Masarykova univerzita Fakulta informatiky Bakalářská práce Digitalizace černobílého negativu
Vypracoval: Michal Gut Vedoucí práce: Mgr. Jiří Víšek Brno, 2014
Prohlášení Prohlašuji, že tato práce je mým původním autorským dílem, které jsem vypracoval samostatně. Všechny zdroje, prameny a literaturu, které jsem při vypracování používal nebo z nich čerpal, v práci řádně cituji s uvedením úplného odkazu na příslušný zdroj.
2
Shrnutí Úvod práce porovnává možnosti uchovávání informace pomocí negativů a digitální reprezentace fotografie. Text práce také popisuje vyvolávání černobílého negativu, vznikající expozimetrické vady a jejich odstraňování. Práce seznamuje se skenery, s jejich parametry a s procesem digitalizace. Během práce byla také skenována část archivu Jiřího Jeníčka pro Moravskou galerii v Brně. Součástí bakalářské práce je maketa knihy, která vznikla za využití znalostí nabytých v průběhu práce. Práce může sloužit jako návod ke skenování černobílých negativů a seznámení se skenovací technikou.
3
Klíčová slova černobílý negativní film, digitalizace, doba vyvolávání negativu, dynamický rozsah, skener, skenování, vada při expozici
4
Poděkování V první řadě bych chtěl poděkovat Mgr. Jiřímu Víškovi za velkou ochotu, pomoc a podnětné rady při vedení mé bakalářské práce. Velice děkuji personálu Moravské galerie v Brně. Velký dík patří celému oddělení fotografie a nových medií v galerii, zejména pak Mgr. Jiřímu Pátkovi. V neposlední řadě děkuji také svým kamarádům a celé rodině za podporu.
5
Obsah 1
Úvod ......................................................................................................... 8
2
Princip digitalizace .................................................................................. 10 2.1
Digitální obraz ....................................................................................... 10
2.2
Snímání obrazu ..................................................................................... 11
2.3
Digitalizace obrazu................................................................................. 11
2.3.1 Vzorkování......................................................................... 11 2.3.2 Kvantování ................................................................................ 12 3
Skenery .................................................................................................... 13 3.1
Historie skenerů ................................................................................... 13
3.2
Co je skener ..........................................................................................
14
3.2.1 Charge couple device ............................................................. 14 3.2.2 Contact image sensor ............................................................. 15 3.2.3 Photomultiplier tube ….........................................................
16
3.2.4 A/D převodník ................................................................. 17 4
5 6 7
Parametry dnešní skenovací techniky ….............................................
18
4.1
Rozlišení................................................................................................
18
4.2
Barevná hloubka ….............................................................................
19
4.3
Denzita ..................................................................................................
20
Datové formáty …..................................................................................
22
5.1
Formáty rastrové grafiky …...............................................................
22
Dynamický rozsah ................................................................................
25
6.1
Dynamický rozsah senzoru ..............................................................
25
Praktická část 1. ….................................................................................
27
7.1
Světlocitlivý materiál .........................................................................
27
7.2
Zpracování fotografického materiálu ….......................................... 27 6
8
9
7.3
Ověření postupu vyvolávání a citlivosti filmu ............................... 29
7.4
Vady při vyvolávání …....................................................................... 32
Skenování archivu Jiřího Jeníčka …................................................ ...
41
8.1
Kritéria skenování ….......................................................................
41
8.2
Skenování ….....................................................................................
42
Fotografování vernisáže …..................................................................... 46 9.1
Fotografování a vyvolání …............................................................. 46
9.2
Skenování, úprava a tisk .....................................................................
47
9.2.1 Retušování ...............................................................................
49
10
Obrazová příloha A4 …......................................................................
51
11
Závěr..................................................................................................... 52
12
Použitá literatura a zdroje................................................................... 54
7
1
Úvod
Někteří lidé považují skenovací techniku za staromódní, v dnešní době však nalézá mnohá uplatnění a musíme s touto technologií počítat i do budoucna. Skenování je hojně využíváno v kancelářích a domácnostech a to zejména k digitalizaci a následné archivaci materiálů. V této bakalářské práci se budeme zajímat o skenování černobílých negativů nejen za účelem archivace. Mnozí fotografové v současnosti totiž stále fotografují na klasické kinofilmové fotoaparáty a při jejich digitalizaci se nevyhnou použití skeneru. Práce je členěna do dvou částí. Nejprve se seznámíme s digitálním obrazem a jeho reprezentací v prostředí počítačů. V druhé kapitole dále nalezneme také základní informace o přenosu analogové informace do digitální podoby, tedy digitalizaci. Co je vlastně skener a jeho stručná historie na nás čeká ve třetí kapitole, kde také nalezneme rozdělení těchto skenerů podle světlocitlivých senzorů. Pro orientaci na poli skenerů si popíšeme parametry dnešní skenovací techniky jako jsou rozlišení, barevná hloubka a denzita. Pro další práci s nasnímanou obrazovou informací je důležitý datový formát, ve kterém je obraz reprezentován v počítači. Určujeme tak, k jakým účelům bude dále informace použita. Zmíníme se o nejčastěji používaných datových formátech a zjistíme jejich výhody a nevýhody v kapitole páté. V šesté kapitole se stručně zmíníme o dynamickém rozsahu. V praktické části této bakalářské práce se seznámíme se světlocitlivým materiálem, konkrétně s černobílým kinofilmem Ilford PAN 400. Vyfotografujeme sérii snímků s různou expozicí, kterou následně vyvoláme a naskenujeme pomocí skeneru Epson V700. V sedmé kapitole také ověříme správnost postupu vyvolávání a také ověříme citlivost námi zvoleného negativního filmu. K porovnání snímků používáme histogram jako zdroj informací o fotografii. V této kapitole se rovněž zabýváme vadami, které vznikají při vyvolávání a pokusíme se alespoň 8
částečně o jejich odstranění pomocí nástrojů v grafickém editoru Adobe Photoshop, současně uvidíme ztrátu informace v nepovedených snímcích. Součástí praktické části je skenování archivu Jiřího Jeníčka pro Moravskou galerii v Brně. Skenování probíhalo podle jasně stanovených instrukcí ze strany Moravské galerie, především požadavek na velikost jednoho zdigitalizovaného snímku. K bakalářské práci je přiložena maketa fotografií z vernisáže Jaromíra Funkeho ve formátu A4. O průběhu fotografování a skenování na vernisáži je kapitola, kde jsou zároveň popsány drobné úpravy fotografií.
9
2
Princip digitalizace
2.1
Digitální obraz
V prostředí počítačů je digitální obraz reprezentován binárním kódem. Nejčastěji je reprezentován matematicky jako matice M= ( ai,j )m+1,n+1 . Prvky této matice jsou obrazové body nabývající zpravidla celočíselné hodnoty 0 .. . n . Každý prvek této matice uchová informaci o jasu, barvě nebo jiné veličině. Indexy [ i,j ] určují polohu prvku. Prvek [ 0,0 ] bude tedy vlevo nahoře a prvek [ m+1,n+1 ] bude vpravo dole. Maticová reprezentace je známá jako bitmapa. Příklad obrazové matice M:
M=
[
a 0,0 a 0,1 a 1,0 a 1,1
.. . .. .
a 0,m a 1,m
.. .. an ,0
... ..
.. . an,m
. .. a n,1
]
Digitální obraz reprezentovaný vektory nepopisuje obraz bod po bodu, ale pomocí základních geometrických objektů. V takovém případě má objekt definovanou řadu vlastností jako název geometrického objektu, tloušťka čáry, počáteční a koncové body a barva. Výhodou digitální podoby obrazové informace je její skladnost. Velikost medií určených ke skladování dat se v současnosti pohybuje v řádech Terabajtů. Záznamová média však nezaručují zdaleka takovou životnost jako u kinofilmových negativů. Nesporným kladem digitální fotografie je její snadná úprava a případný tisk. [1] Matematickým modelem obrazu může být spojitá funkce f ( x,y ) , které se obvykle říká obrazová funkce. Hodnota této obrazové funkce je nejčastěji jas, protože je to veličina, která souhrnně vyjadřuje vlastnosti obrazového signálu způsobem, jak ho
10
vnímá člověk. Obrazová funkce může být vyjádřena i jinými fyzikálními veličinami, jako tlak, teplota nebo vzdálenost od objektu. Člověk se pohybuje ve trojrozměrném (3D) prostředí, ale obrazová informace má dvojrozměrnou (2D) povahu. Obrazová funkce je tedy výsledkem perspektivního zobrazení části 3D scény. Princip je bodobný jako u dírkové komory. Nechť jsou souřadnice bodu v 3D prostoru ( x,y,z ) a f je ohnisková vzdálenost. Potom zobrazení bodu do roviny má souřadnice x´=xf / z ; y´=yf / z . [1]
2.2
Snímání obrazu
Předtím než lze zpracovat obraz počítačem, musíme ho nejprve sejmout a digitalizovat. Snímání je převedení některé veličiny optického charakteru na elektrický signál, který je spojitý v čase i v úrovni. Při digitalizaci je potřeba věnovat správnému nastavení snímací techniky mnoho pozornosti. Pro kvalitní výsledek při snímání bychom měli znát odrazivost materiálu a vzdálenost od skenovacího senzoru. Informace, která bude špatným snímáním v průběhu ztracena, již nepůjde získat zpátky.
2.3
Digitalizace obrazu
Čidla pro vstup obrazové informace v našem případě čidla skenerů jsou zdrojem spojitého signálu. Abychom mohli obrazovou funkci dále zpracovávat, potřebujeme získat její digitální ekvivalent. Vzorkováním obrazu v matici MxN bodů a kvantováním spojité jasové úrovně každého bodu do K intervalů dosáhneme zdigitalizování obrazu.
2.3.1 Vzorkování Při vzorkování spojité obrazové funkce f ( i,j ) musíme určit interval vzorkování, neboli vzdálenost mezi nejbližšími vzorkovacími body v obraze. Tuto otázku řeší Shannonova věta, která říká, že vzorkovací frekvence musí být alespoň dvakrát větší než nejvyšší frekvence ve vzorkovaném signálu. To znamená, že nejmenší detail musí být dvakrát větší než vzorkovací interval. Při skenování je volba správné11
ho rozlišení velice důležitá. Při nastavení nízkého rozlišení se mohou v obraze ztrácet detaily. Naopak při vysokém rozlišení stoupá výpočetní tedy i časová náročnost. Dále je důležité určit plošné uspořádání vzorkovacích bodů v pravidelné vzorkovací mřížce. Obvykle se používá čtvercová nebo hexagonální mřížka. Častější je čtvercová mřížka, protože lépe odpovídá reprezentaci pravoúhlé matice, je snadněji technicky realizovatelná a vychází z konstrukce většiny snímacích čipů. Naopak hexagonální mřížka lépe řeší měření vzdáleností a spojitosti objektů, ale není vhodná pro některé operace, jako je Fourierova transformace1. Velikost obrazu je obvykle udávána počtem obrazových bodů. Obrazový element, v anglosaské literatuře pixel, z termínu picture element, odpovídá jednomu vzorkovacímu bodu. Z hlediska dalšího zpracování je obrazový element nejmenší nedělitelnou jednotkou. Tyto elementy po uspořádání do vzorkovací mřížky pokrývají celý digitalizovaný obraz.
2.3.2 Kvantování Důležitou součástí procesu digitalizace je kvantování obrazové funkce. Amplituda ve vzorkovaném obraze musí být vyjádřena jako digitální údaj. Počet kvantovacích úrovní musí být dostatečně velký, aby byly vyjádřeny jemné detaily obrazu. Jestliže je pro informaci o obrazovém elementu použito b bitů a systém používá kvantování do k stejných intervalů, potom počet úrovní jasů je k= 2b . Obvykle se používá 8 nebo 16 bitů. [2, 12]
Fourierova transformace slouží pro převod signálů z časové oblasti do oblasti frekvenční. Je to vyjádření časově závislého signálu pomocí signálů harmonických. 1
12
3
Skenery
Nejstarším zařízením pro snímání statických obrazů je skener. Sortiment dnešní skenovací techniky je široký a občas je nesnadné vybrat tu správnou. Proto je důležité seznámit se s touto technikou do hloubky a ujistit se, že přístroj splňuje všechny naše požadavky. Rozhodující faktory při výběru jsou velikost a kvalita výsledného obrazu, materiál, který je skener schopen zpracovávat, a v neposlední řadě i velikost přístroje. Čím hlouběji se s hardwarem seznámíme, tím bude snazší volba skeneru pro naše potřeby a vyhneme se případným problémům, které mohou nastat v budoucnu.
3.1
Historie skenerů
Skenery jsou považovány za potomky zařízení telefotografie, které se skládají z rotačního válce a fotodetektoru. Po řádcích osvětlená předloha je převedena na elektrický signál, následně přenášený standardní telefonní linkou k přijímači, jenž současně tiskne podle intenzity signálu na fotografický papír. Ten musí být posléze vyvolán v temné komoře.[3] Tento systém byl používán tiskem od dvacátých let 20. století až do poloviny let devadesátých. V případě barevných fotografií se obraz rozkládá pomocí RGB filtrů a následně posílá po složkách. Tento postup byl však velice nákladný, proto se užíval zřídka. První skener byl postaven v roce 1957 Russelem Kirchem a jeho týmem v US National Bureau of Standards. Byl to bubnový skener a první obrázek na něm skenovaný byla 5 cm čtvercová fotografie Kirschova syna. Výsledný sken byl černobílý s rozlišením 176 pixelů. [4]
13
3.2
Co je skener
Skener je elektrické zařízení, které slouží k snímání 2D nebo 3D předlohy a pomocí softwaru1 je takto nasnímaná předloha převedena do digitální podoby. Tato zařízení bývají uplatněna v mnoha oblastech od knihoven, kde jsou využívána ke zhotovení kopií knih, přes grafická studia, obchodní domy, domácnosti a v neposlední řadě jsou potřebná v archivech ke skenování negativů či jiných předloh. Materiál umístěný do skeneru je osvícen zdrojem světla. Světlo proniklé průhledným materiálem nebo odražené neprůhledným materiálem je zachyceno světlocitlivým prvkem. V důsledku osvícení vzniká na snímači elektrické napětí. Tento elektrický
náboj
je
dále
zpracován
analog-digitálním
převodníkem
(A/D převodníkem) na binární data, se kterými lze dále pracovat. Skenery se liší použitím světlocitlivého prvku. V případě stolních skenerů to je v zásadě chargecoupled device (CCD), ruční skenery používají contact image sensor (CSI) a bubnové skenery jsou povětšinou vybaveny technologií photomultiplier tube (PMT). V neposlední řadě se musíme zmínit o barevných filtrech, díky kterým jsou světlocitlivé prvky schopny zaznamenávat jasy jednotlivých barevných složek. Barevné filtry mají podobu mozaiky o velikosti 2x2 pixely, liší se počtem jednotlivých barevných složek. Mezi nejpoužívanější RGB barevné filtry patří Bayer filtr a RGBE filtr. Pro snímání barevného prostoru CMYK jsou obvykle používány filtry CYYM a CYGM.
3.2.1 Charge couple device CCD je elektronická součástka, se kterou se můžeme setkat všude kolem nás. Nachází uplatnění nejen ve skenerech, ale také v digitálních fotoaparátech, videokamerách, optických myších a dokonce v astronomických dalekohledech. Zkratka pochází z anglického Charge couple device, do českého jazyka přeloženo jako zařízení s vázanými náboji. Jako každá světlocitlivá součástka potřebuje ke svému fungování zdroj světla. V případě stolních skenerů, kde se CCD využívá 1
Software, jehož prostřednictvím ovládáme funkce skeneru (Epson Scan, SilverFast)
14
nejčastěji, je světelný zdroj produkující bíle denní světlo. Toto světlo je odraženo od předlohy nebo předlohou proniká a soustavou zrcadel je přes čočky směrováno na světlocitlivé součástky. CCD využívá jevu zvaného fotoefekt. To znamená, že foton po nárazu do atomu dokáže některý jeho elektron převést do excitovaného stavu. Odevzdává mu energii E=v⋅h , kde v je frekvence fotonu a h je Planckova konstanta1. Činnost CCD můžeme popsat ve třech fázích. V první fázi přípravy je čip zbaven volných elektronů bez přístupu světla. Druhá fáze je expozice obrazu. Na elektrody se přivede kladné napětí a na CCD se nechá působit světlo, jehož fotony excitují elektrony. Ty jsou následně přitahovány ke kladně nabitým elektrodám. Ve třetí fázi množiny elektrod přivádějí trojfázový hodinový signál a posunují shluky elektronů k zesilovači, který dokáže zesílit malý proud odpovídající počtu nachytaných elektronů v jednotlivých pixelech na napěťové úrovně vhodné pro další zpracovaní. [5, 6]
3.2.2 Contact image sensor Contact image sensor je relativně mladá technologie. Tento snímač se vyznačuje nízkou pořizovací cenou. I cena na provoz je velice nízká a to díky zdroji světla, který je v tomto případě tvořen řadami diod pro snímání červené, zelené a modré barvy. Výhodou nízkého odběru energie je dostačující napájení celého přístroje prostřednictvím USB. Diody nepotřebují žádný čas pro zahřátí, proto je rychlost skenování vyšší než u prvků CCD. CIS využívá k osvětlování předlohy již zmíněné diody, jejichž světlo prochází světelným tubusem a osvětluje jeden řádek skenované předlohy. Odražené světlo je zachyceno světlocitlivým senzorem, který je umístěn těsně u zdroje světla. Malá vzdálenost světelného zdroje a světlocitlivého prvku je příčinou menší hloubky ostrosti než u skenerů s CCD. Tato technologie interně zachycuje informaci v šedé
1
Základní fyzikální konstanta. Jako fyzikální veličina má rozměr momentu hybnosti nebo akce.
15
škále mezi 14–16 bity a barevnou informaci mezi 42–48 bity. Ve výsledku propouští do aplikace 8 bitů šedých tónů a 24 bitů barevné informace. [5, 6]
3.2.3 Photomultiplier tube Photomultiplier tube (PMT) v českém jazyce známý jako fotonásobič je součástka důležitá pro fungování bubnových neboli rotačních skenerů. U bubnových skenerů se pohybuje při skenování předloha. Kdežto u skeneru plochých se pohybuje skenovací rameno vůči předloze. Rotační skenery jsou omezeny pružností předlohy, jelikož se skenovaná předloha musí umístit na rotační válec speciální izolepou, předloha tedy musí být pružná. Tato technika se nejčastěji využívá ke skenování průhledných předloh, jako jsou negativy a diapozitivy, na profesionální úrovni. Jejich cena se pohybuje v řádech stovek tisíců až miliónů korun. Skenovací světelný válec rotuje velkou rychlostí až několik tisíc otáček za vteřinu. Světelný zdroj, který je umístěn v ose rotace válce, produkuje velmi úzký světelný paprsek, který prochází předlohou. Čím užší paprsek dokážeme vyprodukovat, tím kvalitnější reprodukce dosáhneme. Dále je toto světlo pomocí zrcadel a RGB filtrů, kde se rozdělují na červené, zelené a modré, dopraveno do třech fotonásobičů. Fotonásobič je elektronická součástka, která přeměňuje slabý záblesk elektromagnetického záření na měřitelný elektrický proud. PMT je složen z fotokatody, která je vyrobena ze světlocitlivého materiálu, systému osmi až dvanácti diod a anody, která je zdrojem měřitelného elektrického proudu. Jako předešlé fotocitlivé součástky využívá i fotonásobič fotoelektrického jevu. Tedy foton dopadá na fotokatodu a způsobuje emisi elektronů. Fotoelektrony jsou elektrickým polem urychleny a vychýleny. Takto vychýlený elektron dopadá na první diodu. Každá následující dioda má větší kladný potenciál než ta předchozí. Každý urychlený elektron dopadne na diodu a způsobí sekundární emisi několika elektronů. Takováto soustava diod je schopna slabý elektrický signál zesílit milionkrát. [6, 7]
16
3.2.4 A/D převodník A/D (Analog to digital) převodník je důležitou součástkou každého skeneru. Jak bylo výše zmíněno, světlocitlivé senzory produkují slabý elektrický proud, který musí být zesílen zesilovačem. Takto zesílený analogový signál je měřen A/D převodníkem a převeden na číselnou hodnotu. Přesnost této součástky je vyjádřena v bitech, kde například 8 bitový převodník má 28 , tedy 256 úrovní. Čím více bitů má A/D převodník k dispozici, tím jemněji jsou zaznamenávány barvy. Počtu bitů se říká barevná hloubka, o které bude napsáno podrobněji níže.
17
4
Parametry dnešní skenovací techniky
V této kapitole se seznámíme s parametry dnešní skenovací techniky a možnostmi, které je dnešní skenovací technika schopna zaznamenat. Tyto údaje využijeme při nákupu skenerů a také nám pomohou hlouběji porozumět skenování jako takovému. Vývoj digitálních technologií je nezadržitelný proces, proto mohou nastat jemné odlišnosti v nasbíraných datech, ale podstata popsaných parametrických hodnot zůstane stejná. Budeme se zejména bavit o skenerech plochých, jelikož jsou nejběžněji používané a plochý skener byl rovněž využit i v průběhu bakalářské práce.
4.1
Rozlišení
Rozlišení je jeden ze základních a nejdůležitějších parametrů skenovací techniky. Rozlišení udává počet bodů, které je skener schopen rozlišit na délce jeden palec. Pro označení se používá jednotka DPI – dot per inch (bodů na palec), což není úplně správně. Jak jsme výše zmínili, skener snímá barevnou informaci o obrazovém bodu, tedy by označení mělo být ppi – pixel per inch (pixelů na palec). U skenerů je potřeba rozlišovat tři různá rozlišení: optické, hardwarové a interpolované. Nejdůležitějším údajem je rozlišení optické, jež udává, kolik bodů je skener schopen rozlišit v horizontálním směru, tedy ve směru zdroje světla. V podstatě je to počet CCD senzorů v řadě. Hardwarové rozlišení je kombinací optického rozlišení a schopnosti krokovacího motoru, který posunuje zdroj světla, případně natáčí soustavu zrcadel. Je obvykle dvakrát větší než rozlišení optické. Třetím je rozlišení interpolované. Software skeneru dopočítává hodnoty mezi skutečně nasnímané údaje. Interpolované rozlišení může nabývat vysokých hodnot, ale pro nás není informačně přínosné. Při skenování fotografií nám interpolace moc nepomůže a prodlužuje se délka skenování. Interpolace má smysl při skenování textů nebo čárové grafiky, ale vždy můžeme provést převzorkování v grafickém editoru. 18
Před skenováním je vždy potřeba si rozmyslet k čemu bude náš sken dále sloužit. Podle toho určíme rozlišení nejvhodnější pro skenování. Pokud skenujeme pro web nebo e-mail postačí nám rozlišení 72–150 DPI/ppi. Pokud chceme skenovaný obrázek dále tisknout, je dostačující rozlišení 300–360 DPI/ppi. Když budeme obrázek chtít zvětšovat, budeme muset nastavit vyšší rozlišení, které lze snadno dopočítat z jednoduchého vztahu. kratká_strana_výsledku÷krátká_strana_originálu∗300 ( nebo 360 ) dpi / ppi
[8, 9]
4.2
Barevná hloubka
Dalším důležitým parametrem při použití skeneru je barevná hloubka. Tato veličina nám určuje kolik barev je skener schopen rozlišit, tedy kolik odstínů je schopen rozlišit A/D převodník. Přesněji nám hodnota barevné hloubky udává počet bitů použitých pro uložení barvy každého kanálu v barevném modelu. Jestliže barevný model používá například tři základní barvy jako RGB (červená, zelená, modrá), potom je intenzita každé barvy určena číslem, které je vytvořeno určitým počtem bitů. 12bitová hloubka používá 12 bitů na jeden barevný kanál, znamená to, že rozlišuje dohromady 3∗12 bitů různých hodnot. Bitové hodnoty odpovídají dvojkové neboli binární soustavě. Pokud skener zaznamenává 36bitou hloubku barvy, je schopen rozlišit přesně 236 různých barev, což je 4,29 miliard barev. U skenovací techniky se můžeme setkat s různě uvedenou bitovou hloubkou. Nejčastěji je uváděna celková hodnota bitů na jeden pixel tedy 24, 30, 36 nebo 42 bitů. Ekvivalentně může být uvedena bitová hodnota jednoho barevného kanálu, tedy 8, 10, 12 nebo 14 bitů. Některé skenery používají interpolaci i pro barevnou hloubku. To znamená, že skener snímá 8 bitů na barvu a interpolací dosáhne až na 10 bitů na barvu. Lidské oko je schopné zaznamenat asi 10 miliónů barev. Osmi bitová hloubka se zdá býti dostatečná. Běžný uživatel, který skenuje dokumenty či obrázky pro domácí využití zřejmě neocení 42bitovou hloubku. Vystačí si se 24 nebo 30 bity, 19
což nabízejí i levnější modely skenerů. Dokonce i řada formátů určených pro ukládání fotografií nedokáže uložit více než 8bitovou hloubku například JPEG, který je popsán níže. Pokud však chceme obrázek dále upravovat, potřebujeme získat velmi kvalitní sken, jelikož při většině zásahů do obrazu dochází ke ztrátám v barevné hloubce a při úpravách 8bitových obrázku může docházek k posterizaci 1. Musíme proto použít formát, který je schopen uložit 16 bitů na kanál například formát TIFF. [10, 11]
4.3
Denzita
Denzita z anglického denzity, v českém překladu hustota je, také jeden z parametrů skenovací techniky, udává stupeň odolnosti vůči odražení či proniknutí světla. Je zřejmé, že skener snadněji naskenuje předlohu, která je průsvitná, ale hůře bude skenovat husté partie kinofilmového negativu, tedy místa s vysokým jasem. Levné stroje určené pro snímání předloh budou mít v hustých místech velké problémy a důsledkem bude ztráta kresby v těchto partiích. U předloh, které světlo odrážejí, bude situace podobná, v tmavých partiích je světlo pohlcováno a odráženo je velmi málo. Vysoká hustota v těchto místech způsobí, že skener nedokáže rozeznat jemné detaily a způsobí tak ztrátu informace. Číselné vyjádření denzity neboli optické hustoty vychází z fotografie, kde udává hustotu filmu, která je dána jako logaritmus opacity, což je poměr dopadajícího a propuštěného světla případně světla odraženého. Opacita čirého materiálu je rovna 1 a optická hustota je rovna logaritmu opacity, tedy D= log ( O ) . Z tohoto vztahu vyplývá, že denzita průhledného materiálu bude 0. Díky logaritmu, který je dekadický, bude zcela černý film mít hustotu 4, to znamená, že zeslabí světlo v poměru 1:10000. Maximální hodnota denzity ( Dmax ) je hodnota, kterou je skener schopen rozlišit. Nad touto hranicí optické hustoty skener nerozlišuje jednotlivé stupně jasu a všechna data snímá jako jednu barvu.
1
Vada způsobovaná nedostatečnou jemností barev
20
Dynamický rozsah denzity ( D max−D min ) je rozdíl mezi maximální a minimální hodnotou, kterou je skener schopen rozlišit. Bude-li dolní hranice 0,2 a horní hranice 3,8, potom dynamický rozsah optické hustoty bude 3,6. [13, 14]
21
5
Datové formáty
Při práci s grafickou digitální informací je důležité seznámit se s grafickými formáty. Grafický formát nám určuje, s jakou informací pracujeme, určuje kompatibilitu s různými grafickými softwary, a jak snadné bude převedení do finálního formátu. Popíšeme si několik nejznámějších a nejpoužívanějších grafických formátů.
5.1
Formáty rastrové grafiky
Jak už víme z předchozích kapitol, rastrová grafika je pravidelná síť pixelů, jež jsou organizovány jako dvojrozměrná matice. Každý prvek této matice nese informaci o jasu, barvě nebo například průhlednosti. Rastrový obrázek je omezen rozlišením, které je vyjádřeno počtem pixelů na řádku a ve sloupci a v neposlední řadě také hloubkou barvy. Použité formáty bitmapové grafiky rozlišujeme na nekomprimované nebo komprimované. Komprese dat je zpracování počítačových dat za účelem zmenšení jejich objemu. Komprese dat může být ztrátová (.jpg), to je v případě, kdy je některá informace nenávratně ztracená, může být však bezeztrátová (.tiff). V případě bezeztrátové komprese není zmenšení objemu dat tak výrazné, ale komprimovaný soubor lze zpětně rekonstruovat do původní podoby. Výhodou rastrové grafiky je snadné zobrazení velmi složitých předloh a převod mezi bitmapovými formáty je snadný. Nevýhodou je však velký objem dat a také ztráty kvality při transformacích. [12] RAW RAW (z anglického raw, znamená surový, nezpracovaný) označuje množinu formátů, kde jsou jednotlivé formáty implementovány jiným výrobce a mají také svoji specifickou příponu. Obecně jde však o formát minimálně zpracovaných dat, produkovaných snímacími čipy v digitálních fotoaparátech či skenerech. RAW je digitální obdobou negativu, není to přímo obrázek, ale nese dostatek informací k jeho vytvoření. Tento formát je nejčastěji používán profesionálními fotografy, díky velké volnosti při pozdějším zpracování. Při focení má jediný vliv na podobu 22
zaznamenaného pixelu nastavení hodnoty ISO (citlivost filmu), rychlost závěrky a clonové číslo. Vyvážení bíle, úprava tonality, korekce expozice a další jsou pod naší plnou kontrolou při převodu z raw souboru. [15, 16] 1. CRW je raw formát, který byl dříve používán společností canon. V dnešní době je nahrazen formátem CR2. 2. NEF je raw formát, implementovaný pro fotoaparáty nikon. 3. Raw format .fff (Flexible File Format) je profesionální formát společnosti Hasselblad–Imacon určený pro Imacon skenery. Při klasickém skenování do formátů .tiff nebo .jpg záleží na nastavení skeneru a změny vzniklé v průběhu skenovaní jsou nevratné. Také při převodu z positivu do negativu vznikají nežádoucí chyby jako je šum a zrno. Skenování do formátu 3F zaručuje čistý otisk negativu, připravený k dalším úpravám. Software FlexColor umožnuje všechny potřebné úpravy a převod negativu do positivu a konverzi do formátu .tiff. [20] DNG je veřejně dostupný formát pro archivaci souborů raw generovaných digitálními fotoaparáty. Tento formát představuje řešení chybějícího otevřeného standardu pro soubory raw vytvořené jednotlivými modely fotoaparátů, čímž pomáhá zajistit fotografům přístup k souborům i v budoucnosti. PSD (Photoshop Document) je formát souboru firmy Adobe Systems používaný pro bezeztrátové uchování grafických dat. Tento datový formát 2D grafiky podporuje vrstvy grafiky i textu, maskování, průhlednosti, efekty apod. Hlavně ovšem podporuje uchování veškeré historie všech úprav, a ne jen konečný výsledek, tedy na rozdíl o formátů JPEG nebo PNG. I z toho důvodu pak může jeho velikost narůstat až na 2 GB.
23
JPEG (Joint Photographic Expert Group) Tento formát používá standardní metodu ztrátové komprese, je požívaný k ukládaní obrazů ve fotorealistické kvalitě. Tento formát je nejčastěji používán pro přenášení a ukládání fotografií na webu, také se velice často používá pro archivaci. Při většině kompresních poměrů je ztráta informace nepatrná, ale objem dat se zmenší zřetelně. Barvy v tomto formátu jsou uloženy ve formátu True Color (16 miliónu odstínů barev). PNG (Portable Network Graphics) Tento formát se vyznačuje bezeztrátovou kompresí. Byl vyvinut jako zdokonalení a náhrada formátu .giff. PNG má 24bitovou barevnou hloubku a 8bitovou průhlednost, kdežto .giff má 8bitovou barevnou hloubku a je bez průhledností. .png je ve stejné kvalitě jako .jpg pětkrát až desetkrát větší. Je nejčastěji používán na webu. TIFF (Tag Image File Format) Oproti jiným formátům rastrové grafiky je složitější. Neoficiálně tvoří standart pro ukládání snímku určených pro pozdější tisk. Je založen na 32 – bit CMYK či 24 — bit RGB barevné hloubce. Nevýhoda je velká paměťová náročnost, avšak .tiff má možnost využívat LZW1 kompresi. Je vhodný jak pro archivaci obrázků, tak pro jejich tisk.
1
Bezeztrátová kompresní technika
24
6
Dynamický rozsah
Obecně můžeme tvrdit, že dynamický rozsah (z anglického dynamic range) je poměr mezi nejnižší a nejvyšší hodnotou fyzikální veličiny. V našem případě jsme se zabývali dynamickým rozsahem hodnot jasů. Důvodů je hned několik. Lidské oko je citlivé na jas, v důsledku toho i pouhým okem rozeznáme rozdílné jasové hodnoty. U negativu je to podobné, krystaly halogenidů reagují na světlo tedy podle úrovně jasů, jak bylo popsáno výše. CCD čipy ve skenerech či digitálních fotografických přístrojích také reagují na dopadající světlo, tedy úrovně jasu. Dynamickým rozsahem, též někdy kontrastem, se označuje největší rozdíl mezi partií s nejvyšším a nejnižším jasem. Přestože je dynamický rozsah bezrozměrná hodnota, my můžeme jas měřit jako vjem světelnosti odrazu svítícího nebo osvětlovaného povrchu v pozorovaném směru. Jas (L) je tedy derivace poměru světelného toku (Φ), prostorového úhlu (Ω), velikosti odrazové plochy (A) a kosinem úhlu normálového vektoru pozorované plochy a směru pozorování (cos (θ)). L=
(
)
Φ ´ má tedy jednotku cd /m2 (candel na metr čtvereční). Ve fotoΩ⋅A⋅cos ( θ )
grafické praxi se však používá jednotka EV, se kterou se zabýváme v následujících kapitolách. Dynamický rozsah tedy bude největší rozdíl jasů měřených v jednotkách EV. [18]
6.1
Dynamický rozsah senzoru
Dynamický rozsah senzoru závisí na schopnosti buňky zaznamenávat světlo. V digitálních fotoaparátech regulujeme světlo pomocí clonového čísla a rychlosti závěrky, aby na CCD senzor dopadalo právě tolik světla, ve kterém buňky pracují správně. Málo světla neuvolní z buňky žádný signál, naopak velké množství světla není schopno vyprodukovat více signálu než je jeho maximum. Rozsah dopadajícího světla, tedy jasu, který může buňka zaznamenat je poměrně úzký. Z jedné strany je omezen šumem. Šum je tepelným pohybem v krystalové mřížce polovodiče. Při něm se občas uvolní elektron bez působení fotonu. Z druhé strany je roz25
sah omezen kapacitou jednotlivé buňky. Pokud produkovaný signál v buňce přesáhne její maximum, přelévají se elektrony do ostatních buňek a vzniká jev blooming, který může zničit kresbu snímku. U CCD senzorů ve skenerech je to stejné, jen s tím rozdílem, že si skener reguluje množství světla vlastním zdrojem. Dynamický rozsah tedy závisí na kvalitě a dynamickém rozsahu předlohy a také na A/D převodníku. [19, 32]
26
7
Praktická část 1.
7.1
Světlocitlivý materiál
V bakalářské práci budeme dále pracovat s černobílým negativním filmem. Tento materiál volíme z důvodů skenování archivu negativních filmů pro Moravskou galerii v Brně. Negativní film je světlocitlivý materiál na přímé snímání objektů, který vytváří negativní obraz těchto předmětů (21, str. 222). Obrazový formát udává rozměr fotografického obrazu jako násobek délek stran obrazu. V našem případě se budeme zabývat kinofilmovým materiálem s rozměry 24 x 36 mm 1. [21] Pro námi fotografované snímky a také pro hledání vad při vyvolávání používáme černobílý negativní film kinofilmového formátu Ilford PAN 400. PAN 400 je vysoce citlivý černobílý negativní film vhodný pro fotografování s krátkými expozičními časy (sport) nebo pro fotografování za zhoršených světelných podmínek. Splňuje stále podmínky kvalitního podání polotónů, jemného zrna, velmi dobrého kontrastu a ostrosti v kombinaci s výbornou expoziční pružností. [22]
7.2
Zpracování fotografického materiálu
Nejprve ověříme vlastnosti námi zvoleného negativu. Pomocí fotoaparátu Nikon F2 s objektivem Nikkor f/1,4/ 50mm fotografujeme kompozici, ve které je také umístěna bílá lahev s naměřenou expozicí 2 f/1,4/1/30s, šedá plocha s expozicí 5,6/1/30s a černý samet s naměřenou expozicí f/11/1/30s. Tuto scénu fotografujeme sedmkrát s pevným časem 1/30s. Změnou velikosti clony vytvoříme řadu snímků s různou expozicí, jak lze vidět v tabulce 7.1. Rozdíl v expozici snímku je 1 Nejčastěji používané obrazové formáty: miniaturní obrazové formáty (8 x 11 mm, 13 x 17 mm), kinofilmové (24 x 36 mm, případně 18 x 24mm, 24 x 32 mm), střední formát (6 x 8 cm, 6 x 6 cm, 4,5 x 6 cm, 4 x 4 cm), velké formáty (6,5 x 9 cm, 6,5 x 6,5 cm, 9 x 12 cm, 13 x 18 cm, 18 x 24 cm, 10 x 15 cm) a speciální obrazové formáty 2 Expozice je vystavení filmu světlu z fotografované scény. Důležité hodnoty ve fotografii určující tento osvit jsou hodnota clony a čas expozice.
27
vždy jedna hodnota clonového čísla, což nám dává rozdíl jednoho expozičního stupně3, označovaného též jako -1 EV, 0 EV a +1 EV (exposure value). Číslo snímku
Čas závěrky
Clona
Expoziční stupeň
1
1/30s
2
+3 EV
2
1/30s
2,8
+2 EV
3
1/30s
4
+1 EV
4
1/30s
5,6
0 EV
5
1/30s
8
-1 EV
6
1/30s
11
-2 EV
7
1/30s
16
-3 EV
Tabulka 7.1 — hodnoty snímků ve fotografované sérii
Takto vyfotografovanou scénu vyvoláváme podle návodů specifických pro jednotlivé materiály a chemikálie, které udává výrobce. Při vyvolávání jsou důležité teplota a čas, proto budeme vyvolávat v lázni o teplotě 20°C. Používáme vývojku ILFOSOL 3, kterou jsme podle návodu ředili poměrem 1:9. Doba vyvolávání kinofilmu ILFORD PAN 400 pro námi zvolenou vývojku je 7 min. První sérii fotografií jsme vyvolávali po dobu 3 min, získali jsme tak málo vyvolaný film. Další sérii snímků jsme vyvolávali 7 min a získali správně vyvolaný negativ. Třetí část jsme vyvolávali 12 min, výsledkem je převyvolaná série snímků. Při vyvolávání pohybujeme s filmem ve vývojnici po dobu 10 vteřin každou minutu. Pro ustálení jsme nechali působit thiosíran sodný 10 min. A následně jsme vyvolávaný fotografický materiál vypírali ve vodní lázni, smáčeli a sušili. [23] Skenujeme plochým skenerem Epson V700. Výrobcem má specifikováno rozlišení 6.400 DPI (horizontálně x vertikálně), optickou hustotu 4 Dmax, hloubku barev 48 bitů a skenovací oblast o rozměrech 216 mm x 297 mm. Jedná se o skener vybaven optickým senzorem CCD. [24] Skenovací zařízení budeme ovládat pomocí přiloženého softwaru Epson Scan. Skenovat můžeme ve třech režimech: 3 Hodnota expozice (EV) je definována jako nulová při času 1 s a cloně f/1.0. Měří se na záporné logaritmické stupnici o základu dvě – zvýšení o 1 EV tedy odpovídá polovině propuštěného světla.
28
Full Auto Mode (Plně automatický režim) umožňuje rychlé a snadné skenování bez nutnosti nastavovat funkce a bez použití náhledu. Tento režim je v aplikaci Epson Scan nastaven standardně. Home Mode (Domácí režim) umožňuje nastavit určité funkce skenování a zkontrolovat jejich účinek v okně náhledu. Professional Mode (Profesionální režim) poskytuje úplnou kontrolu nad funkcemi skenování společně s možností ověření účinku nastavení v okně náhledu. [25] Pro naše účely používáme „Profesionální režim“. Ke skenování kinofilmových negativů používáme plastový držák, který je součástí balení skeneru. Negativy do držáku vkládáme světlocitlivou emulzí nahoru. Po vložení držáku s fotografiemi do přístroje volíme potřebné atributy. Nejdříve zvolíme parametry předlohy, typ dokumentu je „Film (S držákem filmu)“, u typu filmu vybereme možnost „Černobílý negativní film“. Dále nastavujeme parametry výsledného obrázku. Jelikož chceme porovnávat kvalitu jednotlivých skenů, vybereme 16bitovou hloubku šedi, obrázky budeme také tisknout, ale nebudeme je zvětšovat, proto postačí rozlišení 300 DPI a výsledná velikost formát A4. Oříznutí necháme vypnuté, protože chceme snímky zachovat v původní velikosti. Možnosti jako odstraňování prachu, nastavení sytosti, jasu, vyvážení barev a další necháme také vypnuté.
7.3
Ověření postupu vyvolávání a citlivosti filmu
Důležitým krokem před určováním vad při vyvolávání je ověření údajů, podle kterých jsme postupovali při vyvolávání. Ověřujeme hodnotu citlivosti ISO 1 filmu a také časové hodnoty, podle kterých jsme postupovali při vyvolávání. „Snímky porovnáváme histogramem, což je grafické znázornění distribuce dat pomocí sloupcového grafu se sloupci stejné šířky, vyjadřující šířku intervalů (jasů), přičemž výška sloupců vyjadřuje četnost sledované veličiny v daném intervalu“ (26, str. 53-54). „Zastoupení nejtmavších pixelů obrázku je zobrazeno na vodorovné ose vlevo, nejsvětlejší najdeme vpravo. Přestože nelze dát obecný přeDPIs pro to, jak by měl vypa1 ISO je označení citlivosti filmu, je udávaná dle normy ISO 5800 (ČSN 66 6625). Dvojnásobná citlivost snižuje expoziční čas na polovinu
29
dat ideální histogram, dává nám každý histogram dostatečnou informaci o snímku“ (27, str. 101). Na obrázku 7.1 vidíme pás fotografií, pro který jsme použili vyvolávací dobu určenou výrobcem. Pro porovnávání použijeme snímek č. 3 s expoziční hodnotou +1 EV, snímek č. 4 s expoziční hodnotou 0 EV a snímek č. 5 s expoziční hodnotou -1.
Obrázek 7.1 — vyvolávací proces určený výrobcem
Exponovali jsme na šedé pozadí, proto se zaměříme na střed histogramu, kde jsou zaznamenány hodnoty střední šedé. Na obrázku 7.2 můžeme vidět histogram snímku č. 3 i se zaznačeným středem osy y. Z histogramu zle vyčíst, že hodnoty jasů jsou orientovány napravo, snímek bude světlejší tedy přeexponovaný.
Obrázek 7.2 — histogram přeexponovaného snímku (+1 EV)
30
Na dalším obrázku je histogram snímku č. 5, zobrazující opačný jev. Hodnoty jsou orientovány nalevo, snímek tedy bude tmavší a podexponovaný.
Obrázek 7.3 — histogram podexponovaného snímku (-1 EV)
Na obrázku 7.4 je histogram snímku č. 4, který je fotografovaný s expozičním stupněm 0 EV. Na histogramu vidíme ideální rozložení hodnot ve střední šedé kolem středu grafu.
Obrázek 7.4 — histogram snímku exponovaného na 0 EV
Můžeme tedy tvrdit, že ISO filmu PAN Ilford 400 je opravdu 400 a také, že časy při vyvolávání, koncentrace chemikálií a pohyb filmu ve vývojce, jež doporučuje výrobce, jsou správné a dosáhneme s nimi kvalitních výsledků u fotografované scény s rozsahem jasů 7 EV. 31
7.4
Vady při vyvolávání
Různou dobou vyvolávání můžeme pozitivně či negativně ovlivnit výsledek. „Podle toho, jak dlouho necháme redukci při vyvolávání probíhat, bude vypadat i konečný výsledek. S dobou vyvolávání roste strmost, zrnitost zčernání, závoj, klesá rozlišovací schopnost a stoupá do určité míry využití citlivosti. Závislost strmosti a závoje na vyvolávací době ukazuje graf č. 7.1. Vhodnou kombinací citlivé vrstvy a vývojky lze některé jevy zdůraznit, jiné potlačit“ (28, str. 39 – 40).
Graf 7.1 – závislost strmosti a závoje na vyvolávací době
32
Na obrázku 7.5 pozorujeme, že málo vyvolaný snímek fotografovaný expozičním stupněm +2 EV a převyvolaný snímek s expozičním stupněm -1 EV jsou podobné našemu správně vyvolanému a naexponovanému snímku.
Obrázek 7.5 — série snímků s různými časy vyvolávání
Na obrázku 7.6 histogramy také ukazují velkou podobnost fotografií. Je tedy zřejmé, že pokud se expozice snímku při fotografování z nějakého důvodu nepovede, lze ji ovlivnit délkou vyvolávacího procesu.
Obrázek 7.6 — histogramy snímků s podobnými vlastnostmi
Může však nastat situace, kdy máme špatně naexponovaný snímek a z nějaké příčiny se nám nepovede jeho vyvolání. Nejhorší případy vidíme na obrázku 7.5, kde jedním extrémem je snímek z málo vyvolané série s expozičním stupněm -3 EV a na druhé straně snímek z převyvolané série s expozičním stupněm +3 EV. Jelikož se takovéto snímky pokusíme opravit digitální cestou, dále skenujeme ve formátu .tiff.
33
Obrázek 7.7 — správně vyvolaný snímek, exponovaný 0 EV
Obrázek 7.7 zachycuje správně vyvolaný snímek s expozičním stupněm 0 EV skenovaný v .tiff formátu. Pokud porovnáme jeho histogram na obrázku 7.8 s histogramem na obrázku 7.4 vidíme, že .tiff zachycuje větší dynamický rozsah snímku. Zároveň jsme ověřili, že dynamický rozsah senzoru je větší než dynamický rozsah standardně vyvolaného negativního kinofilmového materiálu díky rezervě na obou stranách histogramu. Máme zde tedy prostor na potřebné úpravy.
Obrázek 7.8 — histogram snímku 7.7
34
Další snímek (obrázek 7.9) zachycuje málo vyvolaný naskenovaný negativ s expozičním stupněm -3 EV. Tento snímek opravujeme ve Photoshopu pomocí nástroje křivky a úrovně. Pokoušíme se získat nejlepší možný výsledek.
Obrázek 7.9 — málo vyvolaný snímek, -3 EV
Úpravu křivky a úrovní provedeme automaticky pomocí kapátek, kde černým kapátkem vybereme bod z tmavých partií (černý samet) a bílým kapátkem nabereme bílou v terčíku. Výsledky úprav jsou zvýrazněny červenou barvou na obrázcích č. 7.10 a č. 7.11. Vidíme, že v obou případech posunujeme hodnotu bílé do tmavých hodnot části histogramu. Tím zajistíme nahrazení tmavě šedých obrazových bodů na bíle. [27]
35
Obrázek 7.10 — úprava pomocí křivky
Obrázek 7.11 — úprava pomocí úrovní
Obrázek 7.12 — histogram po úpravě křivkou (úrovněmi)
Hodnoty v histogramu po úpravě jsou roztažené do celé části a jsou výrazně posunuté doleva. Můžeme také z tohoto histogramu vyčíst ztrátu detailu v tmavých partiích.
36
Obrázek 7.13 — málo vyvolaný, -3 EV, po upravě a změně expozice
Fotografie i přes tyto změny zůstává nadále tmavá, proto posuneme expozici snímku a obrázek zesvětlíme. Dostáváme výsledek na obrázku 7.13 a na jeho histogramu (obrázek č. 7.14) je opět zřetelná ztráta detailu v tmavých místech. Málo vyvolaný snímek odhaluje vyšší kontrast ve světlech než ve stínech. V tmavých částech přicházíme o detail, ve světlech je naopak dobrá kresba. Na fotografii se kvůli úpravám objevují chyby, prach a nečistoty. [28]
Obrázek 7.14 — histogram obrázku 7.13
37
Opačným případem je převyvolaný snímek s expozičním stupněm +3 EV, který vidíme na obrázku č. 7.15. Tento obrázek je příliš světlý.
Obrázek 7.15 — převyvolaný snímek, +3 EV
Zde opět použijeme úpravu pomocí křivky a pomocí úrovní. Černým kapátkem nabereme černou v tmavých partiích fotografie bílým kapátkem vybereme bod z bílé části fotografie, víme, že je to část v terčíku. Na obrázcích 7.16 a 7.17 vidíme tyto úpravy. Všimněme si, že tentokrát posunujeme hodnotu maximální černé k světlejším částem histogramu. Dosavadní šedé pixely na fotografii budou nyní černé. [27]
38
Obrázek 7.16 — úprava pomocí křivky Obrázek 7.17 — úprava úrovní
Obrázek 7.18 — histogram upraveného snímku
Na obrázku 7.18 vidíme histogram upraveného snímku, opět vidíme roztažení hodnot v histogramu. Pozorujeme také ztrátu detailu ve světlých partiích, ale hodnoty nalevo také přesahují, přišli jsme tedy o informaci jak ve světlých, tak v tmavých partiích fotografie . 39
Obrázek 7.19 — převyvolaný snímek, +3 EV, po úpravě a změně expozice
Po úpravách a změně expozice, která způsobila posunutí světlých hodnot histogramu k střední šedé, můžeme opravdu pozorovat ztrátu detailu ve světlých částech fotografie jednak na obrázku 7.19, kde je zobrazena upravená fotografie, ale výsledek lze rovněž pozorovat na histogramu z obrázku 7.20.
Obrázek 7.20 – histogram obrázku 7.19
U převyvolaného snímku si můžeme povšimnout velké ztráty detailu ve světlech. Dále se na fotografii objevuje závoj zčernání kvůli dlouhému působení vývojky na osvitnuté stříbro. Povšimnout si můžeme také zrna a nižšího kontrastu ve světlých částech fotografie. [28] 40
8
Skenování archivu Jiřího Jeníčka
Součástí bakalářské práce je skenování archivu kinofilmů Jiřího Jeníčka pro Moravskou galerii v Brně. Jiří Jeníček se narodil 8. 3. 1895 v Berouně. V Berouně také strávil své dětství. Mezi léty 1909–1914 studoval reálku v Praze. Touto dobou také začínal poprvé fotografovat. Později byl zapsán jako mimořádný posluchač na Karlově universitě, kde se chtěl věnovat dějinám a estetice hudby. Tato snaha byla však přerušena válkou. V roce 1916 nastoupil vojenskou službu, později se stal vojákem z povolání. Společnost mu při jeho službě dělal fotografický aparát z dětství. Soustavně začínal fotografovat od roku 1924. Byl v písemném styku s mnohými osobnostmi a jeho snímky se začínaly objevovat v periodikách. Působil také jako člen Českého klubu fotografických amatérů a člen redakční rady Fotografického obzoru 1. V roce 1963 byl přijat do SVU Mánes za řádného člena fotografické sekce. Mimo fotografii působil Jiří Jeníček jako teoretik a režisér. Zúčastnil se také mnoha našich i zahraničních výstav. Ve svých fotografiích mu záleželo na kompozici a geometrickém rozložení snímku. Snažil se zachytit vztahy a vnitřní spojitosti, střetnutí živých a neživých objektů, střetnutí věcí a lidí. Byl zastáncem čisté fotografie2.[29]
8.1
Kritéria skenování
Před samotným skenováním si musíme ujasnit, k čemu budou sloužit výsledné skeny. Zda je chceme dále zpracovávat pro tisk nebo budou sloužit čistě jako náhledové snímky. Podle toho vybíráme výslednou velikost, počet obrazových bodů na palec, hloubku šedi a také formát, ve kterém budeme snímky ukládat. S těmito hodnotami také souvisí výsledná velikost dat, kterou je potřeba uchovávat. Galerie má požadavek velikost do 1 MB na snímek. Snímky budou dále sloužit jako náhledové, což znamená, že sken je digitálním otiskem fyzického média a na jeho kvalitě příliš nezáleží. Důležité je, aby snímek byl na monitoru čitelný a dal se pří1 Několik dnů po přednášce v Klubu přátel amatérské fotografie, která se konala 14. února 1934, přestal být členem redakční rady Fotografického obzoru. 2 čistá fotografie – nemanipuluje s negativem ani nearanžuje skutečnost
41
padně i vytisknout. Z tohoto důvodu jsme zvolili velikost výsledného snímku 297 mm pro šířku a výška výsledného snímku se automaticky dopočítá, rozlišení 300 DPI a 16bitovou hloubku šedi. Rozměr a hodnota DPI jsou dostačující jak při tisku na papír, tak je snímek dobře čitelný i při zobrazování na monitoru. Ukládat budeme snímky ve formátu .jpg, neočekáváme totiž další úpravy takto naskenovaných snímků. Navíc je splněno kritérium Moravské galerie na výslednou velikost dat.
8.2
Skenování
Skenujeme pomocí softwaru Epson Scan a použijeme „Profesionální režim“ pro úplnou kontrolu nad nastavením potřebných hodnot. Na obrázku 8.1 vidíme zvolené nastavení. Velká nevýhoda použitého softwaru je nemožnost automatického skenování všech snímků se stejným nastavením. Při velkém množství snímků jako v našem případě se výrazně prodlužuje čas potřebný k naskenování těchto fotografií. Další problém nastává u velmi světlých negativů (tmavých pozitivů), kdy skener nerozezná rozhraní mezi rámečkem a samotným negativem. Tento problém lze odstranit použitím tmavého rámečku například z papíru, který ohraničuje námi zvolené okénko negativu nebo použijeme fix na zvýraznění okrajů kinofilmového okénka.
42
Obrázek 8.1 — nastavení skenování
Při skenování nebyly povoleny žádné úpravy výsledných snímků. Bylo důležité, aby byla zachována autentičnost zdrojového snímku, aby mohli při prvním kontaktu se zdigitalizovanou fotografií zhodnotit její fyzický stav. Při skenování jsme však neodhalili příliš nekvalitní snímky, které by potřebovali velké úpravy. Navíc nemůžeme soudit, zda z našeho pohledu špatná fotografie je či není autorovým záměrem. Na obrázku z 8.1 je fotografie ženy pořízena Jiřím Jeníčkem. 43
Podle histogramu je evidentní, že je fotografie příliš tmavá. Dokonce se ve fotografii nacházejí velmi světlá místa, která se do formátu .jpg nepřenesla, tudíž je zde ztráta informace. Na druhou stranu je tato fotografie velice povedená, kontrast vyobrazující ženu a atmosféra fotografie je mnohdy cennější než správné rozložení hodnot v histogramu.
Obrázek 8.1 — fotografie Jiřího Jeníčka z archivu Moravské galerie
Obrázek 8.2 — histogram fotografie na obrázku 8.1
44
O kvalitě fotografií Jiřího Jeníčka svědčí i vyjádření výtvarného kritika a teoretika Luboše Hlaváčka, který napsal o fotografii na obrázku 8.3 do čtrnáctideníku Výtvarná práce r. 1958: „Za nejosobitější motivově i kompozičně pokládám výtvarně působivý snímek Jiřího Jeníčka: Mínus patnáct stupňů Celsia, zachycující s jímavým kouzlem siluetu dvou lidských hlav za okenní tabulí, pokrytou Ledovým zmrazkem.“ (31, str. 37).
Obrázek 8.3 — Mínus patnáct stupňů Celsia [31]
45
9
Fotografování vernisáže
Součástí bakalářské práce je fotografování vernisáže díla Jaromíra Funkeho s názvem Mezi konstrukcí a emocí. Jaromír Funke je jeden z nejvýznamnějších českých fotografů dvacátého století. Byl typickým všestranným intelektuálem své doby. Jako jeden z mála se dokázal orientovat v internacionálním kontextu výtvarného umění, hudby a literatury. Ve třicátých letech byl fascinován možnostmi objevného fotografického pocitu a imaginativní interpretací reality. Jeho tvorba byla inspirovaná také kubismem a elementarismem. Byl také okouzlen moderní architekturou. Jaromír Funke byl jeden z prvních fotografů prezentujících své dílo v cyklech, jež odrážejí přirozenou konceptuální tvorbu. V posledních letech je považován za průkopníka avantgardní fotografie spolu s Josefem Sudkem a Františkem Drtikolem. [30]
9.1
Fotografování a vyvolávání
Vernisáž se konala 18. října 2013 v interiérech Místodržitelského paláce na Moravském náměstí v Brně. Toto prostředí přináší zhoršené světelné podmínky pro fotografování z důvodu nedostatku denního světla. Externí blesk se pro rušení návštěvníků kulturní akce nepoužívá. Jako zdroj světla tedy sloužilo běžné osvětlení. Námi zvolený černobílý kinofilm Ilford PAN 400 je přijatelným materiálem do těchto zhoršených světelných podmínek. Fotografovali jsme s fotoaparátem Canon EOS 3000, který jsme osadili pevným objektivem 50mm s clonovým číslem f/1,8. Tento objektiv se vyznačuje dobrou světelností, kterou v tomto prostředí využijeme. Intenzita světla se v různých částech budovy měnila, nejčastěji jsme však fotografovali s rychlosti závěrky 1/60s a s nastavením clony f/1,8. Vyvoláváme podle našeho ověřeného postupu, tedy podle časů doporučených výrobcem. Vývojku na film necháme působit 7 min a každou minutu pohybujeme po dobu 10 vteřin filmem ve vývojnici. Pro ustálení necháme působit thiosíran sodný 10 min. A následně vyvolávaný fotografický materiál propíráme ve vodní lázni, smáčíme a sušíme. 46
9.2
Skenování, úprava a tisk
Skenujeme v „Profesionálním režimu“ na skeneru Epson V700 se softwarem Epson Scan. Opět skenujeme černobílý negativní film s držákem filmů. Fotografie budeme tisknout a potřebujeme je ve velké kvalitě, proto volíme 16bitový stupeň šedi a rozlišení 300 DPI, což je rozlišení obecně dostačující pro tisk. Maketa fotografií bude formátu A4, šířku cílové velikosti tedy nastavíme na 297mm (A4). Oříznutí vypneme a skenovat budeme ve formátu .tiff, protože fotografie hodláme dále upravovat. Fotografie na vernisáži jsou dobře exponované a vyvolané standardním způsobem. Před tiskem jsme však fotky sjednotili jednoduchou úpravou jasu. Také jsme retušovali chyby, které vznikly při procesu vyvolávání a skenování. Takovými chybami jsou prach či škrábance na originálním negativu. Díky extrémním podmínkám jež jsou zachyceny na obrázku 9.1, kde je postava v protisvětle, vidíme že v okně s velkým jasem se objevuje bílá bez detailu, ale na histogramu 9.2 jsou zachycena skenerem všechna data. Při vyvolávání byl použit standardní postup, ověřený pro kompozici se sedmi expozičními stupni. Ale scéna na obrázku má díky velkému rozsahu jasů expozičních stupňů více. Řešením by bylo ředění vývojky a prodloužení času vyvolávání. „Vývojky zředěné pracují pomalu a obsahují jen takové množství vývojkové substance, která stačí pro vyvolání do určitého stupně. Jejich výhodou je i to, že vyvolávání se zastaví nejdříve v místech nejvíce osvitnutých, kde se vývojka nejvíce vypotřebuje, zatímco v místech méně osvitnutých působí déle a lépe je vyvolá. V praxi to znamená, že pomáhá lépe využít citlivosti vrstvy.“ (28, str. 41). To znamená, že dynamický rozsah kinofilmového materiálu můžeme ovlivnit způsobem vyvolávání. Prodloužením délky vyvolání a ředěním určitých typů vývojek měníme charakteristickou křivku negativního materiálu.
47
Obrázek 9.1 — fotografie z vernisáže
Obrázek 9.2 — histogram obrázku 9.1
48
9.2.1 Retušování Před samotným tiskem fotografií musíme zajistit aby na naskenovaných materiálech nebyly obrazové chyby. Opatrní musíme být jednak při zpracování negativního materiálu, kdy se mechanickým poškozením mohou objevit škrábance. Obezřetní musíme být i při skenování, kdy často oskenujeme i prach usazený na skleněné desce skeneru či na samotném negativu. Funkce skeneru Digital ICE pomáhá vylepšit obraz o opravit částečně vady na negativu. Bohužel tato funkce je použitelná pouze pro barevné negativy. Výsledek skenování touto funkcí je zobrazeno na obrázku 9.3. Na obrázku je patrné rozmazání ztráta detailu a vytvoření rušivých artefaktů oproti obrázku skenovaného bez použití Digital ICE technologie (obrázek 9.4).
Obrázek 9.3 — použití „Digital ICE“
Obrázek 9.4 — bez použití „Digital ICE“
49
Při skenování však lze použít funkci „Odstranění prachu“, která funguje u černobílých negativů a částečně nám pomůže při odstranění vad na fotografii. Na obrázku 9.5 je výřez z fotografie (obrázek 7.13), kde jasně vidíme prach a vady vzniklé při vyvolávání, které se objevili při zesvětlení obrázku.
Obrázek 9.5 — výřez obrázku 7.13 s naskenovaným prachem a škrábanci
Obrázek 9.6 je opět výřez z fotografie 7.13, tentokrát však po použití funkce „Odstranění prachu“. Obrázek je bez prachových částic, ale dále zůstávají chyby jež vznikly mechanickým poškozením při vyvolávání.
Obrázek 9.6 — výřez obrázku 7.13, funkce „Odstranění prachu“
Chyby jež jsou stále na obrázku musíme opravit ručně například pomocí klonovacího razítka v editoru Photoshop. Výsledek po všech úpravách vidíme na dalším obrázku.
Obrázek 9.7 — výřez obrázku 7.13, funkce „Odstranění prachu“ a klonovací razítko
50
10
Obrazová příloha A4
Maketa knihy s 21 fotografiemi je samostatnou přílohou k textové části práce.
51
11
Závěr
Na začátku práce jsme se seznámili se všemi důležitými informacemi o digitální technologii. Především to je digitální reprezentace fotografie, snímání a digitalizace obrazu. Dále jsme si rozdělili skenovací techniku a zjistili parametry dnešních skenerů, což nám umožní ulehčit případný výběr skeneru. Důležité při práci s obrázky v digitální podobě jsou také datové formáty, jež jsou blíže popsané na str. 22. V praktické části jsme pracovali s černobílým kinofilmovým materiálem a při vyvolávání jsme použili postupy doporučené výrobcem, popsané v kapitole sedmé. V této kapitole jsme také fotografovali sérii fotografií, kde rozsah jasů snímku je 7 expozičních stupňů a série se skládá ze sedmi snímků viz. Tabulka 7.1 na straně 29. Na této sérii jsme určili, že proces vyvolávání, citlivost námi použitého negativu, koncentrace chemikálií a pohyb negativu ve vyvolávacím tanku je správný. Na histogramech (obrázek 7.6) pozorujeme, kromě jiného i velkou pružnost kinofilmového materiálu, která znamená, že při špatné expozici snímku o jeden expoziční stupeň je výsledek dobrý a hodnoty v histogramu se liší velmi málo. Čas vyvolání je výrobcem stanoven na 7 minut, my jsme však vyvolávali série negativů také při krátkém čase 3 minuty a dlouhém čase 12 minut. Na největších extrémech tedy obrázek 7.9 a 7.15 jsme ukázali, že pokud se nám nepovede ani expozice, ani vyvolávání, přicházíme o relativně velké množství informace. Na druhou stranu však můžeme volbou času vyvolávání opravit nezdařenou expozici. V případě skenování archivu kinofilmových negativů Jiřího Jeníčka pro Moravskou galerii v Brně je důležité především zamezit zbytečnému kontaktu s tak cenným materiálem. Tedy vytvořit digitální kopie snímků pro náhledy. Při případném tisku některého ze snímků je třeba následně zvolit profesionální přístup, či vyhledat profesionální typ skeneru nejlépe s PTM senzorem, jež jsou podrobněji popsány na straně 24. 52
V našem případě jsme užívali skener Epson V700, tedy i při skenování vlastních fotografií z vernisáže Jaromíra Funkeho. V sedmé kapitole jsme zjišťujeme, že dynamický rozsah skeneru a použití formátu .tiff zachytí celý dynamický rozsah negativního snímku, ale přesto informace na na některých fotografiích chybí (obrázek 9.1). V kapitole deváté se dozvídáme, že při standardním vyvolávání není námi použitý černobílý kinofilmový materiál schopen zachytit celý dynamický rozsah scény. Jak by obstál námi používaný skener s materiálem s vyšším dynamickým rozsahem například rentgenovým snímkem nebo negativem vyvolávaným v zředěné vývojce může být předmětem další práce, Pro profesionálního fotografa nebude jistě problém s expozicí snímku a s vyvoláváním. Pro tisk ve velkém rozměru by bylo lepší volit profesionální techniku a mít cit při úpravách fotografií pomocí křivek nebo úrovní. Pro domácí archivy a amatérské fotografy postačí díky pružnosti filmového materiálu a zvyšující se kvalitě skenovací techniky automatický systém skenování a úprav. I nepovedená fotografie může mít velkou citovou hodnotu, když však přijdeme o informace v procesu fotografování či vyvolávání nelze je digitální technikou opravit.
53
12
Použitá literatura a zdroje
[1] CASTLEMAN, Kenneth R. Digital image processing. [Beijing]: Tsinghua university press, 2003. 667s. ISBN 7-302-07464-X. [2] HLAVÁČ, Václav; ŠONKA, Milan. Počítačové vidění: edice nestůjte za dveřmi. Praha: Grada a.s. 1992. 272 s. ISBN 80-85424-67-3 [3] AT&T Labs: Technology Timeline. AT&T [online]. © 2013 [cit. 2013-04-11]. Dostupné z:
[4] NEWMAN, Michael. NIST Tech Beat: Fiftieth Anniversary of First Digital Image Marked. In: NIST Tech Beat [online]. 2007, May 24, 2007 [cit. 2013-04-05]. Dostupné z: [5] Scantopia [online]. [cit. 10. listopadu 2013]. c2013 Dostupný z World Wide Web [6] IHRIG, Sybil; IHRIG, Emil. Scanning the professional way. USA: Mc Graw–Hill. 1995. ISBN 0-07-882145-2 [7] JEDLIČKA, Miroslav. Odborné časopisy – fotonásobiče(1) [online]. c2013 [cit. 18. listopadu 2013]. Dostupný z World Wide Web [8] KNOTEK, Pavel; NOVÁK Oldřich; PAULÍK Radek a SNOPEK Alexandr. Velká kniha – Skenování, úprava obrázků a tisk. 2. upr. a rozš. vyd. Brno: UNIS. 2000. 28 s. ISBN 80-86097-50-1 [9] Epson.com [online]. [cit. 14. listopadu 2013]. c2013 Dostupný z World Wide Web [10] ICC profily a skenery - Grafika.cz - vše o počítačové grafice [online]. c1999 [cit. 14. listopadu
2013].
c2013
Dostupný
z
World
Wide
Web
54
[11] PIHAL, Roman. Slovník fotografických pojmů[online]. c2011 [cit. 14. listopadu 2013]. c2013 Dostupný z World Wide Web
ry2/3_barevna_hloubka.htm > [12] CASTLEMAN, R. Kenneth. Digital image processing. New Jesey: Prentice Hall, Upper Saddle River. 1996. 667 s. ISBN 0-13-211467-4 [13] Základní názvosloví: denzita - Grafika.cz - vše o počítačové grafice [online]. C2000 [cit. 1417/rubriky/go-verze/zakladni-nazvoslovi-denzita-130121cz> [14] HUBIČKA, Jan. Digitalizace archivu [online]. c2013 [cit. 17. listopadu 2013]. c2013 Dostupný z World Wide Web [15] FRAZER, Bruce. Understanding Digital Raw Capture [online]. C2004 [cit. 25. listopadu 2013]. c2013 Dostupný z World Wide Web [16] HARVEY, Phil. The Canon RAW (CRW) File Format [online]. c2005 , poslední revize 20. září 2010[cit. 25. listopadu 2013]. c2013 Dostupný z World Wide Web [17] POLIŠČUK, Radek. [online]. [cit. 23. listopadu 2013]. c2013 Dostupný z World Wide Web [18] Jas [online] [citováno 20. prosince 2013] c2013 Dostupný z World Wide Web < http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Luminance&oldid=588159260 > [19] BOCKAERT, Vincent. Glossary: Dynamic Range: Digital Photography Review [online].
[cit.
10.
prosince
2013].
c2013
Dostupný
z
World
Wide
Web [20] The 3F system | The revolutionary professional scanning system by Hasselblad [online]. [cit. 25. listopadu 2013]. c2013 Dostupný z World Wide Web
55
[21] – MORVAY György; kol. Fotolexikon. 1. vyd. Bratislava : Alfa, 1988. 416 s. ISBN 063-138-88 [22] – KOPEC. Příručka ČB Ilford (CZ) [online]. c2014 [cit. 7. dubna 2014]. Dostupný na World Wide Web: < http://www.ilford.cz/index.php/cs/80-prirucka-cbilford-cz#4>. [23] MOBBERLEY; KNUTSFORD; CHESHIRE Ilford photo website [online]. c2010 [cit. 13. listopadu 2013]. Dostupný z World Wide Web . [24] – eFactory GmbH & Co. KG. Specifikace - Epson Perfection V700 Photo - Epson
[online]. c2014 [cit. 8. dubna 2014]. Dostupný na World Wide Web:
. [25] – Uživatelská příručka [online]. c2014 [cit. 20. dubna 2013]. Dostupný z World Wide Web [26] – KUPKA, Karel. Statistické řízení jakosti: interaktivní analýza a interpretace dat pro řízení jakosti a ekonomiku. Pardubice : TriloByte, 1997. (česky) [27] – LINDNER, Petr; Mvelká kniha digitální fotografie [28] SCHLEMMER, Jan. Technologie fotografie. 1. vyd. Praha: Státní pedagogické nakladatelství, n. p. 1972. 252 s. ISBN 14-411-72 [29] FÁROVÁ, Anna. Jiří Jeníček : Edice Umělecká fotografie, svazek 13. 1. Praha 5 : Státní nakladatelství krásné literatury a umění, 1962, s. 63. ISBN 01-503-62. [30] DUFEK, Antonín. Jaromír Funke. 1. Praha 1 : nakladatelství Torst, 2003, s. 152. ISBN 80-7215-211-4. [31] JENÍČEK, Jiří. O fotografické kompozici. Orbis — Praha. 1960. 61 s. [32] Understanding Dynamic Range in Digital Photography [online]. [cit. 10. prosince 2013]. c2013 Dostupný z World Wide Web
56
