Světlo a barva ve fotografii III.

Teplota světla

V roce 1900 přišel Max Planck (Nobelova cena 1901) s vyzařovacím zákonem. Tento zákon hovoří o tzv.modelu černého tělesa které při různé teplotě vyzařuje různé množství a spektrum světla. Spektrum světla je tedy závislé na jeho teplotě, proto teplotu světla měříme ve stupních Kelvina.

Možná si řeknete: „Proč je nejstudenější těleso červené a nejteplejší modré?“ Ale vězte, že od svíčky se spálíte méně, než od hořáku svářečky:-)

Experimentálně se zjistilo, že intenzita světla vyzařovaná tělesem se mění s  teplotou tělesa. Čím je teplota vyšší je vyšší i vyzářená intenzita. Světlo svíčky tedy vydává mnohem menší intenzitu, než třeba plynový hořák.

Zjednodušeně to lze chápat jako elektrický vařič. Je-li studený, povrch je černý, postupným zahříváním se jeho povrch mění od červené, přes bílou, do modra(přibližně). S rostoucí teplotou vzrůstá i intenzita světla kterou vyzařuje.

Zajímavost: Při měření barvy světla se můžete setkat se standardy D50, D65 atd. Jsou to standardizované křivky bílého světla. Barevný prostor sRGB využívá právě standard D65. Ten tvoří vcelku složitá křivka nad spektrem barev(různé barvy jsou zastoupeny s rozdílnou inteznzitou). Odpovídá běžnému polozamračenému dni na území Evropy a má teplotu 6500K.

Oproti tomu třeba křivka žárovky může vypadat takto.

Ze spektra vyplývá nevhodnost použití žárovky, jako zdroje světla pro fotografii. kvůli převážně červeným barvám a výrazné absenci modré a zelené. Stejné nebo hodne podobné charakteristiky májí i další umělé zdroje světla (např. oblíbený halogen).

Proč tedy vyvažujeme barvy podle okolního prostředí? Vždyť vidíme všude stejně. Oko má tu skvělou vlastnost, že dokáže barvy upravovat samo. Příklad s bílým papírem to dokazuje. Má vždy barvu světla, které na něj dopadá. I když se barva denního světla může dramaticky měnit, mozek barvu vždy vyhodnotí jako bílou, ačkoli je ve skutečnosti třeba světle modrá. Toto se děje také na základě našich zkušeností, protože známe barvy běžných předmětů.

Kdyby změny oko neprovádělo a bylo by nastaveno např. na barvu slunečního světla (5500K), vnímali by jsme ostatní barvy světelných zdrojů jako na tomto obrázku.

Vnímání jasu a gama korekce

Mějme fyzikální jas Y a subjektivní jas L (lightness). Naše oko nevnímá jas lineárně nýbrž logaritmicky. To je důvod zařazení gama korekce.

V horní řadě je nerovnoměrné rozložení subjektivního jasu L při lineárním kvantování jasu Y. V dolní řadě je naopak logaritmické kvantování jasu Y a pro oko rovnoměrné rozložení subjektivního jasu L. Bude-li tedy někdo měnit jas rovnoměrně, naše oko to rovnoměrně vnímat nebude. Musí ho měnit logaritmicky(případ dolní řady).

Červeně je vnímání jasu při rovnoměrném kvantování Y, zeleně při logaritmickém.

Zajimavost: Známou kalibrční pomůcku, neutrální šedou tabulku všichni známe. Proč ji však někdo nazývá 18ti procentní šedá a někdo 50ti procentní šedá? Ve skutečnosti se jedná o tu samou šedou tabulku. Vysvětlení je na obrázku nahoře. Subjektivní jas L má hodnotu 50% avšak jas Y má hodnotu jenom 18%.

Představme si CRT monitor, jeho jas Y je dán (velice zhruba) umocněním vstupního napětí jeho elektronového děla tzv. gamou (γ). Běžná hodnota gama je asi 2,2 – 2,8. Průběh jasu se dá predstavit následovně.

Jelikož naše oko má přibližně opačnou charakteristiku vnímání jasu (tedy horní čarkovaná čára), zdá se nám potom jas L rozložený lineárně. Zde gama korekce potom slouží k tomu abychom se co nejvíce přiblížili rovné přimce.

Při zpracovávání obrazu v počítači kvantujeme jas Y. Musíme však docílit rovnoměrného rozložení subjektivního jasu L, což nebude zaručeno budeme-li kvantovat jas Y rovnoměrně. Proto musíme před kvantováním udělat gama korekci a to sice umocněním jasu Y převrácenou hodnotou gama (1/γ). Tím docílíme nerovnoměrného rozložení jasu Y, avšak rovnoměrného rozložení subjektivního jasu L. Docílíme tak toho, že ve tmavých odstínech nebudou velké skoky a téměř nerozeznatelné přechody ve vysokých jasech.  Tento matematický vztah znázorňuje obrázek.

Jestli jste článek přelouskali až sem, jsem rád. Díky za pozornost!