Репортаж

Полнокадровые цифровые кинокамеры: мифы и реальность

На что в действительности влияет размер сенсора 

  • 11 апреля
  • 3382
Константин Миллер

Еще больше полезных статей на tvkinoradio.ru для сценаристов, режиссеров, операторов, монтажеров, художников-постановщиков, художников по костюмам, звукорежиссеров, композиторов, супервайзеров визуальных эффектов и продюсеров.

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.
 
 
Кроп-фактор — условный коэффициент, отражающий изменение поля зрения объектива при использовании с кадровым окном уменьшенного размера, то есть отношение диагонали стандартного кадра к диагонали используемого.

Полнокадровый (Full Frame) датчик — матрица формата 36×24 мм, соотношение сторон 3:2, кроп-фактор — 1.

Super 35 мм — формат киносъемки, предусматривавший использование всей ширины пленки между перфорациями, в цифровой камере размер матрицы 24,89×18,66 мм, кроп-фактор — 1,38
 
 
 

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
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
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
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
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
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
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.
Характеристики динамического диапазона / Фото: скриншот из видео

Характеристики динамического диапазона / Фото: скриншот из видео

Характеристики динамического диапазона / Фото: скриншот из видео

Характеристики динамического диапазона / Фото: скриншот из видео

Характеристики динамического диапазона / Фото: скриншот из видео

Характеристики динамического диапазона / Фото: скриншот из видео

Характеристики динамического диапазона / Фото: скриншот из видео

Характеристики динамического диапазона / Фото: скриншот из видео

Характеристики динамического диапазона / Фото: скриншот из видео

Характеристики динамического диапазона / Фото: скриншот из видео

Характеристики динамического диапазона / Фото: скриншот из видео

Характеристики динамического диапазона / Фото: скриншот из видео

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.
Сравнение глубины резкости камер ARRI ALEXA LF и ALEXA Mini / Фото: скриншот из видео

Сравнение глубины резкости камер ARRI ALEXA LF и ALEXA Mini / Фото: скриншот из видео

Глубина резкости камеры ARRI ALEXA LF  / Фото: скриншот из видео

Глубина резкости камеры ARRI ALEXA LF / Фото: скриншот из видео

Глубина резкости камеры ALEXA Mini / Фото: скриншот из видео

Глубина резкости камеры ALEXA Mini / Фото: скриншот из видео

Сравнение глубины резкости камер Canon EOS C700 FF и EOS C200 / Фото: скриншот из видео

Сравнение глубины резкости камер Canon EOS C700 FF и EOS C200 / Фото: скриншот из видео

Глубина резкости камеры Canon EOS C700 FF / Фото: скриншот из видео

Глубина резкости камеры Canon EOS C700 FF / Фото: скриншот из видео

Глубина резкости камеры Canon EOS C200 / Фото: скриншот из видео

Глубина резкости камеры Canon EOS C200 / Фото: скриншот из видео

Сравнение глубины резкости камер RED Monstro 8K и Helim 8K / Фото: скриншот из видео

Сравнение глубины резкости камер RED Monstro 8K и Helim 8K / Фото: скриншот из видео

Глубина резкости камеры RED Monstro 8K / Фото: скриншот из видео

Глубина резкости камеры RED Monstro 8K / Фото: скриншот из видео

Глубина резкости камеры RED Helium 8K / Фото: скриншот из видео

Глубина резкости камеры RED Helium 8K / Фото: скриншот из видео

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

 


Комментарии

Комментариев: 6
Комментарий удален

На мой взгляд, не совсем верно утверждение, что «светочувствительность, динамический диапазон и уровень шума» связаны между собой только в цифровой технологии. С пленкой было тоже самое — только вместо динамического диапазона была «фотографическая широта» и связанная с ней «гамма», а вместо шума —  «зернистость» и  «плотность вуали». И там и здесь попытки бездумно увеличить чувствительность ведут к потере деталей на крайних участках экспозиционной шкалы (в светах и тенях). И там издесь критерий один — получение «оптимального по плотностям негатива»  — цифрового сигнала  максимально точно фиксирующего все особености обьекта съемки. И совсем не зря и Арри и Сони указывают для своих камер рекомендованные индексы светочувствительности. 
Константин Миллер
кинокамеры и ISO никак не связаны друг с другом. Вопросов к Вам больше нет.
Дирк Джентли
1. В статье сравниваются только цифровые кинокамеры. Про плёночные технологии речи не было.<br /> 2. Международная организация по стандартизации ISO изначально так определяла чувствительность фотоматериалов. Последняя рекомендация для цифровых камер ISO 12232:2019 «Фотография. Цифровые фотокамеры. Определение экспозиционного индекса, значений светочувствительности по ISO, стандартной чувствительности на выходе и рекомендуемого экспозиционного индекса» выпущена в марте текущено года, и кинокамеры в ней не упоминаются
Константин Миллер
1. Если Вы обратили внимание, слово «только» стоит после кавычек и не является частью «цитируемого фрагмента». В цитируемом фрагменте противопоставляются киноматериалы и процессы их обработки (о которых автор имеет слабое представление) и цифровые технологии. Я всего лишь пытался сказать, что у этих процессов больше общего, чем различий. <br /> 2. «понятие светочувствительности (ISO) как эквивалента времени проявки желатино-серебряных фотоэмульсий»  —  утверждение  смелое, но, на мой взгляд, неверное. При одинаковом времени прявки в одной лаборатории для пленки одной эмульсии в разные дни результаты могли очень сильно отличаться. Главный критерий — фотографическая плотность и связанные с ней «гамма»и плотность вуали. Именно эти три величины и были основными ориентирами для оператора — а не время проявки.  И все попытки «увеличить чувствительность» за счет увеличени времени проявки приводили к увеличению вуали и бешеному контрасту. Ничего не изменилось и сприходом цифры — выкручивая значение ISO до 5000 энтузиасты дообиваются того же — получают технический брак, надеясь «исправить на посте». непонятеа растеряность пдагога ВГИКа по-поводу отсутствия методики определения ISO и пр. Любой толковый механик камеры объяснит эти  «методики» начинающему оператору за 5 минут. А следовать им — или нет — личное дело каждого.
Дирк Джентли
В цитируемом фрагменте статьи слова «только» нет 

Смотрите также

Популярное
Мнение

Проклятье «голливудского аниме» и почему его пока не получается снять

Голливудские экранизации японских комиксов и легенд почти всегда проваливаются и в финансовом аспекте, и среди кинокритиков, однако синдром «американского аниме» или «голливудской Японии» до сих пор не дает спать ни большим, ни маленьким режиссерам и продюсерам. Почему даже масштабная «Алита: Боевой ангел» не смогла снять это проклятье? Попробуем разобраться

  • 7 апреля
  • 7489
Репортаж

Полнокадровые цифровые кинокамеры: мифы и реальность

На что в действительности влияет размер сенсора 

  • 11 апреля
  • 3367
Практика

Как театр влияет на костюмы в кино

Есть ли взаимовлияние между кино и театром? Могут ли методы создания театрального костюма использоваться в кино или они слишком специфичные для экрана? Об этом рассуждает художник по костюмам Ирина Жигмунд

  • 10 апреля
  • 1947
Практика

Приемы: отражения

Правда и ложь, безумие и гнев, сомнения и истинные намерения или просто организация внутрикадрового пространства и оригинальная альтернатива монтажу — разбираемся, для чего в кино используют отражения

  • 5 апреля
  • 1796
Практика

Мастер: Фрэнсис Форд Коппола

Не нуждающийся в представлении Фрэнсис Форд Коппола намедни отметил 80-летие, в честь чего предлагаем подробнее изучить режиссерский стиль одного из самых эклектичных мастеров Голливуда и американского независимого кино

  • 8 апреля
  • 1700
Мнение

Георгий Данелия: «На речке, на речке, на том бережочке»

Не стало Георгия Николаевича Данелия. Автора, постановщика, человека, который закончил свою жизнь так же, как заканчивали свои истории персонажи его фильмов: тихо насвистывая что-то свое, одновременно легкое и печальное

  • 5 апреля
  • 1433
Мы используем cookie-файлы, чтобы собирать статистику, которая помогает нам делать сайт лучше. Хорошо Подробнее