Rozpiętość tonalna – ile światła widzi Twoja kamera?

Czarnobiały świat – rozpiętość oraz rozdzielczość tonalna 

Nie ulega wątpliwości, że filmując lub fotografując, zawsze zależy nam na jak najwierniejszym odwzorowaniu rzeczywistości – zbliżonej do takiej, jaką postrzegamy za pomocą naszych oczu. Jak się pewnie domyślasz, nie jest to oczywiście najłatwiejsze zadanie, a jakość filmowo-fotograficznej reprodukcji zależy w dużym stopniu od dynamiki naszego przetwornika, czyli tego, w jaki sposób dana matryca interpretuje światło oraz jego tonalność.

Tę bardzo ważną cechę każdej kamery i aparatu – ale także taśmy filmowej lub papieru fotograficznego – nazywamy rozpiętością tonalną (dynamiką tonalną). Określa ona zdolność danego urządzenia do uchwycenia ekstremalnie ciemnego oraz ekstremalnie jasnego elementu, które stanowią integralną część naszej konkretnej ekspozycji.

Rozpiętość tonalna determinuje więc określone spektrum jasności danego urządzenia, a jej skrajne bieguny w sytuacji idealnej powinny rejestrować zarówno totalną czerń jak i totalną biel – oczywiście bardzo trudno jest uzyskać tak wiarygodny efekt odwzorowania rzeczywistości.

Nasuwa się jednak pytanie – co znajduje się pomiędzy wspomnianymi już ekstremalną bielą oraz czernią?

Różnice pomiędzy najjaśniejszymi oraz najciemniejszymi elementami naszej sceny, a więc ilość tonów pośrednich występujących pomiędzy skrajnymi biegunami rozpiętości tonalnej (czernią i bielą) nazywamy rozdzielczością tonalną – inaczej zakresem tonalnym.

Teoretycznie, im więcej tonów pośrednich, tym zakres tonalny urządzenia zwiększa się, a to wpływa na polepszenie się jakości obrazu rejestrowanego przez kamerę lub aparat – skutkuje to jednak bardzo często pojawieniem się dodatkowego szumu cyfrowego generowanego przez matrycę. Z kolei zbyt mała liczba tonów pośrednich powoduje brak płynnej gradacji między półtonami naszej ekspozycji, a wówczas na obrazie pojawią się nieestetyczne „skoki” tonalne. W praktyce oznacza to, że rejestrując na przykład bardzo kontrastową scenę, przy zbyt małej rozpiętości gradientu tonalnego, jasne partie obrazu zostaną skrajnie prześwietlone, a strefa cienia będzie ciężkim czarnym punktem pozbawionym szczegółów. 

Znajomość dynamiki matrycy naszego urządzenia rejestrującego jest więc kluczowa, aby móc w satysfakcjonujący sposób zreprodukować wszystkie detale w całym zakresie tonalności, aż po krańcowe wartości określonego spektrum tonalnego – gdy ograniczają nas wartości EV danego urządzenia, nie warto przesadzać ani w jedną, ani w drugą stronę. 

Jednostką, którą posługujemy się podczas określania rozpiętości tonalnej jest stopień EV (exposure value) – czyli liczba przysłon, które dane urządzenie jest w stanie pokazać z jak największą szczegółowością, bez utraty czytelności detali obrazu. Im większa jednostka liczbowa znajduje się przy wartości EV, tym większą rozpiętością tonalną dysponujemy. 

Jedną z metod pomiaru rozpiętości tonalnej naszego urządzenia jest zastosowanie tak zwanych map ekspozycyjnych – są na nich umieszczone pola, które każde kolejno (od lewej do prawej) jest ciemniejsze o jedną wartość EV – warto wspomnieć, że zmiana o jedną wartość przysłony oznacza dwukrotną zmianę jasności obrazu.

Tablica Xyla pokazuje 20 pól ekspozycyjnych, jednakże na ten moment nie istnieje jeszcze taka kamera, które mogłyby zarejestrować 20-stopniową tonalność mapy ekspozycyjnej. 

Oprócz samej rozpiętości tonalnej, istnieją także inne bardzo ważne czynniki, które wzmagają – lub nie – dynamikę naszych cyfrowych rejestracji. Są nimi wielkość matrycy, głębia bitowa oraz poziom szumu. 

O głębi bitowej więcej przeczytacie w naszym osobnym wpisie – w kontekście dynamiki matrycy warto pamiętać, że im większą ilością bitów dysponujemy, tym większe spektrum jasności jest możliwie do uchwycenia. Z kolei matryce o większym rozmiarze są w stanie zarejestrować bogatszą tonalność ze względu na dużą liczbę pikseli (a dokładnie ze względu na sposób rozpieszczenia ich gęstości na powierzchni światłoczułej) znajdujących się na powierzchni sensora. Temat ten jednak wymaga szerszego omówienia, bowiem w przypadku filmowania to nie ilość pikseli na matrycy ma znaczenia dla rozpiętości tonalnej, a raczej ich wielkość – najlepszym na to przykładem jest między innymi technologia systemu Sony zaimplementowana do ich serii S oraz ich kultowy model A7S III, osiągający rozpiętość 15 działek przysłony przy stosunkowo małej rozdzielczości matrycy.

Pozostając w temacie matryc pełnoklatkowych, oczywiście trzeba również podkreślić, że niezaprzeczalnie mniej szumią – to znaczy, że zdecydowanie lepiej radzą sobie w momencie pracy na wysokich wartościach ISO oraz nie doprowadzają do powstawania widocznych artefaktów na obrazie (charakterystycznych „kolorowych ciapek” szumu cyfrowego, który przy wysokim ISO może uwydatnić się w strefie półtonów i cieni w momencie, gdy „szeroko eksponujemy").

Mało tego – aby osiągnąć zoptymalizowaną, jak najlepszą rozpiętość tonalną podczas nagrywania, warto także nagrywać w tak zwanym profilu logarytmicznym – krzywej log – oraz przy natywnym ISO danej kamery. Obydwa terminy wyjaśniamy dla Was w osobnych wpisach na ten temat. 

➡ Krzywe LOG oraz ich wpływ na dynamikę tonalną obrazu filmowego

➡ Co to jest ISO?

Narzędzia światłoczułe, czyli histogram i waveform

Aby kontrolować zakres tonalny naszych filmowo-fotograficznych rejestracji, warto posłużyć się narzędziami, które przedstawiają graficzną ilustrację luminancji występującej na naszej reprodukcji obrazu – jednym z takich narzędzi jest histogram. Pozwala on na bieżąco kontrolować spektrum jasności naszej ekspozycji. Przedstawia on rozkład cieni, półtonów i świateł oraz co najważniejsze – ilość informacji, jaką fotografujący lub filmujący zawarł w każdej z trzech stref jasności – o zdjęciu z dużą rozpiętością tonalną powiemy, gdy w każdej z 3 stref jasności zapisze się optymalnie taka sama ilość informacji tonalnej. 

Przykładowy wykres luminancji przedstawiający dynamikę oraz zakres tonalny w odniesieniu do losowego zdjęcia

Innym narzędziem ułatwiającym kontrolę ekspozycji oraz jej zakres tonalny w ramach określonej rozpiętości jest waveform, czyli tak zwany monitor kształtu fali. Jak prawidłowo odczytać zawarte w nim informacje?

Na osi poziomej zaznaczona jest dosłowna zawartość naszego obrazu – lewa część kadru odpowiada lewej części wykresu. Analogicznie sprawa wygląda z prawą częścia kadru.

Oś pionowa, z widoczną numeracją liczbową – tak zwaną skalą IRE – dotyczy jasności (tonalności) naszego całego kadru. Dolna część wykresu to strefa cienia. Wartości zbliżone do 0 IRE nie posiadają żadnych szczegółów w obrazie. Część górna wykresu dotyczy strefy świateł – wszystko co powyżej 100 IRE jest prześwietlone i także nie występują tam żadne szczegóły w obrazie. 

Koniecznie sprawdź nasze inne artykuły z serii filmowo-fotograficznego słowniczka!

➡ Próbkowanie chrominancji, czyli kilka słów o kompresji kolorów

➡ Co to jest profil ICC?

➡ Co to jest bitrate i jak wpływa na jakość Twojego wideo?