Между светом и цветом

С переходом на цифровую технологию, операторы при съемке часто стали сталкиваться с проблемами, которых не существовало в пленочном кинематографе. Это и явление «Роллинг Шаттера», искажающее геометрию при движении камеры, муар, возникающий на ритмичных структурах, особенности тонопередачи  светлых фактур и многое другое. Все эти особенности цифровой камеры требуют сегодня, даже от опытного «пленочного» оператора, постоянной готовности к появлению на изображении неожиданного брака, связанного с новой технологией.

Одна из актуальных и малоизученных проблем это искажение цвета при установке на камеру плотного нейтрально серого светофильтра. Те светофильтры, которые много лет кинооператоры использовали на пленочной камере при натурных съемках, или осветительные светофильтры для павильонной съемки сегодня оказываются непригодны для цифровой камеры. При установке на камеру НД фильтра плотностью 0.9 темные фактуры окрашиваются в теплый оттенок, лица розовеют, небо становится малиновым, а цвет зелени грязным. Более плотные фильтры приводят к откровенному браку. Причем на разных камерах эффект будет отличаться, и предугадать  характер искажений без предварительных проб будет невозможно.

Изучение информации в интернете не дало однозначных решений. Операторы активно обсуждают эту тему в сети с 2009 года, но, в основном, пишут об актуальности проблемы, приводят примеры испорченных кадров из своих фильмов, делают самостоятельные тесты, предлагают варианты цветокоррекции. Производители светофильтров в последние годы выпустили линейки светофильтров для устранения этих искажений, но информация на их сайтах иногда противоречива.

Чтобы разобраться в этой проблеме на операторском факультете решили провести собственный тест. Мы выбрали три ведущие цифровые кинокамеры, используемые в профессиональном кинематографе: Arri Alexa Plus, которая есть во ВГИКе, Sony F65, предоставленную кинокомпанией «Амедиа», и Red Epic от компании «Cinemafrog». Тема нашего исследования вызвала интерес у многих кинооператоров и компаний, торгующих в России светофильтрами, а также фирм, сдающих съемочную технику в аренду. В результате нам удалось собрать во ВГИКе на три дня практически весь ассортимент светофильтров фирмы Tiffen, Schneider и Formatt.

Причина искажения цвета кроется в том, что, в отличие от пленки, сенсор ПЗС или КМОП матрицы цифровой камеры по своей природе очень чувствителен к инфракрасному свету. Особенно актуальна эта проблема для кинокамер Arri Alexa, Red Epic и Sony F65, которые имеют очень высокое значение светочувствительности, около 800 ISO. При съемке в солнечную погоду, оператор вынужден уменьшать экспозицию, закрывая диафрагму, уменьшая угол раскрытия обтюратора или устанавливать на объектив камеры нейтрально серые светофильтры. Использовать при съемке на цифровые камеры значение диафрагмы более 8 не рекомендуется из-за снижения резкости за счет дифракции, малый угол обтюратора может вызвать стробящийся  эффект при передаче движения, поэтому в арсенале оператора для уменьшения экспозиции остаются только НД фильтры.

В прямом солнечном свете содержится большое количество инфракрасного излучения, а большинство объектов съемки, например растительная зелень, кожа человека или черные ткани в ИК диапазоне отражает света больше, чем в видимом спектре. 
 

Производители пытаются решить эту проблему, устанавливая перед матрицей фильтр, блокирующий инфракрасное излучение. Такие фильтры не имеют жесткой границы фильтрации, и что бы не отрезать видимый спектр, производители допускают попадание на матрицу ближнего ИК диапазона. Незначительное прохождение инфракрасного света при обычной съемке не сильно сказывается на искажении цвета, но при использовании достаточно плотных НД фильтров защита перестает работать. Причина кроется в том, что нейтрально серые светофильтры, применяемые в пленочном кинематографе, уменьшая видимый свет, полностью пропускают инфракрасный свет.

Спектральная характеристика фильтра ND 0.9

При больших плотностях фильтра количество ИК, попадающего на матрицу, значительно возрастает, особенно это становится заметно на темных фактурах, доля отраженного видимого света от которых и так незначительна.
 

При больших плотностях фильтра количество ИК, попадающего на матрицу, значительно возрастает, особенно это становится заметно на темных фактурах, доля отраженного видимого света от которых и так незначительна.
 

В павильонной съемке нет необходимости в применении нейтрально серых фильтров, но проблемы с искажениями цветопередачи остаются. При освещении сцены галогеновыми приборами, в спектре которых много теплового излучения, на изображении возникает паразитный оттенок в тенях, снижается контраст и уменьшается резкость, а также изменяется тон кожи и красных фактур. Незначительные искажения по всему кадру можно исправить на цветокоррекции, но проблемы возникают, когда мы используем источники света с различным спектром. Самый распространенный случай, когда мы для рисующего или контрового света используем галогеновый линзовый прибор, а для заполнения включаем Kinoflo. Теперь у нас в кадре света и тени, при одинаковой цветовой температуре 3200 К, получают разную долю ИК, и, соответственно, искажения света возникнут только в части изображения. Такие же проблемы возникают при установке на осветительный прибор эффектного или НД фильтра. Предугадать, как изменится цвет темной ткани невозможно, по причине того, что инфракрасный спектр отражается от разных материалов и поверхностей по-разному, и будет зависеть и от состава ткани и от природы красителя. Исправить такой брак на цветокоррекции становится невозможно или очень сложно и дорого.
 

Попадание на матрицу инфракрасного света на камерах Arri Alexa Plus и Sony F65 окрасило некоторые черные ткани в теплый оттенок, снизило контраст и внесло искажения в тон кожи. На камере Red Epic изображение темных фактур приобрело синий цвет.
 

Решить все эти проблемы можно, заблокировав попадание на матрицу камеры инфракрасного излучения светофильтром. Спектральная чувствительность матриц отличается у различных камер, поэтому оператор должен обращать внимание на выбор правильного светофильтра. Существует два способа защиты матрицы от ИК света.

Нейтрально серые светофильтры с индексом IR представляют собой адсорбционные фильтры более широкого, по сравнению с классическим НД фильтром, спектрального диапазона. Равномерное уменьшение света простирается не только на видимую часть спектра, но захватывает и ближнюю инфракрасную зону, примерно до 720 нанометров. Такие фильтры можно комбинировать друг с другом, но нельзя использовать в комплекте с обычным НД. Фильтры имеют незначительный голубоватый или зеленый оттенок, поэтому при смене фильтра необходимо балансировать камеру.

Второй способ фильтрации ИК – нанесение на поверхность стекла интерференционного покрытия. Такой фильтр будет отражать все инфракрасное и тепловое излучение, не допуская его на матрицу. Называется такой фильтр Hot Mirror (горячее зеркало), и имеет сокращенное обозначение в названии HM. По такой технологии чаще всего изготавливают светофильтры, устанавливаемые на матрицы камер. Hot Mirror можно использовать в комплекте с обычными НД, необходимо только следить за тем, чтобы HM был установлен первым снаружи отражающим слоем от камеры. Однако, при больших плотностях НД фильтра, внешний HM перестает полностью блокировать инфракрасный свет. Недостатки Hot Mirror фильтра проявляются так же на широкоугольных объективах в виде розового или голубого виньетирования изображения. Вызвано это дихроичной природой покрытия и неодинаковым ходом лучей по центру краям фильтра. Выпускают фильтры в трех модификациях: прозрачные защитные фильтры, линейку HM ND фильтров различных плотностей и фильтры HM IR ND, в которых используется одновременно оба способа защиты от инфракрасного спектра.

Для камеры Arri Alexa  на натуре необходимо использовать светофильтры с фильтрацией типа IR, а для Red Epic – Hot Mirror. 
 

Если на камеру будет установлен светофильтр неподходящего типа фильтрации, то влияние на матрицу инфракрасного света усилится, и вместо исправления недостатков изображения, мы усилим искажения цвета. (Хотя в некоторых случаях этим можно воспользоваться как творческим приемом).

Кинокамера Red Epic, светофильтр Schneider IR ND 2.1
 

Кинокамера Sony F65 (как и новая Alexa  Studio) оснащена встроенными сменными нейтрально серыми фильтрами, с максимальной плотностью 1.8, которые обеспечивают достаточную защиту от ИК излучения при натурных съемках.

Кинокамера Sony F65, встроенный светофильтр  ND 1.8

 

Для анализа влияние инфракрасного излучения на матрицу камеры, мы использовали при съемке галогеновое освещение и подобрали в кадре максимальное разнообразие черных фактур по составу тканей. Степень цветовых искажений и корректность их устранения мы оценивали, устанавливая на объектив камеры светофильтры с различными типами ИК фильтрации.

Фирма Tiffen для съемки на камеру Arri Alexa, кроме светофильтров IR ND, выпускает специальные светофильтры Т1 и Т1/2. Кроме устранения ИК, эти фильтры призваны улучшить воспроизведение тона кожи и красного цвета.

Кинокамера Arri Alexa, светофильтры Tiffen Т1/2 IR и Tiffen ND 1.2

Для камеры Red Epic, как и на натуре, оптимальным оказался фильтр типа HM. Прозрачный фильтр Hot Mirror, не влияя на экспозицию, устранил синий оттенок в тенях изображения.

При павильонной съемке, как и на натуре, недопустимо использовать на камерах светофильтры с неправильным типом фильтрации.
 

На камере Sony F65 при использовании смешанного освещения возможно появление небольшого теплого оттенка в темных фактурах. Чтобы застраховаться от проблем, можно в помощь встроенному фильтру, поставить в компендиум дополнительный фильтр. В нашем тесте одинаковый результат был как при установке фильтра типа IR , так и Hot Mirror.

Кинокамера Sony F65, светофильтр Tiffen IR ND 1.2

Второй вопрос, ответ на который мы искали ответ в нашем тесте – это использовать при съемке один нейтрально серый фильтр с защитой или «сендвич» из обычного НД и защитного. Мы не рассматривали очевидные проблемы, которые возникают при установке в компендиум нескольких фильтров одновременно, связанные с переотражениями, потерей резкости и т.п. Мы оценивали только эффективность борьбы фильтров с инфракрасным светом и влияние на цветопередачу. Степень необходимой фильтрации ИК возрастает вместе с плотностью НД фильтра. Очевидно, что нецелесообразно использовать совместно IR и обычные светофильтры. В нашем тесте комбинация из Hot Mirror и обычного НД корректно работала только до плотности 0.9, при больших плотностях разница с использованием одного фильтра, например HM ND 1.2, была заметна на изображении.
 

В нашем тесте оказались одинаковые фильтры разных от производителей. Мы не смогли не воспользоваться случаем, что бы не сравнить их между собой. Репутация фирм Tiffen и Schneider известна профессионалам кинематографа. Их инновационные технологии применяются во всем мире. Так, например, на кинокамере Alexa Studio устанавливаются встроенные фильтры именно фирмы Schneider. Мы сравнили эффект от использования светофильтров IR ND 1.2 этих производителей на камере Arri Alexa. Отличия были, но настолько незначительные, что их можно нивелировать на цветокоррекции. 
 

Более заметны различия на изображении были  при сравнении светофильтров Tiffen HM ND 1.2 и Formatt HM ND 1.2 на кинокамере Red Epic. Фильтр Tiffen немного лучше справился с задачей фильтрации инфракрасного света.

В целом результаты нашего теста подтвердили рекомендации по использованию светофильтров на различных типах камер, приведенные на сайте фирмы Tiffen. При этом для оператора, а в конечном итоге именно оператор отвечает за качество изображения, необходимость самостоятельно проводить перед съемкой испытания техники и камеры остается.

Таблица совместимости кинокамер и светофильтров с сайта Tiffen

Материал статьи впервые был представлен в 2013 году на научно-практической конференции «Кинооператорское искусство России. Традиции и инновации».