Za tajemstvím měření expozice

Zvládnutí světelné situace je základním předpokladem tvůrčí fotografické práce. Technologie firmy Nikon k měření expozice se těší vysokému uznání pro mimořádnou přesnost v širokém spektru světelných podmínek. A nahlédnutí pod pokličku těchto technologií nám dnes umožní inženýr, který tyto inovace vyvíjí už řadu let.

Masaru Muramatsu

Ve firmě Nikon pracuje již od roku 1982 v oddělení vývoje fotoaparátů. Od té doby se věnoval základním technologiím měření expozice, autofokusu, stabilizace a dalším funkcím. Jeho oblíbenými aparáty jsou D100, FM2 a COOLPIX 4200, nejraději fotografuje přátele a krajiny, které poznává díky dalšímu svému koníčku, totiž horolezectví.

F-mount: Technologie měření expozice firmy Nikon je proslulá mimořádnou přesností. Než se ponoříme do podrobností, mohl byste nám ve stručnosti nastínit vývoj této techniky?

MM: Naším prvním systémem měření expozice byl expozimetr, který využíval externí čidla, a to u Nikonu F. V té době ostatní výrobci fotoaparátů propojovali externí čidla pouze s časem závěrky, kdežto Nikon vymyslel systém externích čidel napojených jak na čas závěrky, tak na clonu. Poté, co se při měření expozice začal všeobecně používat systém TTL, vyvinul Nikon způsob měření se zdůrazněným středem, jenž klade váhu na střed záběru, aby výsledné snímky například příliš neovlivňovala aktuální situace na obloze. Tento systém dostala postupem času do vínku většina fotoaparátů a na delší dobu se v TTL měření stal standardem. Nikon jej používal až do uvedení modelu F3.

Poté firma pro ještě vyšší přesnost vyvinula nový maticový systém měření expozice, ve kterém se plocha políčka rozdělila na pět částí měřících intenzitu světla, a optimální expoziční hodnoty následně vypočítal mikročip ve fotoaparátu. Tento prvek, který se poprvé objevil v Nikonu FA, byl vůbec první svého druhu. Pro aparát F90 jsme tento systém ještě rozšířili na osm segmentů. Pro F5 jsme vyvinuli systém využívající senzor typu CCD a v současné řadě fotoaparátů spoléháme na systém zvaný „3D Color Matrix“, který využívá 1005-pixelový RGB senzor.

F-mount: Kromě mnoha jiných exkluzivních technologií vzbuzuje největší pozornost právě tento 1005-pixelový RGB senzor, o kterém jste se zmínil. Už delší dobu je u Nikonu základním stavebním prvkem systému měření expozice, konkrétně od uvedení modelu F5 dodnes, a využívá jej množství digitálních i kinofilmových zrcadlovek. Jaké výhody nabízí? Co je na něm tak jedinečného a výlučného?

MM: Především díky tomu, že se jedná o RGB senzor, dokáže kromě intenzity světla měřit i barevné informace. Expozice by se měla měnit na základě barevných podmínek, přestože jas zůstane stejný. Například načervenalé večerní světlo i světlo v době, kdy je pod mrakem, mohou mít tentýž jas. Proto když aparát počítá expozici pouze podle intenzity světla, bude optimální expozice pro obě situace totožná. RGB senzor však rozlišuje scény i podle barev, tudíž lze spočítat skutečně optimální expozici pro každou situaci zvlášť. Mezi všemi kinofilmovými zrcadlovkami používaly tuto technologii výhradně aparáty od Nikonu. Druhou předností je množství pixelů, 1005, což je daleko více, než nabízí kterýkoli jiný fotoaparát ostatních výrobců. Čím více pixelů, tím podrobnější informace o objektu má fotoaparát k dispozici. Ve výsledku pak Nikon nabízí mnohem přesnější měření expozice.

F-mount: Aha. Takže tento 1005-pixelový RGB senzor takto vysoké přesnosti dosahuje měřením co největšího množství oblastí, a to včetně informací o barvách a detailech.

MM: Přesně tak. Ovšem aby mohl aparát toto rozsáhlejší množství informací zpracovat, musí mít k dispozici větší výpočetní kapacitu, proto musíme vždy dbát na jakousi rovnováhu. Zvyšování množství informací pro expozimetr může v důsledku znamenat obětování informací jiných, proto nelze k tvorbě lepších snímků jednoduše využívat čím dál vyššího počtu pixelů. Vzhledem k nutnosti jisté vyváženosti všech funkcí aparátu mohu říct, že oněch 1005 pixelů je pro senzor expozimetru ideální počet.

F-mount: Nikon údajně pro vývoj algoritmu měření expozice využívá obří soubor fotografických údajů. Mohl byte nám tento proces vývoje nějak přiblížit?

MM: Když vyhodnotíme rozmanité scény, které rozmanití zákazníci fotografují, tak pak sami snímky takovýchto scén pořídíme. Následně za pomoci fotografických údajů stanovíme expoziční hodnotu, která je pro danou situaci optimální. V této fázi konkrétně mezi různými snímky pořízenými různými expozičními hodnotami vybíráme ty nejlepší. Opakováním tohoto procesu nasbíráme množství údajů pro vytvoření databáze, která může posloužit coby základ vývoje algoritmu měření expozice. Poté vytvoříme zkušební systém, instalujeme ho do fotoaparátu a opět fotografujeme. Tým následně tyto snímky vyhodnotí z hlediska vyváženosti celkové funkčnosti přístroje s ohledem na marketingové aspekty, jako například kterým fotografickým situacím přisoudit větší váhu, neboť celkové dolaďování stále není u konce. V tomto vývojovém procesu klademe značný důraz na skutečná fotografická data.

F-mount: Kolik snímků vaše databáze obsahuje?

MM: Tuto databázi průběžně aktualizujeme a je v ní mnoho desítek tisíc fotografií. Obyčejně však ve vývojovém procesu využíváme informace, které se týkají důležitých fotografických situací podle zaměření přístroje, a tak nelze přesně říct, kolik snímků se na konkrétním vývoji podílí. Třeba při vývoji našeho 1005-pixelového RGB senzoru jsme opakovali fotografické testy celé dva roky, to proto, abychom obsáhli co možná největší množství možných fotografických situací. Úhel dopadu slunečních paprsků se kraj od kraje liší, proto musíme při tvorbě databáze cestovat po různých regionech od severu k jihu a pořizovat snímky. Rovněž se snažíme neopomíjet situace, jejichž rysem je značná proměnlivost, a využíváme přitom informace z poboček Nikonu po celém světě. To si žádá fotografování v drsných podmínkách, jaké panují například na zasněžených horách, proto je při plnění našich úkolů potřebná i fyzická zdatnost.

F-mount: Aha.

MM: Zároveň si však musíme uvědomit, že obsáhnout veškeré fotografické situace, které si naši početní zákazníci přejí snímat, je zhola nemožné. Navíc světlost či tmavost fotografie je do značné míry otázkou vkusu každého člověka, takže kdybychom měli přehnaně lpět na konkrétních expozičních hodnotách, které se podle nás pro specifické situace hodí nejlépe, nastávaly by okamžiky, kdy by podobně rigidní expoziční hodnoty navrhované fotoaparátem dávaly neuspokojivé výsledky. Při vývoji maticového měření expozice jsme opakovaně debatovali, zda by expoziční hodnoty měly produkovat fotografie „na pohled atraktivní“, anebo „věrné fotografově pocitu při focení“. Nakonec jsme se vedeni snahou minimalizovat pravděpodobnost vzniku neuspokojivých výsledků rozhodli, že by expozice měla produkovat snímky, které jsou „věrné fotografově pocitu při focení“.

F-mount: Rozhodnutí dát přednost snímkům, které jsou „věrné fotografově pocitu při focení“, nám připadá příznačné pro přístup Nikonu k fotografii jako takové.

MM: Souhlasím. A další předností tohoto pojetí je, že zákazníci mohou snadněji provádět úpravy k obrazu svému. Našim cílem je nabídnout fotografům více flexibility, aby mohli fotografovat bez extrémní expoziční kompenzace a aby tak mohli zachycovat na snímcích světlo na pozadí jasné scény nebo hluboké stíny v tmavé scéně přesně tak, jak chtějí.

F-mount: Jak jste již řekl, 1005-pixelový RGB senzor, který je u Nikonu klíčovým prvkem měření expozice, se poprvé objevil u modelu F5. Je potřeba tento systém nějak upravovat pro digitální fotoaparáty?

MM: V zásadě metodu měření expozice u kinofilmových zrcadlovek nijak pro digitály měnit nemusíme. Je však třeba mít na paměti, že dostupný dynamický rozsah je u digitálních aparátů nižší než u filmových. Už v rané fázi jsme se proto rozhodli kvůli této odlišnosti algoritmus upravit – zdědili jsme tedy 1005-pixelový RGB senzor, vylepšili algoritmus a vytvořili tak nejnovější systém měření expozice nazvaný „3D Color Matrix Metering II“. Tento nový systém, představený poprvé v modelu D2X, se záhy poté objevil i u zrcadlovek D50 a D200.

F-mount: Můžete nám objasnit konkrétní vylepšení?

MM: Kromě konvenčního algoritmu kvantování expozice jsme použili algoritmus hodnocení expozice, jehož úkolem je určit podmínky v nejsvětlejších částech obrazu, aby mohl systém stanovit pro tyto oblasti optimální expozici. Tento systém dokáže zabránit podexpozici, k níž často dochází při fotografování při zatažené obloze nebo při snímání čistě bílého objektu. A rovněž zabraňuje přeexpozici, k níž docházívá při focení objektů na tmavém pozadí, proto je ideální pro digitální fotoaparáty s menší expoziční pružností. Po uvedení modelu D2X jsme tento systém na základě reakcí uživatelů ještě vylepšili a tyto změny už jsou patrné u D200, která dokáže dosáhnout vyšší přesnosti v širší paletě fotografických scén a situací.

F-mount: Nevyvíjí se nadále s prudkým rozmachem digitálních aparátů i technika pro měření expozice?

MM: Ano, vyvíjí se. Zároveň jsme si však při uvedení D2X dali pozor na to, aby z ní uživatelé neměli zcela odlišný pocit. Nechceme totiž, aby ten, kdo je zvyklý na starší Nikon, nabyl dojmu, že fotograf nemůže s novým Nikonem pořídit snímek stejně svobodně jako s tím starším. Při vývoji systému měření expozice proto vždy debatujeme, jakým směrem by se tato technika měla ubírat, aby však zároveň zůstala zachována kontinuita se samou podstatou Nikonu.

F-mount: Jaké lze v technologii měření expozice očekávat pokroky do budoucna?

MM: Pakliže chceme, aby náš systém měření expozice fungoval tak kvalitně jako lidské oko, jehož schopnosti se pohybují na úrovni, které se nevyrovnají ani desítky milionů pixelů, pak musíme náš stávající systém využívající pouhých 1005 pixelů považovat za vpravdě nedostatečný. Ideálně se tedy v zájmu hlubší analýzy a vyšší přesnosti budeme snažit vytvořit obrazový senzor přinejmenším o několika stovkách tisíc pixelů. Ale jak už jsem vysvětlil, tento přístup bude vyžadovat radikálně vyšší výkon procesoru ve fotoaparátu, což ovlivní nejen měření expozice. Rovněž pro zvýšení kvality obrazu bude nezbytně nutné vyvíjet další technologie. Svého času disponoval modul autofokusu pouze jediným zaostřovacím bodem. Dnes je zcela běžných jedenáct bodů, nemluvě o jednapadesáti u nejvyšších modelů. Vezmeme-li do úvahy pouze tuto technologii, výkon procesoru by měl být jedenáctkrát vyšší, než býval kdysi. Zjednodušení algoritmu a snížení nároků na procesor by tak mohlo přispět k celkovému vylepšení obrazové kvality. A podobný přístup lze podle mě uplatnit i při vývoji naší technologie měření expozice. Více než kdy dřív je dnes důležité přemýšlet nad tím, jak nejrůznější technologie vyvážit v samotném těle aparátu.

F-mount: U digitálních fotoaparátů je možno expoziční kompenzaci provádět nejen v okamžiku snímání, ale i zpětně ve fázi zpracování snímku. Myslíte, že i toto ovlivní technologii měření expozice?

MM: Domnívám se, že bezmála v devadesáti procentech případů lze s pomocí systému měření, který nyní používáme, docílit optimální expozice. Po mém soudu nepůjde dosáhnout optimální expozice ve sto procentech případů jednoduše tak, že se vylepší technické možnosti, například navýšením počtu pixelů v našem senzoru ze stávajících 1005.

Například když fotíte portrét u okna s velice jasným pozadím, pak bude v případě optimální expozice dotyčného modelu pozadí snímku přeexponované a naopak v případě optimální expozice pozadí bude model příliš tmavý. V takových situacích nelze optimální expozice docílit. Díky technologii zpracování digitálního záznamu lze ovšem dosáhnout lepších snímků. Pro optimální výsledek stačí pořídit fotografii s nastavením expozice, která „nepřepálí“ pozadí, a poté využít funkce zpracování obrazu, jako je takzvaný D-Lighting, jenž upraví stíny vržené objekty. Podle mě mohou technologie měření expozice postoupit na vyšší úroveň pouze ve spojení s dalšími technikami digitálního zpracování záznamu. Je zřejmě klíčové nahlížet na zvládnutí světelných podmínek ze dvou úhlů pohledu: z hlediska expozice a zpracování obrazu.

F-mount: Existují nějaké nové možnosti, které mohou nabídnout pouze digitální fotoaparáty?

MM: Ano, existují. V Nikonu si s oblibou klademe tuto fascinující otázku: jakým způsobem digitální fotoaparáty integrují technologie zpracování obrazu, jež rozšiřují možnosti digitální fotografie? Mým snem je zautomatizovat proces vzniku optimálních výsledků spojením systémů měření expozice a technologie zpracování obrazu. V současné době se zpracování obrazu většinou považuje za postprodukční proces, který si po samotném fotografování žádá další vynaložený čas a úsilí. Já bych však chtěl začlenit zpracování obrazu už do samotného procesu fotografování, díky čemuž by bylo daleko jednodušší dosahovat optimálních výsledků už od samotného počátku.

F-mount: Už se na tyto pokroky velice těšíme a mnohokrát vám děkujeme za rozhovor.

-fri-

převzato z nikonimaging.com