Calibrarea Video

Scris de: Adrian Olaru In: Cinema La: Comentariu: 0 favorite Aprecieri: 698

Ce este calibrarea audio - video. De ce calibrăm?

Cinematografia este considerată una dintre cele șapte arte tradiționale, alături de arhitectură, sculptură, pictură, literatură, muzică și arta interpretativă. De altfel, filmele de ficțiune cu personaje interpretate de actori se mai numesc și artistice. Ceea ce dorim de fiecare dată când percepem un act artistic (în epoca noastră consumeristă spunem uneori că este consumul unui produs artistic) este să-l trăim în forma lui cea mai pură, originală, autentică, nealterată în niciun fel. Din acest motiv, atunci când este posibil, ne deplasăm la muzee, teatre, săli de concerte, operă, expoziții, etc.

Când contactul nemijlocit cu creația artistică nu este posibil, căutăm o reproducere cât mai fidelă a originalului. In mod ideal, simțurile noastre nu ar trebui să detecteze nicio deosebire între reproducere și original. În cazul cinematografiei, spre deosebire de teatru, nu putem fi niciodată de față, nemijlocit, la desfășurarea actului artistic. Acest gen de artă este, din start, conceput să fie înregistrat pe un suport și experimentat, ulterior, prin reproducere.

Ce înseamnă, în cazul reproducerii, identitatea dintre copie și original, perceperea materialului în forma în care artistul a dorit să fie comunicată semenilor? În cazul cinematografiei, înseamnă să percepem, la redare, exact aceleași imagini și sunete ca cele percepute de echipa de producție, în timpul procesului de modelare a formei finale a produsului finit artistic și la momentul „punerii semnăturii”, a vizionării finale, când toți participanții au căzut de acord că fiecare detaliu este la locul lui și aceea este varianta care va fi oferită publicului.

Oare prin ce metodă ne putem asigura de această identitate sau apropiere cât mai mare (numită și fidelitate), în limita posibilităților, dintre copie și original, între ce au văzut ochii și au auzit urechile autorilor și ceea ce vedem și auzim noi în timpul redării pe propriile echipamente a înregistrării ce ne-a fost pusă la dispoziție? Este posibilă pentru că oamenii de știință au studiat caracteristicile stimulilor pe care simțurile noastre, organe de simț plus regiunea aferentă din creier care transformă stimulii în percepții, le traduc în imagini și sunete, impresii vizuale și auditive. Odată identificate caracteristicile, mărimile aferente, de exemplu lungimi de undă ale luminii sau frecvențe ale oscilațiilor sonore, captate de dispozitive care imită într-o anumită măsură ochii și urechile noastre, respectiv camere de filmat și microfoane, au trebuit transformate în altele care să poată fi stocate pe un mediu de înregistrare convenabil, fezabil de livrat beneficiarului spre redare în aparatura adecvată, care să transforme informația stocată înapoi în unde luminoase și acustice. Pentru că înregistrarea poate avea loc în diverse locuri și condiții, precum și redarea, a fost necesară introducerea unor reguli comune de înregistrare și redare, numite standarde, care să garanteze că imagini și sunete captate în locurile A și B să fie redate la fel, să producă acealeași senzații vizuale și auditive, la consumatorii X și Y. Respectând aceleași standarde atât la înregistrare, cât și la redare, se creează posibilitatea tehnică de a avea o identitate între sursa originală de material artistic și reproducerea acesteia, toată informația (uneori aproape toată, din rațiuni de fezabilitate) necesară recreării actului artistic orginal aflându-se pe suport, codificarea (transformarea de la stimulul original la mărimea fizică stocabilă) fiind una precis cunoscută și controlată.

DSC_0081.JPG

Se calibrează televizoarele în fabrică?

Metoda de reducere la minimul posibil a deosebirilor dintre copie și original se numește calibrare a aparaturii de reproducere a înregistrării. În esență ea asigură că aparatul de redare respectă întrutotul standardele, repectiv redă exact același tip de lumină și același tip de sunet care se află codificat pe suportul de stocare. De ce nu se face această operație în timpul procesului de fabricație? În cazul imaginii (cazul sunetului va fi tratat în cadrul articolului separat despre calibrarea audio și din acest moment nu vom mai discuta decât despre imagini, deși cinematografia înseamnă și sunete) motivul este unul care ține parțial de costuri și parțial de necunoașterea condițiilor în care va funcționa aparatul de redare, lucru valabil mai ales în cazul proiectoarelor. Competiția pe piața produselor audio-video este una acerbă, fiind produse de larg consum, în cazul cărora fiecare centimă din costuri are influență majoră asupra rentabilității și competitivității. De asemenea, producția de masă implică o variabilitate semnificativă a produsului final, putând apărea diferențe în privința caracteristicilor materiilor prime și subansamblelor folosite și chiar anumite inexactități survenite în timplu montajului. Scoaterea de pe linia de fabricație au unor produse cu adevărat identice în privința parametrilor de redare ar conduce la costuri mari și randamente scăzute de fabricație, multe produse fiind respinse la controlul de calitate. Câștig de cauză are aici cine știe unde să economisească în așa fel încât produsul să fie acceptat și chiar apreciat de cumpărător și reușește să producă mai ieftin, existând tendința pe plan mondial ca primul criteriu în alegerea unui aparat de către cumpărător să fie prețul de vânzare. Operația de calibrare a unui aparat de reproducere video, televizor sau proiector, este una complexă, care necesită aparatură costisitoare de mare precizie și care durează de regulă mai multe ore, fiind efectuată manual de către personal specializat. Tentative de a automatiza procesul au dat până în acest moment rezultate nesatisfăcătoare. Pentru a da un exemplu destul de apropiat de realitate, dacă asamblarea unui televizor durează patru ore și calibrarea acestuia încă patru, în condițiile producției automatizate din ziua de azi, asta înseamnă efectiv aproximativ dublarea costului, pentru că debitul de scoatere a produselor de pe bandă se reduce la jumătate, toate cheltuielile, exceptând cele cu materiile prime și subansamblele, care nu sunt necesar cele mai mari, rămânând constante; aici se adună cheltuieli de dezvoltare, de construcție și echipare a fabricii, de menținere în funcțiune a utilajelor, cu salariile, etc. De importanță majoră este aici durata calibrării, nu costul (mare) al aparaturii sau software-ului și cel al mâinii de lucru. Reglajele care pot părea similare calibrării imaginii (pentru redarea cu fidelitate originalului a materialului înregistrat, sursa; pot exista și alte tipuri de calibrări, vizând alți parametri, dar despre care nu discutăm aici) care se fac totuși în fabrică vizează aspectul imaginii în condiții de magazin, unde se știe că iese în evidență cel mai colorat și mai luminos (motiv pentru care găsim în meniurile televizoarelor actuale un mod de funcționare de magazin și un mod rezidențial, cel de magazin fiind foarte luminos și foarte colorat - parțial și din cauza condițiilor de iluminat ambiental în care sunt expuse de regulă aparatele - atât cât poate aparatul împingându-l la extrem, dar foarte deficitar la fidelitatea redării a altceva decât demo-uri de magazin), și vizează încadrarea în normele de consum de energie, fără de care nu se pot vinde produsele pe anumite piețe.

Strategia aici nu este de a calibra video aparatul din fabrică, existând un segment suficient de mare de cumpărători care nu doresc sau nici măcar nu au cunoștință despre acest lucru, dar urmăresc primordial un preț cât mai mic, ci de a include constructiv funcțiile necesare calibrării opționale ulterioare. Printre cei care nu doresc o imagine de mare acuratețe se află cei care urmăresc preponderent programe de sport, unde oricum echipamentele purtate sunt foarte colorate și unde mulți privitori preferă o culoare de gazon verde neon în locul uneia în care iarba pare pârjolită, programe de știri sau programe de dezbateri și mai rar filme artistice, chiar și în cazul acestora privitorii nepunând mare preț pe fidelitate. Ați remarcat că în cele mai multe cazuri primul mod de vizionare din meniu este cel numit Viu, Dinamic, Strălucitor sau alte denumiri similare? În acest mod imaginea este exagerat de colorată și de luminoasă, cel mai departe de o imagine calibrată, dar există suficienți cumpărători care doresc o asemenea imagine. Pentru segmentul semnificativ de numeros care nu apreciază o imagine de mare fidelitate nu se justifică sau chiar este contraproductiv să se mărescă prețul aparatului prin calibrare video (calibrare de TV sau calibrare de proiector) în fabrică bucată cu bucată.

Știința transmiterii la distanță a imaginilor

Pentru a înțelege ce anume ajustează calibrarea video și ce beneficii aduce, trebuie să trecem pe scurt în revistă cum percepem imaginile. Acest lucru are rolul de a descompune noțiunea generală și oarecum imprecisă de fidelitate sau acuratețe a imaginii în elemente mai simple, care să poată fi analizate și verificate ușor și independent unele de altele. Ce anume conduce către o imagine fidelă, care sunt pașii de bază ai unei calibrări video care garantează obținerea acestui rezultat?

În primul rând trebuie să înțelegem că lumina este o radiație electromagentică dintr-un anumit segment al radiațiilor electromagnetice de toate tipurile, caracterizat prin mărimile de frecvență sau lungime de undă. Fără a intra în detalii de fizică nenecesare în înțelegerea termenilor și explicațiilor de urmează, spectrul radiației electromagnetice pe care o percepem ca lumină acoperă aproximativ intervalul de lungimi de undă de la 380 nm la 740 nm. Variația continuă a lungimii de undă a radiației luminoase între aceste limite o percepem drept curcubeu, de exemplu cel rezultat din trecerea luminii solare printr-o prismă de sticlă, capătul intervalului de lungime de undă mare corespunzând culorii roșu, iar cel de lungime de undă mică fiind corespunzător culorii violet. În afară de culorile din curcubeu percepem și alte culori și nuanțe rezultate din combinarea a două sau mai multe culori sau dintr-o distribuție continuă a tuturor culorilor din curcubeu, dar cu ponderi diferite; un caz particular este culoarea alb, considerată incoloră, care corespunde unui anumit tip de spectru continuu sau unei anumite combinații de minim trei culori particulare.

Percepția unui stimul luminos este caracterizată prin strălucire sau luminozitate, care reprezintă intensitatea subiectiv percepută a sursei de lumină, nuanță, care reprezintă o culoare pe care o considerăm diferită de altele și căreia îi dăm un nume distinct, și saturație, care reprezintă „puritatea” culorii, cât de apropiată este de culorile din curcubeu, de puritate sau intensitate coloristică maximă, sau cât de „diluată” este cu culoarea alb. În particular, griurile reprezintă variante tot incolore, dar mai reduse ca luminozitate ale albului, iar negrul reprezintă absența oricărei lumini, fiind un caz particular și extrem de gri.

În ceea ce privește intensitatea luminoasă, un parametru important este dat de intervalul dintre cantitatea cea mai mică de lumină pe care o mai percepem ca fiind diferită de negrul total (absența oricărei lumini) și cantitatea cea mai mare de lumină pentru care încă mai percepem variații de nuanță și nu ne orbește, interval numit interval dinamic. Aici trebuie să distingem, deoarece ochiul se adaptează la condițiile de iluminat fie prin modificarea diametrului pupilei, fie chiar prin modificarea chimiei interne (atunci când trecem de la vederea de zi, fotopică, la cea de crepuscul, mesopică, și la cea de noapte, scotopică, și invers) între intervalul dinamic absolut, adică minimul de lumină detectată în cele mai slabe condiții de iluminat, și maximul de lumină pentru care mai există percepție de diferențe în cele mai puternice condiții de iluminat, și intervalul dinamic relativ, cuprins între același gen de limite, minimă și maximă, dar existente în aceeași imagine, percepută dintr-o singură privire. Într-o singură imagine sau percepție, diferența între zonele care sunt cel mai puțin luminoase și zonele care sunt cel mai puternic luminoase mai poartă numele de contrast.

Studiul percepției umane a culorii a relevat că putem produce aceeași senzație luminoasă în aparatul vizual fie combinând într-un spectru continuu toate culorile din curcubeu în diferite proporții, acesta fiind mecanismul normal al percepției directe, în care lumina solară cade pe un obiect și este parțial absorbită și parțial reflectată, proporțiile fiind diferite la lungimi de undă diferite, fie combinând un număr redus de culori mai mult sau mai puțin pure în diferite proporții. În acest din urmă caz numărul minim de culori necesare pentru genera din combinația lor senzații de culoare acoperind o paletă largă și incluzând albul este de trei. Cauza pentru care avem acest număr și nu altul este că în ochiul uman senzația de culoare provine de la trei tipuri de celule, numite conuri (datorită formei; ele sunt identificate prin literele L, M și S, în funcție de răspunsul preponderent la lungimi de undă lungi, medii și scurte), care au sensibilități diferite la spectrul luminii vizibile, generând impulsuri nervoase de intensitate diferită atunci când sunt stimulate cu radiație electromagnetică vizibilă.

În efortul de găsi metode de reproducere fotografică a culorilor și de găsire a unei modalități matematice de descriere a percepțiilor de lumină și culoare, în 1931 s-a creat un model, o reprezentare grafică a totalității culorilor percepute de ochiul uman. Acest grafic are forma unei potcoave, având pe latura curbă culorile din curcubeu, iar pe latura dreaptă diferite combinații de roșu și albastru, care produc senzații vizuale caracterizate de o saturație mare, dar care nu corespund unei unice lungimi de undă (numită și lumină monocromatică, care are o singură culoare). Undeva în zona centrală a graficului se situează culoarea alb și în jurul ei toate culorile foarte pale, cu nuanțe foarte subtile, doar cu puțin diferite de albul imaculat.

Acest grafic ne permite să prezicem cu ușurință ce culoare rezultă din combinația a două culori, respectiv puncte de pe dreapta care le unește, în funcție de proporția amestecului, sau a trei culori, respectiv puncte din triunghiul care rezultă din unirea prin drepte a celor culori două câte două, fiind posibilă reproduerea tuturor culorilor din interiorul triunghiului, de pe laturi și din vârfuri, în funcție de proporțiile amestecului. Pentru orice proces de redare a culorilor pe peliculă de film, fotografic sau cinematografic, sau printr-un sistem de televiziune sunt necesare minim trei culori care să fie combinate, interiorul unui triunghi putând acoperi un procent semnificativ din totalitatea culorilor pe care le percepem, pe când în cazul a două culori și a unei drepte numărul de culori ce pot fi reproduse este foarte mic, insuficient pentru o naturalețe acceptabilă a imaginii.

S-a mai constatat și procesul percepției vizuale este unul neliniar, dublarea subiectivă a intensității luminoase nu corespunde dublării puterii radiației electromagnetice, ci urmează o altă curbă, nu este o dreaptă. Pe măsură ce intensitatea luminii crește, sporul de energie radiantă care generează perceptual sporirea în trepte egale a cantității de lumină devine din ce în ce mai mare; altfel spus, la niveluri reduse ale energiei radiante suntem capabili să detectăm variații mai mici ale acestei energii, în timp ce la niveluri mari schimbarea trebuie să fie mai consistentă până să percepem o luminozitate sporită. Această neliniariate a perceptiei vizuale este folosită atât la înregistrare pentru a optimiza utilizarea codificării înscrise pe suport, cât și la redare pentru a transforma corect conținutul înregistrării înapoi în lumină, relația matematică exactă fiind verificată si ajustată pe parcursul calibrării video.

Tehnica propriu-zisă a calibrării audio - video

Pentru că are la bază știința percepției luminozității și culorilor, procesul de calibrare video (calibrarea unui televizor sau calibrarea unui videoproiector) nu este unul artistic, discreționar, ci unul științific, urmărind reguli precise. Scopul urmărit nu este de a trezi în privitor un anumit gen de plăcere, ci de a asigura fidelitatea materialului redat cu originalul filmat și procesat. Dacă echipa de filmare ar fi să ne viziteze și să-și privească creația artistică pe sistemul nostru calibrat video, ar trebui să vadă același lucru ca ceea ce au văzut la ei în studiou, iar nu să considere că ceea ce privim pe sistemul propriu nu este filmul lor, ci o mutilare a acestuia, un produs diferit și inferior. Există persoane care consideră că imaginea ar trebui să fie conformă unor gusturi personale arbitrare, dar atunci nu mai putem vorbi despre vizionarea materialului artistic sub forma originală, ci a unei denaturări oarecare a acestuia.

În continuare va fi descris procesul propriu-zis al calibrării unui TV sau a unui videoproiector și vom vedea legătura dintre conceptele științifice și metodologia practică, tehnică, aplicată. La modul teoretic, acuratețea redării culorilor presupune ca oricare culoare din cadrul triunghiului reprodus în standardul folosit să fie redată cu exactitate sau ca abaterea față de valoarea exactă să nu fie perceptibilă vizual; există diverse modalități de măsurare a abaterii și diferite praguri care se consideră că nu conduc la modificări vizibile sau pentru care modificările sunt minore. Pentru ajustare se aplică în mare două strategii.

Prima se bazează pe ajustarea a șapte puncte din triunghi și presupunerea că odată cu acestea se aliniază toate punctele intermediare dintre oricare două dintre cele șapte. Imaginați-vă o riglă rigidă cu marcaje centimetrice și milimetrice, referința, și un suport elastic cu același gen de marcaje. Dacă tragem de capetele elasticului și aliniăm marcajele din capete cu cele de pe rigla rigidă, atunci, presupunând că elasticul se întinde uniform, toate gradațiile intermediare se vor alinia. Această uniformitate a proprietăților de extensibilitate a materialului elastic corespunde în cazul unui dispozitiv de afișare și electronicii aferente proprietății numite liniaritate. În acest caz ajustarea coloristică, foarte importantă, a punctului central al triunghiului pentru toată plaja de luminozități poartă numele de balans de alb. Ea asigură atât puritatea albului în sine, cât și precizia redării culorilor învecinate, pale, puțin saturate. Celelalte puncte ajustate se află în vârfurile triunghiului și la mijlocul laturilor acestuia. Componenta de meniu a televizorului sau videoproiectorului calibrat care permite acest reglaj se numește sistem de gestiune a culorilor (Colour Management System, abreviat CMS), iar reglajul asigură atât acuratețea culorilor respective (cele din vârfurile triunghiului se numesc culori primare, ele sunt efectiv culorile emise de afișaj la nivel de pixel și care se combină pentru a le produce pe toate celelalte, iar cele din punctul median al laturilor se numesc culori secundare și rezultă din combinarea a câte două culori primare în proporții egale) cât și acuratețea culorilor învecinate, mai saturate, mai puternice. Combinând ajustarea de CMS cu cea a controlului principal de culoare (sau saturație) se obține o redare cât mai precisă a tuturor culorilor din interiorul triunghiului. A doua strategie se aplică aparatelor cu liniaritate redusă sau în cazul cerințelor extreme de precizie, caz în care ajustarea a doar șapte puncte ar putea fi insuficientă. În această situație se ajustează mai multe puncte și se recurge la proceduri automate, cele manuale durând prea mult, iar metoda în sine se numește calibrare de 3D LUT (Look-Up Table în engleză) și necesită în cele mai multe cazuri un dispozitiv extern televizorului sau proiectorului. Calibrarea de 3D LUT (3D vine de la faptul că în realitate reprezentarea grafică a percepțiilor noastre vizuale nu este limitată la acea potcoavă bidimensională, ci este de fapt o formă în trei dimensiuni, incluzând nu doar coloritul, ci și intensitatea luminii) va include și o ajustare a nivelurilor de luminozitate reproduse, despre care vom discuta în continuare.

Curba matematică ce descrie legătura dintre cantitatea de lumină și valorile codificate pe suportul de stocare (sau în semnalul transmis la distanță, eventual în direct) poartă numele de curbă de gama sau după caz, funcție de transfer opto-electrică (OETF, Opto-Electrical Transfer Function), la înregistrare, respectiv funcție de transfer electro-optică (EOTF, Electro-Optical Transfer Function), la redare; de remarcat faptul că stocarea presupune întotdeauna la un anumit nivel un semnal electric, iar curba include neliniaritatea despre care am vorbit mai devreme, optimizarea constând în a folosi mai multe niveluri electrice distincte acolo unde ochiul percepe schimbări mai mici în energia luminoasă. Ajustarea gama/EOTF asigură redarea corectă a gradațiilor de luminozitate, respectiv a texturii suprafețelor. Ajustarea curbei de gama sau a EOTF asigură percepția optimă în ceea ce privește contrastul și intervalul dinamic reproduse, pentru acesta din urmă existând două modalități de înregistrare și redare, SDR (Standard Dinamic Range) fiind varianta mai veche bazată atât pe limite tehnologice, cât și pe capabilitatea efectivă a ochiului de a distinge variații de luminozitate într-o aceeași imagine (dar pentru suprafețe procentual destul de mari din imagine), și HDR (High Dinamic Range) fiind varianta mai nouă, care tinde să îmbunătățească redarea porțiunilor de imagine în care apar vârfuri mari de luminozitate pe suprafețe foarte mici, în special a obiectelor cu luciu metalic sau sticlos în condiții de iluminare puternică, de exemplu prin lumină solară directă.

La final de calibrare, precizia rezultatului se evaluează prin abaterea unui set mare de culori reproduse de la situația ideală, iar eficiența procesului prin comparații ale parametrilor înainte și după calibrare.

Comentarii

Nu sunt comentarii!

Lasa un comentariu

Duminica Luni Marti Miercuri Joi Vineri Sambata January February March April May June July August September October November December

New Account Register

Already have an account?
Log in instead Sau Reset password