MULTIMEDIÁLNÍ A HYPERMEDIÁLNÍ SYSTÉMY. 6) Záznam obrazu

MULTIMEDIÁLNÍ A HYPERMEDIÁLNÍ SYSTÉMY 6) Záznam obrazu

Petr Lobaz, 29. 3. 2016

ZOBRAZOVACÍ ŘETĚZEC •

•

• •

•

záznam obrazu – snímek reálné/komponované scény – syntetická fotografie (rendering 3D scény) – scan kreslené předlohy apod. – digitální kresba apod. obrazová postprodukce – úprava jasových úrovní, barevnosti apod. – retuše, kombinace několika obrazů do jednoho příprava distribučního formátu reprodukce obrazu – displej (televizor, počítačový, mobilní, …) – velkoplošné zobrazení (projektor, reklamní panely, …) – tisk vše se musí dělat s ohledem na koncovou reprodukci

MHS – Záznam obrazu

2 / 72

OBRAZ •

•

statický (fotografie, kresba, …) – výběr vhodného poměru stran obrazu (rozměry displeje!) – volba detailnosti obrazu (vyšší nároky v tisku, v kině) – případná volba 3D snímání dynamický (video, animace, …) – navíc volba snímkové frekvence – dále viz skladebné natáčení, přednáška 1


3 / 72

SVĚTLO •

elektromagnetické vlnění – viditelná část spektra přibližně λ ∈ [400 nm, 700 nm] světlo zaostřeno čočkou oka na sítnici – na sítnici vzniká reálný obraz viditelného okolí oka – na světelnou energii reagují receptory v oku – pro multimédia mají největší význam receptory (čípky) L (nejlepší reakce na dlouhé vlnové délky), M (střední) a S (krátké) normalizovaná spektrální citlivost

•

čočka

oko

vznik obrazu na sítnici MHS – Záznam obrazu

S

400

M

500

L

600

100 %

700

λ

reakce barevných receptorů 4 / 72

SVĚTLO obecně platí: větší výkon světla ⇒ větší vnímaný jas obrácená implikace neplatí, protože reakce receptorů oka na různé vlnové délky je různá, vyjádřena funkcí V(λ) ⇒ radiometrické (fyzikální) veličiny důležité pro technickou charakteristiku snímání obrazu ⇒ fotometrické (perceptuální) veličiny důležité pro popis vjemu obrazu • pro základní úvahy pro 100 % M V (λ) černobílý (achromatický) záznam postačí fotometrické veličiny normalizovaná spektrální citlivost

• •

400

500

600

700

λ

vnímaný jas V vs. reakce čípku M MHS – Záznam obrazu

5 / 72

FOTOMETRIE •

•

základní radiometrická veličina: zářivý tok Φ [watt, W] (energie vyzářená světelným zdrojem za 1 s) – pro vznik kvalitního obrazu (na sítnici, filmu, …) je třeba dost energie ⇒ film (snímač apod.) je třeba osvětlovat dostatečně dlouho ⇒ oko dokáže značně přizpůsobovat svou citlivost – zářivý tok nezohledňuje spektrální citlivost základní fotometrická veličina: světelný tok F [lumen, lm] F = Km

•

700

∫400

V(λ) Φ(λ) d λ

Km = 683 lm W–1

(převod 1 W = 683 lm platí pro světlo λ = 555 nm) příklad: 60W žárovka ⇒ zářivý tok 45 W, světelný tok 700 lm


6 / 72

FOTOMETRIE •

světelný tok dopadající na plochu 1 m2: osvětlení E [lux, lm m–2 = lx] – světelný tok dopadající na kouli poloměru r kolem zdroje světla konstantní ⇒ ve vzdál. r je osvětlení (1/r2)× menší než ve vzdálenosti 1 přímé sluneční osvětlení (poledne) 50 000 až 100 000 lx sluneční světlo ve stínu stromu 5000 15 000 lx světlý pokoj ve dne 100 400 lx umělé osvětlení místnosti 20 60 lx pouliční osvětlení 5 lx osvětlení při úplňku 0,15 lx osvětlení při hvězdné noci 0,0003 lx


7 / 72

FOTOMETRIE •

osvětlený povrch se sám stává zdrojem světla – odráží jisté množství světla (0–100 %, teoreticky možno i více – fluorescence ⇒ optické zjasňovače) – odražené světlo rovnoměrně rozptýleno (matný povrch) nebo víceméně koncentrováno do směru ideálního odraženého paprsku (lesklý povrch)

fotografický papír 85 % křída 80–90 % sníh 60–90 % pleť bělocha 50 % pleť černocha 23 % suchá hlína, beton 23 % tráva 15–30 % MHS – Záznam obrazu

suchý asfalt mokrý asfalt černý papír černá tuš černý samet

10–20 5 10 2 1

% % % % %

kalibrační odrazná plocha 18 % 8 / 72

FOTOMETRIE •

•

světlo vyzářené plochou 1 m2 do prostorového úhlu 1 sr: jas L [nit, lm sr–1 m–2 = cd m–2] – „síla“ plošného zdroje světla – vyjadřuje, zda se povrch jeví jako světlý nebo tmavý – veličina, na kterou reaguje oko (nebo film, senzor apod. v kameře) pro hodnocení jasu bodového zdroje světla se nehodí ani veličina L (nulová plocha) ani F (světelný tok může být rozptýlený nebo koncentrovaný) ⇒ svítivost I [kandela, lm sr –1 = cd] – přepočtený světelný tok v prostorovém úhlu 1 sr


9 / 72

OBRAZOVÝ SNÍMAČ • • •

sítnice/film/snímač apod. samozřejmě reagují na dopadající světelný výkon / energii čočka před sítnicí svým způsobem chování změní! předmět velikosti VP × VP ve vzdálenosti p od čočky vytváří obraz velikosti VO × VO ve vzdálenosti o od čočky 1 1 1 + = platí: p o f

(f = ohnisková vzdálenost čočky)

plocha čočky VL2 („rozměry“ VL × VL) předmět

obraz na snímači

čočka

VO

VP

p


o

10 / 72

OBRAZOVÝ SNÍMAČ • •

•

předmět má jas L ⇒ odpovídá bodovému zdroji světla svítivosti I = L VP2 čočka je z předmětu vidět pod prostorovým úhlem α = VL2 / 4πp2 ⇒ čočkou prochází světelný tok F = I α = L VP2 VL2 / 4πp2 veškerý světelný tok je zaostřen do obrazu plochy VO2 2 2 V V P L ⇒ osvětlení E = F / VO2 = L VO2 4πp2 VL2 – protože platí VP / VO = p / o, je E = L 4πo2 – plocha čočky (VL2) i vzdálenost čočka–snímač jsou dány nastavením kamery (oka apod.) ⇒ osvětlení E = L × konst. ⇒ snímací element přijímá výkon E × (plocha elementu)


11 / 72

OBRAZOVÝ SNÍMAČ •

jas matného předmětu s odrazivostí ρ, na který dopadá osvětlení E: L = E ρ / π jas [cd m–2]

exteriér, slunce exteriér, stín interiér, denní světlo interiér, umělé světlo

bílý papír

pleť bělocha

černý papír

25 000 2 500 51 13

16 000 1 600 32 8

3200 320 6 1

⇒ obrazový snímač by měl pracovat minimálně v rozsahu 1 až 25 000 cd m–2 (44 dB) s dostatečnou rezervou pro odstup signál–šum a pro extrémní světla (odlesky) MHS – Záznam obrazu

12 / 72

OBRAZOVÝ SNÍMAČ •

na druhou stranu: člověk nedokáže současně rozeznávat drobné jasové detaily v plochách s vysokým a s nízkým jasem • oko je vždy adaptováno na průměrný jas okolí (průměrná odrazivost okolí = 18 %) • jas cca 5× nižší než průměr ⇒ vjem černé (18 % / 5 = 3,6 %) jas cca 5× vyšší než průměr ⇒ vjem bílé (18 % × 5 = 90 %) • schopnost rozpoznávat detaily v bílé a v černé je omezená ⇒ použitelný obrazový snímač by měl umět současně reagovat na poměr jasů (kontrast) 1 : 25


13 / 72

KONTRAST •

není to tak jednoduché: – oko se neustále pohybuje, ostré vidění v úhlu cca 2° – až mozek skládá „celkový obraz“ okolí – oko se při upřeném pohledu na černou/bílou plochu po chvíli adaptuje ⇒ dokáže rozpoznávat detaily i tam – reprodukovaný obraz (fotografie) zabírá obvykle menší zorný úhel než reálná scéna ⇒ při pozorování fotografie nefunguje adaptace oka stejně – koeficient 5× není konstantní, mění se s průměrným jasem okolí – při velmi jasném osvětlení dokážeme rozeznávat i detaily, které jsme při slabém osvětlení nevnímali ⇒ snímač by měl pracovat s větším rozsahem než 1 : 25


14 / 72

KONTRAST •

navíc je vhodné vědět, jaký kontrast mají reálné scény

prosluněná krajina, bílé mraky, temné popředí úzká ulička s výraznými stíny, slunečno portrét, tmavé vlasy, exteriér, slunečno prosluněná krajina, jasno, světlé popředí vzdálená krajina v mlze interiér, rozptýlené světlo interiér, fotografie proti oknu tmavý interiér, fotografie proti jasnému oknu


až 1 : 1000 1 : 500 1 : 100 1 : 50 1:2 1 : 10 1 : 500 až 1 : 10 000

15 / 72

KONTRAST •

•

•

s ohledem na uvedené se jeví, že: – „rozumný“ snímač by měl umět pracovat s kontrastem cca 1 : 100 – „kvalitní“ snímač by měl umět zaznamenat i odlesky, tj. kontrast cca 1 : 1000 snímač by měl umožnit práci v tmavém prostředí (1 lx) i ve světlém prostředí (100 000 lx) ⇒ adaptaci na tak velký rozsah osvětlení musí kamera zařídit jinak HDR (high dynamic range) snímače se snaží o záznam plného jasového rozsahu v jednom snímku (tj. kontrast 1 : 107 a více)


16 / 72

PARAMETRY SNÍMKU •

simulátor oka: kamera / fotoaparát – v současnosti se rozdíl mezi kamerami (film, video) a fotoaparáty (statické fotografie) stírá ⇒ budeme používat jen pojem „kamera“ – místo oční čočky objektiv – místo sítnice snímač (budeme používat ve smyslu „digitální snímač“ i „klasický film“) tělo clona

středové paprsky určující zorný úhel snímku svazek paprsků z bodu „v nekonečnu“

snímač objektiv ohnisková vzdálenost


17 / 72

PARAMETRY SNÍMKU •

• •

pro záznam snímku musíme určit „adaptaci“ kamery na světlo: – čas, po který světlo osvěcuje snímač (doba osvitu) – množství světla, které proniká objektivem (clonové číslo) – reakci snímače na dopadající energii (citlivost) – souhrnně nazýváme expozičními parametry v rámci korektní „adaptace“ očekáváme, že snímek zaznamená dostatečně kontrastní obraz scény dále musíme určit: – zorný úhel snímku (souvisí s velikostí snímače a ohniskovou vzdáleností) – vzdálenost „čočky v objektivu“ od snímače (definuje, jak vzdálené body se zaostří přesně na rovinu snímače)


18 / 72

VELIKOST SNÍMAČE •

• •

typicky platí větší snímač ⇒ detailnější záznam obrazu ⇒ větší, těžší a dražší kamera ⇒ k využití potenciálu je třeba kvalitnější optika a personál ve fotografii a kinematografii se používají odlišné pojmy a standardy, podrobnosti později společný standard klasické fotografie / kinematografie: filmový pás šířky 35 mm – mnoho digitálních pojmů se porovnává s 35mm filmem


19 / 72

VELIKOST SNÍMAČE KLASICKÁ FOTOGRAFIE

•

•

malý formát – 35mm filmový pás 36 mm 2 – políčko 36 × 24 mm (kinofilmové p.) 24 mm – řidčeji i jiné rozměry políčka, např. APS (30,2 × 16,7 mm2) – fotografie amatérská, reportážní, nenáročná profesionální střední formát – 61,5mm nebo 70mm filmový pás – různé velikosti políčka: 60 × [45 / 60 / 90 / 170] mm2 ap. – fotografie produktová, krajinářská, architektonická, … – v posledních letech téměř výhradně profesionální velký formát – samostatné listy filmu nebo skleněné desky – formát 90 × 120; 130 × 180; 180 × 240 mm2 i větší – náročné reprodukce obrazů, technická fotografie apod.


35 mm

•

20 / 72

VELIKOST SNÍMAČE KLASICKÁ KINEMATOGRAFIE •

• •

filmový pás šířky – 16 mm: reportážní, poloprofesionální – 35 mm: klasický filmový pás – 65 mm: nejnáročnější produkce velikost obrazového políčka dána volbou okeničky v kameře 35 mm ⇒ teoreticky libovolný rozměr nejčastější rozměry políčka 16 mm – 16mm film: 10,2 × 7,5 mm2 – 35mm film: 22 × 16 mm2 22 mm (podrobnosti viz projekční okenička, anamorfóza) – 65mm film: 52,5 × 23 mm2


21 / 72

VELIKOST SNÍMAČE DIGITÁLNÍ SNÍMAČ • •

obdélníková matice mnoha jednoduchých detektorů světla velikost snímače určuje v kombinaci s objektivem zorný úhel – velikost snímače (hlavně u fotoaparátů) často udána crop faktorem – poměr k velikosti kinofilmového políčka

střední formát (profesionální studiové fotoaparáty)

přibližné rozměry snímače

crop factor

51 × 39 mm2

full-frame (profesionální fotoaparáty) APS (poloprofesionální fotoaparáty) 1/1.7″ (lepší kompaktní fotoaparáty) 1/3″ (mobilní telefon – iPhone 5S)

36 × 24 24 × 16 7,6 × 5,7 4,8 × 3,6

mm mm2 mm2 mm2

0,7 1,0 1,5 4,2 7,2

produkční filmová kamera – APS běžná HD videokamera – 1/3″

24 × 13 mm2 5,2 × 2,9 mm2

1,5 7,2


2

22 / 72

VELIKOST SNÍMAČE • •

množství detektorů světla určuje jemnost zachycení detailů současné detektory umí detekovat energii několika desítek fotonů • malé detektory (cca 2 × 2 μm2) zachytí málo energie ⇒ počet zachycených fotonů zatížen statistickou chybou ⇒ obraz zašuměný fotonovým šumem ⇒ signál snímače je třeba zesílit ⇒ další (elektrický) šum • velké detektory (cca 8 × 8 μm2) vedou na velké snímače ⇒ obtížné chlazení ⇒ větší tepelný šum ⇒ velikost snímače a velikost detektoru kompromisem


23 / 72

VELIKOST SNÍMAČE • •

•

počet detektorů světla (pixelů) se uvádí různě fotografie: celkový počet pixelů (megapixelů, Mpx) – amatérské fotoaparáty: několik Mpix – (polo)profesionální fotoaparáty: několik desítek Mpx – typický rozsah 1 Mpix (v mobilním telefonu) až 50 Mpx (profesionální fotoaparáty) – u studiových fotoaparátů se snímek pořídí několikrát s mikroposuvem snímače ⇒ až 200 Mpx – počet řádků a sloupců plyne z poměru stran snímače (typicky 4 : 3 nebo 3 : 2) běžnému kinofilmu s políčkem 36 × 24 mm2 odpovídá rozlišení cca 6 Mpx (klasický film nezachytí „nekonečně jemné detaily“ – je limitován velikostí zrna citlivé vrstvy)


24 / 72

VELIKOST SNÍMAČE •

•

•

kinematografie: udává se počet sloupců (v tisících) (protože filmaři jsou zvyklí hovořit o šířce filmového pásu) – např. 2K, 4K, 6K – počet řádků plyne z poměru stran snímače – typická rozlišení 6144 × 3160 px (6K, 19 Mpx), 5120 × 2700 (5K, 14 Mpx), 4096 × 2160 (4K, 9 Mpx), 2048 × 1080 (2K, 2 Mpx) video / televize: udává se počet řádků (protože počet řádků byl základním parametrem klasické televize) – dnes typicky 720 (HD), 1080 (FullHD) (rozlišení 1280 × 720 = 1 Mpx, 1920 × 1080 = 2 Mpx) terminologický zmatek: 4K film: 4096 sloupců (rozlišení 4K digitálního kina) 4K televize (2 × 1080 = 2160 řádek): 3840 sloupců


25 / 72

CITLIVOST • •

snímač (resp. detektor) osvětlen E luxy po dobu t sekund ⇒ osvit H = E × t [lux s] klasický (negativní) film působením světla zčerná – světlo intenzity I0 prochází filmem ⇒ část energie pohlcena ⇒ za filmem jen intenzita I1 I1 – míra zčernání filmu: denzita D = –log10 I0 D 3 – pro hodnocení se často zavádí relativní osvit H / H0, kde H0 je sklon označujeme 2 D γ (gama) osvit bílou plochou černá bílá 1 odrážející 90 % světla log H / H D ⇒ tzv. Hurter-Driffeldova (H-D) –3 –2 –1 0 1 2 charakteristika max

min

10

0

fotografický negativní film MHS – Záznam obrazu

26 / 72

CITLIVOST • • •

• •

•

citlivost udává reakci snímače na množství světla citlivost filmu: převrácená hodnota osvitu nutného k jistému zčernání filmového negativu lineární škála ISO/ASA (dále jen ISO): film 200 ISO je 2× citlivější než film 100 ISO (ke stejnému zčernání stačí 2× méně světla) běžné filmy 100–400 ISO citlivé filmy 800–3200 ISO – pro špatné světelné podmínky nebo krátké časy expozice, např. pro sport – větší velikost zrna ⇒ méně detailní obraz málo citlivé filmy 10–80 ISO – krajina, architektura apod. – malá velikost zrna ⇒ velmi detailní obraz


27 / 72

CITLIVOST DIGITÁLNÍ SNÍMAČ • • • •

•

signál ze snímače lze libovolně zesílit tj. citlivost snímače = nastavení zesílení signálu, teoreticky není omezeno zdola ani shora citlivost digitálního snímače 100 ISO – výsledný obraz odpovídá obrázku na film 100 ISO při stejné expozici minimální citlivost obvykle 100 ISO – výrobci se snaží zlepšovat poměr signál–šum ⇒ potenciálně „čistší“ výsledek než při použití filmu 100 ISO maximální citlivost dána jen odvahou výrobce – speciální snímače až 4 000 000 ISO – běžné fotoaparáty kolem 1600 ISO – zpracování signálu často doplněno o digitální redukci šumu – číslo ISO není indikátorem množství šumu!


28 / 72

CITLIVOST

Závislost množství šumu na nastavení citlivosti (Canon 350D) Nahoře: zvětšený výřez z původního snímku (neférové podmínky!) Dole: digitálně zesvětlený snímek (neférová operace!)

ISO 100

ISO 200


ISO 400

ISO 800

ISO 1600

29 / 72

Srovnání při citlivosti ISO 100. Celé snímky. Canon 350D, Canon G12, Canon 550D,

MHS – Záznam obrazu Canon 50D: zrcadlovka „lepší“ řady (než xxxD), uvedena na trh 2008

Canon 550D: zrcadlovka stejné řady jako 350D, uvedena na trh 2010

Canon PowerShot G12: kompaktní fotoaparát uvedena na trh 2010

Canon 350D: základní zrcadlovka, uvedena na trh 2005

CITLIVOST

Canon 50D 30 / 72

CITLIVOST

ISO 100. Výřezy z původních snímků (1/6–1/9 šířky), počet pixelů stejný. 350D, G12, 550D, 50D (snímače mají různá rozlišení!) MHS – Záznam obrazu

31 / 72

CITLIVOST

ISO 1600. Srovnej množství šumu s třídou fotoaparátu a datem výroby. 350D, G12, 550D, 50D MHS – Záznam obrazu

32 / 72

CITLIVOST

ISO 1600. Velikost výřezu kompenzuje rozdíly v rozlišení snímačů. 350D, G12, 550D, 50D MHS – Záznam obrazu

33 / 72

CITLIVOST

ISO 12 800. Velikost výřezu kompenzuje rozdíly v rozlišení snímačů. 550D, 50D, 550D, s redukcí šumu, 50D, s redukcí šumu MHS – Záznam obrazu

34 / 72

CITLIVOST

ISO 12 800. Výřezy obsahují stejné množství pixelů. 550D, 50D, 550D, s redukcí šumu, 50D, s redukcí šumu MHS – Záznam obrazu

35 / 72

OHNISKOVÁ VZDÁLENOST • •

objektiv se chová jako spojná čočka s ohniskovou vzdáleností f spolu s velikostí snímače d určuje zorný úhel, zhruba φ = 2 atan d / 2f – nejčastěji se bere d = diagonála snímače – korektně: při ostření na vzdálenost p je φ = 2 atan d / 2o, 1 1 1 kde + = p o f φ

čočka

snímač

čočka

snímač

d f

objektiv zaostřený na nekonečno MHS – Záznam obrazu

d p

o

objektiv zaostřený na vzdálenost p 36 / 72

OHNISKOVÁ VZDÁLENOST •

• •

v kinematografii je změna zorného úhlu při přeostření neakceptovatelná (přeostřování během záběru!) ⇒ kinematografické objektivy „dýchání“ korigují (a jsou mj. proto výrazně dražší než fotografické) velikosti snímačů různé: není snadné okamžitě posoudit, jaký zorný úhel bude objektiv mít typicky se ohnisková vzdálenost udává po přepočtu crop faktorem na 35mm film – fotoaparát s crop faktorem 2 a objektivem f = 50 mm má stejný zorný úhel jako kinofilmový fotoaparát s objektivem f = 2 × 50 = 100 mm


37 / 72

OHNISKOVÁ VZDÁLENOST 10 mm / 107,0 ° 18 mm / 73,8 ° 28 mm / 51,6 ° 50 mm / 30,2 ° 100 mm / 15,4 ° 200 mm / 7,7 ° 300 mm / 5,1 °

zorný úhel objektivu na těle s crop faktorem 1,6 MHS – Záznam obrazu

10 mm / 130,4 ° 18 mm / 100,5 ° 28 mm / 75,4 ° 50 mm / 46,8 ° 100 mm / 24,4 ° 200 mm / 12,3 ° 300 mm / 8,2 °

zorný úhel objektivu na těle s crop faktorem 1,0 38 / 72

OHNISKOVÁ VZDÁLENOST f = 45 mm (1,6 × 28 mm)

f = 117 mm (1,6 × 73 mm)

f = 58 mm (1,6 × 36 mm)

f = 136 mm (1,6 × 85 mm)

takto by vypadal snímek s objektivem f = 85 mm na fotoaparátu s crop faktorem 1,6 a takto na kinofilmovém fotoaparátu

f = 168 mm (1,6 × 105 mm)

f = 85 mm (1,6 × 53 mm) MHS – Záznam obrazu

39 / 72

OHNISKOVÁ VZDÁLENOST OBJEKTIVY PODLE OHNISKOVÉ VZDÁLENOSTI • •

•

• •

normální (38–60 mm po přepočtu na kinofilm) širokoúhlé (12–35 mm) – důležité pro práci v interiéru – širší (zorný úhel až 180 °) jen za cenu geometrických zkreslení – „rybí oko“ (fisheye) dlouhoohniskové (70–500 mm) – reportáž, sport apod. – speciální konstrukce – teleobjektiv – může být fyzicky kratší než ohnisková vzdálenost s pevnou ohniskovou vzdáleností – jednodušší konstrukce ⇒ mívá kvalitnější kresbu s proměnnou ohniskovou vzdáleností (pankratický, zoom) – často uváděn jen poměr fmax / fmin, např. „zoom 12×“ – tehdy je fmin obvykle kolem 28 mm, ale není to pravidlem


40 / 72

CLONA •

• • •

•

předmět s jasem L způsobí, že na detektor snímače dopadá světelný tok F (tj. „výkon“; viz snímek 11): VL2 F=L × (plocha detektoru) 4πo2 kde VL2 je efektivní plocha čočky, o vzdálenost čočka–snímač efektivní plochu čočky lze zmenšit vložením clony (otvoru) průměr efektivní plochy čočky = průměr vstupní pupily protože za běžných podmínek o ≐ f, zavedeme veličinu clonové číslo: 1 1 1 o [mm] + = ohnisková vzdálenost p o f 53 c= průměr vstupní pupily potom F ≐ (L / c2) × (konst.)

50 1

10

100 p [m]

ostření objektivem f = 50 mm MHS – Záznam obrazu

41 / 72

CLONA • • • • •

2× větší clonové číslo ⇒ 4× menší světelný tok chceme 2× větší (menší) světelný tok ⇒ zmenšit (zvětšit) clonové číslo √2× standardní posloupnost clonových čísel: 1 – 1,4 – 2 – 2,8 – 4 – 5,6 – 8 – 11 – 16 – 22 – 32 teoreticky je možné i menší / větší clonové číslo, v praxi se ale objektivy s takovou možností vyskytují zřídka zdola je clonové číslo omezeno maximálním otevřením clony (a tedy průměrem čoček objektivu): světelnost objektivu – dobré objektivy 2,8 a méně (špičkové objektivy 1,0–1,4) – dlouhoohniskové objektivy typicky horší světelnost – obvyklé značení: f / X (např. f / 2,8) – u kvalitních zoom objektivů se nemění s ohniskovou vzdáleností (u méně kvalitních ano, např. f / 4,0–5,6)


42 / 72

CLONA •

•

• •

clona otevřená (clonové číslo malé) – na snímač dopadá hodně světla – lze snímat s krátkými expozičními časy – paprsky prochází daleko od optické osy – projevují se vady objektivu ⇒ horší ostrost snímku clona hodně přivřená (clonové číslo velké) – je třeba snímat s dlouhými časy, nebo musí být scéna velmi světlá – na malém otvoru se projevuje ohyb (difrakce) světla ⇒ horší ostrost snímku ostrost snímku ideální pro clonová čísla „uprostřed“ – pro crop faktor 1 typicky kolem 8, pro vyšší c.f. nižší ostrost dále ovlivněna hloubkou ostrosti


43 / 72

CLONA •

je-li obraz bodu ve vzdálenosti p ostrý, je obraz bodu ve vzdálenosti p‘ rozostřený (skvrna průměru CoC) p‘ 1 1 1 + = p‘ o‘ f

o‘ clona neomezuje paprsky

rozptylový kroužek (CoC, circle of confusion) 1 1 1 + = p o f p


o

zaostřený bod

44 / 72

CLONA • po přivření clony (zvětšení clonového čísla) se CoC zmenší ⇒ obraz bodu ve vzdálenosti p‘ se bude jevit ostřejší p‘ 1 1 1 + = p‘ o‘ f

o‘ clona omezuje paprsky

malý rozptylový kroužek (CoC) 1 1 1 + = p o f p


o

zaostřený bod

45 / 72


c=4

c = 2,8

c=8

c = 11

c = 1,8

c = 5,6

CLONA

46 / 72

CLONA • je-li CoC velmi malý, jeví se obraz bodu jako ostrý ⇒ ostře se jeví obrazy bodů ve vzdálenostech pmin až pmax , (hloubka ostrosti) pro které je ∅ CoC < d • hodnota d závisí na mnoha faktorech – jak velký je snímač – jak velká bude reprodukce obrazu (např. fotografie) – z jaké vzdálenosti se bude reprodukce sledovat – jaký je kontrast obrazu (velký kontrast vyžaduje malé d) • pro reprodukci velikosti cca formátu A5 (150 × 200 mm2) a pozorovací vzdálenost 30 cm typicky: – pro crop faktor 1 (kinofilm) d = 0,03 mm – pro crop faktor 1,5 (digitální zrcadlovka) d = 0,02 mm – pro crop faktor 6 (kompaktní fotoaparát) d = 0,005 mm


47 / 72

CLONA HLOUBKA OSTROSTI •

•

rozlišovací schopnost oka cca 1–2′ (úhlové minuty) ⇒ při pozorovací vzdálenosti 30 cm je přijatelné rozostření 0,17 mm ⇒ pro kinofilmové políčko zvětšené na A5 (tj. asi 6×) je maximální tolerovatelný CoC asi 0,03 mm ohnisková vzdálenost f, clonové číslo c, zaostřeno na vzdálenost p > f, tolerovatelný CoC ∅ d pmin =

•

pf 2 f + c d (p – f ) 2

pmax =

pf 2 f 2 – c d (p – f )

je-li jmenovatel u pmax = 0, je obraz ostrý od pmin do ∞ ⇒ vzdálenosti p pak říkáme hyperfokální vzdálenost


48 / 72

CLONA 100 [m]

pmax

závislost hloubky ostrosti (pmin , pmax ) na vzdálenosti ostření p nastavení: f = 28 mm, c = 4, d = 0,03 mm (ve spodních grafech se mění jeden parametr)

p hyperfokální vzdálenost

10

pmin

při zaostření na p = 2 m je obraz ostrý od pmin = 1,5 m do pmax = 2,9 m

1 1

100 [m]

10

100 [m]

pmax

p

pmin

10

f = 100 mm

1 1

10

100 [m]


100 [m]

pmax

100 [m]

p

10

c = 16

pmax

pmin

10

pmin 1

d = 0,005 mm

1 1

10

100 [m]

p

1

10

100 [m]

49 / 72

CLONA •

•

malé p ⇒ malá hloubka ostrosti (problém makrofotografie) malé c ⇒ malá hloubka ostrosti (problém nedostatku světla) malé f ⇒ velká hloubka ostrosti (problém teleobjektivů) hyperfokální vzdálenost se využije – v krajinářské fotografii – pro nastavení kamer, které nemají možnost ostření (mobilní telefony, bezpečnostní kamery apod.)


50 / 72

CLONA CROP FAKTOR VS. HLOUBKA OSTROSTI •

ohnisková vzdálenost f, clonové číslo c, crop faktor 1, zaostřeno na vzdálenost p >> f, rozptylový kroužek ∅ d pmin =

•

pf 2 f + c d (p – f ) 2

pmax =

pf 2 f 2 – c d (p – f )

chceme pořídit záběr stejného zorného úhlu kamerou s crop faktorem 10 ⇒ musíme nastavit nové f ‘, d ‘, c‘ ⇒ f ‘ = f / 10, d ‘ = d / 10, c‘ = c p‘min =

pf 2 f + c d (10 p – f ) 2

p‘max =

pf 2 f 2 – c d (10 p – f )

⇒ pmin menší, pmax větší ⇒ hloubka ostrosti větší


51 / 72

OBJEKTIV • • • •

teoreticky stačí jedna ideální spojná čočka + clona reálné čočky trpí vadami zobrazení (aberace) v reálných objektivech se kombinují čočky, jejichž aberace se vzájemně kompenzují základní aberace (sférická/otvorová, koma, astigmatismus, zklenutí pole) jsou u typických objektivů dobře kompenzovány

u ideální čočky se všechny paprsky z bodu předmětu sbíhají v bodu obrazu

sférická vada MHS – Záznam obrazu

koma

zklenutí pole

astigmatismus 52 / 72

OBJEKTIV •

•

zkreslení (soudkovitost, poduškovitost) – přímky se zobrazují jako křivky – některé objektivy (např. rybí oko) akceptují silné zkreslení za cenu snímek čtverce zlepšení jiného parametru objektivem se zkreslením (např. zvětšení zorného úhlu) – poměrně snadno se kompenzuje digitálně chromatická vada – objektiv vykazuje různé vlastnosti pro světla různých vlnových délek (barev) – optická kompenzace λ λ pro 2 nebo 3 vlnové délky – dá se částečně kompenzovat digitálně 2

1

chromatická vada MHS – Záznam obrazu

53 / 72

OBJEKTIV

soudkovitost


chromatická vada

54 / 72

OBJEKTIV •

rozlišovací schopnost – vlivem aberací není obraz nikdy dokonale ostrý (kvůli vlnovému chování světla to ani nejde) – testování: snímáme jemnou strukturu (zobrazení na snímači např. 30 čar na mm) a sledujeme kontrast obrazu ⇒ modulační přenosová funkce (MTF) – příklad: objektiv s c = 8 zobrazí vzor 30 čar/mm, jeho kontrast je [%] 30 čar/mm 100 c = 8 ve vzdálenosti 10 mm od středu 80 snímku jen 80 % originálu 60 c = 4,5 – pro jistou jemnost struktury je 40 už kontrast nedostatečný ⇒ mez 20 rozlišení objektivu 0 (např. 70 čar/mm) 0 5 10 15 20 [mm]


55 / 72

OBJEKTIV • •

•

vinětace – snímek bílé plochy je v rozích tmavší – digitální korekce snadná technické parametry objektivu nejsou pro užití v multimédiích tak zásadní – důležitější je vzhled obrazu – příklad: jemná vinětace přitahuje žádoucí pozornost do středu obrazu příklad netechnického parametru: bokeh ( , čti: boke) – vzhled rozostřeného obrazu


56 / 72

ZÁVĚRKA • • • •

• • •

mechanický nebo eletronický prvek zabraňující osvětlení snímače určuje čas, po který proniká světlo do kamery kompletní expoziční parametry: clona, čas, citlivost realistický příklad – snímek prosluněné krajiny: clonové číslo c = 16, čas t = 1/100 s, citlivost ISO 100 clonové číslo c = 22, čas t = 1/50 s, citlivost ISO 100 větší čas ⇒ více světla, větší rozmazání pohybem větší clonové číslo ⇒ méně světla, větší hloubka ostrosti větší citlivost ⇒ k expozici je třeba méně světla, větší šum clonové číslo c = 22, čas t = 1/100 s, citlivost ISO 200


57 / 72

ZÁVĚRKA •

•

pro fotografování z ruky pravidlo 1/f – objektiv 80 mm ⇒ čas kratší než 1/80 s (při delším času bude snímek asi rozmazaný) – při crop faktoru 2 musí být čas poloviční! potřebujeme delší čas ⇒ – použití stativu / zajištění kamery – použití vyšší citlivosti – použití menšího clonového čísla – může vést k potřebě světelnějšího objektivu (objektivu s nižším základním clonovým číslem)


58 / 72

ZÁVĚRKA •

•

•

v kinematografii je čas závěrky max. 1/snímková frekvence snímač (běžné snímkové frekvence 24; 25; 29,97 fps) maximální „čas“ závěrky = 360° rotující závěrka se otočí fps× minimální „čas“ = 0° za vteřinu, dobu expozice určuje úhel otevření typický „čas“ = 180° dlouhý čas závěrky ⇒ pohybující se figury rozmazané (motion blur) ⇒ ve videu lepší vjem plynulého pohybu pokud potřebujeme pro záběr specifické clonové číslo (⇒ hloubka ostrosti), čas závěrky (⇒ rozmazání) a citlivost (⇒ šum), musíme množství světla řídit jinak – nasvícení scény – neutrální filtry (ND) – omezují příchozí světlo, propustnost udávaná denzitou (typicky 0,3 až 3) nebo ∆EV (2–1000)


59 / 72

ZÁVĚRKA KONSTRUKCE ZÁVĚRKY •

•

1. lamela

2. lamela

snímač

pohyblivá závěrka – mechanická: pohyblivé lamely před snímačem dlouhá expozice – elektronická: de facto postupná expozice a čtení jednotlivých řádků snímače ⇒ při zábleskovém osvitu se může osvítit jen část snímače krátká expozice ⇒ při velmi krátkých časech je obraz pohyblivého předmětu zkosený – problém v kinematografii, hlavně při panoramování globání závěrka – expozice celého snímku najednou


60 / 72

ZÁVĚRKA vliv pohyblivé závěrky na obraz: částečná expozice zkosení pohybem deformace pohybem (Wikimedia Commons, licence CC 3.0)


61 / 72

E X P O Z I Č N Í H O D N O TA •

•

• •

popis expozice: expoziční hodnota EV (exposure value) – EV = 0 ⇔ korektní expozice pro c = 1, t = 1 s – obecně EV = log2 (c2 / t ) – libovolná kombinace c, t se stejným EV vede na stejnou expozici – terminologie: rozdíl 1 EV = „1 stop“ = „1 clonové číslo“ – správně je třeba udávat konkrétní citlivost, např. EV100 je-li pro expozici tmavé části scény (jas L1) zapotřebí EV1 a pro světlou část scény EV2 , je kontrast scény roven ∆EV = EV1 – EV2 = log2 (L1 / L2) kontrast L1 / L2 1 : 1000 ⇔ 10 EV kontrast 1 : 10 ⇔ 3,3 EV digitální kamery zvládnou zaznamenat kontrast 11–14 EV (oko zvládne adaptací cca 24 EV, najednou cca 10–14 EV)


62 / 72

KAMERY • • •

•

mnoho kritérií dělení neexistuje „nejlepší“ typ – každý se hodí na jiný účel podle konstrukce – kompaktní – neobsahují výměnné části – s výměnnými objektivy – stavebnicové systémy (lze měnit optiku, závěrku, snímač, …) podle hledáčku – s průhledovým hledáčkem (fotograf nevidí totéž, co objektiv) – s elektronickým hledáčkem (průběžné snímání a okamžité zobrazení na obrazovce) – zrcadlovka (světlo se objektivem vede buď do hledáčku, nebo na snímač)


63 / 72

KAMERY •

•

podle vyhodnocování expozice – automatické: kamera určí expoziční parametry sama (tj. čas, clonu, citlivost) – problematické v netypických situacích (tj. průměrná odrazivost okolí ≠ 18 %) – poloautomatické: možnost ovlivňovat expoziční parametry (preference některého parametru, např. „volit spíš kratší časy“, případně přímá volba konkrétního parametru) – manuální: svobodné nastavení expozičních parametrů (doplněno o kontrolu interním nebo externím expozimetrem) podle způsobu ostření – pevné: objektiv nastaven na hyperfokální vzdálenost – automatické – manuální (důležité pro kinematografii)


64 / 72

F I LT R Y • • •

•

•

mění charakter světla, typicky umístěn před objektivem pro snímání na film poměrně důležité, v digitálním snímání význam některých efektových barevných filtrů poklesl neutrální filtr (ND): pouze zmenšuje množství světla – důležité, pokud neřídíme expozici časem/clonou/citlivostí (kinematografie!) přechodový neutrální filtr: typicky polovina čirá, polovina pozvolný přechod do ND filtru – použití např. pokud mají mraky příliš velký jas, ale krajina je relativně tmavá polarizační filtr: nepropouští světlo jedné polarizace – pro potlačení odlesků od skla (jsou zčásti polarizované) – pro zvýšení kontrastu obloha–mraky (světlo z modré oblohy zčásti polarizované)


65 / 72

F I LT R Y bez PF

s PF

bez PF

s PF

vliv polarizačního filtru MHS – Záznam obrazu

66 / 72

OSVĚTLENÍ •

•

•

•

přirozené světlo bez úprav mívá nedostatky – vede k příliš velkému/malému kontrastu (tj. stinné části objektu jsou příliš tmavé/světlé) – nemusí mít vhodný směr, barvu, intenzitu – vržené stíny mohou být příliš ostré/měkké řešení 1: „čekání na správné světlo“ – základ krajinářské fotografie, dokumentaristiky apod. – nedá se naplánovat řešení 2: ovlivnění přirozeného světla – prosvětlení stínů odraznými deskami nebo umělým světlem – změkčení světla difuzérem (šifonem, záclonou apod.) řešení 3: kompletní umělé osvětlení – nejovladatelnější, nejnáročnější na zvládnutí


67 / 72

UMĚLÉ OSVĚTLENÍ KONTINUÁLNÍ • • •

•

jediná možnost pro kinematografii, pozor na frekvenci blikání typické příkony v řádu kW ⇒ kvůli uvolněnému teplu je ve fotografii častější zábleskové osvětlení barva světla měřena barevnou teplotou: typicky asi 3000 K (srovnání: 5000 K – sluneční světlo, 10 000 K – „zataženo“) – při kombinaci světel pozor na stejné barevné teploty ideální světlo obsahuje všechny viditelné frekvence – ideálem sluneční světlo – „špatné spektrum“ ⇒ horší podání barev – měření jakosti: index podání barev (CRI, colour rendering index) – slunce 100, žárovka 95, zářivka 50, LED různě


68 / 72

UMĚLÉ OSVĚTLENÍ • • • •

malý/vzdálený zdroj světla vrhá ostré stíny, zdůrazňuje jakost povrchu předmětu velký zdroj světla se vytvoří odrazem od plochy, průchodem přes difuzér (softbox) apod. osvětlení klesá se vzdáleností od zdroje (závislost 1/r2) ⇒ jedním zdrojem nelze osvítit blízké i vzdálené objekty typické rozestavení světel – hlavní (key) světlo – relativně malý zdroj: vrhá výrazné stíny, zdůrazňuje prostorovost scény, texturu povrchu – doplňkové (fill) světlo – velký zdroj: prakticky nevrhá stíny, prosvětluje stíny vržené hlavním světlem – protisvětlo: zdůrazňuje kontury figury – zadní světlo – prokreslení pozadí


69 / 72

UMĚLÉ OSVĚTLENÍ pozadí protisvětlo

zadní světlo

předmět doplňkové světlo difuzér

hlavní světlo odrazná deska


kamera

70 / 72

UMĚLÉ OSVĚTLENÍ ZÁBLESKOVÉ • • • •

•

typicky 5500 K (tj. podobné dennímu světlu) záblesk typicky 1/200 – 1/1000 s speciální efekt: závěrka otevřená, extrémně krátký záblesk ⇒ simulace velmi krátkých expozičních časů (1/104 s apod.) výkonnost se udává jako energie záblesku [Ws] – obtížný odhad důsledků konkrétní hodnoty – pro studiovou práci tabulka pro konkrétní typ blesku „energie ⇒ použití (čas závěrky, vzdálenost, clona)“ směrné číslo (guide number, GN) – vzdálenost, na kterou lze osvítit objekt při ISO 100 a clonovém číslu 1 – GN 40 m ⇒ při clonovém číslu c = 4 dosvítí na 10 m – GN 40 m ⇒ při c = 4 a ISO 200 dosvítí na 14 m – obecně: dosvit = GN / c × [ISO / 100]1 / 2


71 / 72

UMĚLÉ OSVĚTLENÍ • •

•

interní blesk – GN cca 12 m – blízko osy objektivu ⇒ červené oči, nepřirozené stíny externí blesk připojený k tělu kamery – vyšší GN (např. 40 m) – kvalitní blesk spolupracuje se zoom objektivy – zužování směrovosti pro velké f ⇒ proměnné GN studiový blesk – typicky 100 – 1000 Ws, až 6400 Ws – např. 600 Ws odpovídá GN 64 – 80 m – záblesk regulovatelný až na 1/128 maxima – často s pilotními světly pro kontrolu nasvícení – spuštění externím signálem nebo jiným bleskem


72 / 72

MULTIMEDIÁLNÍ A HYPERMEDIÁLNÍ SYSTÉMY. 6) Záznam obrazu

Recommend Documents