Chcete vědět, jak převede čip a software vašeho digitálního fotoaparátu jednotlivé jasy scény na výsledný obrázek? Změřte si a sestrojte senzitometrickou charakteristiku.
O senzitometrické charakteristice (jinak též charakteristické křivce) hovoříme většinou ve spojení s filmy či fotopapíry. Ale i čip digitálního fotoaparátu převádí dopadající světlo na elektrický signál podle nějaké funkce. Sestrojení této křivky je u digitálního fotoaparátu zcela jednoduché. Přitom její znalost je velmi užitečná, protože z ní lze vyčíst užitečný rozsah expozic i průběh kontrastu a tím i odhalit situace, kdy již budete muset využít rad Jirky Jirouta ohledně fotografování černocha na sněhu. Pokud nevíte, co to charakteristická křika je, přečtěte si Radčin seriál o charakteristických křivkách. I když se jedná o pojednání psané pro filmy a papíry, platí to obdobně i pro digitální fotoaparát (jeho ekvivalentem je barevný diafilm).
Podmínkou sestavení křivky je, že náš fotoaparát má plně manuální režim nebo možnost nastavení korekcí automatické expozice v rozmezí alespoň +/- 4 EV. Dále potřebujeme barevně neutrální plochu – já používám bílý kancelářský papír. A poslední věc, bez které se neobejdeme, je světlo. Nejlepší je přirozené světlo, musí však po dobu alespoň půl minuty vydržet konstantní, takže pozor na mraky.
Celý postup je nesmírně jednoduchý. Nejprve si změříme expozici zvolené barevně neutrální plochy. Potom ji nafotíme na sadu snímků s odstupňovanou expozicí v rozmezí alespoň -5 až +5 clon. Odstupňování nemusí být po nejmenším kroku, který fotoaparát umožňuje (obvykle 1/3 EV), zcela postačí po jedné cloně. Doporučuji vám přitom měnit expoziční čas, nikoliv clonu.
Snažte se, aby na snímku byla skutečně jen fotografovaná plocha, Pokud by se vám do snímku vloudily například okraje papíru, mohlo by to u automatického režimu ovlivnit expozici, při vyhodnocování byste zase možná museli takové okraje oříznout.
Také dejte pozor, aby osvětlení bylo rovnoměrné. Například na stěně kolmé k oknu osvětlení postupně ubývá. Budete-li fotit na stěně rovnoběžné s oknem, můžete si zase stínit a to při každém snímku jinak.
Pokud jsme při fotografování postupovali správně, jsou první políčka černá (první soubory, chcete-li), pak začnou světlat od tmavě šedivé po světle šedivou a zbytek jsou pak bílá políčka.
Pro vyhodnocení potřebujeme program, který umí vyhodnotit histogram snímku, nebo určit hodnotu jednotlivých barevných složek obrazového bodu. Obrázky, které nebudou ničím jiným než různě šedivými plochami, jeden po druhém otevřeme a změříme, na jakou hodnotu barevných složek exponovanou plochu čip a elektronika převedly.
K tomuto údaji se dostaneme dvěma způsoby. Jedním z nich je zmíněný histogram, který ukazuje zastoupení jednotlivých úrovní barev v obraze. Protože jsme fotografovali rovnoměrně osvětlenou barevně neutrální plochu, bude vypadat jako ten na následujícím obrázku.
Byl vytvořen v Photoshopu a ukazuje též průměr (mean – 223,80) a medián (median – 224) hodnot. Je jedno, kterou z těchto hodnot použijete. Byla-li plocha rovnoměrně osvětlena, budou tyto hodnoty vpodstatě totožné. Zajímá nás pouze šedivý ekvivalent složení všech tří barev. Můžeme sice sestavit tři křivky pro jednotlivé barvy a zjistit, zdali se do některého z odstínů nevkrádá barevná odchylka, ale museli bychom při fotografování zajistit osvětlení naprosto konstatní i co do teploty chromatičnosti.
Hodnotu barevných složek každého bodu lze obvykle zjistit i přímo. Například Photoshop ji ukazuje neustále, pokud je zapnuto okno Info. Vzhledem k tomu, že všechny body určitě nebudou mít naprosto stejný odstín, doporučuji změřit trochu větší plochu – například v případě Photoshopu použít kapátko (eyedropper) a zvolit velikost měřící plošky 5×5 bodů (Eyedropper Options: Sample size: 5 by 5 average). Ze tří údajů pro jednotlivé barvy spočteme průměr. Osobně ale doporučuji cestu přes histogam.
Zbývá nám poslední krok, sestavení grafu. K tomu postačí tužka a papír, použít můžete také formulář v Excelu, který je přílohou tohoto článku. Výsledek pak vypadá následovně:
Graf zobrazuje měření, které jsem provedl s fotoaparátem Fuji FinePix 4900. Ačkoliv černá má v případě digitálního obrázku hodnotu nula, protože se udává přítomnost dané barvy, v případě filmu či papíru se hodnotí optická hustota a proto je to nejvyšší změřené číslo. Dodržuji tuto zvyklost i u digitálního fotoaparátu, takže graf připomíná inverzní (diapozitivní) film, stejně tak dodržuji ze zvyku i označení D pro hustotu, i když se o ni v tomto případě vůbec nejedná. Křivky jsou téměř shodné, odchylka u citlivosti 200 ASA může být způsobena chybou při fotografování. Fotoaparát jsem měl pouze zapůjčen a test už jsem bohužel nemohl zopakovat. Z grafu je jasně patrný malý kontrast a velký rozsah kresby ve stínech, ale velký kontrast a malý rozsah ve světlech. A toto zjištění je také hlavní důvod, proč si senzitometrickou charakteristiku u digitálního fotoaparátu sestavit.
Mějte na paměti, že s výjimkou “surových” dat (raw soubory), jsou obrázky již ve fotoaparátu zpracovány, navíc některé fotoaparáty umožňují měnit kontrast surového snímku při převodu na výsledný obrázek. V takovém případě sestavte křivky pro všechna nastavení. Z ostatních funkcí by mohl mít vliv převod snímku ztrátovou kompresí do JPEGu, bude se však zřejmě jednat o minimální (= zanedbatelný) rozdíl.
Pokud si charakteristickou křivku změříte a chcete se o ni podělit, pošlete výsledek na naši adresu. Sejde-li se nám více příspěvků, budeme jim věnovat samostatný článek.
Jak převést šedi na čísla
Rozumím, že exponováním na různé expozice dostanu různě šedé obrázky. Jak však mohu přiřadit dané šedé číslo na charakteristické křivce? Potřebuji na to kalibrační tabulku?
RE: Jak převést šedi na čísla
Žádné tabulky není třeba. Hodnotu šedivosti sdělí každý lepší editor fotografií.
Pokud takový nemáte, lze použít jiného editoru, ve kterém je možné namíchat vlastní barvy a pokusit se namíchat barvu stejnou. Například v MS Wordu použít funkci pro změnu barvy (třeba písma), v nabízené paletě zvolit Další barvy, v dialogovém okně Barvy pak zvolit záložku Vlastní a tady potom namíchat jednotlivé šedivé tak, aby se nejvíce podobaly testovacím obrázkům. Hodnotu pro osu Y pak představuje údaj v polích Červená, Zelená a Modrá (stačí použít jeden údaj, měly by být shodné).
Pokud ani tento postup není možný, pak existuje ještě jedna cesta, a sice změřit při konstantní cloně expoziční čas jednotlivých šedivých políček zobrazených na monitoru a tento čas pak použít jako hodnotu osy Y. V tomto případě se však jedná o charakteristiku celého řetězce včetně monitoru (tj. projeví se vliv nastavení monitoru – jas, kontrast, gamma). Ani tento údaj není bez užitku, jen je těžko porovnatelný s jinými testy za odlišných podmínek.
Na osu X se vždy vynáší rozdíl oproti expozici indikované expozimetrem.
Popis grafu
Mohl by být graf nějak více názorněji popsán, nevím jak se došlo k závěrům :
Z grafu je jasně patrný malý kontrast a velký rozsah kresby ve stínech, ale velký kontrast a malý rozsah ve světlech.
RE: Popis grafu
Malý kontrast a velký rozsah kresby ve stínech
Stíny jsou v grafu v levé části. Charakteristická křivka tam do expozice -2EV (proti údaji expozimetru) strmě stoupá a od tohoto bodu se velkým obloukem narovnává. Přitom ještě mezi expozicemi -4 a -5 je rozdíl dostatečně velký na to, aby detaily s takovým rozdílem expozice byly od sebe odlišitelné (pomíjím teď možnost toho, že se liší barvou). Je to velký rozsah, ale kontrast je menší.
Velký kontrast a malý rozsah ve světlech
Světla jsou v grafu v pravé části. Charakteristická křivka tam do expozice +2EV (proti údaji expozimetru) velmi strmě stoupá téměř k zcela bílé a od tohoto bodu se velmi krátkým obloukem narovnává. Už od expozice +2,5 není žádný rozdíl proti větším expozicím – detaily s rozdílem expozice už nejsou od sebe odlišitelné (pomíjím teď možnost toho, že se liší barvou). Je to malý rozsah i kontrast.
Konečně to někoho napadlo!
Tento článek mě velmi zaujal. O senzitometrické charakteristice digitálních fotoaparátů jsem se nikde jinde nedočetl. Vlastním Olympus 2100UZ a jedna z prvních věcí, kterou jsem udělal po jeho zakoupení bylo změření senzitometrické charakteristiky velmi podobným postupem, jaký zde popisujete. A hle: převodní křivky jsou velmi podobné jako u vašeho fotoaparátu – za začátku lineární, potom přecházejí v logaritmické se směrnicí přibližně 50 kvantizačních úrovní na jeden expoziční stupeň. Bohužel jsem s hrůzou zjistil, že jsem si omylem smazal tabulku naměřených hodnot v Excel-u. Mám ale všechny hodnoty a grafy na papíře, takže v případě zájmu to mohu do počítače znovu naťukat a poslat. Rád se zapojím do diskuse, případně dalších experimentů.
Při prohlížení křivek mě velmi zaujalo, že nekončí na hodnotě 255, ale krátce před ní a to ještě s malým “překmitem”. Tento jev nedovedu vysvětlit. Ví někdo, čím to je?
Ještě drobná připomínka k názvu článku. O CCD toho moc nevím, ale když jsem otevřel chytrou knihu, dočetl jsem se, že závislost náboje vzniklého během expozice na energii dopadlé na buňku CCD snimače by měla být lineární. Domnívám se, že logaritmická závislost je vytvořena až logaritmickým převodníkem zařazeným na výstup CCD snímače, nejedná se o vlastnost snímače samotného. Můžete mi tuto domněku potvrdit, nebo vyvrátit?
RE: Konečně to někoho napadlo!
Je pravdou, že v buňce CCD čipu se zvětšuje náboj s každám fotonem, takže ta závislost by měla být lineární.
Přiznám se, že mě vnitřek digitálu nijak nezajímá. Měl jsem ho půjčený a stejně jako Vás mě zajímalo, jak se bude chovat – jsem možná první, kdo chtěl používat zónový systém i s digitálním fotoaparátem.
Pokusím se sehnat u někoho odpověď.
konečně to někoho napadlo!
Mily Tobiku
Nevim zda sledujete prispevky v prastarych clancich, ale musim to zkusit. Testuji svou novou D20 (Pavle jeste jednou diky za pohotove sluzby!). Data prirozene zaslu, jen co se doberu rozumnych vysledku.
Myslim, ze podstata problemu s linearitou je v tom, ze misto jasne definovaného zcernani u klasicke fotografie ma digital vystupni urovne zavisle na algoritmech prevodu (napr RAW->TIFF). Soucasne si musime uvedomit, ze expozicni rada je logaritmicka a zcernani je v klasické fotografii take vyjadrovano logaritmickou mirou D.
Proto pri pouziti spravne konverze (v mem pripade programem EOS Viewer, prevod do std. Tiff 16 bit) a zlogaritmovani svisle osy vychazi charakteristika v oblasti stinu velmi linearni az do “tmy”, je videt omezeni dynamiky proudem za tmy (dark current) u vysokych citlivosti atd. Potvrzuje to tedy predpoklad, ze je pouzit std. linearni prevodnik.
Zajimavy je tvar charakteristiky v oblasti svetel. Priblizne od “nuly” (rikejme stredni seda) se zacina snizovat lokalni gradient (omezení, saturace).
Logaritmicke zobrazeni svisle osy také lepe vysvetluje potize s preexpozici. Stredni seda ma teoreticky hodnotu 2,11 (log 128), saturovana bila 2,41, ale cerna, kterou jeste vidim na svem monitoru 0,7 (log 5).
Kam jste dosel se zonalnim systemem pro digi? Ja ted pisu s prof. P. Velkoborskym ucebnici zonalniho systemu, tak by me zajimaly vase nazory, vybadky ci problemy (na soukr mail pv@atlas.cz).
petr vermouzek
Mam urcity pochybnosti
Mozna jen spatne uvazuju, ale mam urcite pochybnosti.
1/ Z namerenych ukazkovych krivek se zda, ze nastavena citlivost nema temer zadny vliv na vyslednou krivku. To je ale podle mne naprosto v rozporu se skutecnosti. Se zvysenim ISO se dynamicky rozsah prudce zhorsuje. (viz. treba http://www.dpreview.com a udavane rozsahy)
2/ Nemela by se misto bileho papiru spis pouzit stredni seda ? Neni to takhle cely posunuty a zkresleny ?
RE: Mam urcity pochybnosti
1) Minimální změna tvaru s citlivostí mě taky zarazila, ale při tomto měření není kde udělat chybu. Snad je to chováním převodníku, snad tím, že zmíněný model nenabízí nijak výrazný rozsah citlivostí. Na to by mohl odpovědět někdo, kdo rozumí střevům v těhle krabičkách.
2) Je jedno, je-li to bílý papír, či šedá čtvrtka. Přístroj to neví a automatika stejně určí takovou expozici, v jejímž důsledku bude i bílý papír exponován s šedivým výsledkem. My se jen pohybujeme relativně k této hodnotě. Rozdíl by byl, kdybychom určili expozici externím expozimetrem podle dopadajícího světla.
Re: Mam urcity pochybnosti
Ad 1, lamani chleba nastava v useku, kde prestavate merit, tedy pod -5EV. Aparaty, ktere umoznuji 16 bitovy vystup, tam budou mit jeste hodne informace, kterou sice defaultni tonova krivka pri prevodu z RAW zkompresovala do maleho rozsahu v RGB, ale lze ji zpet vytahnout pokud jsou data zaznamenana s vetsi nez 8 bitovou presnosti. Pripadne lze rovnou pouzit konvertor, ktery umozni pouziti mekci tonove krivky, coz ma samozrejme smysl pouze pro urcite namety, pri pouziti vsude by vypadaly vysledky ponekud vyblite.
Dalsi zadrhel tohohle mereni je nemoznost pouziti stejneho casu pro vsechny expozice, jelikoz nektere druhy sumu se zvyrazni prodlouzenou expozici. Na druhou stranu kompenzace pouzitim ruznych clon take neni idealni, jelikoz ty nemusi byt presne, jak by jste si prali. Ale rozdeleni grafu nad poduseky pri ruzne clone v zajmu zachovani kratkych expozicnich casu by mozna bylo rozumne.
RE: Re: Mam urcity pochybnosti
S tou nepřesnou clonou je to pravda, to jsem zapomněl zmínit. Já testuji filmy s konstantní clonou, jednak právě kvůli problémům s její správnou velikostí, jednak u filmů se tím minimalizuje vliv Schwarzsildova efektu (který, což je málo známo, závisí především na intenzitě dopadajícího světla a tedy na cloně, mnohem mně na čase). I u digitálních fotoaparátů je nanejvýš žádoucí dodržet konstantní clonu, díky za připomínku.
Konkrétní křivka v článku byla pořízena v režimu s prioritou clony (A).
Obávám se, že neměříte to, co chcete
Vzhledem k tomu, že D/A převodníky převádějící elektrické veličiny z čipu na číselné hodnoty jasu jednotlivých barevných kanálů jsou 10-ti, 12-ti i vícebitové, procesor ve fotoaparátu musí naměřená data transformovat do 8 bitů. Přitom se musí rozsah jasů transformovat podle zákonitostí lidského vnímání. Proto se domnívám, že popsaným postupem jste se dobrali průběhu gama křivky barevného prostoru používaného fotoaparátem. Se senzitometrickou charakteristikou čipu to nemá nic společmého. To byste podle mého názoru museli vzít originální data v raw formátu a vhodným způsobem vyhodnotit. Což je samozřejmě poměrně problém. Jednoduchý způsob, jak se dobrat správných grafů asi neexistuje. Ve vašich grafech je správně jen vzdálenost “černé” a “bílé”. tedy rozsah zpracovatelných EV. Průběh křivek mezi nimi podle mne není senzitometrická charakteristika čipu.
Pokud se mýlím, rád si nechám vysvětlit v čem.
S pozdravem Daniel
obávám se, že neměříte to, co chcete
Mýlíte se, ale jen v jedné věci.
Máte naprostou pravdu v tom, že se nikdy nedostaneme k signálu snímače. Skutečně se hodnoty náboje transformují a to částečně dokonce bezpochyby i před uložením v RAW formátu. Je to podobné, jako s filmem. Ani u něj se nedostaneme na charakteristickou křivku jeho vlastní (museli bychom se dostat k latentnímu obrazu), vždy máme výsledek ovlivněný vyvoláváním.
A v čem se tedy mýlíte? V tom, že neměříme, co chceme. To, co nás zajímá, je skutečně výsledek, který dostaneme prezentován bez ohledu na to, co bylo na začátku a co se dělo v elektronice i programech. Takže to, na co bychom měli poukázat je možná trochu nešťastný název. Snad jedině to nazvat charakteristickou křivkou snímacího řetězce fotoaparátu.
nejista vychodiska
je sice po terminu (duben2005) takze v reakci nedoufam, ale vse co bylo namereno predchozim postupem nebyl samotny chip a krivka prevodu svetla, ale pouze nepresna kalibrace upravy expozice.
Tim ze byl na fotoaparatu nastaveno +2 EV jeste nemuselo znamenat ze DOOPRAVDY byl obrazek preexponovan PRESNE o 2EV. A stejne na opacnou stranu.
Tvar krivky prezentovan v clanku ukazuje vyrazne ztmavovani strednich tonu – to je az neuveritelne ze by to nejaky fotak provadel. udelejte si predlohu kde bude cerna, seda a bila. Az ji vyfotite a ve Photoshopu nastavite bilou na bilou a cernou na cernou, seda bude s nejvetsi pravdepodobnosti stejne seda jako na predloze a ne tak vyrazne posunuta jako dle grafu v clanku.