الفرق بين ال Tone-Mapping وال HDR

لاحظت مؤخراً ومع انتشار التصوير بتقنية ال HDR ان الكثير يخلط بين عملية ال Tone-Mapping وبين ال HDR. في هذا الموضوع سأحاول توضيح الفرق بينهما.

قبل ان ابدا سأعطي نبذة سريعة عن ال HDR لان ذلك ضروري قبل الدخول في موضوعنا الرئيسي.

كلمة HDR هي اختصار للمصطلح الانجليزي High Dynamic Range وهو مصطلح يستخدم لوصف التقنيات ذات المدى الضوئي الديناميكي العالي. والمدى الضوئي الديناميكي العالي في حساس الكاميرا يقصد به ان الحساس قادر على استيعاب عدد كبير من تدرجات الاضاءة (جملة غير دقيقة لكن للتبسيط فقط). فجميع الكاميرات الرقمية المصنعة الى يومنا هذا غير قادرة على استيعاب تدرجات كبيرة من الاضاءة ولذلك لو حاولت تصوير برج ايفل في باريس مثلا فانك لن تستطيع تصوير صورة واحدة مشابهة لما تراه بعينك المجردة.

فلو نظرنا الى الصورة التالية نجد ان الصورة الكبيرة هي اقرب الى ما نشاهده بأعيننا (رغم ان فيها بعض مظاهر الحروق التي سنناقشها لاحقا) اما الصور الصغيرة فهي اقرب لما تستطيع الكاميرات التقاطه.

وفي المشهد السابق لن تستطيع الكاميرا التقاط تعريض صحيح للسماء والحشائش في نفس الوقت فاذا قمنا بتصحيح التعريض حسب شدة الاستضاءة في السماء فستكون الحشائش شبه سوداء. أما اذا قمنا بتصحيح التعريض حسب شدة الاستضاءة على الحشائش فستكون السماء شبه بيضاء وهذا سببه ان المدى الضوئي الديناميكي لحساس الكاميرا منخفض جداً.

وهذا يفسر تعليقات اغلب القادمين من السفر بان صورهم لا تعكس ماكانوا يرونه بأعينهم!

تم تطوير تقنية ال HDR لحل هذه المعضلة وهدفها هو تمكين الكاميرات ذات المدى الضوئي الضحل من التقاط صور كما تراها عين الانسان والتي تتميز بمدى ضوئي عالي فسبحان الله خالق هذه العين التي مازالت تقنيات التصوير تحاول الاقتراب من اعشار قدراتها!

اذن فباستخدام تقنية ال HDR فانه من المفترض اننا سنستطيع الحصول على مدى ضوئي عالي باستخدام الكاميرا، فكيف يمكن ذلك؟ تقنية ال HDR مبنية على اساس انه يمكننا الحصول على مدى ضوئي ديناميكي عال عن طريق دمج مجموعة من الصور ذات المدى الضئي الضحل. فما لا تستطيع الكاميرا التقاطه دفعة واحدة تستطيع التقاطه على عدة دفعات (كما في الصور الصغيرة اعلاه) ثم يتم دمج الصور رقميا بحيث نحصل على صورة واحدة ذات مدى ضوئي عال.

—————————————

الآن وبعد ان فهمنا تقنية ال HDR بشكل مبسط فانه من الطبيعي ان نسأل، ماهو ال Tone-mapping وما اهميته؟ ولماذا نحتاجه طالما ال HDR تحل مشكلة المدى الضوئي؟

هنا يأتي الالتباس، فكثير من المصورين يعتقد ان عملية ال Tone-mapping هي عملية ال HDR رغم انهما عمليتان مختلفتان تماما لكنهما مرتبطتان بشكل كبير لان عمل احداهما يستلزم القيام بالعملية الأخرة والعكس غير صحيح (سأوضح ذلك لاحقا).

عند دمج مجموعة صور لتكوين صورة ذات مدى ضوئي عالي قريب لما تشاهده عين الانسان فاننا سنواجه مشكلة أخرى وهي شاشة الحاسب وكذلك طابعة الورق وغيرها من الوسائط. فاغلب تلك الوسائط غير قادرة على عرض الصور ذات المدى الضوئي العالي. فكما ان الكاميرا غير قادرة على التقاط صور ذات مدى ضوئي عالي فان شاشاتنا مثلا ايضا هي الأخرى لا تستطيع عرض الصور ذات المدى الضوئي العالي وهذا ما يستدعي استخدام تقنية ال Tone-Mapping والهدف من هذه التقنية هو تقريب اضاءة الصور ذات المدى الديناميكي الضوئي العالي بحيث تستطيع شاشاتنا عرضها بشكل صحيح والمشكلة هنا هي من الشاشة وليس من الصورة نفسها.

وعلى سبيل المثال فانه اذا قمنا بدمج مجموعة الصور التالية في برنامج الدمج الشهير فوتوماتيكس:

فان نتيجة ال HDR ستكون هكذا

ومن الواضح ان الصورة الناتجة غير طبيعية والعيب هنا كما ذكرنا هو في الشاشة وليس في الصورة. يمكننا في هذه المرحلة حفظ الصورة ولكن للأسف لن نستطيع مشاهدتها بهذه الشكل الا ان تم تطوير شاشات متطورة في المستقبل قادرة على عرض صور ذات مدى ضوئي عالي وهذا ما اتوقع حدوثه في المستقبل.

لكن ما دامت شاشاتنا بهذه المحدودية فان الطريقة الوحيدة لعرض الصور بشكل صحيح هو ان نقوم بتقريب تدرجات الالوان والاضاءة بحيث تستطيع الشاشة عرضها وهذه هي بالضبط وظيفة ال Tone-mapping.

اذا فعملية ال Tone-Mapping ستحول لنا الصورة السابقة الى صورة قابلة للعرض على الشاشة بهذا الشكل:

———————————————–

الآن وبعد هذه المقدمة نعود الى سؤالنا الأساس: ما هو الفرق بين ال HDR وال Tone-Mapping وما سبب الخلط بينهما؟

الفرق بينهما يكمن في أن ال HDR هو حل لمشكلة المدى الضوئي الضحل لحساسات التصوير أما ال Tone-mapping هو حل لمشكلة المدى الضوئي الضحل للشاشات. أما سبب الخلط بينهما هو ان شاشاتنا اليوم كلها ذات مدى ضوئي ضحل ولذلك فان كل عملية HDR تتبعها عملية Tone-mapping بحيث يعتقد المصور انهما عملية واحدة. لكن الفرق بينهما سيكون واضحا مستقبلا عند عدم الحاجة الى ال Tonemapping وذلك عند اصدار شاشات ذات ميدان ضوئي عالي.

ومع تطور التقنية فانه من المفترض ان تكون حساسات الكاميرات كلها بتقنية HDR بحيث لا نحتاج ان نقوم بها يدويا. وفي المستقبل ايضا اتوقع أن تكون جميع الشاشات مزودة بتقنية HDR بحيث لا نحتاج الى عملية ال Tone-mapping لعرض الصور نهائيا….

الان ننتقل الى نقطة مهمة أخرى وهي: ما سبب ظهور الحروق والتعتيق في اغلب صور ال HDR؟

لو نظرنا الى صورة برج ايفل في بداية الموضوع للاحظنا ان السماء تبدوا وكانها محروقة. و اغلب صور ال HDR التي نراها في الانترنت فيها نفس الحروق. بل ان هذه الحروق ارتبطت ارتباطا وثيقا بال HDR الى درجة ان الجميع اصبح يحكم على صور ال HDR عن طريق هذه الحروق. ووصل الامر الى اكثر من ذلك فاصبحت كل صورة تحتوي على حروق تسمى HDR، فهل هذا صحيح؟

بالطبع ما يروج في الشبكة اغلبه غير صحيح فالحروق التي نراها سببها ال Tone-Mapping وليس ال HDR ولو تم تطبيق عملية ال Tone-mapping بطريقة صحيحة لما ظهرت تلك الحروق وانما لظهرت صورة اشبه ما نراه بعيننا المجردة.

شخصيا قمت بعملية دمج صورة بتقنية HDR ثم قمت بعملية ال Tone-mapping بطريقة سليمة فظهرت لي الصورة كما توقعت…كما كنت اراه بعيني في الواقع وليس فيها اي حروق.

————————————————

ما سبب تلك الحروق؟

سبب الحروق هو المبالغة في عملية ال Tone-mapping فعندما نقوم بتقريب الالوان اكثر من المطلوب تصبح الالوان اقرب الى الالوان التي يستخدمها الرسامون وبالتالي تتحول الصورة وكانها لوحة مرسومة باليد مع بعض الحروق. ورغم ان هذا لم يكن الهدف من التقنية الا ان المصورون المبدعون وجدوا ان النتيجة لها قيمة فنية عالية فقاموا بالتعمد في زيادة ال Tone-mapping لزيادة التأثير الذي احبوه.

اذن وبعد هذا التوضيح نستنتج ان تأثير الحروق والرسم هو احدى نتائج الاستخدام المبالغ فيه لعملية ال Tone-mapping.

———————————————

هل احتاج الى تقنية HDR لكي احصل على تأثير الحروق؟

بالطبع لا فكما ذكرنا فان عملية Tone-mapping هي عملية مغايرة لل HDR ويمكن تطبيقها على الصور العادية كما يمكن تطبيقها على ال HDR وبالتالي يمكننا الحصول على تأثير الحروق بدون القيام بتصوير عدة صور ومن ثم دمجها. ورغم ان عملية ال Tone-mapping متميزة في برنامج Photomatix الا انها موجودة في اغلب برامج معالجة الصور. فمثلا هناك امر Shaddow/Higlights في برنامج فوتوشوب وهو احد انواع ال Tone-mapping ويمكن تطبيقة على الصور العادية كما يمكن تطبيقه على صور ال HDR. لكن نظام فوتوماتيكس تفوق على نظام الفوتوشوب في هذه التقنية بالتحديد.

وما يفعله اغلب المصورون هذه الايام هو خطأ كبير جدا وارجو التركيز على هذه النقطة. يقوم اغلب المصورون هذه الايام بتحويل الصورة العادية الى ثلاث صور في برنامج فوتوشوب مثلا مع تغيير التعريض رقميا. بعد ذلك يقومون بدمج الصور على انها HDR وبعد الانتهاء من ذلك يقومون بعمل ال Tone-mapping لكي يحصلو على التأثير المطلوب.

هذه العملية فيها مشكلة كبيرة جدا فعندما نقوم بتخزين الصورة على شكل ثلاث صور ثم ندمجها مع بعض فهو كمن يقطع صورة عادية ثم يدمجها ويسميها بانوراما!!!!

ان تخزين صورة واحدة بعدة تعريضات ثم القيام بعمل HDR على الصورة هو عملية لا تضيف اي شي الى الصورة بل انها تقلل من جودة الصورة بسبب عملية الفصل والدمج بالاضافة الى ذلك فانها تتعب المصور وتستهلك وقته في القيام بعدة عمليات غير ضرورية.

—————————————

ما هي اسهل طريقة للحصول على تأثير الحروق والرسم ؟

ان اسهل طريقة للحصول على تأثير الحروق والرسم هو تحويل الصورة الى نظام الوان 16-bit ومن ثم القيام بعمل Tone-mapping على الصورة مباشرة في برنامج Photomatix للحصول على نفس التأثير.

التحويل الى 16-bit هو امر موجود تحت قائمة Image -> Mode في الفوتوشوب ولا يستغرق الأمر اكثر من ثانية للقيام به! وبمجرد تحويل الصورة الى 16-bit ستلاحظ انك تستطيع القيام بعملية ال Tone-mappig الفنية التي احبها الجميع في برنامج ال Photomatix !

هذا مثال على صورة عادية واحدة تم عمل Tone-Mapping عليها لاظهار تفاصيل السماء بشكل اكبر ولعمل تأثير فني:

هذه الطريقة تتميز بانها قليلة الخطوات وتحافظ على جودة الصورة ووقت المصور معا!

اتمنى ان اكون وضحت الفرق بين ال Tone-mapping وال HDR وكذلك ان يسهل الموضوع الحصول على صور Tone-mapped بتأثيرات الرسم والحروق بدون انخفاض جودة الصورة!

 

ملاحظة: احب ان انوه قبل انهاء الموضوع ان حل مشكلة المدى الضوئي ليست هي المشكلة الوحيدة في الكاميرات ولذلك فان حلها لا يحل جميع المشاكل والتي تجعل الصورة مختلفة عن ما ننظر اليه في الواقع لكن الموضوع لا يسع للتحدث عن الفروق الأخرى!

سلام….