Правильное ISO для видео — все не так просто, как кажется. Часть 1

По мере того, как народ пересаживается с зеркалок и беззеркалок на профессиональные видеокамеры, все чаще встает вопрос безграмотной экспозиции. Люди снимают в LOG и RAW, просто потому что могут, не особо понимая, как работают эти форматы и чего требуют в плане экспозиции. Многие концепции, дошедшие до нас от братьев-фотографов, теряют свою актуальность или становятся просто некорректными, когда речь идет о съемке видео. Одна из таких концепций – ISO цифровой камеры.

ISO делает картинку ярче, верно? Как бы да, но на самом деле нет. ISO — удивительно сложная тема, на глубокое понимание которой у меня ушло много времени и сил. И некоторые вещи, которые я узнал, совершенно противоречат интуиции, например, использование более низкого значения ISO в условиях низкой освещенности. Погоди, что? Да, мы доберемся до этого. Эта статья для тех, кому недостаточно просто знать, какая кнопка на камере за что отвечает. Если вы предпочитаете понимать, что происходит “под капотом”, то читайте дальше.

В первой части мы разберемся:

• Откуда взялось ISO;

• В чем особенность ISO цифровых камер;

• Что такое усиление (gain) и как оно связано с ISO;

• Что на самом деле значит нативное ISO и какое оно бывает.

Во второй части мы совсем залезем в дебри и разберем, как ведет себя ISO при съемке в LOG и RAW и подведем итоги для любителей TL;DR.

ISO пришло к нам из пленки

Прежде всего развеем некоторые мифы. Вы, наверное, слышали когда-то на заре видеомейкинга про треугольник экспозиции, что ISO отвечает за чувствительность вашей камеры. Так вот, это полная чушь. ISO не меняет чувствительность и вообще не является инструментом экспозиции. Давайте разбираться.

Не буду утомлять вас историей, но важно понимать, что в современные цифровые камеры ISO пришло к нам из пленочного кинематографа. ISO (также известное как ASA) — это мера чувствительности пленки к свету, которая определяется размером зерен галоида серебра в эмульсии, нанесенной на пленку. Более крупные зерна поглощают больше света, довольно простая арифметика.

ISO также обладает важной функцией при съемке на пленку. Это число, которое нужно ввести в экспонометр, чтобы получить правильную диафрагму для нейтральной экспозиции, потому что на пленочной камере нет способа предварительно просмотреть экспозицию. Вы должны использовать экспонометр. Ну или натренировать глаз лет так за тридцать.

Таким образом, в начале цифровой эры ISO использовалось как простой способ коммуницировать сравнительную чувствительность сенсора людям, которые привыкли снимать на пленку. С точки зрения экспозиции ISO 100 на цифровом фотоаппарате должно быть равно фотопленке ASA 100. И на этом сравнения пленки и цифры теряют большую часть своей полезности.

ISO не измеряет и не меняет чувствительность камеры

ISO для пленки — это точная наука. Когда речь идет о цифре, число ISO, которое вы видите в настройках вашей камеры, выдумано производителем, и оно не является точным показателем чувствительности вашей камеры. Вот почему, например, ISO 800 у Sony и ISO 800 у Canon — это не совсем одно и то же, разница может достигать целой ступени экспозиции, в зависимости от особенностей конструкции сенсора. А на некоторых более дешевых камерах значения ISO просто взяты с потолка.

Но дело не только в этом. Аналогии с кинопленкой изначально вводили в заблуждение. Потому что вы не можете поменять датчик в своей камере, как вы можете поменять катушку с пленкой. Вы застряли с той чувствительностью, которая была у вашей камеры, когда она покинула завод (о двойном ISO поговорим позже). И наоборот, вы не можете изменить ISO фотопленки, но вы можете изменить ISO в цифровой камере.

Тогда что же означает ISO в цифровой камере? Если вы не можете изменить чувствительность сенсора вашей камеры, то что дает изменение ISO? Что ж, оно отражает изменение усиления (gain). Повышение ISO усиливает сигнал, получаемый с сенсора. И разница между ISO и усилением не только в семантике, здесь речь не о терминах. Понимание того, как работает усиление, имеет довольно серьезные последствия для того, как мы должны выставлять экспозицию при съемке на цифровые камеры. А экспозиция – это главное в операторском деле.

ISO на самом деле означает усиление (gain)

Чтобы понять усиление, давайте быстро вспомним, как работает сенсор цифрового изображения. Он состоит из фоточувствительных диодов, расположенных в виде сетки пикселей. Любой свет, падающий на сенсор, регистрируется как сигнал. Чем больше света, тем сильнее сигнал. Но если света недостаточно, сигнал тонет в шуме. Ведь сенсор производит некоторый стабильный уровень шума как побочный эффект своей нормальной работы. Вы, наверное, слышали про соотношение сигнал/шум. Так вот, если большая часть вашего сигнала выше уровня шума, у вас высокий сигнал/шум, изображение чистое. И наоборот, если сигнал погряз в шуме — изображение безвозвратно испорчено.

И вот где появляется усиление. Вы можете увеличить подачу напряжения на сенсор, чтобы повысить уровень сигнала. Это буквально то же самое, что повернуть крутилку gain на гитарном усилителе. Усиление измеряется в децибелах, и каждые 6 децибел усиления равны одной ступени экспозиции или удвоению ISO. Некоторые профессиональные видеокамеры, такие, как моя Sony FX6, могут быть переключены на отображение gain вместо ISO, но даже если ваша не может, лучше начать думать об ISO с точки зрения усиления.

Когда сигнал усиливается, картинка на мониторе становится ярче, но есть одна загвоздка. И огромная такая загвоздка — уровень шума повышается пропорционально. Если вы удваиваете сигнал, вы удваиваете и шум тоже. Это очень важно понять, и если вы возьмете из этой статьи только одну мысль, то вот она: невозможно повысить экспозицию с помощью ISO. Ваша камера не становится более чувствительной. Яркость картинки — это не то же самое, что экспозиция. Повышение усиления не дает вам больше света.

Поэтому, если вы снимаете сцену в низком ключе, где в тенях расположена львиная доля информации, увеличение ISO фактически убивает качество изображения. Ваша сцена уже соприкасается с шумовым порогом, а теперь вы его поднимаете – дело плохо. Наоборот, вам нужно понизить уровень шума, снизив значение ISO ниже исходного, что означает применение отрицательного усиления.

Отрицательное усиление — это полная противоположность увеличению усиления. Сигнал становится слабее, вы теряете динамический диапазон в светлых участках, но при этом снижается шумовой порог. Таким образом, динамический диапазон теперь распределяется в сторону теней — именно там живет ваше изображение, если вы снимаете темную сцену. Конечно, вам потребуется компенсировать потерю экспозиции диафрагмой, выдержкой или светом. Но запомните: пониженное ISO дает чистые тени. Я знаю, что это сбивает с толку и совершенно противоречит привычному пониманию ISO, но просто поверьте, а лучше — проверьте сами на тестах.

Кстати, что дает ARRI Alexa её легендарный 14-стоповый (фактический) динамический диапазон, так это использование двойного усиления. Сенсор считывается одновременно с нулевым усилением (ради сохранения цветопередачи в светлых участках) и с отрицательным (ради низкого уровня шума в тенях). Затем два набора данных соединяются в единое изображение с высоким динамическим диапазоном. Похожая технология DGO (dual gain output) реализована в камерах Canon C300 mk.III и Canon C70.

Нативное ISO = 0 дБ усиления, всегда

Вы наверняка слышали из каждого утюга про нативное ISO. Мол, нужно снимать в нативном ISO — там самое чистое изображение и самый высокий динамический диапазон вашей камеры, верно? Да, но почему? Что такое нативное ISO? Оно есть у каждой цифровой камеры. Нативное ISO означает лишь одно — 0 дБ усиления на сенсоре. Это уровень напряжения, при котором сенсор откалиброван производителем для захвата самого высокого динамического диапазона, на который он способен. Разные камеры могут иметь разные исходные значения ISO, но все они равны 0 дБ усиления.

Некоторые сенсоры оснащены двумя наборами цепей усиления, что дает нам возможность переключаться между нижним и верхним значением без повышения усиления и, следовательно, без дополнительного шума. Это называется двойным нативным ISO, и это убийственная функция. Это как иметь два сенсора в одной камере. Кстати, это одна из основных причин, по которым Sony Venice набирает популярность у топовых оперпостов и по чуть-чуть наступает на пятки ARRI Alexa.

Если вы начнете думать об ISO как об усилении, ваша жизнь станет намного проще, потому что вы всегда знаете, что усиление в 0 дБ означает нативное ISO. При этом независимо от того, в каком профиле изображения или в режиме двойного ISO вы находитесь. Вам не нужно заниматься арифметикой на съемке или запоминать наборы значений ISO. Вы всегда знаете, насколько далеко от нативного ISO ваш коэффициент усиления. Например, для моей камеры при низком базовом значении ISO 6 дБ усиления вполне приемлемо, 12 дБ — это край, и если мне нужно усиление на 3 или более ступеней, мне лучше переключиться на более высокий базовый уровень ISO и опустить экспозицию при помощи ND фильтра.

Изменение ISO не всегда означает изменение усиления

Вы могли заметить, что в разных профилях изображения — разное нативное ISO. Например, у меня на FX6 нативное ISO 800. Но это только для S-Log3. Если я снимаю S-Cinetone (профиль типа «что видишь, то и получаешь»), исходное значение ISO равно 320. Почему 320? Как обычно с числами ISO, они означают не то, что вы думаете. Смена нативного ISO с 800 на 320 не означает, что камера применила отрицательный коэффициент усиления. И не означает, что S-Cinetone на 1,3 ступени темнее LOG. Чувствительность не изменилась, она по-прежнему 0 дБ. ISO 320 — это просто число, которое вам нужно было бы ввести в экспонометр, чтобы получить правильную экспозицию серой карты для этого конкретного профиля изображения. LOG — плоский профиль, а S-Cinetone — нет, поэтому нейтральный серый цвет приходится на разные значения на осциллограмме (waveform). Если вы хотите выровнять экспозицию S-Log3 с S-Cinetone по экспонометру, то нужно использовать соответствующие значения ISO. Но чувствительность камеры не изменилась. На сенсоре по-прежнему 0 дБ усиления.

Понимаю, что это все звучит очень запутанно, и в этом-то и проблема. ISO — число, вводящее в заблуждение. И я убежден, что для съемки видео ISO — неподходящий параметр. То, что вы действительно хотите знать, — это gain. Потому что 0 дБ это 0 дБ, независимо от профиля изображения, двойного ISO и даже камеры. На что бы вы ни снимали, если у вас нулевое усиление, вы знаете, что вы в нативном ISO.

Спасибо, что читаете блог SHAGRAL Video Production! Во второй части статьи мы разберем, как ведет себя ISO при съемке в LOG и RAW и подведем итоги. Меня зовут Григорий Шаханов, и каждую пятницу я публикую здесь свои наблюдения о трендах в отрасли и делюсь секретами коммерческого видеопроизводства. Подпишитесь, чтобы получать новые заметки!