Зачем нам нужен формат RAW?

Форматы съемки

Типичными форматами съемки являются JPEG и RAW. Некоторые аппараты позволяют снимать также в TIFF, но это встречается редко и имеет недостатков обычно больше чем достоинств.
Большинство любителей (да и некоторые профессионалы) снимает в JPEG и даже не задается этим вопросом.
И на первый взгляд, такая позиция оправдана, ведь формат jpeg сохраняет в себе информации ровно столько (а иногда даже больше), сколько способен передать средний монитор.
Но тут есть один принципиальный момент, по поводу которого есть трактаты на многих листах и ведутся жаркие баталии в форумах.
Ведь формат JPEG подразумевает обработку информации с матрицы процессором камеры с учетом выставленных фотографом (или/и автоматикой камеры) параметров съемки. То есть, японский робот, информацию с матрицы сразу же каким-то образом преобразует и при этом часть информации на основании каких-то непонятных алгоритмов сразу же отсекает. Меня, например, такая ситуация не устраивает.
И потому я всегда использую для съемки формат RAW. Формат RAW соответствует негативу в плёночной: в нём содержится необработанная, «сырая» информация о пикселях прямо с сенсора цифровой камеры. Файл RAW не проходил даже дематризацию и потому содержит просто значения красного, зелёного или синего в каждом из пикселей. Обычно цифровые камеры обрабатывают этот файл, преобразовывая его в полноцветный файл формата JPEG или TIFF, и записывают на карту памяти результат. При обработке RAW-файла цифровые камеры должны принять несколько принципиальных решений, и потому исходный RAW предоставляет вам больше контроля над тем, как будет выглядеть финальный JPEG или TIFF.

В чем преимущества съемки в RAW?

Для того, чтобы в этом во всем разобраться чуть подробнее, рассмотрим цифровую модель, которая используется для описания цвета в компьютерах и фотоаппаратах и которая имеет свои ограничения.
Чтобы было понятно, начну с самого простого. В самом простом случае для описания одного пикселя достаточно всего 2-х битов информации: 1-белый, 2- черный. Из множества таких пикселей можно получить простое изображение. Такое изображение называется черно-белого штриховое.

Если же мы хотим получить полноценную черно-белую фотографию, то нам уже необходимо для описания 1 пикселя такого изображения использовать 8 бит (1 байт) информации. (это относится к формату jpeg и простым мониторам).

При этом создается 256 (2 в степени 8) оттенков серого (8 разрядов), плавно переходящих от черного к белому. Что мы и видим на горизонтальной оси гистограммы.

Для передачи цветного светящегося (например монитор) изображения в этой модели используется 3 цвета — красный, зеленый и синий. Поэтому эта модель называется RGB (red, green & blue).

8 битная модель RGB для описания цвета одного светящегося пикселя соответственно использует 3 байта или 24 (3*8) бита цифровой информации, что позволяет создать 16777216 (2 в степени 24) оттенка цвета.
То есть, грубо говоря, каждый пиксель монитора представляет из себя 3 ч/б пикселя, один из которых выдает определенную тональность синего цвета, второй — зеленого и третий — красного. В результате, после смешивания этот тройной пиксель выдает определенный оттенок одного из 16,7 млн цветов. Поскольку этих пикселей на экране много (например 1980*1020 в full hd), а пиксели маленькие, то на мониторе мы видим цветную картинку.

Изображение, при котором работает только один цвет модели RGB, а остальные отключены, называют каналом.

Теперь о том — при чем же тут RAW.

Для начала нам придется слегка познакомится с тем, как устроен сенсор большинства фотокамер или матрица, как его еще называют. Она состоит из большого количества крохотных фоточувствительных элементов регистрирующих количество света, упавшего на них. Эти элементы называют по разному, но мы для простоты будем называть их пикселями. Каждый из них покрыт светофильтром одного из трех цветов RGB — красным, синим или зелёным. В результате, пиксель каждого цвета чувствителен только к “своему” цвету (дополнительную информацию можно получить по запросу “фильтр Байера”).

Во время съемки происходит примерно следующее: с пикселей сенсора считываются показания, усиливаются в соответствии с выбранным ISO, и преобразуются в цифровую информацию, обычно 12-битную, реже 14-битную. Это и есть RAW, сырые данные. То, что в них записано, можно очень упрощенно представить так: пиксель первый хватанул количество света 2015, пиксель второй — 1589 и так далее. Если камера снимает в 14 бит, каждому пикселю, может быть присвоено одно из 16384 (2 в степени 14) значений. К этому всему идет схемка: этот пиксель синий, этот красный, этот зелёный. Кроме этого, в raw файле еще много чего содержится, но нам это не интересно на данный момент.

Далее, если выбрана съемка в RAW, эти данные просто записываются на карту памяти в специфическом формате, который разработал производитель данной камеры. Например Nikon использует NEF, Canon — CR2 или CRW, Pentax — PEF и так далее. Все эти форматы, это разновидности RAW. А когда мы снимаем сразу в jpeg, то японский робот, который сидит в твоем фотоаппарате, сразу же отсекает эти лишние 4 (6) пикселей, поскольку в формат jpeg они не лезут физически, также как не возможно налить 1,5 литра воды а 1-литровую банку. Причем делает это в соответствии со своей программой, которая заложена в него на заводе и не всегда подлежит изменению и контролю со стороны фотографа. При этой обработке применяются различные преобразования, из которых стоит выделить следующие:

1. Цветовая интерполяция. Каждый пиксель сенсора камеры имеет информацию только об одном цвете. Изображение состоящее из квадратиков трех цветов с разной яркостью скорее будет похоже на мозаику чем на фотографию. При цветовой интерполяции каждый пиксель становится нормальным, трехцветным. Это происходит путем сбора информации о цвете с соседних пикселей. По английски этот процесс так и называется — demosaicing, что можно коряво перевести как “размозаивание”.

2. 12 или 14 бит преобразуются в 8 бит, так как JPEG может быть только 8-битным. Эти четыре отбрасываемых бита не так мало, как может показаться. Если 12 бит могут иметь 4096 состояний, то 8 бит имеют только 256, в 16 раз меньше. В RAW файле пиксели не имеют цветовых каналов и информация об одном пикселе занимает только 12 или 14 бит. RAW по сути — монохромный формат. В цветном же 8-битном файле один пиксель имеет три канала, на каждый из которых отведено по 8 бит, то есть информация об одном пикселе занимает 24 бита или 3 байта, что в два раза больше чем в RAW файле. Вот почему даже 8-битный TIFF со сжатием без потерь занимает на диске в два раза больше места чем RAW (многие raw тоже используют сжатие без потерь). 16-битный TIFF со сжатием занимает примерно в 6 раз больше места, чем RAW.

3. Колориметрческая интерпретация. Красный, синий, зеленый — весьма размытые понятия. Алгоритму нужно знать “сколько вешать в граммах”. От этого зависит правильность цвета всего изображения. Поэтому назначаются точные математические значения для цветов RGB.

4. Баланс белого. Выставленный вами баланс белого никак не влияет на сенсор. Эта настройка применяется только при преобразовании RAW-JPEG.

5. Гамма-коррекция. Если ее не делать, изображение будет темным. Человеческий глаз усиливает слабый свет и приглушает интенсивный. Кстати, все наши чувства нелинейны. Сенсор же воспринимает свет абсолютно незамысловато, линейно, сколько получил — столько электричества отдал. Поэтому необходима корректировка, имитирующая восприятие человека.

6. Шарпенинг. При цветовой интерполяции падает резкость. Алгоритм ищет контрастные границы и усиливает перепад яркостей на них.

7. Сглаживание
8. Шумоподавление
9. Компрессия данных по алгоритму jpeg, обычно с потерями.

Для фотографа основное различие между raw и jpeg состоит в том, что в случае raw все эти преобразования вы делаете после съемки в raw-конвертере используя мощный процессор компьютера, контролируя результат на большом мониторе, а случае jpeg вы выставляете эти параметры в куцем меню камеры перед съемкой. Камера вынуждена обрабатывать фотографии в доли секунды на своем относительно слабом процессоре. RAW-конвертер может использовать намного более сложные алгоритмы и не быть на столько ограниченным по времени, соответственно вы получаете на выходе лучшее качество.

Кроме того, при съемке вы можете не успеть/забыть выставить все эти параметры правильно, вы можете ошибиться или просто не знать что лучше подойдет, поскольку не видите результат, как при работе в raw-конвертере. Если пытаться изменить что-то из перечисленных параметров в готовом jpeg, в котором масса информации безвозвратно потеряна, это приведет к резкому ухудшению качества изображения. Если же после обработки файл опять сохранить в JPEG, что часто нужно, то произойдет дополнительный отброс информации, при этом на старые дефекты jpeg-сжатия будут наложены новые
При обычных световых ситуациях с рассеянным освещением в этом и нет никакой проблемы, поскольку глубины цвета и динамического диапазона стандартной 8-битной цифровой модели хватает для отображения реальности.

А вот в жестких световых условиях (сильный контраст, например при съемке против солнца) ее запаса уже не хватает. И при этом лишние биты могли бы оказаться совсем не лишними.
Вот поэтому то и предпочтительно снимать в RAW, чтобы была возможность извлечь эту информацию в случае необходимости.

Рассмотрим детально преимущества RAW формата.

RAW позволяет ряд сложных и ресурсоёмких операций проделать в домашней спокойной обстановке под личным контролем фотографа на гораздо более мощном процессоре большого компьютера.

Перечислим эти операции:

— Дематризация — весьма ресурсоёмкий этап, и потому лучшие алгоритмы дематризации требуют больше процессорной мощности, чем это практично для современных цифровых камер. Большинство цифровых камер потому осуществляют влияющие на качество упрощения, чтобы преобразовать RAW-файл в TIFF или JPEG за разумное время. Применение дематризации на персональном компьютере позволяет использовать лучшие алгоритмы, поскольку его процессор как правило намного мощнее, чем у типовой цифровой камеры. Лучшие алгоритмы могут выжать чуть больше из сенсора вашей камеры, обеспечив большее разрешение, меньший шум, большую точность оттенков и меньший муар. Обратите внимание на преимущество в разрешающей способности, показанное ниже:

JPEG-изображение из камеры неспособно разрешить настолько близкие линии, как RAW. И даже RAW не позволяет достичь идеального отображения линий, поскольку процесс дематризации всегда вносит в изображение некоторое сглаживание. Только сенсоры, получающие все три цвета в каждом пикселе, смогли бы достичь идеального изображения, показанного внизу (такие как Foveon).

— Гибкий баланс белого — это процесс исключения ненатурального соотношения цветов, так что объекты, являющиеся белыми, будут отображены как белые на вашем снимке. Соотношение цветов в JPEG-изображении зачастую может быть изменено последующей обработкой, но за счёт глубины цветности и цветовой гаммы. Связано это с тем, что баланс белого по сути применяется дважды: сперва при преобразовании RAW и затем заново при пост-процессинге. RAW-файлы дают вам возможность применить баланс белого к фотографии после съёмки — без напрасных битовых потерь.

— Цветонасыщенность и контраст тоже могут быть изменены в процессе конвертации. Наш глаз воспринимает разницу в освещённости логарифмически, и потому когда интенсивность света нарастает вчетверо, мы воспринимаем это как удвоение освещённости. Цифровая камера, с другой стороны, записывает разницу в освещённости линейно — удвоение интенсивности света удваивает реакцию сенсора камеры. Вот почему первое и второе изображения выглядят намного темнее третьего. Чтобы цифры, записанные цифровой камерой, были показаны так, как мы их воспринимаем, необходимо применить тональные кривые.

Какие есть еще достоинства RAW формата?

— Высокая разрядность.

Про высокую разрядность RAW-изображения мы говорили выше В действительности цифровые камеры записывают каждый цветовой канал с гораздо большей точностью, чем 8 бит (256 уровней) на канал, используемых в JPEG-изображениях. Большинство современных камер записывают каждый канал с 12-битной точностью (212 = 4096 уровней), предоставляя в несколько раз больше градаций цветности, чем может быть достигнуто с использованием JPEG из камеры. Большая разрядность уменьшает подверженность изображения постеризации и повышает гибкость при выборе пространства цветности, а также в пост-обработке.

— Динамический диапазон и компенсация экспозиции

Формат RAW обычно обеспечивает намного больший «динамический диапазон», чем JPEG, в зависимости от того, как камера создаёт свой JPEG. Динамический диапазон определяется как интервал светотени, который камера может различить между абсолютно чёрным и абсолютно белым. Поскольку исходные данные о цветах не были подвергнуты логарифмированию с использованием кривых (см. введение), экспозиция в RAW-файл может подвергаться впоследствии экспокоррекции. Экспокоррекция позволяет скорректировать ошибку экспозамера или же может помочь вытянуть детали, потерянные на свету или в тенях.

— Повышенная чёткость

Поскольку RAW-файл не обрабатывался, камера не применяла к нему коррекwию резкости. Так же как и с дематризацией, лучшие алгоритмы повышения резкости зачастую намного более ресурсоёмки. Таким образом, повышение резкости, выполненное на персональном компьютере, может вызвать меньше гало-дефектов при аналогичной степени коррекции (примеры дефектов резкости см. в главе «Повышение резкости с помощью «нерезкой маски»»).
Поскольку резкость зависит от предполагаемой дистанции обзора вашего изображения, формат RAW также обеспечивает больше контроля над тем, какой тип и объём коррекции резкости будет применяться (на ваше усмотрение). Коррекция резкости обычно является финальным шагом пост-обработки, поскольку её невозможно отменить, посему иметь уже скорректированный JPEG не оптимально.

— Сжатие без потерь

В формате RAW применяется сжатие без потерь, и потому оно не страдает от дефектов компрессии, заметных на «теряющем» сжатии JPEG. RAW-файлы содержат больше информации и лучше поддаются сжатию, чем TIFF, и притом без дефектов компрессии формата JPEG.

Примечание: Kodak и Nikon применяют алгоритм сжатия RAW с небольшими потерями, хотя и в этом случае любые дефекты значительно меньше, чем в аналогичном изображении в формате JPEG. Кроме того, эффективность сжатия формата RAW зависит от производителя цифровой камеры.

— Возможность всегда вернуться без потерь в первоначальное состояние «как снято».

Проблемы использования RAW:

— зависимость от типа оборудования, у каждого производителя фототехники свой формат RAW

— RAW-файлы намного больше, чем аналогичные файлы формата JPEG, и потому быстрее заполняют карту памяти.

— Обработка RAW-файлов занимает больше времени, поскольку они могут потребовать ручной работы на каждом этапе преобразования.

— RAW-файлы часто дольше пишутся на карту памяти, что приводит к меньшему количеству кадров в секунду, чем при использовании формата JPEG.

— RAW-файлы не всегда могут быть незамедлительно предъявлены зрителям и заказчикам, поскольку они требуют специальных программ для своей загрузки, а следовательно их сперва необходимо преобразовать в JPEG.

— RAW-файлы требуют более мощного компьютера с большим количеством оперативной памяти (RAM).

— невозможность непосредственного редактирования этого формата в растровых редакторах и прежде всего в фотошопе.

Поэтому, прежде чем открыть фотографию в фотошопе, необходимо конвертировать формат RAW во что-то для фотошопа приемлемое.

Для этого существует 3 глобальных пути:

1. Использование конверторов производителя
2. Использование плагина ACR (Adobe Camera RAW), встроенного в фотошоп.
3. Использование конвертеров сторонних производителей.

Честно говоря, в третьем пути я пока не вижу вообще никакого смысла. Хотя и слышал о том, что вроде как кому-то удалось сделать невероятно удобные и точные RAW конвертеры, но массового распространения они пока не получили.

Что касается ACR, то это неплохой вариант. Его работу мы подробно рассмотрим в следующих статьях.

Что касается использования конвертеров производителя, то этот вариант самый оптимальный, если требуется самая точная цветопередача. Да это и логично, что все нюансы своего собственного формата лучше всего знает именно его производитель.

При этом не имеет существенной разницы – будет ли использоваться бесплатный конвертер (ViewNX для Nikon), не имеющий никаких настроек, или покупной конвертер со встроенным редактором (Nikon Capture NX2).
У Canon также есть свой бесплатный конвертер Digital Photo Professional.
Каждый из этих конвертеров имеет встроенный редактор, который позволяет редактировать RAW-файлы до момента конвертирования, эффективность чего (с точки зрения динамического диапазона и глубины цвета) намного выше эффективности редактирования в фотошопе, даже при использовании 16-битного формата.

Важной особенностью конвертирования при использовании конвертеров от Nikon, является необходимость создания промежуточного 16-битного транзитного файла, например в Tiff, который затем можно будет открыть в фотошопе. Это происходит потому, что в 16-битную глубину на 1 канал целиком помещается и 12 и 14 бит из RAW, также как 1,5 литра воды легко поместится в 2-х литровую банку без потерь. А всю обработку, которую обычно делают миниредакторы конвертеров, можно с таким же успехом сделать и с помощью стандартных средств фотошопа.
Единственный случай, когда замену конвертеру с редактором найти сложно, это необходимость серийной конвертации большого количества фотографий с одним и тем же дефектом, например по балансу белого. В этом случае можно один раз выставить параметры конвертации и запустить batch. Это позволит сэкономить кучу времени, но такая ситуация бывает довольно редко.

После окончания редактирования в фотошопе лучше преобразовать сохраняемый файл в опять в 8-битный формат, для того, чтобы он при хранении занимал меньше места на диске. А промежуточный Tiff необходимо удалить, поскольку он нам больше не нужен, а места на диске он занимает очень много.

Также есть существенная разница при съемке в RAW с 12 и 14 битной глубиной. Эту разницу можно прочувствовать на снимках ниже, где представлены фрагменты с сильным увеличением.

Как резюме, для тех что еще не понял:

1. В формате RAW сохраняется в первозданном виде вся информация, снятая с матрицы в момент съемки, и поэтому в нем хранится гораздо больше информации о снимке, чем JPEG, и, как следствие, возможностей для исправления допущенных ошибок и для творческой съемки этот формат предоставляет гораздо больше. Формат JPEG получается в фотоаппарате путем конвертации с усечением информации снятой с матрицы и поэтому привязан к условиям съемки и изменить в нем что-то потом без потери качества невозможно.
2. Размер файла RAW в 2-3 раза больше чем JPEG и это негативно сказывается на скорострельности камеры и объемах занимаемой памяти.

Отсюда вывод – всегда снимаем в RAW и храним на память тоже в RAW, поскольку через какое-то время, нам или нашим детям может захотеться обработать этот снимок как-то лучше.

Тем не менее, существует 3 случая, когда удобнее пользоваться форматом JPEG:

1. Тогда, когда нет необходимости в качественных фотографиях и они совершаются при плохих условиях освещения и в больших количествах. Например, съемки дружеских и семейных попоек 🙂 Съемка в JPEG позволит сэкономить время на конвертации RAW.

2. Тогда, когда нужна скорость серийной съемки — спортивные мероприятия, играющие дети или животные и тд. Если буфер фотоаппарата позволяет снять не более 6 RAW-кадров в серии, то JPEG-кадров, при быстрой карте памяти, он позволяет сделать штук 15-20 (а то и еще больше, зависит от установок компрессии).

3. Тогда, когда есть необходимость экономить место на карте, например в поездках на природу, где нет возможности слить на болванку отснятый материал.

Comments are closed.