7.2.7. Формат RAW для профессионального использования

Почему он профессиональный? Во-первых, потому, что для достижения каких-либо положительных результатов нужно очень даже неплохо разбираться в тонкостях обработки изображений, а во-вторых — потому, что возможность сохранения фото в RAW имеется лишь в отнюдь не дешевых фотокамерах. В полупрофессиональных и профессиональных моделях чаще всего встречаются три формата записи изображений на флэш-карту: JPEG, RAW и TIFF.

Алгоритмы JPEG приводят к безвозвратному исчезновению части данных, причем их количество, а значит, и качество конечного изображения, регулируется пользователем (во всех фотоаппаратах в меню можно выбрать уровень ка-

чества — что-то вроде Extra, Hi, Medium/Normal, Low).

Если выставлять значения, близкие к верхней границе, то изменения на фотографии будут практически незаметны, а вот объем уменьшится на порядок. И TIFF, и JPEG содержат по 8 бит на канал, т.е. 24 бита на пиксель (3 канала). RAW никак не преобразует изображение: что попадает на матрицу, то и записывается, причем чаще всего это 10, 12 бит в каждом цвете. Иногда встречается 8-битный RAW. Это плохо: теряется одно из главных преимуществ данного формата. Если в канале содержится 8 бит информации, то каждый пиксель может иметь 2 в 8-й степени, т.е. 256, состояний, 12 бит — по аналогии 2 в 12-й

степени, т.е. 4096. Всего же оттенков пикселя для первого случая получится 256 × 256 × 256 = 16.777.216, для второго — в 4096 раз больше. Хранение избыточной, причем необработанной, информации приводит к возрастанию размера файла, но все равно в итоге он остается раза в два меньше, чем TIFF. Например, если RAW весит 12 Mb, то TIFF — около 24 Mb, а JPEG — в диапазоне 2,4- 2,7/5-5,6 (для Hi и Extra Quality соответственно).

Итак, если планируется обработка картинки в графическом редакторе, следует снимать в RAW, если фотография просто будет помещена в фотоархив, выставляйте JPEG. Для TIFF вариантов не остается. Хранить огромные файлы неудобно, да и карточки не всегда будет хватать, если каждый снимок отнимает столько памяти, а Hi- и Extra-качества JPEG вполне достаточно — разница с TIFF абсолютно не чувствуется. Конечно, такие высказывания могут стать поводом для жарких споров, главным аргументом в которых наверняка будет более высокое разрешение TIFF-формата, например, при фотографировании мелких контрастных деталей, подобных тексту. И это действительно так— не согласиться с этим — значит, просто отвергать очевидные факты. Только кому надо фотографировать текст? В реальных ситуациях такие сложности появля-

156

ются крайне редко. Вот поэтому-то TIFF становится абсолютно никому не нужным.

Создатели JPEG, видимо, провели значительные исследования, связанные с физиологией и восприятием света, и на основании этого определили, какие компоненты имеют наименьшее значение, т.е. их удаление не будет заметным, а какие надо оставить. Оказывается, человеческий глаз наиболее чувствителен к яркостной составляющей и намного слабее различает цвета. Если для вас

школьный курс биологии не прошел мимо, то вы легко найдете объяснение этому факту. Дело в том, что глазное дно, на которое фокусируются лучи, покрыто палочками и колбочками. Палочки отвечают за яркостную составляющую, колбочки, соответственно, воспринимают цветовые компоненты. Причем мало того, что палочек на порядок больше, чем колбочек, так они еще и более чувствительны. Поэтому в темноте мы не можем определять цвета окружающих предметов, в темноте у нас черно-белое зрение, т.к. тот слабый свет, который, отражаясь от объектов, попадает на глазные сенсоры, не способен вызвать реакцию колбочек. Кроме того, чувствительность к цветам возрастает от нижней части спектра к верхней. Все это и стало фундаментом JPEG-сжатия.

На первом этапе обработки производится переход от RGB-модели к YUV, или YCbCr, в которой информация о яркости (Y) и цвете хранится отдельно. Теперь можно сжимать каждый канал в зависимости от его значения для восприятия, при этом не затрагивая другие. Y– компонента, в которой сохраняется собственно картинка, только в черно-белом варианте, обрабатывается относительно несильно. Опытным путем было установлено, что, если отбросить около половины имеющейся информации, то изменения будут практически незаметны. Цвета можно урезать посильнее, особенно высокочастотные. После преобразования из одного режима в другой изображение разбивается на квадраты размером 8×8 пикселей, и в этих группах точек независимо друг от друга ведется обработка. Это делается, в основном, для уменьшения времени сжатия, но в результате при выставлении низкого параметра качества различия между соседними группами становятся заметными. Наверняка вы встречались с картинками, состоящими из мелких квадратов. Так вот, это как раз тот случай: JPEG поработал. Если не совсем понимаете, о чем идет речь, откройте в Photoshop любую фотографию и сохраните, выставив наибольшую степень сжатия. Вот теперь все станет ясно. Еще одним характерным показателем JPEG-обработки является появление “дрожащих” линий и ореолов по границам резких переходов цветов. Контуры определяются высокочастотной компонентой, которая в наибольшей

157

степени подвергается преобразованиям. Таким образом, часть данных в ходе выполнения сжатия просто безвозвратно отбрасывается, а часть кодируется. Поэтому для того, чтобы “прочитать” файл с расширением.jpg, необходимо применить тот же алгоритм, только в обратном порядке, что и происходит каждый раз при открытии. Теперь становится понятно, почему архивирование таких файлов не дает ожидаемого результата, а иногда, наоборот, увеличивает их объем: данные уже закодированы.

Итак, если кратко, то:

1.JPEG используется для хранения полноцветных24-битных изображений или изображений в градациях серого без резких переходов цветов(фотографии). Но не для обработки, т.к. сжатие производится таким образом, чтобы не было видимых искажений, а почти любые изменения— осветление, увеличение контрастности и др. — приведут к отклонениям от необходимого минимума информации, что, в свою очередь, вызовет явное ухудшение качества.

2.JPEG основан на особенностях нашего восприятия цвета и света. Благодаря отличиям в чувствительности глаз к яркостным и цветовым составляющим появляется возможность удалять часть данных незаметно для зрителя, для чего используется перевод изображения в YUV (YCbCr) цветовое пространство.

3.Для уменьшения времени архивирования/разархивирования картинка разбивается на группы 8×8 пикселей.

4.Формат предоставляет пользователю возможность самостоятельно выставлять необходимый уровень качества, регулируя коэффициент компрессии.

5.Из недостатков можно выделить появление “дрожащих” линий и ореолов вокруг резких границ, а также “распад” изображения на квадраты по64 пикселя.

Даже учитывая последний пункт можно смело заявлять, что на сегодняшний день лучшего формата для использования в цифровой фотографии. нет Кроме того, у JPEG есть перспективы. Новейшие исследования в области человеческого зрения выявили новые факты, на основании которых можно будет сделать его работу еще более качественной и эффективной. Но и сейчас результаты удовлетворят даже самого взыскательного фотографа.

Работа JPEG будет удовлетворять до тех пор, пока не заинтересует обработка снимков. Как только вы загрузите картинку в"Фотошоп" и начнете крутить всевозможные бегунки, сразу появится необходимость в чем-то большем

—понадобится формат, имеющий некоторый резерв, из которого можно было бы считывать информацию при редактировании. Таким форматом является

158

RAW, а резервом — те самые “лишние” 2 или 4 бита (при глубине 10 и 12 бит на канал). RAW — это не аббревиатура. Если вы загляните в англо-русский словарь, то увидите, что это слово переводится как “сырой”, “необработанный”. Изображения, сохраняемые в данном формате, действительно не подвергаются какой-либо обработке, причем не только не происходит увеличения резкости, контрастности и др. параметров, как в JPEG или TIFF. Картинка записывается в виде, абсолютно непригодном для просмотра: сохраняется слепок получаемых с матрицы черно-белых данных!

Именно по этой причине RAW весит почти в два раза меньше, чем TIFF, в котором все пиксели цветные. Работать с “сырым” форматом в стандартных графических редакторах не получится — для этого предназначены специальные конвертеры. Дело в том, что на сенсор камеры наносятся светочувствительные элементы, чаще всего фотодиоды, каждый из которых благодаря установленным перед ячейками фильтрам пропускает свет только одного цвета(только одной длины волны): зеленого, красного или синего, причем зеленых элементов в два раза больше, чем красных или синих. Этот подход, опять-таки, связан с особенностями зрения человека. Наши глаза наиболее чувствительны именно к зеленому цвету, поэтому при такой конструкции матрицы снимки становятся натуральными и естественными. Но изображение, как уже было сказано, непосредственно с матрицы все равно получается монохромным несмотря наис пользование светофильтров. Только при последующей интерполяции происходит “раскраска” фотографии. Процессор фотоаппарата, анализируя состояние собственно элемента и соседних к нему, присваивает пикселю определенный цвет. После проведения такой обработки информация сохраняется вJPEGили TIFF-файл. При выставлении формата RAW интерполяции в камере не происходит. Для этого используются уже упоминавшиеся конвертеры и процессор компьютера. Таким образом, получается, что все цифровые фотоаппараты снимают в RAW, только не все позволяют оставить данные в таком виде и сохранить их на флэш-карту.

Это принцип работы так называемойCCD-матрицы. Существуют и другие технологии — например, SuperCCD, которая была разработана компанией Fuji и используется во всех ее камерах начиная с2000 года. Суть одна и та же, только в таких сенсорах фотодиоды размещены под углом45 градусов друг к другу (рисунок 80), что позволяет использовать более совершенные алгоритмы интерполяции, в результате чего в 1,5-2 раза увеличивается разрешение снимка.

159

Рисунок 80 – SuperCCD матрица

Еще один достаточно распространенный вид— CMOS-сенсоры, широко применяемые фирмой Canon в зеркальных фотоаппаратах. Они обеспечивают высокое качество изображений — в частности, низкий уровень шумов даже при больших ISO. И последний тип сенсоров, который на сегодняшний день был использован только в одной камере (Sigma SD9) — Foveon x3.

Особенностью этой матрицы является то, что она “цветная”, т.е. светочувствительные элементы “умеют” определять цвет. Правда, мне не приходилось встречать каких-либо отзывов или обзоров. Скорее всего, это просто экспериментальный образец, и вряд ли данная модель выпускается в больших количествах, но в будущем, возможно, именно такой тип сенсоров оставит позади своих конкурентов.

Еще раз вернемся к вопросу о глубине цвета. Предположим, у нас есть камера с 12-битным RAW. Конвертер может выдать как 24-битный (по 8 бит на канал) TIFF-файл, так и 48-битный (16 бит на канал). Тут может возникнуть вопрос: откуда берутся эти 4 бита — камера ведь сохраняет только 12?

Дело в том, что данные в компьютере распределены по ячейкам, содержащим по 8 бит каждая, или 1 байт. При использовании 10-, 12-, 14или 16битного RAW всегда будет задействовано две ячейки: одна заполняется полностью, а вторая только частично. В нашей ситуации эти 4 бита информации ниоткуда не берутся— они просто остаются пустыми. Кстати, камеры с 16битным RAW существуют, но пока практически недоступны из-за огромной цены. Даже 14 встречается достаточно редко.

Основные преимущества RAW-формата данных следующие:

1. Прежде всего, мы получаем возможность исправить пересвеченные и недосвеченные снимки. “Вытащить” детали из теней вообще не составляет тру-

160