KATEDRA SYSTEMÓW MULTIMEDIALNYCH LABORATORIUM
TECHNIKA REJESTRACJI SYGNAŁÓW Ćwiczenie 3
Korekcja kolorów i grading materiału wizyjnego
Przygotowali:
dr inż. Karolina Marciniuk mgr inż. Dawid Weber
Wprowadzenie
W trakcie laboratorium studenci zostaną zaznajomieni z podstawami korekcji i kolorowania obrazu w programie DaVini Resolve. W instrukcji omówiono podstawowe informacje odnośnie metod kontroli obrazu w trakcie realizacji materiału jak i w procesie postprodukcji. Dział Image control & grading to zadania które możemy podzielić na te opracowywane przed kamerą takie jak: oświetlenie, wybór obiektywu, filtrów, efekty mechaniczne (mgła, deszcz, dym), oraz te zależne od ustawień kamery, czyli ekspozycja, klatkaż, prędkość shuttera (kąt), gamma, balans bieli, zakres kolorów. Przy czym należy wyraźnie rozróżnić dwa etapy tworzenia filmu:
Korekcja kolorów – (ang. color correction) jest to ujednolicenie ujęć do stopnia, który pozwoli zachować wizualny ciąg historii oraz jednorodnych plastycznie obrazów. Podczas realizacji nagrań wiele czynników tworzy sceny niespójne ze sobą. Są to między innymi różne źródła światła, zmienna pogoda, różnorodność wnętrz, czy różne pory dnia, a także realizacja nagrań odmiennymi kamerami. Dzięki korekcji koloru można wyrównać poziom balansu bieli, poziom nasycenia czernią, ujednolicić kontrast ujęć oraz zmienić ogólne nasycenie barwami.
Kolorowanie - (ang. color grading) proces twórczy mający na celu zmianę tonacji obrazu, nadając mu cechy często odmienne od rzeczywistości. Można za pomocą tablic LUT zmodyfikować kolorystykę materiału lub symulować inne medium zapisu obrazu (stare taśmy filmowe, materiał telewizyjny, materiał kinowy). Kolorowanie jest zarówno procesem kreatywnym, jak i pracą w aspekcie technicznym. Pozwala ukierunkować kolorystykę obrazu oraz wspomagać opowiadanie historii zawartej w filmie, co za tym idzie, pozwala wpływać na emocje widza podczas seansu.
Kolor
Postrzegany przez ludzi kolor przedmiotu jest wynikową barwą światła padającego na obiekt i zależy od jego cech absorpcyjnych. W pewnej mierze kolor uzależniony jest również od ludzkiego narządu wzroku (zaburzenia widzenia barw). W kontekście odbierania barwy przez człowieka, jak i zasadniczego systemu koloru w systemach wideo mówi się o addytywnym systemie tworzenia kolorów. Dodawanie do siebie kolorów wpływa na finalny wygląd (długość fali, których obiekt nie pochłania), mówi się wtedy o systemie RGB, gdzie połączenie wszystkich kolorów daje światło białe. Możemy wyróżnić cztery podstawowe cechy koloru, z czego trzy stanową są parametrami fizycznymi, mierzalnymi, a czwarta cecha stanowi wartość psychologiczną:
odcień - (ang. hue) decyduje o określeniu koloru - czarny, niebieski, pomarańcz itp. i odnosi się stricte do długości fali świetlnej. Współczesne przedstawianie tej miary jest ściśle powiązane z kołem barw Newtona będącym “zwinięciem” spektrum światła, co przedstawiono na rys. 1. W środowisku filmowym, odcień zwyczajowo określa się mianem fazy (ang. phase), Wynika to ze sposobu prezentowania kolorów na kole barw, co zostanie wyjaśnione dokładniej przy okazji omawiania wektroskopu.
jasność - (ang. value) jest to relatywny poziom światła (lub cienia) na powierzchni kolorowej. Zależy od kąta padania światła i stopnia odbicia od powierzchni.
nasycenie - (ang. chrome) parametr opisuje intensywność koloru - wyrazistość. Największą chrominancję posiada barwa w swojej najczystszej postaci. Dodawanie barw pochodnych powoduje “zabrudzenie” koloru, zmniejszając jej intensywność.
temperatura barwowa
- cecha ta jest oparta o psychologię kolorów. Barwa czerwona i pomarańczowa uznawana jest za barwę najcieplejszą. Z kolei niebieska za najzimniejszą. Określenia ciepła - zimna są miarami subiektywnymi. Nieco bardziej miarodajny parametr to temperatura barwowa. Wyrażana jest w stopniach Kelwina. Wartości powyżej 5000K określane są jako barwy zimne, zaś 2700-3000K to typowo barwy ciepłe. Często obraz rejestrowany przez kamerę jest za ciepły/zimny w stosunku do naturalnego, kompensacje te dokonuje się dobierając parametry przeciwne (koło barw). Efekt ten przedstawiono na rys. 2.
Rys. 2 Korekta koloru (film wykonany w niewłaściwym oświetlaniu (po lewej) następnie poddany korekcji koloru dając kolor bardziej naturalny [1]
RAW, LUT
Format RAW można traktować jako cyfrowy negatyw. W przeciwieństwie do popularnych formatów zapisu obrazu, RAW zawiera obraz jedynie minimalnie przetworzony, bez kompresji. Rejestrowane są wszystkie dane bezpośrednio z czujnika optycznego wraz z metadanymi dotyczącymi ustawień kamery w trakcie nagrania. Pliki RAW nie nadają się do bezpośredniego odczytu, muszą zostać poddane procesowi “wywoływania”. W przypadku kamer z filtrem Bayera dodatkowo wymagają demozaikowaniu. Sony, Canon, RED, Arri... każda z tych marek ma swój własny system RAW. Format Canon jest nieco podobny do Arri, RED stosuje kompresję falkową, Blackmagic zapisuje pliki CinemaDNG.
Filmy rejestrowane w trybie RAW mogą posiadać szerszy zakres dynamiczny (ang. latitude) i większy zakres przenoszenia (ang. ganut). Ganut określa granice reprodukcji barwnej - docelowy charakter obrazu (podejście artystyczne) jak i możliwości medium docelowego (ograniczenia technologiczne). Należy mieć na uwadze to, że ludzki wzrok widzi w większej rozdzielczości niż typowy sprzęt wideo. Możliwościach danego sprzętu przedstawiane są na diagramach CIE.
Film gamma vs video gamma
Klipy wideo bezsprzecznie różnią się od filmów. Częstym błędem jest założenie, że jest to tylko kwestia kontrastu. W rzeczywistości zmiany gammy nie wpływają na kontrast, a różnice między filmem a video zależą bardziej od krzywej odwzorowania jasnych i ciemnych tonów - liniowa, log, s itp. Uwarunkowane jest to zmysłem wzroku człowieka i jego nieliniową odpowiedzią (w przeciwieństwie do liniowej ch-ki większości sprzętów elektronicznych). Przedstawiono to na poniższym rysunku:
LUT (Look up Table)
LUTy to najprościej ujmując słowniki tłumaczenia kolorów między sprzętami. Przy braku tablicy LUT, materiał może mieć wygląd podobny do plików RAW. Wyróżniamy dwa typy tablic LUT - jednowymiarowe i trójwymiarowe.
Tablice jednowymiarowe tłumaczą kolory w obrębie wymiany na RGB. Konwersja obywa się metodą słownikową, nie matematyczną. Tablice 3D LUT są już trochę bardziej skomplikowane i wymagają bardziej skomplikowanych obliczeń w celu "przetłumaczenia" wyglądu materiału wideo.
Rys. 4 Tablice LUT 1D (lewa) i tablice LUT 3D (prawa)
Kamery profesjonalne typu Arri i RED posiadają coś takiego jak look files - są to pliki używane wewnątrz kamery, a pliki LUT są dostępne również na pozostałych sprzętach toru produkcji wideo. Za pomocą LUT można uzyskać predefiniowany wygląd materiału, tak jak w fotografii zauważamy różnice między obrazami z Canona, Sony, czy Nikona, tak w filmie poszczególne sprzęty posiadają swój sposób na obrazowanie świata rzeczywistego (nie są wstanie zobaczyć tego tak jak ludzie, ale czasem o to chodzi w filmie, by bardziej przypominał sen, niż rzeczywistość). Przykłady jednej sceny widzianej za pomocą innych LUTów przedstawiono poniżej:
Narzędzia
Poprawne parametry obrazu, lub też docelowy “look” materiału, zależy w głównej mierze od urządzeń stosowanych na planie. W przypadku gdy nie zapisuje się obrazu w formacie RAW, odpowiedni charakter nagrania na planie zależy od poprawnej kalibracji monitorów. Sporym ułatwieniem dla twórców jest stosowanie trzech miar obrazu jakimi są oscyloskop, wektoroskop i “parada” RGB. Na planie filmowym są to często urządzenia analogowe, obecnie co raz bardziej wypierane przez mierniki programowe dostępne bezpośrednio w kamerze lub na ekranie podglądowym.
Oscyloskop (ang. waveform monitor) jest monitorem luminancji, można określić go mianem dokładniejszego światłomierza. Wyświetla informacje o jasności sygnału wideo. Analiza odbywa się w pełnym kadrze lub dla wybranej linii obrazu. Oś x jest odniesieniem do położenia w kadrze (od lewej do prawej). Oś pionowa typowo prezentowana jest za pomocą napięcia, a przyjęta skala to od 0-100mV. Wartości mogą być też podawane wg skali IRE (Internatonal Radio Engineers) lub w wartościach procentowych. Wartość 0 oznacza czystą czerń, zaś 100 biel (możliwe jest uzyskiwanie wyższych wartości przy czym pokazywane jest to tylko za pomocą wartości granicznej). W programowych oscyloskopach można ustawić wyświetlanie wartości granicznych “legalnych” w kontekście wybranego formatu zapisu. Sposób "śledzenia" zawartości kadru na oscyloskopie doskonale przedstawia poniższa grafika:
Rys. 6 Zawartość kadru i jej "zmapowanie" na oscyloskopie [2]
Za pomocą oscyloskopu można zauważyć odcięcie sygnału (“przepalenia”), jak i poziom szumów w obrazie. Poniżej przedstawiono odczyty na oscyloskopie zestawione z wynikami obrazu z zastosowaniem dostępnych w kamerach markera ZEBRA.
Rys. 7 Najpopularniejszym markerem stopnia doświetlenia kadru jest “Zebra”, powyżej przedstawiono obraz o odpowiedniej ekspozycji, poniżej obraz prześwietlony z widocznym “clipping’iem”. Ustawienia zebra
70% i 100% (kamera Sony, różne wartości przedstawione za pomocą zebry obróconej o 90o)
Oscyloskop pokaże również problemy z zaszumieniem obrazu (np. przy nagrywaniu z większym ISO)
Rys. 8 Problem zaszumienia obrazu obserwowany przez oscyloskop [1]
Wektoroskop (ang. vectroscope) pełni funkcje kolorymetru, stosowany jest do pomiaru chrominancji (koloru) obrazu. Pomiar wartości opisywany jest na okręgu - im dalej od centrum okręgu tym większa saturacja. Na wykresie zobrazowane są również wartości krytyczne (położenie na okręgu). Wykres ten odgrywa kluczową rolę przy korekcji odcienia skóry człowieka (rys. 9 (lewa)). Okręg ten to wspominane już koło Newtona (rys. 9 po prawej).
Rys. 9 Wektroskop z zaznaczeniem promienia "skin tone" (po lewej) oraz tłumaczenie punktów odniesienia wektroskopu (po prawej) [1]
Parade - to odmiana histogramu RGB rozbitego na każdą ze składowych, jednak reprezentowany jest w odniesieniu do zawartości ramki - od lewej do prawej. Na skali pionowej od góry do dołu ukazywana jest intensywność koloru w odpowiadającym fragmencie kadru (jasne części u góry, ciemne dół przeskalowane od 0-100).
Poniżej przedstawiono omawiane wykresy za pomocą jednakowego kadru.
Zadania
Ze względu na wyjątkową sytuację, konieczne jest, by każdy studentów pracował na własnym komputerze, uzyskany efekt zależeć więc będzie od poszczególnych możliwości sprzętowych.
Przed przystąpieniem do pracy należy pobrać i zainstalować wersje darmową programu DaVinci Resolve. Program działa bez ograniczeń czasowych, ma jednak mniej opcji niż wersja pełna i stosowana może być tylko na własny użytek – niekomercyjnie.
Link do materiałów na laboratorium:
https://drive.google.com/open?id=1B1pDMmlLZbNlckZNYVw1bqFQu8EKBZmK
Na YouTube istnieje kilkadziesiąt kanałów dotyczących obsługi programu, cześć z nich nastawiona jest tylko i wyłącznie na operacje związane z pojęciem Color Grade (np. Learn Color Grading od filmsimplified.com: https://www.youtube.com/channel/UCzUyasGg5A03r3zPkorqIBQ).
Do wykorzystania w trakcie laboratorium przygotowano kilka klipów wykonanych w różnych warunkach oświetleniowych. Starano się, by kadrze znajdowały się obiekty z dość wyraźnymi kolorami. Każde nagranie wykonywane było w kilku wersjach – wybrany plan w kadrze oraz scena wraz z widocznym wzorcem kolorów.
Poprzez Import media w zakładce Media przeciągnij nagrania związane z parkingiem. Następnie przeciągnij oba nagrania na time line (program zapyta się czy zaimportować ustawienia klipu do ustawień projektu – wybierz tak). Ze względu na zastosowanie planszy z poprawnymi kolorami – pierwszym etapem będzie zastosowanie korekcji na ujęciu z planszą, a następnie wykonanie szeregu operacji na klipie bez korekcji – aby uzyskać podobne efekty – wzorując się na wykresach klipu odniesienia. Na nagraniach balans bieli był korygowany w odniesieniu do wzorca.
UWAGA! Czasem pomocne jest zmienienie ustawień projektu – Luminance mixer defaults to zero i nie używać S-curve for contrast.
Z zakładki Color (na dole okna) wybierz korekcje przez palete, wykadruj podgląd na obraz tak, by swobodnie dopasować szablon do planszy w nagraniu (nie trzeba obracać planszy, program dopasuje to automatycznie).
Podgląd na plansze dostępny jest poprzez drugą ikone od lewej:
Dodanie szablonu na obraz wykonuje się poprzez wybór narzędzia z rozsuwanej listy pod klipem (nad narzędziami do modyfikacji koloru).
Szablon dopasowuje się “mniej więcej”, głównie tak, by cetralne kwadraciki znajdowały się na swoich polach. Następnie należy kliknąć Match. Program poda korekcje dla poszczególnych kolorów. Należy trzymać się Gammy ze standaru Rec. 709. Ale przy okazji wolnego czasu, można zobaczyć jak poszczególne standardy przedstawiają kolory.
Wykresy przed korekcją:
Wykresy po korekcji:
Własną edycje klipów należy wykonać z wykorzystaniem dostępnych narzędzi edycji koloru - Color Wheels: Primaries Wheels, Primaries Bars i Log:
Znaczenie i działanie poszczególnych narzędzi różni się trochę między różnymi aplikacjami (czy też sprzętowymi rozwiązaniami). Natomiast w przypadku Resolve, najłatwiej to opisać w ten sposób:
Najprostsze zobrazowanie działania poszczególnych parametrów – jednak każdy z nich reguluje inny aspekt obrazu [1] Lift/Shadows – odpowiadają za edycje ciemnych obszarów sceny. Operacje te mogą mieć wpływ na średnie tony – jednak zazwyczaj nie wpływają na jasne obszary sceny.
Gamma/Midtones – regulują średnie tony z obrazu, można je przyrównać do modyfikacji kontrastu sceny. Lum Mix – to parametr stosowany chyba tylko w Resolve – ma za zadanie kontrolować balans między kontrastem YRGB. Zmiana wpływa na rozpiętość krzywych – przeżuwając z dolnych i górnych zakresów do środka.
Oprócz tych narzędzi dostępne są jeszcze bardziej znane z fotografii krzywe (środkowe pole). Przykładowo edycja YRGB. Można edytować osobno każdą krzywą odpowiedzialną za składowe koloru i luminancje
Część klipów nagrana była z różną dynamiką: Video, Extended Video i Film. Porównaj domyślne wykresy dla poszczególnych trybów rejestracji (nie kopiuj tych ustawień, są jak najbardziej nie w porządku).
Każdy nasz zabieg na obrazie znajduje odniesienie w ikonach na polu węzłów (nodes). Można to przyrównać do pracy na warstwach w programie graficznym. Każdą operację można dodawać jako osoby węzeł. Można również rozdzielić obraz i osobno pracować na poszczególnych składowych obrazu.
Stosując maski – można dowolnie wpływać na interesujący nas obszar materiału. Program, jak i same możliwości reprezentacji obrazu wizualnego, ma wiele możliwości. O ile nie do chodzi do typowego clippingu, widocznego jako przepalenia (lub ich odwrotności), wynik przeprowadzonych operacji zależy od wizji artystycznej materiału.
Wizja artystyczna nie obowiązuje w filmach promocyjnych produktów – tam najważniejsza jest wierność produktowi i paleta color checkeer odgrywa duże znaczenie.
Źródła:
[1] Blain Brown, "The Filmmaker;s Guide To Digitalimaging, 2014,
https://archive.org/details/BlainBrown2014TheFilmmakersGuideToDigitalImaging.ForCinematographers/page/n35
[2] Jarle Leirpoll, How to Ude and Read the Four Primar Video Scopes, https://blog.frame.io/2017/09/27/introduction-to-video-scopes/
[3] Alexis Van Hurkman, Primary Color Adjustments fos Video and Cinema, http://www.peachpit.com/articles/article.aspx?p=2161673&seqNum=3
