por João Castelo Branco

Com a contribuição de Bruno Massao, Rafael Lopes, Rodrigo Bodstein. Com o suporte de Mario Jannini (ARRI).

Assistência de câmera de Tiago Tagawa e maquinária e elétrica de Adriano Martins.

A nits.lab promoveu esse teste da Alexa 35 em parceria com a Arri e a locadora Marc Films.

Esse artigo tem como objetivo apresentar os resultados do teste do sinal da Arri Alexa 35. Estudamos o intervalo dinâmico, a latitude, o nível de ruído em cada índice de exposição, as texturas introduzidas pela Arri e as transformações do espaço de cor e curva gamma Arri LogC4 para SDR e HDR.

Introdução

Esse artigo tem como objetivo apresentar os resultados dos testes laboratoriais do sinal da Alexa 35. Os processos que usamos para avaliar o sinal das câmeras estão descritos no artigo “Metodologia de testes de intervalo dinâmico e de latitude”, no qual discutimos o método que criamos. Para o teste da Alexa 35 passamos a usar valores de código 12 bits como escala de trabalho e não mais a escala IRE. Somente após a análise dos dados convertemos novamente para IRE para facilitar o entendimento do leitor, mas, agora, com uma precisão de mais 2 casas decimais em relação aos testes anteriores. Também usamos um segundo protótipo do chart de ND e, como fonte de luz, utilizamos o Skypanel S60 em 5600k.

O teste foi rodado em MXF/Arriraw. A câmera utiliza um sistema de ISO único e as correções são feitas alterando o EI (Exposure Index), ou “índice de exposição” no menu da câmera. A câmera tem EI de sensibilidade equivalente a ISO 160 a 6400 (aumentando em intervalos de ⅓ de stop) e a partir de EI de ISO 2560 a câmera passa a dar opção de um modo de “Enhanced Sensitivity”, ou sensibilidade aprimorada.

Uma das principais perguntas ao testarmos uma câmera é o que acontece com o sinal em termos de intervalo dinâmico e latitude quando corremos escala com a câmera em cada um desses índices de exposição. Para respondermos a essa pergunta, com a Alexa35 optamos por analisar só os números cheios de ISO padrão, 200, 400, 800, 1600, 3200 e 6400. Acrescentamos uma análise do modo “Enhanced Sensitivity” em EI de ISO 3200 e 6400 e comparamos a melhoria do nível de ruído dos “EI” marcados como “ES” com os demais. Também incorporamos ao teste uma análise das texturas que a Arri trouxe como ferramenta na Alexa 35.

Por fim, há uma reflexão sobre a curva LogC4, introduzida junto com a câmera. Nos instigou o fato de a Arri indicar a exposição do cinza médio na curva em 28% IRE. Desde os primeiros estudos da documentação técnica da câmera passamos a nos perguntar o por quê e as implicações de colocar o tom médio em um nível mais baixo da curva. Assim, decidimos analisar as transformações do LogC4 pra curva 2.4 (SDR Rec 709) e para curva PQ (HDR).

Teste de intervalo dinâmico com o chart de NDs

O chart funciona com o auxílio de uma waveform. Expomos de forma a colocar a janela que emite a maior quantidade de luz no limite de clipar o sinal nas altas luzes. A quantidade de degraus até o sinal se confundir com a base de ruído (noise floor) deveria ser o intervalo dinâmico da câmera. Foi feita uma exposição para cada EI (índice de exposição).

Abaixo vemos as waveforms de cada Índice de exposição da câmera. Os valores sobre cada “degrau” na waveform são a diferença em stops a partir da exposição nominal, nosso “0”, que está sempre em 28% IRE, que é onde a ARRI indica expor o cartão cinza 18% de refletância. Os valores já contam com ajustes feitos para compensar os problemas óticos na interpretação do dado luminoso em cada “degrau”. Foi levado em consideração a resposta da câmera aos dados luminosos do chart e a simulação dos níveis da curva LogC4 pelo Davinci Resolve.

É importante notar, como explicado no artigo “Metodologia de testes de intervalo dinâmico e de latitude”, que os dados mais importantes aqui são o ponto de clip (clipping point) e o intervalo que ocupa a base de ruído. A mudança da monitoração para valores de código 12 bits nesse teste (em relação ao uso de valores IRE cheios nos testes anteriores) permitiu que pudéssemos medir com precisão muito maior (de duas casas decimais) esses pontos, sobretudo a espessura da base de ruído. Os dados com os valores exatos de cada degrau foram validados com a ferramenta HDR do DaVinci Resolve, ela também nos ajudou a estabelecer o quanto exatamente cada diferença de nível significa em stops.

Na tabela abaixo vemos as colunas em cinza os valores simulados pelo DaVinci Resolve (em cinza escuro em valor de código 12 bits e em tom claro em IRE) ao lado dos valores fornecidos pela Arri. Em amarelo e laranja são os valores do chart validados pela simulação do DaVinci Resolve com ponto de partida o clipping point (de 100% IRE) e baixando de 1 em 1 stop. Assim, encontramos os níveis exatos para cada degrau do chart.

EI ISO 200

~16 Stops

1 stops na base de ruído

intervalo de +7,3 a -7,7

base de ruído — entre 9,28% e 9,50% — espessura 0,22%

highlight clipping point — 74,22%

EI ISO 400

~16 Stops

~1 stops misturado à base de ruído

intervalo de +8,3 a -6,7

base de ruído — entre 9,28–9,64% IRE — espessura 0,37%

highlight clipping point — 80,64%

EI ISO 800

~17 Stops

~1 stop misturado à base de ruído

intervalo de +9,3 a -6,7

base de ruído — entre 9,28% — 9,84% — espessura 0,56%

highlight clipping point — 87,08%

EI ISO 1600

~17 Stops

+ 1 stop misturado à base de ruído

intervalo de +10,3 a -5,7

base de ruído — entre 9,28% e 10,21% — espessura 0,93%

highlight clipping point — 93,43%

EI ISO 3200

~17 Stops

~1 stop misturado à base de ruído

intervalo de +11,3 a -4,7

base de ruído — entre 9,28% — 10,62% — espessura 1,34%

highlight clipping point — 100%

EI ISO 3200 ES (sensibilidade aprimorada)

~17 Stops

todos descolados da base ruído

nível de ruído geral — chegamos a ver ⅓ de stop a mais no chart

nível de ruído geral quase tão bom quanto EI de ISO 1600

intervalo de +11 a -4,7 (é possível ver um -5 despontando)

base de ruído — entre 9,45% — 10,47% — espessura 1,03%

highlight clipping point — 100%

EI ISO 6400

~16 Stops

2 stop misturados à base de ruído

intervalo de +11 a -3,7

base de ruído — entre 9,03% e 11,01% — espessura 1,98%

highlight clipping point — 100% — highlight (já perde 1 stop na altas)

EI ISO 6400 ES (sensibilidade aprimorada)

~16 Stops

1 stop misturado à base de ruído

nível de ruído geral quase tão bom quanto EI de ISO 3200

intervalo de +11 a -3,7 ( é possível ver um -4 despontando)

base de ruído — entre 9,03% e 10,47% — espessura 1,44%

highlight clipping point — 100% (já perde 1 stop na altas)

Gráfico de intervalo dinâmico

Resumindo essas informações em um gráfico temos o seguinte:

Teste de intervalo dinâmico correndo escala

Para esse teste usamos como fonte de luz um Skypanel S60 e um Orbiter. Usamos uma Arri/Zeiss Master Prime 50mm como objetiva. Demos prioridade para correr a escala pelo diafragma, em seguida, ao esgotar as possibilidades de abertura, partimos para o obturador e nas exposições mais escuras cortamos ainda 1 stop no dimer das fontes de luz (medidos pelo fotômetro e o pela waveform).

EI de ISO 200

Clipamos com pouco mais de 8 stops de exposção, contra +7,3 na medida com o chart validado no DaVinci Resolve, como vimos na sessão anterior do artigo.

Com -7 stops os niveis do cartão já encostam com a base de ruído — como vemos na waveform ao lado da “expo -7”, muito semelhante ao percebido no chart de ND, no qual marcamos em -7,7 stops o ponto no qual o sinal enterra.

EI de ISO 400

Em EI de ISO 400 também tivemos cerca de +1 stop a mais do que a medida no chart de NDs.

Aqui, com -7 stops os niveis do cartão já encostam com o noise floor. Também se repete o fenomeno de termos uma leitura semelhante a do chart de ND, em que marcamos -6,7 stops válidos.

EI de ISO 800

Em EI de ISO 800 seguimos a tendencia e tivemos cerca de +1 stop a mais do que a medida no chart de NDs.

Em EI de ISO 800, percebemos os níveis do cartão cinza enconstarem na base de ruído com -7 stops de exposição. No teste do chart de ND também tivemos uma leitura parecida nas baixas — com -6,7 stops válidos. Curiosamente também se repete o fenomeno do sinal encostar no noise floor em um ponto semelhante ao EI de ISO 400.

EI de ISO 1600

Em 1600 seguimos a tendencia e tivemos cerca de +1 stop a mais do que a medida no chart de NDs.

Em EI de ISO 1600, com -6 stops os niveis do cartão já encostam com o noise floor. No teste com o chart a leitura também foi semelhante, a mistura completa do sinal com o base de ruído se deu em EI 1600, com -5,7 stops válidos.

EI de ISO 3200

Em 3200 tivemos cerca de +2/3 stop a mais do que a medida no chart de NDs.

Em EI de ISO 3200, com -5 stops os niveis do cartão já encostam com o noise floor. No teste com o chart de NDs contamos -4,7 stops vlidos na baixas.

EI de ISO 6400

Assim como em EI 3200, em 6400 tivemos cerca de +2/3 stop a mais do que a medida no chart de NDs.

Em EI de ISO 6400, com -4 stops os niveis do cartão já encostam com o noise floor. No chart de ND contamos -3,7 stops válidos nas baixas.

Sobre a diferença entre teste com o chart e o teste com stand-in

Nas altas luzes tivemos 1 stop a mais de margem entre o teste com chart e com a exposição num cenário real. Esse fenômeno já foi percebido em outros testes e atribuímos a perda de contraste com a passagem da luz pela objetiva. No teste com o chart nós compensamos essa perda, já aqui não faria sentido. Nos índices de exposição (EI) de ISO 3200 e 6400 a perda é de somente 2/3, isso se deve ao fato de que não havia mais a margem de 1 stop para o sinal clipar, assim ele clipa antes.

Nas baixas luzes a diferença com o teste de NDs foi de cerca de 1/3 de stop, o que consideramos como muito pequena, ao passo que estamos analisando a partir da representação visual dos níveis na waveform.

Ainda que esse teste seja interessante, porque demonstra o comportamento do sinal em uma situação real de filmagem, evitamos colocar uma tabela com indicação do intervalo dinâmico medido com esse método, porque essas medidas iriam mudar sensivelmente caso utilizássemos outra objetiva ou até mesmo outro cartão cinza. Recomendamos usar a tabela feita no teste laboratorial com o chart para contar o intervalo dinâmico da câmera. Contudo, ainda assim podemos ver a semelhança dos resultados, que aponta para a capacidade fenomenal da câmera em responder às altas luzes.

Latitude

O teste de latitude mede a capacidade do sinal em aguentar correções de nível. O nível considerado aceitável foi estabelecido durante o teste da Sony Venice 2 e seguimos usando um nível de ruído semelhante como parâmetro. Nas altas o critério é objetivo, pois contamos ponto onde o sinal clipa.

Latitude EI de ISO 200

Latitude nas altas

• +6 — clipa branco (N 9.5/ Munsell Notation)
• +7 — clipa os tons de pele branca
• +8 —quase clipa o cartão cinza (falta >1/3 de stop)

Latitude nas baixas

• -4 —nível de ruido aceitável
• -7 — ruído da base atinge tons médios

Latitude EI de ISO 400

Latitude nas altas

• +7 — clipa branco (N 9.5/ Munsell Notation)
• +8 — clipa os tons de pele branca
• +9 — quase clipa o cartão cinza (falta >1/3 de stop)

Latitude nas baixas

• -3 — nível de ruido aceitável
• -6 — ruído da base atinge tons médios

Latitude EI de ISO 800

Latitude nas altas

• +8 — clipa branco (N 9.5/ Munsell Notation)
• +9 — clipa os tons de pele branca
• +10 — quase clipa o cartão cinza (falta >1/3 de stop)

Latitude nas baixas

• -2 — nível de ruido aceitável
• -5 — ruído da base atinge tons médios

Latitude EI de ISO 1600

Latitude nas altas

• +9 — clipa branco (N 9.5/ Munsell Notation)
• +10 — clipa os tons de pele branca
• +11 — quase clipa o cartão cinza (falta >1/3 de stop)

Latitude nas baixas

• -1 — nível de ruido aceitável
• -4 — ruído da base atinge tons médios

Latitude EI de ISO 3200

Latitude nas altas

• +10 — clipa branco (N 9.5/ Munsell Notation)
• +11 — clipa os tons de pele branca
• +12 — quase clipa o cartão cinza (falta >1/3 de stop)

Latitude nas baixas

• A exposição regular é o limite do nível de ruido aceitável
• -3 — ruído da base atinge tons médios

Latitude EI de ISO 6400

Latitude nas altas

• +11 — clipa branco (N 9.5/ Munsell Notation)
• +12 — clipa os tons de pele branca
• +13 — quase clipa o cartão cinza (falta >1/3 de stop)

Latitude nas baixas

• +1 — nível de ruido aceitável (a exposição regular produz resultado insatisfatório, contudo a superexposição em 1 stop corrigida na pós resolve o problema)
• -2 — ruído da base atinge tons médios

Gráfico de latitude

Esses níveis de latitude podem ser resumido no seguinte gráfico:

Comparação de nível de ruído em cada ídices de exposição

No teste de latitude já convencionamos o limite do nível de ruído aceitável do EI de ISO 3200 (já baseado nos níveis de testes anteriores). Em 6400 já consideramos a exposição regular com um nível demasiadamente alto.

Podemos perceber aqui o comportamento da ferramenta de redução de ruído da Arri, que faz com os EI chamados de “enhanced sensitivity” (ES) sejam, de fato uma alternativa interessante. Notamos que tanto o 6400 ES quanto o 3200 ES são sensivelmente melhores que o 6400 e o 3200 sem o tratamento nativo de ruído.

Nas waveforms acima podemos comparar o nível de ruído de EI 3200 com 3200 ES e 6400 com 6400 ES. A espessura menor dos degraus e da base de ruído dos testes com o modo ES ativado demonstra que há, de fato, menos ruído. Impressiona o fato de ganhar um degrau (1 stop) de sinal descolado da base de ruído.

Contudo, percebemos também que os índices de exposição (EI) com o modo ES ativados não são tão limpos quanto o EI anterior. Ou seja, 6400 ES é melhor que o 6400, mas não tão bom quanto o 3200 e o 3200 ES é melhor que o 3200, mas não tão bom quanto o 1600.

A impressão que temos visivelmente nas imagens da nossa stand-in pode ser verificada de maneira mais exata se comparamos a espessura da base de ruído de cada índice de exposição.

Texturas

Na Alexa 35 a Arri implementou uma série de texturas, que, na prática, parecem as emulações de grão, presentes nos principais softwares de finalização de imagem. Diferente destas ferramentas, as texturas da Arri são aplicadas à imagem ainda na câmera. Elas não são metadados que irão se incorporar ou não na pós-produção, são texturas que ficam “queimadas” na imagem desde que o rec é ligado. Uma explicação mais detalhada pode ser encontrada no white paper da Arri sobre as texturas.

Segundo a Arri, sempre há alguma textura aplicada à imagem, sendo que a padrão seria a que eles chamam de “K445”. Seguem os exemplos com as texturas que já vem instaladas na câmera:

Para aqueles que gostam e sentem falta do grão da película de cinema essas texturas podem agradar. Além disso, nos fluxos de trabalhos de pós-produção atuais, é comum o uso de emulação de grão. Acrescentar o grão à imagem pode ser muito útil para normalizar um nível único de ruído, que dê unidade ao filme, com uma textura que é tida como mais agradável do que o ruído digital.

Com as texturas, esse tipo de opção pode ser feito pelo fotógrafo no momento da filmagem. Mas fica como questão a real vantagem de queimar na imagem um atributo que pode ser incorporado com precisão por ferramentas já tão populares na pós-produção.

Sobre as transformações do LogC4 para espaço de display

Durante os testes o nível baixo de exposição recomendado pela para expor o LogC4 em 28% IRE chamou muito a atenção. Primeiro porque é sem precedente uma curva gamma intermediária (log) com valores em si tão baixos para a exposição do cinza médio. Mas também porque fizemos a transformação para curva 2.4 (em um display Rec 709) e para PQ (em um display calibrado em 2020 limitado em P3) e nos dois casos o resultado nos pareceu um pouco abaixo do que esperado para uma transformação como estamos acostumados com outras câmeras, incluindo as gerações anteriores de câmera da Arri.

Transformação Para SDR

Transformação Para HDR

Vale notar que nos exemplos abaixo, as imagens com transformações vão de LogC4 para curva PQ em espaço de cor Rec 2020, o que faz com que as imagens irão parecer lavadas ao serem visualidas em uma tela de computador. Também é importante perceber que os valores não estão mais na escala IRE, mas em nits, que uma escala que marca a quantidad e luz emitida pelo display. É uma medida mais adequada para a monitoração da curva PQ, que tem valores exatos de luminãcia para cada valor de código tonal.

Nota sobre as transformações e os resultados esperados

Quando usamos os processos mais comuns de transformação de espaço de cor e curva gamma — o LUT do fabricante, o Color Space Transform (CST) do DaVinci Resolve ou o ACES — os valores IRE após a transformação para Rec 709 — curva 2.4 — ficaram abaixo dos 40% IRE. Nas transformações para HDR, curva PQ, as transformações ficaram abaixo dos 15 nits. Esses níveis, em especial no HDR, nos pareceu ligeiramente mais escuros do que esperávamos.

Como forma de checar esses valores, removemos o “forward OOTF” do Color Space Transform, que serve para compensar perceptualmente a imagem para o display, e os valores estavam corretos.

Notamos que, com os processos de transformação padrão para espaço de display os níveis ficam mais próximos do esperado com cerca de mais 0,5 stop de exposição em SDR. Assim, ajustando o cartão cinza em 31% IRE, temos resultados mais próximos de 45% IRE em Rec 709.

Já nas transformações padrão para HDR (curva PQ em Rec 2020), percebemos os níveis ficam mais próximos do esperado com cerca de mais 1 stop de exposição. Para obter esse resultado temos que expor o cartão cinza a 34% IRE. Assim conseguimos um cinza médio mais próximo dos 28 nits num display calibrado em HDR.

Conclusão e algumas notas sobre as tabelas, as referências e as implicações técnicas do comportamento da curva LogC4

Importante dizer que a Arri publicou em Novembro de 2022 um documento com as especificações técnicas do LogC4 os valores são muito semelhantes aos que encontramos aqui. O ponto em que o sinal enterra foi exatamente o mesmo que encontramos, 380 em valor de código 12bits ou 9,28% IRE. Esse é o ponto exato onde identificamos como o limite inferior da base de ruído. No entanto, se olharmos a tabela da Arri na converção em stops (a cada 1/3 de stop) o valor mais baixo da tabela é o de -6 1/3 stops, em 9,99% IRE . Na tabela onde a referência de conversão é a cada 1% IRE, temos o valor de 10% como -6,3 stops, e logo em seguida, na primeira casa o valor da base ruído a 9,28% IRE, descrito apenas como “Black” (sem identificar o quanto em stops cabe nesse intervao).

O que notamos é que a curva LogC4 é extremamente achatada quando se aproxima da base:

Enquanto na parte superior da curva, acima do cinza médio a progressão é bem linear, com a diferença entre stops de cerca de 6,5% IRE, esse intervalo diminui rapidamente conforme baixamos do tom médio . Entre -3 e -4 estamos com uma diferença de 2,32%; entre -4 e -5 de 1,42%; entre -5 e -6 já estamos em 0,81%. Olhando a tabela acima podemos supor que a diferença entre -6 e -8 stops é mínima em valores IRE. Tanto no teste com stand-in, quanto no teste com o chart de NDs chegamos ao número de cerca de 2 stops entre 9,28% e 10% IRE.

Na simulação do DaVinci Resolve, que é o dado mais preciso que temos (que não tem a inferferencia ótica e nem o risco de erros de exposição), o sinal para de modular em exatos -8,30 stops, ao alcançar 9,28% IRE (389 em valor de código 12bits).

Isso reforça a ideia defendida pela Arri de que não se deve usar codecs inferiores a 12 bits para manipular e arquivar materiais filmados em LogC4, caso contrário a diferença tonal na baixas seriam demasiadamente pequenas.

Há um benfício óbvio em fotografar em EI de ISO 200 em relação a quantidade geral de ruído, é fato que temos um sinal mais limpo expondo nesse EI. Contudo, mesmo com o Arriraw rodando com 13 bits, em termos de informação aproveitável nas baixas. Talvez o benefício de termos informção abaixo de 10% IRE não seja uma grande vantagem, uma vez que em termos de quantidade de informação temos muito pouca diferença tonal e em troca perdemos um boa quantidade informação nas altas luzes.

O contrario também poderíamos ponderar em relação ao EI de ISO 6400. Às custas de termos apenas 3,7 stops abaixo do cinza médio, esse índice de exposição terá os mesmos 11,3 stops de alcance das altas do que o EI de ISO 3200, porque o sinal irá igualmente clipar ao alcançar esses 11,3 em 100% IRE. Em relação ao EI de ISO 200 aqui temos ainda a desvantagem da quantidade maior de ruído.

A antiga curva LogC da Arri nos dava +/- 7 stops para cada lado, o que era muito interessante para transformações para SDR, que entrega menos de 4 stops para cada lado (altas e baixas) após a transformação para espaço de display (gamma 2.4 em Rec 709).

Com as escolhas e possibilidades técnicas da Alexa 35, de captura da imagem a 18 bits linear, processadas com o Arriraw de 13 bits e com a curva LogC4, a Arri conseguiu garantir um intervalo dinâmico impressionante e uma quantidade sem precedente de informação nas altas luzes: +9,3 stops em EI de ISO 800, +10,3 em 1600 e +11,3 em ISO 3200.

Esse caminho trilhado pela Arri parece muito interessante pensando no desenvolvimento da tecnologia HDR. A curva PQ dará cerca de 7 stops de intervalo dinâmico para as baixas até alcançar o preto puro num display ideal. Já nas altas alcaçamos os 1000 nits com cerca de +5 stops. Mas esse é o ponto da tecnologia HDR em 2023 nas melhores telas encontradas no mercado consumidor. Em breve, telas alcançarão os 4000 nits, então poderemos chegar aos +8 stops nas altas luzes. Quando chegarmos lá, a Alexa 35 e as imagens produzidas por ela, ainda serão uma possibilidade técnica contemporânea.

por João Castelo Branco

Com a contribuição de Bruno Massao, Rafael Lopes, Rodrigo Bodstein e suporte de Tiago Willveit (Aputure), Felipe Rodrigues (Sony), Julia Yoko e Nelson Kao.

Esse artigo tem como objetivo apresentar os resultados do teste de intervalo dinâmico e latitude da Sony Venice 2.

A nits.lab promoveu esse teste da Sony Venice 2 8k em parceria com a Sony, que trouxe a câmera e apoio técnico; a Aputure que veio com a luz e apoio técnico; a Canon, que entrou com as objetivas e a locadora Marc Films, que cedeu o espaço e toda sua infra-estrutura. Se somaram à nits neste projeto os amigos Nelson Kao e Julia Yoko.

Esse é o primeiro de muitos testes promovidos pela nits.lab. Ele inaugura esse canal aqui no Medium, onde publicaremos nossas pesquisas na área de tecnologia e estética da imagem técnica no audiovisual. A nits surgiu no meio de uma pesquisa para a criação de um fluxo de trabalho em HDR, então esse tema será recorrente por aqui.

Recebemos a Venice 2 da Sony para teste com muito entusiasmo, porque precisamos de uma câmera para um projeto de longa metragem de suspense, com uma fotografia essencialmente low key, que idealmente deveria ser clinicamente limpa nas sombras, para que os menores vultos assustadores não se confundam com a base de ruído, que costuma estar presente nas zonas escuras da imagem digital. A imagem síntese dessa busca é uma cena iluminada apenas com luz de velas, na qual o fogo da vela toque o branco especular da curva gamma HDR (a curva PQ) e as zonas escuras, que são a maior parte da imagem, aproveitem os detalhes nas baixas luzes que essa tecnologia nos oferece. Resumindo, precisamos de um intervalo (ou alcance) dinâmico alto, com boa resposta nas baixas luzes e com baixo índice de ruído. A câmera parece uma forte candidata para o projeto. Por isso, nosso objetivo principal é avaliar o intervalo dinâmico da câmera, é testar os limites desse equipamento!

No artigo “Metodologia de testes de intervalo dinâmico e de latitude” discutimos o método que temos elaborado para avaliar o sinal de uma câmera. Nesse artigo sobre o método usamos como estudo de caso esse mesmo teste da Venice 2, assim os interessados em saber os resultados mais gerais do teste e entenderem como ele foi elaborado podem ler diretamente o outro texto.

A Sony Venice 2 trabalha com dois ISOs nativos, 800 e 3200. Escolhendo o ISO que se quer trabalhar podemos escolher o índice de exposição (EI) de até -2 stops pra cima e pra baixo, ou seja no ISO base 800 podemos escolher entre os EI ISO 200, 400, 800, 1600 e 3200. Na base 3200 as opções são EI ISO 800, 1600, 3200, 6400, 12800.

Teste de intervalo dinâmico com o chart de NDs

O chart funciona com o auxílio de uma waveform. Expomos de forma a colocar a janela que emite a maior quantidade de luz no limite de clipar o sinal nas altas luzes. A quantidade de degraus até o sinal se confundir com a base de ruído (noise floor) deverá ser o intervalo dinâmico da câmera. Foi feita uma exposição para cada ISO nativo e cada EI (índice de exposição) disponível na câmera.

Abaixo temos a leitura das waveforms de todas as exposições. Nos degraus mais altos já compensamos a perda a perda de contraste ótico causada pela quantidade de luz nas objetivas (ver o artigo sobre a metodologia para entender o que consideramos um stop válido).

Dessa leitura fizemos um relatório com a seguinte tabela:

Esse relatório, por sua vez gerou um gráfico de intervalo dinâmico assim:

Podemos perceber como se comporta o sinal em cada EI da câmera e como podemos compará-los. A região em laranja indica que o sinal já encostou na base de ruído e a vermelha os pontos onde o sinal já está bem enterrado na base de ruído.

Interessante perceber que a câmera responde melhor para as baixas luzes do que para as altas nos ISOs base, onde temos a melhor relação sinal/ruído temos +6 stops pra altas (o que não é pouca coisa), mas vemos -8/9 stops para as baixas — desses 7 bem limpos, que já não encostam na base de ruído.

Nas altas o ponto de clipping vai subindo matematicamente a medida que aumentamos o índice de exposição (EI), e os níveis se repetem de forma idêntica nos dois ISOs base. Nas baixas, não poderíamos esperar uma evolução exata do sinal, pois a com subexposições de -7, -8,-9 e -10 stops as diferenças tonais (diferenças de resposta do sinal) ficam muito sutis, já no pé da curva log. Soma-se a isso o fato do nosso critério ser a separação dos degraus em relação a base ruído, então não temos um ponto onde o sinal acaba, ao invés disso temos um sinal cada vez mais misturado com o ruído. Ainda assim, vemos na sequencia que o sinal também vai perdendo informação nas baixas conforme aumentamos o EI.

Teste de intervalo dinâmico correndo escala

O teste de exposição correndo escala não é uma ferramenta muito precisa para medirmos o intervalo dinâmico, mas é bastante interessante para vermos como o sinal se comporta numa situção real de filmagem. Sobretudo nos extremos de superexposição e subexposição. Vejamos esses extremos emcada índice de exposição.

ISO base 800 com EI de ISO 200

ISO base 800 com EI de ISO 400

ISO base 800 com EI de ISO 800

ISO base 800 com EI de ISO 1600

ISO base 800 com EI de ISO 3200

ISO base 3200 com EI de ISO 800

ISO base 3200 com EI de ISO 1600

ISO base 3200 com EI de ISO 3200

ISO base 3200 com EI de ISO 6400

ISO base 3200 com EI de ISO 12800

Teste de Latitude.

Latitude é a elasticidade do sinal de vídeo, é o quanto conseguimos manipular, ou ajustar o sinal produzindo resultados aceitáveis.

Superexposição

Podemos observar com a evolução dos planos superexpostos, que ao corrigirmos o que fazemos é trazer para baixo o ponto de clipping da imagem, Assim vamos perdendo aos poucos informação e textura nas zonas mais altas da imagem. O fenômeno irá se repetir em todos os EI conforme veremos no ISO base 800 com EI 800:

Acima está a exposição regular, reparem que o ponto mais claro da imagem é o nosso padrão branco do colorchecker (que é conhecido como branco 90%, que em geral é nossa referência de branco difuso).

Com +2 stops de superexposição corrigidos a waveform ainda está igual, nem o nosso branco difuso alcançou o ponto de clipping.

Com +3 percebemos que o ponto de clipping baixou já achatando o branco 90% e o branco da claquete, que estava logo abaixo. Mas as zonas mais claras dos tons médios ainda estão preservadas.

Com +4 reparamos que o ponto de clipping segue descendo e já alcança as zonas mais claras da pele. Analisando apenas a imagem vemos as cores ficarem estranhas das áreas de brilho da testa. Estamos monitorando pela waveform apenas do canal de luminância, o que faz parecer que essa região ainda não tenha clipado, mas vejamos a waveform RGB:

Vemos que o ponto de clipping já alcança o canal vermelho nas áreas de brilho da testa. É interessante notar que os canais de cor começam a clipar em pontos diferentes. Isso provoca resultados de cor, via de regra, indesejados. Por esse motivo, notamos que os padrões de cor do colorchecker já sofrem grave distorção cromática. Portanto, esse nível de superexposição de 4 stops já não é considerado aceitável para este índice de exposição (EI), mesmo que o clipping point ainda não tenha atingido o cartão cinza. Assim o último stop considerado como aceitável de superexposição foi o ponto de clip do branco difuso (90%).

Mas se continuarmos superexpondo o ponto de clip irá alcançar a marca do cartão cinza 18%, que é nossa referência de exposição. Consideramos esse o ponto limite clip da imagem:

Subexposição

Caminhado para a subexposição o fenômeno muda completamente. Ao corrigirmos o que fazemos é retirar elementos enterrados da base de ruído, aumentando assim a presença do ruído no restante da imagem, que cada vez se aproxima mais dos tons médios e em seguida de toda a imagem. Outro fenômeno interessante é que até certo nível de correção não notamos mudanças significativas na reprodução das cores, até que em algum momento o sinal se deteriora de tal forma que a resposta cromática fica bastante comprometida. Vamos ver no ISO nativo 800 a evolução da subexposição de -1 a -9 stops corrigidas na pós:

Fica claro pela imagem e pela waveform ver o ruído subindo da base para os tons mais claros. A partir do -6 stops temos uma distorção cromática acentuada e reparamos a continuidade da faixa de ruído que passa a se estender de 0% IRE até a área do cartão cinza na waveform. Assim consideramos esse o ponto de clipping nas baixas, nosso limite para o sinal enterrar:

Já com -2 stops reparamos que a quantidade de ruído aumenta significativamente, contudo ainda é aceitável.

Com 3 stops de subexposição o ruído começa a incomodar. Assim, o nível de ruído considerável como aceitável em todos os EI foi o que se equipara com o de -2 stops corrigidos no ISO 800/EI 800. Analizando todos as possibilidades de índices de exposição (EI) temos o seguinte relatório:

Essa tabela pode ser expresso no seguinte gráfico:

Olhando para o gráfico é possível ver que a base 3200 se comporta de uma maneira muito similar a da base 800, porém alcançando o mesmo nível de ruído exatamente 1 stop antes. Ou seja, de fato a Base 800 dessa câmera tem um sinal sensivelmente melhor do que o da base 3200 .

Reparem que na base 800/EI ISO 3200 o limite aceitável de ruído é a exposição regular, um stop abaixo já entramos na faixa azul, de sinal muito ruidoso. Já no seu análogo na base 3200, o EI ISO 12800, a exposição regular sem manipulação já está em azul, o que significa que a quantidade de ruído já foi considerada insatisfatória.

Outra conclusão, que vale mencionar, apesar de óbvia, é que a melhor relação sinal/ruído é de fato o índice de exposição de ISO 800 da base 800, com o intervalo ótimo do sinal com +2 e -2 stops de latitude.

Conclusão

A comparação dos gráficos de intervalo dinâmico com o de latitude nos permitem uma compreenção bastante interessante do sinal da Venice 2:

Saber jogar com os indices de exposição, com conciência sobre como manter o índice de ruído em patamares parecidos em diferentes planos ou cenas de um projeto audiovisual (para garantir uniformidade) pode nos dar com essa câmera uma enorme flexibilidade de trabalho sem prejudicar a qualidade.

Por exemplo, podemos pensar que para cenas nas quais as altas luzes importam muito (uma produção HDR com brilhos especulares e informação relevante acima do branco difuso) o EI de 1600 da base ISO 800 pode ser uma escolha interessante. Com o mesmo nível de ruído do ISO base 3200 na exposição regular, ele nos dará uma latitude de -1 a +3 stops e um intervalo dinâmico de até +7 a -8 stops ( — 6 bem limpos).

Para cenas low key (quando a maior parte da informação está nas baixas luzes) a câmera parece dar seu melhor. Ela é muito boa em situações de pouca quantidade de luz. Em cenas assim jogar com o EI de ISO 1600 da base 3200 pode ser uma solução interessante. Na exposição regular ele terá o mesmo nível de ruído do ISO nativo 800; em termos de latitude ele guarda ainda um bom equilíbrio (+1 e -2 stops); em termos de intervalos dinâmico teremos até +5 e -9 stops (ou -8 bem limpos). Apesar de perdemos um stop de latitude na altas ganhamos um stop nos tons médios com um sinal limpo.

No caso do projeto de longa-metragem que motivou esse teste, a Sony Venice 2 segue como candidata favorita depois de irmos a fundo na analise da qualidade do sinal. Ela iria entregar uma imagem limpa e rica em detalhes, como podemos ver nos frames da vela. Impressiona ver como temos informação nas baixas luzes. Confirma a ideia já bastante difundida sobre o S-log3 de que aproveitando bem as altas luzes, não deixando o sinal clipar, conseguiremos uma imagem rica em detalhes até nas regiões mais escuras.

A Venice 2 não veio pra bricadeira. O sinal dela impressiona pela flexibilidade na latitude e pela quantidade de espaço na baixas luzes, vai produzir imagens lindas depois da transformação para os espaços de cor de display, em especial em produções HDR.

Com a contribuição de Bruno Massao, Rafael Lopes, Rodrigo Bodstein e suporte de Tiago Willveit (Aputure), Felipe Rodrigues (Sony), Julia Yoko e Nelson Kao.

A partir do teste da Sony Venice 2 explicaremos o método dos testes laboratoriais que usamos para medir a qualidade do sinal de uma câmera de cinema digital.

Como exemplo, usamos o teste da Sony Venice 2, que fizemos com o apoio e a parceria da Sony, da Aputure e da Marc Films. Publicamos um outro artigo para quem estiver interessado apenas nos resultados desse teste (clique aqui).

Se buscarmos 10 testes de latitude e dynamic range (ou intervalo dinâmico) do sinal de uma mesma câmera, provavelmente vamos encontrar 10 resultados diferentes, muitas vezes similares, mas diferentes. Isso se deve ao fato que há diversas formas de medir e definir os limites e a elasticidade dos sinais de vídeo. Para entender mais sobre os conceitos de latitude e intervalo dinâmico ver o artigo que escrevemos sobre isso .

Nossa forma de testar inclui duas etapas principais: o teste com o chart de ND e o teste de correr escala. O chart nos permite uma leitura visual e relativamente precisa do intervalo dinâmico do sinal da câmera em uma única exposição. E o teste de correr escala, tradicional entre os diretores de fotografia, que se divide em dois momentos de análise, para avaliar o intervalo dinâmico e para avaliar a latitude. Esse exige múltiplas exposições e permite entender o sinal como numa situação real de filmagem.

Teste de intervalo dinâmico com o chart de NDs

Esse é um teste em estágio de protótipo. A primeira versão dele foi feita em acrílico com 21 casas, cada uma com um filtro de densidade neutra de gelatina rosco com 1 stop de luz a menos do que a casa anterior. Ele é fixado em um painel de LED como o Arri Skypanel S60, o Litepanel Gemini ou o Aputure Nova. Apesar de o teste ser ainda um protótipo, em cada uso a quantidade de luz em cada casa foi conferida com um fotômetro e depois, na pós-produção, uma segunda conferência foi feita simulando a exposição no Davinci Resolve. Conferimos assim os níveis de cada casa e o chart funcionou como projetado. Mais a frente iremos detalhar todas as escolhas e forma com a qual lidamos com as limitações dos métodos que utilizamos. Por enquanto vamos entender o teste:

O chart funciona com o auxílio de uma waveform. Devemos arrumar a janela que emite a maior quantidade de luz no limite de clipar o sinal nas altas luzes. A quantidade de degraus até o sinal se confundir com a base de ruído (noise floor) deveria ser o intervalo dinâmico da câmera. Deverá ser feito uma exposição para cada ISO nativo e cada EI (índice de exposição) disponível na câmera.

Nas altas temos que descontar a perda de contraste nas objetivas nas regiões de altas luzes com o método da simulação de exposição descrito no tópico “Problemas óticos para avaliar a progressão tonal nas altas luzes”, mais abaixo no texto.

Nas baixas consideramos como stop válido quando a informação da casa ainda tem uma porção significativa para fora do noise floor, que ainda é possível identificar com clareza de que há uma janela do chart ali. Explicaremos melhor a questão no tópico “Definindo um stop válido nas baixas”.

Feito esse processo em cada EI da câmera, teremos um relatório como esse:

Essa tabela irá gerar um gráfico de intervalo dinâmico assim:

Nesse caso, vemos a análise do sinal da Sony Venice 2 e podemos perceber como se comporta o sinal em cada EI da câmera e como podemos compará-los. A região em laranja indica que o sinal já encostou na base de ruído e a vermelha os pontos onde o sinal já está bem enterrado na base de ruído.

Teste de intervalo dinâmico correndo escala

Nesse teste utilizamos um stand-in e um cartão de cores do tipo Macbeth (x-rite colorchecker classic) e um cartão cinza 18% e partimos da exposição regular do cartão cinza com os níveis IRE ajustados no ponto onde o fabricante indica — usamos o espaço de cor e curva gamma intermediários da Sony Venice 2 que fornece o maior aproveitamento do sina, S-Gamut3.Cine e S-log3, expusemos o cartão cinza a 41% IRE na waveform, conforme o indicado pela Sony.

Iniciamos então o processo de correr escala, expondo com -1, -2, -3, assim por diante até -10 stops e depois até +10 stops. Os limites máximos e mínimos da escala no teste de cada câmera dependem do intervalo dinâmico anunciado pelo fabricante e por outros testes já feitos anteriormente, as exposições devem exceder um pouco os limites do intervalo dinâmico já conhecido. Repetimos o processo em cada ISO ou EI (índice de exposição) presentes na câmera. Vamos ver o exemplo da escala de exposição que corremos para o teste da Sony Venice 2 no ISO base 800 e índice de exposição (EI) ISO 800 (esse EI deveria ser o ponto de melhor aproveitamento do sinal da câmera (melhor relação sinal/ruído):

O teste tem um sentido parecido com o do chart, com desvantagem de ser menos intuitivo e visual, pois precisamos de múltiplas exposições para entender o comportamento do sinal. Entretanto, não é recomendado que essa seja única maneira de se julgar o intervalo dinâmico, a não ser que não haja outro método disponível. Esse teste não é o mais preciso, porque dependemos de muitos fatores do ambiente para que funcione perfeitamente. Ainda assim, ele nos ajuda a visualizar os efeitos de diferentes formas de expor uma cena. Talvez por isso seja o teste mais popular entre os diretores de fotografia. Afinal, esse é o sentido dos testes de câmera.

Em nossa exposição com o chart de ND o sinal encostava na base de ruído com -8 stops de subexposição. Já neste teste, fica um pouco difícil julgar o momento exato em que o sinal enterra. Vemos que o último stop que temos antes do cartão cinza 18% (nossa referência de fotometria) encostar na base de ruído é o -6, mas há muitas outras informações que confundem a leitura:

Com -7 e -8 já não percebemos nenhuma separação entre o cartão, o resto da informação e a base de ruído:

Quando comparamos com o plano feito com -9 stops de subexposição reparamos que houve uma gradual diminuição geral da espessura da base de ruído. O que demonstra que a luz refletida no fundo do cenário se aproxima muito em termos tonais do cartão, o que faz com que a waveforme fique mais grossa e compromete a leitura precisa dos limites da exposição:

Basta voltarmos a olhar plano:

A faixa de cinza da parede, logo acima do cartão, desce junto com a exposição do cartão ao começarmos a subexpor a cena. Mas não há problemas, porque o teste com o chart de NDs já nos indicou de maneira precisa nossos limites. O interessante aqui é o entendimento do que significa -9 stops de exposição numa imagem, mas do que a acuidade do ponto exato de clipping..

Nas altas luzes, no caso da Venice 2 vemos o sinal quase clipar muito próximo dos +6 stops de exposição. Descontando a perda da quantidade de luz transmitida pela objetiva nas altas luzes (discutiremos abaixo o assunto), o teste bate perfeitamente com a resposta do chart:

Com +7 stops o sinal já clipou.

Teste de Latitude.

Latitude é a elasticidade do sinal de vídeo, é o quanto conseguimos manipular, ou ajustar o sinal produzindo resultados aceitáveis.

Para o teste de latitude, aproveitamos as imagens feitas para o teste anterior (correndo escala). Aqui corrigimos a exposição utilizando a escala global da ferramenta HDR do Davinci Resolve (falamos sobre a ferramenta mais à frente no texto), configurada para a curva gamma e espaço de cor (gamut) intermediários usados pela câmera (ex. espaço de cor “S-Gamut3.Cine” e curva gamma “Slog3”). Com esse método, sabemos o que significa exatamente os ajustes de exposição. Há outras ferramentas no Davinci que permitiriam ajustes finos na imagem, contudo não nos ajudaria a pensar a resposta do sinal de maneira consistente.

Latitude na superexposição

Podemos observar com a evolução dos planos superexpostos, que ao corrigirmos o que fazemos é trazer para baixo o ponto de clip da imagem, Assim vamos perdendo aos poucos informação e textura nas zonas mais altas da imagem.

Acima está a exposição regular, reparem que o ponto mais claro da imagem aqui é o nosso padrão branco do colorchecker (que é conhecido como branco 90%, que em geral é nossa referência de branco difuso). Infelizmente não temos na cena uma referência de branco especular (na analise que fizemos do sinal da Canon R5C para o AvMakers já incorporamos esse elemento no teste).

Com +2 stops de superexposição corrigidos a waveform ainda está igual, nem o nosso branco difuso alcançou o ponto de clipping.

Com +3 percebemos que o ponto de clipping baixou já achatando o branco 90% e o branco da claquete, que estava logo abaixo. Mas as zonas mais claras dos tons médios ainda estão preservadas.

Com +4 reparamos que o ponto de clipping segue descendo e já alcança as zonas mais claras da pele. Analisando apenas a imagem vemos as cores ficarem estranhas das áreas de brilho da testa. Estamos monitorando pela waveform apenas do canal de luminância, o que faz parecer que essa região ainda não tenha clipado, mas vejamos a waveform RGB:

Vemos que o ponto de clipping já alcança o canal vermelho nas áreas de brilho da testa. É interessante notar que os canais de cor começam a clipar em pontos diferentes. Isso provoca resultados de cor, via de regra, indesejados. Por esse motivo, notamos que os padrões de cor do colorchecker já sofrem grave distorção cromática. Portanto, esse nível de superexposição de 4 stops já não é considerado aceitável para este índice de exposição (EI), mesmo que o clipping point ainda não tenha atingido o cartão cinza. Assim, o último stop considerado como aceitável de superexposição é ponto de clip do branco difuso (90%).

Mas se continuarmos superexpondo o ponto de clip irá alcançar a marca do cartão cinza 18%, que é nossa referência de exposição. Consideramos esse como o ponto clipping da imagem. Na Venice 2, no ISO base 800 EI ISO 800, isso acontece com +6 stops:

Subexposição

Caminhado para a subexposição o fenômeno muda completamente. Ao corrigirmos o que fazemos é retirar elementos enterrados da base de ruído, aumentando assim a presença do ruído no restante da imagem, que cada vez se aproxima mais dos tons médios e em seguida de toda a imagem. Outro fenômeno interessante é que até certo nível de correção não notamos mudanças significativas na reprodução das cores, até que em algum momento o sinal se deteriora de tal forma que a resposta cromática fica bastante comprometida. Vamos ver a evolução da subexposição de -1 a -9 stops corrigidas na pós:

Fica claro pela imagem e pela waveform ver o ruído subindo da base para os tons mais claros. A partir do -6 stops temos uma distorção cromática acentuada e reparamos a continuidade da faixa de ruído que passa a se estender de 0% IRE até a área do cartão cinza na waveform. Assim consideramos esse o ponto de clipping nas baixas, nosso limite para o sinal enterrar:

Diferente do que acontece na superexposição, aqui não há um critério objetivo para definirmos o que é uma correção aceitável. Depende de definirmos um determinado nível de ruído. É uma decisão. Tomamos como parâmetro uma imagem que me parece ter o limite máximo de ruído antes de eu decidir que ela precise de um tratamento de redução de ruído.

Com -2 stops se subexposição corrigidos, reparamos que a quantidade de ruído aumenta significativamente, contudo ainda me parece aceitável. A título de ilustração utilizei a ferramenta de medida de ruído do plugin Neat Video para medir uma área escura da imagem e o ruído salta de 1.8 (na escala deles) na exposição regular para 5.1 com -2 stops, 10.5 com -3 e 22.9 a -4 stops.

Com 3 stops o ruído começa a incomodar. Definido esse nível (ainda que bastante subjetivo) de ruído aceitável guardamos essa imagem como referência para análise do nível de ruído. Estamos testando algumas ferramentas de controle de qualidade (QC) para que em breve possamos adotar como critério um nível de ruído aceitável não para nós mesmos, mas para certos players a indústria audiovisual.

Esse é o quadro feito a partir da análise do teste de latitude da Sony Venice 2. Indicamos em verde o limite de correções aceitáveis no sinal. É a região onde o sinal melhor responde. A região em amarelo e alaranjado é onde o sinal já apresenta problemas cromáticos, as partes mais claras dos tons médios já começam a clipar ou o nível de ruído foi considerado insatisfatório.

Ao final podemos fazer uma tabela assim:

Essa tabela pode ser expressa no seguinte gráfico:

Olhando para o gráfico é possível ver que a base 3200 se comporta de uma maneira muito similar a da base 800, porém alcançando o mesmo nível de ruído 1 stop antes. Ou seja, de fato a Base 800 dessa câmera tem um sinal sensivelmente melhor do que o da base 3200.

Reparem que na base 800/EI ISO 3200 o limite aceitável de ruído é a exposição regular, um stop abaixo já entramos na faixa azul, de sinal muito ruidoso. Já no seu análogo na base 3200, o EI ISO 12800, a exposição regular sem manipulação já está em azul, o que significa que a quantidade de ruído já foi considerada insatisfatória.

Outra conclusão, que vale mencionar apesar de óbvia, é que a melhor relação sinal/ruído é de fato o índice de exposição de ISO 800 da base 800, com o intervalo ótimo do sinal com +2 e -2 stops de latitude. Também permite concluir que o EI 1600 da base 3200 pode ser uma solução bastante interessante para cenas low key em situações de baixas luzes, pois ao baixar um stop em relação ao ISO nativo base diminuímos a quantidade de ruído para o nível do ISO base 800/EI 800, e apesar de perdemos um stop de latitude na altas ganhamos um stop nos tons médios com um sinal limpo.

A comparação dos gráficos de intervalo dinâmico com o de latitude nos permitem uma compreenção bastante interessante do sinal de uma câmera.

Definições, critérios e soluções

Definindo critérios entre fatores objetivos e subjetivos para medir o intervalo dinâmico.

O intervalo dinâmico e a latitude são parâmetros com certo grau de arbitrariedade, isso porque todos envolvem uma definição subjetiva de qual o nível de ruído aceitável num sinal. No caso da latitude não há como fugir do problema porque a definição de de latitude é exatamente a do nível de correção aceitável do sinal. Mas para intervalo dinâmico propomos deixar de lado os métodos de medida de relação sinal/ruído para utilizarmos o dado visual da waveform, que é a ferramenta mais acessível, que todos os fotógrafos e coloristas usam.

Nas altas luzes não há dificuldade do ponto de vista do sinal, há um ponto exato em que, com dada quantidade de exposição o sinal clipa, ou seja dali pra frente o sensor não é mais capaz de identificar e interpretar diferenças tonais.

Percebemos claramente nas altas luzes o ponto de clipping dessa imagem nas altas luzes em 72% IRE na waveform. É exato, há um alcance objetivo do sinal no chamado clipping point.

Contudo, paras as baixas não é assim. Os sensores geram uma quantidade de ruído digital ao interpretar a informação luminosa. Se expomos o sensor na completa escuridão ele ainda produz uma quantidade de ruído, que chamamos de noise floor, ou base de ruído.

Quanto menor for a quantidade de luz da cena ou de uma região dela, mais nos aproximamos da base de ruído. Diminuindo a quantidade de luz, em um dado momento a quantidade de sinal (que é nossa informação) será igual a quantidade de ruído, em seguida será menor, até que em algum momento o sinal será imperceptível no meio do ruído. Em outras palavras, quanto menor a exposição pior é a relação sinal/ruído, e quanto mais próximo da base de ruído mais rápido o sinal se confundirá com o ruído.

Aqui temos uma imagem com -9 stops de exposição. Fica bem clara a faixa da base de ruído. Vemos ainda que as informações dos tons mais claros da imagem (como a claquete branca) aparecerem como informação na waveform e na própria imagem, ainda que já estejam coladas à base de ruído.

Para medir um número de stops fotográficos que o sensor consegue representar a abordagem comum é a de convencionar uma relação sinal/ruído mínima aceitável. Há diversos métodos para medir essa relação. Mas há nesse processo a decisão arbitrária sobre a quantidade aceitável de ruído em relação ao sinal.

Definindo um stop válido na baixas

Para evitar métodos complexos, onerosos e nem sempre satisfatórios de medida de ruído, decidimos tomar como parâmetro a representação visual da base de ruído na waveform. Há um ponto em que, diminuindo a exposição, o sinal encosta na base de ruído.

Há um segundo momento em que a informação do sinal já está misturada com a base de ruído mas ainda há sinal visível sobre o ruído. Esse foi nosso limite:

Nesse caso contamos como stop válido alertando que 1 deles já está misturado com o noise floor.

Esse método irá considerar como stops válidos imagens com quantidades diferentes de ruído. Em testes com a relação sinal ruído específica, é possível dizer, que esse ou aquele sinal tem x stops de intervalo dinâmico com relação sinal ruído superior ao limite definido. Da forma como estamos propondo vamos ter sinais mais ou menos ruidosos como válidos, mas sabemos que eles são visíveis e ainda preservam tanto ou mais sinal do que ruído. Em termos práticos estamos deixando a avaliação subjetiva de nível aceitável de ruído para quem estuda cada teste que fazemos. No caso do sinal precisar passar por um processo de controle de qualidade (QC) será exigido um rigoroso teste de ruído, nesse caso deixamos a questão para um outro artigo sobre o processo de QC.

Problemas óticos para avaliar a progressão tonal na altas luzes

Ao receberem luz diretamente, as objetivas são acometidas em menor ou maior grau pelo fenômeno do veiling glare, o véu de luz que diminui o contraste de uma região da imagem onde a luz incide com maior intensidade. Dependendo da objetiva (da qualidade de seus elementos óticos e de seu coating) e da intensidade da luz, o véu pode chegar a atingir toda a imagem, derrubando o contraste, dando a ela um aspecto leitoso. Para minimizar, usamos nos testes objetivas contemporâneas de cinema, pois elas têm baixo índice de dispersão e pouco índice de straylight (luz que se comporta de forma indesejada, ou fora do que a arquitetura ótica propõe) — temos usado as Sumirê Primes e CN-E da Canon.

Quanto maior for a quantidade de luz emitida em direção a uma lente maior será a diminuição de contraste naquela região. Assim quanto mais próximo das regiões de clipar o sinal, menos contraste de luz (portanto menos exposição) a objetiva transmite para o sensor. Isso se nota pela inclinação da marca das janelas de luz mais claras na waveform.

Exemplo do chart de intervalo dinâmico que emite luz. percebemos o fenômeno na janela de luz mais clara, do lado esquerdo, como se a luz vazasse dos limites, deixando o entorno com aspecto leitoso.

Na waveform referente a essa cena, do lado esquerdo podemos ver o fenômeno, que faz com que a base de ruído pareça mais espessa e com mais ruído “escapando” para cima e podemos ver que quanto mais clara for o degrau (níveis mais altos da waveform) mais inclinado ele é. Isso mostra que a quantidade de luz, apesar de ser homogênea na janela do chart, é transmitida pela objetiva para o sensor de maneira não uniforme.

Há diversos métodos para calcularmos e compensarmos a perda de contraste nas objetivas. Utilizamos o que nos pareceu mais fácil, objetivo e eficiente, que é a simulação no Davinci resolve da evolução tonal em stops na curva gamma que utilizamos.

Usamos então uma exposição no cartão cinza e aumentamos a exposição com o Davinci Resolve até o ponto na waveform que notamos que o sinal havia clipado quando fizemos a exposição na câmera. Assim, sabemos com precisão matemática, com duas casas decimais (do valor em stops) nosso espaço até o ponto do sinal clipar nas altas luzes. Por exemplo, o ponto de clipping da imagem acima (Venice 2 em base ISO 800 EI ISO 800) está em 87% IRE. Temos então a exposição regular da imagem, com o cartão cinza 18% em 41% IRE que iremos superexpor com a ferramenta do Davinci resolve até sinal alcançar 87%, para saber,os então quantos stops exatamente há até o ponto de clipping:

Assim sabemos que o sinal clipa com exatos 5.96 stops, ou seja praticamente 6 stops. Assim temos o gráfico corrigido com o intervalo correto entre +6 e -9 stops:

Controle e validação do teste usando a ferramenta HDR no Davinci Resolve

Essa mesma ferramenta da simulação de exposição do Resolve nos serviu também para validarmos as medidas tomadas nos testes, como um instrumento de controle. Tínhamos duas medidas semelhantes, do chart e do teste com stand-in, que por si mesmas já nos dariam um panorama bastante interessante, contudo, um teste de exposição sempre está sujeito a erros humanos, um diafragma mal regulado ou um erro de cálculo e já teríamos problemas. O chart, apesar de ter passado pelo teste do fotômetro ainda é um protótiposujeito a erros. Tomamos todos os cuidados na hora de fazer a exposição, mas a ferramenta do Davinci permitiu ver ter a certeza de que tudo estava batendo.

Vejamos +2 stops de superexposição com a simulação no Davinci e a comparação da simulação com os níveis do chart. Veremos todos batendo muito próximos do 55% IRE:

Vejamos agora com -2 stops de subexposição, com a simulação no Davinci e a comparação da simulação com os níveis do chart. Veremos todos batendo muito próximos do 27% IRE:

Repetindo o processo com -4 stops de subexposição vamos ter todos os métodos próximos ao 16% IRE:

Ficamos surpreendidos com o resultado. Não poderíamos imaginar tamanha uniformidadenos resultados. o padrão ilustrado acima se repete em todas as exposições. A exposição no cartão cinza e a simulação ficam praticamente iguais em termos de nível tonal. No chart há um desvio leve nos degraus de exposição. Nas subexposição, o chart sempre está pouco acima, menos de 1%IRE até que fica muito semelhante nos tons médios e nas primeira superexpoições. Até que nos degraus +6 e +7 a simulação de exposição está consideravelmente mais alta que o chart por conta do problema ótico da queda do nível de contraste na objetiva:

Acima está o chart com sobreposição (reference wipe) do cartão com a simulação de +6 stops com a ferramenta HDR. Vemos que enquanto a simulação já toca o clipping point, com os 86–87% IRE, o 6º degrau está ainda a 83% IRE .

Com +7 stops na câmera o 7º degrau ficou a 87% IRE, foi nosso critério de ajuste no clipping point. Já a simulação do Davinci Resolve mostra que +7 stops estaria em 93% IRE, demonstrando o problema da perda ótica de contraste.

Conclusão

Essa metodologia de teste é viva, ela é fruto dos anos de trabalho testando câmeras para projetos de filmes e elaborando conteúdo para aulas. Contudo, agora com a NITS.lab, a ideia é a de pensarmos e estabelecermos fluxos de trabalho para produções de cinema e de televisão que possibilitem uma conversa mais clara entre todos os profissionais que pensam e manipulam a imagem desde a pré-produção até a exibição, incluindo as entregas para diferentes telas com as exigências técnicas da janela de exibição, de preferência em produções em HDR.

Com a evolução da tecnologia digital, com a profusão de câmeras e formatos de telas, o trabalho com diversas curvas gamma intermediárias (curvas e espaços log) e diversos tipos e tecnologias de tela (celulares, computador, projeções de cinema, TVs (de LED, OLED, QLED, em HDR ou SDR), que definem diferentes entregas para um mesmo produto audiovisual. Trabalhar com a referência de um único padrão de tela, em Rec 709 por exemplo, como o que tem sido comum em grande parte da produção audiovisual no mundo, não dá mais conta da forma com qual a tecnologia tem caminhado. Definir nosso fluxo de trabalho desde o set até a entrega pautados na visualização de uma só tela nos faz reféns do equipamento, da resposta do conjunto de equipamento para o display na hora da produção, além de dificultar muito o uso de diversas câmeras para um trabalho. Trabalhar com a referência do display também irá limitar o trabalho de todos que vierem a manipular a imagem depois (colorista, vfx, masterização). Trocando o foco para um trabalho referenciado na cena a atenção no set, nos processos de fotometria, colorimetria e modelagem de luz, deve buscar a melhor maneira de aproveitar o sinal da câmera para se alcançar a o intuito criativo da história e o gerenciamento de cor acontece sobreposto a esse processo, para que todos no set (direção, arte, fotografia, produção e até clientes) possam monitorar o material que deverá simular a melhor tecnologia de tela que o material se pretenda a ser exibido.

Essa abordagem nos faz querer entender ao máximo a forma com a qual os equipamentos, nossas ferramentas, recebem e processam a imagem fotográfica em cada parte do processo e como podemos atuar para manipular criativamente cada etapa.

Esse tipo de ideia não está distante do conceito visualização de Ansel Adams. Um teste de câmera como este que estamos propondo, tem por finalidade algo semelhante com os testes de câmera, negativos e cópias fotográficas, que levaram Ansel Adams ao Sistema de Zonas: a necessidade de entender as possibilidades de interpretação fotográficas de uma cena para garantir da melhor maneira possível a intenção criativa do fotógrafo.

Tanto no mundo analógico quanto digital isso significa conhecer a latitude e o intervalo dinâmico, seja do negativo ou do sinal de vídeo, para poder manipular a exposição visando extrair a melhor informação que represente o intuito criativo da cena visualizada.

Esse processo tem uma continuação. A imagem produzida pelo fotógrafo passará por um processo de pós-produção, terá que passar por processos de composição de imagens produzidas por artistas de VFX, passará pelo colorista, que irá manipular criativamente a imagem e terá que pensar as melhores maneiras de transformar o sinal da câmera em diferentes saídas para diferentes janelas de exibição.

O teste que propomos julga apenas a latitude e o intervalo dinâmico da câmera, ele se encerra no sinal. Para seguir no raciocínio de um fluxo de trabalho completo é importante testar e refletir sobre os processos e métodos de gerenciamento de cor para monitoração no set de filmagem e em todas as etapas de pós-produção. É também fundamental que sejam feitos testes de transformação para os espaços de cor e curva gama das telas (para os espaços de display), nas quais o material que se pretende filmar irá ser exibido. Hoje há diversos caminhos de gerenciamento de cor, ACES, diversas ferramentas do Davinci Resolve, Look up tables (LUTs), e sistemas de tone mapping, como o Dolby Vision, que permitem a exibição em diferentes tecnologias de tela ao mesmo tempo e que levam em consideração a percepção tonal para telas SDR e HDR. Para um controle do processo que preserve a intenção criativa do fotógrafo e do diretor é cada vez mais necessário estarmos conscientes das transformações que nosso sinal passa, desde o momento que a luz chega ao sensor até a exibição para o espectador.

Há tempos, muitos dos termos referentes ao meio audiovisual são discutidos no Brasil com sua utilização em inglês. Por uma facilidade ao acesso às informações em artigos, vídeos e discussões em fóruns e grupos internacionais, onde o inglês é uma ferramenta mais comum, o Brasil acaba sendo um pouco vagaroso na divulgação de materiais de estudo em português, o que acaba por tornar algumas terminologias a norma dentro do audiovisual.

Termos em inglês como SDR e HDR, que significam Standard Dynamic Range e High Dynamic Range, são amplamente utilizados dentro de emissoras e produtoras pelo Brasil afora. E é dentro desse tópico que nós queremos abrir uma discussão sobre a utilização dos termos “alcance dinâmico” e “latitude” pela NITS.

Quando tratamos de um discurso técnico em inglês, os termos dynamic range e latitude são amplamente utilizados para assignar diferentes pontos dentro da construção da imagem. David Mullen, ASC e Alister Chapman resumem da seguinte maneira:

Dynamic range se refere a todo o intervalo de exposição captado (pelo sensor), enquanto latitude se refere à habilidade de recuperação (do arquivo), em especial erros de exposição. — David Mullen, ASC

Dynamic range é simplesmente o intervalo total, da sombra mais escura à alta luz mais brilhosa, que uma câmera consegue resolver em uma única captura. Latitude é a medição do quão flexível você pode ser com a sua exposição sem comprometer significativamente a entrega final. — Alister Chapman

Seria bem fácil atribuir, então, as traduções diretas para ambos os termos: alcance ou intervalo dinâmico para dynamic range e latitude para latitude. No entanto, esse artigo não precisaria ser escrito se fosse simples assim, certo?

Ocorre que desde que o Brasil começou a ter suas próprias produções de cinema e televisão, diversos profissionais da indústria atribuíram o termo latitude como uma livre tradução para dynamic range. Não estamos dizendo que os profissionais que utilizam o termo latitude dessa maneira o fazem de maneira equivocada, dado o período em que esse termo começou a ser utilizado e sua popularidade atualmente, mas com o avanço de tecnologias como o HDR, fica cada vez mais complicado tratar os termos dentro de um mesmo panorama, ainda mais que são especificidades distintas dentro da cinematografia.

Por conta disso, nós, da NITS, decidimos esclarecer a nossa metodologia e como utilizamos esses termos, antes mesmo de publicarmos o nosso primeiro teste técnico de laboratório.

O termo intervalo dinâmico indica a capacidade de um sensor registrar informação do ponto mais escuro ao ponto mais claro da imagem, traduzido em um sinal com até um determinado número de pontos.

O termo latitude indica a capacidade de correção desse sinal previamente captado, a fim de fazer correções na imagem antes de sua entrega finalizada.

A NITS é um laboratório tecnológico, com nossos estudos e achados sendo publicados para uma infinidade de profissionais e estudantes da área do audiovisual. Por mais precisa que queiramos que nossa metodologia seja, ela não pretende ser absoluta. Nós aconselhamos que todas as informações publicadas aqui sejam cruzadas com pesquisas de outros profissionais, e encorajamos a todos que façam os testes desses equipamentos para ver se eles acomodam a demanda da sua produção.

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