Обсуждение программных и аппаратных технологий, испольуемых в фото- и видеосъёмке.

[nutsey]

Назрела необходимость осветить ряд фундаментальных и не очень вопросов, связанных с устройствами фото- и видеосъёми (автомобильные регистраторы, экшн-камеры, камеры видеонаблюдения и т.д.). Хотелось бы обсудить, например, суть и принципы таких технологий, призванных улучшить возможности камер и качество изображения:

• улучшение динамического диапазона картинки при помощи HDR и WDR,
• многослойное просветление оптики,
• влияние размеров пикселя и сенсора,
• применимость классичиских понятий и терминов к современным цифровым устройствам,
• ИК-, УФ- и поляризационный фильтр,
• "шумодав" против "шарпа" или как бороться с "акварелью",
• природа шумов на цифровых камерах,
• видеокодеки: битрейт, структура GOP, деблокинг и квантизация,
• что такое "смаз" и как его готовить,
• цветовые пространства и диапазоны RGB.

Постараюсь тут ниже в краткой форме постепенно излагать своё видение по этим пунктам. Буду рад дискуссии и новым идеям для обсуждения и разбора.

[nutsey]

HDR и WDR

С терминами HDR (high dynamic range) = "высокий динамический диапазон" и WDR (wide dynamic range) = "широкий динамический диапазон" возникла некоторая путаница. Виновата в этом в том числе и компания Сони (крупнейший производитель CMOS сенсоров), которая для обозначения технологии расширения динамического диапазона при помощи объединения двух и более кадров сначала использовала аббревиатуру WDR, а затем перешла на HDR. По всей видимости сделано это было для того, чтобы дистанцироваться от малоэффективного в большинстве случаев программного улучшения картинки, которое по сути заключается в снижении контраста изображения и визуально способно лишь ненамного улучшить детали в тенях и пересветах. Этот программный трюк, всё чаще называемый WDR, получил распространение во второй половине 2010-х годов, когда маркетологи нашли очередной возможный способ придать привлекательности продуктам, в основе которых лежит не самое топовое железо, неспособное на настоящий "железный" HDR.

[nutsey]

Сколько света на самом деле доходит до сенсора на примере автомобильного регистратора.

Будем рассуждать в показательных и удобных величинах. В люксах и ступенях экспозиции. Итак, порядок потерь следующий:

1. Неидеально чистое лобовое стекло с лёгкой заводской тонировкой в массе и нитями подогрева -0.5EV.
2. Недорогой CPL фильтр -1.5EV (без учёта отражений).
3. Объектив -2.0EV.
4. IR-cut фильтр -0.5EV.
5. Low-pass и/или защитный фильтр на сенсоре -0.5EV.

Несложная арифметика позволяет вывести суммарное значение в целых -5EV потерь светового потока. Для понимания сути за ориентир возьмём 10000 люкс (освещение в тени при ярком солнечном дне), откат на 5 ступеней эквивалентен 312,5 люкс, что близко к условиям непосредственно перед восходом или сразу после заката солнца. Таким образом получается, что на самом деле среднестатистический автомобильный регистратор яркий солнечный день "видит" как самую яркую фазу сумерек. При таком раскладе даже малейшее уменьшение освещённости в кадре (например, проезд под кроной дерева) будет приводить к тому, что автоматика камеры будет переключаться на длинные выдержки и высокое усиление сигнала, приводя к появлению шумов и смазов. Для уменьшения подобных эффектов можно порекомендовать отказ от использования дополнительных покрытий лобового стекла (атермальные, тонировочные, защитные и прочие плёнки), применение качественных CPL-фильтров с улучшенными оптическими свойствами, а также переход на более светосильную оптику.