Masarykova univerzita Fakulta informatiky
Korekce perspektivy fotografií Bakal{řsk{ pr{ce
Marek Podešva 2011
Prohl{šení Prohlašuji, že tato pr{ce je mým původním autorským dílem, které jsem vypracoval samostatně. Všechny zdroje, prameny a literaturu, které jsem při vypracov{ní používal nebo z nich čerpal, v pr{ci ř{dně cituji s uvedením úplného odkazu na příslušný zdroj.
Vedoucí pr{ce: Mgr. Jiří Víšek
ii
Poděkov{ní Tímto bych chtěl poděkovat svému vedoucímu Mgr. Jiřímu Víškovi a d{le také prof. Ivu Serbovi za věnovaný čas a poskytnutí cenných rad v průběhu pr{ce.
iii
Shrnutí Pr{ce popisuje korekci perspektivy fotografií pořízených rybím okem a srovn{v{ softwarové n{stroje, které jsou k tomuto účelu k dispozici.
Klíčov{ slova fotografie, perspektiva, korekce perspektivy, objektiv, rybí oko, teleobjektiv, Adobe Photoshop, Corel Paint Shop Pro, PTLens
iv
Obsah 1
Úvod............................................................................................................................................ 2 1.1
Používané pojmy ............................................................................................................. 2
2
Lidské oko .................................................................................................................................. 3
3
Perspektiva ................................................................................................................................. 4 3.1
4
Historie perspektivy........................................................................................................ 4 3.1.1
Starověk a antika.................................................................................................... 4
3.1.2
Středověk, gotika ................................................................................................... 5
3.1.3
Renesance ................................................................................................................ 6
3.2
Line{rní perspektiva ....................................................................................................... 8
3.3
Rybí oko ............................................................................................................................ 9
Technické vybavení................................................................................................................. 11 4.1
Fotoapar{t ....................................................................................................................... 11
4.2
Objektiv ........................................................................................................................... 11 4.2.1
4.3 5
Z{bleskov{ světla .......................................................................................................... 12
Fotografov{ní ........................................................................................................................... 13 5.1
5.2 6
Použité objektivy ................................................................................................. 12
Světlo ............................................................................................................................... 13 5.1.1
Svítivost, světelný tok, osvětlení ....................................................................... 13
5.1.2
Jas ........................................................................................................................... 14
5.1.3
Barva, barevn{ teplota ........................................................................................ 14
5.1.4
Kontrast ................................................................................................................. 14
Vlastní fotografov{ní .................................................................................................... 15
Úprava fotografií ..................................................................................................................... 17 6.1
Úpravy obrazu ............................................................................................................... 17
6.2
Software .......................................................................................................................... 19 6.2.1
Adobe Photoshop CS4 ........................................................................................ 19
6.2.2
Corel Paint Shop Pro Photo X2 .......................................................................... 20
6.2.3
PTLens ................................................................................................................... 21
6.3
Transformace na perspektivu rybího oka .................................................................. 22
6.4
Srovn{ní .......................................................................................................................... 22
7
Z{věr ......................................................................................................................................... 24
8
Literatura .................................................................................................................................. 25
1
Kapitola 1
Úvod Fotografie je již neodmyslitelnou souč{stí dnešní doby, avšak ne vždy jsou podmínky pro její pořízení ide{lní – v některých případech není možné použít objektiv s vhodnou ohniskovou vzd{leností z důvodu nedostatku prostoru. Jednou z možností je využití rybího oka, objektivu se širokým úhlem z{běru, který je však typický svým zkreslením perspektivy. Tato pr{ce se zabýv{ popisem korekce perspektivy u fotografií pořízených pr{vě rybím okem a srovn{ním upravených snímků se snímky pořízenými jiným objektivem.
1.1
Používané pojmy
EXIF – zkratka (z angl. Exchangeable image file format) označující způsob ukl{d{ní dodatečných informací přímo do digit{lní fotografie (např. údaje o použitém fotoapar{tu a expozici).
Histogram (jasový histogram) – grafické vyj{dření zastoupení jasů v obraze. V levé č{sti histogramu jsou tmavé tóny, v pravé č{sti světlé tóny.
ISO – citlivost fotografického materi{lu nebo snímače na světlo, ud{van{ podle normy ISO 5800. Větší hodnota ud{v{ větší citlivost na světlo. Sousední hodnoty představují dvojn{sobnou resp. poloviční citlivost.
Plug-in – z{suvný modul; program, který slouží jako doplněk jiné aplikace.
Softbox – fotografické zařízení, které slouží k rozptýlení a z{roveň ke změkčení světla ve scéně.
2
Kapitola 2
Lidské oko Oko je org{n citlivý na světlo, umožňuje n{m vidění. Zrak je pro člověka asi nejdůležitější smysl, pomocí zraku vním{me přibližně 80 % informací z okolního světa. Rohovka – je průhledn{ čočka, nach{zí se v přední č{sti oka a kryje duhovku. Je velmi citliv{, její podr{ždění způsobuje slzení a sevření očních víček. Rohovka je z{roveň nejsilnější čočkou lidského oka, její optick{ mohutnost je asi 43 dioptrií. Duhovka – slouží jako clona. Obsahuje pigment, který určuje barvu oka. Otvor uprostřed duhovky se nazýv{ zornice. Zužov{ním a rozšiřov{ním zornice se reguluje množství světla, které do oka přich{zí – při nedostatku světla se zornice rozšíří, při jeho nadbytku se naopak zúží. Čočka – průhledný org{n oka, hlavní funkcí čočky je zaostřov{ní. To se děje tak, že oční svaly čočku deformují a tím mění její optickou mohutnost. Sítnice – bl{na na vnitřní straně oka, obsahuje tyčinky a čípky. Tyčinky jsou buňky citlivé na světlo, umožňují vním{ní kontrastu. Pomocí čípků pak rozezn{v{me barvy. V oku existují tři druhy čípků pro vním{ní zelené, modré resp. červené barvy. Jejich největší koncentrace je ve žluté skvrně a je to tedy místo nejostřejšího vidění. Žlut{ skvrna ale neobsahuje ž{dné tyčinky. Přesto celkový počet tyčinek značně převyšuje celkový počet čípků. Sklivec – čir{ rosolovit{ hmota vyplňující vnitřní prostor oka [1], [2].
Obr{zek 2.1: oko [1]
3
Kapitola 3
Perspektiva Z fotografického hlediska je perspektiva způsob, jakým vním{me prostor. Vzd{lené předměty se n{m jeví jako menší, blízké předměty jsou naopak větší. Z toho důvodu nejsme schopni na větší vzd{lenost přesně určit velikost předmětu, pokud jej nem{me s čím srovnat. Perspektiva také způsobuje sbíh{ní linií – u rovnoběžek m{me pocit, jako kdyby se v d{lce protínaly. Bod, ve kterém se tyto rovnoběžky zd{nlivě protínají, nazýv{me úběžník.
3.1
Historie perspektivy
3.1.1
Starověk a antika
S prvními n{znaky perspektivy se můžeme setkat již ve starověkém Egyptě. Egyptské malby však nezobrazovaly skutečný svět, ale řídily se určitými n{boženskými konvencemi – hlava, ruce a nohy byly zobrazov{ny z profilu, zatímco ramena, trup a oko zepředu [3]. Stejně tak velikost postav neodpovídala vzd{lenosti od pozorovatele, ale vyjadřovala důležitost a společenské postavení. Jedn{ se tedy spíše o významovou perspektivu.
Obr{zek 3.1: Huneferův papyrus, jeden z exempl{řů Egyptské knihy mrtvých [4]
4
O malířství v antickém Řecku se ví m{lo, ale podle řecké keramiky z 9. a 8. století př. n. l. se usuzuje, že první významní malíři přišli z Egypta. První snahy o vytvoření systému perspektivy je možně pozorovat kolem 5. století př. n. l. Za zmínku také stojí Euklides a jeho dílo Optika, ve kterém představuje matematické z{klady perspektivy. O vývoji římského malířství víme díky Pompejím, kde se dochovala především vnitřní výzdoba domů. Na pompejských fresk{ch je možné sledovat jednoúběžníkovou perspektivu. Za nejdokonalejší malbu z hlediska perspektivy lze považovat Aldobrandinskou svatbu, což je freska, kter{ zřejmě zobrazuje svatbu Alexandra Velikého.
Obr{zek 3.2: Aldobrandinsk{ svatba [5]
3.1.2
Středověk, gotika
Další vývoj ovlivnil p{d Římské říše, kdy zmizelo vše, co bylo objeveno. Znamenalo to krok zpět, protože umění bylo spout{no n{boženskými předpisy. Přestože si umělci byli vědomi obecné z{sady, že věci mění svou velikost v z{vislosti na vzd{lenosti, zobrazení prostoru bylo velkým problémem. V tomto období je běžné spojení dvou zobrazovacích metod, které přetrv{v{ až do gotiky. Gotika vznikla ve 12. století ve Francii, odkud se rozšířila do Evropy. Doch{zí k zesvětštění umění a začínají se objevovat portréty a malby krajiny. Zlaté pozadí na obrazech, které bylo do té doby typické, je postupně nahrazov{no krajinou. Umění se daří i v českých zemích, zn{mý je Mistr vyšebrodského olt{ře, který vytvořil mnoho deskových obrazů. Je u něj patrn{ snaha o realistické vyj{dření prostoru. Cestu k renesanci otevřel italský malíř Giotto, který dal umění jiný směr. Snažil se zobrazovat postavy a věci se skutečnou hloubkou, přesto se však dopouštěl chyb, kdy například vytv{ří několik perspektiv v jednom obraze.
5
Obr{zek 3.3: Mistr vyšebrodského olt{ře –
Obr{zek 3.4: Giotto – Legenda o
Narození p{ně [6]
sv. Františkovi [7]
3.1.3
Renesance
V období renesance zažív{ umění i věda bouřlivý rozvoj, jedn{ se o období duchovní vzpoury, kdy se klade důraz na lidský rozum a pozn{ní. Renesance se vrací zpět do antiky a mnoho z ní přebír{. Umění dost{v{ vědecký z{klad, spousta umělců se zabývala i anatomií a optikou a ve svých dílech se řídili poznatky o perspektivě. Důležitou roli hraje také zkušenost, projevuje se snaha pozn{vat svět pr{vě na z{kladě zkušenosti. Ještě před příchodem renesance do Evropy položil z{klady optiky Alhazen, arabský vědec zabývající se astronomií, optikou a matematikou [8]. Ve svém díle Velk{ optika se snaží se vysvětlit vním{ní okolního světa a popisuje fyzik{lní vlastnosti světla. Při svých experimentech s čočkami a zrcadly se zabýval lomem a odrazem světelných paprsků. Jeho dílo bylo později přeloženo do latiny a ovlivnilo mnohé další umělce a vědce. Za zmínku jistě stojí italský sochař a architekt Filippo Brunellesci, který m{ z{sluhu na objevení tzv. „průsečné metody“, kter{ byla hojně použív{na mezi malíři a ostatními umělci [3]. Tuto metodu popsal ve svém díle Tři knihy o malířství italský učenec Leon Battista Alberti. Poznatky o perspektivě využíval ve svých dílech i florentský malíř Masaccio, který je považov{n za zakladatele renesančního malířství [9]. Problémy perspektivy a kompozice byl přímo posedlý Paolo di Dono, italský malíř zn{mý spíš pod jménem Uccello [3]. Zabýval se perspektivními studiemi různých předmětů a prstencových tvarů. Obrazů namaloval jen m{lo, využív{ v nich však své znalosti o perspektivě. 6
Obr{zek 3.5: Masaccio – Svat{ Trojice [10]
Obr{zek 3.6: Uccello – rys kalichovité n{doby [8]
Mezi nejvýznamnější umělce renesance patří Leonardo da Vinci, který se perspektivou zabýval nejen z hlediska geometrie, ale i optiky. V díle Pojedn{ní o malířství dělí perspektivu na tři č{sti – první vyjadřuje změnu velikosti těles se vzd{leností, druh{ mluví o změně barev a třetí se zabýv{ rozptylem obrysu. Spojením těchto tří č{stí podle něj vznik{ tzv. malířsk{ perspektiva.
Obr{zek 3.7: Leonardo da Vinci – Poslední večeře P{ně [11]
7
3.2
Line{rní perspektiva
Line{rní perspektiva je středové promít{ní, které se podob{ vidění lidského oka. Je také geometrickým z{kladem norm{lních fotografií [12], většina běžných objektivů se velmi blíží line{rní perspektivě. Jedn{ se o promít{ní ze středu S (střed objektivu, oko perspektivy) na průmětnu π (rovina snímku). Obrazem bodu B je bod Bʹ, který je průsečíkem přímky BS a roviny π (viz Obr{zek 3.8). Kuželov{ plocha K je zorn{ plocha, její osa o proch{zí hlavním bodem perspektivy H, který leží na horizontu. Vrcholový úhel zorné plochy je η = 50°, vzd{lenost SH (ohniskov{ vzd{lenost f) se nazýv{ distance.
Obr{zek 3.8: line{rní perspektiva [12]
Mapovací funkce pro line{rní perspektivu je n{sledující: (3.1) Kde r označuje vzd{lenost od středu senzoru nebo filmového políčka, f je ohniskov{ vzd{lenost a θ úhel mezi paprskem a optickou osou (viz Obr{zek 3.9).
8
Obr{zek 3.9: vlevo line{rní perspektiva, vpravo perspektiva rybího oka [13]
3.3
Rybí oko
Objektivy typu rybí oko se liší od ostatních objektivů tím, že dok{žou zobrazit mnohem větší č{st prostoru. Z toho důvodu se také liší jejich zobrazení perspektivy. Toto zobrazení je možné popsat ve dvou krocích. V prvním kroku se jedn{ o projekci na polokulovou plochu o poloměru ohniskové vzd{lenosti f, ve druhém kroku doch{zí k projekci na rovinu filmového políčka resp. senzoru fotoapar{tu [12]. Druh{ projekce z{visí na optickém systému objektivu, z toho důvodu neexistuje ž{dn{ univerz{lní projekce typu „rybí oko“. U rybího oka se vyskytují tyto projekce [13], [14]: Ekvidistantní (Equidistant) projekce Tato projekce zachov{v{ vzd{lenosti, proto nach{zí uplatnění v oblastech, kde je nutné měřit vzd{lenosti. (3.2) Stejnoploch{ (Equal area, Equisolid-angle) projekce Plošný obsah se tímto zobrazením nemění, odtud poch{zí jeho n{zev. Doch{zí ale k silnému zkreslení úhlů. Využív{ se v oblastech, ve kterých je potřeba porovn{vat obsah objektů, například porovn{ní mraků v meteorologii. Zobrazovací rovnice je: (3.3)
9
Z{roveň se jedn{ o nejčastější typ projekce moderních objektivů. Tento typ projekce také odpovíd{ objektivu, který byl použitý pro pořízení fotografií v této pr{ci. Z předchozí rovnice je možné vyj{dřit úhel z{běru: (3.4) Pokud do rovnice dosadíme za r hodnotu 11,8 mm (polovina šířky senzoru použitého fotoapar{tu) a za f použité ohnisko (10,5 mm), vyjde n{m horizont{lní úhel z{běru . Ortografick{ projekce Ortografick{ projekce se použív{ v astronomii pro mapy planet a v kartografii, je typick{ silným zkreslením na okrajích obrazu. (3.5) Stereografick{ projekce Tato projekce zachov{v{ velikost úhlů, díky tomu nemění tvary zobrazovaných předmětů. Nach{zí uplatnění v kartografii, protože pr{vě díky zachov{ní úhlů jsou takové mapy vhodné k navigaci. D{le se použív{ v astronomii nebo krystalografii. Stereografick{ projekce by byla ide{lní pro fotografii, protože zkreslení na okrajích snímku je menší než u jiných typů projekce, avšak výroba takové čočky je velice n{kladn{. (3.6)
10
Kapitola 4
Technické vybavení 4.1
Fotoapar{t
V průběhu pořizov{ní fotografií pro tuto pr{ci jsem používal fotoapar{t Nikon D200. Jedn{ se o jednookou digit{lní zrcadlovku s rozlišením 10,2 Mpx, velikostí senzoru 15,8×23,6 mm (3 872×2 592 px) a poměrem stran 2:3. Souč{stí je optický hled{ček a 2,5palcový displej. Lze využít celkem 11 ostřících bodů. ISO citlivost může nabývat hodnot 100–1600 s krokem 1/3, 1/2 nebo 1 EV, rychlost z{věrky se pohybuje v rozsahu 30 až 1/8000 s. Tělo je vyrobeno z magnéziové slitiny pro maxim{lní odolnost. Fotoapar{t je určen pro poloprofesion{lní fotografy.
4.2
Objektiv
Důležitou souč{stí fotoapar{tu je objektiv. Jedn{ se o soustavu čoček, které vytv{řejí obraz na senzoru nebo filmovém políčku fotografického přístroje. Podstatnou vlastností objektivů je jejich ohniskov{ vzd{lenost – jedn{ se o vzd{lenost objektivu od roviny snímače. Poměr velikosti snímače a ohniskové vzd{lenosti pak určuje zorný úhel. Na z{kladě ohniskové vzd{lenosti je možné objektivy rozdělit do několika skupin [15].
Objektivy typu rybí oko – jedn{ se o objektivy s velkým úhlem z{běru, který dosahuje až 180°. Tyto objektivy se dají d{le rozdělit na cirkul{rní a diagon{lní rybí oko. U cirkul{rního rybího oka je na senzor promít{n kruh a zbytek snímku tvoří čern{ plocha, zatímco u diagon{lního rybího oka je pokrytý celý snímek, viz Obr{zek 4.1.
Obr{zek 4.1: vlevo cirkul{rní rybí oko, vpravo diagon{lní [13]
11
Širokoúhlé objektivy – ohniskov{ vzd{lenost těchto objektivů se pohybuje v rozmezí 10–30 mm, tyto objektivy se vyznačují velkým úhlem z{běru, ale menším než u rybího oka.
Z{kladní objektivy – jejich ohniskov{ vzd{lenost je mezi 30 a 100 mm,
Norm{lní objektiv – ohniskov{ vzd{lenost norm{lního objektivu je 50 mm a jeho úhel z{běru přibližně 46°. Ud{v{ se, že zorný úhel lidského oka je podobný, z toho důvodu se těmto objektivům řík{ norm{lní [16].
Teleobjektivy – jejich ohniskov{ vzd{lenost dosahuje 100–300 mm, mají úzký úhel z{běru.
4.2.1
Použité objektivy Nikkor 10,5 mm f/2,8G ED AF DX Fisheye: objektiv typu rybí oko, který byl vyvinutý pro digit{lní zrcadlovky. Dosahuje diagon{lního úhlu z{běru 180°. Světelnost objektivu je 2,8, maxim{lní clona 22. Minim{lní vzd{lenost, na kterou je možné zaostřit, je 14 cm.
Nikkor 70–300 mm f/4,5-5,6G IF-ED AF-S VR Zoom: výkonný „supertelezoom“ dosahující 4,3n{sobného zvětšení. Obsahuje optické členy z ED skel pro vysokou ostrost a nízkou barevnou aberaci. Světelnost je v rozsahu od 4,5 do 5,6, maxim{lní clona 32, minim{lní ostřící vzd{lenost 150 cm. Objektiv je vybavený stabilizací obrazu VR II.
4.3
Z{bleskov{ světla Fomei Digital 300, Fomei Digital 600: studiové blesky o maxim{lním výkonu z{blesku 300 resp. 600 Ws. Z{blesk je možné regulovat s krokem 1/2 EV až na hodnotu 5 Ws. Oba blesky disponují pilotní ž{rovkou.
Softbox: při pořizov{ní snímků jsem použil softboxy o velikosti 30×90 cm a 100×100 cm.
12
Kapitola 5
Fotografov{ní 5.1
Světlo
Lidské oko dok{že vnímat z{ření vlnové délky mezi 400 a 700 nm, označujeme ho jako viditelné světlo [18]. Pro fotografii je světlo velmi důležité, stejně tak jeho kvalita. Světlo modeluje tvar fotografovaných předmětů. Budeme se zajímat i o jiné vlastnosti světla a světelných zdrojů, které mají také podstatný vliv na výslednou fotografii.
5.1.1
Svítivost, světelný tok, osvětlení
Jednou z charakteristik světelného zdroje je jeho svítivost. Jednotkou svítivosti je kandela (značka cd) a je to jedna ze z{kladních jednotek soustavy SI. Svítivost 1 cd je definov{na jako svítivost světelného zdroje, který vyzařuje v daném směru monochromatické z{ření o frekvenci 540 ∙ 1012 Hz a jehož z{řivost v tomto směru je 1/683 wattů na steradi{n [19]. Takov{ svítivost zhruba odpovíd{ svítivosti plamene svíčky. Pokud umístíme jednotkový světelný zdroj (tj. zdroj o svítivosti 1 cd) do duté koule o poloměru 1 m a vyřízneme ve stěně této koule otvor o ploše 1 m2, bude tímto otvorem proch{zet světelný tok o velikosti 1 lumen (značka lm). Protože povrch celé koule o poloměru 1 m je přibližně 12,6 m2, vyzařuje jednotkový zdroj do prostoru kolem sebe světelný tok asi 12,6 lm [20]. Další pro fotografii důležitou veličinou je intenzita osvětlení. Ta je definov{na jako světelný tok dopadající na určitou plochu, jedn{ se tedy o podíl světelného toku a plochy, na kterou dopad{. Jednotkou je lux (značka lx). Pokud na plochu 1 m2 dopad{ světelný tok 1 lm, vznik{ osvětlení o velikosti 1 lx. Na osvětlení plochy m{ vliv vzd{lenost této plochy od zdroje – intenzita osvětlení kles{ s druhou mocninou vzd{lenosti od zdroje. D{le je osvětlení ovlivněno úhlem, pod kterým dopadají paprsky světla ze zdroje na osvětlenou plochu. Maxim{lní osvětlení je pokud paprsky dopadají kolmo na osvětlovanou plochu.
13
5.1.2
Jas
Neméně důležitou charakteristikou je výsledný jas. Pokud dvě plochy vyzařují stejný světelný tok, ale jedna z nich je menší, bude tato menší plocha pro pozorovatele jasnější. Jas je tedy veličina, kter{ určuje podíl vyz{řeného světelného toku a plochy zdroje. Dříve se používala jednotka apostilb (značka asb), odpovídala jasu desky o ploše 1 m2, kter{ vyz{ří světelný tok 1 lumen. V současnosti se použív{ jednotka nit (značka nt), kter{ odpovíd{ jasu 1 cd/m2 [20].
5.1.3
Barva, barevn{ teplota
Barva m{ velký vliv na vním{ní člověka, zejména psychologický. Vním{ní barvy světla je však velmi individu{lní, navíc se mozek dok{že adaptovat na různé situace, takže dok{že rozeznat bílou barvu při různém osvětlení [18]. Z toho důvodu se pro charakteristiku světelného zdroje použív{ pojem barevn{ teplota. Ta se ud{v{ v Kelvinech. Toto označení vych{zí z fyziky ze z{ření absolutně černého tělesa, které se chov{ tak, že pohlcuje veškeré dopadající z{ření; z{roveň ale vyd{v{ z{ření, jehož barva z{visí na teplotě tělesa. Tuto hodnotu potom označujeme jako barevnou teplotu světla. Sluneční světlo m{ teplotu v rozmezí 5000–6000 K, barevn{ teplota světla ž{rovky se pohybuje kolem 2800 K. Většina fotografických blesků vyd{v{ světlo o teplotě 5500 K. Je zajímavé, že světlo s nízkou teplotou označujeme jako teplé, zatímco světlo o vysoké teplotě označujeme jako studené. Toto označení vych{zí pr{vě z toho, jak na n{s působí dan{ barva světla, nikoli z jeho skutečné teploty. U analogových fotoapar{tů je nutné pro různou barvu světla různých filmů. S příchodem digit{lních fotoapar{tů je situace mnohem jednodušší, protože digit{lní fotoapar{ty umožňují vyv{žení bílé barvy.
5.1.4
Kontrast
Další důležitou vlastností světla je jeho kontrast. Podle kontrastu můžeme světlo rozdělit na měkké a tvrdé. Paprsky tvrdého světla jsou přibližně rovnoběžné a dopadají na předmět pod téměř stejným úhlem. Předmět osvětlený takovým světlem potom vrh{ tvrdý stín, podle stínu můžeme jasně rozlišit obrys původního předmětu. Tvrdé světlo je tedy velmi kontrastní a působí dramaticky. Zdrojem tvrdého světla je např. sluneční světlo za jasného dne.
14
Pokud naopak světelné paprsky nejsou rovnoběžné a dopadají na předmět pod různými úhly, nelze přesně určit hranice stínu tohoto předmětu. Mluvíme tedy o měkkém, m{lo kontrastním světle. Zdrojem měkkého světla může být z{bleskové světlo se softboxem nebo sluneční světlo při zamračené obloze, kdy se mraky chovají stejně jako softbox.
5.2
Vlastní fotografov{ní
Souč{stí pr{ce jsou portréty pěti vyučujících, kteří působí nebo působili na Fakultě informatiky. Fotografoval jsem dvě sady snímků – jednu sadu jsem pořídil rybím okem, druhou teleobjektivem. Snímky pořízené rybím okem jsem se poté snažil upravit tak, abych odstranil zkreslení způsobené tímto objektivem. Naopak u snímků pořízených teleobjektivem jsem se pokusil dos{hnout podobného efektu jako u rybího oka. Fotografov{ní probíhalo v ateliéru, při osvětlov{ní postavy jsem zvolil spíše tvrdší boční světlo, které působí více dramaticky a dod{v{ více plastičnosti než rozptýlené světlo. Cílem bylo dos{hnout takového osvětlení, kdy polovina obličeje bude nasvětlen{ a polovina bude mírně ve stínu, ovšem tak, aby i v této č{sti snímku byla st{le patrn{ kresba. Toho jsem dos{hl využitím více z{bleskových světel. První z nich jsem umístil vlevo od fotografované postavy a použil jsem úzký softbox, výkon tohoto blesku byl nastaven na 300 Ws. Druhý blesk jsem umístil mírně vlevo před fotografovanou postavu a použil jsem větší softbox, výkon jsem nastavil rovněž na 300 Ws. Protože ale při tomto osvětlení vznikal příliš tmavý stín na pravé č{sti obličeje, přidal jsem ještě jedno výplňové světlo z pravé strany a využil odrazu světla od zdi. Výkon tohoto posledního světla byl 80 Ws, viz Obr{zek 5.1. Při fotografov{ní teleobjektivem seděla fotografovan{ postava na židli ve vzd{lenosti asi 2 m od pozadí, vzd{lenost mezi postavou a fotoapar{tem byla 8 m. Při pořizov{ní snímků rybím okem st{la postava přímo u pozadí. Kvůli širokému úhlu z{běru tohoto objektivu bylo nutné přiblížit se s fotoapar{tem co nejblíže, v podstatě jediným limitujícím faktorem byla pouze minim{lní ostřící vzd{lenost objektivu. Z tohoto důvodu jsem také použil pro nasvětlení pouze boční světla, protože jinak bych s{m vrhal stín na fotografovaný portrét.
15
Obr{zek 5.1: vlevo n{kres fotografov{ní teleobjektivem, vpravo rybím okem
16
Kapitola 6
Úprava fotografií Předtím, než jsem začal upravovat fotografie v jednotlivých programech, převedl jsem všechny snímky do odstínů šedi a upravil jsem jejich histogram, abych vyrovnal kontrast všech snímků. Tyto úpravy jsem provedl v programu Adobe Photoshop.
6.1
Úpravy obrazu
Úpravy obrazu je možné rozdělit n{sledujícím způsobem:
korekce – ty mohou být geometrické nebo barevné,
transformace – mezi ně patří morfing a warping.
Morfing je proces, při kterém doch{zí k plynulé změně jednoho obrazu v jiný. Výstupem je kompletně jiný obraz, než byl vstupní. Warping je lok{lní změna vstupního obrazu. Warpingu lze využít i pro korekci perspektivy – vstupní obraz se rozdělí mřížkou na jednotlivé body a použitím vhodného mapov{ní je možné transformovat perspektivu rybího oka na line{rní. Mapov{ní může být dopředné, kdy proch{zíme jednotlivé body vstupního obrazu a přiřazujeme jim nové souřadnice v obraze výstupním, nebo zpětné, při němž proch{zíme body výstupního obrazu a hled{me jejich vzor. Při dopředném mapov{ní může dojít k situaci, kdy se na jeden bod výstupního obrazu zobrazí více bodů ze vstupního obrazu, nebo naopak ž{dný bod. Z toho důvodu je vhodnější použít mapov{ní zpětné. Na vstupní obraz I se budeme dívat jako na dvourozměrné pole s poč{tkem soustavy souřadnic v levém horním rohu a souřadnicemi bodu (i, j). Výstupní obraz označíme jako I', pro jednoduchost předpokl{dejme, že vstupní i výstupní obraz mají stejné rozměry. Za poč{tek soustavy souřadnic je však vhodnější zvolit střed obrazu. Dostaneme nové souřadnice (x, y), které jsou d{ny vztahem:
(6.1)
17
Stejně tak je výhodnější využít pol{rní souřadnice (r, ϕ):
(6.2)
Pro n{š výpočet budeme ještě potřebovat ohniskovou vzd{lenost f, tu si vyj{dříme z rovnice mapovací funkce použitého rybího oka, viz rovnice (3.3). Zde také užijeme znalost úhlu z{běru α = 2θ:
(6.3)
Nyní využijeme rovnici mapovací funkce line{rní perspektivy a rovnici mapovací funkce rybího oka, viz rovnice (3.1) a (3.3). Protože budeme používat zpětné mapov{ní, pohybujeme se nyní ve výstupním obraze, jehož perspektiva je line{rní. Poloměr r' tedy musí vyhovovat vztahu (3.1), z něhož si vyj{dříme zorný úhel θ. Ten je stejný jak pro line{rní perspektivu, tak pro perspektivu rybího oka. Dosadíme jej tedy do rovnice (3.3) a získ{me poloměr r ve vstupním obraze:
(6.4)
Pak už jen zpětnou transformací pol{rních souřadnic na kartézské získ{me hledané souřadnice bodu ve vstupním obraze:
(6.5)
Tento výpočet provedeme v každém bodě výstupního obrazu a získ{me upravený obraz, jehož perspektiva už bude line{rní. Postup při transformaci line{rní perspektivy na perspektivu rybího oka by byl podobný.
18
Obr{zek 6.1: vlevo snímek pořízený rybím okem, vpravo upravený snímek před ořez{ním
6.2
Software
6.2.1
Adobe Photoshop CS4
Adobe Photoshop je grafický editor od firmy Adobe Systems a patří mezi špičku v této oblasti. Mimo jiné umožňuje pr{ci s vrstvami, maskami, barevnými prostory a kan{ly [21], z toho důvodu použív{ vlastní form{t souborů PSD (Photoshop Document), aby bylo možné všechna tato data uložit. Funkci pro transformaci perspektivy rybího oka sice neobsahuje, nicméně pro tento účel jsou k dispozici z{suvné moduly, z nichž některé jsou k dispozici zdarma. Pro účely této pr{ce jsem vybral plug-in Panorama Tools (zkr{ceně také PanoTools). Jedn{ se o sadu programů určených především k tvorbě panoramat, ale nabízí také možnost korekce perspektivy nebo změny projekce. Autorem je německý fyzik a matematik Helmut Dersch. Tato sada programů je dostupn{ ve formě spustitelných aplikací nebo pr{vě jako z{suvný modul pro Adobe Photoshop. Z důvodu větší uživatelské přívětivosti jsem zvolil druhou možnost. Samotný plug-in nabízí 4 možnosti:
Adjust – slouží k získ{ní snímků z panoramatu nebo naopak k jejich vložení.
Correct – pomocí této funkce je možné prov{dět různé korekce, jako např. korekci soudkovitého a poduškovitého zkreslení.
Perspective – tato funkce simuluje natočení a rotaci objektivu.
Remap – slouží pro změnu perspektivy, k dispozici jsou n{sledující možnosti:
Normal – „norm{lní“ (line{rní) perspektiva.
19
QTVR-Panoramic – cylindrick{ projekce.
PSphere – equirectangular projekce, další druh cylindrické projekce.
Fisheye Hor./Vert. – sférick{ projekce rybího oka.
Convex Mirror Pro transformaci perspektivy rybího oka na line{rní perspektivu je nutné zadat horizont{lní úhel z{běru; vertik{lní úhel z{běru není pro tuto transformaci potřeba a je ignorov{n. D{le je ještě potřeba nastavit výstup (viz Obr{zek 6.3). Možnost (a) zobrazí výsledný obraz přímo v editoru, ale dojde k jeho ořez{ní na původní velikost fotografie. Z tohoto důvodu jsem vybral i možnost (b) pro uložení obr{zku v plném form{tu bez ořez{ní na disk.
Obr{zek 6.2: funkce Remap
Obr{zek 6.3: nastavení výstupu
U některých snímků bylo ještě potřeba d{le upravit perspektivu. Toho ve Photoshopu docílíme tak, že vybereme n{stroj pro posun vrstev, a pravým kliknutím na vrstvu zvolíme možnost Perspective, případně Distort. N{sledně tažením krajních bodů upravíme snímek podle našich představ.
6.2.2
Corel Paint Shop Pro Photo X2
Corel Paint Shop Pro je grafický editor vyvinutý firmou Jasc Software, v roce 2004 převzala vývoj tohoto softwaru společnost Corel [22]. V mnohém se podob{ již zmiňovanému programu Adobe Photoshop – např. podporuje pr{ci s vrstvami a maskami, navíc umožňuje pracovat s vektorovou grafikou. Na rozdíl od Adobe Photoshop ale již m{ v sobě zabudovanou funkci pro úpravu fotografií pořízených rybím okem. Tato funkce je zde pojmenovan{ jako Odstranění zkreslení rybího oka a nalezneme ji v menu Upravit.
20
Stejně jako u Panorama Tools, i zde je potřeba zadat horizont{lní úhel z{běru původní fotografie. Vybr{ním možnosti Zachovat měřítko uprostřed určujeme, že centr{lní č{st snímku bude mít stejné rozměry jak u původní tak u upravené fotografie a dojde tedy ke zvětšení rozměrů obrazu. V opačném případě dojde k ořez{ní výsledné fotografie na rozměry původní.
Obr{zek 6.4: nastavení programu Corel Paint Shop Pro
6.2.3
PTLens
PTLens je n{stroj pro korekci optických vad objektivů jako je soudkovité/poduškovité zkreslení, chromatick{ aberace či vinětace. Pro korekci využív{ kalibrační profily, jeho výhodou je možnost d{vkového zpracov{ní. Podle EXIF dat si zjistí model fotoapar{tu a použitý objektiv a provede potřebnou korekci. D{le umožňuje transformaci perspektivy rybího oka na line{rní perspektivu. Tento n{stroj je k dispozici ve formě samostatně spustitelné aplikace nebo jako z{suvný modul pro Adobe Photoshop.
Obr{zek 6.5: nastavení programu PTLens
21
Nastavení programu, které se týk{ transformace perspektivy rybího oka na line{rní perspektivu, nabízí tyto možnosti:
Distortion – horizont{lní úhel z{běru rybího oka ve stupních.
Crop – ořez{ní, hodnota vyjadřuje rozdíl původního úhlu z{běru a úhlu z{běru upravené fotografie.
6.3
Rotate – otočení obrazu ve stupních.
Horiz./Vert. – horizont{lní resp. vertik{lní posun.
Transformace na perspektivu rybího oka
Tuto funkci nabízí pouze software Panorama Tools. Postup je v tomto případě podobný jako při transformaci opačné. Protože ale teleobjektiv m{ podstatně menší úhel z{běru, jedn{ se pouze o jakousi simulaci efektu rybího oka – okrajové č{sti snímku zůstanou černé, protože tato oblast v původní fotografii nebyla obsažen{ (viz Obr{zek 6.6). Bylo proto nutné takto vzniklou fotografii ořezat a doretušovat pozadí.
Obr{zek 6.6: vlevo původní fotka pořízen{ teleobjektivem, uprostřed upravený a neořezaný snímek, vpravo fotografie pořízen{ rybím okem
6.4
Srovn{ní
V průběhu této pr{ce jsem používal zkušební verze zmíněných programů. Adobe Photoshop a Corel Paint Shop Pro jsou k dispozici s 30denní zkušební lhůtou, program PTLens není nijak časově omezený, ale umožňuje úpravu pouze 10 fotografií. Všechny tyto programy d{vají při stejném nastavený stejný výstup1, který se liší pouze různým ořez{ním.
1
Ověřeno vložením výsledných snímků do jednoho obr{zku s více vrstvami a porovn{ním.
22
Z uživatelského hlediska bych hodnotil příznivě Corel Paint Shop Pro a PTLens, u obou oceňuji možnost n{hledu v průběhu zpracov{v{ní fotografie. U z{suvného modulu Panorama Tools může být spr{vné nastavení pro méně zkušeného uživatele mírně matoucí, další nedostatek je pr{vě chybějící n{hled, kdy uživatel musí buď přesně zn{t horizont{lní úhel z{běru, nebo se musí „trefovat“ metodou pokus – omyl. Tento fakt činí problémy i v situaci, kdy použitý objektiv neodpovíd{ zcela použitému modelu transformace. Z pohledu nabízené funkčnosti v oblasti korekce perspektivy jsou na tom všechny zmíněné varianty víceméně stejně. Je nutné však zmínit, že jak Adobe Photoshop, tak Corel Paint Shop Pro jsou plnohodnotné grafické editory, takže nabízí i další možnosti. Na druhou stranu software PTLens poskytuje všechny n{stroje pro úpravu perspektivy přehledně na jednom místě.
23
Kapitola 7
Z{věr Přestože je možné transformovat perspektivu fotografií pořízené rybím okem na line{rní perspektivu, výsledné snímky vypadají podobně jako snímky pořízené širokoúhlým objektivem. Dalším z problémů je poměrně siln{ barevn{ aberace, kter{ je zvl{ště patrn{ v okrajových č{stech snímku, viz Obr{zek 7.1.
Obr{zek 7.1: vlevo upraven{ fotografie, uprostřed výřez z centr{lní č{sti, vpravo výřez z okraje snímku
Jsou však situace, kdy nemůžeme použít jiný objektiv, například z nedostatku místa. V takovém případě vidím použití rybího oka a n{slednou korekci v počítači jako opodstatněnou.
24
Literatura [1]
Visus optik [online]. 2005 [cit. 2010-05-12]. Lidské oko. Dostupné z WWW:
.
[2]
Lidské oko In Wikipedia : the free encyclopedia [online]. St. Petersburg (Florida) : Wikipedia Foundation, 19. 8. 2008, last modified on 7. 3. 2010 [cit. 2010-05-14]. Dostupné z WWW: .
[3]
ŠTAUBEROVÁ, Zuzana. Mladý sisyfos [online]. 8. 10. 1998 [cit. 2011-01-25]. Když malíř neumí matematiku aneb „Chyby“ na obrazech zn{mých malířů. Dostupné z WWW: .
[4]
BD Hunefer.jpg. In Wikipedia : the free encyclopedia [online]. St. Petersburg (Florida) : Wikipedia Foundation, 8 December 2007, last modified on 8 December 2007 [cit. 2011-04-26]. Dostupné z WWW: .
[5]
Aldobrandini Wedding.jpg. In Wikipedia : the free encyclopedia [online]. St. Petersburg (Florida) : Wikipedia Foundation, 13 October 2006, last modified on 13 October 2006 [cit. 2011-04-26]. Dostupné z WWW: .
[6]
KRÉN, Emil; MARX, Daniel. Web Gallery of Art [online]. 2011 [cit. 2011-04-26]. Nativity. Dostupné z WWW: .
[7]
KRÉN, Emil; MARX, Daniel. Web Gallery of Art [online]. 2011 [cit. 2011-05-01]. Legend of St Francis: 5. Renunciation of Wordly Goods. Dostupné z WWW: .
[8]
Perspective (graphical). In Wikipedia : the free encyclopedia [online]. St. Petersburg (Florida) : Wikipedia Foundation, 29 December 2004, last modified on 22 January 2011 [cit. 2011-01-22]. Dostupné z WWW: .
[9]
Masaccio. In Wikipedia : the free encyclopedia [online]. St. Petersburg (Florida) : Wikipedia Foundation, 21 October 2005, last modified on 3 March 2011 [cit. 201104-25]. Dostupné z WWW: .
25
[10] KRÉN, Emil; MARX, Daniel. Web Gallery of Art [online]. 2011 [cit. 2011-04-26]. Trinity. Dostupné z WWW: . [11] DaVinci LastSupper high res 2 nowatmrk.jpg. In Wikipedia : the free encyclopedia [online]. St. Petersburg (Florida) : Wikipedia Foundation, 12 October 2010, last modified on 12 October 2010 [cit. 2011-04-26]. Dostupné z WWW: . [12] DRS, Ladislav; VŠETEČKA, Jiří. Objektivem počítače : Geometrie speci{lních fotografických technik. 1. vyd. Praha : St{tní nakladatelství technické literatury, 1981. 159 s. [13] SCHNEIDER, D.; SCHWALBE, E.; MAAS, H.-G. Validation of geometric models for fisheye lenses. ISPRS Journal of Photogrammetry and Remote Sensing [online]. 2009, 64, 3, [cit. 2010-04-18]. Dostupný z WWW: . ISSN 0924-2716. [14] KANNALA, Juho; BRANDT, Sami S. A Generic Camera Model and Calibration Method for Conventional, Wide-Angle, and Fish-Eye Lenses. IEEE TRANSACTIONS ON PATTERN ANALYSIS AND MACHINE INTELLIGENCE [online]. August 2006, 28, 6, [cit. 2010-05-02]. Dostupný z WWW: . [15] PIHAN, Roman. Objektivy, jak vybrat a používat : Parametry objektivů. Fotografovani.cz [online]. 10.01.2006, [cit. 2010-05-05]. Dostupný z WWW: . [16] PIHAN, Roman. Objektivy, jak vybrat a používat : Praxe s objektivy. Fotografovani.cz [online]. 26.01.2006, [cit. 2010-05-05]. Dostupný z WWW: . [17] Historie fotografie In Wikipedia : the free encyclopedia [online]. St. Petersburg (Florida) : Wikipedia Foundation, 3. 2. 2009, last modified on 31. 1. 2010 [cit. 201005-11]. Dostupné z WWW: . [18] HUNTER, Fil; BIVER, Steven; FUQUA, Paul. Fotografie & světlo : naučte se techniky fotografického svícení. Brno : Zoner Press, 2007. 305 s. [19] Kandela. In Wikipedia : the free encyclopedia [online]. St. Petersburg (Florida) : Wikipedia Foundation, 18. 3. 2004, last modified on 14. 8. 2010 [cit. 2010-09-18]. Dostupné z WWW: . 26
[20] ŠMOK, J{n. Umělé světlo ve fotografii. Vyd{ní druhé. Praha : St{tní nakladatelství technické literatury, 1978. 232 s. [21] Adobe Photoshop In Wikipedia : the free encyclopedia [online]. St. Petersburg (Florida) : Wikipedia Foundation, 16 December 2001, last modified on 2 May 2010 [cit. 2010-05-04]. Dostupné z WWW: . [22] Corel Paint Shop Pro In Wikipedia : the free encyclopedia [online]. St. Petersburg (Florida) : Wikipedia Foundation, 16 December 2001, last modified on 30 April 2010 [cit. 2010-05-04]. Dostupné z WWW: .
27