Przeglądając specyfikacje współczesnych aparatów, kamer i smartfonów, często natykamy się na deklarowane przez producentów coraz większe rozdzielczości oraz coraz więcej klatek na sekundę, z jakimi film może być zapisywany. W praktyce jednak łatwo się przekonać, że 4K nie zawsze oznacza taką samą jakość i szczegółowość obrazu. Co zatem na nią wpływa? Już wyjaśniamy.
Historycznie rejestracja ruchomych obrazów rozwijała się dwoma torami. Pierwszy z nich to kinematografia i nagrywanie filmów na taśmie światłoczułej, gdzie ogólna zasada działania kamer niewiele się zmieniła przez ponad sto lat aż do momentu, kiedy kilkanaście lat temu pojawiły się cyfrowe kamery filmowe z matrycami takiej samej wielkości jak klatka taśmy filmowej. Drugim torem rozwoju rejestracji ruchomego obrazu była natomiast telewizja – najpierw czarno-biała a później kolorowa.
Cyfrowe kamery, zarówno filmowe, jak i telewizyjne nie potrzebowały przy tym dużych rozdzielczości – większość projekcji w kinach do dziś odbywa się w rozdzielczości 2K (ok. 2000 pikseli na szerokość obrazu), podobnie jak większość transmisji telewizyjnych nadal odbywa się w Full HD (1920 × 1080). Matryce lub ich potrójne układy stosowane w kamerach telewizyjnych oferowały zatem przez lata takie, lub niewiele większe rozdzielczości. Przykładowo, popularna i do dziś stosowana kamera filmowa Arri Alexa w swojej klasycznej wersji ma matrycę o rozdzielczości jedynie około 6 megapikseli (2880 × 2160).
Wszystko zmieniło się, kiedy filmować zaczęły aparaty fotograficzne
Aparaty, które oferowały wówczas znacznie bardziej upakowane matryce. Pierwszy filmujący w Full HD aparat, czyli Canon EOS 5D Mark II, miał około 21 megapikseli. Spowodowało to problem inżynieryjny – nie było bowiem jeszcze technologii, by filmować z wykorzystaniem wszystkich 21 megapikseli. Matryca była zbyt wolna (w trybie zdjęć seryjnych aparat nie osiągał nawet 4 kl./s, a co dopiero 25 czy 30), karty pamięci nie przyjęłyby tak dużych filmów, a ówczesne komputery nie byłyby w stanie ich odtworzyć.
Canon EOS 5D Mark II. Aparat, który sprawił, że filmowcy zaczęli porzucać kamery na rzecz filmujących aparatów fotograficznych.
Jak zatem umożliwiono wspomnianej lustrzance filmowanie w Full HD z prędkością 30 kl./s? Trzeba było nieco „pooszukiwać”. Szczegółowe informacje, jak dokładnie to zrobiono, do dziś pozostają owiane mgłą tajemnicy handlowej. Niezależni specjaliści twierdzą jednak, że po prostu w trybie filmowym Canon EOS 5D Mark II odczytywał co trzecią linię matrycy i być może przeskakiwał także co którąś kolumnę.
W efekcie udało się przyspieszyć z 3,9 kl./s w trybie fotograficznym do 30 kl./s w trybie filmowym. Takie rozwiązanie miało jednak swoją cenę. Po pierwsze, ponieważ realnie odczytywany był jedynie ułamek powierzchni matrycy, maksymalne użyteczne czułości w trybie filmowym były niższe niż przy zdjęciach. Choć i tak, dzięki dużym pikselom, EOS 5D Mark II bił pod względem światłoczułości na głowę większość współczesnych mu kamer ze zbliżonej i nieco wyższej półki cenowej. Drugim problemem wynikającym z odczytu jedynie co którejś linii na matrycy były zjawiska takie jak mora i aliasing.
W praktyce objawiają się one na przykład obecnością wyraźnego i irytującego schodkowania na ukośnych krawędziach w kadrze czy obecnością kolorowych przebarwień na drobnych wzorach. Obie te wady niestety bardzo trudno usunąć w postprodukcji.
Ekstremalny przykład aliasingu, czyli schodkowania na ukośnych liniach. Tu przyczyną jest nadmierne wyostrzanie.Inny przykład aliasingu. Oprócz schodkowania widzimy też linie i koncentryczne kręgi, których nie było na tablicy testowej.Mora, czyli kolorowe przebarwienia pojawiające się, gdy filmujemy drobne wzory o dużej gęstości. W praktycznych sytuacjach takie przebarwienia również potrafią wystąpić.
Współczesne aparaty i kamery co prawda korzystają w większości z dużo szybszych sensorów, a ich twórcy coraz rzadziej sięgają po rozwiązania takie jak przeskakiwanie linii, nadal jednak możemy się z nim spotkać. Najczęściej jakość obrazu z danego aparatu czy kamery może pogorszyć się, gdy korzystamy ze slow motion w dużej ilości klatek na sekundę. Jeśli matrycę, która maksymalnie rozpędza się do 30 kl./s, trzeba odczytać 120 czy 240 razy na sekundę, to często odbywa się to analogicznie, jak miało to miejsce w przytoczonym wcześniej Canonie 5D Mark II.
Jak sprawdzić, czy aparat, kamera czy smartfon, oferuje dobrej jakości obraz także w slow motion?
Niestety producenci nadal nie zawsze podają informacje, w jaki sposób odczytywana jest matryca w danym trybie nagrywania. Potencjalnym użytkownikom pozostaje zatem lektura profesjonalnych testów filmowych poszczególnych urządzeń.
W pewnym zakresie tego rodzaju testy można też przeprowadzić samodzielnie. Najwygodniej jest zaopatrzyć się w tym celu w profesjonalnie wydrukowaną tablicę testową. Tych ostatnich jest wiele rodzajów, my w tym tekście prezentujemy wycinki nagrane z użyciem starej wersji tablicy ISO 12233. Do testów nada się jednak praktycznie każda, o ile tylko posiada elementy takie jak zbiegające się oraz skośne linie i jest wystarczająco szczegółowa.
Tablica ISO 12233. Oczywiście przytoczony tu poglądowo plik JPG jest zbyt mało szczegółowy i nie nadaje się do wydrukowania i testów.
Calibrite ColorChecker Passport Video
Wzornik kolorystyczny posiadający także planszę ze zbiegającymi się ukośnymi liniami, której możemy użyć w charakterze bardzo prostej wersji tablicy testowej.
Pierwszym elementem, który może wpłynąć na ilość zakłóceń w obrazie, jest sama matryca aparatu lub kamery oraz filtr dolnoprzepustowy, który może, ale nie musi być na niej zainstalowany. W przypadku fotografii coraz częściej się od rzeczonego filtra odchodzi, ponieważ pozwala to osiągnąć większą efektywną rozdzielczość zdjęć. Przy filmie natomiast filtr dolnoprzepustowy bywa przydatny, ponieważ znacząco redukuje ilość różnego rodzaju kolorowych przebarwień, które mogą powstać, gdy filmujemy wzory o dużej gęstości.
Dobrym przykładem wpływu filtra dolnoprzepustowego na obraz jest porównanie korzystających z tej samej matrycy aparatów Panasonic Lumix S5 oraz S1H. Pierwszy z nich jest zorientowany hybrydowo, jako urządzenie przeznaczone zarówno do filmowania, jak i fotografowania. Ma więc mocno osłabiony lub całkowicie usunięty filtr dolnoprzepustowy. Z kolei zorientowany bardziej filmowo model S1H posiada filtr i na poniższym przykładzie widać wyraźnie, że pomaga to ograniczyć kolorowe przebarwienia (morę).
Drugim elementem wpływającym na ilość zakłóceń jest sposób odczytu matrycy w trybie filmowym. Możemy wyróżnić trzy główne metody implementacji tego procesu:
Nadpróbkowanie. Jeśli odczyt matrycy w trybie filmowym odbywa się poprzez nadpróbkowanie, to oznacza to, że przy filmowaniu odczytywana jest cała matryca, nawet jeśli ma ona rozdzielczość typu 6K czy 7K, a zapisywany jest film o rozdzielczości jedynie 4K. Ten rodzaj odczytu da nam najlepszą jakość i szczegółowość obrazu, zapewni też najmniejsze szumy. Wadą tego rozwiązania jest czas potrzebny na odczyt całej matrycy, przez co maksymalny dostępny klatkaż może być niższy niż w przypadku innych trybów odczytu. Więcej będzie także zakłóceń związanych z niejednoczesnym odczytem matrycy („rolling shutter”), o których napiszemy w kolejnej części tego artykułu.
Odczyt 1:1 („ze środkowego wycinka”). Odczyt 1:1 oznacza, że odczytywany jest wycinek matrycy o takiej rozdzielczości, jak nagrywany przez nas film. Przykładowo, w przypadku filmu 4K UHD będzie to 3840 × 2160 pikseli. Jeśli nasza matryca ma, przykładowo, 24 megapiksele (6000 × 4000), to odczyt takiego wycinka oznacza przycięcie obrazu (tzw. crop) o czynnik 1,56x. To właśnie to przycięcie jest największą wadą trybu odczytu 1:1, powoduje ono bowiem problemy ze znalezieniem odpowiednio szerokokątnych obiektywów do naszego aparatu czy kamery. Z drugiej strony obecność cropa mogą docenić osoby na przykład filmujące dziką przyrodę. Pod względem ilości zakłóceń i dostępnych klatkaży tryb ten mieści się w środku stawki – mory czy aliasingu nadal jest niewiele, choć zazwyczaj obraz jest nieco mniej szczegółowy i bardziej zaszumiony niż film nadpróbkowany z całej matrycy.
Przeskakiwanie linii lub grupowanie pikseli. Obie te metody odczytu dają podobne efekty, a producenci zazwyczaj nie piszą, z której z nich w danym trybie nagrywania korzystają, więc zebraliśmy je razem. W trybach tych odczytywana jest zazwyczaj cała szerokość matrycy, nie ma więc cropa, tak jak ma to miejsce przy odczycie 1:1. Nie jest jednak odczytywana cała matryca, jak ma to miejsce przy nadpróbkowaniu. Oczywiście przeskakiwać czy grupować można mniej lub bardziej intensywnie, ale generalna zasada nie zmienia się – część informacji zebranych przez matrycę jest po prostu pomijana. Tryb ten pozwala na osiągnięcie najwyższych klatakaży, ale wiąże się również z największą ilością zakłóceń takich jak aliasing czy mora.
Poniżej prezentujemy porównanie wszystkich trzech omówionych powyżej trybów. Widać wyraźnie różnice w ilości zakłóceń pomiędzy nimi.
Algorytmy tworzenia plików filmowyc
Oprócz filtra antyaliasingowego oraz trybu odczytu matrycy wpływ na jakość obrazu mają też algorytmy tworzenia plików filmowych stosowane przez poszczególnych producentów. Dwa urządzenia wyposażone w matryce o podobnej rozdzielczości mogą dawać różnej jakości obraz właśnie z tego powodu.
Porównanie obrazu 8K z różnych aparatów. Różnice nie są duże, ale jednak zauważalne, zwłaszcza te związane z ilością kolorowych przebarwień.Ekstremalny przykład — wszystkie trzy prezentowane fragmenty to teoretycznie materiał o rozdzielczości Full HD nagrany w identycznych warunkach oświetleniowych. Różnica tkwi w wybranych przez poszczególnych producentów sposobach odczytu matrycy.
Fujifilm X-H2
Najtańszy obecnie oferowany aparat filmujący w imponującej rozdzielczości 8K UHD (7680 × 4320)
Nie bez znaczenia są również ustawienia, jakie wprowadzi użytkownik. Przykładowo na ilość schodkowania na ukośnych liniach może wpłynąć wartość parametru związanego z wyostrzaniem obrazu, który ustawi użytkownik. Z tego powodu zazwyczaj zaleca się ustawienie wyostrzania w korpusie na minimum przy filmowaniu. Choć nie zawsze – na przykład nowe bezlusterkowce Nikona oferują skalę wyostrzania, która przy ujemnych nastawach rozmywa obraz, co także nie jest pożądane.
Wpływ wyostrzania na obraz filmowy. W przypadku korpusów Nikona widzimy rozmycie przy minimalnej nastawie -3 oraz mocne „przeostrzenie” przy nastawie +9. Dlatego najlepiej trzymać się wartości zerowej tego parametru.
Samo wyostrzanie może mieć też wiele postaci – na przykład w korpusach Canon poza klasycznym wyostrzaniem dostępny jest także parametr „przejrzystość”, który z kolei warto trzymać na poziomie zerowym lub większym.
Minimalna i maksymalna wartość parametru „przejrzystość” w aparacie Canona. Obraz zyskał na szczegółowości, ale nie pojawiły się dodatkowe niepożądane efekty.
Warto zatem, po raz kolejny, sięgnąć po lekturę profesjonalnych testów filmowych danego urządzenia oraz zapoznać się z naszymi poradnikami dotyczącymi najważniejszych ustawień przy filmowaniu dla aparatów danego producenta:
Oczywiście mora i aliasing to nie jedyne wady obrazu, z jakimi możemy spotkać się przy filmowaniu. Ich kolejną porcję omówimy w następnym artykule z niniejszego cyklu, do którego lektury już teraz serdecznie zapraszamy.
Amadeusz Andrzejewski
Na co dzień redaktor w portalu Optyczne.pl, gdzie regularnie testuje najnowszy sprzęt filmowy. Oprócz tego zawodowo filmuje i prowadzi szkolenia z filmowania, a po godzinach zajmuje się fotografią i kinem niezależnym. Absolwent Montażu Filmowego na PWSFTviT oraz Inżynierii Dźwięku i Obrazu na Politechnice Gdańskiej.
