Taśma · zakrętCyfra · ścianaZapas · w logClip · nieodwracalny
Rozdział 31 / Matryca

Zakres dynamiczny, rolloff i log

Taśma nie ma punktu, w którym się kończy — ma zakręt. Matryca ma ścianę. Cała praca nad „filmowym” wyglądem przepaleń jest pracą nad tą różnicą.

TL;DR
Dwa końce · zakręt kontra ściana

Co się dzieje na górze skali

Zacznijmy od tego, co właściwie ogranicza jedno i drugie, bo przyczyny są zupełnie różne.

Matrycę ogranicza pojemność studni. Piksel gromadzi elektrony, aż zabraknie miejsca — a wtedy przestaje. Nie ma stanu pośredniego: do ostatniego elektronu odpowiedź jest liniowa, a po nim płaska. Przejście między jednym a drugim zajmuje jedną działkę albo mniej, i to jest ściana.

Ma to jedną własność, którą warto nazwać wprost: obcięcie jest nieodwracalne. Kiedy trzy kanały siedzą na maksimum, informacja o tym, ile światła tam było i jakiej barwy, nie istnieje. Żadne narzędzie jej nie odzyska, bo nie ma czego odzyskiwać.

Taśmę ogranicza wyczerpywanie się kryształków. Im więcej ich już się wywołało, tym mniej zostaje do wywołania — więc każda kolejna działka światła dokłada mniej gęstości niż poprzednia. Odpowiedź nie urywa się; wygina się i asymptotycznie spłaszcza. Ten łagodny wygin nazywa się barkiem charakterystyki i jest tym, co odróżnia obraz z taśmy od obrazu z matrycy w każdym ujęciu z jasnym oknem.

Charakterystyka nośnikata sama scena, dwa zakończenia
nominalna
−6−20 +2+6 działek naświetlenie względem bieli zapis maks. matryca · prosta i ściana taśma · bark matryca: 25% maks. taśma: 22% maks.
Przy nominalnej ekspozycji obie krzywe biegną blisko siebie. Rozchodzą się dopiero powyżej bieli.

Przesuwając suwak widać rzecz, która tłumaczy praktykę zdjęciową ostatnich dekad. W dół obie krzywe zachowują się podobnie — cienie giną w szumie i w jednym, i w drugim przypadku. W górę rozchodzą się gwałtownie: taśma wciąż coś rejestruje trzy działki nad bielą, matryca już nic.

Stąd asymetria, którą zna każdy operator: na taśmie prześwietlało się celowo, na cyfrze naświetla się „na światła”. Nie jest to kwestia gustu ani przyzwyczajenia — jest to bezpośrednia konsekwencja tego, po której stronie krzywa jest łagodna.

Bark · dlaczego taśma ma zakręt

Skąd bierze się łagodne zakończenie

Bark charakterystyki nie jest ozdobą ani wynikiem szlachetności materiału. Ma dwie konkretne przyczyny, obie wynikające z budowy emulsji opisanej w Dodatku O.

Wyczerpywanie kryształków. Ta sama statystyka, która daje ziarno w Rozdziale 29, daje tu wygięcie. Im więcej kryształków już się wywołało, tym mniejsze prawdopodobieństwo, że kolejny foton trafi w nienaświetlony. Przyrost gęstości maleje asymptotycznie — dokładnie tak, jak maleje szansa na trafienie w niezajęte miejsce.

Warstwy o różnej czułości. Producenci wykorzystali to celowo i poszli dalej: każda barwa ma nie jedną emulsję, tylko kilka podwarstw o różnej czułości. Warstwa najczulsza nasyca się pierwsza, mniej czuła przejmuje pałeczkę, najmniej czuła pracuje na samej górze zakresu. Suma trzech krzywych o przesuniętych progach daje charakterystykę dłuższą i bardziej wygiętą niż którakolwiek z nich osobno.

Warto zauważyć, że obie przyczyny działają w tę samą stronę i obie są statystyczne. Nośnik chemiczny nie ma nigdzie progu, po którym coś się kończy — ma malejące prawdopodobieństwo, a to nie osiąga zera w skończonym czasie. Matryca ma przeciwnie: jej ograniczenie jest przeliczalne i twarde, bo studnia mieści określoną liczbę elektronów i ani jednego więcej. Jest to różnica między granicą statystyczną a granicą pojemnościową i stąd bierze się wszystko pozostałe w tym rozdziale.

To drugie jest inżynierią, nie fizyką — i dlatego różne materiały mają różne barki. Negatyw do zdjęć dziennych ma go dłuższy niż materiał do przeźroczy, bo przeznaczenie jest inne: negatyw ma zebrać jak najwięcej i oddać decyzję do kopiowania, przeźrocze ma być gotowym obrazem.

Krzywe log najpopularniejszych kamer, charakterystyka gęstości negatywu i porównanie tego, co dzieje się dwie działki nad bielą — Dodatek Q.

Log · sposób zapisu, nie właściwość

Czego log nie robi

Zapis logarytmiczny bywa opisywany tak, jakby dodawał kamerze zakres dynamiczny. Nie dodaje. Zakres wyznacza matryca — od pojemności studni na górze do szumu na dole — a log decyduje wyłącznie o tym, jak ten zakres upakować w skończonej liczbie bitów.

Problem, który log rozwiązuje, jest realny i wart zrozumienia. Zapis liniowy przydziela wartości proporcjonalnie do ilości światła. Ponieważ każda działka to podwojenie, górna działka zjada połowę wszystkich dostępnych wartości, a najniższa dostaje ich garstkę. Przy dziesięciu bitach oznacza to, że najciemniejsze działki mają po kilka poziomów — czyli widoczne pasy zamiast płynnych przejść.

Podział wartościliniowo kontra logarytmicznie
ZAPIS LINIOWY 512256128 6432 górna działka zjada połowę wszystkich wartości; najniższa dostaje kilka ZAPIS LOGARYTMICZNY 170170170 170170170 każda działka dostaje tyle samo — cienie mają tyle poziomów, co światła −5 dz−4−3 −2−1biel
Ta sama liczba wartości, dwa sposoby jej rozdania. Zakres dynamiczny jest w obu przypadkach identyczny — zmienia się tylko, gdzie leżą stopnie.

Log rozdziela wartości równomiernie po działkach, a nie po jasności. Każda działka dostaje tyle samo poziomów, więc cienie mają ich tyle, co światła. Wynik nie jest ładniejszy — jest równomiernie nieładny, i o to chodzi, bo materiał logarytmiczny nie jest przeznaczony do oglądania, tylko do dalszej obróbki.

Dwie rzeczy warto z tego wyciągnąć przy pracy z materiałem. Po pierwsze, materiał w log wygląda płasko i tak ma być — kontrast nadaje mu się dopiero przy korekcji. Ocenianie ostrości, szumu czy koloru na surowym log jest oceną czegoś innego niż obraz końcowy.

Po drugie, i ważniejsze dla compu: operacje optyczne wykonuje się w danych liniowych, nie w log. Rozmycie, flara, ziarno i wszystko inne z tej książki to zjawiska dodające albo uśredniające światło — a w log dodawanie nie odpowiada dodawaniu światła. Rozmycie wykonane na materiale logarytmicznym daje krawędzie o innej jasności niż w rzeczywistości, i różnica jest największa dokładnie tam, gdzie kontrast jest duży.

W CG · render nie ma ani jednego, ani drugiego

Dokładanie zakończenia

Render nie ma ani studni, ani kryształków. Jego wartości rosną w nieskończoność — jasne źródło może mieć milion, a nic go nie ogranicza. Jest to wygodne przy obliczeniach i całkowicie niepodobne do jakiegokolwiek nośnika.

Wynika stąd, że zakończenie trzeba dołożyć świadomie, i że wybór między ścianą a zakrętem jest decyzją, a nie ustawieniem domyślnym. Jeśli plate pochodzi z matrycy, element potrzebuje twardego obcięcia w tym samym miejscu. Jeśli z taśmy — potrzebuje barku o podobnym kształcie.

Trzy rzeczy, które przy tym najczęściej się psuje:

Nasycanie kanałówskąd barwa przepalenia
pełna studnia strefa dryfu barwy tu jeszcze neutralnie tu barwa ucieka tu biel na płask RGB — trzy kanały, trzy progi
Kanały rzadko nasycają się jednocześnie — zależy to od barwy światła i od czułości filtrów Bayera. Między pierwszym a ostatnim progiem barwa jasnego miejsca dryfuje ku dwóm pozostałym, i dopiero potem robi się neutralna biel.

Ta strefa dryfu jest wąska — zwykle mniej niż działka — ale występuje w każdym przepaleniu i oko ją zna, choć nikt jej świadomie nie nazywa. Przepalone niebo najpierw idzie ku cyjanowi, dopiero potem bieleje; przepalona żarówka najpierw żółknie. Element CG obcięty na wszystkich trzech kanałach naraz nie ma tego wcale i to jest jeden z tańszych sposobów, żeby się zdradzić.

Miejsce w łańcuchuprzed czy po
render rozmycieruchu flarahalacja ZAKOŃCZENIEnośnika bark albo ściana ziarnoszum korekcja flara i halacja są PRZED — nośnik obcina także je korekcja jest PO — obcięcie na końcu obcina rzeczy, których tam nigdy nie było
Zakończenie nośnika ma jedno właściwe miejsce: po wszystkim, co dzieje się w optyce, przed wszystkim, co dzieje się po zapisie.

Warto na koniec zauważyć asymetrię, która wraca w całej tej części. Obcięcia nie da się cofnąć, a zakrętu nie da się dodać po nim. Materiał raz przepalony jest przepalony na zawsze; render z nieskończonym zakresem można zakończyć dowolnie, ale tylko raz i tylko we właściwym miejscu łańcucha. Jest to jedna z niewielu decyzji w compie, która jest nieodwracalna — i dlatego warto ją podejmować świadomie, a nie zostawiać domyślnej.

Z praktyki

Sprawdź w plate'cie, czy przepalenia mają barwę. Neutralnie białe przepalenie oznacza obcięcie wszystkich trzech kanałów naraz — czyli cyfrę albo materiał już przetworzony. Przepalenie ciągnące w jakąś barwę oznacza, że kanały nasycały się kolejno, i to jest zachowanie, które element CG musi odtworzyć.

Pracuj w liniowej, nie w log. Wszystkie operacje optyczne z tej książki zakładają, że wartości są proporcjonalne do światła. Comp wykonany na materiale logarytmicznym daje wyniki poprawne w połowie zakresu i błędne na obu końcach — a błąd rośnie z kontrastem sceny.

Nie ratuj przepaleń. Narzędzia obiecujące odzyskanie świateł zgadują, a nie odzyskują — bo informacji tam nie ma. Uczciwsze jest przyjęcie przepalenia jako faktu i dopasowanie do niego elementu, niż zgadywanie, co tam było, i budowanie na tym.

Słowniczek
bark charakterystyki
Górna, wygięta część krzywej odpowiedzi nośnika, w której przyrost gęstości maleje. Cecha taśmy, której matryca nie ma.
obcięcie (clip)
Nagłe zatrzymanie odpowiedzi po napełnieniu studni piksela. Nieodwracalne — informacja o poziomie i barwie nie istnieje.
zapis logarytmiczny
Sposób kodowania, w którym równym przyrostom wartości odpowiadają równe przyrosty w działkach. Nie zwiększa zakresu, tylko rozdziela bity.
zakres dynamiczny
Stosunek największej rejestrowalnej jasności do najmniejszej odróżnialnej od szumu, podawany w działkach.
warstwy o różnej czułości
Kilka emulsji na jedną barwę, nasycających się kolejno. Wydłużają bark i zwiększają zakres.
Idź głębiej
Dodatek Q — Log, rolloff i zakres dynamiczny w EV