О пленочных цветах

Эта статья изначально писалась для замечательного ЖЖ-коммьюнити fotoforge.
Увидев такую карточку, фотографы постарше хитро улыбаются. Те, кто помоложе — на минуту останавливаются и рассматривают ее, а что же такого в ней особенного, в этой картинке? А в ней особенного — ничего и вместе с тем — очень много. Это — пленочная фотография. Ее характер заметно отличается от цифровой фотографии и обладает своей эстетикой.
Я долго хотел понять, чем же на самом деле отличается характер картинки с пленки и с цифровой камеры. Недавно мне удалось уделить достаточно времени этому вопросу, отснять шкалу в контролируемых условиях, написать специальный софт, провести исследования и замеры, и теперь я готов поделиться выводами и практическими рекомендациями.
Как оказалось, изображение с пленки обладает рядом свойств, почти каждое из которых можно измерить и воспроизвести, а затем и применить к своим фотографиям. Это, конечно же, не кнопка «шедевр», но контролируемая обработка фотографии «под пленку» может быть полезна как художественный прием, а знание о пленке уж точно полезно с образовательной точки зрения.
Когда я сказал «измерить и воспроизвести» — я, конечно же, слукавил. Принцип формирования пленочного изображения таков, что построить математическую модель пленки едва ли возможно. А если и возможно, то это будет очень сложный алгоритм, нисколько не полезный как художественную инструмент. Тем не менее я, профессиональный программист, все-таки пошел по знакомому мне пути — по математическому.
Для начала я попробовал сделать все просто. Я отснял калибровочную шкалу и портрет на пленку и на цифру, затем измерил серые цвета, CMY и RGB. Затем я взял цифровой портрет и «втупую» привел на нем серые цвета калиброчной шкалы в точности к пленочным показателям.
Но пленка так просто не сдалась: получившийся портрет был ужасен.
Оригинальная цифровая фотография Приведенная фотография
Цифровой оригинал «Втупую» приведенные цвета

Вот после этого и возникла идея провести довольно плотное исследование пленки.

Ненаучный подход

Итак, какие же основные отличия в пленочном изображении? Они довольно известны, и в целом их можно разделить на три группы:
1. Контраст. Пленка контрастнее цифрового изображения. В ней гораздо лучше проработаны детали в светах и при правильной экспозиции пленку практически невозможно переэкспонировать. По мере «перегревания» эмульсии она теряет чувствительность, поэтому контраст в светах в пленке сильно падает. На цифре же нет такого механизма, сенсор оцифровывает ровно тот уровень света, который видит. Соответственно, света моментально пропадают в абсолютно белый цвет при переэкспонировании. Вот почему небо на цифровых кадрах — сплошь белое, а на пленке даже яркое небо все же несет детали.
В тенях же пленка не сильно способна сохранить детали и уровни яркостей, в отличие от цифры. Тени на пленке менее насыщены цветом и в целом сильно провалены, т.е. контрастны. Этим, кстати, объясняется то, что в сумерках с цифровой камеры мы получаем в среднем очень насыщенную картинку, а с пленки — блеклую.
2. Цвета. Баланс белого в цифровом изображении — линейный на всем динамическим диапазоне. А вот на пленке баланс белого отличается в тенях, тонах и светах. Причем в тенях баланс белого более холодный и менее насыщенный (потому что контраст) а в светах — более теплый.
Кроме того, контраст красного или зеленого на пленке может быть выше чем контраст других базовых цветов, что визуально воспринимается как зеленоватый или красноватый оттенок пленочной картинки. Зеленая контрастность повышена у пленок, оптимизированных под пейзажное фото (сразу вспоминаем Fuji), а красная контрастность повышена у любительских пленок общего назначения (сразу вспоминаем Kodak Gold). Красный контраст может быть даже снижен для портретных пленок (сразу вспоминаем Kodak Portra).
3. Зерно. У пленки есть зерно. Зерно, как многие ошибочно думают, ни в коем случае не похоже на шум в цифровом фото. Зерно, строго говоря, является дефектом изображения. Но сто лет химической фотографии так и не смогли его полностью побороть, поэтому общество научилось относиться к зерну с уважением и пониманием.

Научный поход

Но одно лишь знание об этих отличиях не позволит вот так просто взять и сделать в фотошопе фотографию «под пленку». Есть еще что-то, что и является тем самым секретом пленки, который очень трудно смоделировать математически. Чтение профильной литературы убедило меня в этом.
Тем не менее, я решил попробовать математически проанализировать цвета пленки. Весь этот раздел будет интересен большей частью людям математического склада ума, а гуманитариям, думаю, будет проще пропустить все буквы вплоть до выводов, чтобы не заснуть:)
Итак, научный метод. Цель: измерить разницу в регистрации цвета пленкой и цифровой камерой. Одно и то же стекло (Nikkor AF 50/1.8D) было поставлено на камеры Nikon D70 и Nikon FG. Снимались несколько кадров — портреты и пейзажи. Между съемкой пленочной и цифровой камерой проходило не больше 30 секунд, экспозиция была одинаковая. На цифровой камере я снимал в RAW и проявлял затем в родном конверторе с настройками neutral. Пленочная камера несла в себе банальную Fuji Superia 200. В каждом кадре присутствовала калибровочная шкала Jessops с полной шкалой точного серого цвета и основными цветами RGBCMY.
Кроме того, эта же калибровочная шкала была отснята в студийных условиях с контролируемым светом на цифру в одной экспозиции и на пленку во множестве экспозиций — с передержкой и недодержкой.
Пленка сканировалась на довольно плохом сканере. Впрочем, это неважно. Наша цель — не абсолютные цифры, а пропорциональная разница в них. А калибровочная шкала в каждом кадре позволяет нам привести к единому контрасту и балансу белого все изображения. Дополнительно один пленочный кадр с правильной экспозицией был отсканирован еще раз, но с очень низким контрастом, что позволило «увидеть» тени.
Портреты отложены в сторонку, занялись студийными снимками калибровочной шкалы.
Я написал специальную программу, которая построила мне несколько графиков.
Первый тип графика — это график контрастности пленки. По оси X идут серые клеточки калибровочной шкалы от самой светлой до самой темной. По оси Y — яркость этой клеточки на кадре с данной экспозицией (8 бит), а цветом графика обозначен собственно цвет. При построении этого графика сначала экспозиция сканов была приведена к идеально одинаковой для всех кадров по седьмой клеточке серой шкалы. На графиках отмечен уровень нулевой, седьмой и шестнадцатой клеточек — это те клеточки серой шкалы, для которых производитель гарантирует точность баланса белого.
Кадр с экспозицией f/8 — это правильная экспозиция. По ней снимался цифровой кадр. Это означает, что кадр с экспозицией f/11 — это недодержка в одну ступень, f/16 — в две ступени, кадр f/5.6 — это передержка в одну ступень, и т.п.
Далее идет такой график с цифрового кадра, тоже приведенный к той же самой средней экспозиции по седьмой клеточке. Затем идет график низкоконтрастного пленочного скана правильной экспозиции. Замыкает контрастные графики усредненный график со всех пленочных кадров, кроме низкоконтрастного.
Над каждым графиком — фотография калибровочной шкалы, с которой снимались показания. На ней в зеленых кружочках программой нарисованы области детекции и в каждой — усредненный цвет клеточки. Кружочки рисуются программой для удобства визуального контроля.
Второй тип графика, самый интересный — это графики цветоделения основных цветов, RGBCMY, присутствующих на шкале.
По оси X — диафрагменное значение кадра, с которого брались показания (от недодержки к передержке через правильную экспозицию f/8). По оси Y — яркость цвета (8 бит). Пунктирной линией показаны те же яркости с цифрового кадра.
Тут есть еще один важный момент. Перед тем, как построить этот график, экспозиция всех снятых показаний была приведена к единой, абсолютно точной, включая экспозицию цифрового кадра. При этом яркость серого замерялась не по среднему значению, как в графиках контрастности, а в пропорции 71% зеленого, 22% красного и 7% синего. Такое усреднение нужно для того, чтобы мы получили на этих графиках не абсолютные цифры, а относительные. Во-первых, относительные друг друга; во-вторых, цифровые уровни относительно пленочных. Именно это нас и интересует.
Примечание. Нет, я не знаю, что произошло с f/11. Возможно, неудачный скан.

Выводы из графиков

По графикам контрастности все очевидно. Обратите внимание на то, как меняется баланс белого от светов к теням. Обратите внимание на то, какая своеобразная и контрастная кривая получилась для пленки и какая линейная, ровная кривая — для цифрового кадра.
По графикам цветоделения все интереснее. Их надо рассматривать очень внимательно. Выводов — бездна. Я приведу только основные, над остальными предлагаю помедитировать самостоятельно.
1) На пленке насыщенность синего цвета быстро падает вместе с яркостью. Видите, графики стремятся в одну точку ближе к f/16, что является недодержкой в две ступени? Это уже будет просто серый цвет.
2) В синем к теням просыпается зеленая и красная компонента, что говорит о том, что синий не может быть абсолютно черным. Это и понятно — желтая эмульсия в пленке идет первым слоем и обладает обширнейшей спектральной чувствительностью.
3) На пленке у зеленого цвета есть красная составляющая, которой вообще нет в цифре. Более того, она сильнее синей компоненты! А ведь зеленый очень важен — это тот цвет, которым мы воспринимаем яркость окружающего нас мира. Зеленых пикселей в сенсоре цифровой камеры столько же, сколько синих и красных вместе взятых.
4) Посмотрите, как перетекает оттенок цианового цвета от светов к теням.
5) Для красного и для мадженты видно четко, что синяя и зеленые компоненты в цифре заметно сильнее чем в пленке. При этом уровень красного в этих основных цветах у пленки и цифры — совпадает! Парадокс.
6) Желтый, красный, маджента и в цифре и в пленке имеют одну и ту же яркость красного.
7) Синий на цифре в разы сильнее пленки.

Практическая реализация

Зная все вышеперечисленное, теперь несложно привести цифровое фото к характеру некоего усредненного пленочного:
Оригинальная пленочная фотография Приведенная фотография
Пленочный оригинал Имитация

Эти две фотографии публиковались у меня в журнале с предложением угадать, где пленка а где цифра и мнения разошлись. Получилось!:)
Способов обработать кадр — миллион. Например, для этой фотографии я воспользовался инструментом Color balance, поднял зеленый в тенях и красный в светах, а затем еще снизил насыщенность всех цветов, кроме красного. Зеленый понизил с особым пристрастием. Ну и конечно же, симитировал зерно.
Еще можно повысить контраст красного, например, уровни зажать с двух сторон, до 25 слева и до 225 справа.
Еше можно положить желтый слой (Hue/Saturation→Colorize) небольшой прозрачности и проявить его только в светах.
Моя отдельная благодарность pavel_kosenko, который своей серией постингов про пленочные цвета вдохновил меня на это исследование: раз, два, три, четыре, пять. Очень рекомендую к прочтению!
Вопросы? Комментарии? Прошу в блог или почтой.

Ретушируют те, кто не умеет снимать, ч. 2
Еще про фото:
Ретушируют те, кто не умеет снимать, ч. 1