Kursdelen Fotografi. Mera info på kursens hemsida! Kompendium: Carlsson, K. Teknisk Fotografi, 6:e upplagan, ca. 150:-

Relevanta dokument
Kursdelen Fotografi. Mera info på kursens hemsida! Kompendium: Carlsson, K. Teknisk Fotografi, 6:e upplagan, ca. 150:-

Photometry is so confusing!!!

Photometry is so confusing!!!

Sensorer i digitalkameror

SK1140, Fotografi för medieteknik, HT14

KTH Tillämpad Fysik. Tentamen i SK1140, Fotografi för medieteknik , 8-13, FB54

Kvalitetsmått: Skärpa

Tentamen i Teknisk Fotografi, SK2380, , 14-18, FB51

Tentamen i Teknisk Fotografi, SK2380, , 9-13, FB52

KTH Tillämpad Fysik. Tentamen i Teknisk Fotografi, SK2380, , 9-13, FB53

Såvida inte annat sägs, motivera alla svar och förklara alla införda beteckningar, gärna genom att rita figurer!

Kursdelen Foto & Bild (ca. 3p)

KTH Tillämpad Fysik. Tentamen i. SK1140, Fotografi för medieteknik. SK2380, Teknisk fotografi , 8-13, FA32

KTH Tillämpad Fysik. Tentamen i Teknisk Fotografi, SK2380, , 9-13, FB51

KTH Tillämpad Fysik. Tentamen i Teknisk Fotografi, SK2380, , 9-13, FB52

KTH Tillämpad Fysik. Tentamen i SK1140, Fotografi för medieteknik , 8-13

KTH Tillämpad Fysik. Tentamen i Teknisk Fotografi, SK2380, , 9-13, FB52

KTH Tillämpad Fysik. Tentamen i Teknisk Fotografi, SK2380, , 9-13, FB51

Exempel på tentamensfrågor i Kursdelen Fotografi och Bild. OBS! Såvida inte annat sägs, motivera alla svar och förklara alla införda beteckningar!

KTH Tillämpad Fysik. Tentamen i Teknisk Fotografi, SK2380, , 9-13, FB52

KTH Tillämpad Fysik. Tentamen i. SK1140, Fotografi för medieteknik , 8-13

Tentamen i kurs DM1574, Medieteknik, gk, , kl. 8-13, sal E Uppgifter i kursdelen Fotografi och bild.

KTH Tillämpad Fysik. Tentamen i SK1140, Fotografi för medieteknik , 9-13, FB52-54

KTH Tillämpad Fysik. Tentamen i. SK1140, Fotografi för medieteknik. SK2380, Teknisk fotografi , 8-13, FB52

KTH Tillämpad Fysik. Tentamen i SK1140, Fotografi för medieteknik , 8-13

Såvida inte annat sägs, motivera alla svar och förklara alla införda beteckningar, gärna genom att rita figurer!

KTH Tillämpad Fysik. Tentamen i Teknisk Fotografi, SK2380, , 9-13, FB53

Grunderna i. Digital kamerateknik. SM3GDT Hans Sodenkamp SK3BG

KTH Tillämpad Fysik. Tentamen i Teknisk Fotografi, SK2380, , 14-18, FB51

Introduktion till begreppet ortsfrekvens

Digitalkamera. Fördelar. Nackdelar. Digital fotografering. Kamerateknik Inställningar. Långsam. Vattenkänslig Behöver batteri Lagring av bilder

Fotografering med digital systemkamera

KTH Tillämpad Fysik. Tentamen i Teknisk Fotografi, SK2380, , 14-19, FB53

Bild- och Videoteknik

KTH Tillämpad Fysik. Tentamen i Teknisk Fotografi, SK2380, , 9-13, FB51

Föreläsning 3: Radiometri och fotometri

Föreläsning 9 10: Bildkvalitet (PSF och MTF)

KTH Teknikvetenskap. Foto-lab 1. Fotografering med ateljékamera. Kurs: SK2380, Teknisk Fotografi

Ljusflöde, källa viktad med ögats känslighetskurva. Mäts i lumen [lm] Ex 60W glödlampa => lm

Projektorobjektiv, MTF, aberrationer i projektorer, skärpedjup, Keystone, Scheimpflugvinkel

Räkneövning i fotografi

Föreläsning 9-10: Bildkvalitet (PSF och MTF)

Hur jag tänker innan jag trycker på knappen? Lasse Alexandersson

Fotografera mera! Carita Holmberg

Arbetsplatsoptometri för optiker

Optik. Läran om ljuset

Rätt exponering. Välkommen till kompromissernas värld. Mätmetoder

Föreläsning 8: Linsdesign

Övning 9 Tenta

About the optics of the eye

Först: Digitalfoto Fackuttryck. Programvredet. Vad betyder allt på programvredet? Kameran (forts).

3 m 80 % av bildhöjden. 4 m 80 % av bildbredden

LJ-Teknik Bildskärpa

Foto och Bild - Lab D

Bild & Videoteknik DM1576

Foto och Bild - Lab B

Biomedicinsk fysik & röntgenfysik Kjell Carlsson. Foto-Lab 2

3 m 80 % av bildhöjden. 4 m 80 % av bildbredden

KTH Teknikvetenskap Fotografi-lab 3

KTH Teknikvetenskap Fotografi-lab 2

Foto och Bild - Lab A

Övning 9 Tenta från Del A. Vägg på avståndet r = 2.0 m och med reflektansen R = 0.9. Lambertspridare.

Vågrörelselära och optik

Datorlaboration Avbildningskvalitet

Lär känna din kamera. Karl Mikaelsson Oscar Carlsson October 27, 2012

Föreläsning 14 och 15: Diffraktion och interferens i gitter, vanliga linser, diffraktiv optik och holografi

KAMERANS TEKNISKA DETALJER

Tentamen i Fotonik , kl

Objektiv. Skillnad i egenskaper mellan objektiv med olika brännvidder (småbild)

Geometrisk optik. Laboration

Lösningarna inlämnas renskrivna vid laborationens början till handledaren

Ljusets böjning & interferens

Dental digital röntgenteknik Vad ska vi tänka på?

Laboration 4, TNGD10 Rörliga medier

Arbetsplatsoptometri för optiker

λ = T 2 g/(2π) 250/6 40 m

Grundläggande om kameran

L A B R A P P O R T 1


Välkomna till. Westerqwarn. den 17 augusti 2018

Några viktiga begrepp och funktioner för kamerakontroll.

En samling exempelfoton SB-900

Övning 3 Fotometri. En källa som sprider ljus diffust kallas Lambertstrålare. Ex. bioduk, snö, papper.

Geometrisk optik. Syfte och mål. Innehåll. Utrustning. Institutionen för Fysik

Föredrag om bildbehandling speciellt för astronomibilder. Del 1

Digital bild & sportfiske. Lektion 1:1/5 Kameran funktioner och hur man exponerar rätt

Bättre ljus i bilderna. Ytterligare inställningar för en digital systemkamera

Ljusets böjning & interferens

Figur 1: Figur 3.12 och 3.18 i Optics. Teckenkonventionen: ljus in från vänster, sträcka i ljusets riktning = positiv

Brusreducering och Skärpning av bilder. Kalle Prorok Okt 2010

Fotografera. Camera obscura (latin; mörkt rum) Camera Obscura

Instuderingsfrågor extra allt

HDR den enkla vägen. Råkonverteraren Det första vi gör i råkonverteraren är att öppna våra tre bilder. av Kristoffer Ingemansson

LABORATION nr 1 Landskapsfoto & kamerastudie

Teckenkonventionen: ljus in från vänster, ljusets riktning = positiv

Övningstal i Avbildningskvalitet för optikerstuderande. Rita figurer och motivera ordentligt!

Vågfysik. Geometrisk optik. Knight Kap 23. Ljus. Newton (~1660): ljus är partiklar ( corpuscles ) ljus (skugga) vs. vattenvågor (diffraktion)

Kurs PM för KTH-CSC. Kursens upplägg Nivå: C Betyg: A F Språk: Svenska Föreläsningar 48h Seminarier 9h Laborationer 28h

Grundläggande om kameran

Transkript:

Kursdelen Fotografi Mera info på kursens hemsida! Kompendium: Carlsson, K. Teknisk Fotografi, 6:e upplagan, 2008. ca. 150:- Laborationsanvisningar: Finns tillgängliga som pdf-filer på kurswebben. Var går labbarna? Var köper vi kompendiet? Jo, i Albanova! Maskin KTHB

Var i Albanova? Till fotolabben i AlbaNova: Kursexp. Fysik (i entréplanet) säljer komp. Öppet 11-13 Gå in genom huvudentrén vid Roslagstullsbacken 21. Gå sedan rakt fram nedför tre trappavsatser. Sväng vänster två gånger, sedan rakt fram så långt man kommer och in genom dörren till höger.

Fotografi, något om kursinnehållet Optisk avbildning Fotografiska objektiv Fotometri Kamerans uppbyggnad och funktion Kvalitetsmått Hands on experience på laborationerna! Laborationsanvisningar: Finns tillgängliga som pdf-filer på kurswebben. Varje student ska inför varje laboration skriva ut ett exemplar av aktuell laborationsanvisning och ta med denna till laborationen. OBS! Laborationerna innehåller läsanvisningar och förberedelseuppgifter som ska vara gjorda innan laborationen påbörjas.

Fotolabbar: Lab. 1: Färgfotografering med digitalkamera: Färgtemperatur, skärpedjup, perspektiv, dpi-tal i utskrifter Lab. 2: Utvärdering av bildkvalitet: Upplösning, MTF Signal/noise ratio, Jämförelse mellan filmbaserad fotografi och digitalfotografi

Kamera Sökare Kamerahus Lins Slutare Sensor: film eller CCD Bländare Film Framkallning CCD Datorbearbetning Kopiering Skrivare Pappersbild Pappersbild

Varför använda olika brännvidder? Jo, man får olika avbildningsskala. Inte bara avbildningsskalan påverkas av f utan även djupintrycket, dvs perspektivet.

Perspektiv Fotograferingssituationen: Objektiv ff Filmplan β α α β h 1 h 2 Betraktningssituationen: Öga h 2 α β h 1 ff Framkallad film

Korrekt betraktningsavstånd = M x f Förstoring sensor - slutbild Objektivbrännvidd För stort avst. = Överdrivet djup För kort avst. = Underdrivet djup Blanda inte ihop perspektiv och skärpedjup! Stort skärpedjup: Både förgrund och bakgrund skarp samtidigt. Litet skärpedjup: Bara motivdelar inom ett litet avståndsintervall är skarpa.

Bländaröppningens storlek påverkar skärpedjupet Inställt avstånd Max. oskärpecirkel Objektiv med bländare Flyttas rel. sensorn vid fokusering Film (sensor) plan Inställt avstånd Max. oskärpecirkel Fjärrgräns Närgräns Objektiv Film (sensor) plan Skärpedjup

Photometry is so confusing!!! footlambert cd lux lumen stilb phot footcandle nit apostilb Don t Panic! There is The Hitchhiker s Guide to Radiometry & Photometry

Begreppet rymdvinkel Sfärisk yta Godtyckligt föremål som svävar i rymden (t.ex. en potatis) R P Ω Randstrålar från föremålet skär igenom sfäriska ytan, varvid en area A (streckade ytan) avgränsas på sfärens yta. Den rymdvinkel, Ω, under vilken vi från punkten P ser föremålet definieras genom A formeln Ω =. 2 R Största möjliga rymdvinkel är 4π. Enhet: steradian (sr).

Några grundbegrepp P Ω A Illustration av begreppet radians ( utstrålning ). Radiansen kan skrivas som: Sort: Watt per m 2 och steradian. Om vi låter storleken på yt- och rymdvinkel- elementen gå mot noll får vi:

Utstrålningens riktningsberoende ges av för diffus källa (= matt yta, t.ex. svartkroppsstrålare). För att ta hänsyn till detta definieras radiansen enl. formeln: För en svartkroppsstrålare beror R bara på temperaturen:

Exempel: Hur stor strålningseffekt i watt sänder Vänerns yta ut mot månen en ljummen sommarnatt med 20 grader i vattnet? Månen står 45 grader över horisonten. Måne υ = 45 o P =? A = 5648 km 2 5 Ω = 6.6 10 sr

P A Irradians handlar om instrålning (summerat över alla riktningar) Sort: Watt per m 2

Fotometri = Mätning av ljus (ljus = det vi ser med ögonen) Steg 1: Omvandla effekt (Watt) till ljusflöde med hjälp av ögats spektrala känslighetskurva. R(λ) K(λ) X λ (nm) λ (nm) 400 500 600 700 400 500 600 700 Spektralfördelning av strålningsflöde Ögats känslighet Ljusflöde, Enhet Lumen (lm)

Steg 2: Byt ut effekt, P, mot ljusflöde, Φ, i alla radiometriska storheter vi får motsvarande fotometriska storheter. Strålningsflöde (W) Ljusflöde (lm) P Φ Radians (W m -2 sr -1 ) Luminans (lm m -2 sr -1 )

Irradians (W m -2 ) Belysning (lm m -2 = lux) Exempel: En 60 W glödlampa har ljusflödet 710 lumen, och strålar isotropt i alla riktningar. Den hänger 2.0 meter över ett golv. Hur hög är belysningen på golvet rakt under lampan? R = 2.0 m Golv Lägg en sfärisk yta med radie 2.0 m runt lampan. Belysningen på sfäriska ytan blir lux

Formelblad: Radiometriska och fotometriska storheter (Hjälpmedel på tentamen) Begreppet rymdvinkel Sfärisk yta Godtyckligt föremål som svävar i rymden (t.ex. en potatis) R P Ω Randstrålar från föremålet skär igenom sfäriska ytan, varvid en area A (streckade ytan) avgränsas på sfärens yta. Den rymdvinkel, Ω, under vilken vi från punkten P ser föremålet definieras genom A formeln Ω =. Största möjliga rymdvinkel är 4π. Enhet: steradian (sr). 2 R Radiometri Utstrålning: Radians, 2 d P R = dadωcosϑ W m sr 2. För svartkroppsstrålare är R = 8 4 1.80 10 T, där T = temperaturen i Kelvin. Instrålning: Irradians, dp I = da W 2 m Vänd!

Fotometri Handlar om hur starkt ögat uppfattar strålningen (t.ex. så uppfattar vi synligt ljus, men inte ultraviolett, röntgen och infrarött). Därför omvandlas strålningseffekten med hjälp av ögats spektrala känslighetskurva. Istället för strålningseffekt, får vi då en storhet som kallas ljusflöde, Φ, och som har sorten lumen (förkortas lm). Utstrålning: Luminans, 2 d Φ L = dadωcosϑ lm m sr 2. För en svartkroppsstrålare beror L bara på temperaturen. För en perfekt matt reflekterande yta beror L på reflektionsförmågan och hur kraftigt den belyses. Instrålning: Belysning, dφ E = da lm 2 m = lux

IRIS-bländare Metall-lameller Öppning som släpper in ljus. Diametern kan varieras.

Centralslutare Används framförallt i kameror som ej har utbytbar optik. Sitter inbyggd i objektivet. Metall-lameller Tidsaxel Öppningsförlopp Lamellerna är utformade så att bländaröppningens storlek så lite som möjligt ska påverka effektiva exponeringstiden.

Ridåslutare Används framförallt i kameror som har utbytbar optik, typ spegelreflexkameror. Pentaprisma Bländare Mattskiva med fältlins Objektiv Rörlig spegel Ridåslutare Sensor PENTAX PENTAX PENTAX Ridå 1 1 2 Stängd Kort slutartid Lång slutartid Kamerahus sett framifrån Hela filmrutan exponeras ej samtidigt distorsion vid snabbt rörligt motiv. Blixtfotografering kräver ofta lite längre slutartider.

Digital camera Circuit board Memory card Sensor

Vad menas med korrekt exponering? Pixelvärde Exponering Användbart exponeringsområde Underexponering. Mörka partier försvinner i bakgrundsbruset. Överexponering. Högdagrar blir urfrätta

Hur få korrekt exponering? Många exponeringsmätare kan ställas om mellan olika viktningsfunktioner, t.ex. Spot-mätmätning Centrum-vägning Multi-pattern Välj utgående från vad som är viktigt i motivet Generella tips ang. exponering. Vad händer om man följer exp. mätarens råd? Motiv Medelljust (betongvägg) Ljust (snölandskap) Mörkt (svart panter) Bildresultat Korrekt ljushet För mörkt För ljust

Exponeringsmoder Aperture priority : Fotografen ställer in bländaren, kameran väljer lämplig tid. Bra för: Kontroll av skärpedjup. Shutter priority : Fotografen ställer in slutartid, kameran väljer lämplig bländaröppning. Bra för: Kontroll av rörelseoskärpa. Fully automatic : Kameran väljer allt fotografen har ingen kontroll. Bra för: Enkla standardbilder. Manual : Fotografen ställer in allt själv. Bra för: Fullständig kontroll av allt!

Histogram Utmärkt exponeringshjälpmedel i digitalkameror!! Korrekt Överexp. Underexp.

Bildkvalitet (teknisk, inte konstnärlig) Skärpa Brus Dynamik Skärpa Optiken (avbildningsfel, diffraktion) Sensorn (pixelarea, laddningsdiffusion)

Ex. på optiska avbildningsfel (mer utförligt i kompendiet): Sfärisk aberration Kromatisk aberration Astigmatism Bildfältskrökning Koma Distorsion Avbildningsfelen yttrar sig i Oskärpa Geometrisk förvrängning Färgade kanter (t.ex. svart/vit övergång kan få regnbågens färger). De flesta felen minskar ju mindre bländaröppning man använder (högre bländartal) MEN: Diffraktionen ökar ju mindre bländaröppning man har

Aberrationer (exempel) Sfärisk: Kromatisk: Röd Vitt ljus Grön Blå Bildfältskrökning:

Diffraktion Intensitet R = radiellt avstånd till första minimat 2R

Upplösningstest med streckmönster M O T I V 1 linjepar B I L D Upplösningsgränsen anges som linjepar/mm i sensorplanet (oftast)

MTF (Modulation Transfer Function) Fördelar: Objektiv, ger mycket information Nackdelar: Komplicerad, dyr Idé: Avbilda streckmönster med olika tätheter, och mät hur mycket lägre kontrasten är i bilden jämfört med motivet.

MTF (Modulation Transfer Function) Linjemönster i motivet Luminansprofil Linjemönster i bilden Belysningsprofil MTF-kurva

s 0 Ortsfrekvens = linjetäthet = Enhet m -1 (el. mm -1 )

Luminans i motivet Max Min Koordinat i motivet Modulationsgrad, M = Max Max + Min Min Belysning i sensorplanet Max Min Koordinat i sensorplanet M bild < M motiv (kontrastförlust) MTF-värde = M bild /M motiv

MTF-kurva visar hur kontrastförsämringen varierar med mönstertätheten. 1 MTF-värde MTF(ν 1 ) Gränsfrekvens MTF(ν 2 ) 0 0 ν 1 ν 2 ν 3 ν (ortsfrekvens i sensorplanet) Motiv Bild M bild = M 1 x MTF(ν 1 ) ν 1 M = M 1 M bild = M 2 x MTF(ν 2 ) ν 2 M = M 2 M bild = M 3 x MTF(ν 3 ) = 0 ν 3 M = M 3

MTF optik MTF Idealt 1 Diffraktionsbegränsat objektiv (utan avbildningsfel) Verkligt objektiv Ortsfrekvens 1 Gränsfrekvens = λf Våglängd Bländartal Vid F = 8 är gränsfrekv. 200 mm -1.

Mätning av MTF för digitalkameror. Fotografering av kant + datorbearbetning. a) b) Luminans Pixelvärde c) d) psf = Derivata av d) MTF = Fouriertransf. av psf e) f)

Sharpening = Problem vid MTF-mätningar x Bild av svart/vit kant Pixelprofil i x-riktning

MTF Sharpening = Nonsens-MTF MTF ska bara visa kamerans hårdvaruprestanda, och inte inbegripa pixel-pushing.

Fotometriskt kvalitetsmått: Signal/brus förhållande. SNR = Signal-to- Noise Ratio. Välj ut ett område med jämn gråton. Mät medelvärde och standardavvikelse. (Lab. 2)

Images with different signal-to-noise ratios 50 20 10 5 2 1

Dynamisk vidd, DR = Dynamic Range. Anger hur stort kontrastomfång hos motivet vi klarar av. En bra kamera har DR > 3000 Förhållandet mellan högsta och lägsta motivluminans

Hög dynamisk vidd Låg dynamisk vidd

Sensortyper i digitalkameror CCD (Charge Coupled Device) CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) CMOS: Låg strömförbrukning Låg tillverkningskostnad Sensor + kringelektronik på samma chip Lämplig för höghastighetsfoto CCD: Högre bildkvalitet Eller, så var det!? Utvecklingen har gjort prestanda mer likvärdiga

Typiska sensorstorlekar Kompaktkamera: 5 mm x 7 mm (7-12 Mpixel) Pixelstorlek ca. 2 μm x 2 μm Spegelreflexkamera: 16 mm x 24 mm (10-12 Mpixel) eller 24 mm x 36 mm (10-24 Mpixel) Pixelstorlek från ca. 5 μm x 5 μm upp till 9 μm x 9 μm Antal Mpixlar inte bra kvalitetsmått Sensorstorlek bra kvalitetsmått!

CCD Pixel = Photogate Depletion volume p-doped silicon Photon + - + E Thin film electrode (semi-transparent) Silicon dioxide (insulator) No E-field outside depletion volume. Electron/holes formed here recombine 0 + 0 0 + 0 Electrodes Cross section thru CCD SiO 2 p-doped silicon Pixel 1 Pixel 2

After exposure 0 + 0 - - - - - - - Total charge is a measure of exposure Charge transfer 0 + + - - - - - - - 0 0 + - - - - - --

CCD (Charge Coupled Device) Charge is moved between pixels Read-out register (Covered pixels) To ADC (Analog-to- Digital Converter) Charge transfer efficiency, typ. 0.999995

Olika typer av CCD Full frame Frame transfer Interline transfer Buffertmatris Buffertkolumn Utläsningsregister Används i digitalkameror och videokameror. Exponering och datautläsning kan ske parallellt Används mest i vetenskaplig utrustning

Gammakorrektion Pixelvärde Med gammakorrektion (JPEG, TIFF) Utan gammakorrektion (RAW) Exponering Gammakorrektionen gör att vi klarar oss med färre bitar i den digitala signalen (t.ex. 8 bitar istället för 12)

Spectral sensitivity Sensitivity 400 600 800 1000 λ (nm) B G R IR (removed by filter) Typical quantum efficiency: 20 50 % (Film approx. 1 %!!)

Active pixel in CMOS sensor Photons Incoming photons create charge Charge is transformed into voltage locally in each pixel External commands decide which pixel values that are read out

CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) Individuellt adresserbara pixlar. Full flexibilitet ang. vilka pixlar som läses ut. Row select register (choice: n) n Aktiva pixlar. Laddning omvandlas till spänning som läses ut m Column select register (choice: m) Output = pixel value (m,n) Snabbare än CCD. Används ofta i höghastighetsvideo.

Great flexibility due to CMOS sensor

RGB Bayer pattern in digital camera Each pixel only detects one primary color. The other two primaries are obtained through interpolation RGB response (arbitrary units) 400 500 600 700 Wavelength (nm)

3 st. CCD matriser R G B g b Ljus från motivet r Objektiv r+g+b g+b Dikroiska stråldelare Färgkamera med 3 CCD matriser (används mest i videokameror)

Effekter av färginterpolation Avbildning av sned svartvit kant Med färginterpolation Utan färginterpolation

The End