MULTIMEDIÁLNÍ A HYPERMEDIÁLNÍ SYSTÉMY

MULTIMEDIÁLNÍ A HYPERMEDIÁLNÍ SYSTÉMY 6) Záznam obrazu Petr Lobaz, 29. 3. 2016 ZOBRAZOVACÍ ET ZEC záznam obrazu snímek reálné/komponované scény syntetická fotografie (rendering 3D scény) scan kreslené p edlohy apod. digitální kresba apod. obrazová postprodukce úprava jasových úrovní, barevnosti apod. retuše, kombinace n kolika obraz do jednoho p íprava distribu ního formátu reprodukce obrazu displej (televizor, po íta ový, mobilní, ) velkoplošné zobrazení (projektor, reklamní panely, ) tisk vše se musí d lat s ohledem na koncovou reprodukci MHS Záznam obrazu 2 / 72

OBRAZ statický (fotografie, kresba, ) výb r vhodného pom ru stran obrazu (rozm ry displeje!) volba detailnosti obrazu (vyšší nároky v tisku, v kin ) p ípadná volba 3D snímání dynamický (video, animace, ) navíc volba snímkové frekvence dále viz skladebné natá ení, p ednáška 1 MHS Záznam obrazu 3 / 72 SV TLO elektromagnetické vln ní viditelná ást spektra p ibližn [400 nm, 700 nm] sv tlo zaost eno o kou oka na sítnici na sítnici vzniká reálný obraz viditelného okolí oka na sv telnou energii reagují receptory v oku pro multimédia mají nejv tší význam receptory ( ípky) L (nejlepší reakce na dlouhé vlnové délky), M (st ední) a S (krátké) o ka normalizovaná spektrální citlivost S M L 100 % oko vznik obrazu na sítnici 400 500 600 700 reakce barevných receptor MHS Záznam obrazu 4 / 72

SV TLO obecn platí: v tší výkon sv tla v tší vnímaný jas obrácená implikace neplatí, protože reakce receptor oka na r zné vlnové délky je r zná, vyjád ena funkcí V( ) radiometrické (fyzikální) veli iny d ležité pro technickou charakteristiku snímání obrazu fotometrické (perceptuální) veli iny d ležité pro popis vjemu obrazu pro základní úvahy pro ernobílý (achromatický) záznam posta í fotometrické veli iny normalizovaná spektrální citlivost M V ( ) 100 % 400 500 600 700 vnímaný jas V vs. reakce ípku M MHS Záznam obrazu 5 / 72 FOTOMETRIE základní radiometrická veli ina: zá ivý tok [watt, W] (energie vyzá ená sv telným zdrojem za 1 s) pro vznik kvalitního obrazu (na sítnici, filmu, ) je t eba dost energie film (sníma apod.) je t eba osv tlovat dostate n dlouho oko dokáže zna n p izp sobovat svou citlivost zá ivý tok nezohled uje spektrální citlivost základní fotometrická veli ina: sv telný tok F [lumen, lm] 700 F = K m V( ) ( ) d K m = 683 lm W 1 400 (p evod 1 W = 683 lm platí pro sv tlo = 555 nm) p íklad: 60W žárovka zá ivý tok 45 W, sv telný tok 700 lm MHS Záznam obrazu 6 / 72

FOTOMETRIE sv telný tok dopadající na plochu 1 m 2 : osv tlení E [lux, lm m 2 = lx] sv telný tok dopadající na kouli polom ru r kolem zdroje sv tla konstantní ve vzdál. r je osv tlení (1/r 2 ) menší než ve vzdálenosti 1 p ímé slune ní osv tlení (poledne) 50 000 až 100 000 lx slune ní sv tlo ve stínu stromu 5000 15 000 lx sv tlý pokoj ve dne 100 400 lx um lé osv tlení místnosti 20 60 lx pouli ní osv tlení 5 lx osv tlení p i úpl ku 0,15 lx osv tlení p i hv zdné noci 0,0003 lx MHS Záznam obrazu 7 / 72 FOTOMETRIE osv tlený povrch se sám stává zdrojem sv tla odráží jisté množství sv tla (0 100 %, teoreticky možno i více fluorescence optické zjas ova e) odražené sv tlo rovnom rn rozptýleno (matný povrch) nebo vícemén koncentrováno do sm ru ideálního odraženého paprsku (lesklý povrch) fotografický papír 85 % suchý asfalt 10 20 % k ída 80 90 % mokrý asfalt 5 % sníh 60 90 % erný papír 10 % ple b locha 50 % erná tuš 2 % ple ernocha 23 % erný samet 1 % suchá hlína, beton 23 % tráva 15 30 % kalibra ní odrazná plocha 18 % MHS Záznam obrazu 8 / 72

FOTOMETRIE sv tlo vyzá ené plochou 1 m 2 do prostorového úhlu 1 sr: jas L [nit, lm sr 1 m 2 = cd m 2 ] síla plošného zdroje sv tla vyjad uje, zda se povrch jeví jako sv tlý nebo tmavý veli ina, na kterou reaguje oko (nebo film, senzor apod. v kame e) pro hodnocení jasu bodového zdroje sv tla se nehodí ani veli ina L (nulová plocha) ani F (sv telný tok m že být rozptýlený nebo koncentrovaný) svítivost I [kandela, lm sr 1 = cd] p epo tený sv telný tok v prostorovém úhlu 1 sr MHS Záznam obrazu 9 / 72 OBRAZOVÝ SNÍMA sítnice/film/sníma apod. samoz ejm reagují na dopadající sv telný výkon / energii o ka p ed sítnicí svým zp sobem chování zm ní! p edm t velikosti V P V P ve vzdálenosti p od o ky vytvá í obraz velikosti V O V O ve vzdálenosti o od o ky platí: 1 p + 1 o = 1 f (f = ohnisková vzdálenost o ky) plocha o ky V L 2 ( rozm ry V L V L ) p edm t o ka obraz na sníma i V P V O p o MHS Záznam obrazu 10 / 72

OBRAZOVÝ SNÍMA p edm t má jas L 2 odpovídá bodovému zdroji sv tla svítivosti I = L V P o ka je z p edm tu vid t pod prostorovým úhlem 2 = V L / 4 p 2 2 2 o kou prochází sv telný tok F = I = L V P V L / 4 p 2 2 veškerý sv telný tok je zaost en do obrazu plochy V O 2 2 V 2 P V L osv tlení E = F / V O = L 2 V O 4 p 2 2 V L protože platí V P / V O = p / o, je E = L 4 o 2 plocha o ky (V L2 ) i vzdálenost o ka sníma jsou dány nastavením kamery (oka apod.) osv tlení E = L konst. snímací element p ijímá výkon E (plocha elementu) MHS Záznam obrazu 11 / 72 OBRAZOVÝ SNÍMA jas matného p edm tu s odrazivostí, na který dopadá osv tlení E: L = E / jas [cd m 2 ] bílý ple erný papír b locha papír exteriér, slunce 25 000 16 000 3200 exteriér, stín 2 500 1 600 320 interiér, denní sv tlo 51 32 6 interiér, um lé sv tlo 13 8 1 obrazový sníma by m l pracovat minimáln v rozsahu 1 až 25 000 cd m 2 (44 db) s dostate nou rezervou pro odstup signál šum a pro extrémní sv tla (odlesky) MHS Záznam obrazu 12 / 72

OBRAZOVÝ SNÍMA na druhou stranu: lov k nedokáže sou asn rozeznávat drobné jasové detaily v plochách s vysokým a s nízkým jasem oko je vždy adaptováno na pr m rný jas okolí (pr m rná odrazivost okolí = 18 %) jas cca 5 nižší než pr m r vjem erné (18 % / 5 = 3,6 %) jas cca 5 vyšší než pr m r vjem bílé (18 % 5 = 90 %) schopnost rozpoznávat detaily v bílé a v erné je omezená použitelný obrazový sníma by m l um t sou asn reagovat na pom r jas (kontrast) 1 : 25 MHS Záznam obrazu 13 / 72 KONTRAST není to tak jednoduché: oko se neustále pohybuje, ostré vid ní v úhlu cca 2 až mozek skládá celkový obraz okolí oko se p i up eném pohledu na ernou/bílou plochu po chvíli adaptuje dokáže rozpoznávat detaily i tam reprodukovaný obraz (fotografie) zabírá obvykle menší zorný úhel než reálná scéna p i pozorování fotografie nefunguje adaptace oka stejn koeficient 5 není konstantní, m ní se s pr m rným jasem okolí p i velmi jasném osv tlení dokážeme rozeznávat i detaily, které jsme p i slabém osv tlení nevnímali sníma by m l pracovat s v tším rozsahem než 1 : 25 MHS Záznam obrazu 14 / 72

KONTRAST navíc je vhodné v d t, jaký kontrast mají reálné scény proslun ná krajina, bílé mraky, temné pop edí až 1 : 1000 úzká uli ka s výraznými stíny, slune no 1 : 500 portrét, tmavé vlasy, exteriér, slune no 1 : 100 proslun ná krajina, jasno, sv tlé pop edí 1 : 50 vzdálená krajina v mlze 1 : 2 interiér, rozptýlené sv tlo 1 : 10 interiér, fotografie proti oknu 1 : 500 tmavý interiér, fotografie proti jasnému oknu až 1 : 10 000 MHS Záznam obrazu 15 / 72 KONTRAST s ohledem na uvedené se jeví, že: rozumný sníma by m l um t pracovat s kontrastem cca 1 : 100 kvalitní sníma by m l um t zaznamenat i odlesky, tj. kontrast cca 1 : 1000 sníma by m l umožnit práci v tmavém prost edí (1 lx) i ve sv tlém prost edí (100 000 lx) adaptaci na tak velký rozsah osv tlení musí kamera za ídit jinak HDR (high dynamic range) sníma e se snaží o záznam plného jasového rozsahu v jednom snímku (tj. kontrast 1 : 10 7 a více) MHS Záznam obrazu 16 / 72

PARAMETRY SNÍMKU simulátor oka: kamera / fotoaparát v sou asnosti se rozdíl mezi kamerami (film, video) a fotoaparáty (statické fotografie) stírá budeme používat jen pojem kamera místo o ní o ky objektiv místo sítnice sníma (budeme používat ve smyslu digitální sníma i klasický film ) st edové paprsky ur ující zorný úhel snímku svazek paprsk z bodu v nekone nu clona t lo sníma objektiv ohnisková vzdálenost MHS Záznam obrazu 17 / 72 PARAMETRY SNÍMKU pro záznam snímku musíme ur it adaptaci kamery na sv tlo: as, po který sv tlo osv cuje sníma (doba osvitu) množství sv tla, které proniká objektivem (clonové íslo) reakci sníma e na dopadající energii (citlivost) souhrnn nazýváme expozi ními parametry v rámci korektní adaptace o ekáváme, že snímek zaznamená dostate n kontrastní obraz scény dále musíme ur it: zorný úhel snímku (souvisí s velikostí sníma e a ohniskovou vzdáleností) vzdálenost o ky v objektivu od sníma e (definuje, jak vzdálené body se zaost í p esn na rovinu sníma e) MHS Záznam obrazu 18 / 72

VELIKOST SNÍMA E typicky platí v tší sníma detailn jší záznam obrazu v tší, t žší a dražší kamera k využití potenciálu je t eba kvalitn jší optika a personál ve fotografii a kinematografii se používají odlišné pojmy a standardy, podrobnosti pozd ji spole ný standard klasické fotografie / kinematografie: filmový pás ší ky 35 mm mnoho digitálních pojm se porovnává s 35mm filmem MHS Záznam obrazu 19 / 72 VELIKOST SNÍMA E KLASICKÁ FOTOGRAFIE malý formát 35mm filmový pás 36 mm polí ko 36 24 mm 2 (kinofilmové p.) 24 mm id eji i jiné rozm ry polí ka, nap. APS (30,2 16,7 mm 2 ) fotografie amatérská, reportážní, nenáro ná profesionální st ední formát 61,5mm nebo 70mm filmový pás r zné velikosti polí ka: 60 [45 / 60 / 90 / 170] mm 2 ap. fotografie produktová, krajiná ská, architektonická, v posledních letech tém výhradn profesionální velký formát samostatné listy filmu nebo sklen né desky formát 90 120; 130 180; 180 240 mm 2 i v tší náro né reprodukce obraz, technická fotografie apod. 35 mm MHS Záznam obrazu 20 / 72

VELIKOST SNÍMA E KLASICKÁ KINEMATOGRAFIE filmový pás ší ky 16 mm: reportážní, poloprofesionální 35 mm: klasický filmový pás 65 mm: nejnáro n jší produkce velikost obrazového polí ka dána volbou okeni ky v kame e teoreticky libovolný rozm r 35 mm nej ast jší rozm ry polí ka 16mm film: 10,2 7,5 mm 2 16 mm 35mm film: 22 16 mm 2 (podrobnosti viz projek ní okeni ka, 22 mm anamorfóza) 65mm film: 52,5 23 mm 2 MHS Záznam obrazu 21 / 72 VELIKOST SNÍMA E DIGITÁLNÍ SNÍMA obdélníková matice mnoha jednoduchých detektor sv tla velikost sníma e ur uje v kombinaci s objektivem zorný úhel velikost sníma e (hlavn u fotoaparát ) asto udána crop faktorem pom r k velikosti kinofilmového polí ka p ibližné rozm ry sníma e crop factor st ední formát (profesionální studiové fotoaparáty) 51 39 mm 2 0,7 full-frame (profesionální fotoaparáty) 36 24 mm 2 1,0 APS (poloprofesionální fotoaparáty) 24 16 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 produk ní filmová kamera APS 24 13 mm 2 1,5 b žná HD videokamera 1/3 5,2 2,9 mm 2 7,2 MHS Záznam obrazu 22 / 72

VELIKOST SNÍMA E množství detektor sv tla ur uje jemnost zachycení detail sou asné detektory umí detekovat energii n kolika desítek foton malé detektory (cca 2 2 m 2 ) zachytí málo energie po et zachycených foton zatížen statistickou chybou obraz zašum ný fotonovým šumem signál sníma e je t eba zesílit další (elektrický) šum velké detektory (cca 8 8 m 2 ) vedou na velké sníma e obtížné chlazení v tší tepelný šum velikost sníma e a velikost detektoru kompromisem MHS Záznam obrazu 23 / 72 VELIKOST SNÍMA E po et detektor sv tla (pixel ) se uvádí r zn fotografie: celkový po et pixel (megapixel, Mpx) amatérské fotoaparáty: n kolik Mpix (polo)profesionální fotoaparáty: n kolik desítek Mpx typický rozsah 1 Mpix (v mobilním telefonu) až 50 Mpx (profesionální fotoaparáty) u studiových fotoaparát se snímek po ídí n kolikrát s mikroposuvem sníma e až 200 Mpx po et ádk a sloupc plyne z pom ru stran sníma e (typicky 4 : 3 nebo 3 : 2) b žnému kinofilmu s polí kem 36 24 mm 2 odpovídá rozlišení cca 6 Mpx (klasický film nezachytí nekone n jemné detaily je limitován velikostí zrna citlivé vrstvy) MHS Záznam obrazu 24 / 72

VELIKOST SNÍMA E kinematografie: udává se po et sloupc (v tisících) (protože filma i jsou zvyklí hovo it o ší ce filmového pásu) nap. 2K, 4K, 6K po et ádk plyne z pom ru stran sníma e 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 po et ádk (protože po et ádk 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 sloupc (rozlišení 4K digitálního kina) 4K televize (2 1080 = 2160 ádek): 3840 sloupc MHS Záznam obrazu 25 / 72 CITLIVOST sníma (resp. detektor) osv tlen E luxy po dobu t sekund osvit H = E t [lux s] klasický (negativní) film p sobením sv tla z erná sv tlo intenzity I 0 prochází filmem ást energie pohlcena za filmem jen intenzita I 1 míra z ernání filmu: denzita D = log 10 I 1 I 0 pro hodnocení se asto zavádí relativní osvit H / H 0, kde H 0 je osvit bílou plochou odrážející 90 % sv tla tzv. Hurter-Driffeldova (H-D) charakteristika sklon ozna ujeme (gama) erná D min bílá D 3 2 1 0 1 D max log 10 H / H 0 fotografický negativní film 3 2 1 2 MHS Záznam obrazu 26 / 72

CITLIVOST citlivost udává reakci sníma e na množství sv tla citlivost filmu: p evrácená hodnota osvitu nutného k jistému z ernání filmového negativu lineární škála ISO/ASA (dále jen ISO): film 200 ISO je 2 citliv jší než film 100 ISO (ke stejnému z ernání sta í 2 mén sv tla) b žné filmy 100 400 ISO citlivé filmy 800 3200 ISO pro špatné sv telné podmínky nebo krátké asy expozice, nap. pro sport v tší velikost zrna mén detailní obraz málo citlivé filmy 10 80 ISO krajina, architektura apod. malá velikost zrna velmi detailní obraz MHS Záznam obrazu 27 / 72 CITLIVOST DIGITÁLNÍ SNÍMA signál ze sníma e lze libovoln zesílit tj. citlivost sníma e = nastavení zesílení signálu, teoreticky není omezeno zdola ani shora citlivost digitálního sníma e 100 ISO výsledný obraz odpovídá obrázku na film 100 ISO p i stejné expozici minimální citlivost obvykle 100 ISO výrobci se snaží zlepšovat pom r signál šum potenciáln istší výsledek než p i použití filmu 100 ISO maximální citlivost dána jen odvahou výrobce speciální sníma e až 4 000 000 ISO b žné fotoaparáty kolem 1600 ISO zpracování signálu asto dopln no o digitální redukci šumu íslo ISO není indikátorem množství šumu! MHS Záznam obrazu 28 / 72

CITLIVOST Závislost množství šumu na nastavení citlivosti (Canon 350D) Naho e: zv tšený vý ez z p vodního snímku (neférové podmínky!) Dole: digitáln zesv tlený snímek (neférová operace!) ISO 100 ISO 200 ISO 400 ISO 800 ISO 1600 MHS Záznam obrazu 29 / 72 CITLIVOST Canon 550D: zrcadlovka stejné ady jako 350D, uvedena na trh 2010 Canon 50D: zrcadlovka lepší ady (než xxxd), uvedena na trh 2008 Canon 350D: základní zrcadlovka, uvedena na trh 2005 Canon PowerShot G12: kompaktní fotoaparát uvedena na trh 2010 Srovnání p i citlivosti ISO 100. Celé snímky. Canon 350D, Canon G12, Canon 550D, Canon 50D MHS Záznam obrazu 30 / 72

CITLIVOST ISO 100. Vý ezy z p vodních snímk (1/6 1/9 ší ky), po et pixel stejný. 350D, G12, 550D, 50D (sníma e mají r zná rozlišení!) MHS Záznam obrazu 31 / 72 CITLIVOST ISO 1600. Srovnej množství šumu s t ídou fotoaparátu a datem výroby. 350D, G12, 550D, 50D MHS Záznam obrazu 32 / 72

CITLIVOST ISO 1600. Velikost výĝezu kompenzuje rozdíly v rozlišení snímaþĥ. 350D, G12, 550D, 50D MHS Záznam obrazu 33 / 72 CITLIVOST ISO 12 800. Velikost výĝezu kompenzuje rozdíly v rozlišení snímaþĥ. 550D, 50D, 550D, s redukcí šumu, 50D, s redukcí šumu MHS Záznam obrazu 34 / 72

CITLIVOST ISO 12 800. Vý ezy obsahují stejné množství pixel. 550D, 50D, 550D, s redukcí šumu, 50D, s redukcí šumu MHS Záznam obrazu 35 / 72 OHNISKOVÁ VZDÁLENOST objektiv se chová jako spojná o ka s ohniskovou vzdáleností f spolu s velikostí sníma e d ur uje zorný úhel, zhruba = 2 atan d / 2f nej ast ji se bere d = diagonála sníma e korektn : p i ost ení na vzdálenost p je = 2 atan d / 2o, kde 1 p + 1 o = 1 f o ka sníma o ka sníma d d objektiv zaost ený na nekone no f p objektiv zaost ený na vzdálenost p o MHS Záznam obrazu 36 / 72

OHNISKOVÁ VZDÁLENOST v kinematografii je zm na zorného úhlu p i p eost ení neakceptovatelná (p eost ování b hem záb ru!) kinematografické objektivy dýchání korigují (a jsou mj. proto výrazn dražší než fotografické) velikosti sníma r zné: není snadné okamžit posoudit, jaký zorný úhel bude objektiv mít typicky se ohnisková vzdálenost udává po p epo tu 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 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 t le s crop faktorem 1,6 zorný úhel objektivu na t le s crop faktorem 1,0 MHS Záznam obrazu 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) takto by vypadal snímek s objektivem f = 85 mm na fotoaparátu s crop faktorem 1,6 a takto na kinofilmovém fotoaparátu f = 136 mm (1,6 85 mm) 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 p epo tu na kinofilm) širokoúhlé (12 35 mm) d ležité 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 m že být fyzicky kratší než ohnisková vzdálenost s pevnou ohniskovou vzdáleností jednodušší konstrukce mívá kvalitn jší kresbu s prom nnou ohniskovou vzdáleností (pankratický, zoom) asto uvád n jen pom r f max / f min, nap. zoom 12 tehdy je f min obvykle kolem 28 mm, ale není to pravidlem MHS Záznam obrazu 40 / 72

CLONA p edm t s jasem L zp sobí, že na detektor sníma e dopadá sv telný tok F (tj. výkon ; viz snímek 11): V L 2 F = L (plocha detektoru) 2 4 o 2 kde V L je efektivní plocha o ky, o vzdálenost o ka sníma efektivní plochu o ky lze zmenšit vložením clony (otvoru) pr m r efektivní plochy o ky = pr m r vstupní pupily protože za b žných podmínek o f, zavedeme veli inu clonové íslo: o [mm] 1 ohnisková vzdálenost 53 p + 1 o = 1 f c = pr m r vstupní pupily potom F (L / c 2 50 ) (konst.) 1 10 100 p [m] ost ení objektivem f = 50 mm MHS Záznam obrazu 41 / 72 CLONA 2 v tší clonové íslo 4 menší sv telný tok chceme 2 v tší (menší) sv telný tok zmenšit (zv tšit) clonové íslo 2 standardní posloupnost clonových ísel: 1 1,4 2 2,8 4 5,6 8 11 16 22 32 teoreticky je možné i menší / v tší clonové íslo, v praxi se ale objektivy s takovou možností vyskytují z ídka zdola je clonové íslo omezeno maximálním otev ením clony (a tedy pr m rem o ek objektivu): sv telnost objektivu dobré objektivy 2,8 a mén (špi kové objektivy 1,0 1,4) dlouhoohniskové objektivy typicky horší sv telnost obvyklé zna ení: f / X (nap. f / 2,8) u kvalitních zoom objektiv se nem ní s ohniskovou vzdáleností (u mén kvalitních ano, nap. f / 4,0 5,6) MHS Záznam obrazu 42 / 72

CLONA clona otev ená (clonové íslo malé) na sníma dopadá hodn sv tla lze snímat s krátkými expozi ními asy paprsky prochází daleko od optické osy projevují se vady objektivu horší ostrost snímku clona hodn p iv ená (clonové íslo velké) je t eba snímat s dlouhými asy, nebo musí být scéna velmi sv tlá na malém otvoru se projevuje ohyb (difrakce) sv tla horší ostrost snímku ostrost snímku ideální pro clonová ísla uprost ed pro crop faktor 1 typicky kolem 8, pro vyšší c.f. nižší ostrost dále ovlivn na hloubkou ostrosti MHS Záznam obrazu 43 / 72 CLONA je-li obraz bodu ve vzdálenosti p ostrý, je obraz bodu ve vzdálenosti p rozost ený (skvrna pr m ru 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) zaost ený bod MHS Záznam obrazu 44 / 72

CLONA po p iv ení clony (zv tšení clonového ísla) se CoC zmenší obraz bodu ve vzdálenosti p se bude jevit ost ejší p o 1 p + 1 o = 1 f clona omezuje paprsky 1 p + 1 o = 1 f p o malý rozptylový kroužek (CoC) zaost ený bod MHS Záznam obrazu 45 / 72 CLONA c = 5,6 c = 8 c = 11 c = 1,8 c = 2,8 c = 4 MHS Záznam obrazu 46 / 72

CLONA je-li CoC velmi malý, jeví se obraz bodu jako ostrý ost e se jeví obrazy bod ve vzdálenostech p min až p max, (hloubka ostrosti) pro které je CoC < d hodnota d závisí na mnoha faktorech jak velký je sníma jak velká bude reprodukce obrazu (nap. 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 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 CLONA HLOUBKA OSTROSTI rozlišovací schopnost oka cca 1 2 (úhlové minuty) p i pozorovací vzdálenosti 30 cm je p ijatelné rozost ení 0,17 mm pro kinofilmové polí ko zv tšené na A5 (tj. asi 6 ) je maximální tolerovatelný CoC asi 0,03 mm ohnisková vzdálenost f, clonové íslo c, zaost eno na vzdálenost p > f, tolerovatelný CoC d p f 2 p min = 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 íkáme hyperfokální vzdálenost MHS Záznam obrazu 48 / 72

CLONA 100 [m] 10 p max p hyperfokální vzdálenost závislost hloubky ostrosti (p min, p max ) na vzdálenosti ost ení p nastavení: f = 28 mm, c = 4, d = 0,03 mm (ve spodních grafech se m ní jeden parametr) 1 1 10 p min 100 [m] p i zaost ení na p = 2 m je obraz ostrý od p min = 1,5 m do p max = 2,9 m 100 p 100 100 [m] max p p [m] max p p [m] max p p min 10 10 10 c = 16 p min f = 100 mm d = 0,005 mm 1 1 1 1 10 100 [m] 1 10 100 [m] 1 10 100 [m] p min MHS Záznam obrazu 49 / 72 CLONA malé p malá hloubka ostrosti (problém makrofotografie) malé c malá hloubka ostrosti (problém nedostatku sv tla) malé f velká hloubka ostrosti (problém teleobjektiv ) hyperfokální vzdálenost se využije v krajiná ské fotografii pro nastavení kamer, které nemají možnost ost ení (mobilní telefony, bezpe nostní kamery apod.) MHS Záznam obrazu 50 / 72

CLONA CROP FAKTOR VS. HLOUBKA OSTROSTI ohnisková vzdálenost f, clonové íslo c, crop faktor 1, zaost eno na vzdálenost p >> f, rozptylový kroužek d p f 2 p min = f 2 + c d (p f ) p f 2 p max = f 2 c d (p f ) chceme po ídit záb r 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 v tší hloubka ostrosti v tší MHS Záznam obrazu 51 / 72 OBJEKTIV teoreticky sta í jedna ideální spojná o ka + clona reálné o ky trpí vadami zobrazení (aberace) v reálných objektivech se kombinují o ky, jejichž aberace se vzájemn kompenzují základní aberace (sférická/otvorová, koma, astigmatismus, zklenutí pole) jsou u typických objektiv dob e kompenzovány u ideální o ky se všechny paprsky z bodu p edm tu sbíhají v bodu obrazu sférická vada koma zklenutí pole astigmatismus MHS Záznam obrazu 52 / 72

OBJEKTIV zkreslení (soudkovitost, poduškovitost) p ímky se zobrazují jako k ivky n které objektivy (nap. rybí oko) akceptují silné zkreslení za cenu snímek tverce zlepšení jiného parametru objektivem se zkreslením (nap. zv tšení zorného úhlu) pom rn snadno se kompenzuje digitáln chromatická vada objektiv vykazuje r zné vlastnosti pro sv tla r zných vlnových délek (barev) optická kompenzace 2 pro 2 nebo 3 vlnové délky 1 dá se áste n kompenzovat digitáln chromatická vada MHS Záznam obrazu 53 / 72 OBJEKTIV soudkovitost chromatická vada MHS Záznam obrazu 54 / 72

OBJEKTIV rozlišovací schopnost vlivem aberací není obraz nikdy dokonale ostrý (kv li vlnovému chování sv tla to ani nejde) testování: snímáme jemnou strukturu (zobrazení na sníma i nap. 30 ar na mm) a sledujeme kontrast obrazu modula ní p enosová funkce (MTF) p íklad: objektiv s c = 8 zobrazí vzor 30 ar/mm, jeho kontrast je ve vzdálenosti 10 mm od st edu c = 8 snímku jen 80 % originálu pro jistou jemnost struktury je už kontrast nedostate ný mez rozlišení objektivu 80 60 40 20 c = 4,5 (nap. 70 ar/mm) 0 0 5 10 15 20 [%] 30 ar/mm 100 [mm] MHS Záznam obrazu 55 / 72 OBJEKTIV vin tace snímek bílé plochy je v rozích tmavší digitální korekce snadná technické parametry objektivu nejsou pro užití v multimédiích tak zásadní d ležit jší je vzhled obrazu p íklad: jemná vin tace p itahuje žádoucí pozornost do st edu obrazu p íklad netechnického parametru: bokeh (, ti: boke) vzhled rozost eného obrazu MHS Záznam obrazu 56 / 72

ZÁV RKA mechanický nebo eletronický prvek zabra ující osv tlení sníma e ur uje as, po který proniká sv tlo do kamery kompletní expozi ní parametry: clona, as, citlivost realistický p íklad snímek proslun né krajiny: clonové íslo c = 16, as t = 1/100 s, citlivost ISO 100 clonové íslo c = 22, as t = 1/50 s, citlivost ISO 100 v tší as více sv tla, v tší rozmazání pohybem v tší clonové íslo mén sv tla, v tší hloubka ostrosti v tší citlivost k expozici je t eba mén sv tla, v tší šum clonové íslo c = 22, as t = 1/100 s, citlivost ISO 200 MHS Záznam obrazu 57 / 72 ZÁV RKA pro fotografování z ruky pravidlo 1/f objektiv 80 mm as kratší než 1/80 s (p i delším asu bude snímek asi rozmazaný) p i crop faktoru 2 musí být as polovi ní! pot ebujeme delší as použití stativu / zajišt ní kamery použití vyšší citlivosti použití menšího clonového ísla m že vést k pot eb sv teln jšího objektivu (objektivu s nižším základním clonovým íslem) MHS Záznam obrazu 58 / 72

ZÁV RKA v kinematografii je as záv rky max. 1/snímková frekvence (b žné snímkové frekvence 24; 25; 29,97 fps) sníma maximální as záv rky = 360 minimální as = 0 rotující záv rka se oto í fps za vte inu, dobu expozice typický as = 180 ur uje úhel otev ení dlouhý as záv rky pohybující se figury rozmazané (motion blur) ve videu lepší vjem plynulého pohybu pokud pot ebujeme pro záb r specifické clonové íslo ( hloubka ostrosti), as záv rky ( rozmazání) a citlivost ( šum), musíme množství sv tla ídit jinak nasvícení scény neutrální filtry (ND) omezují p íchozí sv tlo, propustnost udávaná denzitou (typicky 0,3 až 3) nebo EV (2 1000) MHS Záznam obrazu 59 / 72 ZÁV RKA KONSTRUKCE ZÁV RKY 1. lamela 2. lamela pohyblivá záv rka mechanická: pohyblivé lamely p ed sníma em elektronická: de facto postupná dlouhá expozice expozice a tení jednotlivých ádk sníma e p i zábleskovém osvitu se m že osvítit jen ást sníma e krátká expozice p i velmi krátkých asech je obraz pohyblivého p edm tu zkosený problém v kinematografii, hlavn p i panoramování globání záv rka expozice celého snímku najednou sníma MHS Záznam obrazu 60 / 72

ZÁV RKA vliv pohyblivé záv rky na obraz: áste ná expozice zkosení pohybem deformace pohybem (Wikimedia Commons, licence CC 3.0) MHS Záznam obrazu 61 / 72 EXPOZI NÍ HODNOTA popis expozice: expozi ní hodnota EV (exposure value) EV = 0 korektní expozice pro c = 1, t = 1 s obecn 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 íslo správn je t eba udávat konkrétní citlivost, nap. EV 100 je-li pro expozici tmavé ásti scény (jas L 1 ) zapot ebí EV1 a pro sv tlou ást scény EV2, je kontrast scény roven EV = EV1 EV2 = log 2 (L 1 / L 2 ) kontrast L 1 / L 2 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) MHS Záznam obrazu 62 / 72

KAMERY mnoho kritérií d lení neexistuje nejlepší typ každý se hodí na jiný ú el podle konstrukce kompaktní neobsahují vým nné ásti s vým nnými objektivy stavebnicové systémy (lze m nit optiku, záv rku, sníma, ) podle hledá ku s pr hledovým hledá kem (fotograf nevidí totéž, co objektiv) s elektronickým hledá kem (pr b žné snímání a okamžité zobrazení na obrazovce) zrcadlovka (sv tlo se objektivem vede bu do hledá ku, nebo na sníma ) MHS Záznam obrazu 63 / 72 KAMERY podle vyhodnocování expozice automatické: kamera ur í expozi ní parametry sama (tj. as, clonu, citlivost) problematické v netypických situacích (tj. pr m rná odrazivost okolí 18 %) poloautomatické: možnost ovliv ovat expozi ní parametry (preference n kterého parametru, nap. volit spíš kratší asy, p ípadn p ímá volba konkrétního parametru) manuální: svobodné nastavení expozi ních parametr (dopln no o kontrolu interním nebo externím expozimetrem) podle zp sobu ost ení pevné: objektiv nastaven na hyperfokální vzdálenost automatické manuální (d ležité pro kinematografii) MHS Záznam obrazu 64 / 72

FILTRY m ní charakter sv tla, typicky umíst n p ed objektivem pro snímání na film pom rn d ležité, v digitálním snímání význam n kterých efektových barevných filtr poklesl neutrální filtr (ND): pouze zmenšuje množství sv tla d ležité, pokud ne ídíme expozici asem/clonou/citlivostí (kinematografie!) p echodový neutrální filtr: typicky polovina irá, polovina pozvolný p echod do ND filtru použití nap. pokud mají mraky p íliš velký jas, ale krajina je relativn tmavá polariza ní filtr: nepropouští sv tlo jedné polarizace pro potla ení odlesk od skla (jsou z ásti polarizované) pro zvýšení kontrastu obloha mraky (sv tlo z modré oblohy z ásti polarizované) MHS Záznam obrazu 65 / 72 FILTRY bez PF s PF bez PF s PF vliv polariza ního filtru MHS Záznam obrazu 66 / 72

OSV TLENÍ p irozené sv tlo bez úprav mívá nedostatky vede k p íliš velkému/malému kontrastu (tj. stinné ásti objektu jsou p íliš tmavé/sv tlé) nemusí mít vhodný sm r, barvu, intenzitu vržené stíny mohou být p íliš ostré/m kké ešení 1: ekání na správné sv tlo základ krajiná ské fotografie, dokumentaristiky apod. nedá se naplánovat ešení 2: ovlivn ní p irozeného sv tla prosv tlení stín odraznými deskami nebo um lým sv tlem zm k ení sv tla difuzérem (šifonem, záclonou apod.) ešení 3: kompletní um lé osv tlení nejovladateln jší, nejnáro n jší na zvládnutí MHS Záznam obrazu 67 / 72 UM LÉ OSV TLENÍ KONTINUÁLNÍ jediná možnost pro kinematografii, pozor na frekvenci blikání typické p íkony v ádu kw kv li uvoln nému teplu je ve fotografii ast jší zábleskové osv tlení barva sv tla m ena barevnou teplotou: typicky asi 3000 K (srovnání: 5000 K slune ní sv tlo, 10 000 K zataženo ) p i kombinaci sv tel pozor na stejné barevné teploty ideální sv tlo obsahuje všechny viditelné frekvence ideálem slune ní sv tlo špatné spektrum horší podání barev m ení jakosti: index podání barev (CRI, colour rendering index) slunce 100, žárovka 95, zá ivka 50, LED r zn MHS Záznam obrazu 68 / 72

UM LÉ OSV TLENÍ malý/vzdálený zdroj sv tla vrhá ostré stíny, zd raz uje jakost povrchu p edm tu velký zdroj sv tla se vytvo í odrazem od plochy, pr chodem p es difuzér (softbox) apod. osv tlení klesá se vzdáleností od zdroje (závislost 1/r 2 ) jedním zdrojem nelze osvítit blízké i vzdálené objekty typické rozestavení sv tel hlavní (key) sv tlo relativn malý zdroj: vrhá výrazné stíny, zd raz uje prostorovost scény, texturu povrchu dopl kové (fill) sv tlo velký zdroj: prakticky nevrhá stíny, prosv tluje stíny vržené hlavním sv tlem protisv tlo: zd raz uje kontury figury zadní sv tlo prokreslení pozadí MHS Záznam obrazu 69 / 72 UM LÉ OSV TLENÍ protisv tlo pozadí zadní sv tlo dopl kové sv tlo p edm t difuzér hlavní sv tlo odrazná deska kamera MHS Záznam obrazu 70 / 72

UM LÉ OSV TLENÍ ZÁBLESKOVÉ typicky 5500 K (tj. podobné dennímu sv tlu) záblesk typicky 1/200 1/1000 s speciální efekt: záv rka otev ená, extrémn krátký záblesk simulace velmi krátkých expozi ních as (1/10 4 s apod.) výkonnost se udává jako energie záblesku [Ws] obtížný odhad d sledk konkrétní hodnoty pro studiovou práci tabulka pro konkrétní typ blesku energie použití ( as záv rky, vzdálenost, clona) sm rné íslo (guide number, GN) vzdálenost, na kterou lze osvítit objekt p i ISO 100 a clonovém íslu 1 GN 40 m p i clonovém íslu c = 4 dosvítí na 10 m GN 40 m p i c = 4 a ISO 200 dosvítí na 14 m obecn : dosvit = GN / c [ISO / 100] 1 / 2 MHS Záznam obrazu 71 / 72 UM LÉ OSV TLENÍ interní blesk GN cca 12 m blízko osy objektivu ervené o i, nep irozené stíny externí blesk p ipojený k t lu kamery vyšší GN (nap. 40 m) kvalitní blesk spolupracuje se zoom objektivy zužování sm rovosti pro velké f prom nné GN studiový blesk typicky 100 1000 Ws, až 6400 Ws nap. 600 Ws odpovídá GN 64 80 m záblesk regulovatelný až na 1/128 maxima asto s pilotními sv tly pro kontrolu nasvícení spušt ní externím signálem nebo jiným bleskem MHS Záznam obrazu 72 / 72