webgalerie Jan Pokštefl - Vše o formátu RAW

Řada fotoaparátů dnes nabízí možnost snímat do nějaké obdoby formátu RAW. Že tento formát nabízí více než běžný JPEG, to už většina uživatelů ví. V čem se ale přesně liší, kdy ho použít a jaké jsou jeho skutečné a ne jen zdánlivé výhody je neustále předmětem řady diskuzí. Pojďme se na tedy na RAW formát podívat v novém seriálu.

Co je to RAW?

Obecně řečeno obrazový RAW formát obsahuje (rozuměj je uloženo na kartě) jen minimálně zpracovaná data ze senzoru. Název byl vytvořen z anglického slova raw (vyslovováno ró) znamenající surový, neupravený, hrubý. Je však dnes v Čechách zcela běžné vyslovovat toto slovo klasicky „raw“. RAW je často nazýván digitálním negativem, i když s negativním typem obrazu nemá nic společného. Název vznikl jen z podobnosti, že RAW formát je třeba ze surových dat v počítači také „vyvolat“, podobně jako se musí chemicky vyvolat klasický filmový negativ. Proto se také často hovoří o vyvolání RAWu, což ale znamená výpočet obrazu v PC. RAW formát není jen doménou fotoaparátů, ale nabízí ho i některé scannery, které jsou schopné také poskytnout surová data a nechat jejich zpracování až na uživateli u PC.

RAW formát je skvělý nástroj pro snímky, na kterých vám opravdu záleží. Umožní totiž později u PC opravit řadu technických chyb (například expozici) a i jinak nedestruktivně manipulovat s obrazem.

RAW formát není bohužel nijak standardizován a výrobci si každý podle svých potřeb, preferencí a použité technologie (senzoru) definovali vlastní RAW formát. Rozdíly jsou značné, dokumentací k jednotlivým RAW formátům také není většinou dostupná. Je tak třeba používat programy určené pro konkrétní značku a často i pro konkrétní model. Výrobci navíc částečně pod vlivem technologického vývoje, částečně jako obchodní politiku, RAW formát model od modelu mění. Je tak třeba po nákupu nového přístroje programy určené pro RAW konverzi buď pořizovat nové, nebo alespoň upgradovat. A nejen to. Např. Nikon své RAWy dokonce šifruje, aby k nim neautorizované programy neměly přístup.

Standardní RAW

Bylo již několik pokusů o standardizaci RAW formátu. Asi nejvýznamnější pokus učinila firma Adobe, která definovala svůj otevřený a standardní formát DNG (Digital Negativ) a nabídla ho výrobcům digitálních fotoaparátů a jiných zařízení. Zatím ale výrobci tento formát nepřijali vyjma firmy Pentax, jejíž fotoaparáty umožňují snímky do formátu DNG ukládat. Nestandardnost RAW formátu dokládají i nejrůznější koncovky souborů, kterými jednotlivý výrobci zakončují soubory obsahující RAW data:

.raf	Fuji
.crw .cr2	Canon
.tif .kdc .dcr	Kodak
.mrw	Minolta
.nef	Nikon
.orf	Olympus
.dng	Adobe – otevřený standard
.ptx .pef	Pentax
.arw .srf .sr2	Sony
.x3f	Sigma
.erf	Epson
.mef .mos	Mamiya
.raw	Panasonic

Obsah RAW souboru

RAW soubor primárně obsahuje skutečně zcela hrubá digitální data toho, co uviděl senzor, a současně data sdělující okolnosti pořízení snímku (metadata). RAW data tedy nejsou ukotvena k žádnému standardnímu barevnému prostoru, v datech není vyvážena bílá, není definován bílý bod ani gamma křivka atd.

Ukázka exif dat ukrytých v obrázku tak, jak je dokáže zobrazit vynikající program Exif Reader.
Tento malý, ale šikovný program stáhnete např. zde.

Bayerova maska

Je logické se domnívat, že 12 MPix fotoaparát má senzor vybavený 12 miliony pixelů s tím, že každý pixel je schopen zaznamenat barvu. Alespoň to napovídá fakt, že běžná 12 MPix fotografie takto vypadá - obsahuje 12 milionů bodů a každý je barevný. Senzor má ale trochu jiné uspořádání a výše uvedená fotografie je až produktem výpočtu.

Z technologického hlediska je obtížné (ba nemožné) vytvořit buňku senzoru, která by viděla rovnou barvu v lidském slova smyslu. Buňky senzoru jsou tedy barvoslepé a zaznamenávají jen množství světla a tedy jas. Aby senzor vytvořil dojem, že vidí barevně, má nad svými buňkami různě barevná skla (filtry) uspořádané v pravidelné struktuře. Různí výrobci používají různé barvy, nicméně masově používané jsou odstíny červené (Red), zelené (Green) a modré (Blue).

12 MPix fotoaparát má tedy skutečně senzor mající 12 milionů buněk, ale jen barvoslepých. Nad 3 miliony z nich je červený filtr, nad 3 miliony z nich modrý a nad 6 miliony zelený. Dvojnásobné množství „zelených“ buněk se opičí po lidském oku, které je také na zelenou barvu nejcitlivější. Barevná skla nad buňkami senzoru jsou uspořádána do pravidelné struktury, které se říká Bayerova maska.

Bayerova maska nad senzorem je systém pravidelně uspořádaných barevných filtrů. Díky tomu senzor měří v jedné čtvrtině buněk červenou barvu, v další čtvrtině buněk modrou a v polovině zelenou. Výsledná „normální“ fotografie je až produktem následného výpočtu.

Bayerova interpolace

Z výše uvedeného vyplývá, že žádná buňka senzoru nevidí úplnou a skutečnou barvu. Vidí vždy buď červenou část nebo zelenou nebo modrou. Barvu jednoho pixelu fotografie je tak potřeba vypočítat s tím, že se použijí okolní pixely pro získání ostatních barev. Tomuto procesu se říká Bayerova interpolace a její princip je de facto totožný ve všech digitálních fotoaparátech a scannerech.

Bayerova interpolace je způsob, jak spočítat plnohodnotnou informaci pro každý pixel z okolních a různě barevně citlivých buněk senzoru. Je to matematický výpočet, nic víc.

Barevná hloubka

Každá buňka senzoru tedy předává elektronice digitální číslo, které sděluje sílu světla na ní dopadnutého a to buď červeného, zeleného nebo modrého podle toho, jaký filtr má buňka nad sebou. Každá buňka ale rozumně pracuje jen v určitém rozsahu světla. Dopadne-li na ní více světla, než kolik je schopna zpracovat, tak bude buňka oslepena a pracovat správně již nebude.

Předá-li buňka číslo 0, tak to znamená, že žádné světlo na ní nedopadlo. Je ale důležité, jakému číslu přiřadíme maximální množství světla (práh oslepení). Pokud tomuto množství světla přiřadíme číslo 255, tak to znamená, že buňka může předat čísla od 0 do 255 a tedy celkem 256 hodnot = úrovní jasu. Celý rozsah jasů jsme tedy rozdělili do 256 úrovní a i fotografie nemůže mít více. 256 hodnot je typických pro 8bitové snímání, které používá např. JPEG.

Bitová hloubka určí jemnost jasů v každé barvě podle Bayerovi masky, tedy v červené, zelené a modré barvě.

Senzory většiny digitálních fotoaparátů umožňují přesnější měření síly světla nad každou buňkou a to buď 12bitové, které umožňuje 4 096 úrovní nebo dokonce 14bitové, které umožňuje 16 384 úrovní. Protože za převod signálu z buňky na číslo je zodpovědný A/D převodník, hovoříme o 8bitovém, 12bitovém či dokonce 14bitovém A/D převodníku. Logicky platí, že čím více bitů, tím více hladin jasu a tím jemněji je jas každé barvy zaznamenán.