Глава третья. Цвет в цифровом кинематографе
В этой главе изложены вопросы воспроизведения цветного изображения и цветоведения, которые важны для цифрового кино. Многие из вопросов, которые я буду здесь обсуждать, имеют технические последствия, которые выходят за рамки данной книги. Технические подробности, касающиеся многих из этих тем, можно найти в моей книге "Алгоритмы и интерфейсы цифрового видео и HDTV". (Poynton, Charles, Digital Video and HDTV Algorithms and Interfaces (San Francisco: Morgan Kaufmann, 2003).
Это был трудный и тяжёлый перевод, не всё здесь наверное в полной мере отображает ту мысль, которую хотели донести до вас авторы, но я старался😊
“FAITHFUL” AND “PLEASING” REPRODUCTION
"ВЕРНАЯ" И "ПРИЯТНАЯ" РЕПРОДУКЦИЯ
Основная проблема большинства приложений цифровой обработки изображений заключается в том, чтобы взять оригинальную сцену, которую зритель может наблюдать непосредственно, и закодировать ее в цифровые данные, которые впоследствии могут быть декодированы и отображены как точное воспроизведение сцены. Данные цифрового изображения легко могут быть изменены таким образом, что сцена не будет воспроизведена точно. Изменения могут быть непреднамеренными: мы надеемся, что хорошее понимание науки об изображении со стороны разработчиков системы позволит избежать непреднамеренных изменений. С другой стороны, изменения могут быть внесены намеренно в художественных целях. Верное воспроизведение - сложная проблема: как только она решена, становится понятно, как добиться неверного воспроизведения - предположительно для достижения художественных целей.
В потребительской фотографии оборудование и персонал фотолаборатории вносят лишь минимальные изменения в полученное изображение; определение того, что является "верным", остается за производителем пленки. (Возможно, производитель пленки использовал бы вместо этого термин "приятный", так как приятные изображения в конечном итоге являются тем, что продает потребителям продукты обработки изображений). В потребительской цифровой фотографии нет "лаборатории"; все технические требования, связанные с "точным" или "приятным" воспроизведением, должны быть встроены в аппаратуру и алгоритмы. В кино не всегда требуется точное воспроизведение сцены. Важно, чтобы замысел кинематографиста был выражен в копии, который представляется ему на утверждение: answer print. На этапе утверждения ожидается, что контрольная/пробная копия будет точно воспроизведена в кинотеатре с определенным допуском.
Увы, у иностранцев это всё принт )))
Плёнка
В конечном итоге - возможно, через 20 лет - большинство фильмов будет создаваться, обрабатываться, распространяться и демонстрироваться в цифровой форме. Киноиндустрия является крупной, традиционной и зависимой от ремесла; многие аспекты рабочего процесса, используемого при создании фильмов, связаны с обработкой пленки. Многие фильмы сегодня содержат компьютерную графику, интегрированную с живым действием, снятым на пленку; фильмы живого действия часто обрабатываются для добавления цифровых эффектов, и даже полностью синтетические компьютерные анимационные фильмы должны быть перенесены на пленку для показа. Для выполнения этих задач необходимо интегрировать цифровые технологии в рабочий процесс кинопроизводства: при этом следует учитывать ранее существовавшую практику. Наконец, хотя некоторые характеристики воспроизведения пленки являются нежелательными последствиями фотохимической обработки, некоторые характеристики берут свое начало в визуальном восприятии, и эти характеристики мы стремимся имитировать в цифровом формате.
Рабочий процесс киноплёнки
Чтобы понять суть цифрового кино, полезно понять рабочий процесс, обычно используемый в кинопроизводстве и постпроизводстве (см. рисунок 3.1).
Живое действие обычно снимается на негативную киноплёнку, иногда называемую оригинальной негативной киноплёнкой/original camera negative (OCN). Негативная киноплёнка имеет три эмульсионных слоя и, очевидно, записывает цвет. Однако связь между цветами в сцене и цветами на проявленном негативе не является логичной(разумной): оттенки и цвета записываются инвертированными. Например, красный цвет в кадре записывается как голубой на негативе, а желтый цвет в кадре записывается как синий на негативе. При печати негативной пленки инверсия меняется на противоположную. Неэкспонированные или слабоэкспонированные (теневые) области на проявленной негативной киноплёнке имеют характерный оранжевый цвет. Пленка OCN содержит цветные соединители, которые в неэкспонированных или теневых областях проявляются в оранжевую маску. Оранжевая маска компенсирует нежелательное поглощение коротковолнового света голубым и пурпурным красителями.
Снятые сцены печатаются на печатном материале. Копии, называемые dailies или rushes, просматриваются творческой группой, чтобы убедиться, что сцена адекватно представлена на пленке, а декорации, реквизит, оборудование и персонал всё ещё доступны на случай, если потребуется повторная съёмка. Позже могут быть сделаны аналогичные рабочие копии/workprints для различных технических целей.
Цветокоррекция - это достижение желаемых цветовых характеристик после съёмки исходной сцены. Цветокоррекция в кино происходит при печати OCN на контратипную плёнку для получения интерпозитива/interpositive (IP).
Примечание от меня: Сейчас будет немного сложно, в тексте написано intermediate film stock, я написал это как контратипная плёнка/intermediate film, но весь прикол в том, что у таких плёнок есть ещё и Контратипные Промежуточные плёнки (это наш официальный научно-технический термин) и у иностранцев они почему-то называются intermediate stock 😊, буквальный перевод Запасные промежуточные. (что реально путает)
Но так как я не сильно грамотный в киноплёнках, то прошу относится к этому со здравым сомнением, лучше обратиться к первоисточнику или специалисту. Лучше воспринимать эту информацию о плёнках как для общего понимания, а не как учебную.
На IP записывается позитивное изображение, цвета которого являются разумными. Однако, поскольку контратипная промежуточная плёнка имеет значительно отличающуюся передаточную функцию от печатного материала, видимое качество цвета IP является низким. IP не предназначен для непосредственного просмотра: он печатается на контратипной промежуточной плёнке для получения интернегатива/internegative (interneg, IN, printing neg, или dupe neg).
Как и изображения на негативной плёнке предназначенной для съёмки, цвета на IN не воспринимаются до тех пор, пока не будут напечатаны на носителе.
Когда фильм готов к прокату, IN печатается с помощью высокоскоростного контактного принтера на печатном материале для изготовления прокатной фильмокопии, которые рассылаются в кинотеатры. (Прокатные фильмокопии называются ударными/struck). IN объединяется в цикл, и прокатные фильмокопии производятся в ходе непрерывного процесса.
IN, или печатный негатив, можно пропустить через принтер от 500 до 1000 раз, прежде чем его качество начнет ухудшаться из-за механического износа. В этот момент он заменяется свежим IN, полученным с IP.
Негативная плёнка изменяет тона и цвета. Материал плёнки и соответствующая обработка могут быть разработаны таким образом, чтобы правильно воспроизводить цвета, не требуя второго этапа печати. Обращаемая/Reversal плёнка используется в потребительских 35-мм слайдах и в графическом искусстве (где позитивные прозрачности предпочтительнее негативов). Иногда обращаемый процесс используется для художественных фильмов. Хотя плёнка и называется "обращаемой", эта плёнка и её обработка, как ни парадоксально, не обращают цвета! Другой парадокс заключается в том, что IP печатается на негативной/negative киноплёнке! Термин "негатив/negative" лучше всего воспринимать как описание состояния изображения, а не как характеристику, присущую плёночному материалу. Плёночный материал лучше всего описывать как применяемую в кинокамерах/camera, контратипную/intermediate или копия/print(или, в редких случаях, обращаемую /reversal).
Цветокоррекция киноплёнки
Качество цвета в пленке регулируется во время печати путем изменения интенсивности отдельных красных, зеленых и синих ламп кинокопировального аппарата. Обычно эти цветные компоненты отделяются цветовыми фильтрами от общего источника света. Когда квалифицированный специалист(это timer) манипулирует настройками интенсивности во время печати для достижения желаемой цветопередачи пленки, этот процесс называется цветокоррекцией (color grading).
В традиционной фотографии экспозицией можно управлять, регулируя время выдержки. Когда печатается киноплёнка, время экспозиции обычно фиксировано, а экспозиция регулируется путем настройки интенсивности света.
Тем не менее, в исторической справке о цветной фотографии цветокоррекцию/color grading часто называют цветокоррекцией/color timing. Когда нет контроля над относительной интенсивностью света, копию называют не синхронизированной или вневременной/untimed, неконтрастной/flat, свет того же качества/best light или такой же свет/такая же освещённость/one light.
Примечание от меня: color grading и color timing на самом деле в нашем языке означают творческую цветокоррекцию и/или художественная цветообработка, а буквальный перевод их звучит так: Улучшение цвета и Хронометраж цвета, суть такого названия я думаю должна быть понятна из перевода.
Длины волн света для печати выбираются таким образом, чтобы минимизировать перекрестные помехи и, как вторичная цель, соответствовать пиковой чувствительности фильмокопии.
Освещение регулируется в экспоненциально разнесенных интервалах(increments/пункт), называемых точками (Точка печати на обычном языке означает 1/72 дюйма). При использовании 40 пунктов экспозиция печати умножается на 10, то есть один пункт соответствует 0,025 единицы плотности на негативе.
Применение 12 пунктов приводит к удвоению экспозиции при печати. (Если вы знакомы с камерами, у вас может возникнуть соблазн назвать это ступенью(stop); однако в данном контексте этот термин вводит в заблуждение по причинам, которые станут понятны через некоторое время). Номинальная экспозиция достигается при установке, например, 25-25-25 (" 25-across"). Обычный диапазон каждого света составляет от 0 до 50 пунктов - то есть экспозиция при печати может быть увеличена примерно в четыре раза или уменьшена примерно в четыре раза от номинальной.
Влияние определенного набора настроек освещения кинокопировального аппарата может быть связано с тем изменением экспозиции кинокамеры, выраженным в f-ступенях, которое позволит достичь эквивалентного эффекта. Эта связь является косвенной из-за нелинейности негативной киноплёнки предназначенной для съёмки. Гамма этой негативной киноплёнки составляет около 0,6.
Увеличение экспозиции негатива на 1 2/3 ступени дает примерно такой же эффект, как уменьшение экспозиции вдвое на этапе печати, то есть вычитание 12 пунктов. Двенадцать точек при печати соответствуют примерно 1 2/3 ступеням экспозиции сцены, поэтому примерно 7 точек соответствуют 1 ступени экспозиции сцены.
В процессе цветокоррекции обычно делается несколько пробных копий каждой сцены. Кинематографист просматривает каждый пробную копию и отправляет инструкции в лабораторию относительно ламп принтера, которые должны быть использованы для следующей копии. Копия, цвет которой принят кинематографистом, называется answer print/монтажная фильмокопия.
Для печати OCN на IP применяется свет ламп кинокопировального аппарата, одобренный кинематографистом на основе монтажной копии. IP записывает позитивное изображение с разумным цветом, но, как я уже упоминал, цвет не является визуально правильным. Однако, когда IP печатается на IN, а этот IN, в свою очередь, печатается на печатный материал, цвета в прокатной копии будут близко соответствовать цветам монтажной копии.
Когда изображения сгенерированные на компьютере (CGI) записываются на киноплёнку, они обычно записываются на промежуточную киноплёнку с экспозициями, пропорционально трёхстимульным значениям реальной сцены. (Хотя экспозиция пропорциональна сцене, она гораздо выше, чем у реальной сцены, поскольку контратипная киноплёнка гораздо менее чувствительна, чем киноплёнка предназначенная для кинокамер). Несмотря на то, что контратипная промежуточная плёнка используется вместо негативной киноплёнки для кинокамер, CGI, записанный на киноплёнку, эквивалентен по цветам негативной киноплёнке для кинокамер. Такие изображения часто называют контратипные duplicate negative, или dupe neg, хотя на самом деле ничего не было дублировано. Такой подход позволяет обрабатывать CGI-материал в течение оставшейся части производственного процесса идентично плёнке original camera negative. Такой материал может быть вставлен в снятую исходную киноплёнку ( intercut with).
ЦИФРОВАЯ КИНЕМАТОГРАФИЯ
Digital Cinema - специальная цифровая технология предназначенная для распространения и показа кинофильмов в кинотеатрах, оснащенных специальным проигрывателем и цифровым кинопроектором, а не обычным «пленочным» кинопроектором
В цифровом кинематографе мы стремимся получить цифровую монтажную копию, которая будет одобрена кинематографистом. Целью распространения и демонстрации является показ фильма с цветопередачей, приближенной к цифровой монтажной копии(digital answer print).
Если значения трёхстимула цифровой монтажной копии, утверждённые на эталонном проекторе, точно отображаются в кинотеатре, то проблемы с цветом, связанные с прокатом и показом, решены. Однако цвет в цифровом кинематографе включает в себя больше, чем просто дистрибуция и показ. Мы хотим использовать цифровые технологии при записи и постпроизводстве; цвета на этой стадии не обязательно должны совпадать с конечным цветовым решением. Мы хотим иметь возможность преобразования цветовых значений Master Digital Cinema в цветовой диапазон, доступный в альтернативных форматах проката, таких как широковещание или домашнее видео. Наконец, мы хотим, чтобы мастер цифровой кинокопии решал проблему цветовой гаммы: мы хотим создать условия для записи, постобработки и демонстрации с широкой цветовой гаммой, чтобы будущие фильмы имели доступ к более широкой цветовой палитре, чем сегодняшние. (Частично эта цель является художественной, а частично - коммерческой: многие участники кинобизнеса стремятся сохранить сильную дифференциацию продукции между фильмами для театральной демонстрации и домашнего кинотеатра). По всем этим причинам нам необходимо углубиться в вопросы цвета, начиная с цифрового представления данных о цветном изображении.
Примечание от меня: полное название — Digital Cinema Distribution Master («DCDM») – Мастер цифровой фильмокопии.
Цветовое пространство
Поскольку человеческое зрение основано на трёх различных видах цветных фоторецепторных клеток в сетчатке глаза, для описания цвета необходимы и достаточны три компонента. Ученый, изучающий зрение, может говорить о том, что значения цвета представлены в терминах фундаментальных значений колбочек - оценок выходов самих фоторецепторных клеток. Измерения цвета основаны на трёхстимульных цветовых значениях, обозначаемых XYZ, и производных от них, таких как значения цветности (x, y) и перцептивно однородные цветовые значения L*a*b* (CIE LAB) или L*u*v* (CIE LUV). Для захвата и отображения изображений более практично иметь дело со значениями цвета, представляющими аддитивные первичные значения RGB или нелинейные производные RGB, такие как R'G'B', Y'CBCR (или в аналоговых видеосистемах, Y'PBPR, Y'UV, или Y'IQ). В обычной фотографии используется субтрактивный цвет, основанный на голубом, пурпурном и желтом (CMY) красителях.
Все эти системы состоят из трёх компонентов. Для нас естественно создать пространственную метафору для цвета, связав значения трёх цветовых компонентов с тремя пространственными координатами. Мы говорим о различных представлениях цвета как о трёхмерных цветовых пространствах. Цвета описываются как расположение в трехмерном пространстве; различия между цветами концептуализируются и даже вычисляются как расстояние.
Исторически сложилось так, что вычислительная неэффективность пространств измерения цвета исключала их использование для кодирования изображений. Цветовые пространства, пригодные для измерения цвета (такие как XYZ, xyY, u'v'Y, L*a*b* и L*u*v*), отличались от цветовых пространств, пригодных для кодирования изображений (таких как RGB, R'G'B', Y'C BCR и CMY). Однако феноменальный рост производительности вычислений сделал возможным прямое использование цветовых пространств для кодирования изображений. Одним из примеров является приложение Photoshop компании Adobe, которое может хранить графические изображения в формате LAB. Другой пример — предложенное DCI кодирование X'Y'Z' для цифровых киноизображений, где прима XYZ обозначает, что для равномерности восприятия была применена степенная функция (гамма).
Примечание от меня: прима XYZ/the prime of XYZ, я ХЗ почему они так пишут, но по-русски это Штрих, а по-научному это Апостроф.
Многие цветовые пространства, исторически используемые для кодирования изображений, считались зависимыми от устройства. Например, в киноплёнке цвет, получаемый при определенной комбинации плотностей CMY, зависит от характеристик красителей. Во многих приложениях RGB считается зависимым от устройства из-за невозможности стандартизировать, какие именно цвета ассоциируются с чистым красным, чистым зеленым и чистым синим. Однако высокая степень точности студийного видеооборудования и жёсткое соответствие стандартам означает, что студийный RGB можно рассматривать как разновидность независимого от устройства RGB, оптимизированного для определённого класса устройств.
Терминология
Прежде чем приступить к описанию кодирования цветных изображений, я должен ввести пять технических терминов: трёхстимульные значения/tristimulus value, яркость/luminance, относительная яркость/relative luminance, светлота/lightness и люма, кто-то пишет и говорит, лума/luma (и это тоже яркость😁). Я использую термин яркость/brightness только в случайном смысле по двум причинам. Во-первых, по определению МКО, яркость субъективна. Во-вторых, шкала яркости не имеет верхней границы, но при кодировании цветных изображений важно обсуждать величины относительно некоторого эталона белого цвета.
Примечание от меня: luminance это яркость техническая, этот термин применяется только по отношению к технике. Чаще это фотометрическая или отражённая яркость от проекционного экрана. У нас это везде Яркость.
Яркость она и в Африке яркость😁
Хотя в некоторых цветовых моделях luminance это светлота, а яркость это value.
А хотите вынести себе мозг путём толкования терминов в цветовых моделях, прочитайте про это
Значение трёхстимула. Трёхстимульные значения количественно определяют мощность света, взвешенную по определённой спектральной функции распределения. Трёхстимульные значения - это линейная мера света, пропорциональная интенсивности. (Термин интенсивность обычно не подходит для использования в кодировании цветных изображений, поскольку он не учитывает спектральное распределение). В 1931 году МКО стандартизировал набор из трех весовых функций x¯(l), y¯(l) и z¯(l), названных функциями соответствия цветов (CMFs). Взвешивание спектрального распределения мощности по кривым CMF МКО дает трёхстимульные значения X, Y и Z. Они произносятся как "cap-X", "cap-Y" и "cap-Z" (или "big-XYZ"), чтобы отличить их от значений цветности x и y ("little-x", "little-y"), которые я представлю позже в разделе "Равномерность восприятия". Трёхстимульные значения X, Y и Z образуют выделенный набор; однако значения RGB, пропорциональные интенсивности, также могут считаться трёхстимульными значениями, если их спектральный состав удовлетворяет математическому соотношению с XYZ: значения RGB должны быть получены через линейное преобразование XYZ 3×3. Линейно-световые значения RGB в цифровой визуализации обычно приближаются к трёхстимульным значениям.
Примечание от меня: Эти трёхстимульные значения, хоть и гуляет именно такое словосочетание в интернете, но думается что это трёхкомпонетные значения, именно так это описано в нашей научной литературе.
Яркость. Трёхстимульные значения обычно поставляются в виде множества из трёх, как следует из их названия. Однако трёхстимульное значение CIE Y, известное как Luminance, может быть самостоятельным. Спектральная весовая функция y¯ (λ) аппроксимирует спектральную чувствительность ощущения яркости; это то, что вы ожидаете от показаний экспонометра. Абсолютная яркость измеряется в канделах на метр квадратный (кд/м2, или "нит"). Максимальная яркость компьютерного монитора может достигать 200 кд/м2; пиковая яркость телевизионного дисплея обычно составляет 100 кд/м2(данные на сегодняшний день уже не так актуальны). В кинотеатре максимальная яркость обычно составляет 40 кд/м2 (эквивалентно 14 футам на квадратный метр).
Относительная яркость. Белая карта обычно отражает около 90% падающего освещения. В исходной сцене это называется диффузной белой яркостью. В открытой, освещенной солнцем сцене диффузно отражающая белая карта может достигать яркости 10 000 кд/м2. Очень немногие дисплеи могут достичь яркости, сравнимой с яркостью сцены на открытом воздухе, и в любом случае, такая высокая яркость нежелательна для изображений, предназначенных для просмотра в помещении. Как правило, мы стремимся воспроизвести значения яркости относительно яркости эталонного или максимально белого цвета. Обычно мы стремимся отобразить изображение, в котором относительная яркость/relative luminance элементов сцены воспроизведена приблизительно.
Светлота. Характеристики зрительной системы человека таковы, что восприятие светлоты нелинейно связано с физической интенсивностью света (или, в более общем случае, со значениями трёхстимульной интенсивности). Зрение не реагирует одинаково на одно и то же физическое приращение интенсивности по всей градационной шкале от черного до белого; вместо этого восприятие светлоты примерно пропорционально соотношению значений интенсивности. Порог восприятия светлоты соответствует отношению значений яркости около 1,01 - другими словами, увеличение яркости на 1% лежит на пороге видимости. Светлота - это нелинейная функция яркости, которая оценивает реакцию человеческого зрения. Стандартная функция обозначается L* ("L-звезда"); по сути, это степенная функция с экспонентой 0,4. L* имеет диапазон от 0 до 100 (В уравнении для L* присутствует экспонента 1⁄3; однако вблизи черного цвета вводится линейный сегмент. Смещение и масштабирование, связанные с линейным сегментом, приводят к тому, что функция очень похожа на степенную функцию со значением 0,4 во всём диапазоне от чёрного до белого.); разница в значениях L* ("дельта-L"), равная единице, принимается за порог восприятия освещенности. Обычная средне-серая тестовая карточка имеет относительную яркость 18%; это соответствует значению L*, очень близкому к 50.
Люма. В цифровом видео и HDTV иногда используется кодирование R'G'B', но чаще используется цветоразностное кодирование Y'CBCR. Компонент luma (Y') оценивает светлоту; компоненты chroma (CB и CR) представляют цвет с удаленной светлотой. Светлота не вычисляется напрямую, а аппроксимируется как люма. К сожалению, многие видеоинженеры и многие специалисты по компьютерной графике ошибочно используют термин luminance для обозначения того, что правильно называется и вычисляется как luma. Подробности см. в Приложении A, YUV и luminance, считающиеся опасными (ошибочными), в моей книге.(увы, в моём варианте книги не было этого приложения, так что, перевода не будет)
ПРОБЛЕМЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ДАННЫХ ЦВЕТНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ
ISSUES IN COLOR IMAGE DATA REPRESENTATION
Следующие вопросы являются основными для воспроизведения цвета в цифровом кино:
◆ Однородность восприятия
◆ Коэффициент контрастности
◆ Метамеризм
◆ Необходимость обработки сигнала
◆ Цветовая гамма
◆ Рендеринг(визуализация)
◆ Зеркальный свет (или по-русски это Блик, просто блик)
Я кратко изложу каждый из этих вопросов в следующих параграфах, а затем обсужу детали большинства из них в остальных разделах этой главы.
Однородность восприятия/Perceptual uniformity. Для эффективного использования цифровых кодовых значений система кодирования изображений должна имитировать восприятие освещенности зрением. Системы формирования изображений редко используют значения пикселей, пропорциональные интенсивностям; обычно используются значения, нелинейно связанные со значениями трёхстимулов. В системах видео и HDTV используются значения R'G'B', где простые символы указывают на то, что линейные значения трёхстимулов света были преобразованы в нелинейную передаточную функцию, обычно напоминающую квадратный корень. В цифровой плёнке кодовые значения обычно приближаются к логарифму относительной яркости.
Коэффициент контрастности/Contrast ratio. Коэффициент контрастности — или, более технически, коэффициент симультанной(одновременной) контрастности — это отношение яркости между самыми светлыми и самыми темными участками исходной сцены или воспроизведенного изображения. Коэффициент контрастности является основным фактором, определяющим качество изображения. Тёмная среда просмотра более требовательна к кодированию изображения, чем светлая среда просмотра. Проецируемый кинофильм может обеспечить зрителю коэффициент контрастности, приближающийся к 100:1, что значительно лучше, чем у телевидения (около 30:1), которое, в свою очередь, лучше, чем просмотр в офисе (около 15:1). Коэффициент последовательной контрастности/Sequential contrast ratio — это отношение интенсивности между самым светлым и самым тёмным достижимыми воспроизводимыми уровнями яркости, когда эти уровни не обязательно должны отображаться одновременно. Коэффициент последовательной контрастности для данной системы отображения обычно намного выше, чем коэффициент одновременной контрастности. Хотя высокий коэффициент последовательной контрастности важен, коэффициент одновременной контрастности является более важным показателем.
Метамеризм/Metamerism. Чтобы получить точное представление о цвете только по трем компонентам, необходимо иметь тщательно подобранную спектральную чувствительность. Прибор для измерения цвета, такой как колориметр, включает в себя три спектральных фильтра, форма которых продиктована стандартами CIE. Для разработчика камеры непрактично создавать разделительные фильтры, строго придерживаясь этих кривых. Однако отклонение от этих кривых приводит к неточному воспроизведению цвета в той или иной степени. Метамеризм камеры относится к явлению, при котором пара спектральных стимулов, которые кажутся одинаковыми для человеческого зрения, передаются камерой как имеющие разные значения RGB, или, наоборот, явление, при котором пара спектральных стимулов, которые кажутся разными для человеческого зрения, передаются камерой как имеющие одинаковые значения RGB. Разработчик камеры стремится минимизировать метамеризм, но для минимизации ошибок цветопередачи при одновременном достижении высокой чувствительности и хорошего соотношения сигнал/шум необходимы инженерные компромиссы.
Про кривые, скорее всего речь идёт об этом:
Чувствительность палочек и колбочек к световому потоку в зависимости от
длины волны описывается кривыми спектральной чувствительности человеческого глаза. Для характеристики общей спектральной чувствительности человеческого глаза к потоку светового излучения используется относительная кривая световой эффективности, либо, как ее называли раньше,кривая видности, определяющая общую чувствительность человеческого глаза к свету с учетом цветового (колбочки) или светового (палочки) зрения.
Необходимость обработки сигналов/The Necessity of Signal Processing.
Когда Джеймс Клерк Максвелл впервые продемонстрировал воспроизведение цвета в 1861 году, он использовал идентичные красный, зеленый и синий фильтры для захвата и реконструкции. Теперь мы знаем, что такой подход снижает насыщенность цвета. Правильное воспроизведение цвета требует не только правильно подобранных спектральных характеристик камеры и дисплея, но и определенных операций по обработке сигнала. Причины этого сложны, но простое объяснение, применимое ко многим ситуациям воспроизведения изображений, заключается в том, что спектральное перекрытие чувствительности при захвате или первичных характеристик при воспроизведении вызывает недостаток насыщенности. Потеря насыщенности может быть компенсирована путем обработки линейных световых RGB-сигналов через матрицу 3×3, диагональные элементы которой близки к единице и имеют небольшие отрицательные числа вне диагонали (обработка сигнала/signal processing). В фотохимической плёнке процесс, сравнимый с матричной обработкой, реализуется с помощью DIR-сцепки (см. раздел "Необходимость обработки сигнала").
Цветовая гамма. Зрительная система человека может правильно воспринимать широкий диапазон цветов в реальном мире. Системы отображения, как правило, не предлагают почти такой же широкий диапазон цветов, какой может видеть зрение. Диапазон цветов, доступных в системе захвата, записи или отображения изображения, называется цветовой гаммой/Color Gamut. Различные средства отображения и устройства отображения имеют различную цветовую гамму.
Существует существенная разница между цветовой гаммой, доступной в типичных субтрактивных системах воспроизведения цвета, таких как киноплёнка или офсетная печать, и цветовой гаммой, доступной в типичных электронных системах отображения, таких как ЭЛТ, ЖК-дисплеи, PDP и DLP.
А вот это я нашёл в другой книге.
The range of colors that a system is able to reproduce is known as its “color space” (or “gamut”).
Диапазон цветов, которые способна воспроизводить система, называются «цветовым пространством" (или «цветовой гаммой»)
Чуть позже начну смотреть учебник 2019 года, возможно там будет более конкретное определение. По сути это одно и тоже, Gamut частное от Color Space и Цветовая гамма это то количество цветов которое есть в Цветовом пространстве, оно же и характеризует само Цветовое пространство. Противоречий нет, но, блин, в их технических руководствах написано: Color space= Gamut+Gamma(передаточная функция). Да и на уроках от Чёрных магов, там преподаватели разделяли эти понятия. Возможно дело в менталитете)))
Если смотреть, что значит слово Gamut — the complete range or scope of something/полный диапазон или объём (область действия) чего-либо (и второе значение у этого термина — это Диапазон). И слово Гамма здесь значит не Передаточная функция, а — Последовательный ряд каких-л. однородных, но отличающихся друг от друга предметов, явлений; последовательная смена каких-л. явлений. Гамма красок.Пред вашими глазами развертывалась бесконечная гамма этих осенних тонов умирающей зелени. Мамин-Сибиряк, Осенние листья.
Ещё немного смешнее, нашёл в неизданной книге от Bryan Ray:
Gamut:
1) Диапазон цветов, которыми можно описать цветовое пространство.
2) Диапазон цветов, который конкретное устройство способно отобразить или записать.
Рендеринг/визуализация/Rendering. Обычно изображения воспроизводятся в условиях просмотра, которые существенно отличаются от условий, в которых были сняты изображения. Наивный подход к воспроизведению изображений заключается в том, чтобы просто масштабировать значения трёхстимульной яркости сцены до значений трёхстимульной яркости, обеспечивающих максимально возможную яркость белого цвета на дисплее. Однако простое масштабирование трёхстимульных значений приводит к низкому качеству изображения: в обычном случае, когда белый цвет на дисплее значительно уступает белому цвету сцены, градационная шкала (tone scale или серая шкала) оказывается неправильной, а цвета выглядят перенасыщенными. Для достижения правильного вида изображения требуется модификация данных изображения в зависимости от условий окружающей среды при захвате сцены и при просмотре. В цифровом видео и HDTV характеристики предполагаемой среды просмотра включаются в передаточную функцию, применяемую в камере (так называемая гамма-коррекция). В настольных компьютерах и компьютерной графике используется передаточная функция, отличная от видео, из-за разницы в типичных условиях просмотра. В кинотеатрах условия просмотра снова отличаются, и к данным изображения необходимо применять другую передаточную функцию. Для данных в изображении, предназначенных для отображения в различных условиях просмотра, требуемое изменение передаточной функции должно происходить во время отображения.
Зеркальный свет/Specular highlights. Типичные сцены содержат зеркальный свет, возникающий в результате отражения от таких материалов, как стекло, хром и вода. Наличие и важность зеркального света сильно зависит от сцены, но зеркальный свет обычно намного превышают яркость диффузного белого. Точное воспроизведение их относительной яркости потребовало бы огромного уменьшения яркости диффузного белого, что привело бы к снижению средней яркости. К счастью, характеристики зрения таковы, что убедительное воспроизведение зеркального света может быть достигнуто, даже если он отображается со значительно меньшими значениями относительной яркости, чем в сцене. Кинематографисты контролируют воспроизведение градационной шкалы, чтобы сжать яркость зеркальных светов.
После краткого обзора вопросов, касающихся равномерности восприятия, коэффициента контрастности, метамеризма, цветового охвата, обработки сигналов, рендеринга и зеркальных светов, я рассмотрю некоторые из этих тем более подробно.
блик — элемент светоте́ни — световое пятно на ярко освещённой выпуклой или плоской глянцевой поверхности. Возникает вследствие зеркального или зеркально-диффузного отражения яркого источника света, чаще всего солнца, на предмете.
Равномерность восприятия
Восприятие освещенности зрением нелинейно связано с физической интенсивностью: зрение не может различить два уровня яркости, если отношение между ними меньше 1,01; другими словами, визуальный порог для различия яркости составляет около 1%.
В условиях кинотеатра необходимо воспроизвести несколько сотен градаций серого цвета; однако эти градации неравномерно распределены в области физической интенсивности. Проблема неэффективного использования кодированных значений усугубляется по мере увеличения количества битов на компонент. Линейное кодирование света с 14 битами на компонент имеет 16 384 кодовых значений в диапазоне от черного до белого. Только несколько сотен из этих кодов полезны для восприятия.
Линейное кодирование света необходимо в некоторых приложениях, таких как CGI, где вычисления должны имитировать физическое смешение света. Однако в большинстве приложений для кодирования изображений его недостаточная однородность восприятия крайне неэффективна. Решением проблемы неэффективности линейного кодирования света является использование нелинейного кодирования, при котором кодируемые значения распределяются по диапазону тонов от черного до белого в соответствии с восприятием светлоты человеческим зрением. Такое кодирование называется перцепционно равномерным/perceptually uniform. Широко используются два метода перцептивно равномерного кодирования: power-law(степенное) кодирование и логарифмическое(logarithmic) кодирование.
Степенное кодирование используется в видеосистемах с 1940-х годов. Оно повсеместно используется в современных системах цифрового видео, MPEG и HDTV, а также очень широко применяется в настольной компьютерной графике и полиграфии. При степенном кодировании значение кода для каждого из красного, зеленого и синего составляющих пропорционально соответствующему линейному значению света (трёхстимульному), увеличенному примерно до 0,5; другими словами, значение кода каждого компонента примерно пропорционально квадратному корню из значения трёхстимула сцены(В полиграфии значения RGB обычно представляют корень из 1,8 отображаемого относительного коэффициента отражения). Восьмибитных составляющих было достаточно для студийного видео в 1980-х и начале 1990-х годов, и 8-битные компоненты остаются обычным явлением в приложениях компьютерной графики для настольных компьютеров и сегодня. Однако 10-битные составляющие стали стандартом для студийного видео и HDTV. (поправка о меня, сейчас стандартом принято 12 бит)
Десятибитные составляющие со степенным кодированием, как в Rec. 709(6ITU-R Rec. BT.709-3, Основные значения параметров для стандарта HDTV для студии и для международного обмена передачами), имеют производительность, сравнимую с 12-битными составляющими линейного света. Высокий коэффициент контрастности для просмотра в кинотеатре требует одного или двух дополнительных битов.
Пропускающая способность киноплёнки традиционно измерялась и указывалась в логарифмических единицах оптической плотности. Логарифмическое кодирование, при котором кодированные значения пропорциональны оптической плотности негатива, было установлено в системе Cineon компании Kodak в начале 1990-х годов; эта система продолжает использоваться во многих приложениях для цифровых фильмов и сегодня. Технически, кодированные значения пропорциональны плотности печати. Однородность восприятия достигается благодаря сочетанию двух факторов: определенная степень однородности восприятия обеспечивается гаммой 0,6 негативной киноплёнки; последующее логарифмическое кодирование пропускающей способности киноплёнки также обеспечивает однородность восприятия.
Некоторые новые цифровые кинокамеры используют логарифмическое кодирование значений трёхстимула сцены. Эти логарифмические значения RGB не вполне сопоставимы с плотностью печати из-за отсутствия гаммы киноплёнки.
Независимо от того, какая схема нелинейного кодирования используется при кодировании, она должна быть инвертирована при отображении изображения. В видео инверсия гамма-коррекции камеры исторически происходила на ЭЛТ. В кино гамма негативной пленки компенсируется гаммой фильмокопии. Однако инверсия намеренно не является математически совершенной по причинам, которые я объясню в разделе "Рендеринг".
Левая часть рисунка 3.2 представляет линейное кодирование света, а правая - логарифмическое кодирование RGB. В обоих случаях сквозная передаточная функция прямолинейна. Однако нелинейное кодирование в правом эскизе обеспечивает лучшую производительность для схем кодирования изображений, имеющих менее 14 бит на компонент. В DLP-дисплее перцептивно равномерное кодирование инвертируется цифровой обработкой сигнала для наложения степенной функции (инверсной гаммы).
На рисунке слева показано линейное распределение кодирования; на рисунке справа - логарифмическое. В обоих случаях яркость из конца в конец воспроизводится прямолинейно, но правая (нелинейная) схема демонстрирует гораздо лучшую производительность в любой системе, имеющей менее 14 бит на составляющую.
DCI предложил систему кодирования для цифрового кино, которая напрямую представляет гамма-корректированные значения CIE XYZ. Однородность восприятия аппроксимируется путем наложения степенной функции с экспонентой 1 2/6, т.е. около 0,385 на каждый из компонентов XYZ. При декодировании применяется функция 2,6. Двенадцать бит на составляющую достаточно для превосходного качества изображения.
Зеркальный свет/света
Если исходная сцена не содержит зеркальных светов, диффузный белый можно разместить в верхней части кодируемого диапазона. Однако для захвата зеркальных светов диффузный белый должен располагаться несколько ниже максимального значения яркости.
Максимальная яркость в воспроизводимом изображении получается когда диффузный белый — воспроизводится при максимальной яркости дисплея. Для воспроизведения зеркальных светов на дисплее диффузный белый должен располагаться чуть ниже максимальной яркости.
Рассмотрим сцену, содержащую зеркальный свет, яркость которого в четыре раза превышает яркость диффузного белого. Точное воспроизведение этого зеркального света потребует воспроизведения диффузного белого цвета на уровне одной четверти от максимальной яркости дисплея. Резервирование трёх четвертей доступного диапазона яркости только для воспроизведения зеркального света потребует огромного снижения яркости воспроизводимого диффузного белого, что приведёт к тусклому изображению.
Убедительное воспроизведение зеркальных светов может быть достигнуто, даже если они отображаются со значительно меньшими значениями относительной яркости, чем они имели в сцене. В зависимости от характера сцены, яркость ярких светов может быть уменьшена в два или даже четыре раза без ухудшения визуального восприятия.
На плёнке обработка зеркальных светов задаётся кинооператором во время съёмки, в основном через контроль экспозиции. (Негативная киноплёнка применяемая для записи в кинокамерах имеет достаточный динамический диапазон, поэтому обработка ярких светов может быть изменена на этапе постпроизводства). Кинопроекторы и кинотеатры достаточно похожи, чтобы их условия показа и просмотра можно было считать фиксированными: монтажная копия может быть апробирована на экране кинотеатра с уверенностью в том, что соответствующие прокатные копии будут достаточно точно показаны в коммерческих кинотеатрах.
В видео и HDTV оператор контролирует зеркальный свет, контролируя экспозицию (через диафрагму) и настраивая регуляторы усиления/gain, спадом/knee, и наклоном/slope обработки сигнала в камере. Для видео- и HDTV-материалов контроль осуществляется на эталонном мониторе в студийной комнате управления. Этот монитор и эта среда представляют собой идеальное окружение с точки зрения конечного потребителя. Учитывая важность эталонного монитора, может показаться неожиданным, что передаточная функция эталонного монитора не стандартизирована ни одной организацией - SMPTE, EBU, ITU-R или кем-либо ещё. Сегодняшняя рабочая практика молчаливо предполагает, что эталонный монитор обладает передаточной функцией 2,5. (а вот здесь без комментариев 😂, так как данные 2005г)
Немного пояснений: knee это колено, у нас это спадание и в принципе пояснять ничего не надо, если поглядеть на картинку, речь идёт про верхнюю часть кривой. Точка/Point управляет порогом, с которого начинается сжатие экспозиции. Slope/наклон — им вы регулируете наклон кривой, ту часть кривой, которая находится между уровнем колена и точкой.
Можете почитать немного здесь на примере камер Сони, здесь на русском.
Стандартный диапазон кодирования цифрового видео простирается примерно до 109% эталонного белого: верхние 9% диапазона кодирования доступны для учета зеркальных светов. В идеале, степенная функция дисплея 2,5 должна работать в этом диапазоне. Однако продолжение работы степенной функции 2,5 приводит к тому, что эталонный белый отображается всего лишь на 80% от максимальной яркости дисплея.
Многие разработчики дисплеев для бытовой электроники считают соответствующее снижение средней яркости слишком сильным, и многие потребительские дисплеи насыщают или обрезают диапазон ярких светов, чтобы максимизировать яркость дисплея, как показано на рисунке 3.3.
compromised переводится как скомпрометированный или дефектный, это если технично, но для понимания это значит, что уровень яркости нарушен или здесь происходит нарушение уровня яркости. Ну, а clipped значит уровень белого здесь обрезан или обрезается
Кинопроекторы используются в очень темных помещениях с темным окружением. Многие фильмы, выпущенные в цифровом формате за последние несколько лет, либо были сняты с использованием технологии HDTV, либо использовали технологию HDTV в постпроизводстве. Сигналы, воспроизводящиеся в соответствии с Rec. 709, выглядят несколько недостаточно контрастными и насыщенными по цвету при отображении непосредственно на дисплее с линейным освещением (например, DLP) с использованием передаточной функции 2,5 в условиях кинотеатра. Лучшее визуальное восприятие материала HDTV достигается без ущерба для равномерности восприятия за счёт использования немного более высокого значения экспоненты, обычно 2,6 (но возможно и 2,7). Значение 2,6 было включено в предложенную схему кодирования DCI X'Y'Z'.
Все рассмотренные мною вопросы обработки зеркального света игнорируются в любой системе, такой как предлагаемая схема DCI, целью которой является простое воспроизведение в кинотеатре трёхстимульных значений, отображаемых на эталонном проекторе на этапе утверждения. Однако зеркальный свет необходимо учитывать при захвате, в постпроизводстве и всякий раз, когда мастер цифрового кино передается в среду отображения не связанную с кинотеатром.
Рендеринг/Визуализация
Рассмотрите цветы в саду в полдень яркого солнечного дня. Посмотрите на тот же сад через полчаса после захода солнца. Физически спектры цветов не изменились, за исключением их перехода на более низкие уровни яркости. Однако после захода солнца цветы становятся заметно менее красочными: таково свойство зрения, что красочность уменьшается с уменьшением яркости.
Воспроизведенные изображения обычно просматриваются с небольшой долей, возможно 1/100 или 1/1000, от яркости, при которой они были сняты. При дневном освещении сцены на открытом воздухе белая карта (диффузно-белая) может иметь яркость 10 000 кандел на метр квадратный; однако воспроизведение может быть ограничено пиковой яркостью белого цвета в 100 кандел на метр квадратный. Если бы воспроизведенная яркость была пропорциональна яркости сцены, то, в силу особенностей зрения, воспроизведенное изображение выглядело бы менее красочным и менее контрастным, чем оригинальная сцена.
Чтобы воспроизвести при низком уровне яркости контрастность и красочность, сравнимые с оригинальной сценой при высокой яркости, мы должны изменить характеристики изображения. Инженер или физик может стремиться к достижению математической прямолинейности в системе формирования изображения; однако необходимые изменения приводят к тому, что воспроизводимая яркость отклоняется от линейности. Дилемма заключается в следующем: мы можем достичь математической линейности или добиться правильного внешнего вида, но мы не можем одновременно сделать и то, и другое! Успешные коммерческие системы обработки изображений жертвуют математической линейностью для достижения правильного результата восприятия. В общих чертах, коррекция осуществляется путем применения степенной функции к трёхстимульным значениям сцены. Выбранная экспонента зависит от нескольких факторов.
Постоянная степенная функция необходима для достижения хорошего субъективного качества изображения при воспроизведении на типичном дисплее в типичной среде просмотра. Для видео подходит постоянная степень 1,25. Из-за темных условий окружающей среды в кинотеатре подходит постоянная степень 1,5. В этом эскизе показана постоянная степенная функция в степени 1,25 в сочетании с равномерным кодированием. Исполнение этой идеи является весьма сложным, поскольку перцепционная равномерность и рендеринг взаимосвязаны; нелинейная обработка выполняется при кодировании и декодировании.
ЭЛТ, используемые сегодня для телевизионных дисплеев, имеют максимальную яркость около 100 кд/м2 и довольно хороший коэффициент контрастности, приближающийся к 100:1.
Однако телевизионные дисплеи обычно просматриваются в затемненных помещениях с тусклым окружением. Для видео требуемая постоянная экспонента составляет примерно 1,25. Яркость красного, зеленого или синего первичного света, создаваемого ЭЛТ-монитором, пропорциональна напряжению (или значению кода), увеличенному примерно до степени 2,5. Экспонента кодирования около 0,4 будет оптимальной для равномерного восприятия. Кодирование при степени 0,4 было бы идеально инвертировано "родной" степенью 2,5 ЭЛТ; однако в этой комбинации отсутствовала бы необходимая коррекция рендеринга. Вместо кодирования со значением 0,4, степень 0,5 обычно навязывается гамма-коррекцией в камере. Произведение степени 0,5 и степени 2,5 на дисплее дает постоянную степень 1,25, подходящую для условий просмотра, типичных для телевидения. На рисунке 3.4 показано равномерное по восприятию кодирование на рисунке 3.2 в сочетании с наложением постоянной степени 1,25. (Цветопередача подробно обсуждается в Giorgianni, Edward J., and T.E. Madden, Digital Color Management: Решения для кодирования (Reading, MA: Addison-Wesley, 1998)
При просмотре телевизора в темном помещении, например, в домашнем кинотеатре, гамма дисплея должна быть настроена немного выше значения 2,5, возможно, до 2,6 или 2,7. Некоторые проекторы для домашнего кинотеатра поддерживают значения гаммы (экспоненты) в этом диапазоне.
В большинстве новых устройств отображения используются преобразователи, которые не имеют степенной функции значения 2,5. Для надлежащего воспроизведения предварительно закодированных видеосигналов такая система отображения должна включать обработку сигнала для компенсации своей собственной характеристики, чтобы получить приблизительно степень 2,5 — соотношение между значением кода и отображаемой яркостью. Из-за перцепционной равномерности видеокодирования обработка сигнала заставляет систему отображения реагировать на кодовые значения перцепционно равномерно.
Для условий просмотра в кинотеатре постоянная экспонента составляет приблизительно 1,5. В кино это соотношение достигается за счет комбинации гаммы 0,6, характерной для негативной пленки предназначенной для съёмки, и гаммы 2,5, характерной для кинокопии. Могут быть задействованы промежуточные стадии IP и IN, но поскольку промежуточная непроявленная плёнка имеет гамму приблизительно равную единице, промежуточные стадии не вносят вклад в постоянную степенной функции.
Как и при работе с зеркальным светом, вопросы рендеринга можно игнорировать в любой системе, которая просто воспроизводит значения трёхстимула монтажной копии. Однако рендеринг необходимо учитывать при захвате, в постпроизводстве и при передаче цифровых киномастеров в различные среды отображения.
Необходимость обработки сигналов
The Necessity of Signal Processing
Максвелл сделал первую цветную фотографию, сделав три экспозиции одной и той же сцены на трех кусках фотоматериала, используя различные цветные фильтры - красный, зеленый и синий - для последовательных экспозиций. Он воспроизвел изображение путем оптического наложения трех изображений, каждое из которых проецировалось через соответствующий цветной фильтр. Его результаты были поразительными и стимулировали развитие цветной фотографии.
Максвелл использовал идентичные фильтры для захвата и репродукции. Теперь мы понимаем, что это приводит к потере насыщенности при репродуцировании. Достижение правильной насыщенности требует тщательного выбора спектральной чувствительности камеры и тщательного выбора спектральных характеристик основных цветов, используемых для воспроизведения - например, тщательного выбора основных спектральных распределений мощности люминофоров в ЭЛТ. Но независимо от того, насколько тщательно подобраны эти спектральные характеристики, для правильного воспроизведения насыщенности необходимо наложить обработку сигнала между захватом и воспроизведением. Для аддитивной системы RGB необходимо наложить линейную матрицу 3×3. Девять коэффициентов матрицы зависят от нескольких факторов.
В видео матричная обработка 3×3 реализуется в процессе обработки сигнала на передней панели камеры, как правило, непосредственно перед гамма-коррекцией. В высококлассных камерах коэффициенты матрицы можно регулировать.
В кинопленке обработка сигнала, необходимая для точной цветопередачи, достигается за счет использования соединителей, высвобождающих ингибитор проявителя (DIR), благодаря которым проявка одной эмульсии замедляется в зависимости от степени проявки соседней эмульсии. Это можно рассматривать как форму матрицирования, реализованную в области химии.
ЦВЕТОВАЯ ГАММА
Значения RGB не имеют смысла как точное описание цвета, если не известны цветовые характеристики первичных цветов и эталонного белого.
Простейшее описание предусматривает значения яркости и цветности трех первичных цветов и белого. Если используется нелинейное кодирование, то необходимо также учитывать параметры нелинейного кодирования.
Во всех системах цветовоспроизведения гамма является функцией яркости. При увеличении яркости в сторону белого цвета доступный диапазон значений цветности (x, y) или (u', v'), или значений цветности (a*, b*) или (u*, v*) уменьшается. Цветовую гамму следует рассматривать в трехмерном пространстве; двумерного графика недостаточно, чтобы оценить зависимость от яркости. Например, в Rec. 709 RGB доступные значения цветности охватывают весь треугольник, вершины которого соответствуют основным цветностям при относительной яркости до 0,0722. Однако яркость может превышать 0,0722 только за счет некоторого вклада красного или зеленого цвета, что исключает возможность отображения чистого синего цвета. При значениях яркости выше 0,2126 чистый красный цвет недоступен, а при значениях яркости выше 0,7154 недоступен чистый зеленый цвет. Когда яркость приближается к 100%, доступен только небольшой диапазон цветов вблизи белого.
Существует множество вариантов кодирования RGB. Для цифрового кино особенно важны три варианта RGB: Rec. 709 RGB, DTIM RGB и P7V2 RGB.
- Rec. 709 RGB был впервые стандартизирован для HDTV. Впоследствии он был принят для SDTV, а затем для настольных компьютеров (там он называется sRGB: 8IEC 61966-2-1, Multimedia Systems and Equipment—Colour Measurement and Management. Part 2-1: Colour Management—Default RGB Colour Space—sRGB.). Rec. 709 RGB имеет более узкую цветовую гамму, чем плёнка для печати кинофильмов.
- DTIM RGB приблизительно соответствует исходному цветовому диапазону, доступному в современных проекторах DLP Cinema. DTIM почти охватывает цветовой охват кинопленки, но не полностью.
- P7V2 RGB по сути является усовершенствованием DTIM RGB; P7V2 используется для кодирования большинства цифровых фильмов, выпущенных на момент написания этой статьи. В P7V2 концепция параметрического RGB несколько расширена за пределы аддитивной смеси RGB и включает значения яркости и цветности вторичных цветов. Преобразованные вторичные цвета и преобразованный белый не обязательно должны быть идентичны сумме соответствующих вкладов первичных цветов. Например, выходная тройка цветов для голубого может отличаться от суммы чистого зеленого и чистого синего.
Параметрическое RGB относится к описанию системы кодирования RGB по значениям яркости и цветности её первичных цветов и эталонного белого.
Параметры систем видео и HDTV исторически задавались в документах! Не было необходимости в динамической интерпретации данных изображения. В некоторых стандартах компьютерного обмена изображениями параметры RGB-кодирования содержатся в файлах изображений в виде метаданных, поэтому устройству чтения данных изображения, возможно, придется выполнять преобразование цвета "на лету". Это требует больших вычислительных затрат и потенциально создает проблемы в системной инженерии и рабочем процессе.
Субтрактивная природа плёночной смеси приводит к появлению искривлённых участков с экстремальными значениями цветности (Subtractive color reproduction in film is explained in: Lang, Heinwig, Colour and Its Reproduction (Göttingen, Zürich: Muster-Schmidt, 2002). Как и в Rec. 709, DTIM и P7V2, гамма сужается по мере увеличения яркости. В довольно широком диапазоне уровней яркости - но особенно при низкой яркости - пленка охватывает более широкий диапазон цветности, чем Rec. 709.
Значения CIE XYZ могут быть преобразованы в RGB путем матричного умножения на подходящую матрицу 3×3. Коэффициенты матрицы зависят от характеристик RGB, используемых в системе кодирования. Любой цвет может быть описан положительной комбинацией XYZ; однако преобразование цвета с использованием этого подхода линейной алгебры может привести к отрицательным значениям для одного или двух компонентов, а возможно, и к значению компонента, превышающему единицу, если преобразуемый цвет находится за пределами цветовой гаммы конкретной системы RGB. Такие цвета вне цветовой гаммы могут быть обрезаны до ближайшего реализуемого цвета в системе; однако обрезание может привести к появлению видимых артефактов в изображении.
В практических ситуациях, когда необходимо учитывать цвета, выходящие за пределы цветовой гаммы, используются сложные алгоритмы трансформации (Gamut mapping). При трансформации цветовой гаммы обычно используется трехмерная интерполяция таблицы поиска (3-D LUTs) (Интерполяция 3-D LUT и различные другие методы преобразования цвета подробно описаны в: Sharma, Gaurav, Digital Color Imaging Handbook (Boca Raton, FL: CRC Press, 2003).
Данные изображения, закодированные как аддитивный RGB, могут быть преобразованы в CMY. Однако субтрактивная цветовая смесь CMY является нелинейной из-за нежелательных поглощений. Такое преобразование и обратное преобразование, из CMY в RGB, обычно включает трехмерную интерполяцию LUT. При таких преобразованиях приходится иметь дело с цветами вне гаммы: обычно требуется некоторое преобразование цветовой гаммы.
Mapping — операция, которая связывает каждый элемент данного набора (домена) с одним или несколькими элементами второго набора (диапазона).
Для нас наиболее подходят: Трансформация/Картирование, Преобразование, Отображение, Соответствие, Сведение.
В общем, смотрите по контексту.
ВЫБОР СИСТЕМЫ ЦВЕТОВОГО КОДИРОВАНИЯ
CHOICE OF A COLOR CODING SYSTEM
Что касается выбора первичных цветов, я процитирую Сполдинга, Вулфа и Джорджанни:
Два из применяемых критериев, влияющих на выбор первичных цветов RGB, несколько противоречат друг другу. Во-первых, их цветность должна определять цветовую гамму, достаточно большую, чтобы охватить цвета, которые могут быть найдены в реальных сценах/изображениях. В то же время их использование должно приводить к эффективному цифровому кодированию, минимизирующему ошибки квантования.
Увеличение цветовой гаммы может быть достигнуто только путем компромисса между соответственно большими ошибками квантования. Если первичные цвета выбраны таким образом, чтобы охватить максимально возможный диапазон цветности (т.е. всю область в пределах спектрального локуса), значительная часть цветового пространства будет соответствовать мнимым цветам, расположенным вне этой области.
Поэтому в любом кодировании, использующем такое цветовое пространство, будут присутствовать "wasted" кодовые значения, которые никогда не будут использоваться на практике. Это приведет к большим ошибкам квантования в полезной части цветового пространства, чем те, которые можно было бы получить при использовании различных первичных цветов, определяющих меньший диапазон цветности. Поэтому желательно выбирать первичные цвета с цветовой гаммой, которая "достаточно велика", но не "слишком большая". (Spaulding, Kevin E., Geoffrey J. Woolfe and Edward J. Giorgianni, “Reference Input/Output Medium Metric RGB Color Encodings (RIMM/ROMM RGB),” in Proceedings of PICS 2000 Conference (March 26-29, 2000, Portland, Oregon), pp. 155-163.)
ЦИФРОВОЙ ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ (продукт и т.п.)
В настоящее время часто бывает так, что весь фильм завершается в цифровом формате. Сцена может быть снята на плёнку и отсканирована в цифровой формат; она может быть снята на цифровую камеру; или она может быть создана как CGI. После завершения работы над фильмом в цифровом формате может быть изготовлен мастер для цифрового релиза. Большинство зрителей еще много лет будут смотреть фильм на киноплёнке; чтобы обеспечить релиз фильма, цифровой мастер обычно записывается на мастер-плёнку в виде "дублирующего негатива/dupe neg", который печатается как прокатная фильмокопия обычным способом.
Были проведены эксперименты по записи цифрового мастера непосредственно на IP, что позволяет сэкономить одно поколение обработки плёнки. Однако запись непосредственно на IP сопряжена с рядом проблем, связанных с качеством изображения и цветом. Недавно один крупный фильм был записан не на IP, а на IN, с которого непосредственно были сделаны прокатные копии. Этот метод позволил сэкономить два поколения плёнки по сравнению с обычным процессом. Для того чтобы можно было напечатать несколько тысяч тиражей, необходимо было записать несколько идентичных промежуточных копий.
Пока ещё нет твёрдых стандартов для представления цветовых данных цифровых промежуточных продуктов. Очевидны несколько широких классов систем.
- Многие цифровые промежуточные системы представляют данные этих изображений в метрике плотности печати, также называемой плотностью печати Cineon (CPD). Все цвета плёнки могут быть представлены, но некоторые цвета HDTV - нет. Файлы данных изображения обычно имеют формат файла DPX (.dpx) или его близкий родственник - формат файла Cineon (.cin). (Формат файлов DPX может быть использован для различных систем кодирования изображений, но обычно он используется с CPD).
- Некоторые цифровые промежуточные системы основаны непосредственно на стандартах кодирования видео и HDTV и используют оборудование и интерфейсы HDTV. Кодирование RGB ограничено цветовой гаммой HDTV, что не позволяет охватить значительную часть цветовой гаммы плёнки. Стандарт Rec. 1361 определяет метод использования значений Y'CBCR, соответствующих стандартному диапазону сигналов в системах HDTV, для кодирования широкой гаммы цветов. Эта схема перспективна в среднесрочной перспективе, поскольку она позволяет использовать существующее оборудование для обработки и записи сигналов Y'CBCR HDTV. Однако эта схема ещё не была внедрена.
- Некоторые цифровые промежуточные системы основаны на оборудовании и интерфейсах видео и HDTV, где первичные цвета RGB - следовательно, значения данных R'G'B' - интерпретируются как цвета широкого спектра. Можно использовать обычное оборудование для обработки HDTV, но для правильного отображения цветов устройствам захвата и отображения необходимы преобразования цвета.
- Некоторые цифровые промежуточные системы основаны на "линейных" кодовых значениях RGB, хранящихся в форматах файлов, таких как 16-битный TIFF. Разработчик системы должен определить цветовые характеристики RGB-данных и решить, пропорциональны ли значения данных трёхстимульным значениям сцены или трёхстимульным значениям репродукции. (Они различаются в зависимости от способа визуализации).
- Появившийся формат файлов OpenEXR хранит данные изображения RGB с высоким динамическим диапазоном (HDR) линейного света, привязанные к сцене. Каждый компонент представлен в виде 16-битного числа с плавающей запятой, состоящего из знакового бита, 5-битной экспоненты и 10-битной мантиссы (дроби). OpenEXR нельзя назвать метрикой цветовых данных, поскольку колориметрическая интерпретация значений данных не определена. (почитать об OpenEXR можно здесь)
- Появившиеся системы log-RGB кодируют логарифмично трехстимульные значения RGB сцены. Log-кодирование обеспечивает хорошую равномерность восприятия; неплохие результаты достигаются при использовании 10-битных компонентов. Существует поверхностное сходство с кодированием DPX или Cineon: обе системы используют 10-битные компоненты, и обе системы рекламируют использование логарифмического кодирования. Однако файлы logRGB кодируют значения трёхстимула сцены, в то время как кодирование DPX и Cineon включает в себя передаточную характеристику (включая гамму 0,6) киноплёнка для съёмки негативная (camera negative film).
ПРОБЛЕМА ВОСПРОИЗВОДСТВА ШИРОКОЙ ЦВЕТОВОЙ ГАММЫ
THE CHALLENGE OF WIDE-GAMUT REPRODUCTION
При низких уровнях яркости хроматичность, доступная в кинокопии, охватывает гораздо более широкий диапазон, чем Rec. 709 RGB. При увеличении яркости в определенных областях цветового пространства цветовая гамма Rec. 709 шире, чем у киноплёнки. Это расхождение в цветовой гамме между киноплёнкой и видео необходимо учитывать при подготовке фильма к выпуску на видео (например, в телевещание или на DVD); поэтому необходима корректировка цвета. Коэффициент контрастности видео или HDTV-дисплея обычно меньше, чем коэффициент контрастности в кинотеатре; здесь также необходима корректировка градационной шкалы (tone scale).
Корректировка цвета традиционно выполняется в процессе художественной цветообработки, которая происходит во время (или вскоре после) передачи телекино (Телекинопроектор, телекинопередатчик, телекинода́тчик). Некоторые корректировки могут быть выполнены статически; цвета могут быть лишены насыщенности, чтобы вписаться в цветовое пространство Rec. 709, а градационная шкала может быть подвергнута общему сжатию. Однако широкий диапазон серых и цветовых тонов киноплёнки используется кинематографистами как элемент повествования. Неизбирательное сжатие серого и цветового диапазона может ослабить сюжет. Коррекция цвета и серых тонов должна производиться с учетом важности для сюжета визуальных элементов в каждой сцене. Развитие понимания свойств цветовосприятия человеческого зрения, вероятно, позволит использовать алгоритмы в обоих этих случаях; однако, в конечном счете, этот процесс должен в определенной степени зависеть от ремесла и искусства.
Мои комментарии относятся к ситуации, когда будущее представление с широкой гаммой стандартизировано. Однако некоторые люди идут ещё дальше, предполагая, что стандартизация устройств для широкой цветовой гаммы не нужна. Некоторые считают, что будущие устройства Digital Cinema должны принимать независимые от устройства данные изображения и подвергать эти данные тому отображению цветовой гаммы, которое необходимо для конкретного устройства отображения.
Картирование и трансформация между различными родными цветовыми пространствами устройств является простым для цветов, которые являются общими в цветовой гамме этих пространств. Обработка цвета в цифровом кино была бы очень простой, если бы цвета за пределами цветового пространства конкретного устройства можно было бы просто обрезать до ближайшего реалистичного цвета.
Однако при таком обрезании возникают видимые артефакты. Чтобы минимизировать артефакты, связанные со сжатием цветового пространства, необходимо изменять не только цвета на границе цветового пространства (и вблизи нее), но и цвета внутри цветового пространства.
Я считаю, что кинематографисты, режиссёры и продюсеры не потерпят трансформации уменьшения или искажения цвета на показе, который изменяет цвета в пределах ожидаемого цветового пространства. На мой взгляд, мы должны принять такой подход, при котором творческий персонал может быть полностью уверен в том, что демонстрируемый фильм будет находиться в пределах допустимой погрешности от того, что они увидят при утверждении. Мне трудно представить, как можно достичь этой цели без некоторой стандартизации цветовой гаммы на показе.
Это не обязательно должен быть единый стандарт: мы можем стандартизировать цветовое пространство, которое в краткосрочной перспективе является репрезентативным для кино, а в будущем стандартизировать широкое цветовое пространство. Но я не могу представить, чтобы творческое сообщество когда-либо приняло неконтролируемое преобразование и отображение цветовой гаммы для области действия, и я не могу представить, чтобы оно одобрило несколько различных версий фильма (по одной для каждого из нескольких проекторов). Сегодня мы имеем два одобрения: одно для кинопроката и одно для видеопроката. В будущем я легко могу представить себе третий этап утверждения для фильмов, которые, как ожидается, выиграют от выпуска с широкой цветовой гаммой.
БЛАГОДАРНОСТИ
Работа, о которой сообщается в этой главе, была частично поддержана компаниями Warner Bros. и c.o.r.e. Feature Animation. Я выражаю свою благодарность обеим компаниям.