2017-07-30

Valkotasapainosta, pimeävirrasta ja vähän värikohinastakin

Alla olevassa kuvaajassa ovat kaikki Nikon D800 -kamerasta löytyvät valkotasapainokertoimet siniselle ja punaiselle kanavalle. Kertoimet on kaivettu kameran tuottamista JPEG-tiedostoista Exiftoolilla. Sama data löytyy myös taulukkomuotoisena. Kuvaajan arvot ovat suhteessa vihreään kanavaan jonka kerroin on aina yksi. Pystyakselilla ylöspäin mennessä kasvaa sinisen kanavan kerroin, ja vaaka-akselilla on vastaavasti punaisen kanavan kerroin.

Heti voidaan nähdä että yleensä kameran valkotasapainoesiasetukset ja niiden hienosäätöarvot (WB-nappi pohjassa eturullaa pyörittämällä voi kutakin kameran valkotasapainoesiasetusta virittää kuudella A- ja B-arvolla; suurempi arvo A:ta lämmittää kuvaa ja B vastaavasti viilentää) pelaavat lämmin-kylmä -akselilla. Suurin osa arvoista on melko yhtenäisellä käyrällä, poikkeuksen muodostavat nuo suoralle linjalle sijoittuvat 13 arvoa jotka ovat muita kauempana origosta. Ne sisältävät vähemmän vihreää suhteessa punaiseen ja siniseen joten arvot siis tuottavat kuvia jotka ovat muita enemmän purppuraisia. Tuon suoran linjan muodostavatkin kameran fluorescent- eli loistelamppuvalkotasapainoesiasetukset (aah tätä Suomen kieltä) hienosäätöarvoineen.


(D800:n värikanavakertoimet kameran kaikille valkotasapainoesiasetuksille ja hienosäätöarvoille. Y-akseli on sinisen kanavan kerroin ja X-akseli punaisen.)

Kelvin-arvon laskiessa alkaa sininen kanava saamaan suurempia ja suurempia kertoimia, aina lukuarvoon 2,8 asti. Sama tietysti käy punaiselle kanavalle, valon muuttuessa sinisemmäksi, alkaa punaisen kanavakohtainen kerroin kasvamaan. Sisätiloissa tai ulkona keinovaloissa kuvatessa, voi sinisen kanavan kerroin olla kolme tai jopa enemmän käyttäessä valkotasapainon custom-asetusta — suurpainenatriumkatulamppujen valossa voivat väritasapainokertoimet kasvaa vielä suuremmiksi. Vastaavasti kesäyön sinertävässä hämärässä punaisen kanavan kerroin kasvaa helposti sinne kolmen tuntumaan. Raakakuvien kehitysohjelmissa (Lightroom, Capture One, jne) voivat kertoimet kasvaa vielä suuremmiksi sävyttäessä valkotasapainosäätimellä vaikkapa kusenkeltainen kodikkaan oranssi kaupunkimaisema viileänsiniseksi.

Näistä värikanavakohtaisista valkotasapainokertoimista johtuen kameran oma lämpö- ja lukukohina, joka on itse asiassa kuvan varsinaisesta sisällöstä riippumatonta, voi saada erilaisia värisävyjä valkotasapainosta riippuen. Otetaan esimerkki, kamerasta löytyvä suurin herkkyys ISO H2.0 eli 25 600 Nikonin D800:lla. Pitkä valotus, iso herkkyys, ja kuumana käyvä Sonyn kenno. Ilman mitään kennolle tulevaa valoa, aiheuttaa kennon pimeävirta raakakuvaan nollasta poikkeavia pikseliarvoja. Keskimäärin nämä pikseliarvot* ovat luokkaa 32 arvoa kuvan nollatason yläpuolella, elektroniikan lämmittämässä alareunassa vielä enemmän. Tältä ne saattaisivat näyttää valkotasapainokertoimien jäljiltä:


(Kannattaa klikata kuva auki selaimen harmaalle taustalle, värierot näkyvät paremmmin. Kuva on vain suuntaa-antava koska raakakuva käy melkoisen mankelin läpi muuntuessaan mustavalkoisista kuva-alkioista lopulliseksi värikuvaksi.)

Miten tästä, useimmiten violetista, hehkusta pääsee eroon? No ihan alkuun pitää sanoa että valkotasapainon rukkaaminen vihreän suuntaan on se väärä tapa. Tietenkään ei pitäisi tälleen luovissa jutuissa sanoa että jokin on objektiivisesti väärin, mutta näin se nyt vaan on — ainakin jos aikoo korjata jotain eikä vaan sotkea lisää. Valkotasapainoa säätämällä voi saada korkeintaan yhden osan sävyalasta kohdilleen, koska pimeävirta on lisäsignaalia joka on tasan yhtä voimakasta kaikissa kanavissa. Se pitää siis vähentää kuvasta ennen valkotasapainokertoimien asettamista.

Adoben tuotosten käyttäjillä on kuitenkin yksi kikka, jolla pimeävirran vaikutusta kuvan väreihin voi yrittää kompensoida. Lightroomissa ja Camera Rawissa on calibration-kohdan alla shadow tint -liukusäädin jolla voi säätää värikanavien suhteita kameran raakakuvan mustan tai nollapisteen suhteen. Tämä ei siis ole teknisesti ottaen se korrekti tapa saada asia kuntoon, mutta on ainoa keino minkä Adobe on käyttäjälle suonut. Ja useimmiten pieni säätö riittää ihan hyvännäköisiin kuviin — varsinkaan jos kuvassa ei näy hirveästi epähomogeenisiä kennon oheiselektroniikan kuten tasavirtamuuntajien tai prosessoreiden lämmittämiä läiskiä tai alueita. Alla on video demonstroimassa:



Kunnollista jälkeä halajavan pitää kuitenkin ottaa valotuksiensa oheen muutama musta ruutu joilla voi pimeävirran vähentää. Näiden darkkien pitäisi täsmätä valotuksien kanssa herkkyyden, valotusajan ja lämpötilan osalta. Muutama siksi että satunnaisesta luvusta vähentämällä toisen, yhtä satunnaisen luvun, ei päästä nollille kovinkaan usein ja sehän darkkiruutujen käytössä on määränpäänä. Tästä syystä kameran oma pimeävirran vähennys kannattaa pitää pois päältä, tuloksena kun on lisää kohinaa vaikka ominaisuus pitkän valotuksen kohinanpoiston nimellä usein kulkeekin — ja hukkaahan se aina arvokasta valotusaikaa. Tuloksena on siis vain lisäkohinaa ellei kuvia ole pinottu useampia. Lisäksi kennolle saattaa osua valotuksen aikana varautuneita hiukkasia vaikka ulkoavaruudesta (kosmiset säteet) tai lähempää (radonin yms. hajoamistuotteet) — hiukkaset näkyvät kuvissa helposti tunnistettavina lyhyinä viiruina, pinoamalla noista kuitenkin pääsee eroon tarvittaessa.

Alla on kuvapari, jonka toiseen puoliskoon on käytetty pimeän virran poistokuvaa Raw Therapeessa. Darkkiruutuja on itse asiassa useampia, jotka on pinottu aiemmin mainostamallani PixelFixerillä yhdeksi raakakuvaksi. Melkoisen kätevää ja ennen kaikkea nopeaa.


(Vaikka pimeävirran määrä ei kuvassa ole suuren suuri, on sen vaikutus väreihin silti huomattava.)

Lämpötila oli kolmas huomioonotettava suure edellä. Nyrkkisääntönä voi sanoa että kuuden asteen pudotus lämpötilassa puolittaa pimeävirran, kun valotusaika ja herkkyys pysyy samana. Otin kameralla tunnin mittaisia valotuksia erilaisissa lämpötiloissa: 23 astetta eli kesäinen huoneenlämpö, +1 astetta eli jääkaappi ja -11 astetta eli pakastin. Nikonhackerin modifirmwarella aikaansaaduista muokkamattomista D800:n raakakuvista mitattuna pimeävirran taso oli kuvissa keskimäärin 3,5; 28,5 ja 113 ADU:a eli raakakuvan käsittelemätöntä lukuarvoa. 33 asteen pudotus lämpötilassa siis kutisti pimeävirran (ja lukukohinan summan) yhteen kolmaskymmenesosaan. Vähentämällä kylmimmistä kuvista satunnainen toinen kylmässä otettu darkkiruutu, selviää nopeasti että suuri osa pimeävirtakuvien signaalista on pelkkää lukukohinaa. Siinä missä pimeävirta on kokolailla satunnaista luonteeltaan (poislukien tietysti edellä mainitut lämmittävät oheiselektroniikat), lukukohinassa näkyy paljon ohuita vaakaraitoja.

Kylmimmän kuvan osalta kannattaa ottaa huomioon että kameran herkkyyden ollessa alle ns. unity gainin, eivät kaikki fotonit rekisteröidy kennon A/D-muuntimissa lukuarvoiksi, tämä koskee sekä kohinaa että ihan oikeaa signaaliakin — DA-muunninhan ei niitä voi erottaa toisistaan. Tarvitaan siis muutama fotoni jotta saadaan kuvan pikselille nollasta poikkeava arvo, joten pakkasessa olleen kameran lukuarvot ovat liian "hyviä" koska osa kohinasta hukkuu matkalla. D800:n tapauksessa unity gain on jotain välillä 300-1600, lähteestä riippuen. Uskon 300:n olevan lähempänä totuutta.

Joka tapauksessa lämpötilalla on valtava vaikutus pitkien valotuksien kohinaan ja sitä myöten dynamiikkaan. Kuumana kesäpäivänä jo puolen minuutin valotus saattaa tuottaa saman verran kuumia pikseleitä ja väriröpinää varjoihin kuin useamman tunnin valotus kunnon sydäntalven pakkasyönä.

*) Asia on hiukan monimutkaisempi. D800:n raakakuvat eivät nimittäin ole ihan raakoja, vaan niitä — ja monen muunkin merkkisen ja mallisen kameran — on käsitelty jonkin verran. Yksi käsittelytapa on vähentää jokaisen pikselin lukuarvosta osa pimeävirrasta. Eli edellä mainitut pimeävirtaluvut ovat liian "hyviä" todellisuuteen nähden. Koska kameroita markkinoidaan hyvän näköisillä JPEG-kuvilla eikä raakakuvien käsittelyohjelmistot ole pääsääntöisesti vielä kehittyneet ottamaan huomioon pimeävirtaa, on suurin osa kameravalmistajista joutunut kikkailemaan raakakuvistaan visuaalisesti hyvän näköisiä. Päänvaivaa tämä aiheuttaa lähinnä järkkäreillä tähtitaivasta kuvaaville, koska flätti- ja darkkikalibrointi ei tuommoisen kikkailun jälkeen toimi oikein. Roimasti venytetyssä tähtitaivaskuvassa tuo kameravalmistajien kikkailu näkyy vinjetoinnin muotoisina, sisäkkäisinä värirenkaina.

0 comments:

Lähetä kommentti