Эффект пленочного кинопроектора в цифровых видеотехнологиях

Доброго дня всем Хабравцам. Наверняка, многие из вас любят ходить в кинотеатры, в этот удивительный и чем-то притягивающий мир. Наверняка, многие фотографы, видеографы, операторы и монтажеры задумывались о том, как сделать свое конечное произведение более интересным и похожим на кино.

Увлекаясь фотосъемкой и видеомонтажем в один прекрасный момент я подумал, — получаемая картинка слишком реалистична и совсем не похожа на «кино». Порывшись в интернете, решений этой задачи легким путем найдено не было, кроме эффектов добавления всяких пылинок, черточек, волосков и потертостей, как на пленке. Кроме того, просмотр последних фильмов в формате FullHD, с его уж очень реалистичной и живой картинкой, так же лишал этой киношной волшебности. Пришлось отправиться в экспедицию и проводить раскопки — исследование предметной области.

Раз уж мы не получаем этот эффект киношной волшебности, давайте тогда сравним наши домашние, цифровые технологии и технологии аналоговой кинопроекции.

Определенно понятно, что все дело в частоте кадров видеоматериала. Частота в видео/кино -это количество проигрываемых кадров в секунду. Чем больше кадров проигрывается в секунду, тем более живым и реалистичным получается изображение на экране. Ну, и, соответственно, наоборот, в разумных пределах, т.к. если частота, например, 1 к/с — то это больше похоже на слайдшоу.

Итак, что мы имеем? Цифровые зеркальные камеры записывают видео порядка 30 к/с, а (как-то так исторически сложилось) в кинотеатре это число равно 24. «Так вот оно решение!», — подумал я и побежал переделывать свой ролик из 30 в 24 к/с. Но не тут-то было! Конечно, разница была заметна, но это не было похоже на кино. Даже была предпринята попытка порезки видео на отдельные и статичные кадры-картинки (чтобы все было честно, чтобы все было как на плёнке — 1 кадр и таких кадров 24 на одну секунду), и их обратная склейка в видео — не похоже на кино и все тут! Копаем дальше.

Теперь заглянем в пленочный кинопроектор глубже. Пленочный кинопроектор — механическое устройство, в котором перелистываются кадры, а свет от мощной лампы, проходя через кадр плёнки и систему линз, создает изображение на экране. Устройство, нужно сказать, очень интересное, и, как и обычно — не очень сложное. Особенностью кинопроектора является устройство — обтюратор. Обтюратор преграждает световой поток во время смены кадра при протяжке киноленты, чтобы исключить смазывание изображения на экране. Получается так, что свет проходит через позитив (кадр плёнки) непосредственно в момент его неподвижности и фиксации (позитива). Что имеем? Кадр зафиксирован — через него идет свет, происходит смена кадра — обтюратор перекрывает свет. Обычно, обтюратор — вращающийся перед лампой проектора диск с прорезями, через которые и пропускается/перекрывается свет.

Пробуем применить на практике полученные знания. Для этого опять нарезаем видео на изображения и вставляем между ними изображения с темнотой (т.е. моменты, когда происходит смена кадра и перекрывается свет).

Выходит, что наша «схема № 1» имеет вид: 1 кадр + темнота + 2 кадр + темнота +… ну и так далее. Т.е. за секунду у нас проигрывается 48 отдельных изображений.

Результат: все мерцает, общее изображения непонятно, неприятно смотреть. Продолжаем копать предметную область дальше.

Оказывается, в кинематорграфе есть некоторая хитрость. Для того, чтобы уменьшить мерцание фильма при смене кадра, используется обтюратор с дополнительной лопастью (открытая + закрытая секции), такая лопасть называется холостой. Как Вы могли догадаться — при нахождении обтюратора в холостой зоне смена кадра не происходит. Это позволяет создать частоту мерцания проектора 48 герц, но проигрывать всё те же 24 кадра в секунду. Применяем на практике.

Теперь наша «схема № 2» имеет вид: 1 кадр + темнота + 1 кадр + темнота + 2 кадр + темнота + 2 кадр + темнота + 3 кадр +… ну и так далее. За секунду проигрывается 96 изображений.

Результат: Мерцает меньше, картинку можно различить, но просмотр такого видео будет совсем непродолжительным из-за неприятного мерцания. Копаем дальше.

У кинопроекторов есть одна постоянная, называется она — коэффициент обтюрации. Коэффициент обтюрации показывает отношение длительности открытой области обтюратора к периоду смены кадра в проекторе. Например, у советского кинопроектора 23КПК коэффициент обтюрации равен 0.57, т.е. за время жизни одного кадра длительность его освещения составляет 57% от общего времени жизни этого кадра. Кроме того, форма обтюраторов бывает разной: как ровные, вырезанные секции из диска от центра по прямой (как если бы было похоже на значок BMW), так и со всякими кривыми вырезами или прорезями.

Стоит так же отметить, что перекрытие светового потока дисковым обтюратором с прямыми вырезами от центра (да и вообще любым другим обтюратором) происходит не сразу, и не мгновенно, и не ровно сверху вниз, а по прямой от радиуса диска при его вращении. Так же происходит открытие обтюратором, не сразу, и не ровно сверху вниз. Еще, как мы знаем — у света очень большая скорость (а скорость открытия/закрытия обтюратором светового потока по сравнению со скоростью света — ничтожно мала), а значит работа обтюратора полностью отражается на киноэкране, хоть нам это и не заметно.

Вывод изображения на монитор так же происходит покадрово, с определенной и конкретной частотой. Конечно, создание имитации эффекта кинопроектора в цифровых технологиях представляется возможным при работе с изображениями на высокой частоте. Например (вернемся к нашей «схеме № 2»), проигрывая 400 изображений для отработки только одного цикла (1 кадр + темнота + 1 кадр + темнота), 120 из которых показывается кадр, затем в 80 изображений — аккуратная прорисовка имитации дискового обтюратора — закрытие и открытие изображения кадра, потом опять 120 картинок показываем кадр, и закрываем цикл — 80 изображений работы обтюратора на закрытие данного кадра и открытие кадра уже следующего. И это только цикл жизни первого кадра, как если бы это был аналоговый проектор. Для одной секунды видео потребуется отрисовка 9600 таких цифровых изображений.

Мой 4-х ядерный ПК стал странно работать уже при проигрывании 250-300 цифровых изображений в секунду. А если добавить сюда еще время отклика монитора (минимальное время за которое пиксель поменяет свою яркость), которое имеет свойство быть разным у разных моделей, чтобы задача была решена для большинства мониторов? Решение задачи в универсальном виде скорее всего возможно, но скорее всего того не стоит.

Достаточно интересный результат имеет «схема № 3» вида: 1 кадр + 1 кадр + темнота + 1 кадр + 1 кадр + темнота + 2 кадр + 2 кадр + темнота + 2 кадр + 2 кадр + темнота. Что позволило еще сократить мерцание и повысить яркость видеопотока (и имитировать работу мгновенного обтюратора с коэффициентом 0.66). Но при этом количество изображений проигрываемых за секунду стало равняться 144. До эффекта кино еще далеко из-за его резкости при смене и заметности для глаза при восприятии.

Вот такая она — механическая технология аналоговой кинопроекции, эффект которой не так уж и просто имитировать на технологиях цифровых.

Всем спасибо. Область очень интересная, как и ее история, советую.

Материалы:
Обтюратор — Википедия
Кинопроектор — Википедия
Поделиться публикацией

Комментарии 16

  • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
      +2
      Только двое суток назад копал это направление. Согласен с комментариями — хотелось бы примеры. Чтобы понять насколько это работает. В сетевых статьях отмечают, что «эффект киношности» это не только количество кадров, но также цвет, фокусировка и другие мелкие нюансы, которые в комплексе и дают эффект.

      Но в сети помимо полезной информации 100 килограмм ереси и домыслов, что не дает возможности разобраться в этом деле не будучи спецом.
        +1
        В архиве два файла, думаю, разберетесь)
        yadi.sk/d/ZKwoI4s75-uKc

        Цвет, думаю, да. Скорее всего сюда еще можно отнести повышенную контрастность (из-за мерцания она теряется все таки… ), операторскую работу и объектив. Объектив, как мне думается, фиксированного фокусного расстояния должен быть, чтобы уменьшить количество используемых линз и тем самым увеличить количество света, которое будет поступать на пленку. Света должно быть достаточно, чтобы использовать выдержку при съемке покороче (Чтобы кадры получались четкие и без смазов! За выдержку в камере отвечает тоже обтюратор. Есть камеры с обтюратором, у которого изменяется угол раскрытия, тем самым изменяя выдержку).
        Так же объектив «фикс» дает более художественную картинку, чем объективы с изменяемым фокусным расстоянием.
          0
          Учите матчасть! Слишком короткую выдержку делать нельзя. Обычно она вдвое короче FPS (если 25 к/c то 1/50).
          Не фикс дает более «художественную картинку», а открытая диафрагма (упустим пока другие оптические характеристики), при которой малая ГРИП.
          По поводу смаза, посмотрите в сторону систем стабилизации.
          «Киношная картинка» достигается не «эмуляцией проектора», а правильной съемкой и постобработкой. Если у вас canon, попробуйте профили CineStyle, например. Или при постобработке разные плагины (хотя если изначально низкий ДД, то что то исправить сложно, разве только в RAW снимать, кэноны уже это позволяют со сторонней прошивкой).
            0
            да, конечно, открытая диафрагма дает боке, упустил)
            Смаз, в смысле — движение самих объектов в кадре, а не движение камеры.
            Спасибо)
        +1
        Не понял, то есть если мерцания нет то и эффекта «киношности» тоже нет?
        На компьютере он есть.
        И дело не в мерцании, а в первую очередь в динамическом диапазоне
          0
          Цвет, зерно, дрожание кадра. Обычно этого хватает, чтобы имитировать пленку
            0
            На мой взгляд неправильно все пошло с самого начала. Не стоило автору резать видео на кадры. Стоило посмотреть на таймлайн.
            Начнем вот с чего: берем домашний кинопроектор (пленочный), берем хорошую камеру, снимаем со стены, цифруем, смотрим что получилось, понимаем, какой эффект нам нужен, делаем эффект.
            Примерно понимая как действует проектор, мы предположим, что глазу не видны переходы между кадрами (24 магическое число ;) ), но мерцания заметны. Вывод, на каждую 1/24 секунды надо снижать яркость кадра. Тогда и эффект мерцания будет приятным и смотреть будет приятно.
            Если вспомню, не забуду, то на днях покажу что можно сделать и в 24fps и в 30fps.

            P.S. Но пост плюсую, описано хорошо.
              +1
              > Мой 4-х ядерный ПК стал странно работать уже при проигрывании 250-300 цифровых изображений в секунду. А если добавить сюда еще время отклика монитора

              А монитор у вас вколько кадров в секунду выдает?
                0
                это хороший вопрос)… время отклика — 8мс, т.е. максимально возможное 125к/с, это в самом лучшем случае
                  0
                  а в системе 59гц установлено сейчас)… думаю… как это я просматривал 144 кадра в секунду! не учел что-то
                  +1
                  Автор подошел к данному вопросу топорно, как школьник с минимумом знаний. Современные цифровые фото-матрицы слишком крутые. На пленке такой чувствительности при такой-же длительности сцены не было. Каждый кадр необходимо было «засвечивать» довольно долго, отчего появлялись небольшие чисто оптические артефакты. Чтобы эти артефакты неравномерности поля яркости по кадру + соответствующий роллинг-шаттер сэмитировать надо исходящее цифровое видео как минимум в FPS умножить на 10, проинтерполировать движение в кадре и потом снова привести FPS к 24.
                  Чем меньше света в кадре, тем более чувствительную пленку приходилось использовать. Чем более чувствительная пленка, тем крупнее зерно, и меньше цветочувствительность. Это тоже надо учитывать.
                  Бобины с аналгоговой пленкой были довольно короткими, их хватало едва ли на несколько секунд непрерывной записи, каждая сцена сопровождалась хлопушкой с номером бобины и номером кадра, чтобы потом в монтаже не перепутать среди сотен бобин что в какой момент снималось. Сейчас хлопушки скорее лишь дань традиции — можно снимать минутами без перерыва. Хочется еще больше иллюзии старой записи — нарезайте короткими сценами, не более 6 секунд на сцену, потом смена вида. Это уже очевидно никак не автоматизировать. Мэтры говорят, что 4 секунды максимум на сцену, после этого надо менять ракурс камеры, это до сих пор работает.
                    0
                    спасибо!)
                      0
                      По 6 секунд — это во времена Чаплина или в 40-50х тоже так же всё было?
                      +3
                      Буквально на днях осваивал прошивку Magic Lantern, в одном из ознакомительных роликов встретил упоминание «правила 180-ти градусов» (вот тут c наглядной демонстрацией, если интересно). Это как раз в тему.

                      UPD> Странно, ссылка на точную временнУю позицию, а ролик по ссылке всё равно сначала показывается. Про 180 градусов начинается с 0:52:33
                        +1
                        спасибо за материал, интересно!

                      Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                      Самое читаемое