Разрешение. За последние пять лет цифровые камеры и сотовые телефоны стали самыми значительными продуктами на рынке электроники

Введение

За последние пять лет цифровые камеры и сотовые телефоны стали самыми значительными продуктами на рынке электроники, но сегодня самое распространенное выражение – это «HD». Некоторые думают что «Н» означает «Hype» (Гипер).

Хотя профессионалы имеют четкое представление об HD (1920x1080 пикселей, минимум 24 полных кадра в секунду, цветовое разрешение 4:4:4), в магазинах электроники мы можем увидеть этикетку с надписью: «HD-Ready» на аппаратуре, которая обладает значительно меньшей производительностью. (1280х1024 пикселей, 4:2:1, сильная компрессия и т.д.). На экране большие мониторы показывают изображения, которые обычно являются видеороликами стандартного разрешения (720х576 или ниже) с интерполяцией.

Обсуждение «HD» в непрофессиональных кругах сравнимо с обсуждением 2К и 4К в профессиональном постпродакшне – предположения и иногда просто базовая информация не могут быть более противоречивыми. Однако все большее число значительных кинопроектов успешно выполняются в 4К. Так что давно пора дать технически обоснованную оценку тому, что мы подразумеваем под 2К и 4К. Данная статья призвана сделать это.

Начнем с определения терминов «разрешение» и «резкость», акцентируя внимание на специфическом восприятии зрителя. Исследование будет основано на реальных примерах (с 16мм и 35мм пленками), которые, несмотря на объем предмета изучения, дадут представление без углубления в сторону математики.

Будет дано описание 16мм, 35мм и 65мм пленочных изображений, и того, как их лучше оцифровывать. Какова емкость негатива? Сколько пикселей нужно, чтобы передать в цифровом виде эту пространственную информацию, и какие имеются предпосылки съемок в 4К? Как различные этапы традиционных (аналоговых) и гибридных (с промежуточной оцифровкой) съемок влияют на качество изображения? Ответы на эти и другие вопросы будут даны в этой статье. Аналоговые и цифровые изображения проиллюстрируют взаимосвязь между этапами производственной цепочки и их влияние на полноту изображений.

Как гласит пословица: «Пока не увижу – не поверю». Разумеется, представленные примеры не могут быть, как следует, воспроизведены на бумаге. Примеры изображений, доступные по нижеуказанному адресу, позволят обойти ограничения бумажного материала.

host: ftp2.arri.de
login: 4film
password: ARRI

Часть 1. Разрешение и резкость.

Разрешение и резкость – вот что имеем в виду, когда говорим о 4К – по крайней мере, внешне. Хотя это не все характеристики изображения, и даже не главные – но, безусловно, наиболее обсуждаемые, и весьма обоснованно: с помощью этих параметров вы можете моментально интерпретировать результаты зрительно, без специальных инструментов или экспертизы. Хотя можно и легко оказаться одураченным вашими глазами.

Разрешение

Обычно для измерения разрешения используется растр, состоящий из постепенно уменьшающихся интервалов темных и светлых участков. Распространенным примером является изображение штакетника (ограды) в перспективе.

Рис. 1. "Живой" пример тестовой картинки для проверки разрешения.

На рисунке с оградой мы видим, что щели между досками становятся менее различимыми по мере отдаленности. Этот эффект является основной проблемой для любого оптического изображения. На переднем плане, там, где доски и щели не сжаты перспективой, видна большая разница в яркости. Чем больше доски и щели сжимаются в перспективе с увеличением расстояния, тем меньше становится разница в яркостях.

Для лучшего понимания этого эффекта, отметим значения яркости вдоль желтой стрелки на координатной плоскости (рис. 2). Разница яркостей по оси Y называется контрастом. Кривая графика яркости похожа на гармонические колебания. Так как яркость меняется не во времени, а пространственно – слева направо, ось X будет называться пространственной частотой.

Рис. 2. Диаграмма яркости на рис. 1.

Мы можем замерить расстояние от доски до доски на экспонированном изображении, например, на 35 мм негативе. Это расстояние описывает один период на диаграмме яркости. Если период равен, например, 0.1 мм, то мы имеем пространственную частоту из 10 пар линий на миллиметр (10п.л./мм, 10 циклов/мм или 10 периодов на мм). В визуальном выражении, пара линий всегда состоит из черты и "пропуска".

Это ясно видно на рисунке 1: чем тоньше воспроизводимая структура, тем менее четок контраст в этой точке изображения. Мы достигаем предела разрешения, когда больше не видим разницы между структурами. Красный кружок на рис. 2 показывает средние значения на пределе разрешения пространственных частот в том месте, где контраст едва достаточен для того, чтобы четко разделить доску и просвет.