Мы видели это в большом количестве фильмов: при рассмотрении кадров с низким разрешением кто-то неизбежно спрашивает техника, «вы можете увеличить?» После пары нажатий клавиш изображение внезапно масштабируется и улучшается.
Мы все знаем, что имея снимок в низком разрешении невозможно получить лучшую детализацию, увеличением разрешения. Пиксели просто растянутся по сложным, но всё же малоэффективным алгоритмам. Сейчас уже существуют разработки систем искусственного интеллекта, которые дорисовывают детали, но всё же эти дорисованные участки будут художественными элементами. Например, система не сможет восстановить номер автомобиля на снимке с низким разрешением. Об этом мы писали здесь и здесь. Также над подобной технологией работает Google, о чём писалось здесь и здесь.
Тем не менее, вы можете создать фотографию с очень высоким разрешением при помощи абсолютно любой камеры. В этом уроке мы разберёмся, как повысить качество изображений, как можно сделать видимым то, что ранее было невозможно рассмотреть на фото и как сломать границы разрешения вашей камеры.
Этот метод расширения разрешения не подходит для съёмки движущихся объектов. Из-за это ограничения для работы с данной техникой нужно фотографировать статичные сцены, такие как пейзажная фотография или студийная предметная съёмка.
Этот метод покажет, как создавать снимки с разрешением свыше 40 мегапикселей, не тратя ни копейки на новое оборудование. Если вы хотите создать чрезвычайно детализированные изображения с высоким разрешением для печати, или если вы просто хотите узнать о реальном методе создания снимков с чрезвычайно высоким разрешением, продолжайте читать данную статью.
Учебник для начинающих
Сверхразрешение предлагают такие камеры как Hasselblad H4D-200MS, но это очень дорогая среднеформатная камера с разрешением 200 мегапикселей. Дело в том, что камера H4D-200MS делает снимки с разрешением 200Мп, используя датчик 50Мп. С помощью специального механизма сдвига датчика H4D-200MS был в состоянии сделать 6 отдельных изображений, каждое из которых имеет небольшое смещение на несколько пикселей. Камера автоматически выравнивает эти изображения и объединяет их вместе, чтобы увеличить разрешение финального снимка в 4 раза.
Камера H5D-200с стоит больше, чем большинство автомобилей среднего ценового диапазона ($45000). Конечно, вам не обязательно покупать такую дорогую камеру. Подобную технологию предлагают камеры Pentax K-70, Pentax K-1 Mark II, Sony a7R III, Olympus OM-D E-M1 Mark II, Panasonic Lumix DC-G9. Но и ваша камера способна сделать то же самое. Только сборку придётся выполнять самостоятельно.
Создавая серию изображений вручную и умело сочетая их при постобработке, мы можем значительно улучшить разрешающую способность любой камеры.
Что ожидать
Мы будем собирать один снимок из двадцати кадров. Суть метода в том, что не нужно использовать штатив. Небольшое движение рук позволит имитировать сдвиг датчика. Таким образом, на каждый ваш снимок в серии будет отображать одну и ту же сцену, но с небольшим смещением.
Мы сможем увеличить разрешение снимка в 4 раза от исходного размера. 12Мп может стать почти 48Мп, 24Мп может стать почти 96Мп. Всегда придётся делать небольшую обрезку, потому что наши фотографии никогда не будут полностью перекрываться.
Теперь стоит узнать о том, что следует ожидать. Хоть мы и увеличиваем разрешение в 4 раза, на самом деле это не будет сильно заметно. Различие будет видно только в мельчайших деталях. Поэтому данный метод следует использовать пи фотографировании сцен с большим количеством мелких деталей.
Преимущества данного способа обработки велики, но результаты могут быть менее интересны, чем вам хотелось бы. Кроме того, если вы не печатаете фотографии на рекламные щиты огромного размера, вам вряд ли понадобятся снимки с разрешением 94Мп. Даже самое высокое разрешение компьютерных мониторов редко превышает 15 мегапикселей.
Но давайте сделаем огромное изображение только потому, что мы можем:
Это окончательное изображение 7901х11930 пикселей или 94,2Мп. Загрузить изображение в полном разрешении можно здесь (14MB ZIP).
Фото было сделано на Sony a7II с объективом Zeiss Sonnar T* FE 35mm f/2.8 ZA. Фото сделано при настройках ISO 100, F/8.0 и 1/100.
Чтобы понять какое преимущество даёт этот метод давайте рассмотрим кропы нескольких участков. Каждая область имеет размер 200px на 200px (100px на 100px на оригинале), увеличенные до 700%.
A: Увеличение разрешения до 4 раз
Хотя есть очевидное увеличение разрешения, оно ограничено. Даже если бы мы использовали сотни кадров, мы, вероятно, не сможем увеличить разрешение более чем в 4 раза.
Это ограничение связано с рядом причин: неточное движение датчика (дрожание рук), неточности в выравнивании слоя.
Тем не менее, этот метод позволяет получить некоторые дополнительные детали. Посмотрите на детализацию в точке «А», где детали на крыше сначала были не видны в исходном изображении, но очевидно различимы в обработанном снимке:
B: шумоподавление
Другим важным преимуществом этого метода является сокращение шума. Из-за случайного характера движения камеры при съемке непрерывной последовательности кадров и из-за случайного характера появления шума, при объединении и усреднении значения каждого пикселя отфильтровывается большая часть шума.
Этот метод также устраняет влияние фиксированного шума, потому что наши случайные движения рук гарантируют, что любые горячие пиксели или последовательные модели шума будут устраняться. В примере из точки «B» вы можете увидеть, как резкое увеличение пространственного разрешения заметно снижает шум и зернистость.
C: Ликвидация муара
Одно из самых важных преимуществ данного метода обработки является устранение практически любого цветового муара. Это явление может быть особенно важным при съемке объектов с тонкой детализацией и повторяющимся узором, например, текстильных изделий.
Это означает, что этот метод является особенно полезным для камер без оптического фильтра нижних частот (OLPF), как Sony a7R или Canon 5DSR. Эти камеры особенно чувствительны к муару.
Пример из точки «C» показывает устранение муара на повторяющихся вертикальных линиях ворот одного из зданий.
D: Повышение разборчивости
Механизм сдвига датчика в камерах имеет явное преимущество по сравнению с нашим методом усреднения, потому что камера знает насколько сдвинулся сенсор и может брать конкретные пиксели без усреднения. Это означает, что сдвиг датчика в камера позволит получить более хорошую чёткость снимка.
Тем не менее, мы всё же можем вытянуть некоторые детали, например, нечитаемый номерной знак. В примере с точки «D» номерной знак автомобиля, припаркованного на большом расстоянии почти невозможно прочитать в исходном изображении, но сверхразрешение делает цифры немного четче. Возможно там написано «BDG-201» или «806-201». Трудно сказать точно, но всё же это лучше, чем в оригинале.
E: Не подходит для съемки движущихся объектов
Описанный здесь метод и технологии съёмки со сдвигом датчика имеют проблемы, связанные с движением объекта. Если есть небольшое движение в кадре, например, движение ветвей деревьев на ветру, движение людей или автомобилей, в этих областях будет появляться размытие.
В примере «E» было движение автомобилей и в этой области появились ореолы. Это, вероятно, самое обидное ограничение такого метода съёмки, так как оно не позволит получать сверхразрешение в большинстве съёмочных ситуаций:
Теперь вы знаете, чего ожидать от 94-мегапиксельной фотографии. Давайте рассмотрим, как сделать такой снимок.
Что понадобится
Вам ничего не нужно кроме камеры, способной выполнять серийную съёмку и Adobe Photoshop для обработки. Нам не придётся использовать штатив для этой техники, так как тонкое движение на самом деле помогает получить нужный результат. Ваша рука будет играть роль механизма сдвига сенсора.
Съемка для сверхразрешения
Для достижения наилучших результатов нужно снимать сцену с достаточно высокой детализацией. Также важно отсутствие движения в кадре. Любое движение создаст размытие. Таким образом, этот метод лучше всего использовать для пейзажной съёмки в безветренный день или студийной съёмки при условии постоянного освещения.
Настройки камеры
Настройки зависят от сцены и оборудования. Нам нужно сделать как можно более резкий снимок. Для этого лучше всего закрыть диафрагму до значения от F/5,6 до F/11 для получения максимальной резкости.
Кроме того, лучше всего использовать достаточно быструю скорость затвора, чтобы исключить шевелёнку. Есть хорошее правило, позволяющее гарантировано получать резкие снимки. Выдержка должна составлять 1/(2*фокусное расстояние). Так что если вы используете объектив 50mm, то выдержка должна быть 1/100 секунды или быстрее.
Это также важно использовать достаточно низкое значение ISO, так этот метод лучше всего работает в хорошо освещенных сценах.
В камере нужно установить самую высокую скорость непрерывной съёмки. Желательно сделать по крайней мере 20 изображений. Технически, чем больше изображений будет использовано, тем лучше, но это существенно увеличит нагрузку на компьютер, при этом выигрыш будет минимальный.
Также важно снимать в формате RAW, чтобы получить наилучшую детализацию. Когда камера обрабатывает JPEG, процессор камеры производит снижение шума, коррекцию цвета и сглаживание изображения, что негативно скажется на создании резкого снимка с хорошей детализацией. JPEG будет работать, но RAW будет лучше.
- Диафрагма от F/5,6 до F/11
- Скорость затвора 1/2 от фокусного расстояния
- Наименьший возможный ISO
- Режим непрерывной съёмки минимум 20 изображений
- Формат RAW
При съемке, попробуйте сделать несколько серий изображений. Помните, что между снимками должно быть минимальное движение, поэтому не пытайтесь специально двигать камеру. Ваши руки и так будут слегка трястись. Этого будет вполне достаточно.
Проверьте и зафиксируйте фокус. При автофокусировке камера может изменить точку фокусировки. Этот метод не будет работать с размытыми фотографиями.
Обработка
Вы можете загрузить 20 RAW-файлов с a7II, используемых в данном примере, чтобы попробовать обработку. Вы можете загрузить их здесь (500Мб ZIP). Вам понадобится по крайней мере Lightroom 5.7.1 (Win/Mac) и/или Adobe Camera RAW 8.7.1 для чтения файлов.
Есть определенный порядок операций при обработке, который позволит нам объединить нашу стопку фотографий в окончательное изображение с заметно более тонкими деталями. Мы импортируем наши фотографии в Photoshop и увеличим разрешение до 200% с помощью простого алгоритма «по соседним пикселям».
- Импорт всех фотографий в стопку слоёв
- Изменение размера изображений до 200%
- Автоматическое выравнивание слоёв
- Усреднение
1 Импортируйте изображения как слои
Из Photoshop: Файл (File)> Сценарии (Scripts)> Загрузить файлы в стек… (Load Files into Stack…)
Из Lightroom: Выбрать все фотографии. Щелкните правой кнопкой мыши и выберите команду Изменить в (Edit In)> Открыть как слои в Photoshop… (Open as Layers in Photoshop…)
- Нажмите кнопку Обзор (Browse), чтобы выбрать фотографии
- Убедитесь, что флажок «Попытаться автоматически выровнять исходные изображения» (Attempt to Automatically Align Source Images) снят! (Это очень важно. Если вы совместите изображения сразу, метод не будет работать).
- Нажмите «OK»
2 Изменение размера до 200%
- Выберите меню Изображение (Image)> Размер изображения (Image Size…)
- Установите Ширина/Высота по 200%
- Используйте метод «по соседним пикселям» (Nearest Neighbor).
- Нажмите «OK»
3 Автовыравнивание слоёв
- Выберите все слои в панели слоёв
- Выберите Редактирование (Edit) > Автоматически выравнивать слои (Auto-Align Layers…)
- Используйте настройку «Авто» и снимите флажок «Геометрические искажения» (Geometric Distortion) а также отключите «Удаление виньетирования» (Vignette Removal)
- Щелкните «OK»
После того, как все сои будут выстроены, проверьте, что каждый слой действительно как нужно наложился на предыдущий. Если есть слои, которые не точно выровнялись, просто удалите их. Вы можете включать и выключать видимость каждого слоя. Это позволит заметить движение.
4 Усреднение слоёв
Теперь нам нужно уменьшить непрозрачность каждого слоя снизу вверх таким образом, чтобы непрозрачность составляла 1/(номер слоя). Например, если у вас есть 20 слоёв, нижний будет иметь непрозрачность 1/1 = 100%, второй должен быть 1/2 = 50%, третий 1/3 = 33%, четвертый 1/4 = 25% и так далее до верхнего слоя, который составит 1/20 = 5%. Если у вас будут получаться не целые числа ничего страшного. Округляйте по правилам математики. Это не будет играть большого значения.
20 слоёв снизу вверх будут иметь такие значения: 100%, 50%, 33%, 25%, 20%, 17%, 14%, 12%, 11%, 10%, 9%, 8%, 8 %, 7%, 7%, 6%, 6%, 6%, 5%, 5%
После того, как непрозрачность настроена, выберите все слои, щелкните правой кнопкой мыши и выберите «Объединить слои» (Flatten Image)
Второй метод
Усреднение также может быть выполнено путём выбора всех слоёв и превращения их в смарт-объект. Далее нужно выбрать Слои> Смарт-объект> Режим стека «Усреднение» или «Медиана», но этот метод может быть медленным при работе с большим количеством изображений. Режим стека «Медиана» особенно хорош для удаления ореолов движущихся объектов.
Дополнительно: Применение Smart Sharpen
Обычно хорошо работает фильтр «Умная резкость» (Smart Sharpen), который находится в меню Фильтр> Усиление резкости. В настройках можно использовать значения радиус 2px и 200% — 300%. Жесткие края, скорее всего, изначально будут выглядеть мягкими, поэтому усиление резкости не помешает.
Радиус два пикселя хорошо работает из-з того, что мы изначально увеличивали разрешение до 200%. Вы можете обнаружить, что другие настройки могут работать лучше. Всё зависит от вашей фотографии.
- Фильтр (Filter)> Усиление резкости (Sharpen)> Умная резкость (Smart Sharpen…)
- Эффект (Amount): 300%
- Радиус (Radius): 2px
- Снижение шума (Reduce Noise): 0%
- Нажмите «OK»
После усиления резкости вы можете обрезать края изображения перед сохранением. Вот и всё! Теперь у вас есть снимок с супер высоким разрешением.
Вот результат, 94-мегапиксельное изображение. Его можно загрузить здесь (14MB ZIP)
Вывод
Технологии развиваются и теперь всё больше устройств будет предлагать возможность съёмки фото с разрешением большим, чем позволяет матрица.
Независимо от того, какую камеру бы используете, вы получите одинаковые преимущества: устранение муара цвета и наложения спектров, увеличение пространственного разрешения и снижение уровня шума.
Камеры, имеющие встроенную технологию Pixel Shift делают аналогичную работу гораздо быстрее с меньшим количеством изображений, как правило 4-6 снимков. Вероятно, вскоре данная технология достигнет нового уровня. Развивается искусственный интеллект. Наверняка он поможет в построении снимков со сверхразрешением.
Один из самых больших вопросов, окружающих войну мегапикселей действительно ли нам нужны фотографии с разрешением более 50 мегапикселей? Подавляющему большинству фотографов будет достаточно разрешения от 12 до 24Мп. Это наиболее распространённые значения в данный момент. Многие профессионалы работают в данном диапазоне разрешений и им этого достаточно для коммерческой и творческой деятельности. Такие камеры как Canon 5DS R весьма специфичны и нужны в первую очередь для рекламной индустрии.
Canon EOS 5DS R оснащен 50,6 мегапиксельным полнокадровым сенсором.
Разрешение, однако является лишь одной переменной в успехе вашего изображения. При чём это не самая важная составляющая. Гораздо важнее свет, композиция, сюжет.
Просто имейте в виду, что некоторые дополнительные детали на крыше, сфотографированной на расстоянии почти 500 метров, не сделают ваше изображение лучше. Никто не заметит разницу между снимком 90 и 12 мегапикселей. Всё равно все фотографии просматриваются на мониторах компьютеров и дисплеях смартфонов. При загрузке в социальные сети фото уменьшается в разрешении и сжимаются.
Большие файлы нужны только для сильной обрезки, если у вас нет телеобъектива или для печати огромных плакатов. Во всех остальных случаях это излишество.
Будьте уверены, что вам на самом деле не нужно тратить огромные деньги в погоне за новыми камерами с очень высоким разрешением. Если вы действительно хотите углубиться в мир большого количества пикселей, попробуйте сначала поработать с данным методом.
Ещё больше интересных статей: Facebook, Вконтакте и Telegram
