La visió humana i el HDR

En esta ocasió toca parlar del tan de moda HDR. Si no ho coneixeu, ni vos imagineu la que se vos ve damunt. Estes sigles són l'acrònim de "High Dynamic Range", que en castellà significa Alt Marge Dinàmic. Si molts de vosaltres poseu 'cara de póker', busqueu per internet i trobeu informació confusa i etèria, vos aconselle que llegiu este article fins al final.

Marge Dinàmic d'una imatge

Marge Dinàmic d'una imatge, és el marge de valors de luminancia que va des del negre fins al blanc. 

Quan parlem de Marge Dinàmic podem parlar d'electrònica, so o imatge. En esta ocasió, ens referim a la gamma de valors de luminancia d'una imatge que un dispositiu pot capturar o reproduir. Estos nivells comencen en la zona més brillant i van fins a la més fosca i quant major és esta escala de grisos, major és el Marge Dinàmic. És important tindre-ho clar quan prenem una fotografia, gravem un pla de vídeo o una presa de cine. Abans d'entrar en matèria vull deixar clara una altra primordial percepció Com funcionen els nostres ulls? 

La visió humana té Marge Dinàmic?"

No podem asseverar que la visió humana tinga Marge Dinàmic, però si ens imaginem que la té, diríem que este no seria fixa (com ocorre en els dispositius de captura o reproducció d'imatges tradicionals). 

Sabem que la nostra retina s'adapta a qualsevol tipus d'il·luminació canviant i esta té un ràtio de contrast que va des dels 100:1 fins als 60.000:1. Açò és així perquè les pupil·les i l'iris de les persones s'adapten d'una manera més complexa als canvis de llum, este és el motiu pel qual poden oferir major espectre de valors de luminancia que una càmera. Funciona de tal manera que quan el nostre cervell processa la informació lumínica, la compara, i tenint en compte tots els valors de llum possible que li arriba, ens oferix diferents marges dinàmics simultàniament. D'esta manera particular reinterpreta tota l'escena que contempla.

Podem dir que els nostres ulls són una càmera molt complexa, quan observen una escena s'adapten a múltiples imatges amb diferents condicions de llum i exposició. Per a explicar-ho millor, prendrem com a exemple el ràtio de contrast més davall de la nostra retina, havíem dit que era de 100:1, la qual cosa equival a 6,5 passos o stops de diafragma en una càmera.

Imatge simulada de l'ampli contrast de la visió humana 

Si imaginem que estem llegint en la platja, davall d'una ombrel·la, durant un dia molt solejat, el llibre estarà dins de la zona d'ombra. En esta escena nostres ulls poden distingir perfectament les lletres negres sobre el paper blanc. Si detenim la nostra lectura i mirem al mar, en la zona de sol, els nostres ulls s'adaptaran a l'instant sense apreciar la diferència entre una franja i una altra. 

Açò és així perquè davant de qualsevol lluminositat canviant, encara que el contrast entre ambdós zones siga molt acusat, el nostre cervell processarà les diferents imatges i de manera natural, encara que hi haja molt contraste entre llums i ombres, s'adaptarà de forma contínua a les distintes zones. La pupil·la i l'iris, aniran obrint-se i tancant-se en funció de la lluminositat de cada zona, enviaran gran quantitat d'informació lumínica de l'escena al cervell i este l'anirà processant l'una darrere de l'altra. En mil·lèsimes de segon, i després d'una anàlisi detallat de totes les diferències lluminoses existents, reconstruirà una imatge composta unint tots els rangs de llums i ombres, de tota la imatge, conjugant un amplíssim 'Marge Dinàmic' (esta seria semblant a una imatge HDR perfecta). 

Però, Quant Marge Dinàmic té la visió humana? Pel que acabem de veure, no és fàcil contestar esta pregunta, podríem dir que la visió humana pot aconseguir 15 o 20 passos. Molts direu que hi ha autors que donen un nombre més gran a 20 però esta qüestió tan tècnica, dóna material per a explicar-la en un llibre extens i este no és el cas. Per a simplificar i concloure esta qüestió, prendrem com a exemple els 15 passos com a límit de Marge Dinàmic en la visió humana. Ara mateix, la fotografia i el cine intenta imitar esta característica sorprenent de la visió humana, a fi d'evitar un elevat contrast entre les diferents zones solejades o en ombra.

José Pastor Jaén

HDR, com funcionen les S-LOG o les corbes de gamma

Espai de color PAL/SECAM vs Rec. 709

Les antigues càmares de vídeo utilitzaven una correcció de gamma per a mostrar correctament les imatges en un televisor CRT. En l'actualitat, per molt que els monitors de plasma o LCD augmenten la seua resolució en HD, en la majoria dels casos, continuen tenint un "gamut" amb un espai de color molt semblant al dels vells televisors de tubs. En el gràfic de dalt veiem una comparativa del vell sistema de color PAL/SECAM (utilitzat en la definició estàndard SDTV) i el del Rec. 709 (utilitzat en l'alta Definició HDTV), els dos emmarcats dins de l'espai de color CIE (Comission Internationale de l'Éclariage) , establit en 1931.

En la superposició d'ambdós, podem apreciar la similitud que existix entre ells perquè són pràcticament idèntics. Açò ens porta a la reflexió que en la qüestió de color i contrast, la visualització digital, a pesar d'un augment considerable en la definició, no ha variat un àpex amb la introducció dels nous televisors i monitors HD (en la gran majoria dels casos) . Per això, la millor manera d'enganyar a un sistema limitat, és utilitzar una nova gamma que permeta expandir l'espectre visible de grisos d'una imatge.

Per a aconseguir-ho, la part principal és ajustar en la cambra un perfil S-Log o semblant. Amb això el que fem és canviar la corba de gamma lineal del sensor perquè en l'eixida oferisca una nova gamma no lineal. Hi ha diferències si utilitzem un tipus de perfil o un altre. Si volem disminuir el contrast, normalment el que fem és expandir la brillantor a les zones més clares i també a les zones més fosques (insistisc, el grau de brillantor de les zones depén del perfil de gamma que utilitzem) .

El normal també és modificar altres ajustos, per exemple, en el Cinestyle de Techniclor (utilitzat en les càmares Cànon) es recomanava a més, ajustar la Nitidesa a 0, el Contrast a -4, la Saturació a -2, el To de color a 0 i l'ISO a un múltiple de 160. En un altre exemple, en el Cine-D o Cinelike de Panasonic la Nitidesa a -2, el Contrast a -2, la Saturació a -2, el To de color a 0, la Reducció de soroll a -2. Altres ajustos poden ser deixar el Màster Pedestal en 15 i en la Luminancia seleccionar el marge complet de 0-255. Esta segona part de l'ajust no afecta la gamma però si al contrast, color, definició, etc.

Estos ajustos modificaren el senyal RAW que oferix el sensor i una vegada processada començarà la compressió de les imatges en un arxiu tipus MPEG-4/H.264 i s'emmagatzemarà en la targeta de memòria de la càmera.

En les imatges tenim exemples de LUT en Sony Vegas, Premiere CC, DaVinci Resolve 12, on es pot apreciar les diferents maneres de treballar amb marges dinàmics expandits. Pero tots estos ajustos és millor provar-los i experimentar amb ells abans de realitzar una gravació important perquè, després en l'etalonaje, hem de tindre molt clar com tornar a la imatge un aspecte natural i agradable. Si utilitzem un arxiu LUT (Look Up Table) en el programa d'edició o postproducción, la taula de valors de correcció que conté, restaurarà les dades canviats en el sensor que ja van ser registrats, tornant-los al seu estat més natural per a un visionat correcte. Quan parlem d'una LUT 3D, es referix que les dades registrats són independents per a cada un dels tres colors.

No vaig a estendre'm més en esta secció d'ajustos perquè és complexa i cal tindre clar el que corregim, o el que no. Tan sols recomanar que les LUT, servixen de referència per a realitzar un simulacre de com deuria veure's la imatge, però açò és una guia, la correcció definitiva o final ha de ser treball del colorista.

Cartes de color de la càmera Arri Alexa (SUP 3.x /Software Update Packet versió 3.x) . Les dos imatges de dalt pertanyen a una captura emprant el Log C i Log C + Film. Les de baix empren correcció LUT 3D en postproducción per a REC 709 i DCI P3

Si observem les cartes de color de dalt, utilitzades per l'Arri Alexa, podem entendre que els ajustos que realitzen els perfils en el sensor (en este cas el Log C), un d'ells modifica la corba de gamma i per tant dessaturen els colors adquirint un aspecte de poc contrastat. Oferix una imatge poc atractiva però contenint un major 'Marge Dinàmic'. Les imatges de dalt són captures de la gravació original i les de baix són les corregides amb una LUT 3D Rec.709 per al seu visionat en Rec 709 en un televisor d'Alta Definició i LUT 3D DCI P3 per a ser visionada en un projector de cine digital.

Imatge 4K amb Marge Dinàmic no lineal (monitor Premiere CC), no etalonada

L'ideal seria poder deixar la imatge final amb ampli Marge Dinàmic perquè el televisor o projector la corregira, aconseguint un visionat en HDR. Però no avancem esdeveniments perquè açò ja és possible i esta nova forma de representació de la imatge es pot convertir en un estàndard en un futur no molt llunyà.

Imatge 4K etalonada o corregida per al seu visionat en un televisor HTV

L'inconvenient, ara mateix, és que molts pocs monitors poden treballar amb corbes LUT genèriques que permeten corregir la gamma en el visionat. Este és el motiu pel qual, de moment, hem de tornar-la la imatge a un aspecte més agradable, revelant-la en l'etalonat durant la postproducción a un estàndard per exemple Rec. 790 que és el recomanat per la ITU (Unió Internacional de Telecomunicacions) per a l'Alta Definició.

Marge Dinàmic màxim d'un monitor o televisor HD estàndard

Però ¡Oh, sorpresa! quan treballem amb este espai de color retallem el Marge Dinàmic a un màxim de 6 passos o stops. Encara que obtenim l'avantatge que la imatge té menor contrast entre sobres i llums. Però, una altra vegada me'n vaig per la branques. 

José Pastor Jaén