В первой части статьи мы прояснили 3 момента:

  1. ISO на самом деле означает усиление (gain);

  2. Нативное ISO означает 0 дБ усиления, вне зависимости от камеры и профиля;

  3. Повышение усиления не меняет чувствительность камеры, а лишь усиливает сигнал и шум пропорционально.

Теперь давайте разберем, как ведет себя ISO при съемке в LOG и RAW.

Снимаете в LOG? Используйте только нативный ISO, серьезно

В отношении нативного ISO важно отметить, что заявление про «самый высокий динамический диапазон» верно только при условии, что вы снимаете в самом плоском профиле LOG, доступном на вашей камере. Сенсор камеры регистрирует свет линейно: чем больше света, тем больше информации. Но нам не нужно, чтобы подавляющую часть файла занимала информация из самых светлых участков, ведь человеческий глаз лучше всего различает средние тона. Поэтому камера преобразовывает линейную гамму в логарифмическую, изогнув верхнюю и нижнюю части графика. Таким образом, информация в контейнере (файле) может быть равномерно распределена между ступенями динамического диапазона. В тенях будет примерно столько же информации, сколько в светлых участках. В этом весь смысл логарифмической гаммы – впихнуть в файл максимальный динамический диапазон. Но это не всегда хорошо (особенно если у вас крошечный 8-битный контейнер) и не всегда нужно, о чем позже.

Вы, вероятно, видели такие диаграммы. Они показывают распределение информации в LOG изображении между светлыми и темными участками. Ось в середине — нейтральный серый цвет, который соответствует 18% серой карте. Теперь внимание. Когда вы повышаете усиление, вы теряете информацию в тенях из-за увеличения шума. Но при этом вы не получаете никаких дополнительных ступеней экспозиции в светлых участках. Наоборот, светлые участки теперь обрезаются раньше, ведь потолок остался прежним, а сигнал стал выше. Если вы обрежете блики усилением — они пропали.

Максимальный динамический диапазон S-Log3 составляет 14 ступеней, однако фактический ДД ограничен шумовым порогом сенсора. Например, для Sony FX6 реальный ДД составляет 12,8 ступени при соотношении сигнал/шум=1 (стандартизованный тест CineD). Повышение ISO повышает шум, что сокращает реальный ДД.
Максимальный динамический диапазон S-Log3 составляет 14 ступеней, однако фактический ДД ограничен шумовым порогом сенсора. Например, для Sony FX6 реальный ДД составляет 12,8 ступени при соотношении сигнал/шум=1 (стандартизованный тест CineD). Повышение ISO повышает шум, что сокращает реальный ДД.

Повторюсь: если вы снимаете в формате LOG, использование нативного ISO имеет первостепенное значение. Настолько, что если вы вообще трогаете ISO, то это означает, что вы режете динамический диапазон. А если вас не так волнует динамический диапазон, как общая яркость изображения, то зачем вообще снимать в LOG? Честно — в таком случае съемка в стандартном профиле становится лучшим вариантом. Ведь стандартный профиль берет линейные данные прямо с сенсора, до применения логарифмической функции, то есть контейнер файла будет заполнен информацией более рационально. Больше света – больше информации.  Запомните: кривая гаммы не влияет на размер контейнера, она лишь определяет, как он будет заполняться.

Экспонируйте LOG с запасом

Кривая LOG профиля вашей камеры и ее нативное ISO взаимосвязаны, они устанавливаются по отношению друг к другу так, чтобы захватить максимум информации и в тенях, и в светлых участках при нейтральной экспозиции по серой карте. Например, для S-Log 3 нейтральный серый приходится на 41%.

Но динамический диапазон снимаемой сцены далеко не всегда выходит за рамки ДД LOG профиля. В этом случае LOG подбрасывает нам свинью — в нашем файле оказываются «пустые полки». Скажем, в файле 10 полок, а заполнены у нас только полки 2-7. В этом случае лучше экспонировать с запасом, ведь мы уже знаем, что нижние две полки всегда заняты шумом. Нужно дать больше света на сенсор и "переложить" информацию на пару полок выше.

Вот почему вы, возможно, слышали все эти советы про «экспонировать вправо» по гистограмме. Для видео это должно называться «экспонировать вверх», так как мы смотрим на осциллограмму. Это означает, что ваше логарифмическое изображение должно быть выше шумового порога, чтобы записать самый чистый сигнал.

Вы получите наилучшее изображение с сенсора, если LOG на осциллограмме будет выше шумового порога на одну-две ступени. Более сильная переэкспозиция уже не дает эффекта.
Вы получите наилучшее изображение с сенсора, если LOG на осциллограмме будет выше шумового порога на одну-две ступени. Более сильная переэкспозиция уже не дает эффекта.

Но вот проблема – наша сцена в низком ключе теперь не выглядит темной на мониторе, а мы хотим темную сцену. Что делать? Очень просто. Загрузите в ваш внешний монитор проявочные 3D LUT с заниженной экспозицией (их очень легко сделать самостоятельно). Допустим, имейте три версии LUT: 0EV, -1EV и -2EV. Хотите переэкпонировать ваш LOG на одну ступень? Смотрите на сцену через -1EV LUT. Аналогичную функцию выполняет EI, о чем речь пойдет ниже.

После съемки вы можете откорректировать экспозицию на посте. Главное – понизить её ДО применения LUT или преобразования гаммы. Опять же, потому что LUT и преобразователи гаммы ожидают, что вы правильно выставили экспозицию по серой карте для вашей конкретной гаммы LOG. Таким образом, вы получите чистое изображение с правильной экспозицией в финальной гамме REC709.

ISO в RAW на самом деле является индексом экспозиции (EI)

В топовых кинокамерах, таких как ARRI Alexa, вы даже не можете контролировать усиление. Alexa всегда снимает в нативном ISO. Этого и следовало ожидать, потому что для настоящей кинокамеры динамический диапазон превыше всего. Если снимаешь в RAW — то же самое, усиления нет, регулировки ISO нет. Но это касается только истинных форматов RAW, которые записывают данные прямиком с сенсора. Некоторые камеры, например из линейки Cinema EOS от Canon, применяют усиление раньше в цепочке обработки изображения, поэтому их Canon RAW Light имеет запеченное в файл усиление (это легко проверить). Но в большинстве форматов RAW, таких как R3D, ISO записывается только как метаданные, а усиление всегда равно 0 дБ.

Регулировка ISO теперь влияет только на изображение на вашем мониторе, но не на то, которое записывается на карту памяти. Называть это ISO — некорректно. ARRI и Sony используют для этой цели термин «индекс экспозиции» – EI. EI регулирует только яркость просмотрового LUT на вашем мониторе. Например, если вы снимаете с исходным ISO 800, но ваш EI установлен на 1600, вы, по сути, говорите своей камере — покажите мне изображение, как будто моя экспозиция выше на одну ступень. EI — это инструмент мониторинга, предназначенный для того, чтобы буквально обмануть себя, заставив недоэкспонировать или, что куда полезнее, переэкспонировать ваше изображение. Ровно также, как LUT с заниженной экспозицией, это инструмент перераспределения динамического диапазона. Но EI не влияет на то, что записывается на карту. Камера всегда пишет в нативном ISO.

EI — это целая тема сама по себе, заслуживающая отдельного поста (намёк на донат ;-)

Высокий ISO и шумоподавление

«Хорошо, чувак, — можете сказать вы, — это все очень познавательно, но мне завтра снимать свадьбу в темном ресторане на бюджетную беззеркалку, и мне нужно увеличить ISO, так что мне теперь делать?» Что ж, иногда так бывает. Но тогда нам нужно серьезно поговорить о шумоподавлении. LOG и шум совсем не дружат друг с другом. Любые артефакты, записанные в LOG, значительно усиливаются при преобразовании в REC709 в постобработке. (Потому что каждая ступень контейнера более сжата, помните?) При съемке в режиме LOG вам нужно отключить все встроенные в камеру режимы шумоподавления и оставаться выше шумового порога на осциллограмме. Только так вы получите самый чистый негатив с камеры для постобработки.

Но если вы увеличиваете ISO, и сигнал смешивается с шумом, то финализация изображения внутри камеры становится более оптимальным вариантом. Лучше позволить камере сделать всю работу по шумоподавлению и интерпретации цвета и выдать вам законченное изображение, чем тщетно пытаться спасти убитый LOG на посте.

Дело в том, что производители камер очень хорошо знают свои сенсоры, они могут точно настроить шумоподавление в соответствии с особенностями и паттернами шума на каждом уровне усиления. А поскольку шум связан не только с яркостью, но и с цветностью, это означает, что информация о цвете также искажается при усилении. А мы работаем с сенсорами с фильтром Байера (Bayer pattern), так что информация о цвете изначально неполная, камера много чего угадывает. Поэтому при высоких ISO вам лучше доверить интерпретацию цвета вашей камере. А это означает использование профиля изображения «что видишь, то и получаешь» (standard/REC709). Здесь вы позволяете своей камере применять тот самый «color science», о котором мы слышали годами — дурацкий термин, но в данном случае он как раз применим.

Как шумодав убивает картинку

Именно из-за шумоподавления вы могли думать, что ISO — это инструмент экспозиции. Вы крутите ISO, и до определенного предела изображение становится ярче, но вроде бы не хуже. Поэтому люди говорят фразы типа «эта камера хороша при слабом освещении, довольно чистая картинка до 6400 ISO». Это означает лишь то, что встроенное шумоподавление хорошо оптимизировано для этого сенсора.

Но изображение все равно деградирует, ведь халявы не бывает, за все приходится платить — борясь с шумом, камера усредняет значения соседних с «шуминками» пикселей, теряя в процессе мелкие детали и точность цветопередачи. Ваше изображение становится размытым, а цвета начинают рассыпаться. Чтобы бороться с этим, камера накладывает цифровую резкость и повышает насыщенность, чтобы компенсировать потерянные градации цвета. При достаточно высоких уровнях усиления эти два процесса вместе дают вам ту самую уродливую картинку «хоум видео». Поэтому – изучите свою камеру! Тестируйте ISO и определите приемлемый для вашей работы диапазон и никогда не выходите за него. А еще лучше, начните работать со светом и снимайте в нативном ISO.

10 практических советов по использованию ISO для видео

Что ж, если вы пережили этот информационный поток, мое вам уважение и благодарность. Теперь для тех, кто любит TL;DR, я хочу обобщить все сказанное в 10 практических советов, которые вы можете применить в своей повседневной съемке прямо сейчас:

  1. ISO — это не инструмент экспозиции. Повышение усиления не дает вам больше света. Хотите картинку лучше? Пустите больше света на сенсор. Не дайте монитору обмануть вас: яркость — не то же самое, что экспозиция;

  2. Нативный ISO — это вводящее в заблуждение число, которое зависит от вашего профиля изображения и от того, как откалиброван сенсор. Что вы действительно хотите знать, так это gain, коэффициент усиления. 0 дБ означает нативный ISO в любых обстоятельствах;

  3. Усиление можно понизить, чтобы получить более чистые тени, но потерять динамический диапазон в светлых участках;

  4. Двойное ISO должно быть намного выше в списке приоритетов при выборе новой камеры. Выше, чем излишества вроде IBIS или AF, ведь экспозиция превыше всего;

  5. Что делает камеру хорошей при слабом освещении, так это размер сенсора, низкий шумовой порог и высокая базовая чувствительность, а не то, как у нее работает шумоподавление на высоких значениях ISO.

  6. Если вам нужен максимальный динамический диапазон — снимайте в LOG. Если у вас есть запас по осциллограмме — всегда переэкспонируйте. Двигайте волну LOG вверх на 1-2 ступени;

  7. Снимая LOG без внешнего мониторинга с осциллограммой, полагаясь на глаз, вы напрашиваетесь на проблемы на посте. Купите монитор с поддержкой 3D LUT и выводите на него чистый LOG;

  8. При съемке в LOG всегда снимайте в нативном ISO, отключите все встроенные в камеру функции шумоподавления и повышения резкости. Следите, чтобы волна не касалась шумового порога;

  9. Если снимаете репортажно и нет другого выбора, кроме как крутить ISO, откажись от LOG в пользу стандартного профиля изображения “что вижу, то получаю”. Но помните — чрезмерно высокое ISO приводит к паршивому изображению из-за шумоподавления, повышения резкости и насыщенности внутри камеры;

  10. При съемке в формате RAW вы снимаете при нулевом усилении, а ISO работает как EI и влияет только на яркость просмотрового LUT и записанные метаданные. Используйте более низкие значения EI, чтобы экспонировать LOG или RAW с запасом.


Спасибо, что читаете блог SHAGRAL Video Production! 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!

Комментарии (5)


  1. Jury_78
    20.05.2022 11:46

    Если у вас есть запас по осцилограмме — всегда переэкспонируйте.

    Какой осцилограмме...?


  1. pokryshkin
    20.05.2022 14:59

    Динамический диапазон матрицы и возможности АЦП равны? АЦП точно может дать что-то значимое в младших битах? Может усиление позволяет немного улучшить характеристики?


    1. SHAGRAL Автор
      20.05.2022 15:25

      Не уверен, что правильно понял вопрос, но на мой взгляд невозможно говорить о ДД матрицы отдельно от АЦП, они представляют собой единое целое. Любые тесты, которые можно проделать с готовой камерой, измеряют только то, что вышло из "черного ящика", коим является сенсорный блок. Любое дополнительное усиление идет сверху того, что делает АЦП. И в младших битах там всегда шум, а от его усиления ничего хорошего не бывает, собственно об этом и речь в статье.


      1. pokryshkin
        20.05.2022 16:16

        Выход с матрицы - аналог. Допустим 12битный АЦП реально дает 10 бит. Между ними усилитель. Тогда подав на вход черного ящика команду усиления (подняли ИСО), мы усиливаем аналоговый(!) сигнал, конечно привнесем некоторое кол-во шума, но и уровень поднимем, чтобы АЦП мог дать более внятный результат.

        Другими словами, я про ситуацию когда с матрицы, без усиления, идет что-то полезное, а не только шум, но АЦП не способен это адекватно оцифровать.


    1. Gutt
      20.05.2022 17:23

      Может усиление позволяет немного улучшить характеристики?

      А перед АЦП всё равно будет стоять усилитель с Ку>1. Так что это "нулевое усиление" -- просто некоторый оптимальный по шумам режим работы усилителей, стоящих на колонках матрицы и на входе АЦП (вы же не думаете, что он преобразует без усиления? в классическом (не дельта-сигма) АЦП тупо стоит длинная цепочка делителей, выходы которых приходят на ОУ). В статье опущены описания шумов матриц -- дробовых и тепловых, считывания и встроенных усилителей. Наверное, для грубого понимания ситуации сойдёт, но объяснение природы шумов и обоснование оптимальности "родного" ISO меня не удовлетворили.