«Дискотечные кадры»: как избежать мерцания при скоростной съемке

05 Декабрь 2017
«Дискотечные кадры»: как избежать мерцания при скоростной съемке

Как бы вы ни называли этот эффект – мерцание, пульсация, строб-импульс или еще как-то, когда искусственное электрическое освещение рассинхронизовано с частотой кадров и углом затвора кинокамеры, результат никогда не радует. Ну, разве что вам нужно передать атмосферу зажигательной дискотеки.

Мы все сталкивались с тем, что обобщенно можно обозначить как «пульсация» (надеюсь, правда, что это никогда не оказывалось неприятным сюрпризом после целого дня работы). Например, если при съемке на заднем плане находились какие-то неподконтрольные вам источники света. Такое может случиться даже при обычных 24 кадрах в секунду, если вы снимаете в Европе, где в электросетях применяется ток частотой 50 Гц, а не 60 Гц, как в США (и точно так же наши коллеги-европейцы испытывают трудности, снимая с частотой 25 кадров в секунду).

Проблема состоит в том, что мы можем воспринимать свет как непрерывный и ровный, когда он в действительности пульсирует, а пульсирует он потому, что работает от источника питания переменного тока. Когда эта пульсация не совпадает по фазе с затвором кинокамеры и частотой кадров, на выходе мы получаем разного рода мерцание, пульсацию изображения и всевозможные полосы.

Кинооператор Конрад Ханзикер, который отвечал за оцифровку почти всех эпизодов седьмого сезона суперуспешного сериала «Милые обманщицы» (Pretty Little Liars), поделился своим опытом: «Даже в нашей стране, где можно не переживать насчет частоты кадров, всегда приходилось помнить о проблеме мерцания и всегда быть начеку. Виновниками часто оказывались светодиодные системы. При их использовании, бывало, возникали горизонтальные полосы, и возможность появления таких полос была прямо пропорциональна стоимости системы. Другие виды осветительных приборов – какие угодно, от неоновых ламп до практичных ртутных (особенно если их подключали к каким-либо диммерам) – тоже не избавляли от проблем. Поэтому у меня хватало хлопот с точной настройкой затвора: я отсматривал материал на большом студийном мониторе и задавал значения вплоть до сотых долей, чтобы не допустить мерцания». Однако в этом эссе я хотел бы сосредоточиться на мерцании, вызванном высокоскоростной съемкой при использовании неподходящих источников света.

Для тех читателей, кто не знаком с кинематографией, я бы сделал предварительное замечание, касающееся замедленного воспроизведения отснятого материала: обычно фильмы снимают и воспроизводят с частотой 24 кадра в секунду. Если материал снят с большей частотой кадров, а воспроизводится с частотой 24 кадра в секунду, мы получаем замедленное воспроизведение. Например, видеоролик из серии изображений, снятый с частотой 48 кадров в секунду, при обычной частоте воспроизведения будет казаться замедленным в два раза. По мере повышения частоты кадров при съемке также усиливается эффект замедленного воспроизведения. Если увеличить частоту съемки еще вдвое, с 48 до 96 кадров в секунду, а затем воспроизвести их с обычной частотой 24 кадра в секунду, «картинка» будет двигаться в четыре раза медленнее, поскольку 24 содержится в 96 четыре раза.

Никакого правила относительно порядка приращения не существует, но надо помнить, что каждый раз, когда в два раза увеличивается частота кадров, требуется еще один «стоп-кадр», либо в два раза больше света, чтобы получить ту же экспозицию. Если просто, съемка с большей частотой кадров требует больше света, и если вы не снимаете на открытом воздухе в дневное время, вам придется затратить много электричества для достаточного освещения.

Когда мы еще снимали на пленку, в индустрии были очень жесткие правила относительно способов решения этой проблемы. Мы должны были строго придерживаться определенных комбинаций частоты кадров и угла затвора, которые позволяли избегать мерцания. Правила эти были установлены в незапамятные времена и опубликованы, например, в Американском руководстве для кинематографистов или такими компаниями, как Cinema Electronics. Последняя является производителем, удостоенным награды Академии, за свои прецизионные аппараты с кварцевой стабилизацией частоты для кинокамер (у меня до сих пор сохранилась одна из их «шпаргалок» с таблицами значений частоты кадров, я держу ее рядом с рамой счетчика). Они до сих пор публикуют эти таблицы, одну на 50 Гц, другую на 60 Гц, а также создали бесплатное приложение для iPhone.

Также помогало, что во времена кинопленки мы никогда не снимали с частотой более 120 кадров в секунду. Отчасти потому, что большинство кинокамер с грейферным механизмом просто не позволяли снимать быстрее. Да и после прохождения по фильмовому каналу удовольствие получалось бы слишком дорогостоящим. Кроме того, эмульсионные покрытия не были такими светочувствительными, как нынешние цифровые камеры премиального сегмента, и требования к экспозиции с такой короткой выдержкой приводили к тому, что съемки с высокой частотой кадров проходили в дневное время, когда о мерцании можно было не беспокоиться.

Переход от кинопленки к цифровой технологии значительно упростил съемку с высокой частотой кадров. Теперь даже iPhone фиксирует до 120 кадров в секунду, а цифровые кинокамеры высшего класса, такие как Vision Research Phantom и Flex 4K, могут с легкостью снимать по несколько тысяч кадров в секунду. Это стало возможно благодаря большей светочувствительности этих камер, а также значительно меньшей стоимости носителей. Издержки хранения отснятого материала, как правило, не являются особенно значимым фактором, но если снимать тысячи кадров, чтобы запечатлеть несколько секунд действия, эти издержки могут быть ощутимы. Собственно, «цифра» настолько превосходит пленку при высокоскоростной съемке по всем параметрам, что даже если первоначально фильм снят на пленку, суперзамедленную съемку часто воспроизводят с помощью цифровых камер, как тот памятный нам всем эпизод из «Волка с Уолл-стрит».

Еще одна полезная цифровая функция – буферизация: она позволяет фиксировать краткое действие без перерыва, и оператор может начинать съемку секундой позже, а не пользоваться опережающим пуском, пытаясь предугадать ту долю секунды, которая предшествует действию.

Такие вынужденные манипуляции с опережением раньше часто приводили к тому, что аккумуляторы высокоскоростных камер садились раньше, чем происходило само действие. Теперь, снимая на высокой скорости, оператор может быстро просмотреть материал прямо в окошке камеры после прекращения действия и затем вернуться к началу, сохранив только подходящие кадры. Это позволяет не только зафиксировать действие, но и сберечь огромное количество носителей. Однако вместе с полезностью возросла и сложность, и на горизонте вновь замаячила старая проблема мерцания.

Прежде чем я приведу пример с Первенством США по бейсболу, я хочу поздравить всех болельщиков. Мы долго ждали этого праздника, и он не обманул наших ожиданий. Кого-то из старой гвардии это, возможно, не беспокоило, но некоторые мои коллеги отвлекались так же, как и я, каждый раз, когда вещание прерывалось на повторное замедленное воспроизведение отдельных моментов. «Картинка» сильно мерцала, и по сравнению с обычным режимом воспроизведения сильно искажались все цвета.

Мой друг Джим ДеФилиппис, глава консалтингового агентства Technology Made Simple, кое-что знает об этой ситуации. Раньше он занимал пост исполнительного вице-президента Digital Television Technologies and Standards на канале Fox, а именно этот канал освещал на телевидении чемпионат. Как говорит Джим, «высокоскоростная съемка при передаче изображения в прямом эфире позволяет получить действительно потрясающие кадры в замедленном воспроизведении. Однако побочный эффект заключается в потерях света, а также в возможности мерцания в связи с искусственным освещением стадионов и спортивных арен, поскольку электропитание прожекторов на таких стадионах не распределено равномерно по фазам в трехфазной цепи. Кроме того, газоразрядные лампы (имеющие в основе пары ртути) излучают белый свет только на вершине кривой разряда. Поэтому во время роста и падения величины тока лампы меняется цвет излучения, и глаз может воспринимать это как пульсацию цвета».

Есть проблемы и в моем кинематографическом мире. Мои друзья, которые руководят ассоциированными компаниями-производителями светотехники Sunray и FilmGear, Рон Далквист (Dahlquist) и Ганс Лау, недавно обратились ко мне с просьбой. Они рассказали, что клиенты часто спрашивают их, какие камеры, какие частоты кадров и какая выдержка затвора помогают избежать мерцания. Они предложили мне провести тест и опубликовать результаты с помощью «Общества цифрового кино» (DCS). Я объяснил им, что поскольку DCS должно всегда оставаться независимым в своих оценках, я буду должен не просто протестировать их технику, но представить более полную картину с участием продуктов других производителей.

Я решил, что проще всего было бы пригласить к участию в этом проекте наших спонсоров, и, может быть, кто-то из них захотел бы поучаствовать. Для меня стало неожиданностью, что желание изъявили буквально все спонсоры нашего Общества, так что все это превратилось в намного более масштабное мероприятие, чем я мог себе представить. Оказалось, что они все получали подобные запросы от клиентов и не знали, к кому обратиться за ответами.

Поскольку Vision Research, ведущий производитель высокоскоростных камер, является также спонсором DCS, мы без труда получили в свое распоряжение камеры Phantom и 4K Flex. (Хотя мы вели запись этих тестов только в формате HD, использовали мы и камеры HD, и камеры 4K, поскольку у одних затвор кадровый, а у других сдвигаемый. Мы выяснили, что если проблема есть, она проявляется в любом случае, просто немного в другом виде. Это может быть, например, горизонтальная полоса вместо дрожания в наиболее светлых участках изображения.) Боб Монаган, один из главных консультантов Vision Research по программному обеспечению из Glue Tools м давний член общества DCS, любезно уделил нам свое время специалиста по камерам Phantom (на фотографии он слева, с Кеваном Барски). Единственное, чего нам не доставало для проведения тестов, было место, и Hollywood Rentals откликнулись на призыв и пустили нас на полных три дня в свое просторное помещение в их штаб-квартире в Сильмар, Калифорния.

Вот все компании, поддержавшие нас и нашу инициативу (в алфавитном порядке): ARRI – BBS – Cineo Lighting – DADCO – Fiilex – FilmGear – Glue Tools – Hollywood Rentals – K 5600 – Kino Flo – Light & Motion – Litepanels – Luminys – MACCAM – Mole Richardson – OConnor – Power Gems – Nila – Red Scorpion LED – Rosco – Zylight. Большинство производителей светотехники предоставили для тестирования по два прибора, и с каждым из них мы провели съемку с частотой 600, 1000 и 5000 кадров в секунду. Это были самые разные устройства, начиная со светодиодного прибора, работающего от аккумулятора, продолжая системой Light & Motion, помещающейся в ладонь, и заканчивая приборами с лампами HMI 24K, работающими от различных ЭПРА.

Всего мы сделали более 180 отдельных, но весьма похожих снимков. Половину кадра занимал наполненный аквариум, в который мы опустили крупное яблоко. Мы хотели создать ощущение замедленной съемки: яблоко медленно опускается в аквариум, и от него медленно разлетаются во все стороны брызги. Другую половину кадра занимала белая доска с нашими пометками технического характера: частота кадров, угол/скорость затвора, прибор, который мы тестировали в тот момент. Это не только послужило нам идентификационной табличкой каждого кадра: дело в том, что большая белая поверхность – самый простой способ выявить мерцание. Можно невооруженным глазом заметить эту проблему на мониторе, или увидеть полосу, медленно проходящую по экрану, но чтобы получить более ясную аналитическую картину, мы использовали контрольный осциллограф, благодаря которому еще проще увидеть дрожание изображения на статичном фоне.

Мы могли опубликовать наш многочасовой материал полностью, но использовать его можно было бы только как эффективное снотворное. Другой причины придумать не могу. Поэтому вместо этого мы отобрали образцы, иллюстрирующие наши наблюдения, и сопроводили их кратким описанием (эта потоковая презентация будет выложена в сеть в самое ближайшее время).

Для «дискотечного» кадра мы намеренно создавали эффект мерцания, снимая с замедленной скоростью и пользуясь приборами, которые давно «зарекомендовали» себя в этом отношении – такими как лампы HMI с электромагнитным балластом, небольшой светильник с галогенной лампой и люминесцентная лампа с ПРА старого образца. Но в остальном мы старались подобрать настройки, которые позволили бы избавиться от проблемы. Частоту 600 кадров в секунду мы выбрали потому, что это значение кратно 60 циклам сетевого питания, по аналогии с 1000Гц и 5000Гц. Затвор с углом 180 градусов для частоты 600 кадров в секунду – самая распространенная комбинация в кинематографии.

Увеличив частоту до 1000 кадров в секунду, мы уменьшили угол затвора до 90 градусов. Эти значения часто задают для съемки динамичных сцен, и нам также хотелось варьировать наши настройки. Что касается 5000 кадров в секунду, то иногда нам приходилось увеличивать угол затвора настолько, насколько было возможно – почти на 360 градусов. Получавшаяся в результате длинная экспозиция обеспечивала достаточное освещение при использовании небольших по размерам осветительных устройств, а также помогала объединять циклы чередования света и темноты и скрывать различимое глазом мерцание. Итак, один из наших выводов – если размытость изображения для вас приемлема, более широкий угол затвора позволит вам избежать мерцания.

Хотя светодиоды до сих пор не идеально обеспечивают полный спектр видимого света, они обладают потрясающими преимуществами, поскольку потребляют очень мало электроэнергии, не слишком нагреваются и в целом достаточно просты в использовании. Поскольку они все быстрее завоевывают признание в качестве освещения для кино, мы решили проверить их на мерцание. В общем и целом надо сказать, что они показали очень хороший результат. Однако следует отметить пару исключений. Одно из них относится к диммированию светодиодных приборов, работающих от источника переменного тока.

Например, системы Mole-Richardson Senior LED и Tenner LED работали безупречно вплоть до 5000 кадров в секунду, пока мы не пытались регулировать интенсивность освещения. Так что еще один усвоенный урок состоит в следующем: используя светодиоды для высокоскоростной съемки, держитесь подальше от диммера. Когда вы увеличиваете частоту кадров до высоких значений, вы, как правило, стремитесь к большей экспозиции, так что диммирование в этих условиях не должно быть проблемой.

Кстати, для съемки с частотой 5000 кадров в секунду с углом затвора 90 градусов – а именно эти значения мы задали для светодиодных приборов Mole – нужно примерно в 8 ½ раз больше света, чтобы получить ту же экспозицию. В терминологии фотографии это означало бы, что диафрагма f22 заменяется на f1.2, подразумевая применение суперсветосильного объектива. За несколькими исключениями, каким стала система Red Scorpion LED, излучающая просто невероятное количество света без эффекта мерцания (как и некоторые устройства Luminys, о которых мы поговорим позже более подробно), большинство светодиодных приборов не смогли обеспечить нам достаточно света для экспозиции, адекватной высокой частоте кадров. Нам не удавалось получить достаточную экспозицию даже на белой доске, а тем более увидеть, как наше яблоко падает в воду, и как от него разлетаются брызги. Работая с приборами меньших размеров, мы направляли свет прямо в объектив.

В шутку и зная, что компактный Light & Motion Stella 7000 исключительно прочный и полностью водонепроницаемый, мы бросили его в воду вместо яблока.

Хотя мы действительно замечали невысокий уровень мерцания при высокоскоростной съемке и использовании небольших светодиодных приборов, работающих от источников переменного тока, все-таки это не та техника, которую выбирают для очень высокой частоты кадров. Для такой световой отдачи обычно используют системы больших размеров.

Есть еще один светодиодный прибор, который показал себя очень хорошо, даже обеспечил достаточную экспозицию для съемки с частотой 5000 кадров в секунду, но тут нужно сделать оговорку. Компания FilmGear предоставила нам систему, в основу которой положены светодиодные лампы в виде трубок. Это полоски светодиодов в корпусе, похожем внешне на люминесцентную лампу. Как и обычные люминесцентные лампы, они бывают длиной по 2’ или 4’, и каждая снабжена двумя штырьками сверху и двумя снизу для подвода электричества, однако в ЭПРА они не нуждаются. Самая большая система Translight может работать с лампами 24 x 4’, и когда они разогреты, они обеспечивают просто сногсшибательную светоотдачу. У нас не было никаких проблем вплоть до 5000 кадров в секунду. Однако стоило нам заменить тип трубок на так называемые Quasar, как тут же «картинка» начала мерцать. Наш вывод: светодиодные трубки могут быть очень эффективными при высокой частоте кадров, но будьте осторожны при выборе конкретных марок, и по возможности, если вам предстоит важная съемка, проводите предварительно тест.

Хотя светодиодная технология, безусловно, уже начинает заменять собой привычные лампы HMI для освещения в кинопроизводстве, съемка с очень высокой частотой кадров – одно из тех областей применения, где лучше всего подходят лампы HMI.

Помогают новая технология ЭПРА и более компактные приборы с лампами HMI, в том числе Joker 1600 Вт производства K 5600 и 400D 400 Вт от Dedolight: оба этих прибора идут с ЭПРА 1000 Гц и очень хорошо справляются с проблемой мерцания. Тем не менее для съемки с большой скоростью нам понадобилась «тяжелая артиллерия» в виде систем 24K или 18K Sunray и 9K ARRI, которые обеспечили нам достаточный уровень освещенности.

Ситуация сильно осложняется, когда мы говорим о больших лампах HMI. В частности, это не просто использование ЭПРА, выдающих ток прямоугольной формы. Рабочую частоту ЭПРА иногда нужно тщательно регулировать, вплоть до десятичного знака, и только в этом случае можно быть уверенным в отсутствии мерцания. ARRI и Power Gems предлагают такие регулируемые ЭПРА, позволяющие бороться с мерцанием. Однако иногда это зависит и от того, одно- или двухцокольная лампа используется, и в каком она рабочем положении. Вам также нужно дать прибору время на разогрев (рекомендуются полчаса или более). Если вы действительно хотите разобраться, как работают приборы с лампами HMI и как не допустить при их использовании мерцания, ознакомьтесь с работой Фила Элламса, технического директора компании Power Gems, специализирующейся в производстве ЭПРА для ламп HMI.

Несмотря на трудности, большие приборы с лампами HMI остаются популярным решением в кино для съемки с очень высокой частотой кадров, что во многом объясняется их доступностью в комплектах киносъемочного оборудования. Однако если вам нужно просто «пуленепробиваемое решение» и суперскоростной источник света, обратите внимание на приборы Luminys. Это те же ребята, которые создали линейку продукции Lightning Strikes. Сколько мы ни старались, нам не удалось заставить их 30K LabLight или даже более простой Sunsource LED 1500 мерцать (даже при диммировании).

30K – настоящий монстр светотехники и может работать за одно включение не более 10 секунд. Затем его нужно «перезаряжать» в течение минуты или около того, прежде чем он будет готов к следующему раунду. Однако 10 секунд съемки при частоте 10 000 кадров в секунду составляют при воспроизведении 24 кадра в секунду 12 минут. Согласитесь, кадр должен быть очень интересным, чтобы воспроизводить его 12 минут подряд. Конечно, это не то, что можно отнести к базовой комплектации киностудий, но если вас интересует сверхвысокая частота кадров, и вы не хотите беспокоиться по поводу мерцания, вам стоит обзавестись именно этой системой.

Однако бывают ситуации, когда мерцание нужно – например, чтобы имитировать костер, пожар или свечение от экрана телевизора. Благодаря нашим тестам я узнал о великолепной светодиодной системе Zylight, которую также называют IS3. Система включает 22 автономных 4-цветных модуля, которые можно комбинировать, добиваясь имитации дневного света, ламп накаливания или света любой цветовой температуры с использованием цифровой настройки, от теплого света 2500 K до насыщенного дневного 10000 K.

Также различные эффекты мерцания можно создавать, включая эти 22 модуля по отдельности. Управление осуществляются с устройства iOS – iPhone или iPad, для этого нужно только скачать бесплатное приложение к iOS. В предустановках задано множество часто используемых эффектов, таких как свет проблесковых маячков полицейских машин или стробоскопа в ночном клубе. Я также должен сказать, что этот прибор очень эффективен с точки зрения отсутствия мерцания: никаких проблем с ним не было вплоть до 5000 кадров, и яркости было еще достаточно для освещения кадра, хотя большинство других светодиодных приборов меньших размеров этого уже не выдерживали.

Общие рекомендации

Большинство светодиодных приборов позволяют избежать мерцания. По крайней мере, пока съемка ведется на такой скорости, на которой они способны обеспечить достаточное освещение. Они хорошо показали себя при частоте 600 кадров в секунду и при угле затвора в 180 градусов, но при 5000 кадров в секунду можно было заметить мерцание (хотя при такой скорости в любом случае стоит предпочесть прибор побольше).

Не пытайтесь диммировать светодиодные приборы, работающие от сети переменного тока (некоторые приборы меньших размеров позволяют это делать, поскольку преобразуют переменный ток в постоянный, например уже упомянутые выше системы Luminys).

Самый эффективный и простой способ выявить мерцание – провести съемку со статично освещенным фоном. Мерцание заметно невооруженным глазом на обычном мониторе. А если вы хотите получить более полную картину, просмотрите отснятый материал на контрольном осциллографе, предназначенном для отображения формы сигналов, и обратите внимание на линии характерной формы, видимые на неподвижном экране.

Если вас беспокоит мерцание, а с размытостью изображения проблем нет, увеличьте угол затвора или, другими словами, снизьте скорость раскрытия затвора. Стремитесь по возможности к достижению величины в 360 градусов.

Старайтесь снимать с частотой кадров, кратной частоте питающей электросети. Например, при частоте 60 Гц в США лучше задавать 120, 240 или 600 кадров в секунду, а не 547, к примеру.

Если вы хотите испытать системы освещения со светодиодными трубками, поскольку они обладают большей светоотдачей, не стоит выбирать трубки Quasar.

Кадровый затвор ничем не лучше сдвигаемого затвора: мерцание появляется и в том, и в другом случае, хотя и в разной форме. Это может быть горизонтальная полоса, медленно ползущая по экрану, а не дрожание самых светлых участков «картинки», но проблема все равно остается.

Следите за тем, чтобы лампа HMI достаточно разгорелась, прежде чем снимать с высокой частотой кадров.

Попробуйте протестировать заранее конкретные камеры и настройки, которые хотите использовать для важных кадров.

Источник 

Материал предоставлен пресс службой компании Osram к 50-летию ламп HMI для теле- и кинопроизводства

Комментировать



ВАКАНСИИ ИНДУСТРИИ: