Proč ano digitální fotografie • rychlost získání snímkií - okamžitý náhled snímků • okamžitá možnost zpracování do novin, časopisů, www stránky, 1 neklama,Vědecká fotografie, ... ^ • možnost poslat e-mailem j • snadná úprava obrazovými editory • kopírování a ukládání beze ztráty kvality prof. Otruba aguerrotypi Byly vybaveny ) . jednoduchou čočkou,/ která proti dírkové ^ komoře zvyšovala světelnost a zkracovala expozici na minuty prof. Otruba 2013 Přístroj byl vybaven ná tehdejší poměry nevídaně dokonalým a vysoce světelným objektivem. Tvůrcem tohoto objektivu iDyl slovenský matematik Jozef Maxmilián Petzval, žijící ve Vídni. V jeho rodišti, ve Spišské Belé, je dnes fotograficl prof. Otruba nsiro] Gncinnati Reversible Back Camera z roku 1889, 5x7", původn cena 28 dola prof. Otruba idová fotografie ■ Kodak brownie V roce 1888 vyrobila firma Eastman Dry Plate (Dompany v Rochestru ve ^ statě New Yoríc prenosný fotoaparát značky Kodak. Prvním sloganem firmy bylo "Vy stisknete spoušť) my uděláme ostatní." Na tehdejší dobu to bylo něco neuvěřitelného, neboť kdo tehdy fptografoval, musel být téměř chemikem. Ve své podstatě to však byl pouze obchodní trik, niko technická novinka: přístroj byl vybaven svitkem papíru na 10< fotografií, po jejichž exponování se přístroj poslal firmě, která zhotovila fotografie dlBWl^jgfe zaslala zpět. EASTMAN KODAK CO/5 BROWNIE, ŠTŤtŤi CAMERAS ^—/ ■ U-_I —1> — —— J — ■ _ h BBII IBHBU' prof. Otruba Firma Ernst Leitz ve Wetzlaru zahajuje roku 1925 sériovou výrobu přístrojů Leicä^odle konstrukce Oskara Barnacka z r.>J.981 -(MAanetic Video CAmera> - předchůdce n y MAVICÁs První opravdová digitální kamera DigiCam firmy Dycam naj CeBít 1991 (rozlišení 376 x 240 bodů ) - černobílý záznam okina 1992 náhlý rozmach, mnoho světových firem idvedlo své vvrobkv U nás nastal obrovský rozmach v li 1996 prof. Otruba •01 Kompaktní digitální přístroje t 8,1 milion pixelů, 3,5x Zop ^ťek^Í36 - 120 mm pro kinofilm) / > 2,5" LCD moftitQr \ Redukce vibraci**-^ /• Bezdrátový přenos snímků "nadno čitelný 2,5" LC~ onitorj • Záznam videpsekvencí frekvencí až 30 obr./s bližně 23 MB interní paměť j • Funkce BSS - volba nej lepšího snímku Pohodlné propojeni po raní USB prof. Otruba ^—12x optický zoom LEI CA, optický stabilizátor obrazu, světelnost F2[8, CCD 1/2.5", rozlišení 6.37MP, / JPEG/TIFF, objektiv f =2.8 - 3.3 / 36 - 432mm (35mm), rozsah závěrky 60s-1/2000s, priorita času/clony, úplný manuál včetně ostření, 2.5" LCD panel (114K pixelů), 0.33" LCD hledáček (114K pixelů) s dioptrickou kor., sériové snímání 3/2 snímky/s do vyč karty, režim makro (BaRm telemakro (od 100cm), kontinuální zaostřování, autofokus, režimy pro s ostření, světlo pro ostřeni ve trne 2012 lerpani ;uperrycnie prof. Otruba „Bezzrcadlovkä" (Mjrrorle A > ^ konstrukčně blízké zrcadlovkám, ale nemají zrcadlo / - výměnné objektivy - systémové příslušenství ] /- větší snímací senzor (až APS-C nebo FF - ostřeni na kontrast nebo hybridní ostření kontrast s podporou fázové detekce (na senzoru)^ Olympus OM-D E-5 Rozlišení efektivní Typ a velikost snímače 16,1 Mpx LiveMOS, Micro 4/3, 17,3x13 mm prof. Otruba a (DSRL) amatérské kon D50 •T^l milionů efektivních pixelů / ■ (formát APS) / I • Automatické digitální motivové A I programy J I • Nej modernější systémy autofokusu I a automatické expozice I • 2,5 obrázku zasEfayjďu, až 137 M snímků v sérii ^^^^^^^ J I • Okamžitá odezva - připraveno za ft 0,2 s po zapnutí ■ • Casy závěrky až 1/4000 s ■ • Velký 2,0palcový monitor LCD | • Snadno použitelné menu 2012 prof. Otruba M S5. .1/ k í? dlovka (DSRL) poloprofesionálni třídy Nikon D/200 • 24,7 milionů efektivních pixelů (CMOS, formát APS-C) / • Citlivost ISO: 100 - 25 600 ^ • autofokus: 51 AF-bodu (15 křížových), citlivost od -3 EV • 6 obrázků za sekundu • Casy závěrky až 1/8000 s • velký 3,2 palcový monitor (rozlišení 1 228 800 pix) • Video Full-HD (1920 x 1080), 60 sn/s ^^^^ • Konektivita - WiFi, NFC prof. Otruba Nikon 16,7megapixelový obrazový snímač CMOS \ velikosti plného políčka, 36 x 24 nim 0,3sekundový spouštěcí čas a výkonnost 4 snímky za sekundu v . Citlivost ISO 100-1600, rozšiřitelná na L:50 a H:3200. X. / f Rozhraní Hi-Speed FireWire a Video out pro úplnou připojitelnost y Duální vysokorychlostní sloty pro karty SD a CF/CF-II (podpora karet větších než 2 GB) 2,0" LCD obrazovka se 230 000 pixely, zoom prehrávaní 1,5 až Současné fotograf ormátu W a JPEG prof. Otruba Senz< • Senzor: rozlišení 20,8 Mpix, CMOS, 36 x 24 mm (full f ráme) • Citlivost ISO: 50-102 400 (rozšíření na 3 280 000) • Kontinuální snímání: 12 sn/s (14 sn/s bez AF) • Duální vysokorychlostní sloty pro karty 2 x CF nebo 2 x XQ[ • 3,2" LCD obrazovka s 2 359 000 pixely snímání: 12 sn/s (1 jální snímání: 12 sn/s (14 sn/s bez AF) vysokorychlostní sloty pro karty 2 x CF nebo 2 x X< CD obrazovka s 2 359 000 pixely video lišeníy (3840 x 2160), 30 si cena: 175 000 Kč \f__Absence zrcadlového mechanismu - objektiv blíže k senzoru • Sony - první průkopník: řada A7 (nok 2013) a později A9 (rok 2017) 018 - Nikon ÍZ6 a Z7), Canon (EOS R a EOS RP) a další (Panasonic S a pozc )S RP) Sony A7R III išení 42,4 Mpix, CMOS Exmor R, 35,9 x 24 mm (fu ): 50-102 400 snímání: 10 sn/s displej, rozlišení 1 440 000 pix, dotykový, výklopn (384(ilBBBManr^^ lisem A ^^ozlišeminax.88 Mpx Aktivní chlazení \* Velikost snímku max. 528 MB/Í6 bit / \ i '■Hasselblad ne H A SS € L B l A D ' #j 7í ľ Senzor CMOS: 50Mpix nebo 10D\Mpix Velikost: 44 x 33 mm nebo 53 x 40 mm Barevná hloubka: ló'TJik- ' Velikost snímku: RAW (120 MB), TIFF <29$/mB) ^ ' Nemá sériové snímání (cca 2,5 sn/s) Citlivost ISO: 64-12 800 Dynamický rozsah: 14 EV 3,0" dotykový LCD, 920 000 Pix Video: UHD 4K (30 fps) Konektivita: WiFi Cena: 760 000 Kč, resp. 960 000 Kč prof. Otruba \30 • Senzor s „mamutím" rozlišením """56 Mpix. Rozměry CCD snímače 56 x 36 mm jsou rovněž velké, takže velké rozlišení by se nemělo negativně projevit v oblasti nárůstu šumu V.obraze/Stěn zvládá na fotografované scén dynamický rozsah až 12 EV. • Snímky jsou ukládány buď v RAWu či v Tiff formátu. Jeden snímek v nekomprimovaném formátu Tiff (barevná hlou b ká Vciná 16 bitů) ie 345 MB (zrnino stěna zvládá snímat rychlostí sn./s), v RAW formátu by m snímek zabrat „pouze" 78 prof. Otruba mamiek Mr. o íl í!I í!5 i Stavebnicový systém Sirw pro digitální a klasickou fotografii ^Ssv^ Aktivní chlazení detektoru / Peltierovými články (omezení šumu) Při postupné separaci barev Možnost fyzického rozlišení 90 Mpix One-shot 22 Mpix prof. Otruba i JO*. Aby objektiv dokázal volit rovinu zaostření, musí mechanicky pohybovat jednou nebo více čočkami. Tento pohyb může zajistit ruční otáčení zaostřovacím kroužkem (Focusing ring), u objektivů schopných automatického zaostřování (Auto Focus,\ AF) je nutné objektiv vybavit motory Má-li objektiv zaostřeno na určitou vzdálenost (Focusing distance), tak světelný bod v této vzdálenosti se na senzoru opět zobrazí jako bod a v důsledku toho se všechny hrany v této vzdálenosti zobrazí též jako hrany. Prakticky to potom znamená, že předměty v této vzdálenosti se jeví ostré Světelný bod umístěný dále či blíže než je zaostřovací vzdálenost má svůj ostrý obraz před či za senzorem, a tak na senzoru nevytvoří ostrý bod ale rozmazaný kruh a hrany se zobrazí jako plynulý přechod. Prakticky se předměty umístěné mimo rovinu zaostrení budou jevit jako rozmazané*. ÍM prof. Otruba fcerny zaostření objektivu znamená, že čočky v objektivu s^ n a staví tak rovina ostrosti prošla hlavním objektem^^ • Manuální ostření - přes hledáček (klíny na matnici apod.) neb< diqitálních ořístroiů lépe na zvětšeném živém náhledu fLive View digitálních přístrojů lépe na zvětšeném živém náhledu (Live View) Dálkoměrné přístroje - nyní spíše výjimka (např. FF Leica M9) Uncoupled Coincide Image Rangefinder Rangefinder Opening Rotating Prism the rangefinder dial is turned until the two images coincide. The scale displays the target distance which is used to set the lens accordingly. Ii I \ \ \ \ \ \ \ K 1 - AAr\ L I VIII QUIUIUV/U9 ~ I ULUO [JU I CIL Cl ľ\U V I V y 311 Cl I ICJCHVy 31 y I ICII (infračervený, v minulosti i ultrazvukový) z cílem zjistit vzdálenost rN-*— objektu (princip radaru/sonaru) ^ Ss^v^ Dacix/ní 91 itnf nr*i ic - Hnoc na ťrhii rlnminiiio a 7a c\/i in rnvx/ni \/rlori Pasivní autofocus - dnes na trhu dominuje a za svůj rozvoj vděčí J nástupu CMOS či CCDánímačů. Fotoaparát žádný signál nevysílá, ale "dívá" se na scénu a ostří podobně jako oko a mozek na základě rozboru samotného obrazu - detekce kontrastu - je použit přímo hlavní senzor (kompaktní digitální přístroje, mirrorless) a vyhodnocuje se kontrast hran - systém ale nepozná, jak posouvat čočky - správné zaostření je nalezeno zkusmo = pomalý, méně přesný naleze lezeno zkusmo = fázová detekce - je použit pomocný senzor (DSLR) a vyhodnocuje se fázový posun paprsků procházejících přes mikročočky ( systém navíc pozná, kterým směrem a jak moc posouvat čočky -rychlý přesný —T^HI - hybridní ostření - senzor má i buňky pro fázovou detekci, které >oi3 pomáhají ostření na kontrast (pokročilé kompakty, mirrorless) Konstrukce AF na ](D) Svetlo prochází objektivem po modre draze A, odráží se od zrcátka a zobrazuje se nra" matnici hledáčku. Zrcátko je polopropustné, tak část svetla zrcátkem projde a odrazí se od AF zrcátka (druhé menší zrcátko umístěné kolmo na zrcátko mek a B atné . Otruba hlavní) dolů na AF senzory (červená dráha B)./Díky tomu AF senzory mohou po namáčknutí spouště zaostřovat. • Když domáčkneme spoušť, obě zrcátka se sklopí nahoru a světlo prochází objektivem po zelené dráze C a exponuje senzor. přesně stejné jako pevně definovaná vzdálenost D, na kterou se konstruují objektivy. Jen tak bude ostření pomocí Ah senzorů (B) odpovídat ručnímu ostření na í? Závěrka Mechanické zařízení, které po stisknutí spouště propustí světlo prošlé objektivem na citlivý film/senzor, a po uplynutí stanovené expoziční doby opět světlo zadrží / revazna většina prístroju je vybavena závěrkou štěrbinovou oba otevření závěrky - expoziční čas - ovlivňuje ostrost ( pohybujících se předmětů na scéně (pohyb lidí/zvířat a strojů, tekoucí voda, mraky na obloze) "\ dlouhých časech závěrky hrozí rozostření celého záběru vlivem třesoucích se rukou fotografa - bezpečně udržitelný čas odpovídá cca vrácené hodnotě ohniskové vzdálenosti (po přepočtu na kinofilm): t= i/f iekti\ í? Závěrka stabilizátory - při použití delšídrěasů, než odpovídá ohniskové vzdálenosti, lze roztřesení fotoaparátu eliminovat použitím stabilizovaných objektivů (Nikon - VR, Canon - IS) nebo senzorů (Pentax, Sony) A • objektiv obsahuje plovoucí členy, které se pomocí elektromagnetu pohybují v závislosti na informaci o pohybu objektivu (gyroskop) a pohybem těchto čoček eliminují pohyb objektivu - obraz je stabilizován v hledáčku i pro autofocus, má větší rozsah podobn e muze nzoi^víceosá stabilizace (rotac abilizátorv zaiistí os I ětů - nestabilizuií entrain í závěrka ► Centrální závěrka patrľk typjär^ zvaným objektivový, nebot pracuje v blízkosti clony objektivu. Obvykle je umístěna mezi čočkami objektivu, dosti často však i těsně za objektivem, zřídka před ním. Běžný typ centrální závěrky je konstruován jako lamelový, tzn. objektiv je uzavřen třemfaž sedmi plechovými lamelami. Ty se stiskem spoustě rozevrou na potřebnou dobu. Centrální lamelovou závěrku je nutno před snímkem natáhnout, to se děje u lepších přístrojů současně s posuvem filmu, u starších nebo levnějších typů ručně, zvláštní páčko prof. Otruba Štěrbinová závěrka patří k typům-^ pracujícím v blízkosti ohniskové roviny objektivu, těsně před citlivým materiálem. / Klasická plátěná závěrka se skládá ze dvou pásů z černého pogumovaného textilu, které jsoujDřed exponováním navinuty na společném válečku. Po stisknutí spouště se pásy rychle' převinou na své navíjecí pasy, nikoli však oba současně, nýbrž s určitý časovým rozdíleni, tudiz výrezy v pásech vytvoří štěrbinu propouštějí Z plátěné závěrky se vyvinula konstrukce kovová, v níž je plátn nahrazeno kovovými žaluziemi, linak isou funkce steiné. :j li n i. u prof. Otruba a ave raz - vzorkování - kvant iz ;ové je v podstatě prováděno ploškovou strukturou snímacího prvku, na jehož velikosti záleží jak velká část analogového obrazu bude zpracována na jednu konkrétní jasovou informaci/ probíhá v a/d převodníku, který přiřadí napěťové úrovni konkrétního obrazového vzo diaitální hodnotu. diskrétni digitální hod >rku f. Otruba Spojité rozdělení jasu v analogovém obraze Vzorkování jasových hodnot iřazení vzorku celé elementární obrazové • Přirazeni vzorku i plošce o velikosti prof. Otruba - kv&mtlzacä při -\ bitové hloubce barev (24 = 16 úrovní) min analogové hodnoťy jasové složky všech vzorků přiřazené diskrétní hodnoty prof. Otruba v#. Čím vyšší počet bitů použijeme pro každý barevný kanál k~\ uložení informací, tím větsí^ostanerr^rozlišení barev (jasů)^ expoziční pružnost. / andardní (JPEG) je použití 8 bitů na barvu (28 = 256 tínů), tedy 3x8 bit (256x256x256 = 16,7 mil. barfev). S , tímto formátem pracuji i tiskárny (ofsetové i nátiskové). J • Při úpravách tonality a barev se pracuje obvykle s 16 bity na barvu, výjimečně i s 32 bity na barvu. Kvalitní filmové skenery a profesionální fotopřístroje pracují s 14 - 32 bity na barvu. • Poloprofesionálni a kvalitní amatérské fotopřístroje (obvy zrcadlovky) pracují s 12 nebo 14 bity na bajffljj • Kompaktní přístroje pracují obvykle s 8 bity na barvu, vel "Nevné se 4 bity (interpolovaný na 8). I • Kompaktní prístroje pracuji obvykle s 8 bity na levné se 4 bity (interpolovaný na 8). • pro větší úpravy fotografií (post-process) je vh< nejvyšší bitová hloubka 2012 prof. Otruba hodná co Pixel (picture element)/e nejmenší jednotka jasu 1 barvy, z nichž se skládá fotografie, respektive obra; obecně. I klasická chemická fotografie se skládá z zrnek stříbra, případně barevných teček vzniklých barviv v okolí vyvolaných zrnek stříbra v barevné Rozlišení obrazu se obvykle uvádí v (pixelů na palec), ( (dot per inch) či (lineš per/inch). Pro tisk je standard 300 dpi. V SI soustavě se uvádí (resolution) v pixel/mm. 300 dpi = Res 12, případně v pixel/cm. SI jednotky prof. Otruba Pixfilv J 1/ l 1 J Obraz je tvořen mozaikou /\ pixelů, kde každý pixel má | jen 1 barvu a vyjadřuje <. j tedy průměrnou barvu ! plochy, kterou reprezentuje j Pixel sám o sobě nemá \ předepsaný žádný tvar a | velikost - může být 1 čtvercový, kruhový neb libovolný, v pra ■■■■■■■■■i jiiiiiiiii ■■ *m mini i m> užitečné si ho Dředsravir jako čtverec, který vznikn rozřezáním obrazu na urč počet svislých a vodorovných seqmentů 9 icy prof. Otruba ■ í? Rozlišení v pixel > při zvětšování obrazu lze od určitého okamžiku rozeznat jednotlivé pixejy. Každé políčko obsahuje^mformaci o barvě a jasu. Čím vyšší je rozlišení obrazu j, tím více jej můžeme zvětšit, aniž by došlo k Senzor 1 /SJ ^ • • senzor je jádrem každého digitálního fotoaparátu • když pomineme potíže optiky, tak právě seTrzoj^určuj základní^arametry a kvalitujobrazu: ^ ) / \ ./ A - rozlišení - barvj^^^^ ^^^^ - šum (ISO) - dynamický rozsah - a další ie prof. Otruba iriwrrrrriTiw frngrrrrrnvenr- :':S'r;Bpra-rs"a5,8"S"i- niiHniiNimmnniiiiiii i í ! I ! J J J.! J.!.! J ■ ■ Klasický CMOS/CCD Sony CMO FujiFilm Super CCD dva typy - CCD (charge-coupled device) - CMOS (complementary metal-oxide semiconductor) liší se zejména formou sběru dat (náboje) z jednotlivých buněk prof. Otruba dudKcí senzoru Senzor je množství světí ocitl i vých buněk rovnoměrně ^ rozmístěných po ploše senzoru. Buňky však nejsou zcela na povrchu senzoru, nýbrž v malých jamkách. To je jednak vyvoláno technologickými potrebamf>a|e také to omezuje vzájemné ovlivňování buněk mezi sebothajím zvyšuje obrazovou kvalitu a omezuje například nechtěný blooming. \ / \ / \ Každá buňka senzoru je v jamce, čímž by nemohla zpracovat světlo přicházející ze stran. Buňky také nemohou pokrýt celou plochu oblasti, která je jim teoreticky vyhrazena. „Fill factor" je pak poměr plochy citlivé části buňky (fotodiódy) vůči celkové ploše buňky. Pro vyřešení obou těchto problémů je před senzorem pole mikroobjektivů (microlenses) prof. Otruba -^53 nzoru Mikroobjektiv soustředí světlo do Mjamky\a tím umožní využít jej beze ztrát. Mikroobjektii současně soustředí světlo na j aktivní plochu buňky (fotodiódu), přičemž pasivní část buňky je použita pro obslužnou j^^^oniki^^^^^^ Fotodióda - polovodičová P-N dioda citlivá na světlo (světelná energie dopadající na diodu vybudí elektrony do vodivostního pásu a zvyšuje se vodivost diody - vznik signálu) prof. Otruba roročlán ky n/Di J CCD CCD - integrovaný obvod s vazbou nábojem (chargé- / coupled device) je tvořen C, matricí křemíkových fotodiód. Jednotlivé senzory jsou uspořádány v řadách\a postupně po řadách7se zpracovávají vzniklé elektrické náboje na jednotlivých senzorech. První řada se načte do paměti, pak do výstupního zesilovače a data jsou pak převedena do digitální prof. Otruba náboj je po řadách odváděn mimo senzor a tam zpracován a převeden na digitálni (číselný) signál - senzor produkuje analogový signál (napětí) 60 - každá elementární buňka má/^ vlastní obvody pro odvedem a měřerjí vygenerovaného A / náboje. Jednotlivé CMOS buňky J ' pak fungují víceméně nezávisle. / ■ r ■ r obvody - speciální obvody pro každou buňku jsou nutné, neboť třeba odfiltrovat náhodn' (šumový) náboj, který je jiný u každé elementární buňky. prof. Otruba CMOS senzor Elektronika fotoaparátu Adresování sloupců M H W H ftidíci obvod/ A/D převodník Digitální obraz Napájení tální s čtení náboje, zpracování a převod na digitální signál se provádí ořímo na senzoru pr obe technologie približne stejné staré (CMOS 1963 vs CCD. 1969) dalším vývojem se většina ^zdílů a nedostatků odstranila CMOS\ nízké výrobní náklady nízká spotřeba energii CCD - vyšší výrobní náklady - energeticky náročnější - více elektroniky (mimo čip) - vysoká kvant, účinnost - malý šum díky kvant, účinn - pomalý (čtení po řádcích) menši rozi iedno( nižší kvant, účinnost (elektronika vyšší šum (kvant, i dark current) vyšší rychlost čtení distorze obrazu pohybujících se íinnosti \/ r i r ww.youtube.com/watch?v= 4 H zRw_Oek) roblém nízké 1arvy vhodná barevná prostupnost vrstev zajištuje, že každá vrstva měří jen světlo modré, zelené a červené barvy (podobně jako sítnice oka) - díky tomu není třeba provádět žádnou interpolaci obrazu. prof. Otruba Barevná maska (Color filter array, CFA) Jeden pixel fotografie nemůže tvořit jedna buňka, nýbrž potřebné jsou tři/ a před tyto tři buňky se umístí / červený, zelený a modrý filtr. Tyto tři buňky potom společně vytvoří jeden /Dixel fotografie a protože každá buňka z trojice vidí jen správnou R,G nebo B barvu, tak vytvoří napodobeninu lidského^gsobu j vidění a vnímání barev. Tato mozaika barevných filtrů se nazývá barevná maska (Color filter array, CFA) a logicky barvy v masce by měly být blízké lidskému sondování spektra a tedy barevné citlivosti čípků sítnice. 2012 prof. 2012 Na tři sousední buňky senzoru dopadá díky filtru před senzorem jen zelená, červená a modrá složka světla, čímž senzor provede stejnou sondu spektra jako lidské oko - vidí tedy barevně. Tím vzniknou i tři RGB čísla potřebná pro jeden barevný pixel fotografie. Otruba *nJ71 r, D ayerova maska (Bayer filter) Mít pro každý pixel fotografie tři buňky "senzoru je zbytečné, protože rozlišovací f schopnost oka v barvách je nižší než v jasu Přišlo se tedy s trikem tzv. Bayerovy masky^ která je dnes používána v drtivé většině digitálních fotoaparátů i kamer. /Princip je v tom, že^řed pixely senzoru jsou umístěny pravidelně se střídající barevné RGB filtry. Každý pixel fotografie je vypočten ze čtyř sousedních buněk, které díky barvám v masce mají vždy úplnou RGB informaci. ^^^^ Úplná barevná informace je tedy pro každou buňku získána interpolací na základě barev čtyř sousedních buněk. Výsledkem je, že každý pixel fotografie potřebuje jen jednu buňku (neklesá tedy zbytečné rozlišení senzoru na třetinu), každá buňka senzoru je ale použita vícekrát pro doplnění barevné informace svých sousedů. 2012 Bayerova maska je typicky se střídající zelený, modrý a červený filtr před buňkami senzoru. prof. Otruba 72 Každý barevný RGB pixel fotografie není získán z buněk senzoru přímo, nýbrž interpolací ze čtyř sousedů. Následující pixel fotografie je vypočten ze čtyř sousedních buněk posunutých jen o jednu buňku a proto je každá buňka senzoru použita iro čtyři pixely a tedy 4x. 2012 ounKu a proto je Kazaa ounKa se celkem pro čtyři pixely a tedy 4x. prof. Otruba 73 Interpolací je stávající rastr obrazových bodů r "~\ sejmutých v relativně nízkém rozlišení, doplňován v \__ mezilehlých sloupcích a linkách. Odstín nově dopočítaných bodů vždy leží mezi dvěma sousedními čidlem změřenými body. J t Schémata nejběžnějších matematických interpolací (* se dopočítávají): ^■^b^h^s^h prof. Otruba í lad né 5151 Qvy rriEJSKy a Systém s Bayerovou maskou šetří buňky senzoru a dá se díky němu z 12 Mpix černobílého senzoru vytvořit 12 Mpix barevná fotografie. Kdyby tomu tak nebylo a na každý pixel by byly potřeba /tři buňky, tak by 12 Mpix černobílý senzor produkoval pouze 4 Mpix barevnou fotografii. * Co skutečně vidí senzor.? Vidí vždy buď pouze barvu červenou nebo zelenou nebo modrou. Nikdy ne všechny současně. Rozlišení senzoru v červené a modré je jen čtvrtinové, díky dvojnásobnému zastoupení zelené barvy v masce je v zelené poloviční. Interpolace se neobejde bez následků, kterými jsou ztráta detailů v barvách, barevný šum, aliasing, rozestření, bludiště, halo efekt atd. prof prof. Otruba Simulaaetoho, vidí z originálu senzor s Bayerovou maskou. Qíky dvojnásobnému počtu zelených buněk v masce je zelený obraz nejjasnější a Má nej vyšší rozlišení, tj. vidí ejvíce detailů. Aliasing je jev, ke kterému může docházeťV^situacích, ^ kdy se spojitá informaceypřevádniar^iskrétní ^ (nespojitou). £ Aby nedocházelo k aliasingu, musí být vzorkovací frekvence větší než dvojnásobek nej vyšší frekvence harmonických složek obsažených ve vzorkovaném signálu - tzv. Shannonův teorém Počet bodů snímače na délkovou jednotku musí být minimálně dvojnásobkem maximálního počtu čar, kter' y opiiKou äzí k aliasi evuje takzvaným ;áž dálkovou jednotku promítnu dod projevuje takzvaným Darevnyrr mu moare prof. Otruba u, m i IV proužkovaná košile j vyfotografovaná tak, aby / hustota proužků promítnutých* na snímač byla větší než v polovina hustoty buněk snímače (typický aliasing). w 1 r tatáž košile vyfotografovaná-^ tímtéž aparátem zblízka tak, \ aby hustota proužků ^ promítnutých objektivem na snímač byla výrazně nižší než hustota jeho buněk. j prof. Otruba .Systém filtrů před vlastním / senzorem slouží hlavně k / odfiltrování nežádoucích složek spektra a k odstranění moiré Příčina moiré jeN/ pravidelné mozaikové struktuře pixelů nay senzoru. A pokud se zaznamenává pravidelný vzorek senzory uspořádanými též do pravidelného vzorku podobné velikosti, vznikne moiré - různé barevné či černobílé interferenční vzorkv :erenční vzflfSB Vrstva odrážející infračervené paprsky Low-pass filtr (rozděluje obraz v horizontálním směru) Polarizační vrstva (pře vád i fineárně polarizované světlo na cirkulárné polarizované) prof. Otruba í? LOW=PslS$ filtr Filtr před senzorem I /^4J| obsahuje i tzv. "Low- / jni Pass Filter", který sice / Sy snižuje podání detailů ^ -x (furígujě-jako filtr typu I dolní propust) ale / , / zabraňuji právě vzniku ' moiré. Film tento problém nemá, protože struktura světlocitlivých zrn je vysloveně náhodná a zrna mají i různou velikost a nejsou tedy uspořádána do žádné pravidelné struktur Ukázka moiré efektu při ^ interferenci dvou jednoduchých systémů soustředných kruhů prof. Otruba šumem více nebo méně trpí každý snímač (větší snímač = méně šumu, menší rozlišení = méně šumu) šum se zvyšuje - zvýšení citlivosti ISO - dlouhé expoziční časy (sekundy) - necitlivé softwarové úpravy (doostřování, zesvětlování) prof. Otruba vysoká úroveň šumu na snímku může silně omezit rozlišení detailů, snížit ostrost hran a celkový kontrast obrázku (tmavé plochy se díky šumu zesvětlí a světlé se ztmaví) i poškodit vnímání ploch a přechodů prof. Otruba í? Digitální výsledná hladina sumuje složen z několi)^ príspevky: ""A - náhodný šum - detekce malého počtu částic, malé náboje a energie, kvantovými ^/ - temný šum - tepelně generovaný v součástkách i při neds^ětíení snímače - rešetovací šum - kvantizace náboje (světla) nezačíná na stejneTOdriotě * - zesilovací stal - při zesilování signálu (vysoké ISO) v j ^kvantizační šum - nepřesnosti při odečtu spojité hodnoty n^ nespojitou - šum s pevným vzorkem - výrobní chyby senzoru (nestejné velikosti buněk apod.) - šum dlouhé expozice (hot pixelsl - tepelný šum daný dlouhým osvitem - některé příspěvky lze omezit nebo odstranit: pevný vzorek — chybné buňky lze odečíst z referenčního snímku při zavřené závěrce (dark frame) dlouhé expozice - referenční snímek při zavřené závěrce nebo retuš vadných pixelů zesilovací šum - používání nízkých hodnot ISO (světelné objektivy, stativ...) nevystavovat vysokým teplotám (tepelný šum) í? Digitální omezení příspěvků dané konstrukcí senzoru a elektroniky vyžaduje použití kvalitnějších a dražších materiálů a technologií (vysoká cen profi přístrojů) šum se odstraňuje aplikací odšumovacích algoritmů (v aparátu nebo v post-processu) - nepřiměřena^aplikace těchto algoritmů má za následek ztrátu detailů j ) / x / .:: \.... vysoké hodnoty ISO neovlivňují jen hladinu šumu, ale i další parametry jakými jsou dynamický rozsah senzoru nebo podání barev (barevná hloubka) Ohnisko pro velký senzor Velký senzor potřebuje pro dosažení stejného zorného úhlu objektiv s delší ohniskovou vzdáleností. Delší ohnisková vzdálenost ale dělá objektiv větší, těžší a dražší. S prodlužováním ohniska objektivu také klesá hloubka ostrosti. 2012 prof. Otruba 85 Výrobce/ zástupce Senzor Rozměr [mm] Poměr stran Plocha [cm2] Středoformátové fotoaparáty 48.0 x 36.0 4:3 17.28 Full frame (kinofilm) FF, FX 36.0 x 24.0 3:2 8.64 Nikon, Sony DX 23.6 x 15.8 3:2 3.73 Canon APS-C 22.2 x 14.8 3:2 3.29 Olympus 4/3" 18.0 x 13.5 4:3 2.25 Fujifilm FinePix S100fs 2/3" 8.8 x 6.6 4:3 0.58 Fujifilm FinePix F200EXR 1/1.6" 7.8 x 5.8 4:3 0.45 Panasonic Lumix DMC-TS1 1/2.3" 6.2 x 4.6 4:3 0.29 Kodak EasyShare M763 1/2.5" 5.7 x 4.3 4:3 0.25 Příklady velikosti některých senzorů používaných v dnešních středoformátových fotoaparátech (šedě), DSLR (žlutě) a kompaktních fotoaparátech (fialově). prof. Otruba ty senzoru Full (24x36 mm) 864 m APS (24x16 mm) 384 m.... 4/3"(17,8x13,4 mm) 239 mm2 1"2,8x9,6^01) 123 mm2 2/3"(8,8x6,6 mm) 58 mm2 1/1,7"(7,5x5,6>miTflA£2 mm" 1/2"(6,4x4,8 mi prof. Otruba formátu pětatřicetimilimetrový film 6 mm x 24 nun m senzor o úhlopříčce délky dvou třetin palce 8,8 mm x 6,6 mm senzor o úhlopříčce délky jedné poloviny palce 6,4 mm x 4,8 mm senzor o úhlopříčce délky jedné třetiny palce 4,8 mm x.3,6 mm f / k 7 n ŕi r n o h ra70wr * • interní paměť zabudovaría^buffer "\ (pro vnitřní potřeby zkracování obrazu)^^ • výměnné^Saměťové kartylypu Flash (Cŕ), SD, nové XQD (tento typ pamětí nevyžaduje pro uchování dat napájení), záznamové kapacity až 256 Gb • pevný disk počítače, příp. přenosný HDD (obrazová t prof. Otruba Komprese dat > Bezztrátove kompresní algoritmy pro obrazové soubory jsou např. matematické postupy označené zkratkou LZW nebo RLE odstraňují redundantní informace (př. při popisu stejnoměrně zbarvené zelené plochy 100x100 pixelů místo zápisu 10000 ""stejných hodnot zelené (TIFF) zapíšeme 100x100 zelená (LZW) í • Ztrátové algoritmy omezují počet informací za cenu snížení kvality obrazu. Obyvkle využívají vlastností lidského oka, např. že oko není obrazu. Poměr původního a zkomprimovanéh at se nazývá Kompresní pomer. prof. Otruba Formáty zápisu obrazových dat TIFF R A IW Digitální fotoaparáty nabízejí ukládání digitálních dat v různých formátech. Nejběžnější jsou JPEG, TIFF a RAW. Znát výhody a nevýhody jednotlivých formátů je důležitým základem pro práci s digitálními obrazy B aye ra va i nte rp ol aoe Vyvážení bílé Parametry obrazu riFF prof. Otruba opracování ddt ve fatopřístroji J> JPEG 1 1 prof. Otruba (Tag Image File Format) TI FF funguje tak, že pro každý jednotlivý bod se v tomto formátu ukládají tri hodnoty N základních barev RGB. Velikost paměti, kterou pak daný bod zabere, záleží na***^ ^barevné hloubce.Ve srovnání s JPEGem bez problému zabere až desetkrát více paměti. Výhodou TIFFu je, že mu rozumí většina oorazových editorů. Použití TIFFu jako bezeztrátového formátu má smysl pouze tehdy, pokud trváte na 100% zachování nejdrobnějších detailů snímku. Podobný formát je BMPHflWBWJr^^^^^^ prof. Otruba • Díky kontejríerovémili formátu a tágům disponuje ~ vysokou variabilitou možností^pdužití. \ • Variabilní barevná hloubka (1 bit, 8 bitů, 24 bitů, 48 bitů a další) a variabilní barevný režim. •.jyiožnost uložení zcela bez komprese, s bezeztrétovou j kompresí i se ztrátovou kompresí typu JPEG. • Široce podporovaná průhlednost včetně plynulé průhlednosti pomocí alfa kanálu. • Možnost uložit ořezovou cestu. • Podpora uložení Exif. • Podpora uložení ICC profilů pro správu barev. IVIUZMU5L LNU dokume u. viue sírane !K d/ri buu viue vrstev prof. Otruba í? Nevýhody TIFF Díky dřívějším problémům s kompatibilitou byla řada vlastností TIFF formátuproblematicky použitelná, zejména při obecném použitgiapř. náinternetu. , ) na internetu. • aby bylo možné se na kompatibilitu spolehnou je nutnéujkládat data bez komprese, bez průhlednosti a bez vrstev. U ostatních možnosl je otázkou, zda nebudou přijímací stranou ignorovány. eneruje TIFF velké soubory ignorovaný • Bez kom p • TI FF n ozriuj e animaci. prof. Otruba Obsah RAW s ouDoru RAW soubor primárně obsahuje skutečně zcela hrubá digitální data toho, co uviděl senzor, a současně data sdělující okolnosti pořízení snímku (metadata). RAW • data tedy nejsou ukotvena k žádnému standardnímu barevnému prostor/, v datech není vyvážena bílá, není definován bílý bod ani gamma křivka atd. Za normálních okolností by RAW soubor měl velikost jako TIFF soubor, který také ukládá tři barevné RGB složky pro každý pixel. Je ale třeba si uvědomit, že RAW ukládá data senzoru před Bayerovou interpolací a tedy „bez barev". RAW je tedy menší než TIFF prof. Otruba L* Rf -\W (raw= surový, nezprac Je to souhrn "syrových" informací z CCD, který je třeba „zprocesovat" na počítací. y RAW formáty jsou z principu méně <3atovějjáročné než TI FFy - jejich používaním se tak muze ušetřit mnoho cenného prostoru na paměťpvé kartě. Hlavní nevýhodou je svázanost s daným typem i přístroje. RAW (způsob uložení glat v tomto formátu) je j každ^hQ, výrob,ce zcela jedinečný. Problém proto nastává při ctenjy obrazových editorech. Proto výrobci prišli s konceptem RAW+JPEG. Jednoduše uloží na kartu oba formáty a na kartě jsou potom opravdu dva soubory obsahující stejnou fotografii - jeden JPEG, druhý RAW. " Hlavo/ výhodou je možnost vhodného zpracování dat až v počítači - úprava expozice, barevného vyvážení doostrenii atd. !012 J prof. Otruba 97 DNG (cl igitální n • Digital Negative je fornjiátemf ťojÍQ|iTiátu TIFF, resp. TIFF/EP (TIFF rozšířený o možnost zápisu m&tadat podle specifikace Exif, určený .speciálně pro potřeby digitální fotografie). V jeho souborech jsou tedy zapsána jak samotná obrazová data vytvořená snímačem aparátu, tak metadata, popisující nejrůznější charakteristiky přístroje, potřebná k dalšímu zpracování ("vyvolání") snímku. Současná specifikace formátu zohledňuje většinu metadatových typů, používaných dnes v proprietárních RAW formátech, odpovídající mechanizmus pak dovoluje výrobcům, využívajícím uvedený íormát, i^azovat i metadata vlastní (privátní). 2012 prof. Otruba ^^98 *Vř; .3 PEG (Joint Photographic Experts Group) Na rozdíl od TIFFu a RAWu^e^PJEG formát určený pro ztrátovou kompresi dat (používá inverzní ^ kosinovou transformaci). 1 Pro kvalitní obraz je vhodná komprese 8 -12, při / Yetším stupni komprese dochází k vyhlazování i detailů (6-8). Při ještě větší kompresi se začínají objevovat rušivé vzory. JPEG je vyloženě nevhodný pro zobrazení stejnobarevných ploch a ostrých hran. Ostrá rozhraní jsou charakteristická pro grafiku. JPEG i při nejmenší kompresi je nevhodný pro ukládání dat oro další ukládání dat pi 2012 si zpracova prof. Otruba 99 í? Nevýhody JPEG Formát JPEG nepodporuje barevnou hloubku 12 ani 16 bitů na kanál Vždy pracuje s barevnou hloubkou "jen" 8 bitů. \, JPEG nepodporuje průhlednost (Transparency) neboli nedokáže V* vytvářet obrázky na průhledném pozadí. Průhlednost je však při vytváření počítačové grafiky či koláže často potřeba a je tak treba sáhnout k jiným formátům (TIFFJPNG, GIF, PSD atd.)- / Díky použité metodě komprese sé JPEG nehodí na ukládání > grafiky (kresby, grafy, ikony, screenshoty atp.). Komprese má tendenci čáry a písmena zobrazovat "zubaté" a rozpít je a tím zhoršovat jejich vzhled a čitelnost ^ JPEG nepodporuje animace (pohyblivé obrázky) a nehodí se tak na pohyblivé ikony ani bannery. To je doménou formátu GIF nebo dnes spíše programu Flash. Pro perfekcionisty JPEG nepodporuje bezeztrátovou kompresi. Komprese je vzdy ztrátová JPEG nepodporuje vektorovou grafiku, hodí se jen na fotografie. Opakované ukládání do JPEG formátu degraduje. prof. Otruba velkých realizovaných na1 plochách (obloha, pozadí atd.). Tím, že v principu ukládá po čtvercových blocích, tak tyto čtverce mohou být v obraze viditelné a vytvořit místo plynulého přec 3iynuien idu mapy. Ukázka originálu a jeho obrazu po JPEG kompresi v kvalitě 0. Plynulý přechod je již viditelně nahrazen čtverci. prof. Otruba Formát GIF (Graphics Int^rci^gejFormat) nebo také GIFF (Graphics Interchange File Format) je formát určený zejména pro web a pro ukládání grafiky. Pro fotografie se vůbec nehodí, protože používá tzv. indexované barvy./Jde o to, že tabulkou je m definovat od 2 do 256 libovolných barev které se potom v obrázku používají. Jme oarvy aie použít nelze. To je velmi výhodné pro grafiku omezenou barevností ale nevhodné pro fotografie. G formát používá bezeztrátovou kompresi a umožňuje používat íožná (tzv. paleta), ;i: i činimčice. prof. Otruba