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