Rychlá navigace

Anatomie lidského oka

Oko a barva

Vyvážení bílé

Dynamický rozsah oka
  versus SLR a DSLR

Zorný úhel

Co je to normální objektiv

Perspektiva aneb 2D/3D

Perspektiva a ohnisk. vzdál.

Další odl. oka a fotoaparátu

Závěr

 

          Oko (a mozek) versus fotoaparát

Patříte-li k těm lidem, kteří aniž cokoliv o fotografii, světle, expozici, ostření, objektivech atp. vědí a přesto dělají úžasné fotografie, skláním se před Vámi a rád půjdu k Vám do učení. Nicméně asi by to nebylo nic platné, protože máte nadání od Boha a to se naučit nedá. My ostatní (a já zejména) musíme o fotografii a její technické realizaci přemýšlet, rozmýšlet a zkoušet tak, abychom ve finále přinesli třeba z výletu pěknou fotku a nad fotopapírem či monitorem mudrovali o tom, co jí ještě chybí a na co jsme "na place" zapoměli.

Canon EOS 10D, 1/10s, f/11, ISO400, 180mm
Převedení do odstínu "sépie" ve Photoshopu.

Fotografie je nadmíru subjektivní záležitost. Posuzovatel je jen a pouze člověk a pokud zanedbáme skutečnosti jako že papírová (nemluvě o monitoru) fotografie voní, má určitý omak a specificky šustí, tak 100% informací nám poskytují oči. A jsou to též oči a zejména mozek, oba srovnávají fotografii se skutečností, s tím co již znají a co zažili. Nelze ale opomenout fakt, že dobrá fotografie evokuje i zcela nové obrazy ovlivněné tím, jak si pozorovatel ve své vlastní a nejtajnější fantazii danou scénu představuje a co v něm případně probouzí za dávno zapomenuté emoce, prožitky či touhy. Této poslední skutečnosti využívá v maximální možné míře zejména reklamní fotografie, kde není nic mimořádného, že se při její realizaci spolupracuje s psychology a sociology.

Ač je to k nevíře, i dnešní nejdokonalejší fotoaparáty se k schopnostem oka a zejména mozku jen přibližují. Schopnosti které má zdravý člověk (dynamický rozsah vidění, schopnost vyvážení bílé, gamut, ostření, noční vidění atd.) jsou zatím technikou naplněny jen zčásti. Naopak ale v některých oblastech zase technika člověka překonává - makrofotografie, infrafotografie, RTG, silné teleobjektivy atd. Kdyby na planetě zemi přistál mimozemšťan schopný vidět ve fyzikálním slova smyslu dokonale, našim papírovým fotografiím by se nejspíše vysmál. Možná by ale některé specializované oblasti třeba i schovívavě pochválil. Pojďme se tedy stručně podívat na schopnosti lidského oka a vidění (v tom už jede i mozek) a srovnejme ho s dnešními schopnostmi zejména DSLR.

  Anatomie lidského oka

Zpracováno na základě podkladů z knihy Klinická Neurooftalmologie, Doc. MUDr. Jiří Otradovec, vydala Grada 2003, webu věnovanému anatomii lidkého oka Webvision, webu dpFWIW a mých přátel lékařů, kteří mi poskytli některé konsultace.

Každému fotografovi se již mnohokrát stalo, že ač mu fotografovaná scéna připadala úžasná, výsledná fotografie není nic moc. Lidské oko je totiž  ošemetné - z celkové scény si vybere jen co ho zajímá, bleskurychle se přizpůsobí měnícím se světelným podmínkám a mozek navíc vedle světla vnímá i vůni, zvuky, teplo atp. To vše dohromady vytváří pocit (emoce), který na fotografii často chybí. Uvědomit si faktory, které odlišují fotku od oka a využít je ve svůj prospěch je základ pro dobrou kompozici obrazu.

Lidské oko je první částí řetězce vidění. Má jednoduchý objektiv o 2 členech - rohovka (cornea) je vnější člen a čočka (lens) vnitřní. Množství světla, které vstupuje do oka, je řízeno duhovkou (clonou, iris), která je mezi nimi. Světlo se potom šíří průhledným sklivcem (vitreous humor) a na světlocitlivé sítnici (retina) vytváří otočený obraz.

Sítnice je světlocitlivá část oka a odpovídá CCD/CMOS senzoru případně filmu ve fotoaparátu. Pokud by se sítnice vyrovnala do plochy, vytvořila by kruh o průměru cca 42mm - vynikající shoda s úhlopříčkou kinofilmu! Sítnice je tvořena světlocitlivými buňkami - asi 130 miliony tyčinek (rods) a 7 miliony čípků (cones). V tomto smyslu je oko vlastně 137 megapixelový foťák! Čípky jsou sice méně citlivé ale zato dokáží rozlišovat barvu. Naproti tomu tyčinky jsou velmi citlivé ale "černobílé". Proto my lidé v šeru vidíme jen černobíle.

Žlutá skvrna (fovea) je místo na sítnici o průměru cca 0,2-0,5 mm. Nachází se na ose oka a je to místo nejostřejšího vidění, kterým my lidé ostříme. Na 1 mm2 tam připadá asi 150 000 čípků (odpovídá rozlišení asi 10 000 dpi!) a nejsou tam skoro žádné tyčinky. Žlutá skvrna slouží k ostrému a barevnému dennímu vidění a vysoké rozlišení podporuje i fakt, že každý čípek ve žluté skvrně má svůj vlastní optický nerv (vlákno).

Dále od žluté skvrny čípků rychle ubývá, přibývá však tyčinek a jejich hustota je největší ve vzdálenosti cca 5-6 mm od centra (kolem 160 000 tyčinek na 1 mm2). Tato oblast sítnice reaguje zejména na pohyb a změny intenzity světla a slouží k perifernímu a nočnímu vidění. Na jeden optický nerv je napojeno více tyčinek, což sice snižuje rozlišení ale současně zvyšuje jejich citlivost - údajně jsou tyčinky schopné zachytit jediný foton! Protože oko opouští ve svazku optického nervu (papile) celkem asi 1 milion nervových vláken (v tomto smyslu je tedy oko 1 megapixel), v průměru je na 1 vlákno napojeno 130 světlocitlivých buněk (vida - základy JPEG komprese staré miliony let :-).

Světlocitlivá buňka

Dominantní umístění

Účel

Citlivost

Špička [nm]

Čípky

Žlutá skvrna

Jasová a barevná detekce

Červená

564

Jasová a barevná detekce

Zelená

533

Barevná detekce

Modrá

437

Tyčinky

Periferní část sítnice

Periferní a noční vidění

Zelená-modrá

498

Lidské světlocitlivé buňky a jejich "parametry"
 

  Oko a barva

Oko dokáže údajně rozlišit několik desítek milionů barev, jméno má přitom jen několik desítek z nich. Vedle "černobílých" tyčinek obsahuje sítnice 3 druhy čípků - každý druh s jiným světlocitlivým pigmentem reaguje na jinou barvu (vlnovou délku světla). Červené čípky reagují zejména na červeno-žlutou barvu, zelené reagují zejména na zeleno-žlutou a modré na modro-fialovou barvu.

Barva každého nesvítícího objektu je určena tím jaká barva světla (jaké spektrum světla) na něj dopadá, jaké vlnové délky objekt odráží a jaké pohlcuje. Tím objekt specificky a jednoznačně mění spektrum odraženého světla, což my lidé chápeme jako jeho barvu. Oko potom vidí pouze ty vlnové délky, které obsahovalo dopadající světlo a které objekt odrazil (nepohltil). Bílé světlo obsahuje všechny vlnové délky a žlutá květina pozorovaná v bílém světlo odráží tedy jen "žluté" vlnové délky (kolem 580 nm) a ostatní pohlcuje. Žlutá květina pozorovaná v modrém světle by se jevila černá (modrou prostě neodráží).

  Vyvážení bílé

Běžné zdroje světla které považujeme za bílé ve skutečnosti bílé nejsou. Mají svojí barvu - přesněji řečeno své spektrum . Nejběžnějším zdrojem světla je slunce, které vytváří denní světlo, často však přes mraky, mlhu, smog atd. Změna barvy denního světla (jeho spektra) je během dne velmi dramatická a závisí na čase, počasí, nadmořské výšce atp. Denní světlo je například při zamračeném dni trochu do modra v porovnání s poledním sluncem a naopak ranní nebo večerní sluneční světlo je do červena. Běžná žárovka je velmi červená, blesk je trochu do modra a výbojky (např. v pouličních lampách) jsou zelené.

Když se díváte na bílý papír, nedíváte se na žádnou "jeho" bílou. Dívate se na světlo, které na papír dopadá a papír ho odráží. A bílý je proto, že odráží vše - čili nemění spektrum světla, které na něj dopadá. Osvítí-li bílý papír bílé světlo, papír je bílý. Osvítí-li bílý papír modré světlo, papír je modrý. Takže svítí-li na bílý papír denní světlo, jakou má vlastně "bílý" papír barvu? Z fyzikálního hlediska má barvu světla, které na něj dopadá. A denní světlo má dramaticky rozdílnou barvu! A přesto vždy a bez váhání řekneme, že papír je bílý!

Příčina tohoto nedorozumění je v tom, že lidský mozek je silně tolerantní na bílou. Mozek prostě "ví", že papír je bílý a signály, které mu posílají oči, upraví na bílou i když nervy z čípků oka posílají třeba namodralou. Proto nelze jednoznačně říci, co to je bílá. Vnímání bílé se mění v závislosti na tom, jak se mozek podle okolních podmínek překalibroval a pro kalibraci použil zkušenosti o barvách předmětů nashromážděných během celého života.

A teď si představte, že vyfotíte třeba svojí přítelkyni ve světle běžné žárovky (která má červené světlo). Fotoaparát zaznamená správně barvy (odraz červené barvy od pleti Vaší přítelkyně) a fotolab Vám udělá fotku. Vy si ale fotku prohlížíte ve dne a Váš mozek je nakalibrován na den. Fotka Vám tím přijde nepřirozeně červená! Aby se to nestalo, musíte před vyfocením přítelkyně v červeném světle žárovky dát fotoaparátu příkaz: "Teď budeš fotit v červeném světle, které ale budeš považovat za bílé!" Fotoaparát si překalibruje senzory a vyrovná červené světlo žárovky snížením citlivosti na červenou. Tím vznikne fotografie, kde pleť Vaší přitelkyně bude mít přirozenou barvu jako kdyby byla osvícena bílým světlem. Neboli - fotoaparát se překalibroval jako mozek, čili si vyvážil bílou (provedl White Balance). Schopnost pružného vyvážení bílé je jednou z velkých předností DSLR oproti 35mm SLR, které tuto schopnost nemají - je v nich třeba měnit film.

Další podrobnosti o vyvážení bílé najdete v článku Vyvážení bílé na DSLR.

  Dynamický rozsah oka versus SLR a DSLR

Dynamický rozsah scény neboli kontrast scény nebo také tonální rozsah je jednoduše řečeno rozdíl mezi nejsvětlejším a nejtmavším místem fotografie. Každému je vcelku jasné, že bude-li fotit uhlí ve sklepě proti oknu, kam právě praží odpolední slunce, z uhlí toho moc vidět nebude. Koneckonců ani oko už oboje nezpracuje. Jak to tedy s dynamickým rozsahem scény je a jak se měří?

Dynamický rozsah scény se stanovuje v jednotkách EV a je to rozdíl EV nejsvětlejšího a EV nejtmavšího místa. Co je to EV se dočtete např. v článku Porozumění správné expozici. Chcete-li změřit dynamický rozsahu scény, nastavte na fotoaparátu bodové měření expozice (spot nebo partial metering), změřte EV světel (např. oblohy), změřte EV stínů (např. tmavého předmětu v popředí) a odečtěte je. Rozdíl EV je dynamický rozsah scény.

Nechceme se na tomto místě pouštět do složitých diskuzí o dynamickém rozsahu. Jisté ale je, že:

  • dynamický rozsah všech fotoaparátů je oproti oku zoufale malý

  • dynamický rozsah DSLR je oproti 35mm negativnímu filmu výrazně menší

  • dynamický rozsah DSLR je podobný (možná o trochu větší) než diapositivní barevný film

Starý a osvědčený fotografický trik pro posouzení scény a její schopnosti být převedena do pěkné fotografie je silně přihmouřit oči. Oči tak ztratí část svého dynamického rozsahu, stinná místa se utopí ve tmě, zmizí detaily a stoupne hloubka ostrosti. Současně se zúží zorný úhel a scénu vidíme jakoby na plátně. Pokud dokážeme ještě zavřít jedno oko, zanikne i prostorový 3D dojem (viz dále). Zkrátka skoro dokonalá iluze budoucí nedokonalé fotografie. Pokud scéna projde tímto testem, stojí za to se namahat s mačkáním spouště.

Další podrobnosti o dynamickém rozsahu najdete v článku Dynamický rozsah scény.

  Zorný úhel

Vnímání scény  lidským okem a fotoaparátem může být podobné, ale těžko může být zcela stejné. Sítnice oka je zakřivená, kdežto film i senzor je plochý, což nutně mění podání perspektivy. Navíc oko a mozek vnímají scénu současně ve 3 různých zorných úhlech. Můžete si to sami a snadno ověřit pozorováním běžné scény - třeba ulice. Podíváte-li se upřeně a bez hnutí těla i oka vpřed, tak Vaše periferní vidění bude mít zorný úhel kolem 170ş. Normální vidění se schopností rozlišovat detaily bude mít úhel cca 45ş, kdežto místo kterým ostříme, na které se soustředíme a kde současně vidíme s mimořádnou rozlišovací schopností bude mít zorný úhel cca 1ş. Tyto údaje jsou ale individuální a mohou se člověk od člověka lišit.

 

V praxi často reálný rozsah scény překročí rozsah, který je fotoaparát schopen na jedné fotografii zaznamenat. Zjistit ale přesně dynamický rozsah vašeho fotoaparátu je téměř nemožné. Oficiální zdroje o tom neřeknou ani slovo a obecně dostupné informace se často rozcházejí. Stejná situace nastane při snaze porovnat dynamický rozsah klasických a digitálních fotoaparátů. K problematice dynamického rozsahu např. dpFWIW:
"Lidské oko je opravdu div co se optických vlastností a adaptace týče. Rozlišení oka a jeho dynamický rozsah leží daleko za možnostmi jakéhokoliv filmu nebo digitálního čipu. Za průměrných podmínek může lidské oko přesně zaznamenat detaily i ve světelných intenzitách o poměru ~ 1 : 30 000 neboli 15 EV v jedné scéně a absolutní dynamický rozsah - od adaptace na úplně tmavou po adaptaci na úplně světlou - dosahuje až poměru 1 : 109 neboli 30 EV. Pro porovnání - dobrý barevný diafilm zaznamená stěží rozsah 1 : 32 neboli 5 EV zatímco některé černobílé filmy a digitální fotoaparáty se přibližují 10 EV. Je s podivem, že při konkurenci oka jsme schopní se spokojit se současnými fotoaparáty."


Dynamicky velmi náročná scéna, která již leží za možnostmi současných DSLR. Blikající místa jsou "přepálená" a díky tomu prostá jakékoliv kresby. Původně velmi atraktivní barevný západ slunce se stal nezáživnou fotkou.

 

Naopak fotoaparát (SLR i DLSR) má jen jeden zorný úhel daný použitým ohniskem objektivu. Objektiv zobrazí ve svém zorném úhlu všechny předměty stejně. Na co bude tedy přitažena pozornost oka na výsledné fotografii je věcí fotografa a jeho práce s hloubkou ostrosti, barevným či černobílým kontrastem, kompozicí atp.  Rozhodnutí na co zaměřit pozornost musí tedy fotograf udělat ještě před zmáčknutím spouště. V reálné scéně totiž člověk vidí hlavně to, co vidět chce (aniž si to uvědomuje vybírá si detaily dle svého vkusu) a u fotografie tuto možnost převezme fotograf. Často proto jednoduché fotografie působí nejsilněji! Při běžném pozorování oko též přeostřuje velmi rychle takže se zdá, že vidíme všechno stejně ostře. Ve skutečnosti ale sledujeme vždy jen malý zorný úhel!

I špičkoví fotografové si pro představu scény v určitém zorném úhlu pomáhají rukama jejichž prsty sestaví do obdélníku a vzdáleností rukou od očí se současným zavřením jednoho oka simulují zorný úhel.

Zorný úhel objektivu a jeho ohnisková vzdálenost jsou vázany jednoduchým pravidlem: "Čím delší ohnisko objektivu, tím menší zorný úhel" a konkrétně potom pro 35mm film s polovinou úhlopříčky 21,6mm vztahem:

Zorný úhel objektivu [ş] = 2 * arctg( 21,6 / Ohnisková vzdálenost [mm] )

  Co je to normální objektiv?

Fotografové často používají termín normální neboli základní objektiv. Je to objektiv, který zobrazuje předměty ve stejné velikosti jako lidské oko. Jinými slovy - zorný úhel tohoto objektivu je shodný se zorným úhlem lidského oka a je to tedy vysloveně subjektivní záležitost každého člověka. Za zorný úhel oka se považuje 45ş (oblast ostrého vidění), 50mm objektiv má zorný úhel 46ş. Pro 35mm SLR je tedy normální objektiv kolem 50mm. Na DSLR s 1,6x menším senzorem je normální objektiv kolem 31mm (50mm/1,6).

Test na Váš "normální" objektiv si můžete udělat i sami - dívejte se jedním okem do hledáčku fotoaparátu a druhým okem normálně. Vyberte si vzdálenou scénu, aby objektiv byl zaostřen na nekonečno. Vyrovnejte zoom na objektivu tak, abyste viděli oběma očima předměty stejně veliké. Potom odečtěte na zoom kroužku objektivu ohnisko a vynásobte ho zvětšením hledáčku (viewfinder magnification - tento údaj najdete v technických parametrech fotoaparátu). Výsledná hodnota je Váš normální objektiv. U DSLR se již pro tento test ohnisková vzdálenost koeficientem nepřepočítává, protože i hledáčky DSLR jsou kalibrovány na objektiv 50mm bez přepočtu.

Příklad:
Pro Canon EOS 10D jsem subjektivně zjistil na zoom kroužku objektivu ohnisko 55mm, takže můj normální objektiv je 55mm * 0,88 = 48,5mm (zvětšení hledáčku Canonu EOS 10D je 0,88x - takže vlastně mírné zmenšení obrazu v hledáčku pro objektiv 50mm zaostřený na nekonečno). To je ve vynikající shodě s všeobecně považovaným normálním objektivem 50mm.

  Perspektiva aneb 3D kontra 2D

Očima vidíme prostorově. Je všeobecně známo, že mozek ze 2 vzájemně posunutých obrazů je schopen sestavit perspektivní 3D vidění. Fotoaparát ale tuto možnost nemá a objektiv vždy vykreslý jen dvourozměrný (2D) obraz. Iluzi trojrozměrnosti fotografii dává teprve fotograf vhodnou kompozicí, osvětlením atp. Zanedbáním tohoto pravidla vznikají ploché a nezáživné fotky i přesto, že skutečná scéna byla opravdu úžasná! Komu se to ještě nestalo, ať hodí kamenem. Mě se to stalo například před mnoha lety, když jsem navštívil pyramidy v Egyptě. Uchvácen jejich krásou a velikostí jsem "zapoměl u fotografie přemýšlet" a přivezl si celkem obyčejné fotky, z kterých si o jejich velikosti moc představy neuděláte. Jak bude 2D fotka vypadat můžeme snadno zjistit zavřením jednoho oka a tím simulovat pouze 2D zobrazení.

 

Zobrazení perspektivy na fotografii je nutné pomoci. Dobře působí výrazné popředí se zmenšujícím se pozadím, diagonální kompozice, sbíhající se linie, rozostřené pozadí nebo modrání případně "zmlžnění" dálek.

  Perspektiva kontra ohnisková vzdálenost

Znova je třeba odstranit rozšířený mýtus, že objektivy s různou ohniskovou vzdáleností zobrazují různě perspektivu. Není tomu tak! Zobrazení perspektivy závisí pouze na snímací vzdálenosti! Jinými slovy - všechny objektivy mají stejné zobrazení perspektivy - 300mm teleobjektiv i 20mm širokáč, pokud je snímáno ze stejného místa a při zanedbání vad objektivů. Perspektiva je ovlivněna pouze relativními vzdálenostmi mezi snímanými objekty a fotoaparátem. Vše co mění ohnisková vzdálenost je pouze výřez scény (snímací neboli zorný úhel) a hloubka ostrosti. Více zde.

  Další odlišnosti oka a fotoaparátu

Odlišností je samozřejmě celá řada a nemá valný smysl je všechny vyjmenovávat. Uveďme jen ty nejmarkantnější:

Snímací čas
Oko funguje vlastně jako kamera a zaznamenává kontinuální děj. Každý jednotlivý obraz v oku zanikne za cca 1/30 vteřiny (proto televize a kino nebliká i přesto, že se skládá ze série snímků). Fotografie naopak dokáže zmrazit děj ve velmi krátkém čase (např. 1/4000 sec) nebo naopak nasčítat (integrovat) obraz za dlouhou dobu (řádu minut). Takto pořízené fotografie nemůžeme nikdy v reálu pozorovat.

Rozsah spektra
Lidské oko vidí světelné záření s vlnovou délkou mezi 400 až 700 nm. Kratší (ultrafialové) nebo delší (infračervené) vlnové délky již nevidí. Fotografie však dokáže zaznamenat i tato záření - ultrafotografie umělecky příliš atraktivní není je ale velmi praktická (RTG), kdežto infrafotografie patří k oblíbeným hrátkám řady fotogafů.

Pozorovací vzdálenost
Oči dokážeme zaostřit na minimální vzdálenost cca 20cm. Tím je dané i maximální zvětšení, které jsme schopni očima dosáhnout. Naproti tomu makrofotografie (neřku-li mikrofotografie) dokáže zobrazovat předměty z velmi malé vzdálenosti a zvětšit je tak, že se o tom očím ani nezdá.

  Závěr

Oko a fotoaparát nikdy nebudou stejné. A právě skutečnost, že fotograf má pod svojí kontrolou to, co oku budoucího diváka ukáže a může to měnit a přetvářet, činní fotografii krásnou. Naopak pro dokumentační účely je vhodné zachytit scénu co nejpřesněji tak, jak by jí vidělo lidské oko. Z obou těchto důvodů je proto vhodné vědět o oku a jeho zákonitostech alespoň základní fakta a při přemýšlení o budoucí fotografii je vzít v úvahu.

Zpět nahoru

Text a obrázky - copyright © 2013 ing. Roman Pihan.

Nemohou být použity či přetištěny bez svolení autora vyjma pro privátní a nekomerční použití.

 

 Mnohem více informací o DSLR, optice, expozici, ostření atd. najdete v knize Mistrovství práce s DSLR.