Диапазоны яркости: О черном и белом, как определяются значения черного и белого. Опции

[Weliyaminov Anto...]

Диапазоны яркости: О черном и белом

Кажется, что может быть очевиднее: черный - самый темный из возможных цветов; белый - самый светлый. Однако так их воспринимают не все аппаратные и программные средства для работы с видео. Очень часто в них допускаются значения темнее черного и светлее белого, что в ряде ситуаций обеспечивает большую надежность. Следовательно, в разных системах используются различные значения черного и белого.

Такие различия создают множество сложностей для видеомонтажеров и художников, которые в процессе производства пользуются разнообразными инструментальными средствами. В изображении без всякой видимой причины могут сместиться относительные значения яркости и контрастности. Проблема усугубляется отсутствием точной информации о том, как нужно обращаться с такими смещениями. Но если их игнорировать, в конечном счете можно получить блеклое изображение или недопустимые цвета.

Поэтому необходимо иметь представление о том, как в разных системах определяются значения черного и белого и как их следует преобразовывать друг в друга. Чтобы разобраться в этих вопросах, вначале понадобятся определенные умственные усилия, которые безусловно оправдаются в дальнейшем.

Цифровые параметры

В большинстве программ компьютерной графики, в том числе в программах для рисования, 3D-графики и композитинга, используются интуитивно понятные определения: черный означает нулевую яркость, которой в цветовом представлении RGB с 8 битами на канал соответствуют значения 0/0/0; белый - максимальную яркость, которой соответствуют значения 255/255/255. Получить изображение темнее черного или светлее белого невозможно. Таким образом, компьютерная яркостная система охватывает диапазон 0-255.

Но во многих системах цифрового видео используются различные варианты определений: черный - это яркость чуть более 6%, которой в RGB соответствуют цветовые значения 16/16/16; белый - яркость чуть выше 92%, т. е. значения RGB 235/235/235 (опять-таки при 8 битах на каждый цветовой канал). Эта система, описанная в спецификации ITU-R BT601, используется в большинстве устройств цифрового видео - в видеомагнитофонах с форматами от DV до D-1 и в системах передачи цифрового видео (например, SDI и IEEE 1394/FireWire). Следовательно, яркостная система 601 охватывает диапазон 16-235.

Система 601 допускает цвета темнее черного и светлее белого. Это особенно важно для съемочных камер. При съемке объекта, имеющего яркое пятно, в котором сигнал выше принятого уровня белого, вы можете впоследствии восстановить детали в этом ярком пятне. Уровни темнее телевизионного черного иногда применяются для синхросигналов, а также в ряде несложных кеинговых приложений, например "superblack", когда система маскирует или вырезает области изображения, где уровень чернее черного.

Важно понимать, когда и как нужно выполнять трансляцию из одной системы в другую.

[Weliyaminov Anto...]

Диапазоны яркости: О черном и белом

Кажется, что может быть очевиднее: черный - самый темный из возможных цветов; белый - самый светлый. Однако так их воспринимают не все аппаратные и программные средства для работы с видео. Очень часто в них допускаются значения темнее черного и светлее белого, что в ряде ситуаций обеспечивает большую надежность. Следовательно, в разных системах используются различные значения черного и белого.

Такие различия создают множество сложностей для видеомонтажеров и художников, которые в процессе производства пользуются разнообразными инструментальными средствами. В изображении без всякой видимой причины могут сместиться относительные значения яркости и контрастности. Проблема усугубляется отсутствием точной информации о том, как нужно обращаться с такими смещениями. Но если их игнорировать, в конечном счете можно получить блеклое изображение или недопустимые цвета.

Поэтому необходимо иметь представление о том, как в разных системах определяются значения черного и белого и как их следует преобразовывать друг в друга. Чтобы разобраться в этих вопросах, вначале понадобятся определенные умственные усилия, которые безусловно оправдаются в дальнейшем.

Цифровые параметры

В большинстве программ компьютерной графики, в том числе в программах для рисования, 3D-графики и композитинга, используются интуитивно понятные определения: черный означает нулевую яркость, которой в цветовом представлении RGB с 8 битами на канал соответствуют значения 0/0/0; белый - максимальную яркость, которой соответствуют значения 255/255/255. Получить изображение темнее черного или светлее белого невозможно. Таким образом, компьютерная яркостная система охватывает диапазон 0-255.

Но во многих системах цифрового видео используются различные варианты определений: черный - это яркость чуть более 6%, которой в RGB соответствуют цветовые значения 16/16/16; белый - яркость чуть выше 92%, т. е. значения RGB 235/235/235 (опять-таки при 8 битах на каждый цветовой канал). Эта система, описанная в спецификации ITU-R BT601, используется в большинстве устройств цифрового видео - в видеомагнитофонах с форматами от DV до D-1 и в системах передачи цифрового видео (например, SDI и IEEE 1394/FireWire). Следовательно, яркостная система 601 охватывает диапазон 16-235.

Система 601 допускает цвета темнее черного и светлее белого. Это особенно важно для съемочных камер. При съемке объекта, имеющего яркое пятно, в котором сигнал выше принятого уровня белого, вы можете впоследствии восстановить детали в этом ярком пятне. Уровни темнее телевизионного черного иногда применяются для синхросигналов, а также в ряде несложных кеинговых приложений, например "superblack", когда система маскирует или вырезает области изображения, где уровень чернее черного.

Важно понимать, когда и как нужно выполнять трансляцию из одной системы в другую.

[Weliyaminov Anto...]

Чрезмерные блики







Рис. 5. Автоматическое растяжение яркостных значений может привести к выравниванию яркости в области блика, для которой исходный уровень сигнала превышал 100 IRE. Сравните исходное изображение (слева) и результат растяжения диапазона (в центре). Справа показано изображение, полученное с использованием яркостного преобразования по заданной характеристике (Curves), благодаря чему блики частично сохранены. (Съемка Гарри Маркса из организации Wildlife Waystation - http://www.waystation.org/)

Рис. 6. Более щадящий способ устранения недопустимых уровней белого - нелинейное преобразование с использованием эффекта типа Curves

Как правило, мы рекомендуем для работы конвертировать источники, имеющие яркостный диапазон 601, в компьютерный диапазон, а затем, если этого требует выбранная вами видеосистема, конвертировать их обратно в диапазон 601 на выходной стадии. Однако с увеличением разнообразия материалов DV, проходящих через наш виртуальный рабочий стол, нам пришлось пересмотреть этот подход.

По самым разным причинам (например, из-за того, что многие камеры DV имеют собственные настройки, принимаемые по умолчанию или устанавливаемые автоматически, либо из-за недостатка опыта у оператора DV-камеры) очень часто в записях DV встречаются уровни белого выше 100 IRE, т. е. соответствующие цифровые значения больше 235. Значит, если вы или ваш кодек автоматически преобразуете 235 в 255, то детали, находящиеся на уровнях выше 235, будут срезаны, вследствие чего в этих местах появятся однородные пятна (эффект огрубления).

Это недостаток не является органически присущим формату DV, съемочной аппаратуре DV или ее операторам. Здесь он просто проявляется гораздо чаще, чем на материалах, снятых в других профессиональных форматах. По мере накопления опыта работы с такими вещами, как полосовые индикаторы, предупреждающие о выходе за пределы допустимого диапазона, и по мере дальнейшего совершенствования алгоритмов автоматической подстройки яркостей вы будете сталкиваться с ним все реже. Ну а пока о нем обязательно следует помнить.

В нашем примере мы используем кодек ProMax DVSoft с настройкой Unclamped и в результате получаем полный яркостный диапазон, недопустимые значения белого и все прочее. Затем вместо эффекта Levels мы применяем к полученному материалу эффект Curves - кривую, которая переводит уровень черного из 16 в 0; как и в эффекте Levels, в средней части яркостного диапазона она представляет собой прямую линию. В зависимости от свойств отснятого материала мы можем ее подстраивать так, как нам необходимо. Отличие от эффекта Levels проявляется в верхней части диапазона: вместо того, чтобы обрезать значения между 235 и 255, эффект Curves их плавно "придавливает". В результате яркие области становятся уже не совсем однородными.

При таком подходе в сложных случаях часть информации изображения все-таки пропадает, но это лучше, чем задавить все блики или допустить, чтобы кто-то другой после вас перенастраивал весь выходной поток для устранения некорректных значений.

На выходе мы не делаем обратное по отношению к этим кривым преобразование, а лишь применяем обычный эффект Levels, чтобы перевести компьютерный диапазон яркостей в диапазон 601. Почему? Прежде всего потому, что скорректированные нами оттенки белого имели недопустимые значения, и не нужно вновь создавать такие значения на выходе.