Etched-Glass Waveguides versus Laminated Filters for Active In-Camera Tint Synthesis

في عالم السينما، يُعد الضوء الأداة الأساسية لسرد القصص، ولكن في بعض الأحيان تكون الأداة الأكثر قوة هي تلك التي تخفي نفسها. لعقود من الزمن، استخدم صُناع الأفلام مرشحات زجاجية خاصة توضع أمام عدسات الكاميرا لتخفيف حدة المشهد. تعمل هذه المرشحات عن طريق أخذ جزء ضئيل من الضوء الساطع القادم من الشمس أو كشاف الضوء ونشره، مثل ضباب لطيف، في الظلال الداكنة. هذه العملية، المعروفة باسم إنشاء "الوشاح" (veil)، ترفع مستويات السواد في الصورة، مما يجعل التفاصيل مرئية في المناطق المظلمة دون إتلاف المناطق الساطعة. إنها وسيلة لخفض تباين الصورة، مما يمنحها مظهراً حالمًا أو كلاسيكيًا يبدو أقل حدة ورقمية. تقليديًا، يكون هذا التأثير سلبيًا وثابتًا؛ حيث يختار صانع الفيلم مرشحًا بقوة محددة، وهذا هو المظهر الوحيد الذي سيحصل عليه طوال اللقطة.

ومع ذلك، يسعى نهج جديد لجعل هذا الوشاح نشطًا وقابلاً للتعديل، مما يسمح للون وسطوع تأثير التنعيم بالتغير أثناء دوران الكاميرا. تخيل مرشحًا يمكن إضاءته من الجانب بواسطة شريط من الأضواء الملونة، مما يحول الزجاج نفسه إلى لوحة متوهجة تضيف صبغة إلى الصورة. ولإنجاح هذا الأمر، يجب أن يعمل الزجاج كدليل للضوء، بحيث يحجز الضوء القادم من الحافة ويشتته بالتساوي عبر السطح. وقد ظهرت طريقتان مختلفتان لبناء هذه المرشحات الذكية. تعتمد إحداهما على إعادة توظيف المرشحات التجارية الموجودة التي تحتوي بالصدفة على طبقة غائمة بداخلها. أما الأخرى فتستخدم تصميمًا جديدًا تمامًا حيث تُنحت أنماط مجهرية مباشرة على سطح الزجاج للتحكم في كيفية حركة الضوء. وقد وضع فريق من الباحثين هاتين الفكرتين المتنافستين تحت الاختبار مؤخرًا لمعرفة أيهما يخلق صورة أفضل وأكثر استقرارًا للكاميرا.

قام الباحثون بإعداد تجربة مخبرية لمقارنة مرشح زجاجي مصمم خصيصًا، أطلقوا عليه اسم "مرشح دليل الموجة الزجاجي المحفور" (etched-glass waveguide)، مقابل مرشحات "Tiffen Ultra Contrast" المعروفة. تم بناء المرشح المخصص في جامعة وارسو للتكنولوجيا، حيث استخدم المهندسون تقنيات متقدمة لنحت أنماط عشوائية صغيرة في لوح من الزجاج. صُممت هذه الأنماط لالتقاط الضوء الداخل من الحافة ودفع نحو مركز العدسة. في المقابل، تعد مرشحات "Tiffen" منتجات تجارية مصنوعة عن طريق وضع طبقة تشتيت بين طبقات من الزجاج. وبينما تعد هذه المرشحات التجارية ممتازة لغرضها التقليدي المتمثل في تنعيم الصور باستخدام الضوء المحيط، أراد الباحثون معرفة مدى أدائها عندما تُجبر على العمل كأدلة ضوئية لنظام نشط. قاموا بتثبيت كلا النوعين من المرشحات في إطار محاط بشريط من الأضواء الحمراء والخضراء والزرقاء، ثم قاسوا بدقة كيف يتصرف الضوء أثناء انتقاله عبر الزجاج وخروجه نحو مستشعر.

أول ما قاسه الفريق هو مقدار الضوء المفقود بمجرد المرور عبر الزجاج. في عالم تُعد فيه كل فوتون أمرًا بالغ الأهمية، فإن فقدان الضوء يمثل مشكلة. أثبت مرشح الزجاج المحفور المخصص أنه الأكثر كفاءة، حيث فقد حوالي 7 في المائة فقط من الضوء عبر الطيف المرئي. كانت المرشحات التجارية أقل كفاءة قليلاً، حيث فقدت ما بين 9 و10 في المائة. والأهم من ذلك، أن المرشح المخصص عامل جميع ألوان الضوء بالتساوي، حيث سمح للضوء الأحمر والأخضر والأزرق بالمرور بنفس السهولة. ومع ذلك، كانت المرشحات التجارية أكثر انتقائية؛ فقد سمحت للضوء الأزرق بالمرور بسهولة أكبر من الضوء الأحمر، مما يعني أن الصورة ستبدو طبيعيًا أكثر برودة أو مائلة للزرقة أثناء مرورها عبر الزجاج.

بعد ذلك، نظر الفريق في مدى قدرة كل مرشح على إنشاء "وشاح" عند إضاءته من الجانب. وقاسوا "الضباب" (haze)، أو كمية الضوء الشارد التي تظهر على خلفية سوداء. أنشأ مرشح الزجاج المحفور المخصص أقوى وشاح، حيث أنتج توهجًا أكثر سطوعًا بمقدار 1.6 مرة من أقوى مرشح تجاري اختبروه. يشير هذا إلى أن التصميم المخصص جيد جدًا في تحويل الضوء الجانبي إلى غسيل ناعم ومتساوٍ. وعندما نظروا إلى لون هذا التوهج، أصبح الفرق أكثر إثارة للدهشة. كان الضوء الخارج من المرشح المخصص محايدًا تقريبًا، مما يعني أنه لم يفضل لونًا معينًا، وظل هذا التوازن مستقرًا بغضًا عن المكان الذي تنظر إليه على الزجاج. أما المرشحات التجارية، فقد أنتجت توهجًا يهيمن عليه الضوء الأزرق بشكل كبير. كانت نسبة الضوء الأزرق إلى الأحمر في المرشحات التجارية أكثر من ضعف نسبتها في المرشح المخصص، وتغير توازن الألوان هذا اعتمادًا على مكانك في الزجاج، حيث ينتقل من لون إلى آخر مع تحركك عبر الإطار.

كما رسم الباحثون خريطة لسطوع الضوء عبر أسطح المرشحات لمعرفة ما إذا كان متساويًا. أظهر المرشح المخصص نمطًا متميزًا: كان في أقصى سطوعه في حزمة تمر عبر المنتصف وأقل سطوعًا عند الزوايا، وهي نتيجة للطريقة المحددة التي نُحتت بها الأنماط المجهرية للتعويض عن تلاشي الضوء أثناء انتقاله. ورغم أنه لم يكن مسطحًا تمامًا، إلا أن هذا النمط كان متوقعًا ومتسقًا. وأظهرت المرشحات التجارية نوعًا مختلفًا من عدم الانتظام، حيث كان الضوء في أقصى سطوعه بالقرب من الحواف حيث توجد مصابيح LED ويتلاشى نحو المركز. ومن الأهمية بمكان أن المرشحات التجارية كانت أقل انتظامًا في اللون بكثير مما كانت عليه في السطوع؛ حيث تلاشى الضوء الأحمر بسرعة أكبر بكثير من الضوء الأزوان أثناء انتقاله عبر الزجاج. وهذا يعني أنه للحصول على مظهر لوني متسق باستخدام مرشح تجاري، سيتعين على صانع الفيلم تعديل الأضواء الحمراء باستمرار للتعويض عن الفقدان، وحتى حينها، سيكون اللون مختلفًا في الجانب الأيسံ من الشاشة مقارنة بالجانب الأيمن.

تخلص الدراسة إلى أنه بينما يمكن لكلا النوعين من المرشحات إنشاء صبغة نشطة وقابلة للضبط، إلا أنهما يقدمان تجربتين مختلفتين تمامًا. يوفر مرشح الزجاج المحفور المخصص وشاحًا أنقى وأكثر حيادية واستقرارًا، حيث يفقد ضوءًا أقل ويحافظ على اتساق لونه عبر الصورة. أما المرشحات التجارية، رغم كونها مألوفة ويمكن التنبؤ بها في استخدامها السلبي، فإنها تعاني للحفاظ على توازن الألوان عند إضاءتها من الجانب، مما يؤدي إلى توهج غير متساوٍ يميل للزرقة ويتطلب تصحيحًا معقدًا. ويشير الباحثون إلى أن نتائجهم تستند إلى عينة واحدة من كل نوع، لذا يوجد بعض التباين بين القطع الفردية، لكن الاتجاهات واضحة. يثبت التصميم المخصص أن حفر الأنماط مباشرة في الزجاج هو طريقة متفوقة لإنشاء وشاح نشط ومستقر لونيًا، مما يوفر لصناع الأفلام أداة جديدة تتسم بالكفاءة والدقة. ستتضمن الأعمال المستقبلية اختبار هذه المرشحات على كاميرات فعلية لمعرفة مدى تأثيرها على جودة الصورة النهائية، ولكن في الوقت الحالي، تشير النتائج المخبرية إلى أن الزجاج المحفور هو التقنية الأكثر قدرة لمستقبل السينما الرقمية.