BME Építészmérnöki Kar Építészeti Ábrázolás Tanszék Előadó: … · 2014-04-07 · A...
Transcript of BME Építészmérnöki Kar Építészeti Ábrázolás Tanszék Előadó: … · 2014-04-07 · A...
BMEEPAG0203 2014 tavasz
1 Bevezetés az alkalmazott informatikába
BME Építészmérnöki Kar
Építészeti Ábrázolás Tanszék
Előadó: Batta Imre
Digitális fényképezés
BMEEPAG0203 2014 tavasz
2 Bevezetés az alkalmazott informatikába
Hogyan látjuk a színeket?
BMEEPAG0203 2014 tavasz
3 Spektrális teljesítmény-eloszlás
700 600 500 400 λ 800 300
Re
latí
v t
elj
esít
mé
ny
Hullámhossz
Egy nevezetes spektrális eloszlás (CIE D65 szabványos
fehér), a napfény, amely a látható tartományban
meghatározott arányban minden hullámhosszon tartalmaz
EM energiát. Ezt az összetételt felületről visszaverődve
színtelen fehérnek (vagy szürkének) érzékeljük.
A világból nyert vizuális információ a fény két paraméterén alapul: különböző
hullámhosszakon sugárzott elektromágneses energia mennyiség (fotonszám).
Fény két jellemzője: (1) teljesítmény-eloszlás, (2) összteljesítmény, intenzitás.
Az emberi szem 360-830 nm hullámhosszúságú EM sugárzást érzékel. E látható
tartomány elnevezése spektrum.
Az összetétel elnevezései: spektrális teljesítmény-eloszlás, spektrális összetétel,
EM színkép.
BMEEPAG0203 2014 tavasz
4 Reflektancia
D65 S(λ)
Re
latí
v ρ
(λ)
0
1
780 λ 380
Minta ρ(λ) ρ(λ)S(λ)
= ×
Re
latí
v L
0
1
780 λ 380
Re
latí
v S
(λ)
ρ(λ
)
0
1
780 λ 380
fényforrás anyag visszaverődés
Az anyagokat azért látjuk különböző színűnek, mert a beeső EM sugárzásból egyes
hullámhosszakat különböző mértékben elnyelnek vagy áteresztenek, illetve
visszavernek. (A további jutó fény spektrális eloszlása módosulhat a megvilágítási
és az áteresztési/visszaverődési (nézési) szögtől, valamint sugárzás közegétől.)
Elnevezések: visszaverődés (reflektancia), visszatükröződés (teljes visszaverődés).
Reflektancia tényező (albedó), denzitás (1/log reflektancia), reflektancia
eloszlás.
Pszichológiai hatás: fényesség (Lightness), relatív világosságérzet, a felület
becsült reflektanciája vagy transzmittanciája.
BMEEPAG0203 2014 tavasz
5 Színérzékelés
Receptorok érzékenységi görbéi
Az emberi szemben négy fényérzékelő idegsejt (fotoreceptor) típus található.
Három csap alakú receptor nappali fényben működik, a pálca alakú pedig sötétben.
A négy receptorban négy különböző maximumhelyre hangolódott fotopigment fajta
(apoprotein + fényelnyelő kromofór molekula) található, melyeknek hullámhossz
érzékenysége átlapolva átfogja a spektrumot.
Abszorpciós maximumhelyek, csapok: ~425, ~530, ~560, pálca: ~500.
700
Hullámhossz (nm)
600 500 400 λ 800
Lo
g re
l. fé
nysű
rű
sé
g (n
m)
1.0 425 500 530 560
Mikrospektro-fotométerrel mért
emberi csap abszorpciók,
Sharpe, 1999.
BMEEPAG0203 2014 tavasz
6 6 Színesség - világosság
Szín = szín + világosság két összetartozó vizuális érzet, válasz a
fény két fizikai tulajdonságára.
Színesség (színezet & telítettség): a
sugárzott teljesítmény relatív hullám-
hosszeloszlásának érzete. A szín az
anyagok, tárgyak állandó tulajdonsága.*
Világosság: a sugárzott
összteljesítmény érzete. A világosság
az anyagok, tárgyak helyzettől függő**
változó tulajdonsága.
Funkcionális szegregáció: a színesség és a világosság
feldolgozása az agykéreg anatómiailag
elkülönült területein történik.
* az állatok életterében, szokásos megvilágítási
körülmények között.
** változó megvilágítás, közeg, árnyék, nézőpont,
távolság stb.
Azonos világosságú
színek
BMEEPAG0203 2014 tavasz
7 7 Színesség - világosság
Funkcionális szegregáció: Positron Emission Tomograph (PET)
képekkel követhető, hogy a többszínű állóképet nézve a V4 agyterület
vérellátása emelkedik (baloldali kép), mozgó pontokat nézve egy másik
terület, a V5 mutat növekvő aktivitást (jobboldali kép). Ha a kettő együtt
hat, a V1 és V2 területek aktívak (középső kép). (Zeki, 1990)
BMEEPAG0203 2014 tavasz
8 8 Színesség - világosság
A formalátás a világosság érzeten alapul:
a szín vadság, a forma értelem.
BMEEPAG0203 2014 tavasz
9 J.C. Maxwell: első színes fénykép, 1861
BMEEPAG0203 2014 tavasz
10 J.C. Maxwell: első színes fénykép, 1861
BMEEPAG0203 2014 tavasz
11 Szergej Mihajlovics Prokudin-Gorszkíj (1863-1944)
http://www.loc.gov/exhibits/empire/making.html
BMEEPAG0203 2014 tavasz
12 J.C. Maxwell: első színes fénykép, 1861
BMEEPAG0203 2014 tavasz
13 J.C. Maxwell: első színes fénykép, 1861
BMEEPAG0203 2014 tavasz
14 Szergej Mihajlovics Prokudin-Gorszkíj (1863-1944)
http://www.loc.gov/exhibits/empire/making.html
BMEEPAG0203 2014 tavasz
15
15
Összeadó színkeverés
CRT képernyő LCD képernyő
Maxwell tárcsa
Összeadás a szemben:
● szuperpozícióval, pl. egymásra
vetítve
● térben, pl. színes tv
● időben, pl. Maxwell tárcsával, plazma
TV (diterálás)
Térben összeadó a színkeverés a retinán, ha
a képpontok látószöge 2 ívperc alá kerül.
BMEEPAG0203 2014 tavasz
16 Digitális kamera
BMEEPAG0203 2014 tavasz
17 Digitális kamera: CCD / CMOS
Digitális kamera, CCD, CMOS
Töltés-csatolt eszköz (Charge-coupled-device, CCD),
George Smith, Willard Boyle, Bell Laboratories, 1969
Első ccd kamera: 1.3 Mp Kodak szenzor Nikon F-3
házban, 1991.
Működési elv:
(1) Fotóelektronos hatás: fény hatására a kristályos
szerkezetű szennyezett félvezető szilíciumban a
sugárzási energiával arányos számú szabad
elektron-lyuk pár keletkezik, amelyeket feszültséggé
alakítva a fény mennyisége mérhető.
(2) Elektron gyűjtés: két oldalt megemelt potenciál
szinttel az elektron-lyuk párok együtt tarthatók
(potenciál kút, regiszter, szilícium kristály
memóriaként).
(3) Kiolvasás: a töltés feszültséggé átalakítása
(Elektron –Volt átalakítás), amely történhet…
léptetéssel: az egymás után csatolt töltéseket
oszlopokban mozgatva, a szomszédos
regisztereken átvezetve. Az E–V átalakító a
sorgyűjtő regiszter után helyezkedik el. A
szenzor és az erősítő különálló egység (CCD
technológia).
közvetlen kiolvasással: az E–V átalakító
pixelenként helyezkedik el. A szenzor és az
erősítő egybeépül (CMOS technológia).
CCD működési elve
E-V
Erősítő
CCD CMOS
Sorregiszter
Erősítő
Klikk
Mikró-lencsék
Szilícium félvezető
Elektróda Szigetelés
BMEEPAG0203 2014 tavasz
18 Digitális kamera: színbontás
A digitális kamera a fényt vörös, zöld és kék (vagy cián, bíbor és sárga)
színszűrőkkel (vagy prizmákkal) három részre bontja.
Foveon X3
Dikromatikus
prizmarendszer
Dikromatikus
bevonat + légrés
Dikromatikus bevonat
BMEEPAG0203 2014 tavasz
19 Digitális kamera: színbontás
Bayer színszűrő elrendezés
A szenzorból kiolvasott értékeket az elektronika
interpolálja (demosaicing), és a világosság és
színkülönbség (színárnyalat & telítettség)
információt elkülönítve kódolja.
A felhasználó által választott képfelbontásnak
megfelelően az interpoláció pixelt generál…
■ minden négy szenzor metszéspontjában,
vagy
■ minden zöld szűrős szenzornál, vagy
■ minden szenzornál, illetve
■ kötésben (pixel binning): (2×2)4, (4×4)4 stb.
Az 1 : 2 : 1 arányú, un. Bayer színszűrő
elrendezés (Bryce E. Bayer, Eastman Kodak,
1976) támogatja ezt a kódolási módot:
■ a világosság információ számítására a
zölddel szűrt eloszlás a legalkalmasabb,
■ zöld a spektrum „közepe”,
■ 3 csatorna négyzetes elrendezésben.
A kapott értékeket az un. feldolgozatlan (raw)
fájlformátum rögzíti. A felhasználó által
választott kimeneti fájlformátum vagy Tiff
(RGB) vagy Jpeg (YCC).
Bayer színszűrő elrendezés:
kompromisszum a felbontás és
a világosság- és színhűség
között..
A világosság nagyobb
felbontást igényel, mert a szem
érzékenyebb a fénysűrűség
változásokra mint a színekére.
BMEEPAG0203 2014 tavasz
20 Digitális kamera: színbontás
400 450 500 550 600 650 700
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Egy CCD kamera mért spektrális érzékenysége
BMEEPAG0203 2014 tavasz
21 Digitális kamera: képhibák
Kromatikus aberráció
Korrigált lencserendszer
Gyártási szenzorhibák (halott pixel stb.)
Szenzor por (tisztítás)
BMEEPAG0203 2014 tavasz
22 Digitális kamera: képhibák
Túlcsordulás (Blooming)
ha az elemi szenzor már nem tud több
elektront tárolni, a többlet átfolyik a
szomszédos pixelekbe.
Sas-csillagköd (Eagle Nebula)
Faulkes teleszkóp
BMEEPAG0203 2014 tavasz
23 Digitális kamera: képhibák
Mintavételi hibák (aliasing)
Helyzeti (interpolációs) színhibák: moaré,
rojtosodás stb.
Foveon CCD
Optikai alul-áteresztő szűrő (kivehető)
Kisebb felbontás
E-szűrök, pl. medián alkalmazása
A/D konverzió (kvantálás)
Nagyobb bit mélység (Bit depth)
Bayer Foveon
Lítium-Niobium kristály mint
anti-alaising szűrő
BMEEPAG0203 2014 tavasz
24 Digitális kamera: képhibák
Zajok
■ Foton zaj
Rövidebb expozíció
■ Sötétzaj (termikus zaj)
Hűtés (Peltier)
Rövidebb expozíció
■ Kiolvasási zajok (Readout noise): Reset
noise (kTC noise), White noise (Johnson
noise), Flicker noise (1/f noise, Pink noise),
Clocking noise, Photo response non-
uniformity (PRNU)
Jobb kamera, CCD technológia
Zajcsökkentés, zajszűrés
■ Kamera: Raw fájl zajszűrés, Slow Shutter
NR (Sony),
■ PhotoShop, Corel, Gimp zajszűrők.
■ Célszoftverek: Noise Ninja, Neat Image NR,
Picture Cooler, Noiseware stb.
BMEEPAG0203 2014 tavasz
25 Bevezetés az alkalmazott informatikába
Fehér egyensúly
BMEEPAG0203 2014 tavasz
26 Fehér egyensúly
Von Kries színadaptáció, 1902: a látás függetleníti magát a fényforrás színétől
(spektrális eloszlásától), és kiegyenlíti annak esetlegesen színtorzító hatását. Paul
Cezanne: Almák, barackok, körték, szőlő (1879-80).
Start
BMEEPAG0203 2014 tavasz
27 Fehér egyensúly
Purves és Lotto, 2002
Start
BMEEPAG0203 2014 tavasz
28 Fehér egyensúly
Az emberi látás adaptálódik a megvilágítás
színösszetételéhez, az anyagok tanult színét
bizonyos határok között kiegyensúlyozatlan
megvilágításban is ugyanolyannak érzékeli. A
képek színeit viszont csak akkor tartjuk
természetesnek, ha az emberek, tárgyak stb.
megvilágítása fehér (napfény) színű.
Az ideális mesterséges fényforrás a napfény
spektrális teljesítmény-eloszlását közelíti. A
gyakorlatban használt fényforrások
hullámhossz összetétele nem egyenletes, a
színük a kékes, zöldes, sárgás, vöröses
irányba tolódik.
A képrögzítő eszközök (pl. filmemulzió, szenzor)
spektrális érzékenységét az adott fényforrás
színösszetételéhez kell igazítani. A korrekció
kiindulópontja a látvány fehér színű felületei,
mivel a fényforrások elszínező hatása a világos
telítetlen színű részleteken a legfeltűnőbb.
A korrekció eredményeképpen a fehér ismét fehér
színű (színtelen) lesz, viszont a telített színek
torzulhatnak.
Látvány fehér
fényben
Látvány sárgás
fényben
Kék színszűrős
korrekció
BMEEPAG0202 CAD és építészinformatika / 2007 őszi félév
29 Fehér egyensúly
A világítástechnikában, fényképészetben, és
elektromos képalkotásban gyakran szükség
van a színeknek egy paraméterrel (és nem
hárommal) történő meghatározására.
A korrelált színhőmérséklet a közel-fehér
fényforrások színének egytényezős
jellemzője.
Eszerint egy fényforrás színe olyan
„hőmérsékletű”, hogy megfelel* (korrelál) a
feketetest sugárzó adott hőmérsékleten
keletkező színéhez.
Pl. a wolframszálas izzólámpa korrelált
színhőmérséklete 2800 K, azaz a színe
hasonlít a 2800 K hőmérsékletű feketetest
sugárzó színéhez.
A fényforrás üzemi- és színhőmérséklete között
tehát nincs közvetlen fizikai összefüggés.
* A megfelelés követelményei: a két színinger
(1) spektrális eloszlása azonos, vagy (2)
nézésre hasonló, ez a metamer egyezés, vagy
(3) CIE színkoordinátáik azonosak.
felhős égbolt 6500
napkorong (tengerszintről mérve) 5600
átlagos napfény, vakú, D50-es színes film 5000
wolfram izzók prof. fotósoknak 3200
60 W-os izzó, napkelte, naplemente 2800
gyertya 1200
Fényforrás Kelvin
erősen felhős égbolt 8000
tiszta kék égbolt 10000
BMEEPAG0203 2014 tavasz
30 Feketetest sugárzó
A fényenergia mennyiségének
meghatározásához olyan referencia fényforrásra
szükséges, amelynek Φ(λ) spektrális
teljesítmény-eloszlása mértékegységül
szolgálhat.
A fénymérés referencia sugárzója az un. teljes
feketetest sugárzó (full blackbody
radiator).
A feketetest sugárzó egy zárt kamra, amelynek
falát hevítve benne EM sugárzás (fény)
keletkezik. A termodinamika törvénye
szerint a zárt kamrában a kibocsátott és
az elnyelt sugárzás elméletileg
egyensúlyban van, ezért a keletkező
különböző hullám-hosszúságú sugárzás
energia eloszlása csak a kamra anyagától
és az anyag hőmérsékletétől függ, a
kamra illetve az anyag alakjától és
méretétől (sugárzó területétől) nem.
A teljes feketetest sugárzó minden
hullámhosszt elnyel és minden
hullámhosszon sugároz. A fényméréshez
választott mértékadó teljesítmény
szabvány szerint 2045 K hőmérsékleten, a
platina halmazállapot-változásánál
(dermedési pontja) 101 325 N/m2 nyomás
alatt keletkezik.
BMEEPAG0203 2014 tavasz
31 Fehér egyensúly
Film, fotográfia
Filmválasztás
Napfény (daylight):
Izzólámpa (tungsten):
Fénycső (fluorescent):
Esetleg színszűrő
Elektronikus / digitális kamera
Kézi beállítás (Custom)
Fénymérés ismert fehér (szürke) felületre
Színhőmérséklet választás
Automatikus beállítás
Szürke világ feltételezi, hogy a képpixelek
átlaga 18%-os (log 0.5) szürke.
Legvilágosabb pixel: a legvilágosabb,
legkevésbé telített színű pixel(ek)ről –
tipikusan csúcsfény – feltételezi, hogy a
megvilágítás színével azonos. (Csak a
dielektrikus (szigetelő) anyagoknál igaz.)
Vaku: a fényforrás színét a kamera ismeri.
Kész beállítások
Izzólámpa (tungsten): 3000 K
Fénycső (fluorescent): 4200 K
Napfény (daylight): 5200 K
Vaku (flash): 5400 K
Felhős (cloudy): 6000 K
Árnyék (shadow): 8000 K
BMEEPAG0203 2014 tavasz
32 2D-3D számítógépes grafika
Árnyalat-visszaadás
BMEEPAG0203 2014 tavasz
33 Árnyalat-visszaadás: világ / látás / kép
Látvány (világ) árnyalatterjedelme: 10-6 – 108cd/m2
N a p p a l i K ö z t e s É j s z a k a i
Csillagfény
1 foton 100 000 000 cd/m2
0 2 4 6 8 -2 - 4 - 6
Holdfény Belsőtér Napfény
pálca
gyenge élesség
nincs színlátás
csapok
jó élesség
jó színlátás
pálca
& csapok
Emberi látórendszer árnyalatterjedelme: 10-6 – 106
egyidejű max. 10 000 : 1
300 cd/m2 Feketeszint 0.5 cd/m2
LCD képernyő árnyalatterjedelme sötétben
max.1000 : 1, 256 lépcső
Fénykép árnyalatterjedelme pl. belső térben
max.100 : 1, 500 lépcső
0.9 % Feketeszint ρ=0.1%
BMEEPAG0203 2014 tavasz
34 Árnyalatterjedelem (dinamika)
Média Dinamika Árnyalatszám
Világ (látvány) 1012 ∞
Látás 1010 ∞
Látás egyidejűleg 104 200
Dia 1000 700
Plazma 1000 256
LCD 400-600 256
CRT 50 – 200 400 – 530
Fénykép 100 465
Ff. nyomat krétázott papíron 100 465
Sz. nyomat krétázott papíron 50 400
Napilap f/h 10 234
Csillagfény
0 2 4 6 8 -2 - 4 - 6
Holdfény Belsőtér Napfény A vizuális rendszerek (érzékelők,
rögzítők, adattovábbítók, megjelenítők)
minőségét jellemző két tulajdonság:
Árnyalatterjedelem
az érzékelhető ill. megjeleníthető
legvilágosabb és legsötétebb
látványelem ill. képelem
fénysűrűségének aránya.
Lmax / Lmin
Az emberi látórendszer 10
nagyságrend fénysűrűség tartományt
képes érzékelni, de nem egyidejűleg.
Az érzékelhető árnyalatterjedelem az
adaptáció következtében dinamikusan
változik (Dynamic Range). Egyidejű
max. 4 nagyságrend.
Árnyalatszám
az árnyalatterjedelmen belül
érzékelhető, megjeleníthető
árnyalatkülönbségek száma.
Természetesen függ az árnyalat
terjedelemétől.
BMEEPAG0203 2014 tavasz
35 Árnyalatterjedelem kihasználása
Árnyalatterjedelem (dinamika) és az árnyalatszám viszonya
a) Teljes dinamika; b) Széles dinamika, sok árnyalat; c) Széles dinamika, kevés
árnyalat; d) Szűk dinamika, sok árnyalat; e) Szűk dinamika, kevés árnyalat; f) Szűk
dinamika, kevés árnyalat.
a) b) c)
d) e) f)
BMEEPAG0203 2014 tavasz
36 Árnyalatterjedelem kihasználása
Georges de LaTour (1592-1652) Krisztus az
ácsműhelyben.
BMEEPAG0203 2014 tavasz
37 Árnyalat-visszaadás a látásban
A látás változó paramétereinek
szemléltetése: Baloldali kép: az adaptálódó szem
látásélességének (acuity) és
színérzékenységének alakulása különböző
erősségű megvilágításnál (napfény,
belsőtér, holdfény, csillagfény).
Jobboldali kép: világosra adaptálódás
folyamatának fázisai. A fénykülönbség 0.1 -
5623 cd/m2. Időtartam 0 – 75 sec.
Jobboldali kép: sötétre adaptálódás
folyamatának fázisai. A fénykülönbség
1412 - 0.1 cd/m2. Időtartam 0 – 75 sec.
Ferwerda, Pattanaik, Shirley, Greenberg: A
Model of Visual Adaptation for Realistic
Image Synthesis,
BMEEPAG0203 2014 tavasz
38 Árnyalat-visszaadás
Lineáris leképzés, alulexponált
Ward Larson, Rushmeier, Piatko: A Visibility Matching Tone Reproduction Operator for High Dynamic Range
Scenes, IEEE Transactions On Visualization And Computer Graphics, 1997.
Lineáris leképzés, túlexponált Átosztott leképzés
Látvány
Árnyalat leképző operátor
Képernyő korlátozott képességekkel
Megfigyelő
Megfigyelő
Vizuális összehasonlítás
Valóság
Megjelenítés
BMEEPAG0203 2014 tavasz
39 Digitális árnyalat-visszaadás
1. Teljes árnyalatterjedelem
digitális rögzítése:
■ Digitális kamerával, különböző expozíciós
időkkel készített fénykép-sorozattal:
▪ auto exposure bracketing (AEB),
▪ spec. szenzor (Fuji Finepix S3 Pro),
▪ spec. fényképezőgép (SpheroCamHDR).
■ „Ideális”, szintetikus kamerával készített,
a többszörös fényvisszaverődést modellező
számítással:
▪ radiosity
▪ monte-carlo raytrace,
▪ particle trace (mental ray).
Valódi vagy szintetikus látvány árnyalat-visszaadása három lépésben:
FujiFilm Super CCD SR II szenzor (Finepix S3 Pro kamera)
BMEEPAG0203 2014 tavasz
40 Árnyalat-visszaadás
2a. HDR kép kiszámítása
■ Egyszerűsített felvétel-keverés (Naive
Exposure Blending): különböző expozíciós
időkkel készült felvételek egyesítése, a sötét
és világos részek kiegyenlítése.
■ HDR kódolás (HDR encoding): a
különböző expozíciós időkkel készült
felvételekből, az expozíciós időkülönbségek
alapján a látvány teljes
árnyalatterjedelmének rekonstruálása.
2b. HDR kép tárolása HDRI
fájlformátumokkal…
.tiff: LogLuv TIFF (WardLarson)
.exr: OpenEXR (Industrial Light & Magic)
.hdr: radiance RGBE (WardLarson)
.???: scRGB (Microsoft/HP)
Valódi vagy szintetikus látvány árnyalat-visszaadása három lépésben:
Digitális támogatás Színmélység Dinamika
12-bit CCD 36 4.096 : 1
14-bit CCD 42 16.384 : 1
16-bit TIFF 48 65.536 : 1
HDRI formátumok 96 végtelen
Miben különböznek a HDRI fájlformátumok?
A HDR értékek kifejezhetők (és átválthatók) a rádió-
és fotometria, ill. színmérés bármely
mértékegységével.
Az értéktartomány lehet nyílt vagy normalizált. Így
alkalmazhatók:
■ normalizált RGB, scRGB, YCC színmodellek;
■ fénysűrűség csatornánként (cd/m²);
■ CIE XYZ színtér.
A HDR fájlformátumok az értékeket lebegőpontos
alakú számokkal, legalább 3×32 bit pontossággal
kódolva tárolják.
BMEEPAG0203 2014 tavasz
41 Árnyalat-visszaadás
3. Árnyalat átosztás
(Tone Mapping) az a művelet, amely a kép
árnyalat értékekeit szélesebb árnyalat
terjedelemről szűkebbre alakítja át.
A cél az, hogy a HDR látványt (érzetet)
korlátozott árnyalatterjedelmű médiák
(nyomat, képernyő stb.) visszaadják,
reprodukálják.
Árnyalat átosztó operátorok:
■ Általános operátorok (Global Operators): a
pixelek árnyalatát általános képi jellemzők
alapján, a térbeli helyzetüktől függetlenül,
hely-invariáns műveletekkel módosítják.
■ Helyi operátorok (Local Operators): az
árnyalat átosztásnál figyelembe veszik a
pixelek szomszédságát. Így azonos pixelek
különböző értékűek lehetnek, attól függően,
hogy a környezetük sötétebb vagy
világosabb.
■ Időfüggő operátorok: a szem sötét vagy
világos adaptáció lefolyását időben
utánozzák.
Valódi vagy szintetikus látvány árnyalat-visszaadása három lépésben:
Local (Fattal)
Global (Reinhard)
BMEEPAG0203 2014 tavasz
42 Árnyalat-visszaadás
Felhasználási területek
HDRI szerkesztők:
■ Digitális HDR fénykép készítés,
■ Fénykép és szintetikus kép egyesítés.
Valósághű képszintézis (rendering):
■ Kép alapú világítás (Image Based Lighting):
HDR panorámakép „valóságos” fénysűrűség
adatainak felhasználása 3D-s modell
valósághű megvilágításához.
■ Expozíció és világosság szabályozás
(Exposure, Brightness Control): többszörös
fényvisszaverődés számítások korlátozott
árnyalatterjedelmű megjelenítéséhez.
Digitális kamerához / szkennerhez:
■ Csatoló program (Raw Conversion Driver):
12-16 bites szenzor adat átalakítása
klasszikus 8 bit-es képfájl formátumokra.
Alkalmazások
HDRI szerkesztők
■ Photomatix, http://www.hdrsoft.com
■ HDRShop, http://gl.ict.usc.edu/HDRShop/
■ Photogenics.HDR, http://www.idruna.com
■ PhotoShop CS2, http://www.adobe.com
■ OpexEXR, http://www.openexr.com
■ Artizen, http://www.supportingcomputers.net/
OpenEXR, IL&M
BMEEPAG0203 2014 tavasz
43 Árnyalat-visszaadás
Fotók: Jacques Joffre, kamera: Canon EOS-1D Mark II
HDR kép készült Photomatix szoftverrel (www.hdrsoft.com)
Luminosity: 0, Strength: 60%, Color saturation: 80%, White clip: 4.2, Black clip: 0.02
Expozíciós idő: 1/750 sec., blende: f/6.7, ISO: 100
Expozíciós idő: 1/180 sec., blende: f/6.7, ISO: 100
Expozíciós idő: 1/45 sec., blende: f/6.7, ISO: 100
BMEEPAG0203 2014 tavasz
44 Árnyalat-visszaadás
Felső sor: az árnyalat-visszaadás alapjául szolgáló fotósorozat (16 db kép).
Alsó sor: árnyalatátosztás (Tone Mapping) három módszerrel: 1. Ward-Larson, 2. Fattal, 3. Durand, Dorsey.
BMEEPAG0203 2014 tavasz
45 Árnyalat-visszaadás
Fénysűrűség változás követéséhez készült
gradiens csökkenés térkép
1/1000-1/4 expozíciós idővel készült felvételek HDR radiancia kép készítéshez
Fattal féle helyi operátor (Belgium House)
BMEEPAG0203 2014 tavasz
46 Árnyalat-visszaadás
Lineáris leképzés
Naiv hisztogram
kiegyenlítés
Hisztogram hangolás
lineáris felső határral
Fátyolosságot adó
megvilágítás Fátyol kiegészítés
Kontraszt- és
színcsökkentés és fátyol
alacsony megvilágításnál
Ward Larson és társai: árnyalat-
visszaadás radiosity és Monte-Carlo
path tracing árnyalással
Naiv hisztogram kiegyenlítés
Lineáris leképzés
BMEEPAG0203 2014 tavasz
47 Árnyalat-visszaadás
Operátorok (gyűjtés):
Linear
Dynamic Max (Artizen)
Exponential
Fattal
Lock05 (Artizen)
Lock06 (Artizen)
Mean Value
Photoreceptor (Artizen)
Reinhard
Schlick
Stockham
100+ Every Filter (Artizen)
Details Enhancer
(Photomatix)
Tone Compressor
(Photomatix)
Dynamic
Global Operator
Exponential
Global Operator
Fattal
Local Operator
Lock06
Local / Global Operator
Photoreceptor
Global Operator
Reinhard
Global Operator
http://www.supportingcomputers.net/Applications/Artizen/Tutorials/ToneMapping.htm
Eredeti Fotóreceptor
Fattal Reinhard
Schlick Stockham
BMEEPAG0203 2014 tavasz
48 48 Digitális fényképezés
1. sz. melléklet
Árnyalat-visszaadás fényképen
BMEEPAG0203 2014 tavasz
49 Árnyalat-visszaadás fényképen
Árnyalat terjedelem mozgatásának fényképészeti
eszközei:
Felvétel
● filmsebesség (filmérzékenység),
● zársebesség (felvétel időtartam),
● rekesznyílás (lencsenyílás),
● különleges eljárások
(egy felvétel nagy és kis érzékenységű negatívra, Heinrich Kühn; két felvétel, az egyik az árnyékra és a középtónusokra, a másik a fényekre exponálva
Sötétkamra
● negatív film (hosszabb előhívási idő előhozza az részleteket az árnyékokban, lefelé növeli az árnyalat terjedelmet),
● pozitív kép (hosszabb nagyítási idő előhozza a részleteket a csúcsfényekben, felfelé növeli az árnyalat terjedelmet),
● pozitív kép helyi alul- vagy felülexponálása (burning-dodging).
A film, fotópapír és az előhívó keménysége-lágysága hozzájárul az árnyalat-terjedelem bővítéséhez, szűkítéséhez és eltolásához.
Filmsebesség (ASA/DIN) 50/18 100/21 200/24 400/27 800/30
Zársebesség (sec) 1 1/2 1/4 1/8 1/16 1/32 (30) 1/64 (60) 1/128 1/256 1/512 1/1024
Rekesznyílás (f/Ø) 32 22.6 16 11.3 8 5.6 4 2.8 2 1.4 1
A szabványos értékek duplázzák vagy megfelezik a film érzékenységét, illetve a filmre eső fénymennyiséget.
Árnyalat-terjedelem mozgatásának fényképészeti
eszközei:
Felvétel
● filmsebesség (filmérzékenység), hátrány: szemcsézettség;
● zársebesség (felvétel időtartam), hátrány: bemozdulás;
● rekesznyílás (lencsenyílás), hátrány: változó mélységélesség;
● semleges fényszűrők, hátrány: színeltolódás;
● különleges eljárások:
egy felvétel nagy és kis érzékenységű negatívra (Heinrich Kühn);
két felvétel, az egyik az árnyékokra és a középtónusokra, a másik a fényekre exponálva (Otto Fielitz).
Sötétkamra
● negatív film (hosszabb előhívási idő előhozza a részleteket az árnyékokban, lefelé növeli az árnyalat terjedelmet),
● pozitív kép (hosszabb nagyítási idő előhozza a részleteket a csúcsfényekben, felfelé növeli az árnyalat terjedelmet),
● pozitív kép helyi alul- vagy túlexponálása (burning-dodging).
A film, fotópapír és az előhívó keménysége-lágysága hozzájárul az árnyalat-terjedelem bővítéséhez, szűkítéséhez és eltolásához.
BMEEPAG0203 2014 tavasz
50 Árnyalat-visszaadás fényképen
Zóna rendszer az optimális filmexpozíció és
előhívás megállapításához kifejlesztett
fényképészeti technika, Ansel Adams amerikai
fényképész találmánya (1941).
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0. zóna: teljes fekete;
1. zóna: majdnem fekete, a teljes feketét
követő első árnyalat;
2. zóna: az anyagszerűség első jele, mély
árnyalatok;
3. zóna: az első felismerhető részletek,
texturák árnyékban;
4. zóna: fehérbőrű arc árnyékos fele,
növényzet, kövek, épületek árnyékban;
5. zóna: középszürke, világos növényzet,
szürke kő, sötét bőrű arc, (log 0.5
visszaverődés, 18%-os sűrűség, Kodak
szürkelap);
6. zóna: fehérbőrű arc és hó árnyéka
napsütésben, világosszürke tárgyak;
7. zóna: világos fehérbőrű arc, texturák
világos része, hó oldalvilágításban;
8. zóna: fehér színű anyagok finom
részletekkel, csúcsfények fehérbőrű
arcon, texturált hó;
9. zóna: részletek nélküli fehér kevés
árnyalattal, hó;
10. zóna: teljes fehér, csillogás és
fényforrások. Ansel Adams: Mission San Xavier del Bac, Tucson,
Arizona, 1968.
BMEEPAG0203 2014 tavasz
51 Árnyalat-visszaadás fényképen
Zóna rendszer átlagos fényképészeti téma,
pl. táj fényvisszaverődés fokozatainak (0 –
100 %) leíró felosztása átlagos (napfény)
megvilágításban.
2 alapú logaritmussal felosztott 11 zóna: minden
zóna duplázza vagy felezi a várható
fénysűrűség mennyiséget.
A középső 5. zóna fényvisszaverődése log 0.5,
18%-os sűrűség. (Ez a Kodak hitelesített
szürke lap visszaverődése.)
A kiválasztott közép zónához kell beállítani az
expozíciót (filmsebesség, zársebesség,
rekesznyílás). A fényképezés érzékenysége 9
zónát fog át.
A Kodak szürke lapra mért fénnyel a
kiválasztott zóna expozíciója kiszámítható.
18% 3%
Film árnyalat-terjedelme
90%
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
BMEEPAG0203 2014 tavasz
52 Árnyalat-visszaadás fényképen
Low Key és High Key fénykép különböző expozíciós zóna választással készült.
Ansel Adams (1902-1984): Oak Tree, Sunset City, California, 1962. Oak Tree, Snowstorm, Yosemite
National Park, 1948.
BMEEPAG0203 2014 tavasz
53 Árnyalat-visszaadás fényképen
Pozitív kép helyi alul- vagy túlexponálása (beégetés-kitakarás, burning-dodging) lokálisan átosztja, átrendezi az árnyalati skálát. Minden papírkép esetében el kell végezni.
Közvetlen nagyítás Beégetés-kitakarás után
BMEEPAG0203 2014 tavasz
54 © Batta Imre, 2014
-1,5
www.epab.bme.hu