W wielu cyfrowych aparatach fotograficznych, a na pewno we wszystkich lustrzankach wyświetlanemu zdjęciu towarzyszy histogram. Przekonajmy się, czym jest histogram, jak powstaje i co mówi o fotografowanym obrazie oraz o naświetleniu zdjęcia. ...

W wielu cyfrowych aparatach fotograficznych, a na pewno we wszystkich lustrzankach wyświetlanemu zdjęciu towarzyszy histogram. Przekonajmy się, czym jest histogram, jak powstaje i co mówi o fotografowanym obrazie oraz o naświetleniu zdjęcia.

Mechanizm histogramu

Do sfotografowania wybrałem antymotyw czyli kilka tonów, a mianowicie biel, szarość i czerń. Poszczególne tony w formie arkuszy formatu A4 wypełniają całe pole widzenia aparatu fotograficznego i wewnętrznego pomiaru światła. Po sfotografowaniu okazało się, że każde zdjęcie jest identycznie jasne i ma taki sam histogram. Wykres histogramu ma postać słupka. Teoretycznie powinien on być bardzo cienki, ale niedoskonałość rozkładu światła oświetlającego kartkę oraz niedoskonałość równomierności rozkładu światła przez obiektyw troszkę ten słupek poszerzają. Jest to przybliżony histogram jednego tonu.

Niezależnie od fotografowanego pojedynczego odcienia histogram zawsze jest w tym samym miejscu osi poziomej. W przedstawionym tu przykładzie to niemal idealny środek. Jak widać koresponduje to z jasnością obrazu na wyświetlaczu aparatu. Widzimy zatem, czym jest średnia szarość jako obraz i jako histogram. Biel stała się szarością i histogram wylądował na środku, czerń jest taką samą szarością i ma taki sam histogram, podobnie szarość. Dlaczego tak jest?

Każdy pojedynczy neutralny ton po sfotografowaniu staje się szarością z jednakowo wyglądającym histogramem

Dzieje się tak dlatego, że pomiar światła aparatu fotograficznego wszystko sprowadza do jednakowej szarości i nie jest ważne, czy to biel czy czerń. Pomiar światła, gdy widzi dowolny pojedynczy ton, zawsze sprowadzi go do tego samego poziomu naświetlenia i tej samej jasności.

Biel bielą, a czerń czernią

Przekonajmy się kiedy biel stanie się bielą, a czerń czernią. Naświetlam biel i wprowadzam korektę ekspozycji na +1EV, +2 EV i +3 EV. Widać, że histogram przesuwa się w prawo i obraz fotografowanego tonu coraz bardziej przypomina biel. Przy korekcie ekspozycji +3 EV pojawia się w całym kadrze alarm prześwietlenia (migająca czarna plama), co oznacza na zdjęciu wypaloną, pozbawioną szczegółów plamę oraz przypomnienie, że należy zmniejszyć korektę ekspozycji.

Maksymalna biel bez alarmu prześwietlenia w punkcie przesuniętym o +2 i 1/3 EV.

Przy korekcie +2 i 1/3 EV uzyskuję maksymalną biel bez alarmu prześwietlenia. Za każdym razem widzi­my przesunięcie his­togramu względem osi poziomej. Im bardziej przesuwa się w prawo, tym obraz jest jaśniejszy. Oznacza to, że na osi poziomej histogramu z prawej strony są pokazywane coraz jaśniejsze to­ny, a najdalej wy­sunięty punkt, w którym jeszcze nie pojawia się na obrazie alarm prześwietleń, to maksymalna czytelna biel – koniec użytecznej skali naświetleń na światła (używając języka fotografii analogowej). Ekspozycję czerni skorygowałem w stronę niedoświetleń .

Szarość stopniowo zmieniła się w czerń przy ekspozycjach skorygowanych o –1 EV, –2 EV i –3 EV. Im większa ujemna korekta, czyli im większe niedoświetlenie, tym obraz ciemniejszy i zarejestrowany na mniejszej ilości tonów. Za każdym razem histogram przesuwał się względem poziomej osi w lewo – im bardziej, tym ciemniejsze tony obrazu.

Pozioma oś histogramu

Pozioma oś histogramu pozycjonuje wszystkie tony obrazu od skrajnej bieli do skrajnej czerni (patrząc z prawej do lewej) i ma prawo w aparacie fotograficznym nazywać się osią naświetleń. Jest odpowiednikiem użytecznej skali naświetleń w fotografii analogowej – potocznie zwanej szerokością fotograficzną. Naświetlenia aparatem przesuwają fotografowane tony w prawo lub w lewo, ku jaśniejszym lub ciemniejszym tonom. Jeśli z naświetleniem tonu trafimy na właściwe odpowiadające mu miejsce osi, to mówimy o prawidłowej ekspozycji, czyli dobrze dobranej przysłonie i czasie naświetlania. Jeśli błąd naświetlenia najjaśniejszego tonu nie przekroczy zakresu świateł, to da się skorygować – szczególnie, gdy zapisujemy zdjęcia w plikach RAW. Przy niedoświetleniach korekta ekspozycji też jest możliwa, ale im większy błąd, tym większe szumy i mniejsze możliwości modyfikacji odcieni – jest ich po prostu mniej.

Zmiana ekspozycji bieli o +1 EV, +2 EV, +3 EV. Czarna plama przy +3 EV oznacza alarm prześwietleń.

Pomiar światła nie popisał się, jest tylko bezmyślnym narzędziem i sam z siebie nie widzi, jaki ton naświetla.

Szarość stopniowo zmienia się w czerń przy ekspozycjach skorygowanych o –1 EV, –2 EV i –3 EV.

Fotografujemy kontrast

Co się stanie gdy sfotografujemy czerń i biel jednocześnie?

Kontrast bieli i czerni wypełnia pół na pół całe pole widzenia

W kadrze oba tony zajmują tyle samo miejsca. Automatyka naświetleń apara-tu fotograficznego naświetla je prawidłowo, to znaczy biel jest biała – prawa strona histogramu, zaś czerń czarna – lewa strona. Odpowiadające histogramowi odcienie wyglądają tak, jak poprzednie fotografowane „solo”, po skorygowaniu ekspozycji. W obrazie nie ma nic więcej, stąd histogram to tylko dwie „piki” – jedna to biel, a druga czerń. Jaki z tego wniosek? Pomiar światła, widząc kontrast stara się go zmieścić w użytecznej skali naświetleń matrycy cyfrowej (dawniej – błony światłoczułej). Jednak światłomierz nie do końca wie, co mierzy, bo wystarczy zachwiać proporcje czerni i bieli, by popełnił błąd.

Ekspozycje automatyczne tego samego kontrastu w różnych proporcjach pól powierzchni.

Oto dwa proste przykłady: dużo bieli i mało czerni oraz dużo czerni i mało bieli. Pomiar światła nie do końca to rozumie, a szkoda. Pierwsze zdjęcie naświetla za krótko czyli trochę podobnie jak samą biel, zaś drugie prześwietla podobnie jak samą czerń. Przedstawiony przykład ma odniesienie do rzeczywistości, gdy weźmiemy pod uwagę na przykład poranną mgłę – dużo bieli i mało czerni lub maszynistę w białym fraku na tle czarnej lokomotywy parowej.

Jak widać histogram zaczyna być bardzo cenny. Pozwala ocenić naświetlenie na monitorze aparatu fotograficznego, niezależnie od jakości oglądanego obrazu i oświetlenia, przy którym go analizujemy. Histogram pokazuje kontrast i błąd ekspozycji. Położenie tonów względem osi naświetleń sugeruje właściwą wartość korekty. To bardzo cenna cecha histogramu – zupełnie nowa jakość w stosunku do fotografii analogowej. Swoją drogą szkoda, że pomiar matrycowy światła nie daje sobie rady nie tylko przy tonach pojedynczych, lecz również przy zachwianych proporcjach tonów w obrazie.

Obraz testowy złożony z trzech tonów z dominującą bielą, prawidłowo zmierzony przez automatykę naświetleń aparatu fotograficznego. Każdemu odcieniowi odpowiada jeden słupek histogramu.

Rozbudowuję obraz testowy o kolejny ton (wszak rzeczywistość rzadko bywa biało-czarna) i okazuje się to sukcesem, pomimo częściowego zachwiania proporcji pól. Bieli jest tyle samo, co czerni i szarości razem, a naświetlenie pomiarem matrycowym idealne. Zatem im mniejsze zachwianie proporcji odcieni i im jest ich więcej, tym lepsze naświetlenie na użytecznej skali naświetleń. Tu tak naprawdę nic się nie zmieniło w stosunku do fotografii analogowej.

Proporcje odcieni

Kolejną serię zdjęć wykonałem przy stałej manualnie dobranej ekspozycji. Różnią się one tylko proporcjami poszczególnych odcieni. Widać na nich, że gdy danej barwy jest mało, to odpowiadający jej słupek staje się niski, ale uwaga! – położenie tonalne słupków na osi naświetleń się nie zmienia. Zatem histogram nie tylko pokazuje położenie naświetlonego tonu względem poziomej osi, lecz również ilość danego odcienia na osi pionowej. To może ułatwiać identyfikację tonalną obiektu na histogramie, choć w praktyce nie do końca tak jest. Przydałby się kursor, który po najechaniu na szczegół fotografowanego motywu (na przykład twarz) pokazywałby dokładnie położenie na histogramie. Anzelm Adams na pewno by się ucieszył, widząc swą metodę naświetleń strefowych we współczesnym superdokładnym i bardzo prostym wydaniu.

Zmniejszenie powierzchni odcienia ma wpływ na wysokość odpowiadającego mu słupka histogramu.

Teraz pora na wygenerowanie z posiadanych tonów kilku syntetycznych obrazów o różnym układzie poszczególnych odcieni i naświetlenie ich w oparciu o pomiar matrycowy i automatykę naświetleń.

Aparat z doskonałym pomiarem światła każde zdjęcie naświetliłby tak samo, bo kontrast i jasności są te same, a różnica w proporcjach nie powinna mieć wpływu na wynik. Jak widać, rozrzut pomiędzy ekspozycjami wynosi 1 EV, to znaczy od 0”3 s do 0”6 s przy stałej przysłonie 5,6. Ważne, że na każdym zdjęciu światła są czytelne i praktycznie z każdego pliku zapisanego w formacie RAW da się wykonać wysokiej jakości odbitkę. W końcu rozrzut ekspozycji 1 EV dla formatu zapisu RAW jest praktycznie niewidoczny.

Naświetlenie przy pomocy pomiaru matrycowego i automatyki naświetleń obrazów skomponowanych z różnie ułożonych takich samych czterech odcieni. Pomimo rozrzutu ekspozycji każde naświetlenie mieści się w tolerancji, co widać na histogramach obok podglądu.

Histogram w praktyce

Teraz sfotografuję prawdziwy motyw, stosując różne ekspozycje. Celowo go prześwietlę i niedoświetlę. Zinterpretujmy różnice pomiędzy poszczególnymi naświetleniami za pomocą histogramu.

Zacznijmy od prawidłowej ekspozycji. Widać pełne zróżnicowanie tonów na histogramie. Kontrast motywu idealnie wypełnia użyteczną skalę naświetleń, zwaną inaczej zakresem dynamiki matrycy cyfrowej. Motyw charakteryzuje się bogactwem tonalnym (w odróżnieniu od jedno, dwu lub 4 tonowych motywów testowych), co w sumie przyjęło kształt „górek” i „dolinek” złożonych w rzeczywistości ze słupków odpowiadających poszczególnym odcieniom.

		Motyw naświetlony prawidłowo i z korektą ekspozycji od –2 EV(niedoświetlenia) do +2 EV (prześwietlenia). Czarne plamy (w rzeczywistości migające) na zdjęciach prześwietlonych o 1 i 2 EV to alarm prześwietleń. Każdemu zdjęciu na podglądzie odpowiada histogram.

Zdjęcie z korektą ekspozycji +1 EV ma histogram przesunięty w prawo. Światła „przykleiły” się do osi i wyszły poza zakres użytecznej skali naświetleń. Włączył się alarm prześwietleń. Cienie są rozjaśnione i bogatsze w walory tonalne niż na prawidłowo naświetlonym zdjęciu. Tę fotografię da się uratować z pliku RAW i, co ciekawe, będzie ono miało znakomitą jakość. Kolejne zdjęcie prześwietlone o +2 EV jest nie do uratowania. Przesunięcie tonalne świateł jest zbyt duże i nie do skorygowania. Pozostanie brzydka, wypalona plama.

Kolejne zdjęcie niedoświetlone o –1 EV. Przesunięcie histogramu w lewo oznacza ciemniejsze światła i, co najgorsze, mniejszą ilość walorów tonalnych w cieniach. To zdjęcie da się skorygować z pliku RAW, ale będzie na nim więcej ziarna i gorsze odwzorowanie walorów tonalnych w cieniach. Niedoświetlenie o –2 EV pogłębi te zjawiska i jeszcze bardziej pogorszy jakość obrazu.

Rozsunięcie zapisanych odcieni na histogramie informuje o kontraście fotografowanej sceny. Im większe, tym większy kontrast. Motywy o małym kontraście – wspomniana mgła o poranku – warto prześwietlić czyli przesunąć na histogramie w prawo, ale tak, by nie przepalić świateł. Taki obraz zapisany w formacie RAW zawiera ogromną ilość informacji, które przekładają się po przekonwertowaniu na znakomitą jakość obrazu.

Histogram a balans bieli

Aparaty fotograficzne pokazują nie tylko histogramy jasności odpowiedzialne za prawidłową ekspozycję, lecz również składowe histogramy kolorów RGB. Te histogramy informują o balansie bieli. Gdy się pokrywają, to znak, że balans bieli został dobrany prawidłowo. Dlatego tak ważne jest, by były wyświetlane jeden pod drugim.

Rozsunięte histogramy barwne informują o deformacji balansu bieli. Po skorygowaniu indywidualnym balansem bieli pokrywają się.

Jak widać histogram to zupełnie nowa jakość oceny naświetlenia, kontrastu i balansu bieli. Warto świadomie z tego narzędzia korzystać, by wydobyć maksimum możliwości z posiadanego cyfrowego aparatu fotograficznego.

Czy da się na podstawie histogramu powiedzieć, co się fotografowało?

W odwrotną stronę zawsze, ale są pewne wyjątki…

… jak będzie wyglądać obraz którego histogramem jest pozioma linia prosta?

Jerzy Lech

PS. Odpowiem w tajemnicy, że będzie to klin szary bezstopniowy czyli z płynnym przejściem od bieli do czerni.