צילום בפרופילים

priority_high חשיבות הנושא

לכל סצנה (המרחב המצולם) שאנו מסתכלים עליה יש טווח בהירות ספציפי, שהוא תוצאה של כמות האור שנופלת על הסצנה והמידה שבה האובייקטים מחזירים אור. חיישן המצלמה יכול לקלוט רק חלק מוגבל מטווח הבהירות שבין האפל ביותר לבהיר ביותר. המטרה ביצירת התמונה היא ייצוג מדויק של המרחב המצולם כפי שמופיע בפועל. לצורך זה קיימים מספר פרופילים במצלמה שמסייעים להצגת התמונה בטווח דינמי ראוי.

list תת-הנושאים

ה.1 טווח דינמי.
ה.2 תקן Rec.709 / Rec.2020.
ה.3 LOG.
ה.4 RAW.
ה.5 HDR.

flag מטרות אופרטיביות

התלמיד יבין מהו טווח דינמי.
התלמיד ידע את סוגי הפרופילים של מרחב דינמי במצלמה.

vpn_key מושגים מרכזיים

טווח דינמי – טווח השינויים ברמות הבהירות של מרחב מצולם כפי שנקלט בעין או בחיישן המצלמה.
גמא – מונח מספרי שמתאר את מידת הניגודיות בין החלקים הכהים לחלקים הבהירים בתמונה.
תקן Rec.709 – תקן שמגדיר מפרט תצוגת וידיאו HD מלא עד 1080.
תקן Rec.2020 – תקן שמגדיר מפרט לתצוגה של UHD.
פרופיל Log – עקומת גמא. הפרופיל מצוי במצלמות וידיאו דיגיטליות ומעניק טווח דינמי רחב ומרחב גוונים.
Raw – הקלטת אות הווידיאו כפי שיוצא מהחיישן כמעט ללא שינוי. לכן הוא בעל טווח דינמי רחב יותר או מרחב צבעים רחב יותר ממה שפורמט התמונה הסופי מסוגל לשחזר.
HDR – מרחב דינמי גבוה. פורמט אות וידיאו שמספק טווח רחב יותר של בהירות וצבע בהשוואה לפורמט SDR.

ה.1 טווח דינמי

טווח (מרחב) בהירות, טווח דינמי וטווח הארה הם מונחים לאותו מושג: זהו טווח השינויים ברמות הבהירות של מרחב מצולם, ובאיזו מידה מערכת עיבוד התמונה במצלמה מסוגלת לשחזר את הרמות הללו. לכל סצנה (המרחב המצולם) שאנו מסתכלים עליה יש טווח בהירות ספציפי, שהוא תוצאה של כמות האור שנופלת על הסצנה והמידה שבה האובייקטים מחזירים אור. כמו כן, חלק מהדברים המצטלמים בסצנה אינם מחזירים אור כמו שהם מייצרים אותו, כמו מנורות, אש, חלונות, שמים בוהקים וכו'.

לעתים ההבדל בין החלק האפל ביותר בתמונה המצולמת לחלק הבהיר ביותר בתמונה הוא גדול מאוד ועשוי להגיע להפרש של עד 20 סטופים בצמצם. משום כך אין סיכוי לראות את שניהם בו זמנית, אפילו בעין האנושית, שרגישה פחות ופחות ככל שעוצמת האור גדלה, כדי לאפשר למוח לקבל תמונה עם מרחב גדול של עוצמות אור.

חיישן המצלמה יכול לקלוט רק חלק מוגבל מטווח הבהירות שבין האפל ביותר לבהיר ביותר (בהנחה שחשיפת המצלמה נקבעה לאמצע הטווח). כלומר, משהו שהיה אפור בהיר במרחב המצולם יתועד על המצלמה כלבן בוהק וטהור מפני שערך הבהירות הזה נמצא בקצה העליון של מה שהמצלמה יכולה ״לראות״. מנגד, בקצה הנמוך, כל פרט שהיה אפור כהה במרחב המצולם יתועד כשחור מוחלט וטהור.

תמונה 1 מציגה את טווח הבהירות (הטווח הדינמי) שעין אנושית קולטת לעומת הטווח הדינמי שחיישן וידיאו קולט.

תמונה 1

המטרה ביצירת התמונה היא ייצוג מדויק של המרחב המצולם כפי שמופיע בפועל.

טווח הבהירות של החיישן הוא ליניארי. כלומר, היחס בין הבהירות שמגיעה לחיישן לערכי הבהירות שהפיקסלים מייצרים הוא תואם. במצב אידיאלי, גרף של טווח דינמי ייראה כקו בזווית של 45 מעלות, שכל שינוי בציר X יהיה זהה לשינוי בציר Y. אך חיישן המצלמה מוגבל בטווח הבהירות שהוא מסוגל לתרגם לחשמל וסיביות / ביטים (דיגיטלי).

עקומת התגובה של הפילם לבהירות המרחב המצולם דומה לאות S. הסיבה לצורת העקומה היא שבאזורים הבהירים מאוד (Highlights) שפוגעים בפילם, גבישי הכסף באמולסיה רוויים מאוד ומפסיקים להגיב, והאזורים הבהירים נראים לבנים (״שרופים״). זה החלק העליון של העקומה. מנגד, באזורים הכהים בתמונה (Shadows), אור לא מגיע לאמולסיה של הפילם, ואזורי התמונה שבהם כמות האור נמוכה מאוד הופכים לשחורים. זה החלק שנמצא בתחתית העקומה. כלומר, כל עוד יש אור שהפילם או החיישן יכולים לעבד ולקלוט, העקומה נראית ישרה, וכאשר הבהירות חורגת לרמות גבוהות מאוד או נמוכות מאוד, הקו הישר נשבר. עקומת ה-S היא היתרון הגדול שיש לפילם על פני הווידיאו, והמחסור בה הוא האתגר הגדול של מהנדסי החיישנים. עקומת ה-S עושה את מה שהעין האנושית עושה באופן טבעי, מותחת את גוני הביניים ודוחסת את הבהירים מאוד ואת הכהים מאוד משום שגוני הביניים הם המקום שאנחנו מקדישים לו את רוב תשומת הלב.

תמונה 2 מציגה עקומת S של בהירות פילם.

תמונה 2

גמא (Gamma) הוא מונח מספרי שמתאר את מידת הניגודיות בין החלקים הכהים לחלקים הבהירים בתמונה. ניתן לבטא את הגמא בצורה חזותית באמצעות עקומה בסולם ליניארי כך שהחלק המרכזי בעקומת ה-S, למשל, הוא הגמא.

קו תלול בגרף משמעו תמונה ניגודית יותר, כלומר ערך ה-Y (בהירות התמונה) משתנה מהר יותר עבור כל יחידת שינוי בערך ה-X (בהירות הסצנה), ואילו קו בעל שיפוע פחות תלול משמעו תמונה עם יותר גוני ביניים, כלומר פחות ניגודיות. יצרניות מצלמות וידיאו החלו לייצר מצלמת עם אפשרות לתיקון גמא, כדי לאפשר הצגה טובה יותר של התמונה במונחים של טווח דינמי. תיקון גמא הכרחי מכיוון שהבהירות הנראית לעין של פיקסל אינה בהכרח פרופורציונלית לערך המספרי שלו. הפליטה של מכשירי תצוגת CRT, פלזמה, LED, OLED TFT ו-LCD שונה. הסיבה לכך היא שאופי האפקט הכימי או האלקטרומגנטי שיוצר את האור פולט אורכי גל ועוצמות שונות. בעוד שהעין שלכם עשויה לראות את מה שאתם חושבים שהוא לבן, הערך בפועל עשוי להשתנות במידה ניכרת ממכשיר אחד למשנהו.

ה.2 תקן Rec.709 / Rec.2020

תקן Rec.709 הוא תקן בסיסי שמגדיר תצוגת וידיאו HD מלא עד 1080. הוא הוחלף על ידי Rec.2020, שמיועד לטווח רחב יותר של תצוגת UHD (רזולוציה גבוהה מ-1080). Rec.709 תוכנן להתייחס לתצוגה, כלומר טווח הניגודיות שיוצא מחיישן המצלמה ממופה ומותאם למסך תצוגה (מוניטור) וכך כל ערכי הצבע מותאמים לטווח המסוים שהמסך יכול להציג. כלומר, בנוסף לניגודיות בתמונה, תקן זה מגדיר את מרחב הצבעים שניתן להציג (Color Gamut).

המסכים ששלטו באותה תקופה היו מסכי CRT שאופן הייצור שלהם אפשר להציג את התמונה שיצאה מהמצלמה בצורה מושלמת ולא היה צורך לבצע תיקון גמא כדי להתאים את התצוגה של המסך לתמונה שיצאה מהמצלמה. במילים פשוטות, Rec.709 הוא WYSIWYG כלומר, What You See Is What You Get, מקבלים את מה שרואים. מבחינה טכנית, ל-Rec.709 יש טווח של שש תחנות צמצם בלבד, ולכן תקן זה אינו מומלץ לצילום אם רוצים חומר גלם שיעבור תיקוני צבע וניגודיות רחבים.

כיום המצלמות יכולות להוציא פלט של Rec.709 שבו האות שיוצא מהחיישן מקודד בהתאם כדי שהתמונה במסך תיראה סבירה. אות זה נועד לצפייה או להקלטה חיצונית, גם אם בפועל המצלמה מקליטה במרחב דינמי שונה ורחב כמו log למשל. כך צלם הסרט יכול לראות תמונה עם מרחב דינמי ומרחב צבעים שנראים טוב במוניטור במקום תמונה שנראית בהירה מאוד ו״חלבית״.

תקן Rec.2020 מגדיר מפרט לתצוגה של UHD. כלומר, פורמט 8K עם רזולוציה 7680x4320 פיקסלים ופורמט 4K עם רזולוציה 3840x4320 פיקסלים, קצב תמונות לשנייה שמגיע ל-120 fps, עומק סיביות של 10 או 12 ביט, מרחב צבעים רחב יותר מ-Rec.709 ועוד.

תמונה 3 מציגה תיאור גרפי של ההבדל בין טווח הצבעים של Rec.709 לטווח הצבעים של Rec.2020.

תמונה 3

ה.3 LOG

פרופיל Log (לוגריתמי) הוא עקומת גמא, המצוי במצלמות וידיאו דיגיטליות ומעניק טווח דינמי רחב ומרחב גוונים שמאפשר יותר חופש פעולה להחלת אפשרויות צבע וסגנון בשלב העריכה. התמונה המתקבלת נראית ״מכובסת״ ודהויה, כך שהיא דורשת עבודת צבע בפוסט-פרודקשן, אך שומרת על פרטי צללים ובהירות יתר, שהיו הולכים לאיבוד אם היה נעשה שימוש בפרופיל ליניארי רגיל. אם צילום בתקן Rec.709 מאלץ את הצלם להקריב פרטים בתמונה, באזורים הבהירים או הכהים, אזי צילום ב-Log מאפשר לשמור את המידע הזה בתמונה.

תמונה 4 מציגה תמונה שצולמה בפרופיל Log. פרטים בהירים מאוד וכהים נשמרים בתמונה.

תמונה 5 מציגה את אותה תמונה בתקן Rec.709 פרטים כהים לא נשמרים בתמונה ופרטים בהירים מאוד ״נשרפים״.

תמונה 4

תמונה 5

בצילום עם Log חיוני לעשות עיבוד צבע בשלב העריכה כדי להציג את הצילומים במסך Rec.709 סטנדרטי. בשל הכמות הגדולה של מידע שנרשם בצילומי Log, יש לכוון את התמונה כך שתתאים לתקן Rec.709. בשלב העריכה, עורך הסרט מצרף לצילומים פרופיל LUT או Look Up Table, שהוא טבלה של ערכים מספריים קבועים שניתן להחיל על וידיאו כדי לשנות את המראה שלו.

כדי לפשט את התהליך של תיקון הצבעים קיימים קובצי LUT שנקראים פרופילי מראה (Look profiles) שממירים את המראה החלבי של ה-Log על גבי המוניטור בזמן הצילום למראה תקין בתקן Rec.709. ניתן להעלות את קובצי ה-Look למוניטור או למצלמה המאפשרת את הפעולה הזאת, ולצפות בחומר המצולם עם המראה שהצלם מבקש לראות.

תמונה 6 מראה תמונה שצולמה בפרופיל S log של סוני ללא פרופיל מראה.

תמונה 7 מציגה את אותה תמונה לאחר תצוגה עם פרופיל Look.

תמונה 6

תמונה 7

ה.4 Raw

ה-Raw אינו ממש וידיאו כל עוד הוא לא מעובד בדרך כלשהי, ב-DSP במצלמה (מעבד אות דיגיטלי), תוכנה או חומרה אחרת. במצלמות שמצלמות RAW, נתיב האות אינו זהה למצלמות HD מסורתיות. מה שנרשם באחסון המדיה (כונן קשיח, כרטיס פלאש או כל דבר אחר) הוא רק אות ה-RAW ללא כל התאמות "יצירתיות״ שהצלם מבצע (למשל איזון לבן, מטריצת צבעים, גיין ועוד).

הרעיון הבסיסי של RAW הוא פשוט להקליט את כל הנתונים שיוצאים מהחיישן, כמעט ללא שינוי. שינויים שהצלם מבצע בתמונה נרשמים כ״מטא-נתונים״ המוקלטים בו-זמנית, והם יכולים לתעד כוונות אמנותיות לגבי צבע, טווח גוונים וכן הלאה, אך ניתן לשנות מטא-נתונים או להתעלם מהם בהמשך, בשלב העריכה. כמו בפילם, לתמונה דיגיטלית, RAW, עשוי להיות טווח דינמי רחב יותר או מרחב צבעים רחב יותר ממה שפורמט התמונה הסופי מסוגל לשחזר, שכן Raw משמר את רוב המידע של התמונה שנלכדה.

בעת צילום RAW, גמא הוא רק מטא-נתונים. כלומר, כל שינוי שהצלם מבצע לכאורה לניגודיות האור בתמונה נרשם כנתונים לתוך קובץ שבהמשך מטופל בשלב הפוסט. השינויים בתמונה לא נדחסים לקובץ הווידיאו בזמן הצילום, כמו למשל בצילום עם log שנדחס לתוך קובץ התמונה. במילים אחרות, במקום לשנות את הסרטון, פשוט מוסיפים לו כמה "הערות" שאומרות לתוכנת העריכה או הצבע: "כשאת מציגה את הקליפ הזה, הוסיפי לו את השינויים האלה".

ניתן להקליט Raw שאינו Log וניתן להקליט Log שאינו Raw. ברוב המקרים, במצלמות המקצועיות, שניהם הולכים יד ביד.

כדי לצפות בשינויים שהצלם מעוניין לבצע בתמונה ניתן להפעיל פרופילי מראה שונים הקיימים במצלמות לצפייה בסט, ולהמרה כאשר קובצי ה-RAW מיובאים לתוכנת עריכה או צבע. לכל חברה המייצרת מצלמות יש פרופילי מראה משלה, אם כי הפרופילים דומים ברוב החברות.

ה.5 HDR

HDR, קיצור של High Dynamic Range, מרחב דינמי גבוה, הוא פורמט אות וידיאו שמספק טווח רחב יותר של בהירות וצבע בהשוואה לפורמט SDR כלומר Standard Dynamic Range, שהוא מפרט המשמש טלוויזיות HD מסורתיות.

תוכן וידיאו התומך ב-HDR, ומושמע בטלוויזיה התואמת HDR, מייצר תמונה מלאה ועשירה שנראית מציאותית יותר באופן ניכר בהשוואה לטכנולוגיות SDR/HDTV ישנות יותר. רמות השחור נראות יותר עמוקות ושומרות על פרטים עדינים בעוד מרחב הצבעים רחב יותר וקרוב יותר למה שהעין האנושית רואה באופן טבעי.

יש הבדל בין HDR בצילום סטילס ל-HDR בצילום וידיאו. בצילום סטילס זהו שילוב של תמונות מרובות עם חשיפות שונות ליצירת תמונה אחת המחקה טווח דינמי גדול יותר. בצילום וידיאו, הכוונה היא לתצוגת התמונה במסך. זוהי הרחבת יחס הניגודיות ומרחב הצבעים של הטלוויזיה, כדי להציע תמונה מציאותית וטבעית יותר ממה שאפשרי עם טלוויזיות HD הקיימות היום.

HLG, קיצור של Hybrid Log-gamma, הוא פורמט "היברידי" שמשלב תמונות SDR ו-HDR לאות וידיאו אחד. זה כמו שילוב בין Rec.709 ל-Log. פורמט זה מאפשר להציג גם בטלוויזיות SDR (תאימות לאחור), אך צגים תואמי HLG יכולים לפרש נכון את החלק הלוגריתמי של עקומת האות כדי לספק טווח דינמי רחב יותר.

assignment תרגיל מסכם

צלמו תמונה בעלת מרחב בהירות ממוצע ולא ניגודי מאוד. נסו למקם דף צבעים לצורך ניתוח התמונה לאחר הקלטה.
הקליטו מספר פעמים: הקלטה ב-Log והקלטה ב-HLG. עמדו על ההבדלים בתמונה מבחינת טווח דינמי ומרחב צבעים. לבסוף בצעו תיקון צבע בעזרת Lut.