داینامیک رنج چیست و چرا در عکاسی اهمیت دارد؟

همه ما هنگام مطالعه جدیدترین و بهترین محصولات شرکت‌های سازنده دوربین با  اصطلاح "داینامیک رنج" روبه‌رو شده‌ایم — "این دوربین بالاترین داینامیک  رنج را در دسته خود دارد!" می‌دانیم که داشتن داینامیک رنج بالاتر معمولاً  یک ویژگی مثبت محسوب می‌شود.شاید حتی با این مفهوم در عکاسی آشنا باشیم و  از آن استفاده کنیم، اما علم دقیق پشت آن هنوز کمی مبهم به نظر می‌رسد.پس  داینامیک رنج دقیقاً چیست و چگونه می‌توانیم از آن به‌درستی در عکاسی خود  بهره ببریم؟در این مقاله، با هدف درک جنبه‌های فنی عکاسی و تجهیزات عکاسی،  پدیده داینامیک رنج را بررسی خواهیم کرد.

داینامیک رنج: یک مثال ساده

تا حالا شده که بخواهید حرفی را آهسته به کسی که کنارتان نشسته بگویید، چون نمی‌خواستید دیگران بشنوند؟
در اصطلاحات فنی، صدای اصلی که تولید می‌شود، "سیگنال" نام دارد.وقتی یک سیگنال خیلی ضعیف باشد و دستگاهی (یا حتی گوش ما) نتواند آن را تشخیص دهد، یا اگر خروجی آن بسیار کم باشد، می‌گوییم که آن سیگنال خارج از داینامیک رنج قرار دارد.

 این مثال ساده کمک می‌کند تا مفهوم داینامیک رنج را بهتر درک کنید، قبل از اینکه وارد جزئیات فنی عکاسی شویم! 

^{عکس از :Depositphotos}

مفهوم داینامیک رنج با یک مثال ساده

می‌توانیم داینامیک رنج را با مثال‌های مختلفی درک کنیم. ممکن است یک گوش یا چشم انسان باشد، یک میکروفون یا بلندگو، یا حتی سنسور دوربین شما!
ما زمزمه می‌کنیم زیرا صدایی که تولید می‌شود، خارج از داینامیک رنج گوش فردی است که دورتر نشسته است—این گوش نمی‌تواند به‌درستی زمزمه را دریافت و پردازش کند.

نسبت سیگنال به نویز در محیط‌های مختلف

حالا تصور کنید که در یک اتاق هستید که یک ویدئو پروژکتور دارد، با یک فن که کار می‌کند و یک دستگاه تهویه هوا که باد خنک تولید می‌کند.
در این میان، فردی که در جلوی اتاق صحبت می‌کند، صدای اصلی را تولید می‌کند. اما تمام صداهای پس‌زمینه، از جمله صدای فن، تهویه هوا و همهمه محیط، به‌عنوان "نویز" نسبت به شخصی که در انتهای اتاق در حال زمزمه است، در نظر گرفته می‌شوند.

اگر سیگنال زمزمه ضعیف‌تر از نویز محیط باشد، در نهایت، سیگنال برای اکثر افراد در اتاق قابل شنیدن نخواهد بود.
هرچه نسبت "سیگنال به نویز" بالاتر باشد، سیگنال واضح‌تر دریافت می‌شود و پردازش آن توسط حسگر یا سیستم شنوایی بهتر انجام می‌شود.

 این مفهوم دقیقاً مشابه عملکرد داینامیک رنج در عکاسی است، جایی که سنسور دوربین باید بتواند جزئیات موجود در سایه‌ها و روشنایی‌ها را ثبت کند، بدون اینکه اطلاعات مهم از بین برود! 

جنبه‌های فنی داینامیک رنج در عکاسی

این مفهوم به‌طور مستقیم در عکاسی نیز صدق می‌کند.
داینامیک رنج در دوربین، به نسبت بزرگ‌ترین و کوچک‌ترین مقادیری که سنسور قادر به تشخیص آن‌هاست، محاسبه می‌شود. به‌طور خاص، دوربین مقادیر روشنایی (Luminance) را ثبت می‌کند، برخلاف مثال قبلی که مربوط به سیگنال‌های صوتی بود.

البته این مفهوم تنها به سنسور دوربین محدود نمی‌شود، بلکه هر صحنه‌ای که عکاسی می‌کنید نیز دارای داینامیک رنج خاص خود است.
اگر داینامیک رنج صحنه‌ای که در حال عکاسی از آن هستید در محدوده توانایی سنسور دوربین شما قرار بگیرد، دوربین شما قادر خواهید بود هم روشن‌ترین و هم تاریک‌ترین بخش‌های تصویر را ثبت کنید، بدون اینکه اطلاعات مهم از بین برود.

احتمالاً بارها اصطلاح "استاپ" (Stops) را در عکاسی شنیده‌اید، و شاید نام آن را در ارتباط با داینامیک رنج نیز دیده باشید.
همان‌طور که قبلاً اشاره کردیم، این ویژگی اغلب در مشخصات دوربین‌ها تبلیغ می‌شود—مثلاً یک سنسور ممکن است دارای دامنه‌ای برابر با ۱۳ یا ۱۵ استاپ نور باشد. البته گاهی این مفهوم به‌صورت نسبت کنتراست نیز بیان می‌شود.
برای مثال، تفاوت ۱۰ استاپ بین روشن‌ترین و تاریک‌ترین بخش‌های یک صحنه، معادل نسبت کنتراست ۱۰۰۰:۱ خواهد بود.

 این موضوع یکی از پایه‌های فنی عکاسی حرفه‌ای محسوب می‌شود، و در انتخاب تجهیزات مناسب تأثیر زیادی دارد!

ممکن است مفهوم داینامیک رنج را در ارتباط با فیلم‌های عکاسی نیز شنیده باشید، زیرا فیلم عکاسی هم مانند سنسور دوربین دیجیتال، مقادیر روشنایی را ثبت می‌کند.
برخی انواع فیلم‌های عکاسی توانایی تشخیص محدوده خاصی از مقادیر روشنایی را دارند، مانند ۱۰ یا ۱۳ استاپ نور.

استاپ نور در عکاسی به دو برابر یا نصف شدن مقدار نور در تصویر اشاره دارد.

• اگر نوردهی را یک استاپ افزایش دهید، مقدار نور دو برابر می‌شود.
• با افزایش یک استاپ دیگر، مقدار نور دوباره دو برابر می‌شود و این روند ادامه پیدا می‌کند.

داینامیک رنج سنسور دوربین مشخص می‌کند که تا چه زمانی می‌توان مقدار نور را افزایش یا کاهش داد، بدون اینکه اطلاعات در نواحی روشن یا سایه‌ها از بین برود.
اما وقتی سنسور دیگر نتواند اطلاعات را ثبت کند، این اطلاعات از دست می‌رود—این همان چیزی است که در عکاسی به آن "از بین رفتن جزئیات در هایلایت‌ها" یا "سایه‌های خرد شده" می‌گوییم.

^{"عکاسی منظره با هایلایت‌های از بین رفته در آسمان – جزئیات ابرها به دلیل نوردهی برای منظره تاریک‌تر در پیش‌زمینه از دست رفته‌اند. عکس از Jabretney."}

حتی اگر نوردهی را در مرحله ویرایش پس‌پردازش افزایش یا کاهش دهید، اطلاعات از دست رفته قابل بازیابی نخواهد بود.
سایه‌ها همچنان کاملاً سیاه باقی می‌مانند و هایلایت‌های از بین رفته، کاملاً سفید و بدون جزئیات خواهند بود.

این اطلاعات خارج از محدوده داینامیک رنج سنسور قرار گرفته‌اند و سنسور توانایی ثبت آن‌ها را نداشته است.

^{بخش‌های بزرگی از ابرها کاملاً سفید شده و هیچ جزئیاتی قابل مشاهده نیست. این اطلاعات خارج از داینامیک رنج سنسور قرار گرفته‌اند و دوربین قادر به ثبت آن‌ها نبوده است}

استفاده عملی از داینامیک رنج در عکاسی

چگونه می‌توانیم از این مشکل جلوگیری کنیم؟ هنگام تنظیم نور در یک صحنه، یک عکاس باید هم نور منعکس‌شده و هم نور اتفاقی را در نظر بگیرد.

نور منعکس‌شده همان نوری است که از سطوح مختلف بازتاب پیدا می‌کند، مانند نور خورشید که از آب یا شیشه منعکس می‌شود.
نور اتفاقی نیز نوری است که مستقیماً از منبع نور منتشر می‌شود، مانند نور طبیعی یا نور مصنوعی در استودیو.

سنجش نور منعکس‌شده به این معناست که شما نور بازتاب‌شده از سوژه را از منبع نور (مانند خورشید، فلاش یا لامپ) اندازه‌گیری کرده و بر اساس آن نوردهی صحیح را تنظیم می‌کنید.

از طرف دیگر، اگر نور اتفاقی را اندازه‌گیری کنید، در واقع در حال سنجش منبع نور به‌طور مستقیم هستید. این تفاوت در انتخاب روش سنجش، تأثیر زیادی روی حفظ جزئیات تصویر دارد.

هنگام سنجش نور در سایه‌ها یا نور بازتاب‌شده، احتمال دارد که هایلایت‌ها کاملاً سفید و از بین رفته باشند، در صورتی که نور اتفاقی برای سنسور بیش از حد بالا باشد.
برعکس، اگر نور اتفاقی، مانند آسمان در یک روز آفتابی، مبنای سنجش باشد، ممکن است متوجه شوید که سایه‌ها کاملاً خرد شده‌اند و جزئیات آن‌ها از دست رفته است.

^{عکس پرتره با نور اتفاقی (نور خورشید در آسمان) و نور منعکس‌شده (بازتاب نور از سوژه در پیش‌زمینه)}

به عنوان مثال، اگر آسمان پس‌زمینه ۱۶ استاپ روشن‌تر از چهره سوژه باشد و داینامیک رنج سنسور دوربین شما ۱۴ استاپ باشد، مجبور خواهید شد بین از دست دادن اطلاعات از آسمان یا سوژه یکی را انتخاب کنید.

اگر تا به حال با عکاسان مراسمات فضای باز یا عروسی صحبت کرده باشید احتمالاً متوجه شده‌اید که آن‌ها معمولاً آسمان ابری را ترجیح می‌دهند.دلیل این موضوع این است که آسمان ابری داینامیک رنج صحنه را کاهش می‌دهد، در نتیجه احتمال ثبت تمام نورهای موجود توسط سنسور افزایش پیدا می‌کند.در چنین شرایطی، احتمال از بین رفتن هایلایت‌ها در آسمان یا روی چهره سوژه کمتر است، و نور به‌طور کلی روی سوژه‌ها یکدست‌تر و متعادل‌تر به نظر می‌رسد.

^{آسمان ابری باعث کاهش داینامیک رنج صحنه می‌شود و از بین رفتن هایلایت‌ها یا خرد شدن سایه‌ها را در عکس‌های فضای باز کاهش می‌دهد. عکس از Anastasiya Vragova}

اگر امکان تغییر نورپردازی یک صحنه را در محل عکاسی نداشته باشید، عکاسی HDR می‌تواند به ترکیب تصاویر کمک کند تا از از دست رفتن اطلاعات جلوگیری شود.

این تکنیک شامل گرفتن چندین عکس از یک صحنه یا سوژه با مقادیر نوردهی متفاوت است تا بتوان محدوده داینامیک وسیع‌تری را ثبت کرد.

با انتخاب مناطق با نوردهی مناسب در هر عکس و ترکیب آن‌ها در یک تصویر واحد، نتیجه عکسی با داینامیک رنج گسترده‌تر خواهد بود—بیشتر از مقداری که دوربین می‌توانست در یک نوردهی ثبت کند.این فرآیند را می‌توان به‌صورت دستی یا با استفاده از نرم‌افزارهای تخصصی HDR انجام داد. این تکنیک بدون اینکه اطلاعات مهم تصویر از بین برود به عکاسان امکان ثبت جزئیات بیشتر در هایلایت‌ها و سایه‌ها را می‌دهد،

^{تصویر سمت چپ با نوردهی مناسب برای فضای بیرونی و فضای داخلی کم‌نور، تصویر وسط با نوردهی مناسب برای فضای داخلی و بیرون بیش از حد نوردهی شده، و تصویر سمت راست با ترکیب نواحی با نوردهی صحیح برای ایجاد یک عکس با داینامیک رنج بالاتر. عکس از Skarabeusz}

در عکاسی، داینامیک رنج بالاتر به نسبت سیگنال به نویز بالاتر نیز منجر می‌شود. این موضوع در شرایط نور کم، مانند عکاسی نجومی، اهمیت بیشتری پیدا می‌کند—جایی که سیگنال (نور ستارگان) نسبت به نویز پایه‌ای که صحنه یا دوربین تولید می‌کند، بسیار کمتر است.

در صورتی که دیافراگم کافی یا سرعت شاتر مناسب نداشته باشید، دوربین مجبور خواهد شد هم سیگنال (نور ستارگان) و هم نویز تصویر را تقویت کند تا یک عکس قابل‌استفاده تولید کند. این فرایند می‌تواند باعث شود نویز تصویر به‌وضوح قابل مشاهده باشد.

داشتن یک سنسور دوربین با داینامیک رنج بالاتر کمک می‌کند تا نویز نسبت به سیگنال کاهش پیدا کند، و در نتیجه تصاویری با کیفیت بالاتر و وضوح بیشتر در این شرایط خاص ثبت شود.

مقایسه بین عکاسی با فیلم و عکاسی دیجیتال

در این مقایسه ، داینامیک رنج تأثیر مستقیمی بر تنظیم نوردهی دارد.
یک قانون کلی در این زمینه این است:
"در عکاسی با فیلم، نوردهی را به سمت چپ تنظیم کنید. در عکاسی دیجیتال، نوردهی را به سمت راست تنظیم کنید."

این توصیه را بارها شنیده‌ایم و شاید حتی در عمل از آن استفاده کرده باشیم، اما آیا تا به حال به دلیل این راهنما فکر کرده‌اید؟

شیوه‌ای که فیلم‌های عکاسی و سنسورهای دیجیتال نور را ثبت و حفظ می‌کنند، متفاوت است.

• فیلم عکاسی جزئیات هایلایت‌ها را بهتر از سنسورهای دیجیتال حفظ می‌کند.
• اگر نوردهی را به سمت چپ تنظیم کنیم (یعنی سنجش نور برای سایه‌ها)، معمولاً در مرحله ویرایش فضای بیشتری برای حفظ جزئیات هایلایت‌ها خواهیم داشت.
• انواع مختلف فیلم‌های عکاسی می‌توانند جزئیات هایلایت‌ها را در +۸EV یا +۱۰EV نسبت به سایه‌ها حفظ کنند، که باعث ثبت دقیق‌تر جزئیات سایه‌ها و هایلایت‌ها نسبت به نوردهی به سمت راست می‌شود.

اگر در فیلم عکاسی برای هایلایت‌ها نوردهی کنیم، احتمال بیشتری وجود دارد که جزئیات سایه‌ها از بین برود، زیرا فیلم نمی‌تواند سایه‌ها را به‌خوبی تقویت کند.
این در حالی است که میزان نوردهی قابل‌قبول برای سایه‌ها در فیلم ممکن است فقط تا -4EV باشد، که نشان می‌دهد فیلم در بازیابی جزئیات سایه‌ها چندان قوی نیست.

در عکاسی دیجیتال، نوردهی به سمت راست به ما کمک می‌کند تا جزئیات هایلایت‌ها را حفظ کنیم، زیرا سنسورهای دیجیتال معمولاً در حفظ جزئیات سایه‌ها عملکرد بهتری دارند (برای برخی دوربین‌های دیجیتال، تا -10EV)، اما در مقابل، جزئیات هایلایت‌ها را ضعیف‌تر ثبت می‌کنند (+4EV).

بنابراین، هنگام تنظیم نوردهی، در نظر گرفتن فقط داینامیک رنج کلی کافی نیست—بلکه انعطاف‌پذیری پردازش در محدوده داینامیک رنج نیز نقش مهمی در انتخاب رسانه مناسب دارد.

^{این آزمایش که توسط عکاس Bill Lawson انجام شده، نشان می‌دهد که نوردهی کم (Underexposure) در فیلم‌های عکاسی تأثیر مخربی دارد، در حالی که نوردهی بیش از حد (Overexposure) در عکاسی دیجیتال باعث از بین رفتن جزئیات هایلایت‌ها می‌شود}

فرمت‌های تصاویر دیجیتال 

احتمالاً قبلاً درباره فرمت‌های دیجیتال مختلف مانند RAW و JPEG خوانده‌اید و می‌دانید که فایل‌های RAW اطلاعات بیشتری نسبت به JPEG ذخیره می‌کنند. این تفاوت تأثیر مستقیمی بر داینامیک رنج تصاویر دارد.عکس‌هایی که در فرمت JPEG گرفته می‌شوند، به‌طور طبیعی اطلاعات کمتری دارند، که باعث می‌شود توانایی بازیابی هایلایت‌ها یا سایه‌ها در مرحله ویرایش کاهش یابد.در واقع، داینامیک رنج مؤثر تصویر به دلیل فشرده‌سازی فایل کاهش پیدا می‌کند.
بنابراین، عکاسان با استفاده از فایل‌های RAW می‌توانند از تمام قابلیت‌های داینامیک رنج سنسور دوربین خود بهره ببرند.

کمیته Joint Photographic Experts Group که استاندارد JPEG را ایجاد و مدیریت می‌کند، در سال ۲۰۱۵ یک استاندارد فشرده‌سازی نسل جدید به نام JPEG XT معرفی کرد.

این استاندارد یک افزونه سازگار با نسخه‌های قبلی JPEG است که از عمق بیت بالاتر، داینامیک رنج گسترده‌تر و نمایش رنگ بهبودیافته پشتیبانی می‌کند.

فرمت‌های محبوب تصویر دیجیتال و تأثیر آن‌ها بر داینامیک رنج :

• JPEG یک فرمت فشرده‌سازی با اتلاف است که از ۸ بیت در هر کانال برای اطلاعات رنگی استفاده می‌کند. داینامیک رنج JPEG محدود است، که باعث کاهش محدوده سطح نور و اطلاعات رنگی نسبت به فرمت‌های دیگر می‌شود.
• TIFF می‌تواند یک فرمت تصویر بدون افت کیفیت باشد که از عمق‌های بیت مختلف پشتیبانی می‌کند، از جمله ۸ بیت، ۱۶ بیت و ۳۲ بیت در هر کانال. داینامیک رنج TIFF بیشتر از JPEG است و به عمق بیت استفاده‌شده بستگی دارد. به‌عنوان مثال، یک فایل TIFF با ۱۶ بیت در هر کانال، داینامیک رنج بالاتری نسبت به یک فایل TIFF با ۸ بیت خواهد داشت.
• RAW به مجموعه‌ای از فرمت‌های تصویری بدون افت کیفیت اشاره دارد که داده‌های تصویری پردازش‌نشده را مستقیماً از سنسور دوربین ذخیره می‌کنند. فایل‌های RAW معمولاً دارای ۱۲ یا ۱۴ بیت در هر کانال هستند، که منجر به داینامیک رنج بالا می‌شود. این فایل‌ها به عکاسان امکان کنترل بیشتر روی تصویر نهایی و انعطاف‌پذیری بالا در ویرایش را می‌دهند—به طوری که امکان نجات عکس‌های کم‌نور یا بیش‌ازحد نوردهی‌شده بسیار بیشتر از یک تصویر JPEG خواهد بود.

ابزارهای کاهش داینامیک رنج

وقتی داینامیک رنج طبیعی یک صحنه بیش از حد بالا باشد، ابزارهای دیگری نیز وجود دارند که می‌توانند کمک کنند تا همه چیز در محدوده قابل‌پردازش سنسور باقی بماند.

در عکاسی منظره، به‌عنوان مثال، فیلتر ND تدریجی (Graduated ND Filter) می‌تواند بسیار مفید باشد. این فیلتر نیمی یا بخشی از تصویر را تاریک‌تر می‌کند—معمولاً آسمان—و در نتیجه کل داینامیک رنج صحنه کاهش می‌یابد.

^{فیلتر ND تدریجی می‌تواند با کم کردن مقدار نور در بخش بالایی تصویر (آسمان) داینامیک رنج یک صحنه فضای باز را کاهش دهد . عکس از BenFrantzDale}

چه داینامیک رنجی نیاز دارم؟

چشم انسان با حدود ۲۱ استاپ داینامیک رنج ، همچنان از اکثر سنسورهای دوربین دیجیتال بالاتر است.اما دوربین‌های دیجیتال پیشرفته امروزی حداقل ۱۲ تا ۱۵ استاپ داینامیک رنج ارائه می‌دهند، که اگر به دنبال یک دوربین حرفه‌ای‌تر هستید، این محدوده یک معیار مناسب برای انتخاب است.

چرا داینامیک رنج بالا مهم است؟

داشتن یک دوربین با داینامیک رنج وسیع‌تر به شما امکان می‌دهد تا محدوده بیشتری از نور موجود را ثبت کنید، که این امر دو مزیت دارد:
1️⃣ در لحظه عکاسی، انعطاف‌پذیری بیشتری در انتخاب صحنه خواهید داشت.
2️⃣ در مرحله پردازش، امکان تنظیم دقیق نوردهی و حفظ جزئیات هایلایت‌ها و سایه‌ها بیشتر خواهد بود.

این موضوع به‌ویژه برای عکاسان علاقه‌مند به ثبت صحنه‌های با کنتراست بالا بسیار مهم است، زیرا امکان حفظ جزئیات را افزایش می‌دهد.