Цветовосприятие и баланс белого.

Восприятие света глазом.

Человеческий глаз - это удивительный оптический прибор, который может работать практически при любом освещении. О феноменальной чувствительности глаза свидетельствуют такие данные: отдельный рецептор - светочувствительный элемент глаза - вырабатывает электрические сигналы при поглощении всего лишь одного-двух квантов света. Человеческий глаз способен работать буквально на физическом пределе, допускаемом квантовой теорией. В настоящее время такая чувствительность недоступна даже самым совершенным физическим приборам.

Способность глаза адаптироваться к контрастному свету поистине поразительна: он может различать детали в диапазоне контрастности 800:1, т.е. видит их как в ярких, так и в темных местах. Посмотрите на незатененную 75-ваттную лампочку в помещении, где имеются густые тени. Несмотря на яркий свет лампы, вы сможете различить на ней маркировку "75 Вт" и при этом не перестанете видеть предметы и детали в затененных местах. Соотношение яркостей светящейся лампочки и самого темного места в комнате, где еще различимы детали, определяет диапазон воспринимаемой вами контрастности. Отношение яркостей самых светлых и самых темных различимых деталей называют динамическим диапазоном прибора - глаза, кино-, фотопленки или видеокамеры.

Воспроизведение динамического диапазона яркостей пленкой и видеокамерой.

Попробуйте снять на пленку или видео сцену, освещенную простой 75-ваттной лампочкой. Что у вас получилось? Оказывается, то, что воспринимает глаз, на пленке может быть не видно, поскольку у нее, а тем более у видеозаписи динамические диапазоны гораздо меньше, чем у глаза. Возникающие проблемы с экспозицией чаще всего обусловлены именно этим различием. Сцена, воспринимаемая глазом совершенно нормально, может не попасть в тот динамический диапазон, который способна передать пленка. Обратите внимание на диапазон контрастности в помещении. Диапазон освещения, типичный для жилого дома, где есть и тени, и солнечный свет из окна, человеческим глазом воспринимается совершенно нормально.

Однако, самые яркие места в квартире намного ярче верхней границы диапазона пленки, а самые темные - темнее его нижней границы. При съемке все, что ярче верхней границы диапазона пленки (например, окно), получит чрезмерную экспозицию и станет белым, а самые затененные места станут черными, вся текстура и детали в них пропадут.

Расширить динамический диапазон носителя записи - пленки или видеоленты - нельзя, зато можно подобрать оптимальный для конкретного освещения интервал значений, изменяя диафрагму камеры или время экспозиции пленки. Однако при уменьшении диафрагмы можно добиться правильной экспозиции для ярких областей, в то время как для темных она окажется слишком мала. Увеличивая же диафрагму, можно правильно передать темные места, тогда как яркие будут сильно передержаны. Поэтому оператору, снимающему в аналоговой или цифровой форме, необходимо научиться подбирать освещение так, чтобы приглушить блики и дать больше света в затененные области, т. е. искусственно сужая диапазон контрастности (с помощью рассеивающих насадок, линз и рефлекторов), найти его значение, оптимальное для динамического диапазона используемой кинопленки. Естественно, что и при видеосъемке за пределами динамического диапазона камеры и формата записи детали не будут видны, появятся только сплошные белые или черные области. Многие режиссеры до сих пор предпочитают снимать на кинопленку в силу того, что она имеет более широкий диапазон контрастности, особенно это касается натурных сцен, где управлять освещением труднее.

Цветовосприятие и баланс белого.

В отношении восприятия цвета человеческий глаз с его невероятной приспособляемостью снова оставляет видеокамеру далеко позади. Трехкомпонентная теория цветового зрения, опираясь на физиологию объясняет, что все цветочувствительные рецепторы сетчатки глаза (колбочки) делятся на три группы, каждая из которых чувствительна только к какому-либо одному основному цвету - красному, зеленому или синему. Одна группа рецепторов возбуждается при воздействии на них лучей видимого спектра с длинами волн от 600 нм до 780нм и вызывают ощущение красного цвета другая - с длинами волн от 500 нм до 600 нм вызывает ощущение зеленого цвета, третья - с длинами волн от 380 нм до 500 нм - синего цвета.
Световые излучения разной длины волны возбуждают в различной степени цветочувствительные элементы сетчатки, но действуют при этом на все три группы рецепторов, одновременно. Поэтому ощущение того или иного цвета зависит от соотношения указанных трех возбуждений. Следовательно, мы видим цвета потому, что они соответствуют волнам разной длины и отражаются от предметов. В то же время свет почти не отражается от предметов черного цвета (Известный американский специалист по колориметрии Р.Ивенс отмечал, что в результате вариаций спектрального распределения энергии излучения возможно получение свыше 1 млн различных цветов).

Глаз может воспринимать около 200 различных цветовых тонов. Определено что человек различает примерно 150 спектральных и 30-50 пурпурных, т е неспектральных тонов. Кроме того глаза легко различают не менее десяти ступеней насыщенности каждого цветового тона и не менее 800 ступеней яркости. Таким образом человек способен различать свыше десяти-тринадцати тысяч цветовых оттенков.
Глаз способен не только воспринимать оттенки цвета, но и компенсировать эффекты, связанные с одновременным присутствием в сцене объектов c различной цветовой температурой.
Рассматривая комнату, освещенную в одном углу люминесцентной лампой, в другом - лампой накаливания, а в середине - дневным светом из окна, мы не ощущаем неудобств от смешения разных источников света. При определенной наблюдательности можно заметить разницу в цвете источников освещения, но она не кажется чрезмерной.

Камера же способна настроиться только на какую-то одну цветовую температуру. Поэтому если для освещения сцены используются разные источники света, то либо дневной свет получится насыщенного голубого оттенка, либо свет лампы накаливания будет оранжевым, либо свет флюоресцентной трубки будет казаться зеленым. Считать белым несколько разных источников одновременно камера не может. При съемке их световые различия приходится корректировать, настраивая камеру так, чтобы белым был основной источник.

Цветовая температура измеряется в градусах Кельвина. Шкала Кельвина - это международный стандарт для измерения термодинамической температуры, названной по имени английского физика Уильяма Томсона, лорда Кельвина (1824-1907). Она отсчитывается от абсолютного нуля - теоретической температуры, при которой почти прекращается любое движение молекул. Ноль градусов по шкале Кельвина соответствует -273,15 градусам шкалы Цельсия (-273,15°С). В светотехнике как правило, применяют термин "градусы Кельвина", но в научной литературе теперь говорят "кельвины", а слово "градусы" опускают, т к градусы считают неким искусственным делением.

Солнечному свету соответствует примерно 5600 К, а типичной лампе накаливания для видеосъемки - 3200 К. Важной частью комплекта осветительного оборудования являются пленочные эффектные ацетилцеллюлозные или гелевые светофильтры и корректирующие фильтры, служащие для согласования температур различных источников освещения. Цветовая температура обычных люминесцентных (флюоресцентных) ламп лежит в диапазонах 3600 К (теплый белый свет), 4800 К (лампы дневного света) и 5700 К (холодный белый свет). Флюоресцентный свет имеет мощную зеленую составляющую, которая многим не нравится. Но специальные цветные гелевые фильтры позволяют преобразовать его так, чтобы он соответствовал дневному или освещению от ламп накаливания. Заметим, что цветовая температура даже одного источника света может меняться в очень широких пределах. Например, у солнечного света она зависит от широты, времени года и погодных условий. Флюоресцентные лампы выпускаются с несколькими базовыми значениями цветовой температуры, а у лампы накаливания она меняется в процессе ее старения. Поэтому в видеокамере необходимо как можно чаще вручную настраивать баланс белого (white balance).
А почему бы не воспользоваться автоматической настройкой баланса белого, которую имеют многие видеокамеры? Дело в том, что, хотя сегодня эта функция стала работать гораздо лучше, чем раньше, все равно она может создавать проблемы при смешении разных цветовых температур. Автоматическая регулировка настраивает камеру на доминирующий источник света. Например, при съемке панорамой в помещении, где есть источники с разными цветовыми температурами, баланс цвета в процессе панорамирования будет заметно изменяться. Если в сцене есть дверь, открытая наружу, то камера может внезапно перестроиться на голубой наружный свет, и при этом все, что находится в помещении, примет желтый оттенок. Чтобы добиться лучшего результата, настройте баланс белого видеокамеры по основному источнику света. Именно эту цветовую температуру в пределах сцены видеокамера будет передавать белым. Для настройки направьте камеру на белую тест-поверхность (карточку), освещенную этим источником, и нажмите кнопку баланса белого. Камера точно настроится на нужную цветовую температуру. В старых моделях профессиональных камер требовалось также настраивать баланс черного, но в новых это совсем не обязательно.