Применение информационной технологии сканирования позитивной и негативной 8-мм и Super 8 киноплёнки с нелинейной постобработкой

Совершенствование информационных технологий, направленных на оцифровку киноплёнок 8 мм и 8 super [1], связано с применением в КГАУК «Енисей кино» сканеров нового поколения (рисунок 1).

Рисунок 1. Внешний вид киносканера 8 мм и Super 8.

Figure 1. External view of an 8 mm and Super 8 film scanner.

Данные сканеры позволяют корректно снимать с киноплёнки [2] цифровые изображения. Данная технология поддерживает метод высокого динамического диапазона.

Высокий динамический диапазон – это метод объединения нескольких изображений с разной экспозицией для расширения общего динамического диапазона изображения [3].

Одна из наиболее «рабочих» математических моделей [3] – это адаптивное логарифмическое отображение для контрастных сцен (Adaptive Logarithmic mapping for Displaying High Contrast Scenes - A.L.M.F.D.H.C.S.) [4], использующее закон Вебнера-Фехнера:  «увеличение интенсивности в геометрической прогрессии вызывает увеличение чувствительности в арифметической прогрессии»:

L = K-lg(^) + C,                                (1)

‘O'

где l₀ - интенсивность на нижнем пороге чувствительности; К и C -константы.

Закон Вебнера-Фехнера – это закон логарифмического восприятия (учитывается глобальная адаптация: ограничивается максимум выходной яркости и используются некоторые параметры сдвига). Более подробное описание можно найти в работе Фролова В.А. по компьютерной графике .

Алгоритм A.L.M.F.D.H.C.S. использует ряд преобразований. На первом этапе рассчитывается статистика. На её основе нормируются яркости изображения. Затем используются логарифмические кривые с настраиваемым параметром р. Алгоритм упрощается за счет применения формулы к каждому пикселю:

L _m = exp ( 1 • S pew 1^(У р )) • L • w =-^- in                              L^m

^L d =

^L dmax

l°9io( ^L wmax

________ log(Lw+i) ________

‘4²⁺(r^o^^V) ^Lwmax

где первая часть есть условие подгонки, а вторая часть – условие плавности экспозиции, так как L g _max - потенциальный максимум, L_wmax - максимальное значение нормированной яркости по изображению, Р (~0,7-0,9) - регулирует отображение пикселей с низкой и средней яркостью [5].

При сканировании киноплёнки в данной работе использовались как 8 мм, так Super 8 киноматериалы.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В настоящее время, как отмечается многими исследователями (Т. Поули [3], О. Э. Бабкин [1], И.А. Грачёва [7, 16], Пахомова, Е. А. [9], О. В. Украинский [11], и др. [2, 8, 10, 15]), все актуальнее становится проблема совершенствования методик оцифровки и сканирования исторических кино и видео материалов, любительских архивов и частных хроник. Для этого используются как специальные технологии «wet gate», HDR, HDR+, HDRI, так и нелинейные дискретные преобразования.

Для распределения ограниченной контрастности и цветов в стандартном динамическом диапазоне, расширенный динамический диапазон дает возможность значительно раздвинуть спектр возможностей. Большая свобода, выше коэффициент гибкости в цветовых решениях [6]. Тональная компрессия позволяет применять различные методы гибридной логарифмической гаммы (HLG), статических таблиц поиска (LUT) и динамических метаданных.

Отметим алгоритм тонового отображения HDR изображений [7, 8]. Рисунок 2 иллюстрирует сжатие динамического диапазона исходного изображения без потери значимых деталей. В этом случае имеем:

I = 0,2126 • IR + 0,7152 • IG + 0,0722 • IB где, Ir Ig Ib - красный, зеленый и синий цветовые каналы исходного изображения.

В [6] отмечается, что для нелинейного отображения интенсивности в логарифмической области применяется линейное масштабирование:

^ = log 2 (I)

Далее ищется базовый слой и детальный слой. Базовый слой хранит в себе информацию о границах объектов на исходном изображении, что позволяет их учитывать при сжатии динамического диапазона.

В работах [7, 8] предлагается описание структуры «управляющего» HDR изображения:

X g (x g , t^T), T={t=(t i , t 2 ); t i =1,...,N i ; t 2 =1,.,N 2 } .

Рисунок 2. Байесовский подход к сжатию динамического диапазона.

Figure 2. Bayesian approach to dynamic range compression.

Авторами устанавливаются соответствующие вероятностные отношения между элементами анализируемого изображения Y=(yt, tET), в роли которых выступает логарифмический слой и результаты фильтрации X=(xt, tET). Целевая функция, которая должна минимизироваться, имеет вид:

J⁽X,AIY,A,ii) = X tE _T(y t -^ t )² +Z t',t"Ev {^[(^ t' —^x t" )² + ^ ] + (1 + ^ ) • In^ t]      (3)

Показано, что при фиксированных коэффициентах Λ оптимальная оценка достигается путем решения простой квадратичной задачи оптимизации:

X = argmin/(X| A,Y,A,^⁾ = argmin Шет СУ с - * t⁾² +Z t ' ,t"ETF^(xt ' -* t '' ⁾² i x                      x                            E'

Отмечается [7, 8], что если значения скрытых переменных X фиксированы ( X=X^g ), то, согласно критерию (3), приходим к следующим оценкам:

1(х^{3 (Xt} ' ^(Х⁹,А,^ = А----

-х 3Y +1 xt”) +м

1+1

м где (t’, t”)EV, V - граф соседства элементов изображения, имеющий вид решетки; параметр Л отвечает за степень сглаживая результирующего изображения; параметр м отвечает за разрывы связей вблизи границ объектов [9].

На рисунке 3 приведена диаграмма CIE совмещения кадра позитива в пространствах Rec.709 и Rec. 2020 частной хроники (Олимпиада-80, 1980 год, 8 мм, негатив, цвет).

Rec.709 (D65) R: 0.6400, 0.3300 G: 0.3000, 0.6000 В: 0.1500, 0.0600 W: 0.3127, 0.3290

Rec.2020 (D65) R: 0.7080, 0.2920 G: 0.1700, 0.7970 B: 0.1310, 0.0460

W: 0.3127,0.3290

Рисунок 3 . Диаграмма CIE совмещения кадра позитива в пространствах Rec.709 и Rec. 2020 частной хроники, Олимпиада-80, 1980 год (8 мм, негатив, цвет).

Figure 3. CIE diagram of positive frame alignment in Rec.709 and Rec. 2020 private chronicle, Olympics-80, 1980 (8 mm, negative, color).

Сканирование киноплёнки происходило со скоростью 1 кадр в секунду. Нелинейная дискретная обработка и постобработка видео [10] по времени ограничена лишь техническими сроками сдачи продукции, по этой причине используются вычислительные средства любой мощности.

РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДИКИ И ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

Технология «wet gate» использующая автоматический компактный насос позволяет удалять царапины с эмульсии при помощи изопропанола, но собственное

программное обеспечение и ещё ряд сопутствующих факторов в десятки раз увеличивают экономическую целесообразность применения этой технологии для любительских киноматериалов [10].

Рисунок 4. Кадры позитивной плёнки до обработки и после.

Figure 4. Frames of positive film before and after processing.

Время обработки и постобработки занимало от нескольких дней до нескольких недель. Время рендеринга, могло достигать нескольких часов [11].

Рисунок 5. Кадры позитивной плёнки Super 8 до обработки и после.

Figure 5. Frames of Super 8 positive film before and after processing.

При сканировании выбирались следующие параметры:

• •   программное подавление зерна;

• •   программная стабилизация изображения;

• •    кроп-фактор (кадрирование).

Рисунок 6. Кадры негативной 8 мм плёнки до обработки и после.

Figure 6. Frames of 8 mm negative film before and after processing.

При постобработке использовались дискретные цифровые плагины цветокоррекции, контрастности, стабилизации. В случае со сканированием негативных киноматериалов применялась инверсия. В сценах с крупными планам, где в кадре были лица – применялись плагины Beauty Box и Beauty Studio, но это существенно загружало систему при пересчёте и приводило иногда к сбоям проекта.

Рисунок 7. Кадры негативной плёнки Super 8 до обработки и после.

Figure 7. Super 8 negative film frames before and after processing.

Плагины, ноды и видеоэффекты [12] таких семейств как ВСС, HitFilm, Red Giant Magic Bullet Suite, Twixtor OFX, Universe, RevisionFX, NewBlue_Video_Essentials, AAV ColorLab и прочих разработчиков [13] постобработки способны помочь в решении очень многих технических задач как с визуальным рядом [4], так и со звуковой дорожкой, более того, можно post factum исправлять баланс белого, работать с ускорением, замедлением без потери качества и с дополнительной генерацией кадров на основе предыдущих фреймов [12] и многое другое [14].

Таблица 1. Результаты сканирования и рендеринга позитивных и негативных материалов кинофильмов на аналоговых носителях.

Table 1. Results of scanning and rendering of positive and negative film materials on analog media.

Название	Хронометраж (м., с.)	Число плагинов, использованных	Время рендера (м., с.)
Домашние записи, 1985 г. (8 мм, позитив, цвет)	2:38	7	00:35:34
Домашние записи, 1984 г. (Super 8, позитив, цвет) Частная хроника, Олимпиада-	2:44	7	00:48:31
80, 1980 г. (8 мм, негатив, цвет) Частная хроника экскурсии	3:16	8	01:28:22
на Байконур, 1982 г. (Super 8, негатив, цвет)	3:55	8	01:30:28

В таблице 1 представлены числовые и временные показатели, использованные в процессе работы (количество плагинов, применённых к сценам сканированных изображений при постобработке). Ранее процесс сканирования обкатывался и проводился на частных любительских киноматериалах (было отсканировано около 120 бабин 8-мм и Super 8).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Технологический процесс создания итоговой цифровой кинокопии 8-мм и Super 8 с применением нелинейных дискретных преобразований является не простым актом мультимедийной визуализации, требующей определённого набора информационных, программно-пользовательских компетенций и широкого спектра системных знаний в сфере IT-редактирования в прикладных видеопрограммах [15-17].

Сканирование как негативных кинокопий, так и позитивных с применением нелинейных дискретных преобразований позволяет улучшить качество обработки уникальных короткометражных кинодокументов [18], предоставляемых частными лицами в КГАУК «Енисей кино».