Фотопейзаж и компьютер - Кощеев Виктор

В этой книжке нет ни одного изображения, скачанного из интернета. Все рисунки и графики нарисовал я сам, вручную или с помощью написанных мною программ. Все фотографии, препарированные на страницах этой книжки, снял тоже я, чем обеспечил себе отсутствие возможных претензий в свой адрес со стороны оскорбленных авторов.

Об авторе

Я – фотограф-любитель и программист-профессионал. Первую цветную фотографию пытался напечатать в 1960 году. Первую программку написал в 1966 году на втором курсе МФТИ на автокоде БЭСМ-06.

А еще не могу жить без путешествий, точнее, турпоходов. В основном, пешком, в группе или в одиночку. Реже – на плотах, на байдарках, на лыжах, на велосипеде. Обошел и объехал всю Кировскую область и Подмосковье, был в Забайкалье, на Урале, на Тянь-Шане, на Алтае, на Балхаше, на Белом море, в Карелии, на Северной Двине, в Крыму, в Молдавии, в Узбекистане, Киргизии.

А началось все с первой вылазки, которую совершил пяти лет, вместе с дружком такого же возраста. Прошли километра два по соснячку, пожарили хлеб на палочке на костре и благополучно вернулись домой.

Первую цифровую камеру купил в 2012 году и начал осваивать пост-обработку. Не только практику, но и теорию. Путешествовал и фотографировал пейзажи. Провел за редактированием снимков на компьютере сотни часов. Накачал много программ из интернета и попробовал их. Накопил опыт, которым стоит поделиться.

Вступление. Воспоминания о пейзаже

Вы когда-нибудь пробовали понять, что приходит в голову, когда пытаешься вспомнить какой-нибудь пейзаж (любой)? Я пытался, но до конца так и не понял, что происходит.

Года два тому назад в солнечный день я поднимался по крутой тропинке, идущей вверх по склону высокого берега Вятки недалеко от Котельнича. Тропинка шла по хвойному лесу и делала неожиданные резкие повороты. Я ничего не фотографировал, был в этом месте впервые в жизни и с тех пор там не бывал. И вот, что сейчас мне удается вспомнить об этом месте. Первый ракурс: тропинка идет справа налево и снизу вверх, вокруг высокие ели, контрастное освещение, ярко-зеленые участки хвои и глубокие тени, трава по краям тропинки. Второй ракурс: резкий поворот направо и вверх по гребню (дальше по прямой идти нельзя, крутой спуск, почти обрыв), после поворота, слева – то ли пень, то ли коряга. И третий ракурс: сверху, как будто с дрона, видна тропинка до и после поворота. Откуда взялся третий ракурс? Даже с дрона нельзя было увидеть под таким углом обе части тропинки одновременно, деревья бы заслоняли. А где остальные части тропинки? Не запомнились или не могу сейчас вспомнить?

То, что вспомнилось, представляется смутно, без деталей (не вижу, что лежит на тропинке). Наклон и направление тропинки как будто бы правильные, в остальных отношениях это вполне могла бы быть тропинка совсем из другого пейзажа или, вообще, какая-то абстрактная тропинка. Вспоминаю запах смолы и утреннюю прохладу. Но, скорее всего, опять, смолистый запах и прохладу вообще. Явно не распределение температурных полей и не градиенты ароматов в тот конкретный момент. Говорят, зрительная память у разных людей развита по-разному. У меня – явно плохо. Но уверен, что нас таких много. Я не помню наизусть даже то, в какую сторону открывается дверца аккумуляторного отсека в моей камере.

Если бы я тогда сделал снимок, например, крутого поворота тропинки, то сейчас мог бы посмотреть, был ли это пень или коряга, и какие веточки и шишки лежали на тропинке. В случае удачной фотографии мне, возможно, вспомнился бы дополнительно шум ветра в вершинах и то ощущение мягкой податливости, которое возникает, когда наступаешь на раскрытую сосновую шишку. А что почувствует человек, которого не было тогда со мной, и который увидит этот снимок? Если мой замысел был в том, чтобы передать мои тогдашние ощущения, и если бы снимок удался, то, возможно, он удивится крутизне тропинки, неожиданности поворота, ощутит прохладу, запах и шум ветра в вершинах елей. Но это уже будут его представления о прохладе, запахе и шуме ветра.

Допускаю, что кто-нибудь из городских жителей может спутать торжественный соборный шум вершин елей и сосен, который возникает при обтекании потоком воздуха иголок и возникающей при этом турбулентности воздушных струек, с шумом ветра в кронах лиственных деревьев, состоящим из множества пришептываний и пришлепываний.

Я видел, давно, правда, какой-то художественный фильм, в котором кадры с движущимся грузовым поездом сопровождались звуками движущегося пассажирского поезда. Это, конечно, был «ляп». Сходные «ляпы» при рассматривании фотографии могут возникнуть в мозгу зрителя, и фотограф, по-видимому, тут бессилен. Но хорошо бы что-то понимать, что происходит в голове у зрителя, который рассматривает мой фотопейзаж.

Эту книжку я начну как раз с этого. В первой главе проследим процесс обработки визуальной информации зрительной системой человека. В последние годы в этой области открыты удивительные вещи! Неправильно, что многие фотографы лучше понимают, как картинку обрабатывают их камеры, чем как это делают их головы!

Во второй главе посмотрим, каким образом обработка зрительной информации может быть описана математически. Затем в общих чертах коснемся аппаратуры, применяемой при обработке изображений (третья глава).

В четвертой главе рассмотрим компьютерные программы для обработки изображений.

В пятой главе опишем современные алгоритмы обработки изображений (без формул, только на уровне идей).

И, наконец, главы с шестой по восьмую посвящены собственно практическому применению современных методов обработки пейзажных фотографий.

Глава 1

Система «глаз-мозг» и фотоаппарат

Фотограф создает цифровую фотографию с помощью камеры и компьютера, а фотография оценивается автором и зрителем с помощью глаз и мозга. Знание деталей каждого из процессов этой цепочки не только интересно, но и полезно. В частности, обрабатывая снимок на компьютере, хочется не только знать, что нужно сделать для улучшения изображения, но и понимать почему.

В этой главе я собрал информацию о том, как человек воспринимает изображение. Точнее, о том, как человек получает и обрабатывает информацию об изображении. Ограничиваясь только сведениями, которые могут быть интересны фотографу. Я не биолог, поэтому почерпнул все эти сведения из литературы, приведенной в конце книжки, и, конечно, из интернета.

Что происходит, когда человек рассматривает реальный 3D-пейзаж? Световые лучи от источников света и отраженный от предметов свет попадают в глаз, преобразуются сетчаткой в нервные импульсы, которые передаются в мозг, обрабатываются там и, наконец, появляется осознание того, что же мы видим в данный момент. Рассмотрим этот процесс подробнее, но только с точки зрения обработки информации, не очень углубляясь в биологические детали.

1.1. Движения глазного яблока

Поле зрения одного глаза приблизительно характеризуется следующими углами (отсчитываются от оси глаза, когда он смотрит прямо перед собой):

• 90° – по горизонтали, в сторону, противоположную носу;

• 60° – по горизонтали, к носу;

• 60° – вверх;

• 65° – вниз.

Эти углы будут меньше, если учитывать не простую индикацию света, а способность различать трехмерность, или, тем более, цвет. Самое большое поле зрения для синего цвета, а самое маленькое – для зеленого. У некоторых птиц поле зрения по горизонтали достигает почти 360°. Для сравнения: угол поля зрения объектива: 9° и менее – сверхдлиннофокусный, от 40° до 60° – нормальный объектив, более 80° – сверхширокоугольный.

Когда то, что видно в поле зрения одного глаза, проецируется на сетчатку, наиболее резко воспринимается только та часть картинки, которая попадает на центральную ямку сетчатки (фовеа). Менее резко – та часть, которая попадает на желтое пятно (макула), в центре которого находится фовеа. И совсем нерезко и почти бесцветно – остальная часть. Если сравнить размеры перечисленных областей сетчатки (соответственно, 0.4 мм, 5 мм, 22 мм) (или в углах: 1° 40', 18° 20', 135° по горизонтали), то становится понятно, что, несмотря на такое широкое поле зрения, в каждый момент времени каждый глаз резко воспринимает только очень небольшой кусочек всей картинки.