Co se děje uvnitř aneb proč fotíme do mozaiky

Vítejte u druhého dílu. Minule jsme si řekli, že focení je hlavně o chytání světla – jako když napouštíte sklenici pod kohoutkem. Dneska se podíváme na to, co se s tím světlem děje, když už jednou nateče do foťáku.

Možná jste si všimli, že když fotíte, tak foťák nejen cvakne, ale ještě chvilku „přemýšlí“ a vy na displeji najednou vidíte hotovou fotku. Co se v tu chvíli děje? Odehrává se tam zajímavá matematika a trocha kouzlení. Pojďme si to ukázat na něčem, co znáte z domova.

1. Proč váš foťák nevidí barvy? (Je jako černobílá televize)

Tohle je možná největší překvapení. Uvnitř foťáku je čip, kterému se říká senzor. Jeho úkol je zaznamenat světlo. Ale on je vlastně takový hloupý dělník – nerozlišuje barvy. Vidí jen to, jestli je světla hodně (světlé), nebo málo (tmavé). Je to jako stará černobílá televize.

„Aha,“ řeknete si, „tak proto jsou někdy fotky divné?“ Přesně tak. Aby foťák vyrobil barevnou fotku, musí trochu podvádět.

Představte si, že na ten černobílý senzor nasadíte brýle. Ale ne normální brýle. Každý bod (pixel) na senzoru dostane malinkatý barevný filtr:

• jeden bod má červený filtr,
• druhý zelený,
• třetí modrý.

Jenže pozor! Když dáte na jeden bod červený filtr, ten bod změří pouze červenou barvu. O zelené a modré v tom místě neví vůbec nic. A vedle je bod se zeleným filtrem, který zase neví nic o červené a modré.

Jak z toho vznikne barevná fotka?

Představte si to jako skládání mozaiky nebo pletení svetru.

Foťák se podívá:

„Tenhle bod je červený. Jeho soused vlevo je zelený a soused nahoře je modrý. Podle nich dopočítám, jakou barvu by asi ten červený bod měl mít ve skutečnosti.“

Tomuhle dopočítávání se říká interpolace barev. Je to chytrý odhad, aby výsledek vypadal přirozeně. A foťák to dělá bleskově pokaždé, když zmáčknete spoušť.

2. Když je tma, začnou „lítat komáři“ aneb Co je to šum?

Vzpomínáte si na ISO z minula? Říkali jsme si, že je to takový „zesilovač rádia“, který pomáhá v šeru, ale přidává prskání.

Tomu prskání se ve fotografii říká šum.

Na fotce vypadá jako jemné barevné zrno nebo komáři poletující ve tmě.

Proč vzniká?

Když fotíte za tmy, na senzor dopadá jen malé množství světla.

Ten „hloupý dělník“ (senzor) si není jistý:

„Je tam fakt tmavě modrá, nebo už černá? A támhle je to bílá, nebo jen šedá?“

Je to jako když se někoho na něco zeptáte a on odpoví:

„No... tak napůl.“

A protože si není jistý, začne hádat. A při hádání dělá chyby.

• jednou řekne, že je bod bílý,
• podruhé zelený,
• vzniknou barevné tečky.

Jak se foťák snaží šum odstranit?

Foťák zapne interní „program na čištění“.

Podívá se na podezřelé místo a řekne si:

„Všude kolem je šedá. Tenhle jeden bílý bod bude chyba. Přemaluju ho na šedou.“

Kde je háček?

Když je odšumování příliš agresivní, začne foťák opravovat i to, co chyba není.

Slije dohromady jemné detaily:

• pleť vypadá jako vosková figurína,
• vlasy jako jedna hmota,
• drobné detaily zmizí.

Tomuto efektu se říká efekt akvarelu – fotografie působí, jako by byla namalovaná vodovými barvami.

3. Proč foťák nevidí to, co vy? (Okno & pokoj)

Určitě se vám to už stalo. Stojíte v místnosti a díváte se z okna ven.

Vidíte modrou oblohu, mraky, koberec, nábytek v pokoji. Prostě všechno zároveň.

Pak vezmete foťák, zmáčknete spoušť a výsledkem je:

• buď krásně prokreslené okno a černý pokoj,
• nebo dobře viditelný pokoj a okno jako bílá plocha bez detailů.

Proč?

Lidské oko je prostě zázrak. Dokáže se přizpůsobit obrovskému rozsahu světla - od jasného slunce po hluboký stín.

Foťák má ale omezenou kapacitu. Říká se tomu dynamický rozsah.

Představte si každý pixel jako kyblík. Do kyblíků padá světlo. Čím více světla, tím více se plní.

Venku u okna je světla obrovské množství. Kyblíky se rychle naplní a přetečou.

Výsledek:

• bílá,
• přepálená místa bez detailů.

Uvnitř pokoje je světla málo. Kyblíky zůstávají téměř prázdné.

Výsledek:

• černá,
• utopené stíny bez detailů.

Jak se foťák rozhoduje?

Musí si vybrat:

• zachovat detaily venku a ztratit je uvnitř,
• nebo zachovat detaily uvnitř a ztratit je venku.

Obojí najednou jeden snímek prostě nezvládne.

Jak to řeší moderní foťáky?

Použijí trik.

Rychle za sebou pořídí několik fotografií:

1. Tmavou – aby zachytily oblohu.
2. Střední.
3. Světlou – aby zachytily detaily ve stínech.

Potom je počítačově spojí do jedné fotografie.

Tomu se říká HDR (High Dynamic Range).

Není to kouzlo. Je to chytrá matematika a skládání více expozic dohromady.

Co si z dnešního povídání odnést?

• Foťák nevidí barvy. Barvy dopočítává podle okolních pixelů. Je to mozaikář i matematik zároveň.
• Šum jsou chyby v datech. Když je málo světla, foťák tápe a vytváří barevné tečky. Když šum příliš opravuje, vzniká umělý vzhled bez detailů.
• Lidské oko vidí víc než foťák. Foťák má omezený dynamický rozsah a nedokáže vždy zachytit detaily ve světlech i stínech zároveň.
• Každá fotografie je do určité míry odhad. To, co vidíte na displeji, není čistá realita, ale výsledek složitých výpočtů a oprav, které foťák provede během zlomku sekundy.