Зачем нужно HDR видео
В каждый момент времени нервную систему человека возбуждает астрономическое количество сенсорной информации, которую он получает через органы чувств. Мы живем в видимом мире, каждое мгновение которого отличается от предыдущего, нас окружает бесконечное разнообразие звуков и запахов, мы постоянно осязаем мир кожей и вкушаем его вкус.
Однако наша центральная нервная система (ЦНС) способна обработать лишь небольшую часть сенсорных признаков, поскольку возможности когнитивных систем «высшего уровня» обрабатывать эту информацию ограничены. Если бы мозг пытался обработать всю информацию, которую способен получить через систему восприятия, человек бы попросту сошел с ума.
Экспериментальный психолог Эдвинг Боринг сформулировал эту особенность восприятия следующим образом:
Задача восприятия - в том, чтобы экономить мыслительную деятельность. Оно отбирает и определяет то, что непреходяще и, следовательно, важно для выживания и благополучия организма.
Современный подход к проблемам внимания сформировался в 1958 году, когда британский психолог Дональд Бродбент написал в своей нашумевшей книге «Восприятие и коммуникация», что восприятие есть результат работы системы обработки информации с ограниченной пропускной способностью.
В учебнике «Когнитивная психология» профессор Невадского университета Солсо Роберт пишет:
Иконическое, эхоическое и другие хранилища информации позволяют нам выделять только существенную информацию и подвергать ее дальнейшей обработке. Сами ограничения нервной системы человека препятствуют тому, чтобы из нашего кратковременного сенсорного хранилища записывалась вся информация или ее большая часть.
Развитие кратковременных сенсорных хранилищ, как и других, менее четко определенных, видов хранения, возможно, было составной частью эволюции человека. Функционирование их в качестве механизмов выживания является чисто умозрительным, но вполне правдоподобно, что они позволяют нам воспринимать «все» и при этом обращать внимание только на существенные компоненты перцептов, образуя тем самым наиболее экономичную систему. Сенсорное хранение дает нам время для извлечения важных признаков с целью их последующей обработки и организации действия.
За последние 70 лет было поставлено множество научных экспериментов, доказавыающих, что ЦНС человека игнорирует лишнюю информацию и обрабатывает (сканирует, фильтрует, кодирует, анализирует, сохраняет, извлекает) только необходимую в данный момент времени. Наиболее известны эксперименты Бонне, Такер, Дестут-Трейси, Джаваль, Найссер, Сперлинг, Морей, Дарвин, Турвей, Краудер, Боринг, Бродбенд, Черри, Грей, Веддерберн, Трейсман и других ученых.
Какую информацию считать важной, а какую второстепенной, определяет внимание, которое наше сознание направляет на сенсорную систему. Например, невозможно полноценно воспринимать речь одновременно двух и более человек или читать одновременно несколько текстов - система восприятия отфильтрует, обработает и, возможно, запомнит что-то одно. Остальная информация не попадет на обработку в ЦНС и быстро затухнет в первичной памяти.
Дополнительные критерии фильтрации формирует так называемое подпороговое восприятие, которое позволяет мгновенно обнаруживать важную информацию, даже если на нее не направлено внимание. Например, услышать своё имя среди большого количества голосов или плач своего ребенка. Подпороговое восприятие способно даже пробуждать сознание, если оно находится в выключенном состоянии (сон).
Сколько стопов видит глаз
Визуальная система восприятия человека точно также ограничена диапазоном внимания, через которое способна пропускать и обрабатывать информацию. В первую очередь к нему относятся направление взгляда, фокусировка и динамический диапазон яркостей сцены.
Известно, что здоровый человек способен воспринимать около 24 Ev (стопов экспозиции). Это максимальный, то есть теоретически возможный динамический диапазон с полной переадаптацией глаза. Иными словами, человек способен видеть почти в полной темноте и вместе с тем в области яркого источника света (солнца), но не одномоментно. Для того, чтобы воспринять столь огромную разницу яркостей, глазам требуется адаптация на протяжении нескольких (до 6) часов.
При этом сцена на очень ярком солнце в южных широтах имеет максимальный динамический диапазон около 17 Ev. Для того, чтобы разглядеть информацию и в ярких областях, и в глубоких тенях, глазу требуется адаптация по части сцены. То есть при направлении внимания на света и тени пройдет от несколько секунд до нескольких минут, прежде, чем система «глаз-мозг» начнет различать соответствующие детали. При этом способность различать детали в противоположном яркостном диапазоне будет временно утрачена.
Одномоментно, то есть без адаптации по части сцены, человек может воспринимать яркости в диапазоне максимум 10 Ev.
При этом комфортное (без перегруза ЦНС) восприятие происходит в диапазоне 5-7 Ev, что соответствует входному динамическиму диапазону слайдовых фото/кино пленок, а также проекции в кинозале и фотографическому отпечатку на бумаге.
Технология SDR
Видео стандартного динамического диапазона (SDR) - это классический формат кино, когда зрителю предъявляется изображение, соответствующее 6-10 Ev диапазона яркостей сцены. При этом изображение может быть воспроизведено на устройстве с большим динамическим диапазоном, в этом случае исходный диапазон сцены растягивается до более контрастного. Но дополнительной информации в светах и тенях для системы восприятия зрителя при этом не добавляется.
Где именно на экране находится важная для зрителя информация, определяет режиссер, который достигает своей задумки в процессе съемки с оператором-постановщиком и цветокоррекции с колористом.
Например, в случае печати негативной пленки на позитивный принт-фильм общая экспозиция печати выставляется так, чтобы выделить сюжетно важные элементы сцены. Остальные области (например, тени) могут при этом провалиться (и часто проваливаются), что помогает направить внимание зрителя в нужное место.
Таким образом SDR - это технология для решения художественных задач кино, где вниманием зрителя управляют создатели фильма в соответствии со своей творческой задумкой.
Технология HDR
Появившаяся не так давно и активно развиваемая в наше время технолония расширенного динамического диапазона (HDR) значительно превышает возможности одномоментного восприятия человека. Она позволяет демонстрировать зрителю изображение не только в диапазоне 13 Ev и более, но и при определенных технологиях съемки и колоргрейдинга - соответствующее такому же диапазону яркостей снимаемой сцены.
Использовать технологию HDR можно как исключительно в прикладных целях, так и для решения художественных задач.
1. Прикладные задачи HDR
В том случае, когда HDR используется для передачи максимально широкого диапазона яркостей сцены, глаз человека имеет дело с огромным количеством избыточной информации, точно также, как и при рассматривании объектов и сцен в реальном мире. Соответственно, сенсорная система зрителя вынуждена работать аналогичным образом и самостоятельно отфильтровывать лишнюю, перегружающую ЦНС визуальную информацию.
Таким образом, технологию HDR можно рассматривать как способ максимально правдоподобного воспроизведения реальности.
С этой точки зрения технология HDR может весьма эффективно использоваться для решения сугубо прикладных задач. Например, для познавательных телепередач о дикой природе, когда зрителя можно как бы перенести в определенное (как правило, самому ему недоступное) место и предоставить самостоятельно разглядывать и изучать окружающую «действительность».
В этом случае режиссеры (скорее, продюсеры) и операторы решают не столько творческие, сколько технические задачи максимально точного воспроизведения сцен, а вниманием зрителя управляет он сам.
Логичным продолжением этого подхода является совмещение HDR-технологии и 3D-видео, когда зритель может не только самостоятельно определять, будет ли он рассматривать детали в глубоких тенях или ярких светах, но и менять направление взгляда (то есть «вертеть головой» в любую сторону).
Если пойти еще дальше, то следующим этапом можно было бы, например, создать карту точек съемки и дать зрителю также возможность «ходить ногами» в разных направлениях.
2. Художественные задачи HDR
Если говорить о технологии HDR как о PQ-based формате материалов (HDR10, HDR10+, Dolby Vision), то ее важной особенностью является возможность управлять финальными яркостями изображения на мониторе (телевизоре) зрителя.
Таким образом, авторы могут снимать кино в традиционном SDR-диапазоне, а затем размещать его в той части диапазона HDR, которая соответствует их художественной задумке. То есть управлять абсолютными (а не относительными) яркостями изображения.
Действительно, такой подход дает дополнительные возможности для решения художественных задач, потому что в случае PQ авторы кино более точно управляют вниманием зрителя.
© Павел Косенко
_______________________________________________________
Я в соцсетях: ЖЖ | Youtube | Instagram | Facebook | Вконтакте
Мои телеграм-каналы: Больше грязи | Копилка визуального опыта
Мои бизнес-проекты: Dehancer | СРЕДА | Frameway | Windson
Моя видео-лекция: Как научиться видеть цвет
Моя книга: Живая цифра
Однако наша центральная нервная система (ЦНС) способна обработать лишь небольшую часть сенсорных признаков, поскольку возможности когнитивных систем «высшего уровня» обрабатывать эту информацию ограничены. Если бы мозг пытался обработать всю информацию, которую способен получить через систему восприятия, человек бы попросту сошел с ума.
Экспериментальный психолог Эдвинг Боринг сформулировал эту особенность восприятия следующим образом:
Задача восприятия - в том, чтобы экономить мыслительную деятельность. Оно отбирает и определяет то, что непреходяще и, следовательно, важно для выживания и благополучия организма.
Современный подход к проблемам внимания сформировался в 1958 году, когда британский психолог Дональд Бродбент написал в своей нашумевшей книге «Восприятие и коммуникация», что восприятие есть результат работы системы обработки информации с ограниченной пропускной способностью.
В учебнике «Когнитивная психология» профессор Невадского университета Солсо Роберт пишет:
Иконическое, эхоическое и другие хранилища информации позволяют нам выделять только существенную информацию и подвергать ее дальнейшей обработке. Сами ограничения нервной системы человека препятствуют тому, чтобы из нашего кратковременного сенсорного хранилища записывалась вся информация или ее большая часть.
Развитие кратковременных сенсорных хранилищ, как и других, менее четко определенных, видов хранения, возможно, было составной частью эволюции человека. Функционирование их в качестве механизмов выживания является чисто умозрительным, но вполне правдоподобно, что они позволяют нам воспринимать «все» и при этом обращать внимание только на существенные компоненты перцептов, образуя тем самым наиболее экономичную систему. Сенсорное хранение дает нам время для извлечения важных признаков с целью их последующей обработки и организации действия.
За последние 70 лет было поставлено множество научных экспериментов, доказавыающих, что ЦНС человека игнорирует лишнюю информацию и обрабатывает (сканирует, фильтрует, кодирует, анализирует, сохраняет, извлекает) только необходимую в данный момент времени. Наиболее известны эксперименты Бонне, Такер, Дестут-Трейси, Джаваль, Найссер, Сперлинг, Морей, Дарвин, Турвей, Краудер, Боринг, Бродбенд, Черри, Грей, Веддерберн, Трейсман и других ученых.
Какую информацию считать важной, а какую второстепенной, определяет внимание, которое наше сознание направляет на сенсорную систему. Например, невозможно полноценно воспринимать речь одновременно двух и более человек или читать одновременно несколько текстов - система восприятия отфильтрует, обработает и, возможно, запомнит что-то одно. Остальная информация не попадет на обработку в ЦНС и быстро затухнет в первичной памяти.
Дополнительные критерии фильтрации формирует так называемое подпороговое восприятие, которое позволяет мгновенно обнаруживать важную информацию, даже если на нее не направлено внимание. Например, услышать своё имя среди большого количества голосов или плач своего ребенка. Подпороговое восприятие способно даже пробуждать сознание, если оно находится в выключенном состоянии (сон).
Сколько стопов видит глаз
Визуальная система восприятия человека точно также ограничена диапазоном внимания, через которое способна пропускать и обрабатывать информацию. В первую очередь к нему относятся направление взгляда, фокусировка и динамический диапазон яркостей сцены.
Известно, что здоровый человек способен воспринимать около 24 Ev (стопов экспозиции). Это максимальный, то есть теоретически возможный динамический диапазон с полной переадаптацией глаза. Иными словами, человек способен видеть почти в полной темноте и вместе с тем в области яркого источника света (солнца), но не одномоментно. Для того, чтобы воспринять столь огромную разницу яркостей, глазам требуется адаптация на протяжении нескольких (до 6) часов.
При этом сцена на очень ярком солнце в южных широтах имеет максимальный динамический диапазон около 17 Ev. Для того, чтобы разглядеть информацию и в ярких областях, и в глубоких тенях, глазу требуется адаптация по части сцены. То есть при направлении внимания на света и тени пройдет от несколько секунд до нескольких минут, прежде, чем система «глаз-мозг» начнет различать соответствующие детали. При этом способность различать детали в противоположном яркостном диапазоне будет временно утрачена.
Одномоментно, то есть без адаптации по части сцены, человек может воспринимать яркости в диапазоне максимум 10 Ev.
При этом комфортное (без перегруза ЦНС) восприятие происходит в диапазоне 5-7 Ev, что соответствует входному динамическиму диапазону слайдовых фото/кино пленок, а также проекции в кинозале и фотографическому отпечатку на бумаге.
Технология SDR
Видео стандартного динамического диапазона (SDR) - это классический формат кино, когда зрителю предъявляется изображение, соответствующее 6-10 Ev диапазона яркостей сцены. При этом изображение может быть воспроизведено на устройстве с большим динамическим диапазоном, в этом случае исходный диапазон сцены растягивается до более контрастного. Но дополнительной информации в светах и тенях для системы восприятия зрителя при этом не добавляется.
Где именно на экране находится важная для зрителя информация, определяет режиссер, который достигает своей задумки в процессе съемки с оператором-постановщиком и цветокоррекции с колористом.
Например, в случае печати негативной пленки на позитивный принт-фильм общая экспозиция печати выставляется так, чтобы выделить сюжетно важные элементы сцены. Остальные области (например, тени) могут при этом провалиться (и часто проваливаются), что помогает направить внимание зрителя в нужное место.
Таким образом SDR - это технология для решения художественных задач кино, где вниманием зрителя управляют создатели фильма в соответствии со своей творческой задумкой.
Технология HDR
Появившаяся не так давно и активно развиваемая в наше время технолония расширенного динамического диапазона (HDR) значительно превышает возможности одномоментного восприятия человека. Она позволяет демонстрировать зрителю изображение не только в диапазоне 13 Ev и более, но и при определенных технологиях съемки и колоргрейдинга - соответствующее такому же диапазону яркостей снимаемой сцены.
Использовать технологию HDR можно как исключительно в прикладных целях, так и для решения художественных задач.
1. Прикладные задачи HDR
В том случае, когда HDR используется для передачи максимально широкого диапазона яркостей сцены, глаз человека имеет дело с огромным количеством избыточной информации, точно также, как и при рассматривании объектов и сцен в реальном мире. Соответственно, сенсорная система зрителя вынуждена работать аналогичным образом и самостоятельно отфильтровывать лишнюю, перегружающую ЦНС визуальную информацию.
Таким образом, технологию HDR можно рассматривать как способ максимально правдоподобного воспроизведения реальности.
С этой точки зрения технология HDR может весьма эффективно использоваться для решения сугубо прикладных задач. Например, для познавательных телепередач о дикой природе, когда зрителя можно как бы перенести в определенное (как правило, самому ему недоступное) место и предоставить самостоятельно разглядывать и изучать окружающую «действительность».
В этом случае режиссеры (скорее, продюсеры) и операторы решают не столько творческие, сколько технические задачи максимально точного воспроизведения сцен, а вниманием зрителя управляет он сам.
Логичным продолжением этого подхода является совмещение HDR-технологии и 3D-видео, когда зритель может не только самостоятельно определять, будет ли он рассматривать детали в глубоких тенях или ярких светах, но и менять направление взгляда (то есть «вертеть головой» в любую сторону).
Если пойти еще дальше, то следующим этапом можно было бы, например, создать карту точек съемки и дать зрителю также возможность «ходить ногами» в разных направлениях.
2. Художественные задачи HDR
Если говорить о технологии HDR как о PQ-based формате материалов (HDR10, HDR10+, Dolby Vision), то ее важной особенностью является возможность управлять финальными яркостями изображения на мониторе (телевизоре) зрителя.
Таким образом, авторы могут снимать кино в традиционном SDR-диапазоне, а затем размещать его в той части диапазона HDR, которая соответствует их художественной задумке. То есть управлять абсолютными (а не относительными) яркостями изображения.
Действительно, такой подход дает дополнительные возможности для решения художественных задач, потому что в случае PQ авторы кино более точно управляют вниманием зрителя.
© Павел Косенко
_______________________________________________________
Я в соцсетях: ЖЖ | Youtube | Instagram | Facebook | Вконтакте
Мои телеграм-каналы: Больше грязи | Копилка визуального опыта
Мои бизнес-проекты: Dehancer | СРЕДА | Frameway | Windson
Моя видео-лекция: Как научиться видеть цвет
Моя книга: Живая цифра