Korekce expozice III. – tentokrát přísně vědecky

Poslední díl miniseriálu, tentokrát o výrobci, výpočtech, parametrech, lokálních faktorech a nešťastných matematicích.

• Úvod




• Firemní databáze snímků




• Metody výpočtu korekcí expozice




• Česko-Moravská specifika




• Překvapivé finální shrnutí všech výše uvedených faktorů

Úvod

Po dvou dílech seriálu článků týkajících se používání korekcí expozice na sněhu přicházíme s dílem třetím, se zaměřením tentokrát vysoce odborným. Pátrali jsme po tom, jak prakticky řeší výrobci fotoaparátů problém správného měření expozice a co všechno je nakonec zohledňováno. Výsledky našeho pátraní a zjišťování vám teď předkládáme.

Firemní databáze snímků

Když ještě bylo matrixové měření novinkou, uváděl Canon ve starších prospektech, že podkladem pro výpočet expozičních hodnot jsou údaje statisticky získané z několika desítek tisíc snímků. Přišlo nám to zajímavé a zjistili jsme, že existuje servisní software, který umí tuto komprimovanou databázi snímků z vnitřní paměti elektroniky fotoaparátu vytáhnout a následně z ní vygenerovat původní data. V rozletu nás zastavilo až sdělení tiskového mluvčího, který nás upozornil, že program je extrémně náročný na výkon počítače. Navíc z původní relativně malé databáze o velikosti cca 1 MB vygeneruje celých 400 MB matematických dat, která stále ještě nejsou pro laika příliš srozumitelná. Pokud se ovšem spojíte po internetu přímo s výrobcem jako registrovaný firemní testovací inženýr, dostanete k datům odpovídající databázi snímků. Když se tohle všechno zkombinuje dohromady (je na to potřeba volné místo na disku o velikosti minimálně 50 GB) a provede se indexování, dostanete již zmíněnou databázi s rychlým vyhledáváním nejen podkladových dat, ale také ukázkových snímků, z kterých daná data vznikla. Praktické použití ovšem předpokládá nosit danou databázi s sebou ve formě výkonného notebooku.

Ani navazující nápad na získání tištěné varianty podkladů této databáze se neukázal být příliš šťastným. Pokud jste někdy měnili firemní telefonní seznamy pro několik krajů naší republiky, zdaleka jste před sebou neměli takovou horu podkladů, jaká nám byla ukázána. Navíc ke každému „telefonnímu číslu“ je doplněný zmenšený snímek, takže přehlednost v počítači perfektní, je v tištěné podobě nulová. Ani krajinní velkoformátoví fotografové s sebou obvykle nenosí vybavení o váze kolem 420 kg. Takže jsme na danou situaci rezignovali a smířili se s tím, že danou databázi pro naše čtenáře prostě nezískáme.

Metody výpočtu korekcí expozice

Na druhou stranu nás ale zajímalo, jak vlastně probíhá tvorba něčeho tak rozsáhlého, takže jsme se na faktory ovlivňující expozici, specifické pro zimní fotografování na sněhu a se sněhem, začali vyptávat firemních expozičních inženýrů. Dozvěděli jsme se, že v ten krátký čas od namáčknutí spouště po cvaknutí závěrky probíhá měření expozice se zohledněním následujících parametrů:

Poloha slunce na obloze. Patří mezi zcela základní stavební kameny výpočtu expozice. S polohou slunce jsou navíc úzce svázány i další důležité parametry. Za prvé roční období, za druhé čas, za třetí vliv atmosféry a za čtvrté teplota vzduchu. Při východu a západu slunce procházejí sluneční paprsky atmosférou pod rozdílným úhlem a navíc také větší délkou, takže slunce vypadá jako by mělo menší jas. Podobně se mění jeho výška i podle ročního období. Teplota atmosféry má zase vliv na rozkmit fotonu ve slunečním paprsku. Za většího tepla více kmitá, uběhne větší dráhu, předá větší energii a změřený jas je tedy nepatrně vyšší než opravdový. Jak je uváděno, pro změny v jediném zrnu klasického filmu je potřeba čtyř fotonů. Pokud ale dojde k fotografování za vysokých teplot, postačují pouze tři fotony a film je tak nepatrně přeexponován.

Klasická fotografie se v tomto směru musí spoléhat na expoziční pružnost filmu. Kdyby byly všechny uvedené parametry zahrnuty do výpočtu, ani ten nejrychlejší procesor by to nezvládal okamžitě po stisknutí spouště. Respektive zvládal, ale s tak vysokou spotřebou energie, že velikost fotoaparátu by určovaly spíše energetické zdroje.

Naopak u digitální fotografie je situace jednodušší, protože ta je schopna v režimu preview zjistit, jakou barvu má dopadající světlo (lze přirovnat k automatickému nastavení bílé) a následně lehce poupravit expozici včetně zahrnutí aktuální teploty. Zjištění reálné teploty není až tak problematické. Nejen se vzrůstajícím časem vzrůstá šum, ale také i s teplotou. A tak každý CCD/CMOS čip obsahuje integrované čidlo teploty (jeden PN přechod diody), jehož výstup pak ovlivňuje způsob výpočtu.

Velikost a tvar sněhové vločky. Zpočátku nám přišla tahle teorie hodně přitažená za vlasy, prostě to vypadalo jako naprostá hloupost. Jenže když si přečtete internetové vědecké stránky (Centrum pro arktický výzkum, Alpská horská služba, ČSAV – hvězdárny a centra pro výzkum sněhu, dnes již bohužel na Slovensku, třeba Lomnický štít), všechno je jinak. Odrazivost sněhu je opravdu rozdílná, a to zcela zásadně. Relativně nízkou odrazivost ve velké ploše má čerstvý sníh za teplot pod nulou – prašan. Odrazivost závisí na počtu krystalů na hrotu sněhové vločky. Při záporné teplotě se s prodlužující dobou mění tvar sněhové vločky mnohem méně, než když nastane byť jen krátká obleva. Jako první se „zabalí“ nejvzdálenější krystalky na sněhové vločce a nastává pomalý přechod na kulový tvar. Odrazivost sněhu se tak celkově zvyšuje, neboť i nepatrný paprsek odrazí každá vločka, takže nastává i několikanásobný vzrůst stupně odrazivosti slunečních paprsků. Poslední fází je pak slití vrchní vrstvy sněhových vloček do jednolité vrstvy ledu, u které zase odrazivost naopak klesá, protože světlo odráží jen odpovídajícím směrem nakloněná plocha ledu. Celý proces připomíná klasickou Gaussovu křivku.

Canon uvedený proces programově ošetřil teprve u vícesegmentových měřicích systémů, protože s původními pár segmenty se nedalo poznat, jestli jas produkuje slunce nebo jeho odraz na sněhu. Bylo potřeba získat data z okolních segmentů, které prostě zatím nebyly. Až měření expozice s 35 (analogové zrcadlovky) nebo dokonce 256 segmenty (některé digitály, i kompaktního typu) umožnilo zohlednit jas zasahující několik segmentů zároveň a tak rozlišit, zda se jedná o odraz nebo o slunce přímo v záběru. Nechytejte mě za slovo, samozřejmě když budete fotografovat teleobjektivem, elektronika slunce nepozná.

Rychlost fotonu a elektronu, stékání náboje. Ano, vzhledem k současným možnostem elektroniky a dosahovaných frekvencí mikroprocesorů se u nejšpičkovějších přístrojů již projevuje vliv časového zpoždění. Problém je totiž v tom, že při již uvedených počtech měřicích segmentů se projevuje vliv vzdálenosti segmentu od kraje matnice, kde probíhá sběr dat. Je to něco podobného jako je přetékání nábojů do vedlejších snímacích bodů běžných CCD snímačů. Při větších počtech segmentů pak dochází ke zpoždění a ovlivňování okolních segmentů a výsledné hodnoty se nepatrně změní. Rovněž se nepatrně liší i díky zemské přitažlivosti, která „stahuje“ nepatrné části nábojů jednotlivých segmentů směrem dolů. Takže při postavení fotoaparátu na výšku jsou výsledky měření z dolních segmentů nepatrně vyšší než z horních. Při vodorovné poloze je celkový rozdíl asi o jednu třetinu menší. Velmi zjednodušeně řečeno, je to poměrem stran filmu/čipu. Vzhledem k tomu, že se jedná o odchylku v řádech jednotek procent, zanedbává se.

Dopplerův jev při fotografování v pohybu. Astronomové dobře znají pojem „červený posun“, pomocí kterého lze zjistit rychlost a směr pohybu vzdálených galaxií. Ty se samozřejmě pohybují poněkud odlišnými rychlostmi, než se pohybujeme na zemi. Přesto lze nepatrný barevný posun výsledného snímku zjistit již při fotografování rychleji se pohybujících předmětů. Pro uvedené případy fotografování na sněhu byste ho zaznamenali například při fotografování rychlostního sjezdu. Pokud by docházelo k přesnému porovnávání například reálné barevnosti kombinézy s barvou zachycenou na snímku, posun je poznat. To je ale spíše taková malá kuriozita, která se v praxi projevuje velmi zřídka.

Česko/Moravská specifika

Je to poněkud komické, ale dlouhodobé výzkumy nakonec ukázaly rozdílnost potřebných korekcí v rámci jednotlivých kontinentů nebo dokonce států. Lze je přirovnat k nastavení kódu u DVD disků s ohledem na místo jejich určení. Česko/Moravská specifika je samozřejmě poněkud přehnaný název, ve skutečnosti jsou některé úpravy samy o sobě spíše velice jemnou korekcí expozice. V každém případě se jedná o malé upřesnění výsledku, zjednodušeně řečeno, nemění se expozice samotná, ale jen hodnota, která určuje směr zaokrouhlení nahoru nebo dolů. Jinak řečeno, dnes zaokrouhlujeme finanční částky na celé padesátníky, do 0,25 směrem dolů, od 0,25 (včetně) směrem nahoru. Takže 1,18 se zaokrouhlí na 1,00, zatímco 1,37 na 1,50. To je jasné. No a v případě fotografické expozice se pak posouvá dělicí hodnota o nějakou tu desetinku, například na 0,28 nebo až 0,35. To platí pro amatérské modely, u kterých se pracuje s přesností 1/2 EV. U profesionálněji zaměřených fotoaparátů je to 1/3 EV.

Uvedené korekce se celkově zahrnují pod termín „korekce na zeměpisný vliv“. Hodnota se v posledních letech relativně silně mění a ve skutečnosti má řadu dalších jemnějších variant, z nichž většina se v současném snižujícím se znečištění ovzduší blíží konečně k nule. V praxi se počítají poměrně jednoduše, k aktuální expoziční hodnotě přidáváte nebo ubíráte násobky 1/3 (1/2) EV podle následujících kritérií:

• průmyslovova konstatnta pro výrobní zóny se silným znečištěním (Kladensko, Neratovice, …) – +2/3 EV

• speciální Ostravského korekce – +1 EV (platí pouze na území Ostravy a Frýdku-Místku)

• pražská Novákova konstanta – použitelná pouze pro centrum Prahy a ostatních velkých měst, aktuální stupeň provozu 1 – 5 podělíte 10, tj. pro stupeň 5 přidáte +1/2 EV; je nutné počítat se zpožděním cca 45 minut, tj. po ohlášení nižšího stupně platí pro fotografa ještě 45 minut pro výpočet expozice ten předchozí

• Mosteckého prašný faktor – +1/3 EV na každý povrchový důl v dohledu

• Smogovova zaokrouhlovací konstanta – odpovídá ohlášenému smogovému číslu v ranních zprávách (hodnota 1 až 3) dělenému třemi, tj. pro stupeň smogu 1 přičtete 1/3 EV

• Severočechova speciální konstanta – +1/2 EV; platí pouze pro oblast severních Čech, lze zhruba uvažovat nad dnešním dělením na okresy, pozor v chráněných zónách se snižuje na +1/3 EV

• Kilometrovovův koeficient – vzdálenost od průmyslové zóny v kilometrech vynásobená -1 a vydělená 30, tj. na každých deset kilometrů –1/3 EV

• Větrovova konstanta – určuje se podle směru větru a viditelných průmyslových kouřících komínů, vidíte-li je po větru, nepřičítá se nic, proti větru cca -1/3 EV

Překvapivé finální shrnutí všech výše uvedených faktorů

Protože každá z uvedených záležitostí sehraje svou malinkatou roli ve výpočtu finální expozice, snažili se japonští inženýři vytvořit takový program, který je všechny zahrne. Jenže přes vysoký výkon mikropočítače integrovaného v elektronice zrcadlovky byl daný program prostě příliš náročný. Výsledek byl vyhodnocován řádově několik vteřin, což je samozřejmě pro praktické využití u zrcadlovky (na rozdíl od kompaktu) naprosto nepoužitelné. Muselo tedy dojít k opačnému procesu, tj. k postupnému vyřazování jednotlivých faktorů nebo využití vzájemných vazeb mezi nimi.

Po několika měsících práce byl vydán finální výsledek, jehož ztvárnění vidíte na připojeném grafu. Absolutním překvapením bylo, že výše uvedené kousíčky jednotlivých korekcí složené a zahrnuté dohromady, spolu s dalšími desítkami doplňujících parametrů, dávají ve výsledném součtu s ohledem na znaménko výsledek do +/- 0,3. Převedeno na stupně EV to obnáší ani ne 1/3 EV. A protože tolerance citlivosti filmu i u nejlepších značkových výrobců se rovněž pohybuje právě kolem 1/3 EV, je možné všechno uvedené výše zcela prostě zanedbat.

Bohužel, tento závěr firemních matematiků nebyl přijat jako výsledek bádání kladně. Vedení společnosti Canon zkonstatovalo zbytečné vynaložení prostředků na výzkum s doslova nulovým výsledkem. Vedoucí matematik byl vzat do vazby za zpronevěru, kde spáchal po dvou dnech sebevraždu tradičním japonským způsobem zvaným sepuka. Kde vzal v cele meč nyní zjišťuje japonská policie.

Uctěme prosím minutou ticha jeho život položený na celosvětový oltář správně exponovaných filmů.

---

Poznámka pod čarou – naši géniové: Již dávno před japonskými inženýry se vyskytovali jedinci odhadující výslednou expozici podle postavení slunce, výšky sněhu, podílu lišejníků a úsměvů okolo stojících fotografů. V našich krajích se pohybuje známý J. Cimrman, který k fotografování používá pouze silné vůle spojené s ještě silnějšími přáními. Vyvolané představy pak fotografuje a snové snímky prodává do celého světa. Vyskytuje se velice vzácně, poznáte ho podle rachotu závěrky a počtu spotřebovaných filmů. Zatím byla odpozorována standardní spotřeba 3 kinofilmy na 100 metrů a špičková 5 filmů na jednu otočku o 360°. Varujeme proto všechny amatérské fotografy před jeho následováním. Většina populace nemá tak vyvinutý smysl pro přání a navíc jí hrozí finanční zruinování. Rozvod a následný pobyt v místech pro osoby se silně sníženou inteligencí lze rovněž pokládat za téměř jisté záležitosti.

---

Upozornění: tento článek byl vydán 1.4.2004, jeho obsah je tedy poplatný uvedenému datu. Mimo toto datum většina výše uvedených tezí pozbývá platnosti. :-))