempre e comunque differenze di almeno + - 1 f stop

3) FHDR: La F sta per Fake (falso); si prende una foto e si modificano i livelli di luminosità per creare le tre esposizioni.
NB: In questo caso abbiate premura di partire da un file Raw.

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La terza opzione merita un'attenzione particolare: partendo da una sola immagine è consigliabile seguire un paio di regole: la foto deve essere perfettamente esposta, senza zone bruciate o sottoesposte; è consigliato usare il Raw e, soprattutto, la foto deve essere il più possibile senza rumore digitale, quindi usate Iso bassi e cercate di inquadrare poche zone troppo scure. Nel caso di HDR finte è assolutamente inutile fare più di cinque "esposizioni" differenti, in quanto non avrete nessun beneficio.

Una volta ottenute le immagini sorgente, dobbiamo montare il tutto; Analizzeremo a questo scopo due software diversi:
- Full Dynamic Range Tools (gratuito)
- Easy HDR Pro 2 (a pagamento)

- Qui potete vedere un confronto fra i due programmi analizzati.

Purtroppo ho dovuto andare contro alle "regole morali" del sito per la creazione di questa pagina; Easy HDR Pro 2 non è infatti un software gratuito (anche se costa veramente poco), ma i risultati mi hanno talmente soddisfatto che non ho potuto fare a meno di comprarlo.
È peggiore nella fase di tone mapping, ma la sua particolarità è di avere la voce "contrasto locale", che mi permette di ottenere delle immagini molto più esasperate nei contrasti; mi piace talmente tanto che mi sembrava giusto citarlo. Qui a lato potete vedere una fotografia con questi settaggi applicati.

Ora vediamo di capire quali sono i parametri migliori per ottenere un'immagine Hdr: Ho cambiato foto di esempio per trovarne una ancora più difficile da esporre correttamente: un cielo illuminato su un prato completamente all'ombra, praticamente l'incubo di ogni fotocamera.
Possiamo notare come nella fotografia d'esempio (qui sotto) il risulato è veramente poco soddisfacente; se esponiamo correttamente il monte, il prato risulta troppo scuro (lato sinistro), se esponiamo correttamente il prato, la montagna risulta bruciata oltre ogni limite (lato destro). Ovviamente in queste situazioni l'Hdr esprime il meglio di sè.

Per questo esempio ho usato una FHDR, ricordiamo che la F sta per Fake (falsa), le diverse esposizioni sono state infatti ottenute partendo da una sola fotografia in formato Raw, modificando il paramentro relativo all'esposizione.
Considerate sempre che il risultato con una Fake HDR è nettamente inferiore a quello che otterreste con una vera Hdr, infatti la seconda contiene maggiori informazioni di colore sulle zone con alta e bassa esposizione.

Sempre a proposito dell'esempio qui a sinistra, la fotografia uscita dalla fotocamera è quella con il prato molto scuro.
Una volta che andiamo ad aumentare l'esposizione della foto, le zone sottoesposte si rivelano poco dettagliate e rumorose. Sappiate quindi che questa foto non vuole essere un esempio di come fare l'Hdr perfetta, piuttosto l'esatto contrario, ovvero:
Cosa è possibile ottenere usando la tecnica Hdr nelle peggiori condizioni possibili?"

Bassa e alta esposizione. Risultato HDR fake.

Dopo molte prove ho notato che l'HDR ideale viene generata partendo da almeno cinque esposizioni -2 / -1 / 0 / +1 / +2, se la scena ha una differenza estrema tra le zone in ombra e quelle in alta luminosità potete creare anche 7 o addirittura 9 esposizioni diverse. Se avete una foto con bilancimento del colore difficile, bilanciate singolarmente le foto di partenza in modo che siano corrette. Per esempio per ottenere la foto a lato la parte sopra è molto più blu, quella sotto è invece più verde, per meglio bilanciare i colori del cielo e del prato.
Come già anticipato il risultato ottenuto con un'HDR finta non farà certo gridare al miracolo, ma quello che volevo ottenere non era la foto più bella del mondo, ma un esempio dei risutati a cui possiamo mirare nelle peggiori condizioni possibili.

Vorrei aggiungere un paio di informazioni aggiuntive:
- Quando mi riferisco alla creazione di cinque esposizioni, intendo comuqnue foto con apertura del diaframma e fuoco identici tra loro.
- La qualità della parte bassa della foto d'esempio non è ottimale perchè era troppo sottoesposto il file di origine. Quando possibile cercate di fare sempre almeno tre esposizioni reali (meglio cinque) direttamente con la fotocamera, per evitare la perdita di dettaglio/saturazione e la comparsa di rumore.

Un ultimo dettaglio che vorrei sottolineare è che, in realtà, le fotografie HDR non sono veramente HDR. Mi spiego meglio: Normalmente una fotografia ha 8 o 16 bit di profondità di colore.
Le immagini in high dynamic range immagazzinano i dati a 32 bit in virgola mobile. L'aumento della quantità di informazioni non è linare, ma esponenziale. Questa enorme mole di dati permette di considerare la luminosità non più come un semplice "pixel bianco", ma bensì come un "emettitore di luce".
Questo tipo di immagini sono utilissime in campi diversi dalla fotografia, come il render 3d e i videogiochi, servono infatti a generare texture in grado di "creare luce" in maniera verosimile (ad esempio un cielo di mezzogiorno in un livello del vostro videogioco preferito negli ultimi anni è diventato piuttosto simile alla realtà).
Nella fotografia siamo limitati agli 8 o 16 bit del nostro supporto di visualizzazione, diventa quindi praticamente inutile avere tutte le informazioni sulla luminosità in forma di dati in virgola mobile. Per convertire una fotografia hdr in modo da essere utilizzabile, si effettua un'operazione chiamata "tone mapping", che genera la fotografia come tutti noi la conosciamo, convertendo in bit i dati in virgola mobile.

Concludo accennando al fatto che dopo l'ultimo aggiornamento anche il Canon Digital Photo Professional gestisce in maniera nativa le immagini HDR e ricordandovi che ho creato anche un confronto tra i due programmi consigliati con le guide per usarli al meglio: Guida a easyHDR PRO e Guida a FDRTools.

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