As RAW as possible

Говоря о RAW-данных ("необработанные", "данные прямо с матрицы") большинство фотографов (да и не только фотографов) полагают, что сенсор - это очень простая штука: массив светочувствительных элементов, цветные фильтры, сбоку прикручен АЦП (или несколько). Появляется в рекламных буклетах производителей фраза "мы уменьшили зазор между микролинзами" - вспоминают еще и про микролинзы. Документации то разумной почти нет. Про острую нужду в кривых спектральной чувствительности мы уже писали в статье для Компьютерры, но есть острая нужда не только в этих данных.

Вот, например, "черная рамка" или маскированные пикселы. Они считываются с матрицы, но в финальное изображение - не попадают. Значения считанных оттуда пикселов - это источник данных для выставления уровня черного. Если читать исходные тексты dcraw, то видно, что для большого числа камер Dave Coffin (а за ним - и многие последователи) банально вычисляет среднее по некоему участку черной рамки (или же в последних версиях для некоторых камер делает чуть-чуть сложнее, считая отдельное среднее для четных и нечетных столбцов), затем это среднее вычитается из значений, считанных с активных пикселов и все.

Впрочем, некоторые производители завесу немножко приоткрывают. Вот, скажем, Kodak. В Кодаковских datasheets на сенсоры написано много всего интересного. И если почитать, например, документацию на KAF-50100 (картинка справа взята из нее), то становится понятно, что структура неактивных пикселов - сложная, тут и референс для выставления уровня черного и что-то тестовое и какие-то буферные пикселы.

Установка правильного уровня черного необычайно важно. Скажем, для камеры Canon 1D Mark III, примеры с которой мы будем рассматривать ниже, уровень черного при ISO100 - около 508-514 (реальные данные с моей камеры). Ошибка в усреднении в 4 единицы - это может быть либо потеря трех стопов в тенях (если ошибка в плюс), либо же, наоборот, очень сильная нелинейность в тенях, заметная уже на 4-5 стопов в тенях.

Давайте же посмотрим, как устроен верхний левый угол кадра у 1D3, если вычитание черного выключить, а маскированную рамку в выдачу - включить. Данные получены с помощью LibRaw 0.7-alpha0, которая пока публично не существует, но будет опубликована, как только выдача рамки будет поддержана для существенного количества камер, а не только для Canon-CR2:

Верхний левый угол сенсора Canon 1D-Mk3 (в новом окне)

Как видно на картинке, первые 3 строки рамки - это какой-то непонятный "мусор" с псевдо-случайными значениями. Следующие 17 строк - какие-то неясные, например там есть абсолютно черный (со строго нулевыми отсчетами) прямоугольник размером 64x8 пикселов. Зачем он - остается неизвестным.

Рамка слева от изображения - интереснее. Из исходников dcraw следует, что уровень черного рассчитывается именно по ней, причем не учитываются значения первых двух столбцов.

Однако если увеличить контраст изображения, то видно, что структура левой стороны рамки - сложнее:

Тот же угол сенсора, увеличенный контраст

Вдоль всего края сенсора идет светлая полоса шириной 2 пикселя, величина сигнала на ней существенно (примерно на 15 единиц для изображения в исходном масштабе) выше, чем на окружающей рамке. С учетом усреднения на полную ширину рамки, эта светлая полоса даст примерно 0.5 единиц в среднее, после округления до целых это выльется в потерю стопа в тенях с вероятностью 50%.

Мораль из сего несложного упражнения такова: во-первых, доверять исходным текстам dcraw в деле получения изображения наивысшего возможного качества не следует. Во-вторых, похоже что для многих моделей камер процедура вычисления уровня черного должна быть индивидуальной. В плохом случае процедура такого вычисления будет зависеть еще и от версии firmware и/или версии камеры.