Основы управления цветом

Как не потерять в качестве изображения из-за незнания теории

Color management — только звучит сложно. На деле нам потребуется запомнить всего несколько основных понятий, чтобы получать качественный результат.

Чтобы описать тот путь, который проходит изображение, будем использовать такую схему:

Устройство записи (камера) → данные (файл или сигнал) → устройство воспроизведения (дисплей) → система восприятия (человек).

Язык, на котором общаются между собой эти устройства, состоит из двух элементов — цвета и света. В цифровом мире они называются Color Space и Gamma. Color Space описывает охват цветов устройством, а Gamma отвечает за динамический диапазон.

Цвет

Цветовое пространство CIE 1931 включает в себя те цвета, которые человек способен воспринять. За его пределами тьма оттенков, которые недоступны нашему восприятию, но мы их рассматривать не будем: изображение мы создаём для людей.

Цветовые пространства дисплеев

Каждый производитель старается сделать свой дисплей особенным. Поэтому нужны общие стандарты — чтобы на каждом дисплее цвета отображались одинаково. Рассмотрим наиболее распространённые цветовые пространства дисплеев.

Rec.709 — самый распространённый стандарт на пользовательских устройствах, вы наверняка слышали о нём. Этот стандарт появился в 1991 году с приходом цифрового ТВ. Именно Rec.709 сейчас является стандартом для большинства пользовательских устройств. Ещё Rec.709 — это цветовое пространство, расположенное внутри CIE диаграммы.

Мы можем видеть, что Rec.709 охватывает не самый грандиозный диапазон цветов. Однако, сегодня подавляющее большинство дисплеев физически неспособны отобразить больший диапазон, чем Rec.709.

sRGB — используется в подавляющем большинстве компьютерных дисплеев. По цветовому охвату он почти идентичен Rec.709, поэтому в этой статье мы будем говорить только об одном из них — Rec.709.

P3 появился с приходом цифрового кино и имеет гораздо больший цветовой охват, чем Rec.709.

Rec.2020 постепенно наращивает свою популярность. Этот Color Space пришёл с 4K телевидением и имеет гораздо больший цветовой охват, чем Rec.709 и P3. Его используют для отображения HDR видео.

Благодаря этим стандартам мы можем быть уверены, что зелёный на одном устройстве будет таким же зелёным на другом устройстве. Особенно, если устройства откалиброваны.

Цветовые пространства камер

Сенсоры камер охватывают гораздо больший диапазон цветов, чем Rec.709. Производители предлагают бесчисленное количество цветовых пространств на различных камерах. Но какой в этом смысл, если смотреть видео мы будем на устройстве, которое отображает только Rec.709?

1. Особенности сенсора и ПО камер разных производителей позволяют охватывать разное количество цветов. Проще говоря, маркетинговым отделам Sony и Canon есть, чем померяться.
2. Больший цветовой охват при съёмке даёт гибкость на пост-продакшене.
3. Технологии развиваются и качественный контент становится более востребованным. Хорошая идея — уже сегодня снимать видеоформаты, которые будут хорошо отображены на завтрашних дисплеях.

Гамма

Гамма отвечает за яркость различных участков изображения. Понятие гаммы тесно связано с динамическим диапазоном.

Грубо говоря, динамический диапазон — это разница между самым тёмным и самым светлым значением, которое данное устройство может воспринимать или воспроизводить.

Измеряется динамический диапазон в шагах экспозиции или STOP (термин на английском).

С гаммой та же история, что и с цветовыми пространствами: со стороны дисплеев всё более-менее стандартизировано. Кроме стандартной гаммы Rec.709 и sRGB, часто используются значения Gamma от 2.2 до 2.4.

Со стороны камеры значений гаммы также много, как и цветовых пространств.

Гамма на камерах

Чтобы понять, что такое гамма и зачем она нужна, нам нужно разобраться с принципами работы камер и дисплеев. 

Камера выполняет несколько функций:

1. Фиксирует свет с помощью сенсора
2. Преобразует сырые данные с сенсора в приемлемую для транспортировки форму. 

То, что камера видит мир линейно, создаёт несколько проблем:

1. Визуальная информация прямиком с сенсора будет далека от того, что мы увидим своими глазами.
2. Записывать линейные данные в файл неэффективно из-за большого объёма и неравномерного распределения информации.

Поэтому мы применяем гамма-коррекцию, чтобы данные с сенсора записывались с камеры в той же манере, в какой работает наше зрение — нелинейно.

Гамма-коррекция позволяет:

1. Записывать больший динамический диапазон.
2. Эффективно распределять яркость внутри этого динамического диапазона.

Так мы увидим изображение таким, каким видим его в жизни.

Гамма на дисплеях

Там гамма-коррекция тоже используется, только обратная — чтобы перевести в исходный линейный сигнал для корректного отображения.

Большинство дисплеев используют стандартную гамма-коррекцию Rec.709 либо значения от Gamma 2.2 до Gamma 2.4. Такие дисплеи называют SDR-дисплеями (Standart Dynamic Range).

Log-гамма и HLG

Log-гамма — это такая же гамма-коррекция, как и в Rec.709, только с применением логарифмической кривой, что позволяет записывать гораздо больше информации (в основном в хайлайтах).

Log-гамма вмещает в себя примерно 14 стопов. Примерно, потому что каждый производитель камер использует свою Log-кривую. Поскольку Log — это не стандартная гамма-коррекция, 99% дисплеев и ПО будут применять к такому файлу гамма-коррекцию Rec.709. Отсюда блеклые цвета и мало контраста.

Недавно появилась HLG — Hybrid Log Gamma, которая вмещает в себя более 14 стопов экспозиции. Ещё один волшебный момент, касающийся HLG, заключается в том, что HLG-кривая содержит в себе стандартную Rec.709 кривую и Log-кривую в продолжение первой. Поэтому HLG-материал без проблем будет отображаться и на SDR-дисплеях, и на HDR. По крайней мере, так должно быть в теории.

Запомнить

1. По умолчанию, большинство дисплеев применяет к входящему сигналу гамма-коррекцию Rec.709.
2. Rec.709 — это стандартный динамический диапазон, который вмещает в себя несчастные 5-6 стопов, когда подавляющее большинство камер способно запечатлеть более 10.
3. Для записи большего динамического диапазона используется Log-кривая, но дисплеи по-прежнему относятся к сигналу как к Rec.709. Странно, конечно, но так уж заведено. Вдобавок к этому, большинство дисплеев физически неспособны отражать больший динамический диапазон, чем Rec.709.
4. У каждого производителя камер своя Log-кривая.
5. Лучшей гаммой, по мнению автора, является HLG.
6. Чемпионом в охвате динамического диапазона является человек.