О цветопередаче в аквариумной фотографии

Автор: Евгений Грановский

При рассматривании фотоснимков зритель подчас восклицает: "Какие натуральные и красивые цвета на этой фотографии!" Впрочем бывает и иначе. "В реальности таких цветов нет. Это фейк", хотя просмотр данных EXIF и гистограммы показывает, что это камерный JPEG без обработки.

Сейчас, когда все больше аквариумистов увлекается фотографией, и после того как самые насущные задачи (как сфотографировать рыбу без смаза и т.п.) оказываются решенными, вопрос о корректной цветопередаче возникает все чаще. В этой статье я попробую представить более углубленный и обобщенный взгляд, чем это возможно сделать в формате интернет-форума. На самом деле, проблема цветопередачи остро стоит не только в аквариумной, но и общей фотографии. В особенности она затрагивает фотографов-портретистов и свадебщиков в передаче оттенков человеческой кожи (т.к. называемых "скинтонов"). Впрочем, есть и другая точка зрения, заключающаяся в том, что само понятие "цветопередача цифровой фотокамеры" абсурдно, ибо имеющийся функционал позволяет получить любые цвета не зависимо от модели камеры.

photo1_h_carpintis1.jpg   photo1_h_carpintis2.jpg
Только опытный аквариумист, увидев фотографии этих рыб, сделанных разными фотографами, разными камерами и в разных условиях освещения, сможет поверить, что это представители одного и того же вида – Herichthys carpintis.
Слева: фото А. Фейста, камера Nikon D60. Справа: фото К. Рожка, камера Canon EOS 50D

Так что есть "цвет" в цифровой фотографии и откуда такая разница цветов на фотоснимках?

Прежде всего нуждаются в осмыслении два существенных момента. Во-первых, это аквариумный свет. Наши аквариумы, как правило, оснащены специальными аквариумными лампами, нередко с доминирующими синими или красными составляющими спектра. Уже это само по себе делает окраску рыб достаточно своеобразной и отличной от того, как те же рыбы выглядят в природном водоеме в свете проникающих сквозь воду солнечных лучей. Что считать истинным цветом? Здесь по-видимому мы должны сказать себе, что "истинным" является тот цвет который мы видим в своем аквариуме, и если фотоаппарат способен воспроизвести его корректно, это уже хорошо. Но данный подход имеет как минимум один существенный недостаток. Зритель, увидевший яркую фотографию рыбы, сделанную при свете лампы Sylvania GroLux, запротестует: "Не верю!" и будет прав, ибо в его аквариуме, освещенном лампами Hagen SunGLO, та же рыба имеет совсем другие цвета. В этой связи встает вопрос о неком унифицированном стандарте, который, может быть, в будущем будет сформулирован, но пока его не существует.

photo1_c_sajica1.jpg   photo1_c_sajica2.jpg
Еще пара снимков, демонстрирующих, как ярко и различно могут выглядеть Cryptoheros sajica, сфотографированные при разном освещении и разными моделями камер.
Слева: фото А. Алабина, камера Nikon D60. Справа: фото В. Лязгина, камера Canon PowerShot A95

Во-вторых, это мониторы. Поскольку фотографии рыб, которые мы видим и которыми обмениваемся — это чаще всего фотографии, выложенные в интернет, следует задуматься, а как они выглядят на экранах у других зрителей. И вот здесь мы затрагиваем еще одну "больную" тему — выбора и калибровки устройства отображения. Считается, что жидкокристаллические мониторы с TN-матрицей, в принципе, непригодны для адекватного отражения цветов и очень трудно поддаются калибровке. А таковых сейчас в домашнем использовании и особенно в офисах по-прежнему большинство, поскольку они дешевле, чем мониторы с MVA (PVA) и S-IPS матрицами. Настройка системы управления цвета (color management system — CMS) на компьютере предполагает наличие специального профиля монитора, созданного с помощью программно-аппаратных (или хотя бы просто программных) средств. Все это призвано привести цветопередачу дисплея к единому стандарту. Имеет ли это место на самом деле? Чаще нет, чем да. См. обои для проверки калибровки монитора. Кроме того не все веб-браузеры поддерживают эту самую CMS. Поэтому фотограф, выкладывая свою работу в интернет, должен быть морально готов, что зрители увидят ее немного (или даже совсем) другой, чем он сам, причем скорее всего в менее выигрышном свете, т.к. лучше всего фотоизображение смотрится, как правило, на том компьютере, на котором оно подготавливалось.

photo1_c_incisus_srgb.jpg
 
photo1_c_incisus_pph.jpg
Поддерживает ли ваш веб-браузер CMS? Чтобы узнать это, сравните два изображения Glossolepis incisus. Первое с профилем sRGB, второе преобразовано в более широкое цветовое пространство ProPhoto и также содержит внедренный профиль. Если цвета обоих изображений отображаются одинаково – поддерживает, если видны явные отличия – нет.
Фото Е. Грановского. Камера Olympus E-3, объектив Zuiko Digital ED 50 мм f/2 Macro, вспышка Metz 58 AF-1

Теперь вернемся к исходному вопросу. Почему цифровые фотокамеры отображают цвет на фотоснимках по-разному?

Первая и наверное самая распространенная причина — баланс белого. См. Приложение 1. Ошибки баланса белого влекут в зависимости от условий съемки искажение цветопередачи на снимке в сторону теплых янтарных или холодных синих оттенков. К примеру, если снять аквариум, освещенный лампами накаливания (цветовая температура 3000К) с настройками на дневной солнечный свет (5500К), то фото "уйдет" в красноту и желтизну. И наоборот, если при съемке со вспышкой, цветовая температура которой близка к солнечному свету, выставить баланс белого по лампам накаливания, картинка получится излишне синей. И наиболее трудный случай — когда сцена освещена сразу двумя и более источниками света с разной цветовой температурой. Человеческое зрение к таким условиям способно адаптироваться (см. Приложение 2), фотокамера — нет. При этом правильный баланс белого для всей сцены целиком настроить невозможно.

Настройки баланса белого можно выставлять вручную, либо доверить это автоматике фотоаппарата. При фотографировании рыб и аквариумов автоматический баланс белого (AWB) цифровых камер может ошибаться, что приводит к цветовым искажениям. В частности, несмотря на все усилия производителя, много нареканий пользователей вызывает работа автоматики баланса белого в камерах Nikon.

Наиболее простым с точки зрения настройки баланса белого случаем является съемка со вспышкой при низких значениях ИСО и коротких выдержках, когда импульсный свет, имеющий цветовую температуру, близкую к 5500К, "забивает" все другие источники света. Даже если автоматика камеры по каким-то причинам плохо отрабатывает свою задачу, в этом случае достаточно использовать предустановку "вспышка" (flash), и цвета "встанут на место". Однако данный метод съемки, с учетом того, что чаще всего используется прямой свет встроенной вспышки (реже внешней накамерной), влечет целый ряд негативных моментов, связанных прежде всего с отражениями и бликами.

photo1_rocio_octofasciata.jpg   photo1_b_tricoti.jpg

На фото слева хорошо виден эффект выбеливания блестящих бирюзовых чешуек у самки Rocio octofasciata при съемке со вспышкой. Но бывает и наоборот, когда прямой свет вспышки усиливает элементы окраски, слабо проявляющиеся при штатном освещении, как на фотографии Benthochromis tricoti справа. Фото Е. Грановского. Слева: камера Canon EOS 30D, объектив Canon EF 24-105 мм f/4 L, вспышка Speedlite 420EX. Справа: камера Olympus E-3, объектив Zuiko Digital ED 12-60 мм f/2.8-4.0 SWD, вспышка FL-50R

Противоположный случай — это фотосъемка без вспышки на высоких ИСО, сравнительно длинных выдержках и открытой диафрагме. Такой метод имеет свои недостатки (вялая тональность, цифровой шум, опасность смаза, малая ГРИП, недосвеченность основного объекта снизу, а нередко и недосвеченность основного объекта целиком по сравнению с ярким фоном), но становится все более популярен благодаря техническому прогрессу цифровых фотокамер, показатели рабочих ИСО которых неуклонно возрастают. Кроме того, не нужно приобретать дорогостоящую внешнюю вспышку. Также считается, что съемка без вспышки дает наиболее достоверную цветопередачу. Но вот здесь не все так просто, поскольку мы имеем дело с люминесцентными лампами. См. Приложение 3 . Эти источники света обладают специфическим "рваным" спектром. Их паспортная цветовая температура соответствует не истинной цветовой температуре, а зрительным ощущениям. Но цифровая камера воспринимает цвет иначе, чем глаз. Разнообразие ламп очень большое. Возникает проблема настройки баланса белого. Автоматика камеры в таких условиях — как правило, плохой помощник. Но и это еще не все. Многие аквариумисты используют сочетание ламп различных спектров (белая + голубая, белая + красная), тем самым создавая оптимальные условия для роста растений или красивый вид аквариума, но одновременно еще более усложняя подбор адекватного баланса белого при фотосъемке. И тогда может не помочь даже такой надежный способ, как выставление баланса белого "по белому листу".

photo1_c_cutteri1.jpg
Пара Cryptoheros cutteri. Этот фотоснимок примечателен не только великолепно построенной композицией кадра, но и хорошо заметной разницей в оттенках окраски рыб. Фото А. Алабина. Камера Nikon D60, объектив Nikkor AF 50 мм f/1.8D. Аквариум освещен четырьмя лампами JUWEL. Порядок ламп от смотрового стекла: первая лампа – COLOUR, вторая – DAY, третья и четвертая – NATURE. Ближняя рыба стоит между первыми двумя лампами, рыба на втором плане – между второй и третьей.

Третий, и очень распространенный, случай — сочетание умеренно высоких значений ИСО и вспышки. Штатный аквариумный светильник играет роль рисующего света, а вспышка — заполняющего, хотя большинству практикующих данный метод фотографов эти термины скорее всего не известны. Фотосъемка производится на полном автомате и с автоИСО. Используемая камера — чаще всего "однокнопочный" цифрокомпакт, но нередко режимы "зеленой зоны" находят применение и на "цифрозеркале". Результат выходит не всегда достоверным: вспышка бликует, в цветопередаче могут возникать сильные искажения из-за сочетания заведомо разных источников света и неуверенной работы AWB. Однако этом методе тоже есть свой плюс: использование заполняющего света вспышки позволяет добиться лучшей, нежели при фотографировании без нее, проработки основного объекта съемки. Если при съемке контролировать глубину резкости, блики и баланс белого, то может даже получиться снять лучше, чем в предыдущих двух случаях.

И, наконец, наиболее грамотным (но в силу ряда объективных и субъективных причин мало распространенным в аквафотографии) решением видится съемка с применением двух и более выносных вспышек или студийных приборов (галогеновых или импульсных) со стабильными показателями цветовой температуры, позволяющих достичь как реалистичной цветопередачи, так и хорошего светотеневой проработки.

photo1_amphilophus.jpg
Качественное воспроизведение оранжево-красной окраски представителей комплекса Midas Cichlid для многих моделей цифровых фотоаппаратов оказывается проблематичным даже при правильно выставленном балансе белого. За год использования в общем-то очень неплохой по многим параметрам камеры Nikon D200 автору так и не удалось подобрать настройки, позволяющие получать искомый цвет без основательной цветокоррекции. В итоге, проблема решилась сама собой с переходом на Olympus E-system. Однако красный цвет Olympus тоже является не вполне "честным" и во многом основан на эффекте "memory colors".
Фото Е. Грановского. Камера Olympus E-620, объектив Zuiko Digital ED 12-60 мм f/2.8-4.0 SWD, вспышка FL-50R

2. Что делать, если баланс белого выставлен правильно, но цвета все равно получаются нереалистичными или не устраивают по какой-то другой причине? В таких случаях "бывалые" советуют "покопаться в цветовых настройках камеры", использовав функционал компенсации баланса белого (а еще лучше снимать в RAW — об этом чуть позже). Помимо цветовой температуры для тонкой подстройки цветового оттенка баланса белого существует еще один параметр. Это так называемый "tint" (англ. "оттенок") — характеризующий степень отклонения в зеленый/красный. На различных камерах функция компенсации баланса белого реализована по-разному, но суть ее — это сдвиг оттенка по шкалам "янтарный–синий" и "зеленый–красный".

Камерные настройки, не относящиеся непосредственно к цветопередаче, но тем не менее влияющие на ее восприятие, — это предустановки насыщенности и контраста. На практике все эти настройки чаще всего выставляются не по отдельности, а применяются в виде режимов Picture Style. Например, режим Neutral — условно нейтральная картинка, режим Portrait — мягкая градация цветовых тонов и теплые телесные цвета, режим Landscape — насыщенные синие и зеленые цвета, режим Vivid — высокая контрастность и насыщенные цвета, и пр. Последняя установка является режимом по умолчанию во многих цифрокомпактах и зеркальных камерах entry-level класса, например, Olympus E-510, где даже портретный авторежим базируется на настройках Vivid. Считается, что яркая, насыщенная картинка наиболее востребована у начинающих цифровых фотографов и их зрителей. Со временем приходит понимание, что хорошие цвета — не обязательно "кричащие".

Но это лишь одна сторона цветной фотографии. И хотя корректность баланса белого в авторежиме, является одним из важных свойств современных цифровых камер, правильность цветопередачи здесь в большей степени зависит от действий фотографа, нежели характеристик фотоаппарата.

Но есть и другая сторона, относящаяся непосредственно к возможностям камеры.

1. Спектральная чувствительность матрицы. Она определяется непосредственно спектральной чувствительностью фотодетекторов и спектрами пропускания фильтров. Человеческое зрение, условно говоря, основано на восприятии трех основных цветов: красного, зеленого и синего (цветовая модель LMS, см. Приложение 2). Комбинации этих цветов дают диапазон всех видимых цветов. Цифровая фотография использует цветовую модель RGB (Red, Green, Blue). Но LMS человека и RGB фотоаппарата не полностью тождественны.

Во-первых, это несоответствие характеристик матриц современных камер условию Лютера — Айвса, по которому спектральные чувствительности ее фотодетекторов должны быть линейными комбинациями спектральных чувствительностей колбочек сетчатки человеческого глаза. Поэтому даже правильно выставленный баланс белого не поможет точной передаче цвета при нелинейных цветовых искажениях, вносимых камерой.

Во-вторых, наличие провалов спектральной чувствительности матрицы. Достаточно много здесь зависит не только от производителя и типа матрицы, но и от класса камеры. Так, согласно лабораторным тестам, матрица популярной ЦФК начального уровня Canon EOS 400D не способна фиксировать красный цвет в пограничном интервале от 540 до 560 нм, поэтому зелень в облачную погоду эта камера передает как серо-синевато-зеленую, и одновременно очень чувствительна к инфракрасному, отчего на прямом солнце и особенно при лампах накаливания наоборот заваливает оттенки зелени в желтизну. У камеры "полупро" сегмента Canon EOS 30D с цветопередачей зеленой растительности дело обстоит более или менее нормально, но ее матрица нечувствительна к фиолетовому, поэтому здесь интенсивно-фиолетовые цветы будут выглядеть черными, а сине-фиолетовые — синими.

photo1_dxomark1.jpg   photo1_dxomark2.jpg
Слева: тестовая мишень Gretag Macbeth Color Checker. Справа: так делается тестовый снимок. dxomark.com

В чем заключается лабораторный тест? Обычно фотографируется мишень с эталонными цветами при правильном балансе белого, а затем программным способом исследуются отклонения полученных результатов от эталонных. Для иллюстрации ниже приведен снимок тестовой мишени, сфотографированной камерой Canon EOS 500D.

photo1_500Dcolors.jpg
Фотоснимок тестовой мишени, сфотографированной камерой Canon EOS 500D. В разрывах в центре цветных квадратиков можно видеть, как выглядят цвета эталона. photoreview.com.au

Надо понимать, что такой метод является довольно условным, поскольку нет унифицированного подхода в получении тестируемых изображений. Тестируется камерный JPEG, либо изображение, полученное в результате конвертации в RAW-конверторе, а не чистый сигнал с матрицы. Но тем не менее это дает достаточно ясное представление о положении дел.

Ниже приведены графики спектральной чувствительности популярных любительских камер Nikon D5000 и Canon EOS 500D:

photo1_D5000dxo.jpg photo1_500Ddxo.jpg
Графики спектральной чувствительности фотокамер Nikon D5000 (слева) и Canon EOS 500D (справа). dxomark.com
 

И сопоставление цветов на сделанных этими камерами тестовых снимках с эталонным цветом с помощью программы Imatest:

photo1_d5000n.jpg photo1_500d.jpg
Тест на цветопередачу фотокамер Nikon D5000 (слева) и Canon EOS 500D (справа). Камерный JPEG. Квадратиками обозначены эталонные значения контрольных цветов, кружочками – отклонения от эталона, выдаваемые камерой. photoreview.com.au

Наряду с видимой частью спектра существенное влияние может также оказывать его инфракрасная составляющая. Поэтому в фотокамерах используется специальный ИК-фильтр. Если такого фильтра нет, или он недостаточно эффективен, часть инфракрасной энергии достигает матрицы и искажает цветопередачу. Чуть раньше уже было рассказано про Canon EOS 400D. А камеры Nikon D50, D70 и Pentax K100 известны неладами с воспроизведением черного цвета. Дело в том, что современные синтетические красители не являются однородными (как например, сажевые чернила), а состоят из двух и более цветовых компонентов, и если один из этих компонентов, обычно маженту, камера видит в инфракрасном диапазоне, появляется нежелательный цветной оттенок: черные ботинки на шнуровке получаются на снимке с коричневыми шнурками, и это никак кроме селективной цветокоррекции не исправить. Аналогичные проблемы возможны и при фотосъемке рыб, окраска которых определяется пигментами, накладывающимися друг на друга. В частности, фронтозы на фотоснимках получается более синими, чем в жизни, а черные пятна кубинских цихлазом могут иметь красно-коричневый оттенок.

2. Особенности алгоритмов внутрикамерной обработки изображения, связанных с работой аналогово-цифрового преобразователя и микропроцессора камеры.

Не секрет, что разные модели камер (и даже разных производителей) порой оснащаются одинаковыми матрицами (например, матрицы Sony на ЦФК Nikon, Sony и Pentax; матрицы Panasonic на ЦФК Panasonic и Olympus), но их цветопередача все равно различается. Значимость этого фактора повышается, если при съемке выбран режим сохранения снимков JPEG, когда внутри камеры производится не только оцифровка аналогового сигнала, но и цветовая интерполяция получаемого с матрицы монохромного сигнала, а также обработка изображения в соответствии с настройками камеры и его сжатие. Таким образом, каждая камера заключает внутри себя как бы "маленький фотошоп". И чем меньше модель камеры предназначена для профессионального использования, тем агрессивнее действует этот внутрикамерный обработчик. Впрочем, все это настраиваемо и отключаемо.

3. И, наконец, свойства оптики. Одна и та же камера с разными объективами может выдавать разную по цветам картинку. Например, по опыту автора, использование объектива Tokina с камерой Nikon D200, если сравнить с "родными" никоновскими объективами, изменяет цветопередачу в сторону огненно-красных оттенков, а оптика Sigma желтит снимок, а Tamron на Canon EOS 30D добавляет снимкам "ржавый" оттенок.

photo1_tokina.jpg
Астронотус, селекционная форма. Фото Е. Грановского. Камера Nikon D200, объектив Tokina 16-50/F2.8 AT-X PRO DX, вспышка Speedlight SB-800

К сожалению, знание этих особенностей используемой фототехники обычно обретается уже в ходе ее использования, причем часто далеко не сразу. А при выборе цифровой фотокамеры многие покупа