Základy exponometrie Jana Andrýsková | Ústav informatiky | PEF MZLU v Brně Digitální fotografie (DIF)
Expoziční základy • světlo je to jediné, co tvoří fotografii – jeho druh, směr, kvalita a množství (expozice) rozhoduje o výsledné fotografii • jedním z klíčových faktorů je správná expozice • ovlivňují ji pouze 3 faktory: 1. expoziční čas = doba, po kterou světlo působí na senzor 2. clona = průměr kruhového otvoru ve středu objektivu reagující na množství světla prošlého objektivem 3. ISO citlivost = elektronicky řízená citlivost senzoru na světlo
Expoziční čas • nebo též osvitová doba (rychlost závěrky) • doba, po kterou světlo působí na senzor DSLR (příp. citlivou vrstvu fotografického materiálu) • lidské oko se chová logaritmicky – podíl jasu sousedních hodnot stupňů šedé bude vždy stejný • ve fotografii se používá násobitel 2 • základní hodnoty odpovídají zvýšení/snížení jasu 2x 1, (0.5) 1/2, (0.25) 1/4, (0.125) 1/8, (0.0625) 1/16, (0.03125) 1/32, (0.015625) 1/64, (0.007812) 1/128, ...
Expoziční čas • snaha používat „rozumná čísla“ → krok není vždy přesně 2x (čísla se zaokrouhlují) …, 4, 2, 1, 1/2, 1/4, 1/8, 1/15, 1/30, 1/60, 1/125, 1/250, 1/500, … • v praxi se také používá jemnější dělení – mezi sousedními hodnotami je ještě mezihodnota 1/2 nebo dvě mezihodnoty 1/3 a 2/3 • změna expozičního času o 1 hodnotu na základní stupnici mění množství světla 2x (neboli o 1 expoziční hodnotu EV) • Které číslo z dvojice 30 a 60 označuje delší expoziční čas?
Rychlost závěrky • rychlost závěrky = dráha závěrky / expoziční čas (v praxi se skutečná rychlost závěrky nijak nepoužívá) • mechanická závěrka se kombinuje se závěrkou elektronickou (např. 1/2000 sec.) • v praxi při nastavení expoziční doby jsme omezeni nebezpečím: • rozhýbání snímku (třes rukou) – „pravidlo focení z ruky“ • pohybovou neostrostí (vlivem pohybu fotografovaného objektu) • Delší časy udržíte lépe, když má fotoaparát objektiv s kratší nebo delší ohniskovou vzdáleností?
Rychlost závěrky - panning • panning = sledování objektu, švenkování • vysoká rychlost pohybu nějakého objektu vyžaduje extrémně krátké expoziční časy • pomoci může i sledování pohybujícího se objektu fotoaparátem • pohyb fotoaparátu sníží relativní rychlost objektu • pohyb fotoaparátu zvýší relativní rychlost pozadí • díky panningu se dá fotografovat s rozumnými expozičními časy • výsledkem je zaostřený objekt na „pohybujícím se“ pozadí
Expoziční čas a šum • při časech delších než 1 sekunda vzniká na senzoru šum • problém zejména při expozici za tmy • TEST: nasaďte na objektiv krytku, nastavte ISO na 100 nebo 200 a expoziční čas na 30 vteřin. • řešení: • chlazení senzoru • softwarové odstranění šumu (Long Exposure Noise Reduction) • bude probíráno na samostatné přednášce
Clona • kruhový otvor ve středu objektivu • množství světla, které projde clonou, je úměrné její ploše a plocha je určena průměrem clony • opakování: • čím větší je průměr clony, tím více světla projde objektivem a dopadne na senzor • 2x větší průměr clony → 4x větší množství světla (4x větší expozice) • chcete-li zdvojnásobit expozici, musíte clonu otevřít nikoliv 2x, ale pouze 1.4x
Clona • množství světla, které dopadá na senzor, závisí nejen na otvoru clony, ale také na vzdálenosti clony od senzoru (= ohnisková vzdálenost objektivu!) • světla ubývá s druhou mocninou, protože plocha roste také s druhou mocninou • uvažovat při expozici ohniskovou vzdálenost je dost nepraktické! • trik: zavedení clonových čísel
Clonové číslo F • veličina nezávislá na ohniskové vzdálenosti objektivu → zajistí stejné množství světla na senzoru u objektivů s různými ohniskovými vzdálenostmi • jak? • ohniskovou vzdálenost známe • objektiv si pro dané clonové číslo sám spočítá potřebný průměr clony • průměr clony (D) = ohnisková vzdálenost (f) / clonové číslo (F) • často se setkáváme se zápisem např. f/4.5
Clonové číslo F • Příklad 1: • 200 mm objektiv, clonové číslo 4 • průměr clony = 200 / 4 = 50 mm • Příklad 2: • 20 mm objektiv, clonové číslo 4 • průměr clony = 20 / 4 = 5 mm • Proč teleobjektivy (s ohniskovou vzdáleností např. 300 mm) nemívají lepší světelnost než 4?
Clonové číslo F • mezinárodní řada clonových čísel • odpovídá fyziologii lidského oka • násobky expozice 2x (dvojnásobné osvětlení) • násobky √2 = 1.4 (plocha clony roste s druhou mocninou průměru clony) 1.0, 1.4, 2.0, 2.8, 4.0, 5.6, 8, 11, 16, 22, 32, 45, … • číselné dvojnásobky jsou vždy „ob“ jedno clonové číslo!
ISO citlivost • udává citlivost senzoru na světlo – ovlivňujeme velikost zesílení signálu (viz samostatná přednáška) • udává se v jednotkách ISO a hrubě odpovídá citlivosti klasického filmu • základní stupnice: …, 50, 100, 200, 400, 800, 1600, 3200, … • každá sousední hodnota na stupnici mění citlivost právě 2x • zvýšíme-li ISO citlivost 2x, ke stejné expozici stačí poloviční množství světla • výhoda digitální fotografie (není nutné měnit film při každé změně citlivosti)
ISO a šum • zvýšení hodnoty ISO (zesílení elektrického náboje) způsobuje šum v obraze (zejména v modrém a červeném kanále) → bude na samostatné přednášce • obrazový šum je částečně podobný zrnu klasického filmu • na rozdíl od zrna je digitální šum: • vnímán nelibě • znehodnocuje fotografii • každé potlačení šumu vede k degradaci obrazu • „odšumovací programy“ (např. program NeatImage) • Kdy potřebujeme zvyšovat hodnotu ISO?
Reciprocita času, clony a ISO • zdvojnásobit množství světla lze změnou času, clony nebo ISO (získáme stejný výsledek) • tzv. reciprocita = záměnnost • různé varianty stejné expozice při hodnotě ISO 100: • clona: f/2.0, čas: 1/500 sec. • clona: f/2.8, čas: 1/250 sec. • … • nebo clona: f/2.0, čas: 1/1000 sec. při ISO 200 • v praxi je možné nalézt velké množství trojic clona/čas/ISO, které povedou ke stejné expozici
Test • Která trojice je v rovnováze z trojicí F5.6, 1/125 s., ISO 100? • F4, 1/250, ISO 400 • F4, 1/60, ISO 200 • F16, 1/60, ISO 400
Expoziční hodnota (EV) • EV (Exposition Value) • vyjadřuje absolutní množství světla vně fotoaparátu (na scéně) (nezávisle na vybavení a metodě) • ve fotografii vyjadřuje vztah úrovně okolního světla k nastavení fotoaparátu • dá se zjistit z času, clony a ISO citlivosti • každý bod scény má jiný jas (hodnotu EV) • pro stanovení správné expozice potřebujeme stanovit průměrnou hodnotu EV scény • pracují s ní některé ruční expozimetry
Průměrné EV hodnoty různých scén EV Příklad scény -6 až -2 Noční scéna osvětlena jen hvězdami a měsícem. -1 až 1 Noc s osvětleným městem opodál. 2 až 5 Scéna osvětlená svíčkami, málo osvětlená ulice v noci. 5 až 7 Hodně osvětlená ulice v noci, málo osvětlený interiér. 7 až 8 Sportovní hala, běžný interiér, obchodní centrum, hluboký les. 9 až 11 Východ a západ slunce, zamračená krajina, objekty ve stínu, přesvícené interiéry. 12 až 13 Lehce zamračený den, světlý den, jarní slunní opar. 14 až 16 Slunný den. 17 a víc Málokdy v běžné přírodě, silný bodový zdroj světla.
• v tabulce je zachycen rozsah světla od 1 EV od 15 EV, což odpovídá poměru jasů více než 1:16000
Rozsah jasů u DSLR • k dané úrovni okolního světla lze přiřadit libovolnou hodnotyu ISO a pak přizpůsobit odpovídající kombinaci clony a času • pokud je vše ve správném poměru, hovoříme o správné expozici, odpovídající danému EV na scéně • expoziční automatika DSLR pracuje jen v určitém rozsahu jasů (cca 1 až 20 EV)
Expoziční hodnota • známe-li čas, clonu a ISO, můžeme stanovit EV scény • více světla na scéně → zkracování času → zvýšení EV • více světla na scéně → větší clonové číslo → zvýšení EV • více světla na scéně → menší ISO → zvýšení EV • sousední hodnoty EV mění faktor světla 2x • zvýšení o 1 EV → zdvojnásobení množství světla • snížení o 1 EV → pokles světla na polovinu • EV = 0 (expozice s časem 1 s., při cloně F1 a ISO citlivosti 100) • EV = 11 (expozice: 1/30, f/8, ISO 100)
Jak spočítat expoziční hodnotu? • EV kalkulačka: • http://www.tabaki.cz/nastroje/ev-kalkulacka.php • www.dpreview.com/learn/?/Glossary/Exposure/ Exposure_01.htm • matematické vyjádření: EV = log2 (a2/t) - log2 (ISO/100) = log2 a2 + log2 (1/t) - log2 (ISO/100) = 2 * log2 a - log2 t - log2 (ISO/100), kde a je clonové číslo a t je expoziční čas v sekundách
Tabulka ke zjištění EV hodnoty
Měření expozice • dobře exponovaný snímek = správná trojice hodnot • expoziční čas • clona • ISO citlivost • důraz se klade na ostrost, dynamický rozsah, minimální šum, hloubku ostrosti • současné fotoaparáty ji umožňují měřit automaticky (ne vždy získáme dobrý výsledek)
Měření expozice - problémy • příliš vysoké jasy a příliš hluboké stíny ve scéně – není možné stanovit ideální expozici, která by zaručila prokreslení všech detailů jak v jasech, tak stínech (bez ohledu na počet měřících bodů) • digitální fotoaparáty mají omezený dynamický rozsah (lineární křivka kontrastu) • co je černější nebo bělejší než koncové body křivky, tak na digitální fotografii neexistuje
Zonální systém • téměř 40 let stará technika měření expozice • spočívá v rozdělení celé fotografie na určitý počet zón (Canon používá 35 zón, Olympus 49, Nikon 1005 atd.) • v každé zóně je zjištěn průměrný jas v jednotkách EV a fotoaparát se snaží odhadnout správnou expozici • každý dobře exponovaný snímek vede po zprůměrování všech zón na střední šedou
18% střední šedá • šedá, která odráží 18 % dopadajícího světla (subjektivně leží ve středu stupnice mezi černou a bílou) • slouží k určování expozice na základě dopadajícího světla a k přesnému vyvážení bílé barvy • expozimetry fotoaparátů předpokládají, že scéna je v průměru středně šedá • hledají kombinaci expozičního času, clony a ISO, která po zprůměrování jasů dá ve výsledku 18% střední šedou
18% střední šedá • strategie měření na výslednou šedou funguje dobře u scén, které mají vyvážený podíl světlých a tmavých míst • kdy automatika digitálních přístrojů selhává? • nevyvážené scény (např. exponování na uhlí nebo sníh) • na to, že scéna je v průměru šedá, se dá spolehnout v 80 % případů
Režimy měření expozice • maticové, poměrové či zónové • hodnotí celou plochu snímku • hodí se pro každodenní praxi • bere v úvahu i bod zaostření • selhává v situacích, kdy průměrný jas scény není střední šedá • celoplošné se zdůrazněným středem • hodnotí celou plochu snímku, za nejdůležitější považuje střed (např. produkty, portrét) • bez ohledu na bod zaostření
Režimy měření expozice • středové • hodnotí pouze malou oblast (cca 8 % plochy) ve středu snímku • použití: výhradně pro měření jasu (EV hodnoty) konkrétního bodu • nevhodný pro běžnou práci • bodové • hodnotí pouze malou oblast (cca 1-3 % plochy) • použití: výhradně pro měření jasu konkrétního bodu
Měření dopadajícího světla na střední šedou • v některých případech selhává • řešení: naměřit expozici na normalizované střední šedé tabulce • postup: • do scény umístit šedou tabulku tak, aby se neleskla • přepnout na bodové měření expozice a naměřit expozici ve středu tabulky • přepnout na manuální režim (M) a naměřené hodnoty nastavit ručně • tabulku ze scény odstranit a exponovat s naměřenými hodnotami ostrý záběr • výsledek: expozičně správné a přirozené snímky
Pomocníci při nastavení expozice • kompenzace expozice • manuální úprava nedostatků automaticky naměřené expozice (obvykle v rozsahu 2 EV) • světlo lze přidat (+ EV) nebo ubrat (- EV) • uzamčení naměřené expozice • po dobu 10-16 sekund • tlačítko s hvězdičkou nebo označením AE-L • histogram • jeden z nejúčinnějších způsobů jak ověřit správnou expozici • „živý“ nebo „aktuální“ histogram právě pozorované scény (přepálená bílá nebo podpálená černá)
Histogram • přesné vyjádření rozsahu (plochy) jednotlivých jasů v obraze od černé po bílou • ve fotoaparátech je sestaven pouze z jasového kanálu (zcela ignoruje barvu!) • krajní polohy (přepálená bílá, podpálená černá) • Co když je přepal pouze v jednom kanále? • Proč DSLR nemají oproti kompaktům „živý“ histogram?
Expoziční režimy • od plné automatiky až k úplnému manuálnímu režimu • Kolik hodnot necháme na libovůli fotoaparátu?
Plná automatika – „dobrý sluha, ale zlý pán“ • většinou označen nápisem Auto • vhodný pro úplné začátečníky • plná automatika přebírá vládu nad všemi třemi veličinami • ve většině případů poskytuje uspokojivé výsledky • automaticky je někdy používán také blesk, který ničí atmosféru • scénické režimy – expozice pro různé druhy scén (např. Portrét, Krajina, Sport, Makro, Noční portrét atd.)
Poloautomatický režim P • sám nastavuje expoziční čas i clonu • volně je možné nastavovat všechny ostatní hodnoty (např. blesk, metoda měření expozice, její kompenzace, vyvážení bílé, ISO atd.) • lze provést kompenzaci expozice • světlejší snímek (+ EV) • tmavší snímek (- EV)
Poloautomatický režim S (Tv) • S (Shutter), Tv (Time Value) • pevně nastavíme čas a ISO • automatika dopočítá clonu podle množství světla ve scéně • použití: pohybový management • kladná kompenzace (+ EV) (více otevře nastavenou clonu) • záporná kompenzace (- EV) (více přivře automaticky nastavenou clonu)
Poloautomatický režim A (Av) • A (Aperture), Av (Aperture Value) • pevně nastavíme clonu a ISO • automatika dopočítá expoziční čas podle množství světla ve scéně • použití: situace, kdy potřebujeme clonou řídit hloubku ostrosti • kladná kompenzace (+ EV) (prodlouží čas automatiky) • záporná kompenzace (- EV) (zkrátí čas automatiky)
Plně manuální režim M • umožní převzít kontrolu nad všemi veličinami určujícími expozici • automatika pouze zobrazuje údaj o kolik se vámi nastavená EV liší • kompenzace expozice nemá smysl (není co kompenzovat) • použití: • všude, kde automatika selhává
Expoziční bracketing • fotoaparát automaticky pořídí více fotografií (většinou 3), každou s jiným nastavením expozice • velikost změny je možné nastavit v jednotkách EV (většinou max. ± 2 až ± 5 EV) • v PC pak můžete vybrat tu, která je expozičně nejlepší • nebývá možný v režimu Auto • použití: • v případech, kdy lze těžko posoudit expozici • v HDR fotografii (viz samostatná přednáška)
Kontrast scény • kontrast scény – poměr jasu světlých tmavých partií • určíme jej tak, že změříme EV nejsvětlejšího a nejtmavšího bodu scény z rozdílů naměřených hodnot určíme kontrast scény • je-li tento rozdíl např. 7 expozičních stupňů, pak podíl jasů je v poměru 1:128 (27 = 128)
Expoziční řada a dynamický rozsah Poměr
Expoziční řada
Scéna a zařízení (dynamický rozsah)
1:2
1 EV
1:4
2 EV
1:8
3 EV
1:16
4 EV
1:32
5 EV
pozitivní diafilm (5-6 EV)
1:64
6 EV
většina digitálních senzorů (6-7 EV)
1:128
7 EV
profesionální digitální fotoaparáty (7-8 EV)
1:256
8 EV
kvalitní barevné negativy (7-8 EV)
1:512
9 EV
černobílé negativy (9-10 EV)
1:1024
10 EV
1:2048
11 EV
1:4096
12 EV
1:8192
13 EV
1:16384
14 EV
1:32768
15 EV
…
…
1:109
30 EV
zamračený den, levné kompakty
jasný slunný den (12-15 EV)
dynamické rozpětí lidského oka (11-15 EV)
adaptace lidského oka (přechod z osvětlené místnosti do tmy)
Kontrast scény a dynamický rozsah • senzor digitálního fotoaparátu ani film není schopen najednou zaznamenat celou škálu jasů reálné scény • kontrast scény je menší než dynamický rozsah fotoaparátu • např. scéna má 4 EV a fotoaparát 7 EV • nekontrastní fotografie je vždy lepší exponovat doprava (fotografie bude světlejší, potlačí se šum) • kontrast scény je větší než dynamický rozsah fotoaparátu • poměrně častý případ • nutno snížit kontrast scény (přechodové filtry, fill-in blesk, odrazné desky)
Dynamický rozsah scény a histogram
High-key • High-key = vysoký tón • obraz se skládá z převážně bílých a velmi světlých tónů • nesmí být šedivý, ale nejméně na jednom místě by měl obsahovat sytě černou • motiv snímku musí být sám o sobě světlý, osvětlený rozptýleným světlem a neměly by se na něm objevit žádné stíny
Low-key • Low-key = nízký tón • obraz se skládá převážně z černých a velmi tmavých tónů • alespoň na jednom místě by se měla vyskytovat čistě bílá
Hard-key • Hard-key = tvrdý tón • snímek je silně kontrastní a ztrácí kresbu ve světlech i stínech • černobílá škála je redukována a neobsahuje všechny polotóny • v mezním případě se skládá pouze z čistě bílé a sytě černé barvy, čímž se snímek podobá černobílé grafice
Měření odraženého světla • Měřenou veličinou je jas, jednotkou je kandela na čtvereční metr (cd m2) • Při tomto způsobu měření je osa optické soustavy rovnoběžná s osou objektivu fotopřístroje • Měříme z místa snímání směrem k fotografované scéně • Podle konstrukce přístroje lze měřit integrálně nebo bodově • S přístroji vestavěnými do těla přístroje lze měřit pouze tímto způsobem
Měření dopadajícího světla • Měříme osvětlení, jednotkou je lux (lx) • Osa optické osy expozimetru je orientována tak, aby na čidlo dopadalo sejné osvětlení jako na fotografovaný objekt, tedy proti světelnému zdroji • Nejběžnější jsou předměty s reflexním faktorem cca 18 %, což odpovídá poměru odraženého k dopadajícímu světlu 1:6 • Měření dopadajícího světla se provádí zejména v případech, kdy se odrazivost fotografovaného předmětu výrazně odlišuje od výše uvedeného reflexního faktoru a kdy je nutné tuto odchylku eliminovat • Chceme-li přihlíže ke všem světelným zdrojům v měřícím úhlu expozimetru, musíme na optický systém expozimetru nasadit transparentní (bílou) rozptylnou destičku nebo polokouli
Děkuji za pozornost
