Sinemada renk yönetimi: ACES

Kısa cevap

Bir film ya da dizi çoğu zaman birkaç farklı kamerayla çekilir, bilgisayarda üretilmiş görüntülerle birleştirilir ve sonunda sinema projektöründen HDR televizyona kadar birçok ekrana gönderilir; her kamera renkleri kendi diliyle kaydettiği için, ortak bir dil olmadan bu görüntüleri eşleştirmek her seferinde yeniden çözülmesi gereken bir bulmacaya dönüşür. ACES, yani Akademi Renk Kodlama Sistemi, bu ortak dili sağlar: her kameranın görüntüsü bir giriş dönüşümüyle sahnedeki ışığı temsil eden tek bir renk uzayına çevrilir, bütün çalışma bu uzayda yapılır ve her ekran için ayrı bir çıkış dönüşümü görüntüyü o ekrana uyarlar. Sistemin gücü, ortak uzayın sahneye bağlı olmasından gelir; zayıf noktası ise her halkasının, özellikle kameraya özgü giriş dönüşümünün, ne kadar özenle hazırlandığına bağlı olmasıdır.

Her kamera başka bir dil konuşur

Bir kamera sensörü, üzerine düşen ışığı kendine özgü renk filtreleri ve kendine özgü bir kayıt eğrisiyle sayılara çevirir. İki farklı üreticinin kamerası, aynı sahneyi aynı ışıkta çektiğinde, dosyalarına farklı sayılar yazar. Biri logaritmik bir eğri kullanır, öteki başka bir logaritmik eğri; birinin kırmızı kanalı ötekininkinden biraz daha geniş bir dalga boyu aralığını toplar. Aynı sahnenin iki çekimini yan yana koyduğunuzda, gökyüzü birinde biraz daha camgöbeği, öbüründe biraz daha mor görünebilir; yüzler birinde daha sıcak, öbüründe daha soluk olabilir.

Tek bir kamerayla çekilen bir yapımda bu sorun o kameranın kendi araçlarıyla çözülebilir. Ama günümüzde bir yapım sıkça birden fazla kamera kullanır: ana kamera, ikinci ekip kamerası, dar alanlar için küçük bir gövde, havadan çekim için bir drone. Bunlara bilgisayarda üretilen görüntüler, arşivden gelen eski malzeme ve görsel efekt şirketlerine gidip gelen dosyalar eklenir. Her birinin kendi renk dili vardır ve hepsinin sonunda aynı sahnenin parçası gibi görünmesi gerekir.

Üstelik aynı film tek bir ekrana gitmez. Önce bir sinema projektörü için, sonra bir HDR televizyon için, sonra standart bir televizyon ve bilgisayar ekranı için hazırlanır. Her ekranın parlaklık aralığı, renk gamı ve aktarım eğrisi farklıdır; EK-06'da gördüğümüz gibi HDR ile SDR arasındaki fark yalnız parlaklık değil, görüntünün tümüyle yeniden işlenmesi demektir.

ACES bu iki çoklu soruna, yani çok sayıda girişe ve çok sayıda çıkışa, tek bir merkezle cevap veren bir çerçevedir. ACESCentral'ın tanımına göre ACES, dijital görüntü dosyalarını değiş tokuş etmek, renk iş akışlarını yönetmek, teslim ve arşiv için ana kopyalar oluşturmak üzere kullanılan küresel bir standarttır; SMPTE standartlarının, iyi uygulamaların ve renk biliminin bir birleşimidir ve Sinema Sanatları ve Bilimleri Akademisi'nin gözetiminde yüzlerce film yapımcısı ve renk bilimci tarafından geliştirilmiştir. Bugün Academy Software Foundation'ın bir projesidir ve ücretsiz ve açık kaynaklıdır.

Sistemin sürümleri de kamuya açık bir kod deposunda izlenebilir: ACES'in 1.0 sürümü Aralık 2014'te, 1.3 sürümü Nisan 2021'de etiketlenmiştir. Belgeler bugün ACES 2 çıkış dönüşümlerini de anlatır.

Sahneye bağlı, ekrana bağlı

ACES'i anlamanın anahtarı, iki tür renk verisini ayırmaktır.

Standart bir video dosyası ekrana bağlıdır: yüzde yüz beyaz, "ekranın en parlak beyazı" demektir ve güneşin kendisi ile beyaz bir tişört aynı değere sıkıştırılmış olabilir. Sahneye bağlı bir dosyada ise güneş, tişörtten yüzlerce kat daha büyük bir değer taşır. ACES'in merkezindeki kodlama, ACES2065-1, sahneye bağlıdır: değerler doğrusaldır ve sahnenin göreli pozlamasını kodlar. Belgelere göre bu kodlama SMPTE ST 2065-1:2021 standardında tam olarak tanımlanır, AP0 adı verilen birincil renklere ve kendine özgü bir beyaz noktasına, CIE x = 0,32168 ve y = 0,33767 değerlerine dayanır ve aktarım fonksiyonu doğrusaldır.

AP0 birincilleri olağan dışıdır: yeşil birincil CIE diyagramında y = 1 noktasında, mavi birincil ise diyagramın altında, y = −0,077'de durur. Bu noktalar gerçek bir ışığa karşılık gelmez; üçgen, insan gözünün görebildiği bütün renkleri içine alacak kadar geniş seçilmiştir. EK-04'teki gam kavramıyla söylersek, ACES2065-1'in gamı görünür renklerin tamamını kapsar; bu yüzden hiçbir kameranın kaydettiği bir renk, bu uzaya çevrilirken dışarıda kalmaz.

Giriş dönüşümleri: kameradan ortak uzaya

Her kameranın görüntüsünü ACES2065-1'e çeviren adıma giriş dönüşümü denir.

ACES belgeleri bu dönüşümün sorumluluklarını sıralar: doğrusallaştırma, beyaz dengesi, kırpma, renk analizi, nötr renklerin kromatiklik farkını telafi etme ve sonucu ACES göreli pozlama değerleri olarak kodlama. Yani giriş dönüşümü, EK-05'teki gamma eğrisinin tersini almaktan çok daha fazlasını yapar: kameranın kendi renk duyarlılığını, ACES'in varsaydığı ideal bir referans kameranın duyarlılığına yaklaştırır.

Bir giriş dönüşümünün nasıl üretildiği, onun sınırlarını da gösterir. ACES belgelerindeki çekim kılavuzu, profesyonel olmayan kameralar için bir giriş dönüşümü üretmek üzere bir gri kart ile 24 yamalı bir renk kartının nasıl çekileceğini adım adım anlatır. Kamera fabrika ayarlarına döndürülür, 20 ile 30 dakika ısınmaya bırakılır; gürültü azaltma, keskinleştirme ve kamera içi renk profilleri kapatılır; kart, 45 derecelik açılarla yerleştirilmiş iki eş yüksek renk sadakatli ışıkla aydınlatılır ve pozlama bir dizi stop boyunca kademelendirilir. Kılavuz bir de uyarıda bulunur: bu işlem bilimsel ve titiz bir prosedürdür; kötü üretilmiş bir giriş dönüşümü, hiç giriş dönüşümü olmamasından daha zararlı olabilir.

Çalışma uzayları: ACEScg ve ACEScct

Bütün görüntüler ACES2065-1'de buluştuktan sonra, farklı işler için daha elverişli iki çalışma uzayı kullanılır.

ACEScg'nin varlık nedeni ilginçtir. Belgelere göre bilgisayar grafiğinde RGB değerleri çoğu zaman bir malzemenin yansıttığı ışığın yüzdesini anlatır; renk biliminde ise RGB değerleri belirli birincillere göre uyaran değerleridir. Çok geniş AP0 birincilleri, bilgisayar grafiğinin bu alışkanlıklarıyla her zaman iyi çalışmaz. AP1 birincilleri ise Rec. 2020 ve DCI-P3 gamlarını çeşitli beyaz noktalarında tümüyle içine alacak kadar geniş, ama AP0 kadar uç olmayan bir üçgen oluşturur. Belgeler, ACEScg'de AP1 üçgeninin dışına düşen renklerin bir ya da iki bileşeninin negatif olabileceğini, bu değerlerin ideal olarak korunması gerektiğini, ama pratikte korunamadığında sıfıra çekilmesinin kabul edilebilir olduğunu da yazar.

İkinci çalışma uzayı renk düzeltme içindir. Renk düzeltme araçları uzun süre logaritmik film taramalarıyla çalışmak üzere tasarlandı; renk düzelticilerin elleri, logaritmik değerlerle hareket eden kontrollere alışkındır.

Belgelere göre ACEScct'nin 1,0 değeri, orta grinin on stoptan biraz fazla üstündeki bir ACES değerine, yaklaşık 222'ye karşılık gelir. Eğri, 0,0078125 doğrusal değerinin üstünde tamamen logaritmiktir; bu noktanın altında ise doğrusal bir parçaya geçer. Bu topuğun nedeni de yazılıdır: renk düzelticiler, gölgeler kaldırıldığında eski film taramaları ve kamera logaritmik eğrilerindekine benzer bir davranış istemişlerdir. Topuk, gölgeler kaldırıldığında, tamamen logaritmik bir eğriye göre daha belirgin bir "sütlenme" ya da "sisleşme" yaratır.

Renk düzeltmenin kendisi, yani bir görüntünün yaratıcı olarak nasıl biçimlendirileceği, FS-04'ün konusudur. Burada önemli olan, düzeltmenin hangi sayıların üzerinde yapıldığıdır.

Görsel efektlerle paylaşım

ACES'in tasarımında görsel efekt paylaşımı özel bir yer tutar; ACEScg'nin ayrı bir çalışma uzayı olarak tanımlanması bunun göstergesidir. Bir sahne, farklı şirketler arasında gidip gelir: bir şirket arka planı, bir başkası bir yaratığı, üçüncüsü bir patlamayı üretir. Herkes aynı sahneye bağlı uzayda çalışırsa, bilgisayarda üretilen bir nesnenin ışığı, kameranın kaydettiği ışıkla fiziksel olarak tutarlı biçimde birleştirilebilir.

ACES belgelerindeki genel bakış, bu akışı basit bir şemayla gösterir: farklı kameralar kendi giriş dönüşümlerinden, bilgisayar grafiği ise ACEScg'den ACES'e geçer; ACES'ten SDR ve HDR işleme dönüşümleriyle sinema projektörüne, HDR videoya ve SDR videoya çıkılır. Belgeler, gerçek yapımların çok daha karmaşık olduğunu, bu durumda görüntülerin nasıl dönüştürüldüğünü ve izlendiğini belgelemek için ACES Metadata File, kısaca AMF adı verilen bir dosya biçiminin kullanılabileceğini belirtir.

Bu paylaşımın bilinen bir sorunu da ACES tarihinin bir parçasıdır. Çok doygun ve parlak LED ışık kaynakları, örneğin polis arabası ışıkları ya da trafik ışıkları, kameradan ACES'e ve ACES'ten AP1'e çevrilirken gamın dışına düşer ve negatif bileşenli değerler üretir. Bu değerler kompozitte sorun çıkarır ve çıkış dönüşümünde görsel bozulmalara yol açabilir. ACES 1.3 ile yayımlanan Referans Gam Sıkıştırma, yalnız en doygun değerleri değiştirip bir "güven bölgesi" içindeki renklere dokunmayan bir işlemle bu sorunu gidermek için tasarlandı; daha önceki geçici çözüm, görüntüdeki bütün pikselleri etkiliyordu. Bu, EK-14'te anlatılan gam eşlemenin sinemadaki bir karşılığıdır.

Çıkış dönüşümleri: ortak uzaydan ekrana

Sahneye bağlı veri doğrudan bir ekrana gösterilemez; önce ekrana bağlı hâle getirilmesi gerekir.

ACES belgelerine göre çıkış dönüşümü iki alt modülden oluşur. İşleme dönüşümü, hedef ekranın en yüksek parlaklığına ve sınırlayıcı gamına göre görüntünün görünüşünü belirler. Ekran kodlama dönüşümü ise bu sonucu ekranın birincillerine, kalibre edilmiş beyaz noktasına ve aktarım eğrisine göre kodlar. ACES 1'de bu ikisi ayrı adlarla, Referans İşleme Dönüşümü ve Çıkış Cihazı Dönüşümü olarak anılıyordu; sonraki sürümler ikisini tek bir "çıkış dönüşümü" altında birleştirdi.

ACES 2'nin en önemli değişikliği, işleme dönüşümünün hangi uzayda çalıştığıdır. ACES 1 ton eşlemeyi doğrudan AP1 RGB kanallarına uyguluyordu. ACES 2 ise ACES değerlerini, 2022 tarihli Hellwig renk görünüm modelinin sadeleştirilmiş bir sürümünden türetilmiş "JMh" adlı bir uzaya çevirir. Bu uzayda J açıklığa, M renkliliğe, h tona karşılık gelir. Ton eşleme yalnız J'ye uygulanır, renklilik ayrıca ayarlanır; böylece özgün ACES değerinin tonu ekrana kadar korunur. BI-24'te anlatılan algısal uzaylar fikri, burada bir sinema standardının içine girmiştir.

Ton eşlemenin kendisi de belgelenmiştir. ACES 2 ton eğrisi, bir S biçimine, bir topuğa ve bir omuza sahip, sürekli artan bir eğridir; 48 nitlik sinema, 100 nitlik video, 108 nitlik Dolby Cinema ve 1.000 nitlik HDR için hazır değerler sunar ve orta gride, ACES 1'in orta eğimi olan 1,55'ten daha düşük bir kontrastla çalışır. Belgelerin tablosuna göre sahnedeki yüzde 18'lik bir gri, 100 nitlik bir ekranda 10 nite, 1.000 nitlik bir ekranda yaklaşık 14,5 nite yerleştirilir. Yani HDR, orta griyi biraz yukarı taşır ama asıl farkı vurgularda gösterir; EK-06'daki "HDR her yeri parlatmaz" gözlemiyle uyumludur.

Kartın sorusu: ortak uzay neden gerekli?

Farklı kameralarla çekilen bir filmde ortak renk uzayı neden gereklidir? Ortak uzay olmadan, her kamera çifti için ayrı bir eşleştirme yapmak gerekir. Beş kamera ve üç çıkış ekranı olan bir yapımda, her kamerayı her ekrana ayrı ayrı bağlamak on beş ayrı yol demektir ve her yeni kamera ya da ekran bu sayıyı katlar. Ortak bir merkez varsa, her kamera yalnız bir kez merkeze, her ekran yalnız bir kez merkezden bağlanır: beş giriş ve üç çıkış, sekiz yol.

Merkezin sahneye bağlı olması ise ikinci avantajı getirir. Görüntüler bir ekranın sınırlarına göre değil, sahnedeki ışığa göre saklandığı için, yarın daha parlak ya da daha geniş gamlı bir ekran çıktığında aynı ana kopyadan yeni bir çıkış üretilebilir. ACESCentral'ın "geleceğe dayanıklı" ve "bilinen bir nicelik" olarak arşivlenen ana kopya vurgusu buradan gelir. Görsel efekt ekipleri de aynı ışık birimleriyle çalıştığı için, bir şirketin ürettiği nesne başka bir şirketin arka planına fiziksel olarak tutarlı biçimde yerleşir.

Bu avantajların hepsi bir koşula bağlıdır: her kamera için giriş dönüşümünün doğru olması. Ortak dil, her çevirmenin iyi çalıştığı ölçüde ortaktır.

Örnek — kartta olmayan tenler

Giriş dönüşümlerinin kalibrasyonunda kullanılan 24 yamalı renk kartında iki ten yaması vardır ve adları "koyu ten" ile "açık ten"dir. Kartın 2014 sonrası üretilen sürümünün colour-science kütüphanesindeki ölçüm verisine göre, D50 altında "koyu ten" yamasının açıklığı L\ = 37,5, "açık ten" yamasınınki L\ = 64,7'dir. Bu yamaları dört ten örneğimizle karşılaştıralım.

Kartın "koyu ten" adlı yaması, en koyu ten örneğimizden belirgin biçimde açıktır; iki renk arasındaki fark, 8D5524 ile aradaki farktan bile biraz büyüktür. Bu, kartla üretilen bir giriş dönüşümünün en koyu tenlerde yanlış olduğu anlamına gelmez; dönüşüm bütün renk alanı üzerinde bir eşleme kurar. Ama en koyu tenlerin, dönüşümün doğrudan ölçülerek ayarlandığı noktaların dışında kaldığını, yani dönüşümün orada ölçümle değil, kurduğu genel eşlemeyle tahmin yaptığını gösterir.

İkinci hesap renk düzeltmeyle ilgilidir. Dört ten örneğini, doğru pozlanmış bir sahnede, yansıtmalarına eşit doğrusal değerlerle ACEScct'ye çevirelim; sonra aynı yüzün üç stop daha karanlık, gölgede kalan tarafını da çevirelim.

Üç ten örneğinin gölge tarafı ACEScct'nin logaritmik bölgesinde kalır. En koyu ten örneğinin gölgesi ise 0,0078125 sınırının altına, doğrusal topuğa düşer. Belgelerin anlattığı gibi bu bölgede gölgeleri kaldırmak, logaritmik bölgedekinden daha belirgin bir sütlenme yaratır. Yani aynı "gölgeleri biraz aç" hareketi, açık tenli bir yüzün gölgesini logaritmik bir eğri üzerinde, en koyu tenli yüzün karanlık yarısını ise başka türden bir eğri üzerinde hareket ettirir ve sonuç koyu tende grileşmiş, soluk bir gölge olabilir.

Bu hesap bir kusur iddiası değildir: topuk, renk düzelticilerin isteğiyle eklenmiş bilinçli bir tasarım kararıdır ve pozlama, ışık ve düzeltme tercihleri sonucu değiştirir. Ama bir ekip, ACES iş akışını ve renk düzeltme alışkanlıklarını yalnız açık tenli yüzlerle sınarsa, koyu tenli yüzlerin gölgelerinde ortaya çıkacak bu farkı görmeyebilir. Kalibrasyon kartının "koyu ten" yamasının en koyu tenlerden açık olması da aynı yöne işaret eder: sistemin en az sınandığı yer, en koyu tenlerdir.

Sık yapılan yanlış

Özet

1. ACES, birçok kameradan gelen görüntüleri giriş dönüşümleriyle sahneye bağlı tek bir uzaya, ACES2065-1'e çevirir ve her ekran için ayrı bir çıkış dönüşümüyle ekrana bağlı hâle getirir; ACES 1.0 Aralık 2014'te, 1.3 Nisan 2021'de yayımlanmıştır.
2. Çalışma için bilgisayar grafiği ve kompozitte ACEScg, renk düzeltmede ACEScct kullanılır; ACES 2 çıkış dönüşümleri ton eşlemeyi yalnız açıklığa uygulayarak tonu korumayı amaçlar ve Referans Gam Sıkıştırma parlak LED'lerin gam dışı değerlerini giderir.
3. Ortak uzay, bağlantı sayısını azaltır ve arşivi geleceğe taşır; ama sistemin doğruluğu giriş dönüşümlerine bağlıdır ve en koyu tenler hem kalibrasyon kartının hem de düzeltme eğrisinin en az sınanan bölgesinde durur.

Kendini sına

1. (Kolay) ACES'in merkezindeki kodlamanın adı nedir ve aktarım fonksiyonu nasıldır?
2. (Kolay) ACEScg ve ACEScct hangi işler için tasarlanmıştır?
3. (Orta) Farklı kameralarla çekilen bir filmde ortak renk uzayı neden gereklidir?
4. (Orta) Bir değerin sahnedeki ışığı mı yoksa bir ekrandaki görüntüyü mü temsil ettiği neden önemlidir ve ACES neden merkezinde sahneye bağlı bir kodlama kullanır?
5. (Zor) ACES 2 çıkış dönüşümlerinin JMh uzayında çalışması neyi değiştirir?
6. (Zor) Örnekteki iki hesap, bir ACES iş akışının farklı tenlerle sınanması hakkında ne söyler?

Cevaplar

1. ACES2065-1; doğrusaldır ve sahnenin göreli pozlamasını AP0 birincillerine göre kodlar («Sahneye bağlı, ekrana bağlı»).
2. ACEScg bilgisayar grafiği işleme ve kompozit için doğrusal bir çalışma uzayıdır; ACEScct ise renk düzeltme sistemleri için logaritmik ve topuklu bir kodlamadır, değiş tokuş ya da arşiv için kullanılmaz («Çalışma uzayları: ACEScg ve ACEScct»).
3. Çünkü her kamera renkleri kendi filtreleri ve kayıt eğrisiyle farklı sayılara çevirir; ortak bir merkez olmadan her kamerayı her çıkışa ayrı ayrı bağlamak gerekir ve bağlantı sayısı katlanarak artar. Ortak bir sahneye bağlı uzay, her kamerayı bir kez merkeze ve her ekranı bir kez merkezden bağlar, görsel efektlerin fiziksel olarak tutarlı birleşmesini sağlar ve ana kopyayı gelecekteki ekranlar için saklar («Kartın sorusu: ortak uzay neden gerekli?»).
4. Sahneye bağlı veri sahnedeki ışığın göreli miktarını, ekrana bağlı veri ise belirli bir ekranda gösterilmek üzere biçimlenmiş değerleri taşır. ACES, ekranın sınırlarına bağlı kalmadan her ekran için yeni bir çıkış üretebilmek ve farklı kaynakları ışık birimleriyle birleştirebilmek için sahneye bağlı bir merkez kullanır («Sahneye bağlı, ekrana bağlı»).
5. Ton eşleme yalnız açıklığa uygulanır, renklilik ayrıca ayarlanır; böylece özgün değerin tonu ekrana kadar korunur ve farklı çıkışlar arasında daha iyi bir eşleşme hedeflenir. ACES 1'de ton eşleme doğrudan RGB kanallarına uygulanıyordu («Çıkış dönüşümleri: ortak uzaydan ekrana»).
6. Kalibrasyon kartının "koyu ten" yaması en koyu ten örneğinden belirgin biçimde açıktır, yani en koyu tenler dönüşümün doğrudan ölçüldüğü noktaların dışında kalır; en koyu tenin gölgesi de ACEScct'nin doğrusal topuğuna düşer ve gölge kaldırma orada farklı davranır. İkisi birlikte, bir iş akışının yalnız açık tenli yüzlerle sınanmasının koyu tenlerdeki farkları gizleyebileceğini gösterir («Örnek — kartta olmayan tenler»).

Kaynaklar

• ACESCentral, «What is ACES?», acescentral.com.
• ACES Documentation, «ACES2065-1 — Academy Color Encoding Specification»; «ACEScg — A Working Space for CGI Render and Compositing»; «ACEScct — A Quasi-Logarithmic Encoding of ACES Data for use within Color Grading Systems», docs.acescentral.com.
• ACES Documentation, «Input Transforms» ve «IDT Capture Guide for Prosumer Cameras», docs.acescentral.com.
• ACES Documentation, «Output Transforms — Overview», «Tone Mapping» ve «Reference Gamut Compression Specification», docs.acescentral.com.
• SMPTE ST 2065-1:2021, «Academy Color Encoding Specification (ACES)».
• aces-aswf/aces-core kod deposu, sürüm etiketleri v1.0 (Aralık 2014) ve v1.3 (Nisan 2021), GitHub.

Sonraki adım

ACES, her kameranın görüntüsünü bir giriş dönüşümüyle ortak uzaya çeviriyordu; ama o görüntünün kamera içinde nasıl oluştuğu, sensörün kendisinde başlar. FS-02 bu başlangıca iner: bir sensörün aslında renk görmediğini, her pikselin üstündeki renk filtresinin bir kalıp oluşturduğunu, bu kalıpta yeşil piksellerin neden kırmızı ve maviden fazla olduğunu ve eksik renklerin demozaiklemeyle nasıl tamamlandığını anlatır. Renk düzeltmenin yaratıcı tarafı için FS-04'e bak.