L’HDR (High Dynamic Range o Ampia Gamma Dinamica) è una tecnica di ripresa fotografica che prende in considerazione una gamma dinamica molto più elevata rispetto alle capacità del sensore della fotocamera.
Questa tecnica è nata negli anni ‘80 grazie al fisico matematico Greg Ward, e ha visto una sua evoluzione, passando attraverso vari settori di applicazione come il rendering 3D e successivamente utilizzata per effetti speciali per il cinema grazie al lavoro dell’ingegnere informatico Paul Bebevec.
Un altro campo di utilizzo dell’HDR è l’astrofisica, per l’elaborazione delle immagini catturate dai satelliti.
Ma il settore di nostro interesse per l’applicazione di questa particolare tecnica è ovviamente la fotografia.

Ma cos’è esattamente l’HDR?
Proviamo ad immaginare il sensore di una macchina fotografica con una latitudine di posa virtualmente infinita, ogni singolo punto dell’immagine non sará mai soggetto a sottoesposizione o a sovraesposizione ma sarà sempre perfettamente leggibile.
Ma ovviamente questo non è possibile!
In un’immagine con una parte illuminata dal sole abbiamo un tempo di esposizione decisamente diverso da una parte in ombra, e chiaramente non sarà mai possibile scattare una foto con una corretta esposizione in entrambe i punti dell’immagine.

Il sensore di una macchina fotografica ha un range di tolleranza alla luce di circa 8 stop (l’occhio umano arriva a circa 20 stop) e questo ovviamente non é sufficiente per registrare tutte le informazioni corrette.

Per ovviare a questo problema entra in gioco l’HDR.
Immaginate di scattare una fotografia rilevando il tempo d’esposizione nel punto più luminoso dell’inquadratura, la parte in ombra sarà chiaramente sottoesposta ma la parte in luce sarà esposta correttamente.
Ora scattate un’altra foto senza alterare l’inquadratura ma rilevando l’esposizione nel punto più scuro dell’immagine che risulterà così correttamente esposto ma la parte più luminosa sarà sicuramente sovraesposta.
Ora fondete le due immagini prendendo di ognuna solamente le parti esposte correttamente, avrete un’immagine senza sottoesposizioni o sovraesposizioni.
Questo è esattamente quello che fa l’HDR ma lavorando su ogni singolo pixel dell’immagine.

Scatto sottoesposto
Esposizione calcolata sulla parte alta dell’immagine.

Scatto sovraesposto
Esposizione calcolata sulla parte bassa dell’immagine.

Immagine composta
Fusione delle due immagini.

Chiaramente più informazioni si hanno della ripresa e più l’algoritmo dell’HDR lavora meglio, questo significa che non mi limiterò ad avere solamente due immagini ma una sequenza d’immagini con esposizioni differenti.
Il numero di immagini necessarie dipende dalle condizioni di luce nella quale ci troviamo, una scena con alto contrasto luminoso accentuerà l’effetto dell’HDR.
Le scene che accentuano maggiormente l’effetto dell’HDR saranno quindi tutte quelle immagini con situazioni di luce molto contrastate, come ad esempio un interno con una finestra molto luminosa (chiese, palazzi, foto d’architettura), controluce molto accentuati, immagini notturne dove abbiamo parti molto buie e luci di lampioni o insegne, oppure immagini con parti molto bianche come la neve.
Comunque l’HDR è applicabile in qualsiasi situazione, stà a voi sperimentare in ogni circostanza e realizzare immagini di ogni tipo.

Bene ora vediamo come mettere in pratica tutto questo e come effettuare una buona ripresa per poi creare un’immagine in HDR.

Primo Step

Ovviamente tutte le immagini devono essere identiche come inquadratura e profondità di campo.
Per garantire questo dobbiamo utilizzare un cavalletto, dato che le immagini devono sovrapporsi perfettamente, e nel caso di riprese notturne, ovvero dove potrebbe esserci un tempo di esposizione particolarmente lento, non dobbiamo rischiare di avere del mosso.
E’ bene Utilizzare sempre uno scatto remoto, in modo da non muovere la fotocamera ogni volta che si preme il pulsante di scatto.

Secondo Step

Un’altra condizione fondamentale è quella di impostare la macchina in priorità di diaframma, in questo modo andiamo a variare solamente il tempo di esposizione, così da avere la sequenza di immagini corretta senza variare la profondità di campo, oppure completamente in manuale.
Se andassimo ad agire sull’apertura di diaframma cambieremmo la profondità di campo e quindi avremmo condizioni di fuoco diverse tra un’immagine e l’altra, questo produrrebbe un risultato scadente nell’immagine finale.
E’ consigliabile utilizzare un diaframma abbastanza chiuso, almeno f/11 in modo da avere più dettagli possibili nell’immagine.

Terzo Step

Dato che per realizzare un’immagine in HDR dobbiamo eseguire una sequenza di immagini, è chiaro che il soggetto non dev’essere in movimento (auto in movimento, persone che si muovono velocemente, ecc.) in quanto avremmo posizioni diverse del soggetto nelle varie immagini.

Può esserci comunque l’esigenza di applicare l’HDR ad un soggetto in movimento, come nel caso di fotografia di sport (esempio del giocatore di tennis nella gallery che trovate in fondo a questo articolo).
In questo caso utilizziamo un singolo scatto salvato in RAW e in fase di postproduzione estrapoliamo le diverse esposizioni.
Chiaramente non abbiamo la stessa versatilità di una serie di scatti eseguiti ad esposizioni differenti, ma abbiamo comunque la possibilità di creare un buon risultato in HDR anche con un soggetto in rapido movimento.

Quarto Step

Il formato da utilizzare è chiaramente il RAW in quanto ci permette di agire in fase di post-produzione, nel caso in cui, nonostante la sequenza eseguita, ci siano ancora punti sottoesposti o sovraesposti, grazie al RAW potremmo ancora agire di uno o due stop per poter avere esposizioni corrette, oppure per avere una sequenza partendo da un singolo scatto come spiegato in precedenza.

Ultimo Step

Un buon risultato lo otteniamo con almeno 5 immagini scattate con un incremento di 1 stop sia in sottoesposizione che in sovraesposizione, quindi abbiamo -2 -1 0 +1 +2 stop d’esposizione.

Sequenza di 5 immagini con incremento di 1 EV.

Esposizione a -2 EV 1/2000

Esposizione a -1 EV 1/1000

Esposizione a 0 EV 1/500

Esposizione a +1 EV 1/250

Esposizione a +2 EV 1/125

Se poi scattiamo 7 o 9 immagini non possiamo che migliorare la resa finale del lavoro, ma come ho detto in precedenza, la quantità di immagini necessaria dipende dalle condizioni di luce in cui ci troviamo.

Risultato finale
(Clicca sull’immagine per ingrandire)

Per realizzare la sequenza di immagini possiamo procedere in due diversi modi:

Impostazione manuale

 

Il primo modo è quello di impostare manualmente la macchina fotografica, ovvero una volta rilevata la corretta esposizione interveniamo sul tempo, dimezzando e raddoppiando la quantità di luce che arriva al sensore.

Diminuire o aumentare di uno stop significa dimezzare o raddoppiare la quantità di luce che arriva al sensore.

Se l’esposimetro della macchina rileva un tempo di esposizione di 1/125 di secondo, diminuire di uno stop (-1 stop) significa dimezzare la quantità di luce, quindi avremmo 1/250, diminuire di 2 stop (-2 stop) ci porterebbe ad avere un tempo di 1/500 e così via.

Aumentare di uno stop invece significa raddoppiare la quantità di luce, quindi se l’esposimetro rileva un tempo di 1/125 aumentare di uno stop (+1 stop) ci porterebba ad avere un tempo di 1/60, aumentare di 2 stop (+2 stop) ci porterebbe ad avere un tempo di 1/30 e così via.

 

Realizzazione con Bracketing

Il secondo modo per ottenere la corretta sequenza di immagini, è quello di sfruttare la funzione Bracketing della fotocamera.

In questo modo, una volta che l’esposimetro rileva la corretta esposizione, ci pensa la macchina ad eseguire la serie di scatti con incrementi e decrementi di esposizione in base al numero di pose impostato da noi nella funzione di bracketing.

Dopo aver eseguito la sequenza di bracketing possiamo sempre verificare se sono necessarie altre immagini ancora più sottoesposte o sovraesposte, e in questo caso rifare la sequenza con un numero maggiore di scatti o semplicemente aggiungere gli scatti mancanti impostando a mano un tempo più lento o più veloce.

Una volta eseguita correttamente la sessione di scatti possiamo passare alla seconda fase per la realizzazione di un’immagine HDR, ovvero la postproduzione.

Dobbiamo assemblare tutte le immagini che abbiamo realizzato per poter ottenere l’immagine HDR, e per fare questo avremmo bisogno di un software in grado di eseguire questa particolare lavorazione.

Ci sono varie soluzioni in commercio: Adobe Photoshop, Photomatix, HDR Efex Pro, ecc.

Una volta creata la struttura dell’HDR, ovvero assemblato tutte le immagini della sequenza prendendo di ognuna ogni dettaglio della corretta esposizione, possiamo intervenire con una serie di parametri per modificare il risultato finale dell’immagine, tutti i parametri dell’algoritmo che state utilizzando, la saturazione, la luminosità e una serie di altre impostazioni che vi permetteranno di creare immagini uniche.

Non limitatevi ad utilizzare i parametri preimpostati dai vari software, provate ad agire su ogni singolo valore, ed eventualmente importare l’immagine in Photoshop per modificare ulteriormente il risultato finale.

Interfaccia di Photomatix

website di Photomatix

Interfaccia di HDR Efex Pro

website di HDR Efex Pro

Interfaccia di Photoshop

website di Photoshop

I software di HDR si basano su funzioni matematiche dette “algoritmi”.
Di seguito viene riportato un elenco dei principali algoritmi di HDR.
(fonte: Wikipedia)

Mantiuk ‘06
Questo algoritmo agisce sul contrasto dell’immagine, evidenziando i dettagli in tutte le zone, ma senza evidenziare aloni nelle zone con forti variazioni.
Il parametro “Contrast Equalization” consente di ottenere un’immagine più chiara, ma generalmente poco bilanciata nell’illuminazione, per cui è sconsigliato utilizzarlo. Il “Contrast Factor” agisce sul contrasto, facendo diminuire le variazioni all’aumentare di questo valore. Il “Saturation Factor” varia la saturazione del colore dell’immagine. Valori più elevati rafforzano il colore, ma se si esagera l’immagine finale potrebbe risultare davvero poco realistica. Il “Detail Factor” serve a specificare il livello di dettaglio, aumentarlo significa evidenziare molti più dettagli, ma anche i disturbi presenti nell’immagine, quindi utilizzatelo con cautela.

Mantiuk ‘08
Questo algoritmo agisce invece sulla luminosità dell’immagine per rendere la curva il più compatibile possibile con il display utilizzato per la visione. Infatti il primo parametro da scegliere è proprio il tipo di display. Il risultato è più luminoso, ma meno contrastato rispetto alla formula di prima. La “Saturazione Colore” agisce come nel caso precedente. Il “Miglioramento Contrasto” fornisce un contrasto più accentuato all’aumentare del valore di questo parametro. “Livello Luminanza” ci consente di aumentare ulteriormente la luminosità del risultato e può essere utile in caso di immagini estremamente scure.

Fattal
Anche questa formula agisce sulla luminosità dell’immagine. È la formula che più di tutte riesce a visualizzare dettagli sia in ombra sia in piena luce, ma evidenzia anche in modo esagerato le forti variazioni di contrasto (generando aloni) e i disturbi presenti nell’immagine. Per un risultato più pulito i programmatori hanno deciso di variare leggermente la formula, rendendola però più complessa e quindi lunga da elaborare. Da notare che quest’algoritmo dipende fortemente dalle dimensioni del risultato finale, per cui conviene utilizzare fin dall’inizio le dimensioni che si desiderano ed eventualmente fare le prove solo in una piccola zona per test rapidi, come descritto nell’articolo precedente. “Alpha” agisce sulla luminosità globale dell’immagine. “Beta” varia invece il livello di dettaglio del risultato finale.
Vi consiglio di utilizzarlo farcendo piccole variazioni tra una prova e l’altra.
“Saturazione Colore” agisce come al solito sull’intensità del colore. “Noise Reduction” consente di calare leggermente l’evidenziazione dei disturbi, ma a discapito della nitidezza dell’immagine finale. “Vecchio Fattal” fa utilizzare al programma la formula originale. È leggermente più rapida, ma evidenzia maggiormente i disturbi.

Drago
Simile al Fattal, ma molto meno potente. In compenso è rapidissimo nell’esecuzione. Non evidenzia però i dettagli presenti nell’immagine. Si può utilizzare come sostituto del Fattal nel caso l’immagine da elaborare non contenga dettagli che vogliamo evidenziare, oppure nel caso l’immagine da elaborare contenga molti disturbi e quindi il Fattal non ci consenta di ottenere un risultato accettabile. L’unico parametro da stabilire è “Bias” che andrà a influire sulla luminosità finale del risultato.

Durand
Un algoritmo abbastanza rapido, ma che difficilmente produce risultati interessanti. Di solito le parti luminose perdono dettagli e il risultato finale assomiglia molto ad una foto normale, più che a una HDR elaborata con tone mapping. “Spatial Kernel Sigma” non produce un reale impatto sul risultato finale, se non una leggerissima variazione di luminosità.
Anche “Range Kernel Sigma” agisce sulla luminosità del risultato, ma in modo un po’ più evidente. “Contrasto” ovviamente varia il contrasto dell’immagine finale.

Reinhard ‘02
Fornisce un risultato abbastanza buono, sebbene a volte un po’ scuro e comunque poco contrastato. “Use Scales” se attivato consente di variare manualmente gli ultimi tre parametri. Il “Parametro Key” agisce sulla luminosità del risultato finale. Il “Phi” consente di ottenere un leggero risalto delle zone più scure dell’immagine. “Range”, “Lower Scale” e “Upper Scale” hanno un impatto minimo sul risultato e difficilmente si notano differenze variando questi parametri.

Reinhard ‘05
Variante della formula precedente, che fornisce risultati più luminosi, ma con poca evidenza di dettagli. “Luminosità” consente di regolare la luminosità del risultato finale. “Chromatic Adaptation” varia la saturazione del colore per consentire risultati più realistici. Anche “Light Adaptation” agisce sulla luminosità finale riducendo anche il contrasto dell’immagine.

Ashikhmin
Fornisce risultati con contrasto molto basso e quindi immagini molto “piatte” e poco interessanti. “Simple” specifica al programma di regolare da solo gli altri parametri. Il risultato dipende dall’immagine che si vuole elaborare.
“Numero Equazione” cambia la formula utilizzata e il tipo di contrasto risultante. “Local Contrast Threshold” consente di variare leggermente il contrasto del risultato, ma generalmente non è sufficiente per compensare l’immagine prodotta da questo algoritmo.

Pattanaik
Un altro algoritmo che fornisce risultati con pochi dettagli e un contrasto un po’ basso. “Multiplier” varia l’intensità dell’applicazione della formula.
Valori alti evidenziano qualche dettaglio in più rispetto ai valori bassi. “Local Tone Mapping” esegui i calcoli basandosi sulla luminosità locale dei punti dell’immagine. Il risultato è più chiaro, ma ancora meno contrastato. “Cone And Rod Based On Luminance” se è selezionato fa scegliere i due valori successivi al programma. Consiglio di tenerlo attivo. “Cone Level” e “Rod Level” dovrebbero rappresentare i parametri relativi al comportamento dei nostri occhi, per coni e bastoncelli. Purtroppo è molto difficile trovare dei valori accettabili e quindi è preferibile farli scegliere direttamente al programma.