Interferencja? Zdawałoby się, że to pojęcie, które należy do kategorii związanej z fizyką, lub jest obecne tylko w świecie inżynierów. Czy twórcy obrazu cyfrowego powinni wiedzieć, co to jest interferencja? Czy powinni z nią walczyć, czy nie? W jakich sytuacjach? A może w ogóle nie powinni się tym interesować?
Tekst: Jerzy Rudziński
Poniższy tekst jest skrótem tekstu, który ukazał się na łamach FilmPRO. Publikujemy go z drobnymi zmianami, zostawiając esencję. Od chwili pojawienia się tekstu tematyka, o której piszemy, nie straciła nic ze swojej aktualności.
Zmorą realizacji telewizyjnych jest obraz z drgającymi, migoczącymi prążkami, splotami tkanin i drżącymi kratkami. Zjawisko to potocznie określane jest przez realizatorów jako interferencja. To słowo elektryzuje zawsze departament kostiumów, który co chwila sprawdza w kamerze, czy dany kostium aktorski pozbawiony jest interferencji. Wydawało się, że wprowadzenie telewizji wysokiej rozdzielczości rozwiąże ten problem definitywnie. Tymczasem zjawisko stało się jeszcze trudniejsze do okiełznania. Do momentu, gdy powszechna nie stanie się emisja w 4K, musimy jakoś sobie z tym radzić. Skąd się bierze wspomniana interferencja? Za ten stan odpowiedzialna jest funkcja DETAIL (tłumaczona na j. polski jako kontur lub detal) wprowadzona do kamer przez firmę Ikegami w połowie lat 70., w celu lepszego postrzegania ostrości obrazu. Inżynierowie wprowadzili dodatkowy sygnał do obrazu, mający na celu sztuczne zwiększenie kontrastu w pobliżu krawędzi obiektów występujących w kadrze. Dodając czarny lub biały kontur do tych elementów, pozornie poprawiamy nasze postrzeganie ostrości, nie zwiększając przy tym rozdzielczości kamery. Na przestrzeni lat funkcja DETAIL ulegała znacznym modyfikacjom i udoskonaleniom dla umożliwienia kreowania odpowiedniej plastyki obrazu. Do naszej dyspozycji oddano potężne narzędzie, którego regulacja jest dla wielu osób takim samym wyzwaniem jak przejście bez szwanku przez pole minowe.
Zacznijmy jednak od początku – skąd się bierze sygnał funkcji DETAIL? Przetwornik kamery jest skanowany w trzech kanałach od lewej do prawej strony, linia po linii. W ten sposób zbierana jest informacja o jasnościach wszystkich pikseli, czyli o woltażu. Diagram 1 pokazuje schemat pozyskania sygnału funkcji DETAIL. Na obrazie widzimy test ostrego przejścia od czarnej do białej powierzchni, zarejestrowany obiektywami o miernej (góra) i wzorowej zdolności rozdzielczej (dół).
Punkty A, B, C są pikselami matrycy. Każdy leży na postępujących po sobie liniach skanowania. Woltaż piksela A z pierwszej linii skanowania jest sumowany z pikselem C trzeciej linii. Następnie jest uzyskana średnia woltażu piksela A i C, od której odjęta jest wartość piksela B (patrz wzór na diagramie 1). W ten sposób otrzymujemy sygnał różnicowy wyrażony w woltach, czyli ową wartość funkcji DETAIL, która jest następnie dodana dopiero w czwartej linii do wartości piksela D położonego na wysokości piksela B (diagram nr 2). Ten schemat próbkowania jest zastosowany w stosunku do wszystkich pikseli na powierzchni matrycy.
Aktywowanie funkcji DETAIL ON powoduje dodanie konturu z domyślną fabryczną wartością zero, co objawi się nam znaczną poprawą ostrości oraz otwiera drogę do innych powiązanych z nią opcji regulacji. Opcja DETAIL LEVEL jest wzmocnieniem lub osłabieniem sygnału detalu (konturu). Krawędzie stają się mniej lub bardziej zróżnicowane kontrastowo. Wartość plus (+) zwiększa, a minus (–) zmniejsza różnice kontrastowe. Regulując opcję FREQ (od ang. słowa frequency = częstotliwość) zgodnie z wymaganiami, ustalam czy sygnał detalu ma być dodany do niskich częstotliwości [znak minus (-)] lub do wysokich [znak plus (+)]. Niska częstotliwość dotyczy kresek grubych, natomiast wysoka odnosi się do cienkich. Dla łatwiejszego uzmysłowienia tego procesu można posłużyć się skojarzeniem związanym z muzyką – niskie częstotliwości to głos / dźwięki postrzegane jako „grube”, wysokie jako „cienkie”. Tłumacząc to inaczej: kontur dodany do FREQ o wartości minus (–) spowoduje wzmocnienie kontrastu grubszych kresek, a FREQ (+) spowoduje wzmocnienie cienkich (o grubości jednego piksela). Regulując częstotliwość, wpływamy na postrzeganie „ostrości” grubych, średnich i drobnych elementów obrazu (diagram nr 3). Gdy ustawiamy FREQ (+) z wartością +99 (max.), możemy spowodować powstanie artefaktów przy wysokim poziomie wzmocnienia sygnału (DETAIL LEVEL, +), ponieważ dodajemy cienką kreskę (bardzo jasną lub ciemną), która ma się znaleźć na granicy rozpoznawalności szczegółów.
Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Ut elit tellus, luctus nec ullamcorper mattis, pulvinar dapibus leo.
Z kolei opcja H/V RATIO zmienia równowagę sygnału detalu dodawanego w osi poziomej i pionowej. Fabryczna wartość prawie nigdy nie wymaga dodatkowej regulacji. Chyba że chcemy na przykład ograniczyć kontur filmowanych pionowych elementów ogrodzenia lub podobnych obiektów. CRISP (od ang. crispening – szczegółowość) to jedna z najważniejszych regulacji, odpowiadająca za kształtowanie detalu na etapie powstawania sygnału. Różnice luminancji i przejścia tonalne występujące w filmowanych obiektach są bardzo zróżnicowane, zgodnie z regułą konstrukcji sygnału detalu = A + C / 2 – B (patrz diagram nr 1). Rozpatrzmy dwa warianty. Gdy różnica pomiędzy wartościami woltażowymi pikseli A, C i B będzie rzędu paru procent w skali IRE oraz gdy jedna z trzech wartości równania będzie nieco wyższa od pozostałych, to sygnał detalu będzie większy. Gdy będziemy się znajdować np. w dolnej części skali IRE, to wartość sygnału detalu będzie porównywalna z szumem przetwornika (szum od 0%-4% IRE). Oczywiście analogiczna sytuacja z kilkuprocentową różnicą wartości próbkowania zachodzi w środku i na górze skali IRE. Rzecz jasna – bez szumu, który występuje w ciemnych partiach obrazu. Proszę, podstawcie do równania wartości A = 3%, C = 4% i B = 4% lub B = 10% oraz wartości 63, 64, 64 lub 70%. Ciekawe, jakie będą wyniki. I tu dochodzimy do istoty regulacji opcji CRISPENING, występującej jako pewnego rodzaju filtr zarządzający ustawieniem wartości progowej, czyli: od jakiej wartości sygnał różnicowy detalu może powstać i ma być wzmocniony lub osłabiony opcją DETAIL LEVEL. (Wygląda na skomplikowaną rzecz, ale nie jest. W razie konieczności – przejrzyjcie tekst jeszcze raz). Idąc dalej – wartość CRISPENING minus (–) powoduje lepsze wyostrzenie obrazu z jednoczesną większą widoczną agresywnością szumu w obrazie. Wartość CRISPENING plus (+) zmniejsza pojawienie się szumu kosztem miękkiego wyglądu obrazu. Duża wartość CRISPENING (–), np. minus 99, zezwala na powstanie sygnału detalu, gdy różnice pomiędzy punktami A, C i B są minimalnie, średnie i wysokie. Ustawienie wartości CRISPENING (+) nie zezwala na powstawanie sygnału detalu progresywnie: od wartości małych poprzez średnie a na samym końcu (CRISPENING +99) wysokie, blokując w ten sposób prawie w 100% powstanie detalu (diagram nr 4). Podsumowując, ustawienie CRISPENING wyznacza próg kontrastu miejsca, z którego ma powstać sygnał detalu. FREQUENCY wskazuje, gdzie ma być dodany, natomiast DETAIL LEVEL dostosowuje wzmocnienie, czyli jasność konturu.
LEVEL DEPEND LVL pozwala wybrać zakres poziomu wizji, w obszarze którego sygnał detalu nie powinien być dodany. Regulacja obejmuje zakres od 0% IRE do 40-50% IRE. Ustawianie LEVEL DEPEND LVL o wartościach (+) poszerza zakres. Rezultatem takiego ustawienia będzie redukcja szumu w czerniach i ciemnych partiach obrazu. Jednak należy uważać: wybierając zbyt wysoką wartość (+), możemy doprowadzić do prawie całkowitego usunięcia sygnału detalu z obrazu. Funkcja LEVEL DEPENDMENT w połączeniu z funkcją CRISPENING pozwala na praktyczne wyeliminowanie szumu wtedy, gdy ustawiamy wyższą czułość kamery, np. +9 db. Funkcja DEPENDMENT zapobiega powstaniu detalu poniżej ustawionego progu, np. 15% IRE, natomiast CRISPENING reguluje powstawanie sygnału detalu w całym obrazie od 0%-109% IRE. Powstawanie detalu w całym obrazie nie będzie proporcjonalne względem wartości luminancji współczynnika odbicia światła. Zależność ta będzie wynikała z zastosowanej gammy. Na diagramie obrazującym typową gammę TV mamy zaznaczone dwa przedziały o identycznej 15-procentowej różnicy luminancji w zakresie współczynnika odbicia światła, od 0 do 0,15 w obszarze czerni oraz w obszarze bieli 0,70-0,85. W obszarze czerni otrzymamy 40-proc. różnicę poziomu wizji w skali IRE, a w obszarze bieli tylko 5-6% IRE. Podstawiając wartości IRE pikseli A, C i B w obszarze czerni i bieli do równania znanego z diagramu nr 1, czyli DETAIL = A + C / 2 – B, przekonamy się, że sygnał detalu w obszarze czerni może być prawie czterokrotnie większy niż w jasnych partiach obrazu i ośmiokrotnie większy w bielach objętych działaniem KNEE, gdzie biele są mocno kompresowane.
Regulując CRISPENING, musimy dokonać trudnego wyboru: z jakich różnic kontrastu ma powstać detal i w związku z tym, gdzie będzie najbardziej widoczny. Zastanawiając się nad tym zagadnieniem, z pewnością pomyślimy również o gammie. Dojdziemy do wniosku, że funkcja gammy nasz wybór jeszcze bardziej komplikuje… I tu z pomocą przychodzą nam limitery sygnału detalu: Limiter Master. Limiter Master ogranicza sygnał detalu proporcjonalnie w czerniach i bielach. Ustawia dolną i górną granicę dla jasnych i ciemnych krawędzi konturu (detalu) uzyskanych po regulacji CRISPENING i DETAIL LEVEL. Limiter WHT działa jak opcja powyżej, ustawiając jedynie granicę jasności dla jasnych krawędzi (stąd skrót WHT – od słowa „white”). Limiter BLK, jak można się domyślić z nazwy, ogranicza sygnał detalu w czerniach (BLK – black). Wartości ustawień LIMITER MASTER/ WHT/ BLK sumują się wzajemnie. Ustawienie wartości plus (+) wprowadza ograniczenie sygnału. Wartość minus (–) usuwa wszelkie ograniczenia. Choć w niektórych modelach kamer wartości plus i minus są przeznaczone do odwrotnego efektu (odwrócona jest ich polaryzacja), z reguły robią to samo. Dobrym punktem wyjścia do regulacji są proporcje, gdy ustawienie wartości limitera BLK jest dwa razy większe od WHT, np. BLK +40, WHT+20. Funkcja DETAIL APERTURE wpływa na bardzo drobne elementy o wysokiej częstotliwości, takie jak sploty tkanin, drobne tekstury, włosy. Funkcja ta nie dodaje sygnału detalu, działa na zasadzie zmiany jasności sąsiadujących z sobą pikseli w celu zwiększenia lub zmniejszenia kontrastu między nimi. W ten sposób uzyskujemy wyrazistość drobnych szczegółów znajdujących się w środkowym zakresie gammy. Jak można się domyślić – wartość plus zwiększa kontrast, wartość minus – zmniejsza, np. funkcją FREQ minus dodaliśmy kontur do grubego splotu swetra, a jeśli jednocześnie chcemy podkreślić drobną fakturę tkaniny, to wykonujemy DETAIL APERTURE plus. KNEE APERTURE – efekt działania tej opcji jest podobny jak DETAIL APERTURE. Odzyskujemy fakturę białych, jasnych partii obrazu znajdujących się w górnej części gammy w obrębie działania KNEE – powyżej POINT KNEE, np. uzyskamy fakturę białej firanki w jasnym oknie. SKIN DETAIL – nazwa wskazuje na obszar działania. Wartości są zależne od ustawienia DETAIL LEVEL. Jeżeli ustawimy DETAIL LEVEL minus 20 i SKIN DETAIL na minus 20, to nie zaobserwujemy żadnej zmiany w kamerach HD. Dobrym punktem wyjścia jest przynajmniej 30-procentowa różnica pomiędzy ustawieniami DETAIL LEVEL a SKIN DETAIL. Sama nazwa trochę ogranicza nasze myślenie, jeśli kierujemy się słowem „skin” sugerującym poniekąd, że opcja ta dotyczy tylko ludzkiej skóry. Funkcja umożliwia nam również zmianę sygnału detalu w dowolnym kolorze, a to otwiera nam nieco większe możliwości zastosowania. Np. zbliżenie aktora, a w tle ostre zielone liście, które możemy znacznie zmiękczyć używając SKIN DETAIL. Funkcja SKIN DETAIL oraz wszystkie opcje regulacji Detalu nie będą aktywne, gdy Funkcja DETAIL jest w pozycji OFF. Nie ma gotowej recepty, jakie wartości dla każdej funkcji będą najlepsze, ponieważ powstanie sygnału detalu jest zależne od zdolności rozdzielczej i przenoszenia kontrastu obiektywu, ustawień gammy, black gammy, kontrastu oświetlenia, typu kamery, kompresji zapisu, migawki i na samym końcu – od decyzji, jaki charakter ma mieć obraz oraz jakie jest przeznaczenie naszego dzieła: kino, TV, blu-ray, internet… a może wszystko naraz? Aktywowanie opcji DETAIL w kamerze (DETAIL ON) poprawia tylko wrażenie lepszej ostrości, bez zwiększenia rozdzielczości. Tak się dzieje w przypadku filmowania obiektów statycznych. Natomiast gdy kamera lub obiekty się poruszają – obraz będzie tracił ostrość. Przyczyna leży po stronie technologii pozyskiwania sygnału detalu. W pierwszych trzech liniach skanowania zbieramy informacje, a w czwartej dodajemy. Jeżeli poruszamy kamerą, sygnał detalu nie trafia w miejsce przeznaczenia. Ustawienie wysokich wartości DETAIL LEVEL z fabrycznymi ustawieniami pozostałych opcji regulacji pogorszy tylko sprawę. Sygnał detalu powstanie tylko w przypadku ostrych obiektów, czyli w płaszczyźnie ostrości. Wzmacnianie sygnału nie wyostrzy nam nieostrych zdjęć. Usunięcie konturu z obrazu po nagraniu w postprodukcji jest bardzo trudne i czasochłonne. Dodanie i kreowanie detalu przebiega tak samo, jak w kamerze. Realizując projekt kinowy lub z przeznaczeniem do różnych mediów, ustawiajmy DTAIL OFF, a kreacją konturów zajmijmy się w postprodukcji, w docelowych rozdzielczościach. Pozostałe projekty – z przeznaczeniem do TV, bez kosztownej postprodukcji – muszą uwzględnić trochę naszego cennego czasu na regulację. Ustawienia fabryczne są zawsze mocno przerysowane i agresywne, z tego się bierze opinia o elektronicznym, plastikowym charakterze obrazu.
Ograniczenie wszystkich fabrycznych ustawień o 15-30% jest dobrym punktem wyjścia regulacji. Pomocna w pracy będzie tablica testowa rozdzielczości – profesjonalna lub wykonana samodzielnie. Propozycja takiej tablicy może być następująca: na biało-szaro-czarne tło nanosimy mnóstwo kresek, kropek, literek, kółek w różnej gradacji i wielkości oraz doklejamy próbki tkanin (diagram nr 6). Kiedy mamy taką tablicę pod ręką, ustawienie proporcji poszczególnych zależności jest dużo prostsze. Do regulacji detalu używajmy monitora o pełnej rozdzielczości HD (najlepiej 24 cale lub więcej) lub z funkcją 1:1. Rezultatem znacznego ograniczenia wartości sygnału detalu będzie czysty obraz bez „interferencji”, a to likwiduje stawiane przed departamentem kostiumów ograniczenia, które rzekomo narzuca technologia. Może w końcu powrócą na ekran ubiory w prążki i kratki? Warto dodać, że w odróżnieniu od omawianych sytuacji, które są typowe dla kamer pracujących w HD (SD również), kamery pracujące w rozdzielczości sięgającej 4K lub wyższej, jak np. kamer firm RED lub Arri z racji wyższych rozdzielczości są pozbawione sztucznego sygnału DETAIL w celu uniknięcia problemów z redukcją informacji podczas konwersji materiału do niższych rozdzielczości. Po napisaniu tego artykułu naszła mnie taka myśl: dlaczego skoro mamy AUTO FOCUS, to nie ma AUTO DETAIL? Mogłoby to być ciekawe doświadczenie…