2018-08-29

Integroituja vinjetointilukuja

Rupesin miettimään kuinka paljon objektiivin kuvakulmalta tulevasta potentiaalisesta valosta katoaa vinjetointiin ennen kuin se päätyy kennolle. Tämä luku on onneksi helppo selvittää: verrataan kuvan kirkkautta kuvan keskellä — oletetulla vinjetointivapaalla alueella — ja keskimäärin koko kuva-alalla. Näiden kahden luvun suhteesta saadaan valohävikki sekä prosentteina että aukkoina. Vertailua varten kameran raakakuvat pitää purkaa lineaarisiksi numeroarvoiksi dcrawilla, itse analyysin voi tehdä AstroImageJ:llä ja taulukkolaskimella. Kameran kennohan on melkein koko sävylliseltä toistoalaltaan suora fotonilaskuri, joten pikseleiden numeroarvot käyvät ihan sellaisinaan laskutoimituksiin kunhan niistä ensin vähentää mahdollisen bias-tason.

Jos ajatellaan kuvaa kolmiulotteisena, suorakulmaisena särmiönä jossa kuvan sivut muodostavat särmiön vaaka- ja syvyysmitan ja pikseleiden numeroarvot vastaavasti pystymitan, antaa kuva-alan pikseleiden arvo kerrottuna kuvan mitoilla särmiön tilavuuden. Särmiö saisi maksimitilavuutensa jos kuva-ala saisi kauttaaltaan saman arvon jokaiselle pikselille, joten todellinen tilavuus eli kokonaisvinjetointi saadaan siis laskemalla keskiarvo kuvan kaikista pikseleistä. Kuvan kokonaisvalomäärän ollessa analoginen särmiön tilavuudelle. Kuva kertoo enemmän kuin tuhat sanaa, joten alla kolmiulotteinen visualisointi kuvan vinjetoinnista kahdella erityyppisellä objektiivilla:



Jos kuvittelee myös nurkkien nousevan kuvan keskustan kanssa samalle korkeudelle, niin voi visualisoida kuinka paljon särmiön tilavuudesta ja sitä myöten kuvan kokonaisvalomäärästä on vinjetointi syönyt. On myös helppo nähdä laajakuvakulmaisen objektiivin piirtoympyrä loppuvan melkein heti kuvan nurkan ulkopuolella, ja perspektiivinkorjausobjektiivin piirtoympyrän ollessa mitoiltaan huomattavasti suurempi siirtojen ja kallistusten mahdollistamiseksi.

Kuvaa katsoessa ihmissilmä ei tietenkään näe rajuakaan vinjettiä noin voimakkaana, koska näkösysteemi on huomattavan epälineaarinen. Sen sijaan pudotus kohina/signaalisuhteessa ja kasvu kohinan määrässä on suoraviivainen vinjettiä korjattaessa ohjelmallisesti, ja se kyllä sitten näkyy — varsinkin jos kuvan äärimmäista reunaa pääsee tai joutuu vertailemaan suhinoiltaan siloisena pysyneeseen keskustaan. Näin voi käydä vaikkapa panoraamaa kasatessa.

Alla on taulukoituna muutamien objektiivien kokonaisvinjetointilukemia, kaikki tietenkin täydellä aukolla ja äärettömään tarkennettuina.


Objektiivi
Koko kuva-alan valohävikki, %Koko kuva-alan valohävikki, aukkoaIntegroitu aukkosuhde
Tokina 11-16mm f/2.8 (DX)61%1,38f/4,5
Sigma 14mm f/1.8--%--f/--
Samyang 14mm f/2.882%2,47f/6,6
Irix 15mm f/2.481%2,36f/5,4
Samyang 24mm f/3.5 T/S (siirrotta)63%1,45f/5,8
Sigma 35mm f/1.467%1,62f/2,5
Samyang 35mm f/1.476%2,07f/2,9
Nikon AF-S 35mm f/1.8G (DX)53%1,10f/2,6
Nikon AF 50mm f/1.8D42% (!)0,79f/2,4
Nikon AF-S 50mm f/1.8G75%2,00f/3,6
Samyang 85mm f/1.473%1,89f/2,7
Nikon AF 85mm f/1.8D71%1,80f/3,4
Nikon AF-S 105mm f/2.8 VR75%2,00f/5,6
Samyang 135mm f/271%1,80f/3,7
Sigma 50-150mm f/2.8 II (DX) @ 150mm60%1,33f/4,4
Sigma 180mm f/2.8 OS71%1,79f/5,2
Nikon 300mm f/2.8 AFn 70%1,72f/5,1
Sigma 100-300mm f/4 @ 300mm65%1,51f/6,7

Nikonin halvin 50-millinen ruuvarilinssi vetää pohjat tässä vertailussa, valosta katoaa matkalle kennolle alle puolet. Voi olla että luku on virheellinen, mutta en omassa tarkastelussa mitään äkkiseltään silmäänpistävää virhettä huomannut. 35-millisen DX-Nikkorin hyvä tulos taas on helppo selittää: vinjetointi on mitattu pienemmältä APS-C-kennokoolta, vaikka objektiivin piirtoympyrä kattaa täydellä aukolla melkein koko kinokoon kennon. Ultralaajikset vetävät tässäkin pohjan, neljä viidesosaa valosta katoaa matkalla kennolle. Osan tästä selittää ns. luonnollinen vinjetointi, joka on suoraan verrannollinen valon tulokulman tangenttiin. Pidemmissä objektiiveissa vinjetointi on pääosin mekaanista: kameran kenno ei näe objektiivin koko aukkoa kerrallaan; lisäksi supernopeissa objektiiveissa vinjetointia tulee myös pikselien rakenteesta johtuen: valoa heijastuu pois mikrolinsseistä ja imeytyy kennon fotonikaivojen seinämiin sekä senseleitä varjostaviin sähköisiin komponentteihin. Myös kameran rakenteet voivat varjostaa kuvaa, peilikamerassa ei ole harvinaista nähdä peilikotelon varjoa kuvan molemmilla pitkillä sivuilla.

Tarkastellaanpa lähemmin Samyangin 135-millistä, joka on käsitarkenteisena objektiivina voitu tehdä rakenteeltaan koko linssipakkaa tarkennettaessa siirtäväksi. Objektiivi siis loitontaa tai lähentää itseään suhteessa kennoon, lähemmäksi tarkentaessa linssipakan etääntyessä kameran kuvatasolta. Palkeitten tai pitkien loittorenkaitten kanssa kuvanneet tietävätkin jo että näin tehdessä objektiivin tehollinen valovoima muuttuu, joka johtuu ihan loitonnetun objektiivin polttovälin pitenemisestä. Ellei objektiivin tulopupilli kasva samassa suhteessa, on polttovälin ja tulopupillin halkaisijan suhteena ilmoitetun valovoiman pakko pienentyä siinä mukana. Toisaalta, loitontaessa objektiivin kuvaympyrä kasvaa joten nurkkien tummentuminen samalla loivenee.

Tämän ilmiön näkee hyvin seuraavasta animaatiosta, johon on laitettu perättäin vinjetointikuvien lineaariset korkeuskäyrät. Täydellä aukolla äärettömässä kuvan keskusta on kirkkaampi kuin lähimmällä tarkennusetäisyydellä, mutta nurkat äärettömässä tummentuvat nopeasti. Lähemmäksi tarkentaessa tehollinen aukkosuhde pienenee ja vinjetointi tasaantuu huomattavasti, mutta samalla kuvan keskiosan kirkkaus laskee. Vinjetointi kuitenkin hupenee nopeammin kuin loitonnus pudottaa valovoima, joten nettovaikutus kuvan kokonaiskirkkauteen jää lopulta positiiviseksi.


Ja sama tieto taulukkomuodossa.

Objektiivi ja tarkennusetäisyysKoko kuva-alan valohävikki, %Koko kuva-alan valohävikki, aukkoa Integroitu aukkosuhde
Samyang 135mm f/2 @ ∞ 72% 1,83 f/3,8
Samyang 135mm f/2 @ 10m 71% 1,83 f/3,8
Samyang 135mm f/2 @ 5m 69% 1,83 f/3,8
Samyang 135mm f/2 @ 3m 66% 1,56 f/3,4
Samyang 135mm f/2 @ 2m 63% 1,42 f/3,3
Samyang 135mm f/2 @ 1,5m 63% 1,42 f/3,3
Samyang 135mm f/2 @ 1,2m 55% 1,15 f/3,0
Samyang 135mm f/2 @ 1m 52% 1,07 f/2,9
Samyang 135mm f/2 @ 0,9m 51% 1,07 f/2,8
Samyang 135mm f/2 @ 0,8m 51% 1,02 f/2.9

Onko tällä sitten hirveästi vaikutusta käytännön kuvaukseen? Edellä mainittua panoraamaesimerkkiä lukuunottamatta, tuskin. Mutta asia kiinnosti ja otin siitä sitten selvää. Mutta yllätävän paljon valoa katoaa, ehkä tämä selittää viimeaikaisen trendin kohti halkaisijaltaan isompia ja isompia objektiiveja ja etulementtejä? Esimerkiksi tuoreessa objektiivijulkaisussa, Sigma 105mm f/1.4, on suodinkierre yhtä suuri kuin polttoväli ja etuelementti teevadin kokoinen.

1 kommentti:

  1. En tiedä, mutta pieni vinjetointi toisaalta sopii useimpiin kuviin. Se tekee niistä tavallaan miellyttävämpiä ja tunnelmallisempia.

    VastaaPoista