Что такое расширенный динамический диапазон? Рассказ ведущего специалиста индустрии

Признанный авторитет отрасли — старший вице-президент по технологиям подразделения цветокоррекции и постпроизводства студии Sony Pictures Билл Баггелаар — рассказал о широком динамическом диапазоне (HDR) и о том, какое значение эта технология имеет для будущего радио- и телевещания.

Билл Баггелаар — старший вице-президент по технологиям в подразделении цветокоррекции и постпроизводства студии Sony Pictures, где он управляет отделами обработки изображения и звука. Билл возглавил группу Sony Pictures, ответственную за разработку сервиса 4K Video Unlimited — первого в мире ресурса от Sony, распространяющего контент в формате 4K. Sony Pictures закончила работу над более 200 фильмами в формате UHD IMF. Ранее Билл 13 лет работал в компании Warner Bros. Studios над анимационными фильмами, визуальными эффектами, съемкой в цифровом формате и видеомастерингом. Он имеет степень бакалавра в области компьютерных наук, является членом Общества инженеров кино и телевидения (SMPTE) и представляет студию в различных технических организациях отрасли.

Вопрос: Давайте начнем с описания. Что такое «расширенный динамический диапазон» (HDR)?

БИЛЛ БАГГЕЛААР: Понятие расширенного динамического диапазона существует уже довольно давно. Именно так большинство из нас смотрит на мир каждый день. Наши глаза представляют собой своеобразную оптическую систему, которая работает по принципу расширенного динамического диапазона и чувствительна к широкой цветовой гамме.

В яркий солнечный день наши глаза различают детали в светлых участках облаков и одновременно способны видеть затемненные участки. Мы можем различать детали как при крайне слабом освещении, так и в условиях, когда оно практически отсутствует. Некоторые камеры по меньшей мере близки к тому, чтобы в такие солнечные дни различать детали в той же степени, что и человеческий глаз. Но они также стали лучше различать детали в условиях слабого освещения — конечно, не так успешно, как наша зрительная система, но все же лучше по мере совершенствования технологии матрицы. С другой стороны, телевизоры или другие типы дисплеев, которыми мы привыкли пользоваться для просмотра контента, обладают гораздо более низким динамическим диапазоном по сравнению с нашими глазами. То же можно сказать и о камерах, кодирующих изображение. Поэтому до сих пор телевизионные технологии использовали то, что мы называем стандартным динамическим диапазоном (SDR), обеспечивающим, возможно, от семи до девяти ступеней широты экспозиции в зависимости от типа дисплея. Новые дисплеи позволяют использовать формат Ultra-HD (4K/UHD) и технологии расширенного динамического диапазона (HDR), что может повысить количество ступеней широты экспозиции до 20. Но более приемлемым решением для потребителей будет диапазон в 12–14 ступеней. От природы человек унаследовал повышенную чувствительность к контрастности, поэтому расширенный динамический диапазон дает нам повышенное восприятие резкости, детализации, четкости, цвета и насыщенности. Все это мы видим в реальном мире, но не способны реализовать на современных бытовых дисплеях и даже в кинотеатрах. Так как мы обладаем невероятной способностью к адаптации, то, когда мы смотрим фильм или телепередачу в очень темном или, напротив, ярко освещенном месте, наши глаза и мозг приспосабливаются к этим условиям. Мы можем немедленно заметить недостаточную контрастность, но мы быстро адаптируемся к этому и можем продолжать смотреть передачу, не отвлекаясь на условия окружающего освещения.

1] «Энни» в формате HDR: повышенная контрастность позволяет разглядеть затемненные детали, при этом уменьшая эффект свечения и цветового рефлекса от языков пламени.

2] «Энни» в формате SDR: оригинальное изображение

С новыми дисплеями, обладающими более широким динамическим диапазоном, мы способны производить более детализированные изображения, чтобы обеспечивать зрителям больший эффект присутствия. Как я уже говорил, технология HDR обеспечивает лучшую цветовую насыщенность вместе с более широкой цветовой гаммой. Так что суть HDR не только в контрастности или разрешении или даже в цветопередаче. Эта технология способна объединить эти три характеристики для более точной передачи изображений на бытовых дисплеях. Это дает создателям контента более широкие возможности для создания более реалистичных или даже гиперреалистичных изображений. При обработке кинофильмов для показа в кинотеатрах мы работаем в цветовом пространстве P3, которое обладает более широкой цветовой гаммой, чем стандартный вариант для телевидения — Rec. 709. Часто требуется отобразить конкретные цвета: определенные оттенки пурпурного или красного цвета, а также полупрозрачные тона. Такие цвета невозможно отобразить в пространстве SDR/Rec.709, поэтому нам приходится проводить дополнительную цветовую коррекцию, чтобы должным образом адаптировать их под стандарт Rec. 709 для бытовых дисплеев. Сейчас мы способны отобразить всевозможные насыщенные цвета на бытовых дисплеях — синие, оранжевые, пурпурные и зеленые оттенки, которые раньше было невозможно передать. Таким образом, мы приближаемся к передаче оригинального художественного замысла, к тому, что оператор и режиссер изначально хотели показать зрителям.

«Новый Человек-паук. Высокое напряжение» в формате HDR: детали на освещенных участках сохраняются, также видны и детали в затемненных участках. Эта технология позволяет отобразить такие удаленные объекты, как детали канатного моста. Полноценная проработка полутонов деталей повышает ощущение погружения в кинофильм. В то же время, эта технология позволяет снизить уровень шума, чтобы зрители не отвлекались на это.

«Новый Человек-паук. Высокое напряжение» в формате SDR: оригинальное изображение в формате SDR

Вопрос: Получается, что по сути мы приближаемся к реальности настолько близко, насколько это технически возможно?

БИЛЛ БАГГЕЛААР: Да, с определенными оговорками. В реальности мы можем посмотреть на солнце в яркий солнечный день. Но это навредит вашим глазам, чего нам совершенно не хочется. Мы не желаем, чтобы зрители как-то пострадали от просмотра контента. Поэтому я согласен с вами, но только до определенной степени. Вполне возможно повысить уровень реалистичности изображения, но я не уверен, что мы обязательно должны фокусироваться только на реальном мире. Я думаю, что создатели контента могут более точно передать свой замысел, который они бы хотели показать зрителям, но это не всегда означает стремление к реализму. Это значит, что контент в большей степени может позволить ощутить полный эффект присутствия или, возможно, передавать цвета, которые вы не можете увидеть в реальном мире, но которые существуют, и мы можем передать их таким образом, какой нам сейчас недоступен с современными технологиями производства дисплеев.

Вопрос: Можно ли говорить о том, что конечный результат в основном зависит от возможностей камеры? Или большая часть работы приходится на процесс постпроизводства? Или задействованы обе стадии?

БИЛЛ БАГГЕЛААР: Зависит и от того, и от другого. Конечно же, проще начинать, когда в полученном изображении содержится больше необходимой информации. Поэтому камеры должны быть способны работать с расширенным динамическим диапазоном и охватывать более широкую цветовую гамму, чтобы мы смогли воспользоваться всеми преимуществами этой технологии. Это не означает, что необходимо начинать работать только с оборудованием с более широкими возможностями, но будьте готовы к тому, что при работе с оборудованием с меньшими возможностями могут возникать дополнительные сложности. При съемке на камеру с более высоким разрешением, расширенным динамическим диапазоном и широкой цветовой гаммой вы получаете больший потенциал для достижения лучших результатов, чем обычно. У нас есть камеры Sony, которые снимают в формате S-Log (1, 2 или 3) и у нас есть цветовое пространство S-Gamut, обладающее более широкой гаммой, чем P3. По сравнению со стандартом Rec. 2020, цветовое пространство S-Gamut обладает еще более широкой цветовой гаммой, чем Rec. 2020. Пленка всегда обладала высокой чувствительностью, а цветовая гамма современных цифровых камер намного шире, чем у тех дисплеев, которые имеются в наличие сегодня, и даже тех дисплеев, производство которых планируется в ближайшем будущем. Поэтому, начиная работать с более широкой цветовой гаммой, вы получаете большую возможность отображения этих цветов на дисплеях.

«Чёрный список» в формате HDR: детализация теней сохранена, как и детализация на светлых участках, полученных от освещения сверху. На дисплее HDR вы можете разглядеть все, что находится в тени. Просматривая то же изображение на дисплее SDR, вы не увидите многих деталей.

«Чёрный список» в формате SDR: Все объекты, находящиеся в тени, сделаны более светлыми, чтобы стандартные телевизоры смогли передать эту сцену, но в итоге этот кадр кажется более светлым, чем есть на самом деле

Вопрос: Если при изначальной съемке такая информация не была записана, то вы не можете извлечь ее и работать с ней на этапе постпроизводства…

БИЛЛ БАГГЕЛААР: Верно. Крайне важно начинать съемку в более высоком разрешении, расширенном динамическом диапазоне и широкой цветовой гамме. Камеры Sony обладают намного более широким динамическим диапазоном и широкой цветовой гаммой, чем мы можем воспользоваться на текущий момент, так что все, что мы снимаем в формате RAW, мы можем позднее обработать для отображения на дисплеях HDR в том виде, в каком пожелают видеть контент его создатели.

Вопрос: Значит ли это, что кинематографисты при работе с камерой, которая способна снимать в расширенном динамическом, должны обращать внимание на освещение и постоянно работать в условиях, оптимизированных для съемки контента с расширенным динамическим диапазоном?

БИЛЛ БАГГЕЛААР: Да. Я думаю, что это станет одним из образовательных аспектов работы с HDR. Что означает этот формат и как он влияет на освещение? Какие технологии SDR применимы и какие необходимо изменить или адаптировать?

Вопрос: Да, это я и имел в виду.

БИЛЛ БАГГЕЛААР: По отношению к HDR? Я также думаю, что к разным ситуациям следует применять различные подходы. Если сцена снимается в густых тенях, и вы пытаетесь скрыть в них детали, которые бы вы не хотели, чтобы зрители заметили, тогда, возможно, необязательно отображать это при съемке или в текущем съемочном материале. На этапе постпроизводства вы всегда можете попробовать использовать приемы для уменьшения эффекта, но я уверен, что люди будут учиться понимать принципы работы с освещением при съемке в HDR. Режиссерам и операторам нужно привлекать внимание зрителей на определенные объекты, используя подсказки с помощью освещения. Так что я думаю, что использование этого формата станет возможностью обучения для всех задействованных в процессе съемки лиц.