Полнокадровые цифровые кинокамеры: мифы и реальность

В конце марта в Москве на территории киностудии «Амедиа» состоялась 16-я международная выставка «CPS-2019». На одном из мастер-классов кинооператор, доцент кафедры операторского мастерства ВГИК, преподаватель МШК, школы кино и телевидения «Индустрия» Петр Мудренов привел результаты тестирования Full Frame камер ARRI ALEXA LF, Canon EOS C700 FF и RED Monstro 8K, которое он провел со студентами Московской школы кино, и развеял некоторые мифы о цифровой съемке. Предваряя его выступление, привожу некоторые пояснения.
 

Мифы о цифровых камерах

1У Full Frame-камеры другая перспектива изображения

Перспектива зависит только от точки съемки. Измененив фокусное расстояния объектива на величину кроп-фактора, мы получаем ту же самую геометрию кадра.

Мы провели эксперимент: из одной и той же точки удаленности мы снимали при помощи Full Frame-камеры с объективом 50 мм и камеры с объективом 35 мм и кроп-фактором 1,4. В результате кадры, отснятые разными моделями, получились идентичными по качеству.

Петр Мудренов на 16-й международной выставке «CPS-2019» / Фото: Юлия Шиманская

Попытка сохранить масштаб портрета на полнокадровой камере с широкоугольным объективом потребовала более близкой точки, из-за чего изменились передний и задний планы. Если же снять объект с прежней точки, то можно на постобработке обрезать края, увеличив центр — мы опять получим то же самое.
 

2Глубина резкости изображаемого пространства на большом сенсоре при той же диафрагме получается меньше

Но насколько меньше? Если мы возьмем камеру ARRI и будем снимать при полностью открытой диафрагме (Open Gate) на ALEXA mini с датчиком Super 35, кроп-фактор составит 1,3. Достаточно компенсировать значение диафрагмы объектива ALEXA LF на величину кроп-фактора, чтобы геометрически вернуть ту же глубину резкости изображаемого пространства.

Если кроп-фактор составляет 1,4, то и значение диафрагмы меняете в 1,4 раза. Все расчеты приведены для теоретической идеальной тонкой линзы, лишенной аберраций. В каждом реальном объективе у вас получается разная глубина резкости за счет свойств оптики.

Петр Мудренов на 16-й международной выставке «CPS-2019» / Фото: Юлия Шиманская

Разница будет заметна только при использовании полностью открытых диафрагм. Действительно, если мы снимаем на полнокадровой камере с диафрагмой 1,4, то на кропе у нас нет возможности больше открыться. Следовательно, на маленьком сенсоре мы не можем получить такую же небольшую глубину резкости, как на Full Frame.

Все же в классическом игровом кинематографе операторы достаточно редко используют открытую диафрагму. В кино важно сохранить информацию о среде, в которой происходит действие: раскрывать изображение нужно деликатно, чтобы отделить героя, но при этом не потерять среду, не потерять историю.
 

3Глубина резкости изображаемого пространства не зависит от фокусного расстояния объектива

Глубина резкости изображаемого пространства зависит от крупности съемки. Если вы снимаете крупно, уже не так важно, каким способом — глубина резкости будет одинаковая. Когда вы снимаете широкоугольником с близкого расстояния, на заднем плане информации больше, а крупность объектов и глубина резкости одинаковые. Если мы переходим на крупный план актера, то снимать его на полнокадровой камере с диафрагмой 1.4 бессмысленно, потому что глубина резкости настолько маленькая, что естественной мимики актера достаточно, чтобы он вываливался из фокуса.

Начиная со среднего плана возможны нюансы: тут степень размытия чуть больше. Если мы переходим на общий план и снимаем ростовую фигуру — разницы почти нет. Фактически, Full Frame влияет на глубину резкости, но практические задачи, которые мы решаем при съемке кино, делают это преимущество сомнительным.
 

4У полнокадровой матрицы больше светочувствительность и динамический диапазон

Первая ошибка: больший размер сенсора не означает больший размер пикселя. На самом деле, увеличивается не размер светочувствительной ячейки, а шаг между их центрами. Размер самого фотодиода может быть одинаковым, потому что на сенсоре расположено много управляющей электроники, а в некоторых камерах туда установлены еще и датчики фазового автофокуса и не вся площадь сенсора используется как светочувствительный элемент.

Петр Мудренов на 16-й международной выставке «CPS-2019» / Фото: Юлия Шиманская

Вторая ошибка: понятие светочувствительности (ISO) как эквивалента времени проявки желатино-серебряных фотоэмульсий неприменимо в цифровой кинотехнологии. В цифровой технологии понятие светочувствительности, динамического диапазона и уровня шумов связаны между собой, и на сегодняшний день не существует стандарта ISO, который описывал бы, по какой методике измерять светочувствительность цифровых кинокамер. Поэтому производители камер в характеристиках настроек указывают экспозиционный индекс EI.

Сравнение цифровых кинокамер

Мы протестировали три пары камер:
 

• Canon EOS C700 FF и EOS C200;
• ARRI ALEXA LF и ALEXA Mini;
• RED Monstro 8K и Helium 8K.

У них разное разрешение, размер сенсоров и, в некоторых случаях, разные технологии.
 

Размер сенсора и шумы

Сравнение цифровых камер

Для определения всех сениситометрических характеристик камер мы используем установку, которая представляет собой просветный серый клин, содержащий 24 экспозиционные ступени диапазона с шагом в 1/3. В кадре мы перекрываем возможности по динамическому диапазону всех современных сенсоров. Таким образом можно получить всю информацию об уровне сигнала, уровне шумов и динамическом диапазоне. Снятый кадр анализируется после обработки в программе DaVinci Resolve.

Наиболее интересным результат сравнения оказался у ARRI. В ALEXA LF компания использовала те же технологии, что и у Mini. С увеличением размера сенсора пропорционально увеличилось его разрешение, поэтому размер светочувствительной ячейки остался таким же. В этом случае при работе с Full Frame мы получили более чистое изображение без шума, но это не прямо связано с сенсором. При съемке мы получаем изображение в избыточном разрешении, а на постобработке его уменьшают. В результате значение пикселей усредняется и уровень шумов снижается.

Результат сравнения уровня шума камер ARRI ALEXA LF и ALEXA Mini / Фото: скриншот из видео

Также оказалось интересным сравнение двух моделей RED: их сенсоры по кроп-фактору отличались в 1,37 раза, но при этом давали абсолютно одинаковое разрешение в 8К. В этом случае действительно отмасштабирован размер светочувствительной ячейки. Эти камеры близки по поколению, но сенсоры в них абсолютно разных технологий.

Результат сравнения уровня шума камер RED Monstro 8K и Helium 8K / Фото: скриншот из видео

У камер Canon изображение близко к идентичному, а у RED — идентично. В этом нет ничего удивительного, потому что с точки зрения сенсорометрии камеры при обработке приводят изображение к определенным стандартам.

Результат сравнения уровня шума камер Canon EOS C700 FF и EOS C200 / Фото: скриншот из видео

Вывод: корреляции между увеличением размера сенсора и уменьшением уровня шумов и увеличением чувствительности мы не заметили. Да, большой сенсор позволяет инженерам лучше решать свои задачи, но наибольшее значение имеют технологии, которые применялись при его производстве и математическое обеспечение при обработке.
 

Динамический диапазон

Когда производитель указывает характеристики динамического диапазона оборудования, на практике они могут оказаться завышенными. Естественно, результаты полевых испытаний будут отличаться от лабораторных исследований разработчика. Кроме того, высокий уровень шума в тенях изображения, делает малопригодным для использования при съемке левый край динамического диапазона. Часто соседние ступени экспозиции просто сливаются между собой из-за шумов, делая неразличимыми темные детали кадра.

Производители цифровых камер говорят о 15, 16, иногда даже о 18 ступенях динамического диапазона, но нам для работы вполне достаточно 12 — 13 ступеней, так как именно такая широта у человеческого глаза при дневном зрении. И такой же фотографической широтой обладала кинопленка.

Да, хорошо, когда у камеры есть запас: оператор может творчески его использовать в своей работе. Но важно не сколько ступеней динамического диапазона чувствует камера, а как она эти яркости воспроизводит. Здесь реклама с реальностью расходятся.

Аберрации на Full Frame

Вы используете большой сенсор для открытых диафрагм, чтобы получить минимальную глубину резкости, но на открытой диафрагме проявляются все аберрации объектива. Это значит, что изображение получается «высокохудожественным», но этим процессом хочется управлять. Даже качественная оптика на открытых значениях диафрагмы дает заметное виньетирование.

Не стоит забывать, что когда вы используете суперсветосильную оптику, вы сознательно идете на то, что на открытых диафрагмах вы будете получать не такое резкое и качественное изображение, как на среднем значении. По результатам наших прошлых тестов, любая оптика на диафрагме 4-5,6 выдает идентичные результаты хорошего качества. Все зависит от условий съемки.

В теме кропа Full Frame слишком много заблуждений. Нужно знать возможности оборудования и его функций, чтобы грамотно использовать его в работе.
 

Обложка: Петр Мудренов на 16-й международной выставке «CPS-2019» / Фото: Юлия Шиманская