Masarykova univerzita

Masarykova univerzita Fakulta informatiky

Korekce perspektivy fotografií Bakalářská práce

Marek Podešva 2011

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.

Vedoucí práce: Mgr. Jiří Víšek

ii

Poděkování Tímto bych chtěl poděkovat svému vedoucímu Mgr. Jiřímu Víškovi a dále také prof. Ivu Serbovi za věnovaný čas a poskytnutí cenných rad v průběhu práce.

iii

Shrnutí Práce popisuje korekci perspektivy fotografií pořízených rybím okem a srovnává softwarové nástroje, které jsou k tomuto účelu k dispozici.

Klíčová slova fotografie, perspektiva, korekce perspektivy, objektiv, rybí oko, teleobjektiv, Adobe Photoshop, Corel Paint Shop Pro, PTLens

iv

Obsah 1

Úvod ............................................................................................................................................ 2 1.1

Používané pojmy ............................................................................................................. 2

2

Lidské oko .................................................................................................................................. 3

3

Perspektiva ................................................................................................................................. 4 3.1

4

Historie perspektivy........................................................................................................ 4 3.1.1

Starověk a antika .................................................................................................... 4

3.1.2

Středověk, gotika ................................................................................................... 5

3.1.3

Renesance................................................................................................................ 6

3.2

Lineární perspektiva ....................................................................................................... 8

3.3

Rybí oko ............................................................................................................................ 9

Technické vybavení................................................................................................................. 11 4.1

Fotoaparát ....................................................................................................................... 11

4.2

Objektiv ........................................................................................................................... 11 4.2.1

4.3 5

Záblesková světla .......................................................................................................... 12

Fotografování ........................................................................................................................... 13 5.1

5.2 6

Použité objektivy ................................................................................................. 12

Světlo ............................................................................................................................... 13 5.1.1

Svítivost, světelný tok, osvětlení ....................................................................... 13

5.1.2

Jas ........................................................................................................................... 14

5.1.3

Barva, barevná teplota ........................................................................................ 14

5.1.4

Kontrast ................................................................................................................. 14

Vlastní fotografování .................................................................................................... 15

Úprava fotografií ..................................................................................................................... 17 6.1

Úpravy obrazu ............................................................................................................... 17

6.2

Software .......................................................................................................................... 19 6.2.1

Adobe Photoshop CS4 ........................................................................................ 19

6.2.2

Corel Paint Shop Pro Photo X2 .......................................................................... 20

6.2.3

PTLens ................................................................................................................... 21

6.3

Transformace na perspektivu rybího oka .................................................................. 22

6.4

Srovnání .......................................................................................................................... 22

7

Závěr ......................................................................................................................................... 24

8

Literatura .................................................................................................................................. 25

1

Kapitola 1

Úvod Fotografie je již neodmyslitelnou součástí dnešní doby, avšak ne vždy jsou podmínky pro její pořízení ideální – v některých případech není možné použít objektiv s vhodnou ohniskovou vzdáleností z důvodu nedostatku prostoru. Jednou z možností je využití rybího oka, objektivu se širokým úhlem záběru, který je však typický svým zkreslením perspektivy. Tato práce se zabývá popisem korekce perspektivy u fotografií pořízených právě rybím okem a srovnáním upravených snímků se snímky pořízenými jiným objektivem.

1.1

Používané pojmy •

EXIF – zkratka (z angl. Exchangeable image file format) označující způsob ukládání dodatečných informací přímo do digitální fotografie (např. údaje o použitém fotoaparátu a expozici).

•

Histogram (jasový histogram) – grafické vyjádření zastoupení jasů v obraze. V levé části histogramu jsou tmavé tóny, v pravé části světlé tóny.

•

ISO – citlivost fotografického materiálu nebo snímače na světlo, udávaná podle normy ISO 5800. Větší hodnota udává větší citlivost na světlo. Sousední hodnoty představují dvojnásobnou resp. poloviční citlivost.

•

Plug-in – zásuvný modul; program, který slouží jako doplněk jiné aplikace.

•

Softbox – fotografické zařízení, které slouží k rozptýlení a zároveň ke změkčení světla ve scéně.

2

Kapitola 2

Lidské oko Oko je orgán citlivý na světlo, umožňuje nám vidění. Zrak je pro člověka asi nejdůležitější smysl, pomocí zraku vnímáme přibližně 80 % informací z okolního světa. Rohovka – je průhledná čočka, nachází se v přední části oka a kryje duhovku. Je velmi citlivá, její podráždění způsobuje slzení a sevření očních víček. Rohovka je zároveň nejsilnější čočkou lidského oka, její optická mohutnost je asi 43 dioptrií. Duhovka – slouží jako clona. Obsahuje pigment, který určuje barvu oka. Otvor uprostřed duhovky se nazývá zornice. Zužováním a rozšiřováním zornice se reguluje množství světla, které do oka přichází – při nedostatku světla se zornice rozšíří, při jeho nadbytku se naopak zúží. Čočka – průhledný orgán oka, hlavní funkcí čočky je zaostřování. To se děje tak, že oční svaly čočku deformují a tím mění její optickou mohutnost. Sítnice – blána na vnitřní straně oka, obsahuje tyčinky a čípky. Tyčinky jsou buňky citlivé na světlo, umožňují vnímání kontrastu. Pomocí čípků pak rozeznáváme barvy. V oku existují tři druhy čípků pro vnímání zelené, modré resp. červené barvy. Jejich největší koncentrace je ve žluté skvrně a je to tedy místo nejostřejšího vidění. Žlutá skvrna ale neobsahuje žádné tyčinky. Přesto celkový počet tyčinek značně převyšuje celkový počet čípků. Sklivec – čirá rosolovitá hmota vyplňující vnitřní prostor oka [1], [2].

Obrázek 2.1: oko [1]

3

Kapitola 3

Perspektiva Z fotografického hlediska je perspektiva způsob, jakým vnímáme prostor. Vzdálené předměty se nám jeví jako menší, blízké předměty jsou naopak větší. Z toho důvodu nejsme schopni na větší vzdálenost přesně určit velikost předmětu, pokud jej nemáme s čím srovnat. Perspektiva také způsobuje sbíhání linií – u rovnoběžek máme pocit, jako kdyby se v dálce protínaly. Bod, ve kterém se tyto rovnoběžky zdánlivě protínají, nazýváme úběžník.

3.1

Historie perspektivy

3.1.1

Starověk a antika

S prvními náznaky perspektivy se můžeme setkat již ve starověkém Egyptě. Egyptské malby však nezobrazovaly skutečný svět, ale řídily se určitými náboženskými konvencemi – hlava, ruce a nohy byly zobrazovány z profilu, zatímco ramena, trup a oko zepředu [3]. Stejně tak velikost postav neodpovídala vzdálenosti od pozorovatele, ale vyjadřovala důležitost a společenské postavení. Jedná se tedy spíše o významovou perspektivu.

Obrázek 3.1: Huneferův papyrus, jeden z exemplářů Egyptské knihy mrtvých [4]

4

O malířství v antickém Řecku se ví málo, ale podle řecké keramiky z 9. a 8. století př. n. l. se usuzuje, že první významní malíři přišli z Egypta. První snahy o vytvoření systému perspektivy je možně pozorovat kolem 5. století př. n. l. Za zmínku také stojí Euklides a jeho dílo Optika, ve kterém představuje matematické základy perspektivy. O vývoji římského malířství víme díky Pompejím, kde se dochovala především vnitřní výzdoba domů. Na pompejských freskách je možné sledovat jednoúběžníkovou perspektivu. Za nejdokonalejší malbu z hlediska perspektivy lze považovat Aldobrandinskou svatbu, což je freska, která zřejmě zobrazuje svatbu Alexandra Velikého.

Obrázek 3.2: Aldobrandinská svatba [5]

3.1.2

Středověk, gotika

Další vývoj ovlivnil pád Římské říše, kdy zmizelo vše, co bylo objeveno. Znamenalo to krok zpět, protože umění bylo spoutáno náboženskými předpisy. Přestože si umělci byli vědomi obecné zásady, že věci mění svou velikost v závislosti na vzdálenosti, zobrazení prostoru bylo velkým problémem. V tomto období je běžné spojení dvou zobrazovacích metod, které přetrvává až do gotiky. Gotika vznikla ve 12. století ve Francii, odkud se rozšířila do Evropy. Dochází k zesvětštění umění a začínají se objevovat portréty a malby krajiny. Zlaté pozadí na obrazech, které bylo do té doby typické, je postupně nahrazováno krajinou. Umění se daří i v českých zemích, známý je Mistr vyšebrodského oltáře, který vytvořil mnoho deskových obrazů. Je u něj patrná snaha o realistické vyjádření prostoru. Cestu k renesanci otevřel italský malíř Giotto, který dal umění jiný směr. Snažil se zobrazovat postavy a věci se skutečnou hloubkou, přesto se však dopouštěl chyb, kdy například vytváří několik perspektiv v jednom obraze.

5

Obrázek 3.3: Mistr vyšebrodského oltáře –

Obrázek 3.4: Giotto – Legenda o

Narození páně [6]

sv. Františkovi [7]

3.1.3

Renesance

V období renesance zažívá umění i věda bouřlivý rozvoj, jedná se o období duchovní vzpoury, kdy se klade důraz na lidský rozum a poznání. Renesance se vrací zpět do antiky a mnoho z ní přebírá. Umění dostává vědecký základ, spousta umělců se zabývala i anatomií a optikou a ve svých dílech se řídili poznatky o perspektivě. Důležitou roli hraje také zkušenost, projevuje se snaha poznávat svět právě na základě zkušenosti. Ještě před příchodem renesance do Evropy položil základy optiky Alhazen, arabský vědec zabývající se astronomií, optikou a matematikou [8]. Ve svém díle Velká optika se snaží se vysvětlit vnímání okolního světa a popisuje fyzikální vlastnosti světla. Při svých experimentech s čočkami a zrcadly se zabýval lomem a odrazem světelných paprsků. Jeho dílo bylo později přeloženo do latiny a ovlivnilo mnohé další umělce a vědce. Za zmínku jistě stojí italský sochař a architekt Filippo Brunellesci, který má zásluhu na objevení tzv. „průsečné metody“, která byla hojně používána mezi malíři a ostatními umělci [3]. Tuto metodu popsal ve svém díle Tři knihy o malířství italský učenec Leon Battista Alberti. Poznatky o perspektivě využíval ve svých dílech i florentský malíř Masaccio, který je považován za zakladatele renesančního malířství [9]. Problémy perspektivy a kompozice byl přímo posedlý Paolo di Dono, italský malíř známý spíš pod jménem Uccello [3]. Zabýval se perspektivními studiemi různých předmětů a prstencových tvarů. Obrazů namaloval jen málo, využívá v nich však své znalosti o perspektivě. 6

Obrázek 3.5: Masaccio – Svatá Trojice [10]

Obrázek 3.6: Uccello – rys kalichovité nádoby [8]

Mezi nejvýznamnější umělce renesance patří Leonardo da Vinci, který se perspektivou zabýval nejen z hlediska geometrie, ale i optiky. V díle Pojednání o malířství dělí perspektivu na tři části – první vyjadřuje změnu velikosti těles se vzdáleností, druhá mluví o změně barev a třetí se zabývá rozptylem obrysu. Spojením těchto tří částí podle něj vzniká tzv. malířská perspektiva.

Obrázek 3.7: Leonardo da Vinci – Poslední večeře Páně [11]

7

3.2

Lineární perspektiva

Lineární perspektiva je středové promítání, které se podobá vidění lidského oka. Je také geometrickým základem normálních fotografií [12], většina běžných objektivů se velmi blíží lineární perspektivě. Jedná se o promítání ze středu S (střed objektivu, oko perspektivy) na průmětnu π (rovina snímku). Obrazem bodu B je bod Bʹ, který je průsečíkem přímky BS a roviny π (viz Obrázek 3.8). Kuželová plocha K je zorná plocha, její osa o prochází hlavním bodem perspektivy H, který leží na horizontu. Vrcholový úhel zorné plochy je η = 50°, vzdálenost SH (ohnisková vzdálenost f) se nazývá distance.

Obrázek 3.8: lineární perspektiva [12]

Mapovací funkce pro lineární perspektivu je následující:
  · tan 

(3.1)

Kde r označuje vzdálenost od středu senzoru nebo filmového políčka, f je ohnisková vzdálenost a θ úhel mezi paprskem a optickou osou (viz Obrázek 3.9).

8

Obrázek 3.9: vlevo lineární perspektiva, vpravo perspektiva rybího oka [13]

3.3

Rybí oko

Objektivy typu rybí oko se liší od ostatních objektivů tím, že dokážou zobrazit mnohem větší část prostoru. Z toho důvodu se také liší jejich zobrazení perspektivy. Toto zobrazení je možné popsat ve dvou krocích. V prvním kroku se jedná o projekci na polokulovou plochu o poloměru ohniskové vzdálenosti f, ve druhém kroku dochází k projekci na rovinu filmového políčka resp. senzoru fotoaparátu [12]. Druhá projekce závisí na optickém systému objektivu, z toho důvodu neexistuje žádná univerzální projekce typu „rybí oko“. U rybího oka se vyskytují tyto projekce [13], [14]: Ekvidistantní (Equidistant) projekce Tato projekce zachovává vzdálenosti, proto nachází uplatnění v oblastech, kde je nutné měřit vzdálenosti.
·

(3.2)

Stejnoplochá (Equal area, Equisolid-angle) projekce Plošný obsah se tímto zobrazením nemění, odtud pochází jeho název. Dochází ale k silnému zkreslení úhlů. Využívá se v oblastech, ve kterých je potřeba porovnávat obsah objektů, například porovnání mraků v meteorologii. Zobrazovací rovnice je:
 2 · sin

 2

(3.3)

9

Zároveň se jedná o nejčastější typ projekce moderních objektivů. Tento typ projekce také odpovídá objektivu, který byl použitý pro pořízení fotografií v této práci. Z předchozí rovnice je možné vyjádřit úhel záběru:  4 · arcsin


2

(3.4)

Pokud do rovnice dosadíme za r hodnotu 11,8 mm (polovina šířky senzoru použitého  2  136,75°.

fotoaparátu) a za f použité ohnisko (10,5 mm), vyjde nám horizontální úhel záběru

Ortografická projekce Ortografická projekce se používá v astronomii pro mapy planet a v kartografii, je typická silným zkreslením na okrajích obrazu.
  · sin 

(3.5)

Stereografická projekce Tato projekce zachovává velikost úhlů, díky tomu nemění tvary zobrazovaných předmětů. Nachází uplatnění v kartografii, protože právě díky zachování úhlů jsou takové mapy vhodné k navigaci. Dále se používá v astronomii nebo krystalografii. Stereografická projekce by byla ideální pro fotografii, protože zkreslení na okrajích snímku je menší než u jiných typů projekce, avšak výroba takové čočky je velice nákladná.
 2 · tan

 2

(3.6)

10

Kapitola 4

Technické vybavení 4.1

Fotoaparát

V průběhu pořizování fotografií pro tuto práci jsem používal fotoaparát Nikon D200. Jedná se o jednookou digitální zrcadlovku s rozlišením 10,2 Mpx, velikostí senzoru 15,8×23,6 mm (3 872×2 592 px) a poměrem stran 2:3. Součástí je optický hledáček a 2,5palcový displej. Lze využít celkem 11 ostřících bodů. ISO citlivost může nabývat hodnot 100–1600 s krokem 1/3, 1/2 nebo 1 EV, rychlost závěrky se pohybuje v rozsahu 30 až 1/8000 s. Tělo je vyrobeno z magnéziové slitiny pro maximální odolnost. Fotoaparát je určen pro poloprofesionální fotografy.

4.2

Objektiv

Důležitou součástí fotoaparátu je objektiv. Jedná se o soustavu čoček, které vytvářejí obraz na senzoru nebo filmovém políčku fotografického přístroje. Podstatnou vlastností objektivů je jejich ohnisková vzdálenost – jedná se o vzdálenost objektivu od roviny snímače. Poměr velikosti snímače a ohniskové vzdálenosti pak určuje zorný úhel. Na základě ohniskové vzdálenosti je možné objektivy rozdělit do několika skupin [15]. •

Objektivy typu rybí oko – jedná se o objektivy s velkým úhlem záběru, který dosahuje až 180°. Tyto objektivy se dají dále rozdělit na cirkulární a diagonální rybí oko. U cirkulárního rybího oka je na senzor promítán kruh a zbytek snímku tvoří černá plocha, zatímco u diagonálního rybího oka je pokrytý celý snímek, viz Obrázek 4.1.

Obrázek 4.1: vlevo cirkulární rybí oko, vpravo diagonální [13]

11

•

Širokoúhlé objektivy – ohnisková vzdálenost těchto objektivů se pohybuje v rozmezí 10–30 mm, tyto objektivy se vyznačují velkým úhlem záběru, ale menším než u rybího oka.

•

Základní objektivy – jejich ohnisková vzdálenost je mezi 30 a 100 mm,

•

Normální objektiv – ohnisková vzdálenost normálního objektivu je 50 mm a jeho úhel záběru přibližně 46°. Udává se, že zorný úhel lidského oka je podobný, z toho důvodu se těmto objektivům říká normální [16].

•

Teleobjektivy – jejich ohnisková vzdálenost dosahuje 100–300 mm, mají úzký úhel záběru.

4.2.1 •

Použité objektivy Nikkor 10,5 mm f/2,8G ED AF DX Fisheye: objektiv typu rybí oko, který byl vyvinutý pro digitální zrcadlovky. Dosahuje diagonálního úhlu záběru 180°. Světelnost objektivu je 2,8, maximální clona 22. Minimální vzdálenost, na kterou je možné zaostřit, je 14 cm.

•

Nikkor 70–300 mm f/4,5-5,6G IF-ED AF-S VR Zoom: výkonný „supertelezoom“ dosahující 4,3násobného zvětšení. Obsahuje optické členy z ED skel pro vysokou ostrost a nízkou barevnou aberaci. Světelnost je v rozsahu od 4,5 do 5,6, maximální clona 32, minimální ostřící vzdálenost 150 cm. Objektiv je vybavený stabilizací obrazu VR II.

4.3 •

Záblesková světla Fomei Digital 300, Fomei Digital 600: studiové blesky o maximálním výkonu záblesku 300 resp. 600 Ws. Záblesk je možné regulovat s krokem 1/2 EV až na hodnotu 5 Ws. Oba blesky disponují pilotní žárovkou.

•

Softbox: při pořizování snímků jsem použil softboxy o velikosti 30×90 cm a 100×100 cm.

12

Kapitola 5

Fotografování 5.1

Světlo

Lidské oko dokáže vnímat záření vlnové délky mezi 400 a 700 nm, označujeme ho jako viditelné světlo [18]. Pro fotografii je světlo velmi důležité, stejně tak jeho kvalita. Světlo modeluje tvar fotografovaných předmětů. Budeme se zajímat i o jiné vlastnosti světla a světelných zdrojů, které mají také podstatný vliv na výslednou fotografii.

5.1.1

Svítivost, světelný tok, osvětlení

Jednou z charakteristik světelného zdroje je jeho svítivost. Jednotkou svítivosti je kandela (značka cd) a je to jedna ze základních jednotek soustavy SI. Svítivost 1 cd je definována jako svítivost světelného zdroje, který vyzařuje v daném směru monochromatické záření o frekvenci 540 ∙ 1012 Hz a jehož zářivost v tomto směru je 1/683 wattů na steradián [19]. Taková svítivost zhruba odpovídá svítivosti plamene svíčky. Pokud umístíme jednotkový světelný zdroj (tj. zdroj o svítivosti 1 cd) do duté koule o poloměru 1 m a vyřízneme ve stěně této koule otvor o ploše 1 m2, bude tímto otvorem procházet světelný tok o velikosti 1 lumen (značka lm). Protože povrch celé koule o poloměru 1 m je přibližně 12,6 m2, vyzařuje jednotkový zdroj do prostoru kolem sebe světelný tok asi 12,6 lm [20]. Další pro fotografii důležitou veličinou je intenzita osvětlení. Ta je definována jako světelný tok dopadající na určitou plochu, jedná se tedy o podíl světelného toku a plochy, na kterou dopadá. Jednotkou je lux (značka lx). Pokud na plochu 1 m2 dopadá světelný tok 1 lm, vzniká osvětlení o velikosti 1 lx. Na osvětlení plochy má vliv vzdálenost této plochy od zdroje – intenzita osvětlení klesá s druhou mocninou vzdálenosti od zdroje. Dále je osvětlení ovlivněno úhlem, pod kterým dopadají paprsky světla ze zdroje na osvětlenou plochu. Maximální osvětlení je pokud paprsky dopadají kolmo na osvětlovanou plochu.

13

5.1.2

Jas

Neméně důležitou charakteristikou je výsledný jas. Pokud dvě plochy vyzařují stejný světelný tok, ale jedna z nich je menší, bude tato menší plocha pro pozorovatele jasnější. Jas je tedy veličina, která určuje podíl vyzářeného světelného toku a plochy zdroje. Dříve se používala jednotka apostilb (značka asb), odpovídala jasu desky o ploše 1 m2, která vyzáří světelný tok 1 lumen. V současnosti se používá jednotka nit (značka nt), která odpovídá jasu 1 cd/m2 [20].

5.1.3

Barva, barevná teplota

Barva má velký vliv na vnímání člověka, zejména psychologický. Vnímání barvy světla je však velmi individuální, navíc se mozek dokáže adaptovat na různé situace, takže dokáže rozeznat bílou barvu při různém osvětlení [18]. Z toho důvodu se pro charakteristiku světelného zdroje používá pojem barevná teplota. Ta se udává v Kelvinech. Toto označení vychází z fyziky ze záření absolutně černého tělesa, které se chová tak, že pohlcuje veškeré dopadající záření; zároveň ale vydává záření, jehož barva závisí na teplotě tělesa. Tuto hodnotu potom označujeme jako barevnou teplotu světla. Sluneční světlo má teplotu v rozmezí 5000–6000 K, barevná teplota světla žárovky se pohybuje kolem 2800 K. Většina fotografických blesků vydává světlo o teplotě 5500 K. Je zajímavé, že světlo s nízkou teplotou označujeme jako teplé, zatímco světlo o vysoké teplotě označujeme jako studené. Toto označení vychází právě z toho, jak na nás působí daná barva světla, nikoli z jeho skutečné teploty. U analogových fotoaparátů je nutné pro různou barvu světla různých filmů. S příchodem digitálních fotoaparátů je situace mnohem jednodušší, protože digitální fotoaparáty umožňují vyvážení bílé barvy.

5.1.4

Kontrast

Další důležitou vlastností světla je jeho kontrast. Podle kontrastu můžeme světlo rozdělit na měkké a tvrdé. Paprsky tvrdého světla jsou přibližně rovnoběžné a dopadají na předmět pod téměř stejným úhlem. Předmět osvětlený takovým světlem potom vrhá tvrdý stín, podle stínu můžeme jasně rozlišit obrys původního předmětu. Tvrdé světlo je tedy velmi kontrastní a působí dramaticky. Zdrojem tvrdého světla je např. sluneční světlo za jasného dne.

14

Pokud naopak světelné paprsky nejsou rovnoběžné a dopadají na předmět pod různými úhly, nelze přesně určit hranice stínu tohoto předmětu. Mluvíme tedy o měkkém, málo kontrastním světle. Zdrojem měkkého světla může být zábleskové světlo se softboxem nebo sluneční světlo při zamračené obloze, kdy se mraky chovají stejně jako softbox.

5.2

Vlastní fotografování

Součástí práce jsou portréty pěti vyučujících, kteří působí nebo působili na Fakultě informatiky. Fotografoval jsem dvě sady snímků – jednu sadu jsem pořídil rybím okem, druhou teleobjektivem. Snímky pořízené rybím okem jsem se poté snažil upravit tak, abych odstranil zkreslení způsobené tímto objektivem. Naopak u snímků pořízených teleobjektivem jsem se pokusil dosáhnout podobného efektu jako u rybího oka. Fotografování probíhalo v ateliéru, při osvětlování postavy jsem zvolil spíše tvrdší boční světlo, které působí více dramaticky a dodává více plastičnosti než rozptýlené světlo. Cílem bylo dosáhnout takového osvětlení, kdy polovina obličeje bude nasvětlená a polovina bude mírně ve stínu, ovšem tak, aby i v této části snímku byla stále patrná kresba. Toho jsem dosáhl využitím více zábleskových světel. První z nich jsem umístil vlevo od fotografované postavy a použil jsem úzký softbox, výkon tohoto blesku byl nastaven na 300 Ws. Druhý blesk jsem umístil mírně vlevo před fotografovanou postavu a použil jsem větší softbox, výkon jsem nastavil rovněž na 300 Ws. Protože ale při tomto osvětlení vznikal příliš tmavý stín na pravé části obličeje, přidal jsem ještě jedno výplňové světlo z pravé strany a využil odrazu světla od zdi. Výkon tohoto posledního světla byl 80 Ws, viz Obrázek 5.1. Při fotografování teleobjektivem seděla fotografovaná postava na židli ve vzdálenosti asi 2 m od pozadí, vzdálenost mezi postavou a fotoaparátem byla 8 m. Při pořizování snímků rybím okem stála postava přímo u pozadí. Kvůli širokému úhlu záběru tohoto objektivu bylo nutné přiblížit se s fotoaparátem co nejblíže, v podstatě jediným limitujícím faktorem byla pouze minimální ostřící vzdálenost objektivu. Z tohoto důvodu jsem také použil pro nasvětlení pouze boční světla, protože jinak bych sám vrhal stín na fotografovaný portrét.

15

Obrázek 5.1: vlevo nákres fotografování teleobjektivem, vpravo rybím okem

16

Kapitola 6

Úprava fotografií Předtím, než jsem začal upravovat fotografie v jednotlivých programech, převedl jsem všechny snímky do odstínů šedi a upravil jsem jejich histogram, abych vyrovnal kontrast všech snímků. Tyto úpravy jsem provedl v programu Adobe Photoshop.

6.1

Úpravy obrazu

Úpravy obrazu je možné rozdělit následujícím způsobem: •

korekce – ty mohou být geometrické nebo barevné,

•

transformace – mezi ně patří morfing a warping.

Morfing je proces, při kterém dochází k plynulé změně jednoho obrazu v jiný. Výstupem je kompletně jiný obraz, než byl vstupní. Warping je lokální změna vstupního obrazu. Warpingu lze využít i pro korekci perspektivy – vstupní obraz se rozdělí mřížkou na jednotlivé body a použitím vhodného mapování je možné transformovat perspektivu rybího oka na lineární. Mapování může být dopředné, kdy procházíme jednotlivé body vstupního obrazu a přiřazujeme jim nové souřadnice v obraze výstupním, nebo zpětné, při němž procházíme body výstupního obrazu a hledáme jejich vzor. Při dopředném mapování může dojít k situaci, kdy se na jeden bod výstupního obrazu zobrazí více bodů ze vstupního obrazu, nebo naopak žádný bod. Z toho důvodu je vhodnější použít mapování zpětné. Na vstupní obraz I se budeme dívat jako na dvourozměrné pole s počátkem soustavy souřadnic v levém horním rohu a souřadnicemi bodu (i, j). Výstupní obraz označíme jako Iʹ, pro jednoduchost předpokládejme, že vstupní i výstupní obraz mají stejné rozměry. Za počátek soustavy souřadnic je však vhodnější zvolit střed obrazu. Dostaneme nové souřadnice (x, y), které jsou dány vztahem: 

šíř 
 ! 2

$ýš 
 ! "# 2

(6.1)

17

Stejně tak je výhodnější využít polární souřadnice (r, ϕ):
 % & ' " & " (  arctan 

(6.2)

Pro náš výpočet budeme ještě potřebovat ohniskovou vzdálenost f, tu si vyjádříme z rovnice mapovací funkce použitého rybího oka, viz rovnice (3.3). Zde také užijeme znalost úhlu záběru α = 2θ: 

šíř 
 ! 4 · sin 4

(6.3)

Nyní využijeme rovnici mapovací funkce lineární perspektivy a rovnici mapovací funkce rybího oka, viz rovnice (3.1) a (3.3). Protože budeme používat zpětné mapování, pohybujeme se nyní ve výstupním obraze, jehož perspektiva je lineární. Poloměr rʹ tedy musí vyhovovat vztahu (3.1), z něhož si vyjádříme zorný úhel θ. Ten je stejný jak pro lineární perspektivu, tak pro perspektivu rybího oka. Dosadíme jej tedy do rovnice (3.3) a získáme poloměr r ve vstupním obraze:   )  arctan


* 


* 
,-. 
 2 · sin + / 2

(6.4)

Pak už jen zpětnou transformací polárních souřadnic na kartézské získáme hledané souřadnice bodu ve vstupním obraze:  
· cos1(2

" 
· sin 1(2

(6.5)

Tento výpočet provedeme v každém bodě výstupního obrazu a získáme upravený obraz, jehož perspektiva už bude lineární. Postup při transformaci lineární perspektivy na perspektivu rybího oka by byl podobný.

18

Obrázek 6.1: vlevo snímek pořízený rybím okem, vpravo upravený snímek před ořezáním

6.2

Software

6.2.1

Adobe Photoshop CS4

Adobe Photoshop je grafický editor od firmy Adobe Systems a patří mezi špičku v této oblasti. Mimo jiné umožňuje práci s vrstvami, maskami, barevnými prostory a kanály [21], z toho důvodu používá vlastní formát souborů PSD (Photoshop Document), aby bylo možné všechna tato data uložit. Funkci pro transformaci perspektivy rybího oka sice neobsahuje, nicméně pro tento účel jsou k dispozici zásuvné moduly, z nichž některé jsou k dispozici zdarma. Pro účely této práce jsem vybral plug-in Panorama Tools (zkráceně také PanoTools). Jedná se o sadu programů určených především k tvorbě panoramat, ale nabízí také možnost korekce perspektivy nebo změny projekce. Autorem je německý fyzik a matematik Helmut Dersch. Tato sada programů je dostupná ve formě spustitelných aplikací nebo právě jako zásuvný modul pro Adobe Photoshop. Z důvodu větší uživatelské přívětivosti jsem zvolil druhou možnost. Samotný plug-in nabízí 4 možnosti: •

Adjust – slouží k získání snímků z panoramatu nebo naopak k jejich vložení.

•

Correct – pomocí této funkce je možné provádět různé korekce, jako např. korekci soudkovitého a poduškovitého zkreslení.

•

Perspective – tato funkce simuluje natočení a rotaci objektivu.

•

Remap – slouží pro změnu perspektivy, k dispozici jsou následující možnosti:


Normal – „normální“ (lineární) perspektiva.

19




QTVR-Panoramic – cylindrická projekce.




PSphere – equirectangular projekce, další druh cylindrické projekce.




Fisheye Hor./Vert. – sférická projekce rybího oka.


Convex Mirror Pro transformaci perspektivy rybího oka na lineární perspektivu je nutné zadat horizontální úhel záběru; vertikální úhel záběru není pro tuto transformaci potřeba a je ignorován. Dále je ještě potřeba nastavit výstup (viz Obrázek 6.3). Možnost (a) zobrazí výsledný obraz přímo v editoru, ale dojde k jeho ořezání na původní velikost fotografie. Z tohoto důvodu jsem vybral i možnost (b) pro uložení obrázku v plném formátu bez ořezání na disk.

Obrázek 6.2: funkce Remap

Obrázek 6.3: nastavení výstupu

U některých snímků bylo ještě potřeba dále upravit perspektivu. Toho ve Photoshopu docílíme tak, že vybereme nástroj pro posun vrstev, a pravým kliknutím na vrstvu zvolíme možnost Perspective, případně Distort. Následně tažením krajních bodů upravíme snímek podle našich představ.

6.2.2

Corel Paint Shop Pro Photo X2

Corel Paint Shop Pro je grafický editor vyvinutý firmou Jasc Software, v roce 2004 převzala vývoj tohoto softwaru společnost Corel [22]. V mnohém se podobá již zmiňovanému programu Adobe Photoshop – např. podporuje práci s vrstvami a maskami, navíc umožňuje pracovat s vektorovou grafikou. Na rozdíl od Adobe Photoshop ale již má v sobě zabudovanou funkci pro úpravu fotografií pořízených rybím okem. Tato funkce je zde pojmenovaná jako Odstranění zkreslení rybího oka a nalezneme ji v menu Upravit.

20

Stejně jako u Panorama Tools, i zde je potřeba zadat horizontální úhel záběru původní fotografie. Vybráním možnosti Zachovat měřítko uprostřed určujeme, že centrální část snímku bude mít stejné rozměry jak u původní tak u upravené fotografie a dojde tedy ke zvětšení rozměrů obrazu. V opačném případě dojde k ořezání výsledné fotografie na rozměry původní.

Obrázek 6.4: nastavení programu Corel Paint Shop Pro

6.2.3

PTLens

PTLens je nástroj pro korekci optických vad objektivů jako je soudkovité/poduškovité zkreslení, chromatická aberace či vinětace. Pro korekci využívá kalibrační profily, jeho výhodou je možnost dávkového zpracování. Podle EXIF dat si zjistí model fotoaparátu a použitý objektiv a provede potřebnou korekci. Dále umožňuje transformaci perspektivy rybího oka na lineární perspektivu. Tento nástroj je k dispozici ve formě samostatně spustitelné aplikace nebo jako zásuvný modul pro Adobe Photoshop.

Obrázek 6.5: nastavení programu PTLens

21

Nastavení programu, které se týká transformace perspektivy rybího oka na lineární perspektivu, nabízí tyto možnosti: •

Distortion – horizontální úhel záběru rybího oka ve stupních.

•

Crop – ořezání, hodnota vyjadřuje rozdíl původního úhlu záběru a úhlu záběru upravené fotografie.

6.3

•

Rotate – otočení obrazu ve stupních.

•

Horiz./Vert. – horizontální resp. vertikální posun.

Transformace na perspektivu rybího oka

Tuto funkci nabízí pouze software Panorama Tools. Postup je v tomto případě podobný jako při transformaci opačné. Protože ale teleobjektiv má podstatně menší úhel záběru, jedná se pouze o jakousi simulaci efektu rybího oka – okrajové části snímku zůstanou černé, protože tato oblast v původní fotografii nebyla obsažená (viz Obrázek 6.6). Bylo proto nutné takto vzniklou fotografii ořezat a doretušovat pozadí.

Obrázek 6.6: vlevo původní fotka pořízená teleobjektivem, uprostřed upravený a neořezaný snímek, vpravo fotografie pořízená rybím okem

6.4

Srovnání

V průběhu této práce jsem používal zkušební verze zmíněných programů. Adobe Photoshop a Corel Paint Shop Pro jsou k dispozici s 30denní zkušební lhůtou, program PTLens není nijak časově omezený, ale umožňuje úpravu pouze 10 fotografií. Všechny tyto programy dávají při stejném nastavený stejný výstup1, který se liší pouze různým ořezáním.

1

Ověřeno vložením výsledných snímků do jednoho obrázku s více vrstvami a porovnáním.

22

Z uživatelského hlediska bych hodnotil příznivě Corel Paint Shop Pro a PTLens, u obou oceňuji možnost náhledu v průběhu zpracovávání fotografie. U zásuvného modulu Panorama Tools může být správné nastavení pro méně zkušeného uživatele mírně matoucí, další nedostatek je právě chybějící náhled, kdy uživatel musí buď přesně znát horizontální úhel záběru, nebo se musí „trefovat“ metodou pokus – omyl. Tento fakt činí problémy i v situaci, kdy použitý objektiv neodpovídá zcela použitému modelu transformace. Z pohledu nabízené funkčnosti v oblasti korekce perspektivy jsou na tom všechny zmíněné varianty víceméně stejně. Je nutné však zmínit, že jak Adobe Photoshop, tak Corel Paint Shop Pro jsou plnohodnotné grafické editory, takže nabízí i další možnosti. Na druhou stranu software PTLens poskytuje všechny nástroje pro úpravu perspektivy přehledně na jednom místě.

23

Kapitola 7

Závěr Přestože je možné transformovat perspektivu fotografií pořízené rybím okem na lineární perspektivu, výsledné snímky vypadají podobně jako snímky pořízené širokoúhlým objektivem. Dalším z problémů je poměrně silná barevná aberace, která je zvláště patrná v okrajových částech snímku, viz Obrázek 7.1.

Obrázek 7.1: vlevo upravená fotografie, uprostřed výřez z centrální části, vpravo výřez z okraje snímku

Jsou však situace, kdy nemůžeme použít jiný objektiv, například z nedostatku místa. V takovém případě vidím použití rybího oka a následnou korekci v počítači jako opodstatněnou.

24

Literatura [1]

Visus optik [online]. 2005 [cit. 2010-05-12]. Lidské oko. Dostupné z WWW: .

[2]

Lidské oko In Wikipedia : the free encyclopedia [online]. St. Petersburg (Florida) : Wikipedia Foundation, 19. 8. 2008, last modified on 7. 3. 2010 [cit. 2010-05-14]. Dostupné z WWW: .

[3]

ŠTAUBEROVÁ, Zuzana. Mladý sisyfos [online]. 8. 10. 1998 [cit. 2011-01-25]. Když malíř neumí matematiku aneb „Chyby“ na obrazech známých malířů. Dostupné z WWW: .

[4]

BD Hunefer.jpg. In Wikipedia : the free encyclopedia [online]. St. Petersburg (Florida) : Wikipedia Foundation, 8 December 2007, last modified on 8 December 2007 [cit. 2011-04-26]. Dostupné z WWW: .

[5]

Aldobrandini Wedding.jpg. In Wikipedia : the free encyclopedia [online]. St. Petersburg (Florida) : Wikipedia Foundation, 13 October 2006, last modified on 13 October 2006 [cit. 2011-04-26]. Dostupné z WWW: .

[6]

KRÉN, Emil; MARX, Daniel. Web Gallery of Art [online]. 2011 [cit. 2011-04-26]. Nativity. Dostupné z WWW: .

[7]

KRÉN, Emil; MARX, Daniel. Web Gallery of Art [online]. 2011 [cit. 2011-05-01]. Legend of St Francis: 5. Renunciation of Wordly Goods. Dostupné z WWW: .

[8]

Perspective (graphical). In Wikipedia : the free encyclopedia [online]. St. Petersburg (Florida) : Wikipedia Foundation, 29 December 2004, last modified on 22 January 2011 [cit. 2011-01-22]. Dostupné z WWW: .

[9]

Masaccio. In Wikipedia : the free encyclopedia [online]. St. Petersburg (Florida) : Wikipedia Foundation, 21 October 2005, last modified on 3 March 2011 [cit. 201104-25]. Dostupné z WWW: .

25

[10] KRÉN, Emil; MARX, Daniel. Web Gallery of Art [online]. 2011 [cit. 2011-04-26]. Trinity. Dostupné z WWW: . [11] DaVinci LastSupper high res 2 nowatmrk.jpg. In Wikipedia : the free encyclopedia [online]. St. Petersburg (Florida) : Wikipedia Foundation, 12 October 2010, last modified on 12 October 2010 [cit. 2011-04-26]. Dostupné z WWW: . [12] DRS, Ladislav; VŠETEČKA, Jiří. Objektivem počítače : Geometrie speciálních fotografických technik. 1. vyd. Praha : Státní nakladatelství technické literatury, 1981. 159 s. [13] SCHNEIDER, D.; SCHWALBE, E.; MAAS, H.-G. Validation of geometric models for fisheye lenses. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing [online]. 2009, 64, 3, [cit. 2010-04-18]. Dostupný z WWW: . ISSN 0924-2716. [14] KANNALA, Juho; BRANDT, Sami S. A Generic Camera Model and Calibration Method for Conventional, Wide-Angle, and Fish-Eye Lenses. IEEE TRANSACTIONS ON PATTERN ANALYSIS AND MACHINE INTELLIGENCE [online]. August 2006, 28, 6, [cit. 2010-05-02]. Dostupný z WWW: . [15] PIHAN, Roman. Objektivy, jak vybrat a používat : Parametry objektivů. Fotografovani.cz [online]. 10.01.2006, [cit. 2010-05-05]. Dostupný z WWW: . [16] PIHAN, Roman. Objektivy, jak vybrat a používat : Praxe s objektivy. Fotografovani.cz [online]. 26.01.2006, [cit. 2010-05-05]. Dostupný z WWW: . [17] Historie fotografie In Wikipedia : the free encyclopedia [online]. St. Petersburg (Florida) : Wikipedia Foundation, 3. 2. 2009, last modified on 31. 1. 2010 [cit. 201005-11]. Dostupné z WWW: . [18] HUNTER, Fil; BIVER, Steven; FUQUA, Paul. Fotografie & světlo : naučte se techniky fotografického svícení. Brno : Zoner Press, 2007. 305 s. [19] Kandela. In Wikipedia : the free encyclopedia [online]. St. Petersburg (Florida) : Wikipedia Foundation, 18. 3. 2004, last modified on 14. 8. 2010 [cit. 2010-09-18]. Dostupné z WWW: . 26

[20] ŠMOK, Ján. Umělé světlo ve fotografii. Vydání druhé. Praha : Státní nakladatelství technické literatury, 1978. 232 s. [21] Adobe Photoshop In Wikipedia : the free encyclopedia [online]. St. Petersburg (Florida) : Wikipedia Foundation, 16 December 2001, last modified on 2 May 2010 [cit. 2010-05-04]. Dostupné z WWW: . [22] Corel Paint Shop Pro In Wikipedia : the free encyclopedia [online]. St. Petersburg (Florida) : Wikipedia Foundation, 16 December 2001, last modified on 30 April 2010 [cit. 2010-05-04]. Dostupné z WWW: .

27