Ekspozycja na światła - praca z histogramem 

Matryca to nie klisza 

Lustrzanki cyfrowe różnią się coraz mniej od analogowych protoplastów. Ilośd danych reje-

strowanych „cyframi” dorównuje już analogowemu małemu obrazkowi. Analogowi fotogra-

fowie coraz chętniej sięgają po cyfrowe zamienniki ulubionych aparatów. Przesiadając się na 

cyfrówki, przenoszą na nie swe techniki fotograficzne i nawyki. Świetnie! Niestety, materiały 

światłoczułe zachowują się inaczej niż krzemowe matryce stosowane w dSLRach. Zdają się o 

tym zapominad zarówno twórcy aparatów, implementując żywcem przeniesione z analogów 

systemy pomiaru światła, jak i użytkownicy, traktując matrycę jak film. 

Cyfrak rejestruje liniowo 

Matryca  w  aparacie  cyfrowym  zachowuje  się  inaczej  niż  chemiczny  materiał  światłoczuły. 

Obraz  na  matrycy  jest  rejestrowany  liniowo,  sposób  widzenia  człowieka  można  przybliżyd 

funkcją logarytmiczną (podobnie zachowuje się slajd).  

Co to znaczy liniowo? Różnica jednego stopnia przysłony np. f/2,8 a f/4  (1  EV) to dwa razy 

więcej  światła  wpuszczanego  przez  obiektyw.  Sygnał  rejestrowany  przez  matrycę  jest  dwa 

razy  silniejszy.  Ludzkie  oko  zaobserwuje  zmianę  natężenia  światła,  nie  będzie  ona  jednak 

postępowad liniowo. 

 

Rys. 1. Zanim obraz z matrycy zostanie zapisany w JPGu, lub wywołany w programie graficz-

nym, musi nastąpid korekta liniowego zapisu informacji. Walory zdjęcia są poddawane trans-

formacji, która przypomina czerwoną krzywą z rysunku 1. 

Na rysunku oś Y wyskalowana jest w EV i prezentuje średni zakres dynamiki tonalnej matrycy 

współczesnego dSLRa – mniej więcej 6 EV. Czerwona linia wyznacza na osi X ilośd walorów, 

rejestrowanych  przez  matrycę  (w  procentach).  Miejsca  przecięcia  się  czerwonej  krzywej  z 

kolejnymi wartościami EV, wyznaczają na osi X ilośd procentową walorów konwertowanych z 

postaci liniowej. 

 

 

Rys. 2. To samo zdjęcie wywołane z RAW z korektą tonalności logarytmiczną (u góry) i linio-

wą (na dole). 

Dane cyfrowe, są poszatkowane na wartości dyskretne – nieciągłe. Z matrycy wypływają in-

formacje o jasności obrazu dla poszczególnych pikseli zamienione już na liczby całkowite 1, 2, 

3…256. Obraz na kliszy fotograficznej jest ciągły  – oprócz wartości całkowitych istnieją war-

tości pośrednie między nimi 2,54, 234,21 itd. 

Z matematycznego punktu widzenia wartości dyskretne i korekta logarytmiczna mają cieka-

we cechy. Do najwyższej umieszczonej strefy, 6EV (świateł) należy aż 50% wszystkich walo-

rów  zwracanych  z  matrycy.  Do  strefy  5  EV  (delikatnych  półtonów)  należy  25%  wszystkich 

walorów rejestrowanych przez matrycę. Do strefy 4EV (średnich półtonów) należy 12,5%. Do 

strefy 3EV (ciemnych półtonów) 6,7%. Do strefy 2EV (cieni) tylko 3,4%. Strefa 1 to już symbo-

liczne 2%. 

Cyfrowy  (dyskretny)  zapis  danych  w  lustrzance  odbywa  się  z  rozdzielczością  10-12  bi-

tów/piksel,  innymi  słowy,  każdy  piksel  może  (liniowo)  przyjąd  jedną  z  1024-4096  wartości. 

Dla matrycy o rozdzielczości 12 bitów do każdego zakresu EV będzie więc należed odpowied-

nio: 

EV  Typowa charakterystyka aparatu cyfrowego np. Canon 20d 

(4096 wartości)* 

6EV 

2048 

5EV 

1024 

4EV 

512 

3EV 

256 

2EV 

128 

1EV 

64 

*Co  ciekawe,  w  przypadku  Nikonów  d70/70s/50/40,  najwydajniejszy  obszar  -  świateł  -  jest 

stratnie  kompresowany  w  RAW.  Cały  zakres  dynamiki  tonalnej  dla  tych  aparatów  wynosi 

więc tylko 9,5 bita (~800 walorów). 

CCD czy CMOS lubią światło jeszcze z innego powodu. Im mniej elektronów pada na sensor, 

tym  mniej  dokładny  pomiar.  Nawet  niewielkie  różnice  w  ilości  „schwytanych”  fotonów  lub 

przypadkowych  elektronów  na  matrycy  powodują  duże  różnice  pomiarowe.  Stosunek  sy-

gnał/szum w cieniach jest zdecydowanie niekorzystny dla cieni. Jaki z tego wniosek? Matryca 

lepiej  rejestruje  światła  jak  cienie.  Potencjał,  jaki  tkwi  w  światłach  jest  wręcz  nieporówny-

walny z cieniami, a my spróbujemy to wykorzystad. 

Pomiar od czapki 

Niestety,  producenci  aparatów  jak  się  wydaje  nie  dostrzegają  tego  problemu.  Systemy  po-

miarowe mniej lub bardziej skutecznie chronią przed kompletnym prześwietleniem świateł. 

Dobrze!  Matryca  w  przeciwieostwie  do  chemicznego  materiału  światłoczułego,  nawet  po 

delikatnym prześwietleniu „strajkuje” natychmiastowo odmawiając dalszej rejestracji sygna-

łu. Nie usprawiedliwia to jednak tego, że strategia naświetlania często prowadzi do wykorzy-

stania tylko gorszej, ciemnej połowy zakresu tonalnego. Zupełnie, jak gdyby inżynierowie nie 

zmienili algorytmu wyznaczania poprawnej ekspozycji po „wyrwaniu” światłomierza z analo-

ga.  

Korekta na światła 

 

Jeżeli fotografowana scena nie przekracza pojemności tonalnej matrycy (~6EV) warto ekspo-

zycję dobrad ręcznie, tak by jak najlepiej wykorzystad wysoki zakres tonalny, światła i półto-

ny.  Określenie  zakresu  tonalnego  jest  proste.  Wystarczy  spojrzed  na  histogram  fotografii. 

Histogram  z  „potencjałem”  wygląda  tak,  jak  na  rysunku  3,  jest  sporo  pustego  miejsca  po 

prawej stronie pomiędzy zboczem, a ramką wykresu. Jeżeli lewa strona zbocza nie „włazi” na 

lewą ramkę – zdjęcie jest poprawne, ale może byd lepsze. Jeżeli przy lewej krawędzi wykresu 

dane bardzo piętrzą się, zdjęcie prawdopodobnie jest niedoświetlone. 

 

Zdjęcia  nie  zawierające  źródeł  światła  i  przedmiotów  błyszczących  –  odbijających  źródła 

światła prawie zawsze kwalifikują się do kategorii „z potencjałem”. Krajobraz „ze słoocem w 

plecy”, sceny w domu czy na ulicy, większośd fotografii w studio. 

Na rysunku 3 prezentuję histogram jednego ze zdjęd, które spełnia powyższe kryterium. Da-

ne wypełniają lewą stronę wykresu, po prawej jest sporo miejsca, które za chwilę wykorzy-

stam. 

 

Jak zmienid ekspozycję by „przesunąd” histogram w prawo? Jak pisałem wyżej Matryca do-

brze reaguje w światłach, jednak nie toleruje prześwietlenia. Należy więc zwiększyd ekspozy-

cję tak by prawy skraj danych na wykresie zaczynał się jak najbliżej prawej krawędzi (naświe-

tlanie na światła), uważając jednak by po prawej stronie została odrobina wolnej przestrzeni 

(unikanie prześwietlenia). 

W  większości  przypadków  sprawdza  mi  się  zakres  +  0,7-1,3EV  korekty  względem  odczytu 

światłomierza. W tej granicy znalazła się korekta pomiaru omawianego zdjęcia +1,3 EV. Do 

kontroli poprawności ekspozycji należy używad funkcji wbudowanego histogramu.  

I tu kolejne ostrzeżenie. Canony na histogramie prezentują luminancję zdjęcia (jego jasnośd), 

a Nikony tylko kanał zielony. W obu wypadkach w specyficznych warunkach, mimo korzyst-

nego wydawało by się wykresu, może nastąpid prześwietlenie jednego z kanałów koloru. W 

scenie  z  dominującym  jasnym  kolorem  nieba  późnym  popołudniem  (ze  słoocem  w  plecy) 

zbyt agresywne przesunięcie histogramu w prawo na podstawie oceny luminancji, jak i kana-

łu zielonego da prześwietlenie kanału niebieskiego. 

Moim zdaniem, 90% zdjęd naświetlonych na światła będzie lepiej odwzorowywad rzeczywi-

stośd  od  zdjęd  naświetlanych  automatycznie  (przy  zachowawczym  naświetlaniu  na  szarośd 

50%).  Te  90%  zdjęd  posiada  prawdziwe  „światła”,  które  są  gaszone/ściągane  do  niższych 

stref  niezbyt  fortunnym  dobraniem  algorytmów  kalkulacji  ekspozycji.  Zdjęcia  te  nie  będą 

wymagad specjalnych korekt. Pozostałe 10% to zdjęcia, w których w wyniku naświetlania „na 

światła” cienie staną się szarościami. Podczas wywoływania takich zdjęd w PhotoShopie lub 

innym programie graficznym, bardzo prosto można przywrócid cieniom ich miejsce z pomocą 

suwaków jasnośd i kontrast, lub po wywołaniu z pomocą krzywej lub funkcji poziomy. Próbu-

jąc korekcji obrazu po wywołaniu należy pamiętad o zachowaniu 16 bitowej głębi koloru na 

kanał! 

Nagroda jest oczywista. Więcej detali w cieniach, lepszy stosunek sygnału do szumu.  

Zaletą „rozciągania” histogramu jest też zwiększenie dynamiki tonalnej. Zdjęcia po przenie-

sieniu na papier tracą kontrast pięciokrotnie w stosunku do tych oglądanych na monitorze. 

Wykorzystując  maksymalnie  dostępną  dynamikę,  osiągamy  żywsze  kolory,  ciekawsze,  przy-

kuwające  uwagę  odbitki.  Więcej  „wykorzystanych”  walorów  to  również  delikatniejsze,  bar-

dziej miękkie przejścia tonalne w gradientach. 

Zdjęcie wzorca IT 8.7/2 

Wykonałem też zdjęcia wzorca kalibracyjnego IT 8.7/2 z ustawieniem ekspozycji przez świa-

tłomierz i „na światła”. 

 

Gołym  okiem  nie  widad  ogromnych  różnic  po  sprowadzeniu  obu  wzorców  do  wspólnego 

mianownika. Szary pasek z dołu wzorca przepuściłem przez Q-13 stepchart Imatestu. Wyniki 

widad na poniższych wykresach. 

 

Rys. 9. Wykres SFR dla ekspozycji -ze światłomierza.

 

 

Rys. 10. Wykres SFR dla ekspozycji na światła. 

Różnica  dynamiki  tonalnej  zdjęd  wzorca  kalibracyjnego  jest  niewielka,  jednak  widoczna  na 

wykresach. Dla wysokiej jakości odstępu sygnału od szumu, zakres dynamiki tonalnej naświe-

tlania na światła wynosi 6,72EV, a „na światłomierz”, 6,58EV. 

Krzywe w aparacie - „po ptokach” 

Świadomośd tego, czym skutkuje niedoświetlenie zdjęd cyfrowych prowadzi do jeszcze jed-

nego wniosku. Wniosku dotyczącego głównie Nikonów. 

Światłomierz  w  Nikonach  d100  jak  i  d70  ma  tendencję  do  silnego  niedoświetlania  kadru. 

Użytkownicy systemu szybko wymyślili jak korygowad tą wadę, szczególnie uciążliwą w przy-

padku  wykonywania  zdjęd  do  formatu  JPEG.  Nikon  pozwala  na  wprowadzenie  do  pamięci 

aparatu  własnej  krzywej  korekcyjnej,  która  jest  nadawana  obrazowi  po  zarejestrowaniu 

przez  matrycę.  Krzywa  likwidująca  niedoświetlenie  „przesuwa”  histogram  w  prawą  stronę, 

zmieniając  częśd  półtonów  w  światła.  Nie  ma  w  stosowaniu  takiej  krzywej  nic  złego,  chod 

patrząc z punktu widzenia wydajności matrycy, większej w światłach, efekt działania krzywej 

to tylko wybór mniejszego zła. Krzywa stosowana jest po zarejestrowaniu obrazu, a więc jest 

już PO PTOKACH, bo matryca pracowała najintensywniej w cieniach i półtonach.  

Histogram prezentowany przez Nikona d70 uwzględnia aktualnie wybraną krzywą użytkow-

nika, mimo, że surowe dane z matrycy są zarejestrowane inaczej (zazwyczaj ciemniej). Warto 

pamiętad o tym w przypadku fotografowania do formatu RAW, gdzie takie zachowanie może 

wprowadzad w błąd użytkownika i jest niewskazane z punktu widzenia strategii naświetlania 

na  światła.  Tylko  niektóre  programy  do  wywoływania  RAW  uwzględniają  osadzone  krzywe 

korekcyjne (Nikon Capture i jedna z mutacji interfejsu użytkownika dla dcraw). Adobe Came-

ra RAW z którego korzystam ignoruje krzywą. Ja radzę sobie z problemem, włączając krzywą 

Custom  tylko  i  wyłącznie  w przypadku  robienia zdjęd  w  JPGu,  wracając  zaś  do normalnego 

trybu pracy, staram się pamiętad o wyłączeniu tej funkcji (przestawienie wyboru krzywej na 

pozycję „Normal”. Nie „Auto”!). 

Stosując  technikę naświetlania  na  światła,  uzyskujemy  najwyższą  możliwą  jakośd,  płacąc  za 

to jedynie pożegnaniem z automatami mierzącymi światło w archaiczny, analogowy sposób. 

Histogram, to najlepszy przyjaciel cyfrowego fotografa.