ما هو النطاق الديناميكي في التصوير الفوتوغرافي؟ What Is Dynamic Range in Photography?

جدول المحتويات

النطاق الديناميكي للمشهد
النطاق الديناميكي لأعيننا
النطاق الديناميكي للكاميرات
ما يجب أن تعرفه عن النطاق الديناميكي
الخاتمة



Table of Contents

• Dynamic Range of the Scene
• Dynamic Range of Our Eyes
• Dynamic Range of Cameras
• What You Should Know About Dynamic Range
• Conclusion

النطاق الديناميكي للمشهد

النطاق الديناميكي للمشهد هو النسبة بين الأجزاء الأكثر سطوعًا والأخفت في المشهد. وبطبيعة الحال، فإن استخدام مصطلح "المشهد" غامض بعض الشيء. إحدى الطرق لتعريفه بشكل أكثر دقة هي القول بأن النطاق الديناميكي للمشهد هو النطاق الديناميكي للمشهد المسقط على السطح من خلال نظام بصري. فكر في الصورة المعروضة على المستشعر، بدلاً من ما يتم تسجيله بواسطة المستشعر نفسه.


قد يكون النطاق الديناميكي للمشهد بأي قيمة، وقد يكون أكبر من النطاق الديناميكي للجهاز الذي تحاول تسجيل المشهد به.


Dynamic Range of the Scene


The dynamic range of a scene is the ratio between the brightest and the dimmest parts of a scene. Of course, using the term “the scene” is a bit vague. One way to define it more precisely would be to say the dynamic range of a scene is the dynamic range of the scene projected onto a surface through an optical system. Think of the projected image onto a sensor, rather than what is recorded by the sensor itself.


مشهد ذو نطاق ديناميكي منخفض
A scene with low dynamic range


The dynamic range of a scene may be any value, and it could even be larger than the dynamic range of the device with which you are trying to record the scene.

النطاق الديناميكي لأعيننا

النطاق الديناميكي للعين البشرية أكثر تعقيدًا بعض الشيء. وعلى عكس الكاميرا، فإن العين لا تلتقط ببساطة لقطة من الصورة المعروضة على شبكية العين وتخزنها في الدماغ لمشاهدتها. وبدلاً من ذلك، يقوم الدماغ أيضًا بإجراء معالجة معقدة وقوية تنتهي في النهاية إلى ما ندركه بوعي. في الواقع، يقرأ الدماغ باستمرار الإشارات الواردة من العين، ويدمج هذه المعلومات في كل واحد متماسك.

من خلال النظر إلى مناطق مختلفة من المشهد، يمكنك إدراك نطاق ديناميكي كبير إلى حد ما. بمرور الوقت، يمكن للعين البشرية أن تتكيف فعليًا مع مستويات سطوع مختلفة في نطاق حوالي 46.5 توقفًا. ومع ذلك، جزء من هذا النطاق يتكون من مشاهد مظلمة لا يمكن استشعارها إلا عن طريق العصي غير الحساسة للون.


النطاق الديناميكي المتزامن أو النطاق الديناميكي للحالة الثابتة من ناحية أخرى هو في الأساس النطاق الديناميكي الذي يمكن إدراكه في أي وقت دون أي تكيف. إن قياس هذه الكمية مثير للاهتمام إلى حد ما لأنه كان هناك بعض الخلاف حوله.

على سبيل المثال، زعمت الأبحاث السابقة أن 6.6 نقطة توقف، وهذا هو الرقم المقتبس في ويكيبيديا. ومع ذلك، تم اشتقاق هذا الرقم من تجربة قامت بقياس الوقت المستغرق للتكيف مع التغيرات اللونية السريعة. بمعنى آخر، لم يتم الحصول على هذا الرقم الأصلي من تجربة مصممة خصيصًا لقياس النطاق الديناميكي. تم ذكر هذا الرقم أيضًا في كتاب لروبرت ل. مايرز، وهو ما قد يفسر سبب الاستشهاد به كثيرًا.

وفعلاً، صمم الباحثون في جامعة بريستول تجربة مناسبة لقياس النطاق الديناميكي المتزامن للعين بشكل مباشر، وحصلوا على قيمة متوسطة تبلغ 12.4 نقطة توقف.



Dynamic Range of Our Eyes


The dynamic range of the human eye is a bit more complex. Unlike a camera, the eye does not simply take a snapshot of the image projected on the retina and store it in the brain for viewing. Instead, the brain also performs complex and powerful processing that ends up as what we consciously perceive. In effect, the brain continuously reads the signals from the eye, and it integrates this information into a single cohesive whole.

By looking at different areas of a scene, you can perceive a fairly large dynamic range. Over time, the human eye can actually adapt to different brightness levels in the range of about 46.5 stops. However, part of that range consists of dark scenes can that only be sensed by the rods which are not sensitive to color.




باناسونيك G9 + Laowa 2X Macro @ 50 مم، ISO 400، 1/160، f/3.5
Panasonic G9 + Laowa 2X Macro @ 50mm, ISO 400, 1/160, f/3.5


The simultaneous dynamic range or steady-state dynamic range on the other hand is basically the dynamic range that can be perceived at any one time without any adaptation. The measurement of this quantity is rather interesting because there has been some disagreement about it.

For example, earlier research claimed 6.6 stops, and this is essentially the figure quoted on Wikipedia. However, this figure was derived from an experiment that measured the time taken to adapt to rapid color changes. In other words, this original figure was not obtained from an experiment designed specifically to measure dynamic range. This figure was also reported in a book by Robert L. Myers which may explain why it is so often cited.

Researchers at the University of Bristol actually designed a proper experiment to directly measure the simultaneous dynamic range of the eye, and they obtained an average value of 12.4 stops.

Dynamic Range of Cameras

النطاق الديناميكي للكاميرات

أخيرًا، وصلنا إلى أهم شيء في الحياة: النطاق الديناميكي لمستشعر الكاميرا. هذه هي النسبة بين الحد الأقصى للإشارة التي يمكن التقاطها بواسطة المستشعر وأرضية الضوضاء للمستشعر. إن أرضية الضوضاء هي في الأساس النقطة التي لا يمكن عندها تمييز جزء من الصورة عن الصورة الملتقطة دون أن يصل الضوء إلى المستشعر على الإطلاق. التنوير الفوتوغرافي!

في بعض الأحيان يستخدم الأشخاص مقاييس مختلفة للنطاق الديناميكي نظرًا لأن الأجزاء المظلمة من الصورة قد تظل أعلى من أرضية الضوضاء هذه بينما تظل عديمة الفائدة إلى حد ما من الناحية الفوتوغرافية. ومع ذلك، فإن هذه التفاصيل هي خارج نطاق هذه المقالة.

DXOMark هو أحد مواقع الويب التي تنشر قياسات النطاق الديناميكي للكاميرات. على سبيل المثال، إليك بعض القياسات عند ISO الأساسي لكل كاميرا:

At last, we come to the most important thing in life: the dynamic range of your camera sensor. This is the ratio between the maximum signal that can be captured by the sensor and the noise floor of the sensor. The noise floor is essentially the point at which a part of the image would be indistinguishable from an image taken with no light hitting the sensor at all. Photographic enlightenment!

Sometimes people use different measures of dynamic range since dark parts of the image can still be higher than this noise floor while still being fairly useless photographically. However, these minutiae are beyond the scope of this article.

DXOMark is one website that publishes dynamic range measurements of cameras. For example, here are some measurements at the base ISO of each camera: يعتمد النطاق الديناميكي للكاميرا على إعداد ISO. على سبيل المثال، يحتوي جهاز Sony A7IV كما تم قياسه بواسطة DXOMark على نطاق ديناميكي يبلغ 14.7 توقفًا عند ISO الأساسي ولكن 10.2 توقفًا فقط عند ISO 6400. عادةً، يتم الحصول على أعلى نطاق ديناميكي عند ISO الأساسي (غير الممتد).

ونرى أيضًا أن النطاق الديناميكي يزداد مع حجم المستشعر. لذلك، سيكون من الأسهل التقاط النطاق الديناميكي للمناظر الطبيعية الدرامية باستخدام كاميرا ذات مستشعر أكبر بلقطة واحدة فقط، وهو أحد الأسباب العديدة التي تجعل الكاميرات ذات الإطار الكامل مفضلة غالبًا للمناظر الطبيعية.


في رأيي، هذه الأرقام بالتأكيد ليست مفيدة كما كانت من قبل. على سبيل المثال، في وقت واحد كان هناك فرق كبير بين كانون ونيكون من حيث النطاق الديناميكي. لنأخذ على سبيل المثال كاميرا Nikon D610 وCanon 5D Mark III، اللتين تم إصدارهما في نفس الوقت تقريبًا. تتمتع كاميرا D610 بنطاق ديناميكي يبلغ 14.4 عند ISO الأساسي وفقًا لـ DXOMark، بينما تتمتع كاميرا 5D Mark III بنطاق ديناميكي يبلغ 11.7. يمكن أن يكون هذا الاختلاف البالغ 2.7 نقطة توقف ملحوظًا في المقارنات الواقعية، على الرغم من إمكانية التقاط صور رائعة باستخدام كلتا الكاميرتين.

في هذه الأيام، ستمنحك أي كاميرات حالية ذات إطار كامل عددًا صحيًا يزيد عن 14 توقفًا. علاوة على ذلك، هناك العديد من العوامل الأخرى التي تؤثر على جودة الصورة بحيث لا ينبغي المبالغة في التركيز على النطاق الديناميكي للمستشعر





The dynamic range of your camera depends on the ISO setting. For example, the Sony A7IV as measured by DXOMark has a dynamic range of 14.7 stops at base ISO but only 10.2 stops at ISO 6400. Typically, the highest dynamic range is obtained at the base (non-extended) ISO.

We also see that dynamic range increases with sensor size. Therefore, it will be easier to capture the dynamic range of a dramatic landscape with a larger-sensor camera with just one shot, which is one of many reasons why full-frame cameras are often preferred for landscapes.


تم إصدار Pentax K5 في عام 2010 ويبلغ نطاقه الديناميكي 14.1

The Pentax K5 was released in 2010 and has a dynamic range of 14.1
In my opinion, these numbers are definitely not as useful as they used to be. For example, at one time there was a large difference between Canon and Nikon in terms of dynamic range. Take the Nikon D610 and Canon 5D Mark III, which were both released at about the same time. The D610 has a dynamic range of 14.4 at base ISO according to DXOMark, whereas the 5D Mark III has a dynamic range of 11.7. This difference of 2.7 stops could actually be noticeable in real-world comparisons, although of course great images can be made with both cameras.

These days, any current full-frame cameras will give you some healthy number over 14 stops. Moreover, there are so many other factors affecting image quality that sensor dynamic range should not be overemphasized.

ما يجب أن تعرفه عن النطاق الديناميكي

ربما لن تساعدك معرفة أن كاميرتك تحتوي على 14.3 نقطة توقف مقابل 14.8 نقطة توقف... إلا إذا استخدمت النطاق الديناميكي للكاميرا كرقم يانصيب وتفوز. ومع ذلك، هناك بعض الأشياء المفيدة حول النطاق الديناميكي. الأول هو أنه عندما يُعرض عليك مشهد ذو نطاق ديناميكي عالٍ للغاية، فإنك تحتاج إلى محاولة احتواء أكبر قدر ممكن من ذلك في صورتك النهائية قدر الإمكان.


بالنسبة للكاميرات الرقمية والتعريض الضوئي الفردي، فهذا يعني أنه يجب عليك التعريض لليمين؛ بمعنى آخر، يجب عليك التعريض بحيث تكون الأجزاء المهمة الأكثر سطوعًا في صورتك ساطعة قدر الإمكان دون تعريضها للضوء بشكل زائد. علاوة على ذلك، بالنسبة للمناظر الطبيعية، يجب عليك القيام بذلك على ISO الأساسي (إلا عندما لا تستطيع ذلك).

مع الفيلم، الوضع مختلف قليلاً. يتم استرداد التعرض الزائد بسهولة أكبر باستخدام الفيلم السلبي، في حين يتم فقدان تفاصيل الظلال بسهولة كبيرة. وهذا هو عكس الوضع الرقمي، حيث يتم فقدان الإبرازات بسهولة ولكن يتم استعادة تفاصيل الظل بسهولة.

لذلك، مع الفيلم السلبي، من المنطقي المبالغة في التعريض قليلاً للحصول على تفاصيل الظل الإضافية. لا ينطبق هذا على الأفلام الإيجابية أو الشرائحية التي تفقد التفاصيل في التعرض المفرط مثل الأفلام الرقمية.

أخيرًا، مع المشاهد الثابتة في الغالب مثل العديد من المناظر الطبيعية، فإن التقاط تعريضات ضوئية متعددة ودمجها باستخدام شيء مثل تقنية النطاق الديناميكي العالي المتوسط ​​سيؤدي أيضًا إلى زيادة النطاق الديناميكي. بالنسبة للمشهد ذي النطاق الديناميكي الكبير، يمكن التقاط المناطق المظلمة التي قد تكون صاخبة للغاية في مثل هذه الصورة المتوسطة، دون الإفراط في تعريض النقاط البارزة.




What You Should Know About Dynamic Range


Knowing that your camera has 14.3 stops versus 14.8 stops probably won’t help you… unless maybe you use your camera’s dynamic range as a lottery number and you win. However, there are a few things about dynamic range that are helpful. The first is that when you are presented with a very high dynamic range scene, you need to try and fit as much of that into your final image as possible.


Panasonic G9 + Laowa 2X Macro @ 50mm, ISO 200, 1/160, f/5.6
For digital cameras and a single exposure, that means you should expose to the right; in other words, you should expose so that the brightest important parts of your image are as bright as possible without being overexposed. Moreover, for landscapes, you should do this at base ISO (except when you can’t).

With film, the situation is a little different. Overexposure is more easily recovered with negative film, whereas shadows detail is very easily lost. This is the opposite of digital, where highlights are easily lost but shadow detail is easily recovered.

Therefore with negative film, it makes sense to overexpose a little to get the additional shadow detail. This does not apply to positive or slide film which loses detail in overexposure like digital.

Finally, with mostly static scenes such as many landscapes, taking multiple exposures and combining them using something like the averaged high dynamic range technique will also increase dynamic range. For a scene with a lot of dynamic range, dark areas that would otherwise be too noisy can be captured in such an averaged image, without overexposing the highlights.

خاتمة

النطاق الديناميكي ليس شيئًا غامضًا. إنه يخبرك ببساطة بمدى الفرق الكبير بين الإشارات الأكثر سطوعًا والأكثر قتامة، سواء في المشهد أو التي يمكن إدراكها بواسطة المستشعر. في بعض أنواع التصوير الفوتوغرافي، مثل تصوير المناظر الطبيعية، غالبًا ما يكون النطاق الديناميكي للمشاهد مرتفعًا، وبالتالي من المهم احتواء أكبر قدر ممكن منه في صورتك النهائية قدر الإمكان. ولحسن الحظ، فإن الكاميرات الحديثة جيدة جدًا بحيث يمكنك الحصول على صور رائعة حتى في الظروف الصعبة



Conclusion


Dynamic range is nothing mysterious. It simply tells you how great the difference is between the brightest and darkest signals, either in a scene or perceivable by a sensor. In some types of photography such as landscape photography, the dynamic range of scenes is often high, and therefore it’s important to fit as much of it in your final image as possible. Luckily, modern cameras are so good that you should be able to get great images even in challenging conditions