Filtry – proč není digitální stejný jako optický

Malé povídání o tom, jaký je rozdíl mezi filtrem optickým a digitálním, a také o tom, kdy je můžete zaměnit a kdy už ne.

Digitální filtr má několik výhod – neušpiní se, nepoškrábe a koneckonců ho nemusíte ani nosit s sebou. Hlavně se dá použít až na hotový snímek (dokonce jen na některé části) a jeho nejvhodnější vlastnosti můžete určit interaktivně. To by mohlo vést k falešné představě, že optické filtry již patří minulosti. I když třeba v případě v případě černobílé fotografie umožňuje vybírání jednotlivých barevných kanálů a jejich míchání (o maskách ani nemluvě) docílit lepších výsledků, než s filtry optickými, jsou situace, kdy na ně nemůžete spoléhat.

Abychom pochopili rozdílný účinek obou typů, musíme si zmapovat vznik obrazu. Světlo určité barvy osvítí scénu a odrazí se od ní – tedy od jednotlivých objektů – většinou s pozměněnou barvou. Pokud je použit optický filtr, poměry barevných složek se změní. Když toto světlo naexponuje příslušné médium, přemění se na rozsah zčernání či úrovně jednotlivých barevných složek. Přitom se jedná o určitý výsek ze všech intenzit – ty příliš nízké se na médiu nezachytí, ty příliš silné od jisté úrovně překročí práh nasycení média a jejich hodnotu pak již nelze z obrazu zjistit, protože jsou reprezentovány jednotnou maximální hodnotou. Pokud se použije digitální filtr, pracuje až s tímto výřezem a může se tedy stát, že pokud je zapotřebí výrazně posunout hodnoty pro některou barevnou složku, která byla vzhledem k barevnému posunu výrazně pod- či přeexponována, nebude odkud potřebnou informaci získat a může dojít ke zkreslení barev ve světlech či stínech.

Možné problémy závisí na stupni změny. Čím více se má snímek barevně změnit, tím jsou problémy pravděpodobnější. Drobná změna tónu k teplejšímu či chladnějšímu nepředstavuje žádný problém. Závažnější je korekce umělého žárovkového světla na denní. Konverzní filtr KB 15 propouští v červené barvě zhruba 1/4 – 1/5 vstupujícího záření, zatímco v modré barvě je to zhruba 90%. Bez filtru je tedy modrý kanál ve srovnání se světlem denním exponován v umělém světle 4x méně než červený. Ani to neznamená obvykle problém, dokážu si však představit, že to již vadí při některých precizních barevných reprodukcích, kdy by se mohl projevit posun tónů ve stínech a/nebo světlech. Podrobnější informaci naleznete v odstavci Možnost změny vyvážení bílé z radčina článku Je RAW pro vás?

Z následujících ukázek je první věnována umělému osvětlení, další příklady pak přinášejí extrémní situace, které již digitální filtr nezvládne.

Poznámka: Popis v předchozích odstavcích se týká zpracování fotografie v grafickém editoru, kdy vycházíme z některého obrazového souboru (TIFF, JPEG, BMP, …). Pokud je digitální filtr aplikován přímo při pořizování fotografie v digitálním fotoaparátu – nebo ekvivalentně při zpracování surových dat na počítači (soubory RAW a ekvivalentní) – je výchozí pozice poněkud jiná a úspěšnost digitálního filtru může být vyšší. Na druhou stranu již zpracované soubory (fotografie) z digitálního fotoaparátu jsou k digitálním filtrům poněkud vstřícnější než sken z diapozitivu, neboť mají výrazně větší rozsah užitečných expozic ve stínech, takže filtr má „odkud brát“.

Umělé světlo

Připojené snímky představují po řadě nekorigovanou fotografii s vyvážením bílé nastaveným na denní světlo (vlevo nahoře), tentýž snímek korigovaný (vpravo nahoře), snímek s vyvážením bílé nastaveným na žárovkové světlo (vpravo dole) a nakonec snímek s nastavením na denní světlo, ale s korekčním filtrem 80B (vpravo dole).

Na první pohled si možná všimnete, že snímek s vyvážením na žárovkové světlo je o něco lepší, než snímek s filtrem. Není to ovšem zásluha digitálního fotoaparátu či chyba filtru. Uvedený filtr je totiž určen pro korekci světla fotografických žárovek, které jsou barevně o něco studenější, než ty běžné domácí. Navíc barevná odchylka dále stoupá s klesajícím výkonem žárovky. Výsledek zdaleka není plně korigován a chyba je v podstatě v obsluze, která nezvolila správný filtr (pokud se tážete, proč ho teda mám, tak proto, že při silných žárovkách je výsledkem příjemně teplý tón). Účelem těchto snímků však není ukázka korekce umělého světla na denní, ale porovnání výchozího stavu s filtrem a bez.

Vraťme se nyní ke snímku korigovaném v editoru. Možná namítnete, že ho lze opravit mnohem lépe a to poměrně jednoduše. Máte pravdu, ale to nebylo cílem, šlo mi o přiblížení se snímku fotografovanému s filtrem. Můžete si prohlédnout histogramy, shora dolu se jedná o nekorigovaný snímek bez filtru, snímek s filtrem a korigovaný snímek bez filtru. Všimněte si především okrajů. Zelený a modrý kanál snímku pořízeného bez filtru jsou viditelně posunuty doleva směrem ke stínům a částečně oříznuty. Ještě výraznější je to u červeného kanálu, který je posunut doprava do světel. Oříznutí je dobře viditelné, když jsem se pokusil srovnat průběh pomocí úrovní tak, aby se průběh podobal snímku s filtrem, vznikla ve světlech díra. To jsou chybějící informace, které již nelze získat a použít pro úpravu snímku.

Extrémní barevný posun

V předchozím povídání jsme se dotkli světla umělého, teď si vezměme jako příklad světlo podvodní. Ukázkový snímek jsem pořídil ve spodním patře oceanária v Lisabonu. Denní světlo putovalo od hladiny vodou dolů, kde se odrazilo od dvou máček skvrnitých a ode dna a pokračovalo vodou dále až ke stěně. Protože voda se – v závislosti na čistotě – chová jako azurový či zelený filtr, tlumila se červená složka postupně během svého putování, takže výsledný obraz je značně azurový. Celkem urazilo světlo vodou 6 – 9 metrů, což by vyžadovalo korekční filtr zhruba CC90R, jehož opravný faktor by znamenal zhruba osminásobné prodloužení expozice (orientačně se uvádí korekce CC10R na každých 0,75m dráhy světla ve vodě).

Podívejme se, jak vypadá histogram. Červený kanál je téměř zcela prázdný, protože byl vlastně silně podexponován. 99,99% všech bodů má hodnotu 12 nebo méně. Pokus nasadit filtr digitální a zesílit červený kanál vede k výsledku, který je horší než originál.

Následující čtveřice snímků představuje nahoře nejprve nemanipulovaný sken z diapozitivu, dále snímek s maximálním přijatelným zesílením červené při skenování (ovšem za cenu již červenajících stínů) a ve spodní řadě červené kanály odpovídající oběma snímkům.

Další dvojice je podobnou ukázkou, tentokrát jen silně upravený snímek a opět ukázka výsledné degradace červeného kanálu.

Teď byste možná rádi viděli snímek pořízený za použití optického filtru. Nemám ho, protože nemám příslušný filtr. A i kdybych ho měl, nebo se pokusil použít alespoň červený filtr pro černobílou fotografii, těžko bych získal kloudnou fotografii. I při citlivosti ISO 800 jsem měl problémy s délkou expozice. Při osminásobném prodlužení bych se dostal na 1/8 – ¼s, což by pro mne znamenalo plýtvání materiálem.

A ještě malá poznámka – uvedený příklad je ještě komplikovanější, protože světlo z různých míst scény urazí vodou různě dlouhou dráhu. Proto není barevný posuv všude stejný a nelze ho optickým korigovat celkově. Pro odstranění rozdílů je naopak digitální filtr lepší (za předpokladu, že mu zlepšíte výchozí pozici).

Infračervená fotografie

V předchozím případě jsme měli jednu barevnou složku mnohem méně (případně více) výraznou než dvě druhé. V infračervené fotografii je problém ještě komplikovanější. Infračervené záření je součástí stejného kanálu jako viditelné červené záření, navíc je obvykle stokrát až tisíckrát slabší – nebo alespoň jeho účinek na záznamové médium (pozor, někdy se nesprávně uvádí, že IR vyžaduje dlouhou expozici, protože filtry jsou značně husté – není to pravda, týká se to jen viditelného světla, v IR jsou naprosto průhledné). To znamená, že je překryto a navíc je jeho podíl v obraze značně malý – nejde tedy nijak oddělit a prezentovat samostatně.

Existují sice určitá náhradní řešení, např. mix barevných kanálů (zkuste -30%R, +200%G, -70%B), případně fotografovat v horkém létě, kdy je tráva suchá a žlutá, nebo na podzim, kdy je listí červené a žluté, tedy v červené barvě světlé, takže lze použít samotný červený kanál. Jedná se však o neplnohodnotné náhražky, nikoliv o skutečnou infračervenou fotografii.

Ukázkou k tomuto případu je fotografie z Lánské obory. Vpravo nahoře je ve světle infračerveném, dole je pak fotografie ve světle viditelném a samostatný červený kanál. Přestože světlejší tráva může budit dojem, že se jedná o snímek v infračerveném světle, listí na stromech je mnohem tmavší a zřetelně odlišné od infračervené fotografie. A malá poznámka – snímkům se trochu kácí horizont, ignorujte to prosím, fotografie ilustrují něco jiného.

Polarizační filtr

V předchozích případech i úvodním pojednání jsme se věnovali barvě, tedy vlnové délce světla. To má ale ještě jednu vlastnost a to polarizaci.

Důkladné
pojednání o polarizačních filtrech
napsala radka, takže jen stručně: elektrická složka světla kmitá v rovině kolmo ke směru jeho šíření (a kolmo na složku magnetickou, ale nechtějte po mně, abych si to představil). Ve svazku rovnoběžných paprsků jsou tyto roviny obvykle rozděleny rovnoměrně do všech směrů. Pokud je světlo polarizováno, jsou roviny kmitů všech paprsků rovnoběžné. Polarizační filtr pak světlo propouští či blokuje v závislosti na poloze této roviny vůči filtru.

Pro naše povídání je podstatné to, že polarizace (či nepolarizace) světla je vlastnost, která se samozřejmě při expozici ztratí a výsledný obraz už ji přímo nenese (nepřímo ji lze odvodit porovnáním jednoho či více snímků pořízených s filtrem a referenčního snímku bez filtru). Digitální polarizační filtr neexistuje proto, že prostě neexistuje informace ve snímku, na jejímž základě by takový filtr mohl fungovat.

V grafickém editoru sice můžete ovlivnit sytosti barev i retušovat odrazy ve skle, opět se ale jedná jen o náhražku.

Shrnutí

Digitální filtr se optickému přinejmenším vyrovná v naprosté většině situací. Přesto však existují případy, kdy se bez optického neobejdete. Měli byste znát rozdíl v jejich principech, abyste mohli posoudit, zda můžete optický filtr skutečně digitálním nahradit.