Video- ja valokuvauksen tekniikka sekä kuvankäsittely - Luento 4

Luennon ensimmäisenä aiheena on video- ja valokuvauksen tekniikka pääpiirteittäin. Luento keskittyy pääasiassa valokuvauksen tekniikkaan, mutta samat asiat pätevät soveltaen myös videokuvauksessa. Luennon toisena aiheena on kuvankäsittelyn perusteet ja GIMPin käyttö.

Luentotaltiointi

Ongelmia videon katselussa?

Video- ja valokuvauksen tekniikka

Video- ja valokuvauksessa on tärkeätä tuntea etenkin seuraavat peruskäsitteet:

Eräänä lähteenä luennon asioille on käytetty teosta Kolari Jukka & Forsgård Peter - Parempia kuvia Canon EOS-järjestelmäkameralla, 2010.

Videokameran perusasetukset

Valotusaika (Shutter speed)

Valotusaika (käytetään myös nimeä suljinaika) määrää kuinka pitkän ajan kennolle pääsee valoa.

Hyvässa valaistuksessa käytetään lyhyttä valotusaikaa, esim. 1/1000 sekuntia.

Heikossa valaistuksessa valotusaikaa pidennetään jopa useaksi sekunniksi. Mitä pitempi valotusaika, sitä helpommin kuva tärähtää.

Liikkuvien kohteiden kuvauksessa ei voi käyttää pitkää valotusaikaa, jos kuva halutaan tarkaksi. Heikossa valaistuksessa olevasta liikkuvasta kohteesta onkin erittäin vaikea saada tarkkaa kuvaa.

Sama valotus voidaan saada aikaan useilla erilaisilla aukon ja valotusajan yhdistelmillä.

Oikea valotus

Esimerkki valotusajan muuttumisesta

Polttoväli (Focal length)

Polttoväli vs. zoom: Polttoväliä vaihdetaan zoomia käyttämällä.

Polttovälin vaikutus riippuu miten suurelle alalle kuvataan. Perinteisessä filmikamerassa filmi on 35 mm levyinen.

Laajakulmaobjektiivi on polttoväliltään alle 30 mm.

Teleobjektiivi on polttoväliltään > 70 mm.

Digikameroissa kenno on huomattavasti filmiä kapeampi eli yleensä 5-10 mm.

Digijärjestelmäkameroissa kenno on kuitenkin suurempi, esimerkiksi Canonin digijärjestelmäkameroissa on kolmen kokoisia kennoja: APS-C 22,3 x 14,9 mm (rajauskerroin 1,6), APS-H 27,9 x 18,6 mm (rajauskerroin 1,3) ja täyden koon kenno 36,0 x 24 mm (vastaa perinteistä 35 mm filmikameraa). Siispä esimerkiksi APS-C-kennoisessa kamerassa (esim. Canon EOS 550D) 50 mm:n objektiivi tuottaa saman kuvakulman kuin 80 mm objektiivi perinteisessä 35 mm:n filmikamerassa.

Pienestä kennosta johtuen digikameroiden objektiivit ovat polttoväliltään huomattavasti pienempiä kuin filmikameroiden.

Usein digikameroiden yhteydessä ilmoitetaan filmikokoa vastaava polttoväli eli vaikka oikea polttoväli olisi 6 mm, niin ilmoitetaan 24 mm. Esimerkiksi Canon Digital IXUS 100 IS kamerassa polttoväliksi ilmoitetaan 33 - 100 mm.

Zoomin pituus ilmaistaan kertoimella, sen lyhimmän ja pisimmän polttovälin suhteella, esimerkiksi 4x. Edellä mainitussa Canon Digital IXUS 100 IS kamerassa on siis 3x zoom.

Mitä suurempi polttoväli on, sitä herkemmin kuva tärähtää. Jos polttoväli on esim. 150 mm, niin valotusajan on oltava 1/150 tai nopeampi.

Mitä suurempi polttoväli, sitä kauempaa voi kohteesta ottaa kuvan.

Muuttamalla polttoväliä ja pitämällä kohteen kuvassa samankokoisena kaikilla polttoväleillä on kuvan perspektiivi erilainen jokaisella polttovälillä.

Focal length comparison (Canon)

Focal length

Maisema laajakulmalla

Maisema telellä

Polttovälin kasvamisen vaikutus perspektiiviin

Aukko (Aperture)

Aukon koko määrää kuinka paljon valoa kulkee kennolle asti.

Aukon koko määritellään f-luvulla. Mitä pienempi f-luku, niin sitä suurempi on aukko. Esimerkiksi merkintä f/2.0 tarkoittaa, että aukon halkaisija on objektiivin polttoväli jaettuna kahdella.

Mitä suurempi aukko, sitä lyhyempi on kuvan syväterävyysalue.

Pieni aukko suurentaa syväterävyysaluetta ja vaatii pidemmän valotusajan. Suuri aukko pienentää syväterävyyttä ja vaatii lyhyemmän valotusajan.

Objektiivien ominaisuuksien yhteydessä f-lukua käytetään kuvaamaan objektiivin valovoimaa. Valovoima kertoo, mikä on objektiivin suurin käytettävissä oleva aukko. Mitä pienempi f-luku ilmoitetaan, sitä valovoimaisempi objektiivi on.

AukkoValotusaika
2.01/250
2.81/125
4.01/60
5.61/30
81/15
111/8
161/4
221/2

Syväterävyys (Depth of field, DOF)

Syväterävyysalue kasvaa kun polttoväli pienenee tai tarkennusetäisyys kasvaa tai aukko pienenee.

Digikameroissa syväterävyysalue on suurempi kuin filmikameroissa käytettyjen objektiivien todellisten polttovälien pienuudesta johtuen.

DOF-cartoon

Potretti, jossa tausta epäterävä

Potretti, jossa tausta liian terävä

Kuva, jossa erittäin pieni syväterävyys

Herkkyys (ISO)

Kameran kyky kuvata hämärässä; kameran kennon herkkyys valolle.

Erot eri videokameroissa ovat huomattavia. Yleensä isommalla kennolla varustetut ovat herkempiä.

Digikameran kennon herkkyys määritellään ISO-luvulla, joka on esim. 100, 200, 400, 800 tai 1600.

Kaksinkertaistamalla ISO-arvo saadaan puolitettua vaadittava valotusaika.

Perussääntö: mitä hämärämpää on, sitä suurempi ISO-arvo tarvitaan.

Suurella herkkyydellä suljinaika saadaan pieneksi, minkä vuoksi esimerkiksi urheilukuvauksessa käytetään usein suuria ISO-arvoja.

Mitä suurempi ISO-arvo on, sitä rakeisempi on kuva.

Esimerkki

Aukko (aperture)Valotusaika (shutter)Herkkyys (ISO)
2.01/250100
2.81/125100
4.01/60100
5.61/30100
81/15100
111/8100
161/4100
221/2100
221/4200
221/8400
221/15800
221/301600

Miten valitsen oikean aukko/valotus/herkkyys -yhdistelmän?

Valinta riippuu täysin siitä minkälaisen kuvan haluat ottaa. Apuna voi käyttää laskuria.

Kamerat

Pokkaridigikameroista (Compact) ja digijärjestelmäkameroista löytyy kaikista yleensä ainakin useita seuraavista ominaisuuksista:

Automaattivalotus

Auto-ohjelmassa kamera keksii mieleisensä aukon ja valotusajan yhdistelmän. Tämä riittää asetuksena useimmille ihmisille valokuvatessa.

Ohjelmoitu auto -ohjelmassa (Program) kamera keksii mieleisensä aukon ja valotusajan yhdistelmän, mutta käyttäjä voi halutessaan korjata valotusta.

Aika-automatiikkaohjelmassa (Shutter priority) kuvaaja määrää valotusajan ja kamera laskee tarvittavan aukon.

Aukko-automatiikkaohjelmassa (Aperture priority) kuvaaja määrää aukon ja kamera laskee tarvittavan valotusajan.

Valotusta voi yleensä korjata (kompensoida) haluaamaansa suuntaan. Esim. +2.

Haarukoinnilla (Bracketing) voi kameran määrätä ottamaan samalla kerralla useamman kuvan erilaisilla valotuksilla.

Manuaaliohjelmassa kuvaaja määrää sekä aukon että valotusajan.

Erilaisia valotusmittaustapoja ovat esim. seuraavat:

Kamera kuvittelee maailmaa keskiharmaaksi.

Histogrammi paljastaa osuuko valotus oikeaan.

Jos histogrammi painottuu oikealle, kuva koostuu pääosin kirkkaista sävyistä. Jos se painottuu vasemmalle, kuvassa on enemmän tummia sävyjä.

Jos histogrammi leikkautuu ulos oikealta, kuva on ylivalottunut. Vastaavasti alivalotus näkyy histogrammin leikkautumisena vasemmalta.

Histogrammin tulkinta

Tarkennus (Focus)

Automaattitarkennusta käytettäessä kamera pyrkii etsimään kuva-alalta todennäköisimmän kohteen ja tarkentaa siihen.

Käytetystä ohjelmasta riippuen kamera etsii kohdetta joko koko kuva-alalta tai vain keskeltä.

Tarkennuksen ja samalla myös valotuksen voi lukita painamalla laukaisin puoleen väliin.

Valkotasapaino (White balance)

Ihmissilmä sopeutuu kameraa paremmin eri valolähteiden väreihin ja esittää aina valkoisen valkoisena.

Digitaalikamerat osaavat vaihtelevalla laadulla saada kuvan valkoisen näyttämään luonnolliselta eli säätämään kuvan valkotasapainoa.

Valkotasapainon käsisäädöllä voi auttaa kameraa asettamaan oikean valkotasapainon. Käsisäädössä valkotasapaino mitataan valkoisesta paperista tai muusta valkoisesta kohteesta.

Laukaisuviive

Digitaalikameroissa esiintyy lähes poikkeuksetta selkeä laukaisuviive eli aika, joka kuluu laukaisimen painalluksesta kuvan ottamiseen.

Laukaisuviive muodostuu tarkennukseen kuluvasta ajasta ja varsinaisesta laukaisuajasta. Tarkennusaika on merkittävin tekijä laukaisuviiveen muodostumisessa.

Laukaisuviivettä voi merkittävästi lyhentää tarkentamalla kamera etukäteen painamalla laukaisin puoleen väliin.

Salama

RAW

RAW-tiedostot ovat digikameroiden versioita filminegatiivista.

RAW on siis valmistajakohtainen digikameran raakakuvan häviötön tiedostomuoto, mihin pikseleitä tallentuu yhtä monta kuin kameran kenno toistaa. Kuva tallentuu sellaisenaan ilman pakkaamista tai värikorjauksia, joita esimerkiksi JPG:n kohdalla aina tehdään. Sen sijaan RAW:n mukaan tallentuu tieto kuvaushetkellä valittuna olleista säädöistä, jotka on mahdollista kumota ja muokata uudelleen kuvankäsittelyohjelmalla, minkä takia RAW:ia kutsutaan häviöttömäksi tiedostomuodoksi.

RAW-kuvan tiedostokoko on siis suuri ja se vaatii aina jälkikäsittelyä tietokoneella. Ammattikuvaajat käyttävät useimmiten RAW-muotoa.

Lisätietoja

Kuvankäsittelyn perusteita

Kuvankäsittelymateriaali perustuu oppikirjaan Ekonoja Antti: "Tieto- ja viestintätekniikan käyttötaito", Jyväskylän yliopisto tietotekniikan laitos, 2009. [Oppikirjan nettisivut]

Tärkeimmät kuvatiedostotyypit

JPG

GIF

BMP

PNG

TIFF

Kuvan resoluutio

Resoluutiolla tarkoitetaan kahta toisistaan hieman poikkeavaa asiaa. Ensinnäkin sillä voidaan tarkoittaa kuvan muodostavien pikseleiden kokonaismäärää, jolloin se ilmaistaan muodossa pikselien määrä vaakasuunnassa x pikselien määrä pystysuunnassa. Tällöin voidaan puhua myös erottelutarkkuudesta. Esimerkiksi tietokoneiden näyttöjen tarkkuudet ilmaistaan juuri kyseisessä muodossa. Tietokoneen näytön resoluutio voi olla esimerkiksi 1680 x 1050 pikseliä. Pikselillä ("kuvapiste") tarkoitetaan kuvan pienintä yksittäistä osaa.

Toiseksi resoluutiolla voidaan tarkoittaa kuvan tai kuvantoistolaitteen tarkkuutta eli erottelukykyä. Tässä tapauksessa resoluutiolla tarkoitetaan pikseleiden tai kuvapisteiden määrää tietyllä alueella. Kuvien, digitaalikameroiden ja skannereiden yhteydessä erottelukyvystä käytetään myös termiä pikselitiheys. Tulostimien yhteydessä taas voidaan puhua pistetiheydestä. Yksikkönä pikselitiheydessä käytetään ppi:tä, joka tarkoittaa pikseleitä tuumalla (pixels per inch). Pistetiheyden yksikkö on taas dpi (pisteitä tuumalla, dots per inch). Usein kuitenkin dpi:tä käytetään hieman virheellisesti myös pikselitiheyden yhteydessä. Mitä suurempi erottelukyky kuvassa on, sitä tarkempi se siis on.

Pikselitiheys vaikuttaa ainoastaan paperitulosteiden tarkkuuteen. Näytöltä katseltavan kuvan tarkkuuteen sillä ei ole vaikutusta.

Kuvan pikselitiheydeksi valitaan kyseiseen tilanteeseen sopiva niin, että kuvan tiedostokoko pysyy tietyissä rajoissa. Esimerkiksi Internet-sivuille sijoitettavan valokuvan pikselitiheydeksi riittää 72 ppi ja monistettavan tai tulostettavan kuvan pikselitiheydeksi 150 ppi. Sen sijaan painettavan julkaisun pikselitiheys on huomattavasti suurempi ja sen määrittelee usein kyseinen kirjapaino (neliväripainatuksessa yleensä 300 ppi tai enemmän), jolloin kuvat usein myös skannataan kyseisessä kirjapainossa. Kuvan pikseleiden kokonaismäärä taas valitaan sen mukaan, kuinka iso (fyysiset mitat) kuvasta halutaan. Turhan suuri pikselitiheys tai pikseleiden kokonaismäärä ei paranna kuvan laatua, vaan hidastaa laitteistojen ja ohjelmien toimintoja ja vaatii suuria kiintolevytiloja.

Kun kuvan pikselitiheys on esimerkiksi 150 ppi:tä, on kuvassa yhden neliötuuman alueella 150 x 150 pikseliä eli yhteensä 22500 pikseliä. Jos taas kuvan pikselitiheys on 50 ppi:tä, on siinä kyseisellä alueella silloin 2500 pikseliä. Jos kuvan pikselitiheys siis tuplataan ja kuvan fyysinen koko halutaan pitää ennallaan, nelinkertaistetaan pikselien määrä ja kuvan tiedostokoko suurenee samassa suhteessa. Mitä suurempi pikselitiheys kuvalla on, sitä enemmän sen kokoa voidaan suurentaa kuvan laadun kärsimättä, eli pikseleiden fyysinen koko pysyy vielä niin pienenä, ettei ihmissilmä erota niitä.

Kuvan resoluutiomääritykset voi määritellä digitaalikamerassa ennen kuvan ottoa ja samoin skannerissa ennen skannausta ja tulostimessa ennen tulostamista. Digitaalikamerassa määritellään kuvan pikseleiden kokonaismäärä (esimerkiksi se voi olla tietyssä kamerassa maksimissaan 3648 x 2736 pikseliä, jolloin puhutaan 10 megapikselin kamerasta). Skannerissa taas määritellään pikselitiheys (esimerkiksi laadukasta kuvaa skannatessa se voisi olla 600 ppi). Myös joissakin laadukkaissa digitaalikameroissa voi määritellä itse pikselitiheydenkin, mutta yleensä se on vakioarvo (usein joko 72 ppi tai 96 ppi). Tulostimessa valitaan pistetiheys, joka voi olla esimerkiksi laadukasta valokuvaa tulostaessa 1200 x 1200 dpi.

Kuvankäsittelyohjelmassa ei kuvan pikselitiheyttä enää yleensä suurenneta (ei lisää kuvan tarkkuutta, koska pikseleiden kokonaismäärä on vakio), sen sijaan sitä voidaan siellä pienentää. Pikselitiheyden muutos vaikuttaa aina myös kuvan fyysiseen kokoon (tulostuskoko), joten jos pikselitiheyttä on muutettava, tehdään se ennen mahdollista tulostuskoon muutosta. Tulostuskoon muuttaminen tapahtuu siis yleensä pikselitiheyden säätämisellä.

Kuvan fyysinen koko

Kuvan tiedostokoko

Skannaus

Kuvan skannaus tapahtuu suunnilleen samalla periaatteella käytettävästä ohjelmasta riippumatta. Ainoastaan ohjelmien valikkokomennot voivat hieman poiketa toisistaan. GIMP-ohjelmassa valitaan ensin Tiedosto | Luo | Kuvanlukija/kamera (File | Create | Scanner/ Camera). Avautuvasta ikkunasta valitaan haluttu skannauslaite ja klikataan Valitse (Select), jolloin avautuu varsinainen Windows XP -käyttöjärjestelmän skannaustoiminto.

Jos valinta aukaiseekin skannerin oman skannausohjelmiston tai jonkun muun ikkunan kuin käyttöjärjestelmän oman skannaustoiminnon, kokeile valita laitelistasta joku toinen vaihtoehto. Yleensä WIA-alkuiset vaihtoehdot tarkoittavat, että kuva haetaan skannerilta käyttäen käyttöjärjestelmän omaa skannaustoimintoa, eli WIA-alkuinen vaihtoehto on yleensä oikea. Käyttöjärjestelmän oman skannaustoiminnon avautumisen jälkeen skannaus etenee seuraavasti:

Skannauksen valmistuttua kuva ilmestyy kuvankäsittelyohjelmaan, jossa sitä voidaan muokata tai tallentaa se haluttuun sijaintiin (hakemistoon).

GIMP

Seuraavaksi käydään läpi GIMP-kuvankäsittelyohjelman peruskäyttöä. Ohjelma löytyy valmiiksi asennettuna Agoran mikroluokista. Ohjelman saa ladattua ilmaiseksi kotikoneellekin osoitteesta: http://www.gimp.org/downloads/.

Kun GIMPin asentaa, se ottaa oletuksena kieleksi saman kuin käyttöjärjestelmän kieli. Siispä kun käyttöjärjestelmä on suomenkielinen, niin tulee suomenkielinen GIMP jne. Jos GIMPin kielen haluaa vaihtaa esimerkiksi englanniksi, niin siihen löytyy ohjeita esimerkiksi seuraavalta sivulta: http://docs.gimp.org/en/gimp-fire-up.html#gimp-concepts-running-language. Ohjeessa mainittu .bat-tiedoston tekeminen on yksi kätevä vaihtoehto kielen vaihtamiseen.

GIMPin käyttöön löytyy erinomaisia ohjeita myös Jaakko Joutsin kotisivuilta.

Yleistä GIMP:istä

Kuvan koon muuttaminen

Kuvan rajaaminen

Tekstin lisääminen kuvaan

Suotimien (tehosteiden) käyttäminen

Kuvan liittäminen toiseen kuvaan

Muutamia muita käyttökelpoisia perustyökaluja

Demoissa 7 ja 8 tutustutaan myös GIMPin monipuolisempiin ja haastavimpiin kuvan muokkausominaisuuksiin.

Käyttäjien kommentit

Kommentoi tätä sivua Lisää uusi kommentti
Kurssimateriaalien käyttäminen kaupallisiin tarkoituksiin tai opetusmateriaalina ilman lupaa on ehdottomasti kielletty!
http://appro.mit.jyu.fi/ope/luennot/luento4/
© Antti Ekonoja (antti.j.ekonoja@jyu.fi) <http://users.jyu.fi/~anjoekon/>
Tommi Lahtonen (tommi.j.lahtonen@jyu.fi) <http://hazor.iki.fi/>
Jukka Mäntylä (jmantyla@iki.fi) <http://www.iki.fi/jmantyla/>
2011-10-07 12:46:04
Informaatioteknologia - Jyväskylän yliopiston informaatioteknologian tiedekunta