MULTIMEDIÁLNÍ A HYPERMEDIÁLNÍ SYSTÉMY. 6) Záznam obrazu

Transkript

1 MULTIMEDIÁLNÍ A HYPERMEDIÁLNÍ SYSTÉMY 6) Záznam obrazu Petr Lobaz,

2 ZOBRAZOVACÍ Ř ETĚ ZEC 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

3 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 MHS Záznam obrazu 3 / 72

4 SVĚ TLO 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) čočka normalizovaná spektrální citlivost S M L 100 % oko vznik obrazu na sítnici reakce barevných receptorů λ MHS Záznam obrazu 4 / 72

5 SVĚ TLO 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 černobílý (achromatický) záznam postačí fotometrické veličiny normalizovaná spektrální citlivost M V (λ) 100 % λ vnímaný jas V vs. reakce čípku M MHS Záznam obrazu 5 / 72

6 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] 700 F = K m V(λ) Φ(λ) d λ K m = 683 lm W (převod 1 W = 683 lm platí pro světlo λ = 555 nm) příklad: 60W žárovka zářivý tok 45 W, světelný tok 700 lm MHS Záznam obrazu 6 / 72

7 FOTOMETRIE světelný tok dopadající na plochu 1 m 2 : osvětlení E [lux, lm m 2 = lx] světelný tok dopadající na kouli poloměru r kolem zdroje světla konstantní ve vzdál. r je osvětlení (1/r 2 ) menší než ve vzdálenosti 1 přímé sluneční osvětlení (poledne) až lx sluneční světlo ve stínu stromu lx světlý pokoj ve dne lx umělé osvětlení místnosti lx pouliční osvětlení 5 lx osvětlení při úplňku 0,15 lx osvětlení při hvězdné noci 0,0003 lx MHS Záznam obrazu 7 / 72

8 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 % suchý asfalt % křída % mokrý asfalt 5 % sníh % černý papír 10 % pleť bělocha 50 % černá tuš 2 % pleť černocha 23 % černý samet 1 % suchá hlína, beton 23 % tráva % kalibrační odrazná plocha 18 % MHS Záznam obrazu 8 / 72

9 FOTOMETRIE světlo vyzářené plochou 1 m 2 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 MHS Záznam obrazu 9 / 72

10 OBRAZOVÝ SNÍMAČ sítnice/film/snímač apod. samozřejmě reagují na dopadající světelný výkon / energii čočka před sítnicí svým způsobem chování změní! předmět velikosti V P V P ve vzdálenosti p od čočky vytváří obraz velikosti V O V O ve vzdálenosti o od čočky platí: 1 p + 1 o = 1 f (f = ohnisková vzdálenost čočky) plocha čočky V L 2 ( rozměry V L V L ) předmět čočka obraz na snímači V P V O p o MHS Záznam obrazu 10 / 72

11 OBRAZOVÝ SNÍMAČ předmět má jas L odpovídá bodovému zdroji světla svítivosti I = L V P 2 čočka je z předmětu vidět pod prostorovým úhlem α = V L 2 / 4πp 2 čočkou prochází světelný tok F = I α = L V P 2 V L 2 / 4πp 2 veškerý světelný tok je zaostřen do obrazu plochy V O 2 osvětlení E = F / V O 2 = L V P 2 V L 2 V O 2 4πp 2 protože platí V P / V O = p / o, je E = L V L 2 4πo 2 plocha čočky (V L2 ) i vzdálenost čočka snímač jsou dány nastavením kamery (oka apod.) osvětlení E = L konst. snímací element přijímá výkon E (plocha elementu) MHS Záznam obrazu 11 / 72

12 OBRAZOVÝ SNÍMAČ jas matného předmětu s odrazivostí ρ, na který dopadá osvětlení E: L = E ρ / π jas [cd m 2 ] bílý pleť černý papír bělocha papír exteriér, slunce exteriér, stín interiér, denní světlo interiér, umělé světlo obrazový snímač by měl pracovat minimálně v rozsahu 1 až cd m 2 (44 db) s dostatečnou rezervou pro odstup signál šum a pro extrémní světla (odlesky) MHS Záznam obrazu 12 / 72

13 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 MHS Záznam obrazu 13 / 72

14 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 MHS Záznam obrazu 14 / 72

15 KONTRAST navíc je vhodné vědět, jaký kontrast mají reálné scény prosluněná krajina, bílé mraky, temné popředí až 1 : 1000 úzká ulička s výraznými stíny, slunečno 1 : 500 portrét, tmavé vlasy, exteriér, slunečno 1 : 100 prosluněná krajina, jasno, světlé popředí 1 : 50 vzdálená krajina v mlze 1 : 2 interiér, rozptýlené světlo 1 : 10 interiér, fotografie proti oknu 1 : 500 tmavý interiér, fotografie proti jasnému oknu až 1 : MHS Záznam obrazu 15 / 72

16 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 ( 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 : 10 7 a více) MHS Záznam obrazu 16 / 72

17 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 ) středové paprsky určující zorný úhel snímku svazek paprsků z bodu v nekonečnu clona tělo snímač objektiv ohnisková vzdálenost MHS Záznam obrazu 17 / 72

18 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) MHS Záznam obrazu 18 / 72

19 VELIKOST SNÍMAČ E 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 MHS Záznam obrazu 19 / 72

20 VELIKOST SNÍMAČ E KLASICKÁ FOTOGRAFIE malý formát 35mm filmový pás 36 mm políčko mm 2 (kinofilmové p.) 24 mm řidčeji i jiné rozměry políčka, např. APS (30,2 16,7 mm 2 ) fotografie amatérská, reportážní, nenáročná profesionální střední formát 61,5mm nebo 70mm filmový pás různé velikosti políčka: 60 [45 / 60 / 90 / 170] mm 2 ap. fotografie produktová, krajinářská, architektonická, v posledních letech téměř výhradně profesionální velký formát samostatné listy filmu nebo skleněné desky formát ; ; mm 2 i větší náročné reprodukce obrazů, technická fotografie apod. 35 mm MHS Záznam obrazu 20 / 72

21 VELIKOST SNÍMAČ E 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 teoreticky libovolný rozměr 35 mm nejčastější rozměry políčka 16mm film: 10,2 7,5 mm 2 16 mm 35mm film: mm 2 (podrobnosti viz projekční okenička, 22 mm anamorfóza) 65mm film: 52,5 23 mm 2 MHS Záznam obrazu 21 / 72

22 VELIKOST SNÍMAČ E 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 přibližné rozměry snímače crop factor střední formát (profesionální studiové fotoaparáty) mm 2 0,7 full-frame (profesionální fotoaparáty) mm 2 1,0 APS (poloprofesionální fotoaparáty) mm 2 1,5 1/1.7 (lepší kompaktní fotoaparáty) 7,6 5,7 mm 2 4,2 1/3 (mobilní telefon iphone 5S) 4,8 3,6 mm 2 7,2 produkční filmová kamera APS mm 2 1,5 běžná HD videokamera 1/3 5,2 2,9 mm 2 7,2 MHS Záznam obrazu 22 / 72

23 VELIKOST SNÍMAČ E množství detektorů světla určuje jemnost zachycení detailů současné detektory umí detekovat energii několika desítek fotonů malé detektory (cca 2 2 μm 2 ) 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 μm 2 ) vedou na velké snímače obtížné chlazení větší tepelný šum velikost snímače a velikost detektoru kompromisem MHS Záznam obrazu 23 / 72

24 VELIKOST SNÍMAČ E 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 mm 2 odpovídá rozlišení cca 6 Mpx (klasický film nezachytí nekonečně jemné detaily je limitován velikostí zrna citlivé vrstvy) MHS Záznam obrazu 24 / 72

25 VELIKOST SNÍMAČ E 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 px (6K, 19 Mpx), (5K, 14 Mpx), (4K, 9 Mpx), (2K, 2 Mpx) video / televize: udává se počet řádků (protože počet řádků byl základním parametrem klasické televize) dnes typicky 720 (HD), 1080 (FullHD) (rozlišení = 1 Mpx, = 2 Mpx) terminologický zmatek: 4K film: 4096 sloupců (rozlišení 4K digitálního kina) 4K televize ( = 2160 řádek): 3840 sloupců MHS Záznam obrazu 25 / 72

26 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 I 0 prochází filmem část energie pohlcena za filmem jen intenzita I 1 míra zčernání filmu: denzita D = log 10 I 1 I 0 pro hodnocení se často zavádí relativní osvit H / H 0, kde H 0 je osvit bílou plochou odrážející 90 % světla tzv. Hurter-Driffeldova (H-D) charakteristika sklon označujeme γ (gama) černá D min bílá D D max log 10 H / H 0 fotografický negativní film MHS Záznam obrazu 26 / 72

27 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 ISO citlivé filmy ISO pro špatné světelné podmínky nebo krátké časy expozice, např. pro sport větší velikost zrna méně detailní obraz málo citlivé filmy ISO krajina, architektura apod. malá velikost zrna velmi detailní obraz MHS Záznam obrazu 27 / 72

28 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 ISO běžné fotoaparáty kolem 1600 ISO zpracování signálu často doplněno o digitální redukci šumu číslo ISO není indikátorem množství šumu! MHS Záznam obrazu 28 / 72

29 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 MHS Záznam obrazu 29 / 72

30 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

31 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

32 CITLIVOST ISO Srovnej množství šumu s třídou fotoaparátu a datem výroby. 350D, G12, 550D, 50D MHS Záznam obrazu 32 / 72

33 CITLIVOST ISO Velikost výřezu kompenzuje rozdíly v rozlišení snímačů. 350D, G12, 550D, 50D MHS Záznam obrazu 33 / 72

34 CITLIVOST ISO Velikost výřezu kompenzuje rozdíly v rozlišení snímačů. 550D, 50D, 550D, s redukcí šumu, 50D, s redukcí šumu MHS Záznam obrazu 34 / 72

35 CITLIVOST ISO Výřezy obsahují stejné množství pixelů. 550D, 50D, 550D, s redukcí šumu, 50D, s redukcí šumu MHS Záznam obrazu 35 / 72

36 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, kde 1 p + 1 o = 1 f φ čočka snímač čočka snímač d d objektiv zaostřený na nekonečno f p objektiv zaostřený na vzdálenost p o MHS Záznam obrazu 36 / 72

37 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 MHS Záznam obrazu 37 / 72

38 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 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 1,6 zorný úhel objektivu na těle s crop faktorem 1,0 MHS Záznam obrazu 38 / 72

39 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

40 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 ( 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 f max / f min, např. zoom 12 tehdy je f min obvykle kolem 28 mm, ale není to pravidlem MHS Záznam obrazu 40 / 72

41 CLONA předmět s jasem L způsobí, že na detektor snímače dopadá světelný tok F (tj. výkon ; viz snímek 11): V L 2 F = L (plocha detektoru) 2 4πo 2 kde V L 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: ohnisková vzdálenost c = průměr vstupní pupily potom F (L / c 2 ) (konst.) o [mm] p + 1 o = 1 f p [m] ostření objektivem f = 50 mm MHS Záznam obrazu 41 / 72

42 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, 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) MHS Záznam obrazu 42 / 72

43 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 MHS Záznam obrazu 43 / 72

44 CLONA je-li obraz bodu ve vzdálenosti p ostrý, je obraz bodu ve vzdálenosti p rozostřený (skvrna průměru CoC) p o 1 p + 1 o = 1 f clona neomezuje paprsky 1 p + 1 o = 1 f p o rozptylový kroužek (CoC, circle of confusion) zaostřený bod MHS Záznam obrazu 44 / 72

45 CLONA po přivření clony (zvětšení clonového čísla) se CoC zmenší obraz bodu ve vzdálenosti p se bude jevit ostřejší p o 1 p + 1 o = 1 f clona omezuje paprsky 1 p + 1 o = 1 f p o malý rozptylový kroužek (CoC) zaostřený bod MHS Záznam obrazu 45 / 72

46 CLONA c = 5,6 c = 8 c = 11 c = 1,8 c = 2,8 c = 4 MHS Záznam obrazu 46 / 72

47 CLONA je-li CoC velmi malý, jeví se obraz bodu jako ostrý ostře se jeví obrazy bodů ve vzdálenostech p min až p max, (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 ( mm 2 ) 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 MHS Záznam obrazu 47 / 72

48 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 p min = p f 2 f 2 + c d (p f ) p max = p f 2 f 2 c d (p f ) je-li jmenovatel u p max = 0, je obraz ostrý od p min do vzdálenosti p pak říkáme hyperfokální vzdálenost MHS Záznam obrazu 48 / 72

49 CLONA 100 [m] 10 p max p hyperfokální vzdálenost závislost hloubky ostrosti (p min, p max ) na vzdálenosti ostření p nastavení: f = 28 mm, c = 4, d = 0,03 mm (ve spodních grafech se mění jeden parametr) p min 100 [m] při zaostření na p = 2 m je obraz ostrý od p min = 1,5 m do p max = 2,9 m 100 p [m] max p p [m] max p p [m] max p p min c = 16 p min f = 100 mm d = 0,005 mm [m] [m] [m] p min MHS Záznam obrazu 49 / 72

50 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.) MHS Záznam obrazu 50 / 72

51 CLONA CROP FAKTOR VS. HLOUBKA OSTROSTI ohnisková vzdálenost f, clonové číslo c, crop faktor 1, zaostřeno na vzdálenost p >> f, rozptylový kroužek d p min = p f 2 f 2 + c d (p f ) p max = p f 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 = p f 2 f 2 + c d (10 p f ) p max = p f 2 f 2 c d (10 p f ) p min menší, p max větší hloubka ostrosti větší MHS Záznam obrazu 51 / 72

52 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 koma zklenutí pole astigmatismus MHS Záznam obrazu 52 / 72

53 OBJEKTIV zkreslení (soudkovitost, poduškovitost) přímky se zobrazují jako křivky některé objektivy (např. rybí oko) akceptují silné zkreslení za cenu zlepšení jiného parametru (např. zvětšení zorného úhlu) poměrně snadno se kompenzuje digitálně snímek čtverce objektivem se zkreslením chromatická vada objektiv vykazuje různé vlastnosti pro světla různých vlnových délek (barev) optická kompenzace λ 2 pro 2 nebo 3 vlnové délky λ 1 dá se částečně kompenzovat digitálně chromatická vada MHS Záznam obrazu 53 / 72

54 OBJEKTIV soudkovitost chromatická vada MHS Záznam obrazu 54 / 72

55 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 ve vzdálenosti 10 mm od středu c = 8 snímku jen 80 % originálu pro jistou jemnost struktury je už kontrast nedostatečný mez c = 4,5 20 rozlišení objektivu 0 (např. 70 čar/mm) [%] 30 čar/mm 100 [mm] MHS Záznam obrazu 55 / 72

56 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 MHS Záznam obrazu 56 / 72

57 ZÁVĚ RKA 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 MHS Záznam obrazu 57 / 72

58 ZÁVĚ RKA 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) MHS Záznam obrazu 58 / 72

59 ZÁVĚ RKA v kinematografii je čas závěrky max. 1/snímková frekvence (běžné snímkové frekvence 24; 25; 29,97 fps) snímač maximální čas závěrky = 360 minimální čas = 0 rotující závěrka se otočí fps za vteřinu, dobu expozice typický čas = 180 určuje úhel otevření 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) MHS Záznam obrazu 59 / 72

60 ZÁVĚ RKA KONSTRUKCE ZÁVĚRKY 1. lamela 2. lamela pohyblivá závěrka mechanická: pohyblivé lamely před snímačem elektronická: de facto postupná expozice a čtení jednotlivých řádků snímače při zábleskovém osvitu se může osvítit jen část snímače při velmi krátkých časech je obraz pohyblivého předmětu zkosený problém v kinematografii, hlavně při panoramování globání závěrka expozice celého snímku najednou dlouhá expozice krátká expozice snímač MHS Záznam obrazu 60 / 72

61 ZÁVĚ RKA vliv pohyblivé závěrky na obraz: částečná expozice zkosení pohybem deformace pohybem (Wikimedia Commons, licence CC 3.0) MHS Záznam obrazu 61 / 72

62 EXPOZIČ NÍ HODNOTA popis expozice: expoziční hodnota EV (exposure value) EV = 0 korektní expozice pro c = 1, t = 1 s obecně EV = log 2 (c 2 / 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. EV 100 je-li pro expozici tmavé části scény (jas L 1 ) zapotřebí EV1 a pro světlou část scény EV2, je kontrast scény roven EV = EV1 EV2 = log 2 (L 1 / L 2 ) kontrast L 1 / L 2 1 : EV kontrast 1 : 10 3,3 EV digitální kamery zvládnou zaznamenat kontrast EV (oko zvládne adaptací cca 24 EV, najednou cca EV) MHS Záznam obrazu 62 / 72

63 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) MHS Záznam obrazu 63 / 72

64 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) MHS Záznam obrazu 64 / 72

65 FILTRY 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) MHS Záznam obrazu 65 / 72

66 F I LT R Y bez PF s PF bez PF s PF vliv polarizačního filtru MHS Záznam obrazu 66 / 72

67 OSVĚ TLENÍ 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 MHS Záznam obrazu 67 / 72

68 UMĚ LÉ OSVĚ TLENÍ 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, 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 MHS Záznam obrazu 68 / 72

69 UMĚ LÉ OSVĚ TLENÍ 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/r 2 ) 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 MHS Záznam obrazu 69 / 72

70 UMĚ LÉ OSVĚ TLENÍ protisvětlo pozadí zadní světlo doplňkové světlo předmět difuzér hlavní světlo odrazná deska kamera MHS Záznam obrazu 70 / 72

71 UMĚ LÉ OSVĚ TLENÍ 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 (1/10 4 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 MHS Záznam obrazu 71 / 72

72 UMĚ LÉ OSVĚ TLENÍ 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 Ws, až 6400 Ws např. 600 Ws odpovídá GN m záblesk regulovatelný až na 1/128 maxima často s pilotními světly pro kontrolu nasvícení spuštění externím signálem nebo jiným bleskem MHS Záznam obrazu 72 / 72