Эффекты линейности

Фотопленка нелинейна. Это значит, что в светах и тенях контраст меньше, чем в средних тонах. Во многом такое соотношение имитирует восприятие света человеком, в результате чего фотографическое изображение выглядит для нас очень естественно. Фундаментальная разница между пленочной и цифровой фотографией состоит в природе цифровых матриц, которые являются линейными устройствами.
Рисунок 1. Характеристическая кривая (зависимость плотности негатива от экспозиции). Фотоплёнка нелинейна, это значит, что в светах и тенях контраст именно меньше, чем в средних тонах.
Важно, что реакция матрицы на свет критична для выбора экспозиции и качества изображения. Это делает точный выбор экспозиции для цифровых камер необычайно важным. Следует рассеять распространенное заблуждение, что точное экспонирование несущественно, поскольку потом программно все можно подправить. Давайте глубже разберемся, как цифровые матрицы регистрируют свет и как это сказывается на доступности информации о тональном диапазоне, с которым приходится работать фотографу.
Рисунок 2. Линейная зависимость плотности от экспозиции. Матрица — линейное устройство и реагирует на свет совсем иначе, чем плёнка.
Как уже обсуждалось, типичная матрица имеет ДД около 6 ступеней. Представим себе эти 6 ступеней в виде 6 трубочек, поставленных в ряд. Аналогично 12-битовый файл с RAW-изображением содержит 4096 тональных уровней. Теперь рассмотрим, как распределены(в нашем случае — собраны в каждую из трубочек) эти 4096 уровней.
Рисунок 3. Диаграмма показывает, как 4096 уровней генерируется типичной DSLR-камерой и распределяются по динамическому диапазону матрицы.
Используем пример с трубочками. Первая трубочка, имитирующая самую яркую ступень экспозиции, наполнена доверху и содержит половину всех доступных уровней (2048). Как следующая ступень экспозиции, вторая трубочка содержит половину от предыдущего числа (1024), третья — четверть (512). И так далее — до самой темной ступени экспозиции, которая заключает в себе 64 уровня (т.е. последняя трубочка заполнена на 1/32 от полной емкости).

На цифровой фотографии справа тени сильно недодержаны, в них мало информации, с которой можно работать. Основная тональная информация сосредоточена в светах снимка. Это означает, что при попытке осветлить недодержанное изображение появится полосчатость, или постеризация (различимые глазом тональные ступеньки), представляющая собой типичную ошибку.
Кроме того, на распределение световой информации сильно влияет отношение «сигнал — шум», от которого во многом зависит качество изображения.
Рисунок 4. Недодержка области теней приводит к визуально ощутимой полосчатости и возрастанию цифрового шума, ухудшающих качество изображения.