Unsharp maskia rautalangasta vääntäen

Valokuvissa käytetään näennäisen terävyyden lisääjänä suodinta, jolla on hieman kummallinen nimi "epäterävä maski" ("unsharp mask"). Se lisää kuvassa tummien ja vaaleinen pintojen reunojen välistä kontrastia saaden aikaa illuusion kuvan suuremmasa terävyydestä. Kyseessä ei ole siis mikään poppakonsti, jolla optiikan piirron pehmeyttä tai väärää tarkennusta voitaisiin korjata. 

Varsinkin digipokkarit tekevät automaattisesti kuvan terävöityksen epäterävällä maskilla. Tulos voi olla joskus aika karmivan näköinen. Jos ottaa RAW-kuvia, niin voi olla varma, että kameran prosesseri ei mene ronkkimaan kuvaa ilman kuvaajan lupaa.

Kissamme Helmi on monessakin suhteessa hyvä malli, myös valokuvan teknisiä ominaisuuksia esiteltäessä. Tässä Helmi kuvattuna Canon EOS Mark II kameralla ja 100 mm:n objektiivilla. f:2.8, 1/3200 s ja ISO 800 muita teknisiä arvoja kaipaaville. Lyhyt valotusaika mahdollisti sen, että  kuva ei ole tärähtänyt käsivaraltakaan otettuna, vaan kissan viiksikarvan ovat ns. karvanterävät. 

Tämä kuva on hieman rajattuna suoraan kameran jäljiltä. Sellaisenaan se näyttää hieman softilta myös niiltä osin, jotka saisivat olla terävämmän oloisia. 

Olen terävöittänyt kuvaa alla olevien arvojen mukaisesti. Kuvan koko  2781 x 2781 pikseliä ja sitä on tervöitetty 100 %:n koossa, niin tässä pienennettynä terävöityksen vaikutus on aika vähäistä. Kun kuvat klikkaa yksitellen katsottaviksi, niin voi vertailla muutoksia. Lähinnä viiksikarvoissa näkyy muutosta.

Tässä olen pienentänyt kuvan siten, että voi ladata sen ilman koon muutosta tälle sivulle. Kuvan koko on nyt 640 x 640 pikseliä. Yllä kuva ilman terävöitystä.

Sama alla olevilla arvoilla terävöitettynä. Oikea terävöityksen määrä on kuin kauneus, siis katsojan silmässä. Minä käytän tämän suuruisia arvoja. Jonkun mielestä se voi olla väärin sammutettu. 

Kun muuttujia on tässäkin kolme, niin parhaat arvot löytyvät kokeilemalla. Sen lisäksi kuvan aihe vaikuttaa terävöinnin määrän tarpeeseen. Helpoiten terävöinnin vaikutuksen kuvaruutukuvassa näkee kuitenkin silloin, kun kuva tulee ruutuun samassa koossa kuin mitä se on ollut kuvaa käsiteltäessä.

Yksityiskohta kuvasta. Ylinnä käsittelemätön, alla kerran, kahdesti ja kolmesti terävöitetty versio. Varsinkin 1:1 koossa alin mennyt jo pahasti överiksi. Tätäkin kuvasarjaa on parasta katsoa kuva kerrallaan vertaillen, siis ottamalla ensin yksi kuva hiirellä klikkaamalla näyttöön.

Painokuvaa pitää terävöittää vähän eri periaatteilla kuin kuvaruutukuvaa. Kuvan koko painettuna ja paperin laatu ovat keskeisiä muuttujia terävöinnin määrää säädettäessä. Kun molemmat ovat yleensä tietoa, jota kuvaajalla ei ole, niin painokuvan terävöitys kannattaa jättää kuvan painokuntoon saattajan vastuulle. Valitettavan usein vain näkee kuvia, joille ei ole tehty tätä toimenpidettä, vaikka kuva olisi sen ehdottomasti vaatinut.

Rautalangasta väännettyä

(1)

(2)

(3)

Joskus näkee väitettävän, että unsharp mask tarkoittaa kuvan kontrastin lisäämistä. Se pitää toki paikkansa, mutta ei koko kuvan, vaan paikallisesti. Tässä vielä rautalangasta vääntäen, millainen käsittelemästä kuvasta kuvasta (1) tulee, kun siihen käytetään epäterävää maskia (2) ja kun sen konrastia lisätään. Olen tehnyt kahta viimeksimainittua aika ronskilla kädellä asian havainnollistamikseksi. Taas kannattaa katsella kuvia peräjälkeen, niin näkee muutokset parhaiten. 

(1)

(2)

(3)

Tässä vielä yksityiskohta kuvasta. Ylin kuva (1) on käsittelemätön, alempi (2) unsharp maskilla filteröity ja alimpaan (3) on kasvatettu kuvan kontrastia koko kuva-alalle.

(1)

(2)

(3)

Tässä vielä enemmän suurennettuna.  Kahdessa alimmassa siis kontrasti on kasvanut, mutta eri tavalla. Unsharp mask siis lisää kontrastia tumman ja vaalean pinnan rajalle. Tummaa tummennetaan ja vaaleaa vaalennetaan. Kuinka paljon kontrastia lisätään, miten pitkälle se ulottuu ja kuinka suuri pitää tummuuseron olla ennen toiminnon laukeamista, näitä kolmea asiaa voidaan säätää Amount, Radius ja Treshold säätimillä. Yksikäsitteistä oikeaa yhdistelmää ei ole, vaan kuvan luonne ja jatkokäyttö määrittää sen. 

Tikulla silmään

Kuvan lähde

Kuvataiteilijat ovat käyttäneet monia apuvälineitä perspektiivin hallintaan. Camera obscurasta tai lucidasta aina valokuvasta voipaperin läpi piirtämiseen. Ne ovat apuvälineitä, eivät inspiraation lähteitä.

Vaikka sanotaan, että sitä tikulla silmään, joka vanhoja muistaa, niin menkööt. Näin tekee myös valokuvaaja Jore Puusa.

Valokuvan käyttö piirtämisen apuvälineenä on ollut yleistä jo camera obscuran keksimisestä. Henrik Tikkanen käytti apunaan camera lucidaa hienoissa kaupunkipiirroksissan. Eikä siinä, mitään. Varsinkin perspektiivin hallinnassa optisen laitteen muodostama kuva on verraton apu. Minä en näe tässä mitään ongelmaa, niin kauan kuin taitelija käyttää apunaan omia valokuviaan, pysyviä tai hetken häilähtäviä. Eettinen ongelma syntyy siitä, että taiteilija käyttää apunaan toisen ottamaa valokuvaa ja jättää kertomatta tämän.

Jokainen ihminen on varmaan jäänyt kiinni jostain nolosta ainakin kuvainnollisesti housut kintuissa. Miten reagoida siihen? Valehdella ja tarttua aina vain tiukemmin valheiden verkkoon vai tunnustaa ja kärsiä hetken häpeä? Tämä dilemma oli edessään Maija Louekarilla, kun hän jäi kiinni Markus Lepon hienosta valokuvasta kuultopaperin lävitse piirtämästään kuvasta. Hän oli jopa voittanut tällä kuvalla jonkin Marimerkon järjestämän kilpailun.

Maija väitti ensin piirtäneensä kuvan paikan päällä, mutta todisteiden ollessa hänelle murskaavat valokuvan kerrottiin olleen hänelle "inspiraation lähteenä". Muut kertoivat, Maija itse meni sängyn alle piiloon.

Mikä oli seuraus? Marimekon maine ryvettyi entisestään ja Maija Louekari saa kantaa voipaperitaiteilijan leimaa koko ikänsä aivan kuten Kari Soveri täytetyn suden kuvaajan leimaa. Paljon helpommalla olisi päässyt, jos olisi tunnustanut heti vaikka näillä klassisilla sanoilla: "Olin nuori ja ajattelematon, ja minulla oli nälkä". Nyt selitys on lähinnä toinen klassikko: "Jos olikin sisällä, niin en ainakaan heiluttanut".

Markus Lepon jälkeläisillä ei ollut korvausvaatimuksia. Vaikeaa se varmaan olisi ollutkin, kun mitään juridista tekijänoikeuden loukkausta ei ollut tapahtunut. Todettakoon nyt vielä pikanttina yksityiskohtana, että yksi Markus Lepon tyttäristä, siis Lepon valokuvien oikeuden haltijoista, on Marimekon suunnittelija ja Kristiina "Metsänväki" Isolan tytär Emma Isola. Joten ei ollut suuri ihme, että asiassa haluttiin pitää mahdollisimman matalaa profiilia.

Miksi lumi on valkoista

Hesarin tiedesivuilla olevat lasten tiedekysymykset ja etenkin vastaukset niihin ovat usein olleet poikkitieteellisten bloggausten inspiraation lähteinä. Niin nytkin

Lumen valkoisuuden mekanismi ei ole mitenkään itsestään selvyys. Jotta sen voisi ymmärtää, täytyy ainakin pääpiirteissään tietää, miten eri tavoin valo voi käyttäytyä vuorovaikutuksessa materian kanssa. Tässä lyhyt oppimäärä valon materian vuorovaikutuksesta.

Kun valo osuu materiaan, niin yleensä seuraavat asiat tapahtuvat. Osa valosta heijastuu materian pinnasta, osa absorboituu eli imeytyy materiaan ja osaa siroaa materiasta.

Sironneen ja absorboituneen valon suhde lähinnä määrää sen, minkä värisenä materia nähdään. Heijastus saa aikaan erilaisia kiiltoja.

Sironta on materian atomi- tai molekyylirakenteesta riippuva optinen ilmiö, heijastuminen sen sijaan lähinnä materian pinnan ominaisuuksista riippuva ilmiö. Heijastukselle pätee mm. seuraavat.

1. Tulokulma ja heijastuskulma ovat yhtä suuret.

2. Mitä vinommassa kulmassa valo osuu pintaan, sitä suurempi osa valosta heijastuu.

3. Heijastuvan valon väri on sama kuin pintaan osuvan valon väri.

Materiasta valo siroaa kaikkiin suuntiin. Tämä on keskeinen syy sille, että ylipäänsä voimme nähdä, minkä muotoisia ja värisiä esineet ovat. 

Pistemäinen valolähde. Valolähteen suunnan voi päätellä heijastuman paikasta, koska valon tulokulma ja heijastuskulma ovat yhtä suuret. Pallon punainen väri on seurausta sironnasta. Muut värit absorboituvat palloon ja säteilevät lopulta näkymättömänä lämpösäteilynä pallosta. Myös heijastuksen kohta sirottaa valoa, mutta heijastuksen intensiteetti on niin paljon suurempi, että sironta peittyy sen alle. Esineen 3-ulotteinen pallomuoto tulee näkyviin sekä pallon varjopuolen että itse varjon avulla.

Tasomainen suuripintainen valonlähde. Varjot ovat pehmeitä. Valokähde näkyy heijastuneena pallon kyljessä. Heijastuvan valon intensiteetti ei ole enää niin suuri kuin edellisessä. Siksi heijastumiskohdassa näkyy osittain myös valon siroamista. 

Biljardipallo valaistuna valoteltassa (monistuspaperin lävitse) kolmella tasovalolla, joista kaksi valaisee etuviistosta ja yksi alta. Valo on hyvin tasaista, ei lainkaan kiiltoja. Pallon 3-ulotteinen muoto ei näy kuvassa lainkaan, vaan se "latistuu" 2-ulotteiseksi ympyräksi.

Siroamisen mekanismi riippuu olennaisesti siitä, onko valoa sirottava kohde pienempi vai suurempi kuin valon aallonpituus. Taivaan sinisyys ja ilta- sekä aamuruskot johtuvat siitä, että sininen lyhytaaltoinen valo siroaa voimakkaimmin sekä typpi- että happimolekyyleistä. Vihreäksi maalattu talo taas näyttää vihreältä siksi, koska maalin pigmenttiaineet absorboivat voimakkaasti punaista ja sinistä valoa sisältäviä aallonpituuksia ja sirottavat vihreitä kaikkiin suuntiin.

Jos materiaali on valkoista, niin ei ole aina aivan ilmeistä, johtuuko se sironnasta vai heijastumisesta. On nimittäin paljon materiaaleja, jotka sirottavat niitä valaisevaa valoa suunnilleen samalla aallonpituusjakaumalla kuin mitä siihen on tullutkin. Esimerkiksi ihan tavallinen kopiopaperi on valkoista pääasiassa siroamisesta johtuen, tosin monet on käsitelty valkaisuaineilla, jotka loistavat etenkin UV-valossa.

Lumen valkoisuudenkaan selittäminen ei ole mikään läpihuutojuttu. Lumihan on veden kiinteää olomuotoa, siis jäätä. Jäähän osuessaan valo osin heijastuu sen pinnasta, osin menee jään sisään absorboituen ja siroten. Olisiko näillä kaikilla omaa osuuttaan siihen, miltä lumi näyttää?

Selvästi pienen poikkitieteellisen tutkimuksen paikka. Päätin lähteä liikkeelle tutkimalla, miten toinen valkoiselta näyttävä kiteinen aine, eli ruokasuola näyttää suurennetuissa kuvissa. Ruokasuolaa siksi, että se ei sula huoneenlämmössä kuten lumi tunnetusti tekee.

Tavallisia ruokasuolakiteitä mikroskoopissa. Valo tulee kuvassa oikean yläkulman suunnasta. Kiteet ovat läpikuultavia ja heijastavat valoa, kun kiteen taso tai särmä on sopivassa kulmassa valoon nähden. Kiteiden muoto on kuitenkin selvästi havaittavissa, eli valo kulkee osittain kiteiden lävitse, siroaa ja heijastuu kiteiden pinnasta. Suola nähdään aika yhtenäisenä valkoisena pintana lähinnä siksi, että silmälle nämä hienon suoran kiteet ovat aika pieniä.

Kuvan lähde

Tältä yksittäinen lumikide näyttää altapäin valaistuna. Värit johtuvat värillisestä valosta ja polarisaatiosuotimien käytöstä. 

Erilaisia optisia ilmiöitä etupihallani aurinkoisena kevättalven päivänä.

1. Lasi ja nestemäinen vesi ovat läpinäkyviä aineita. Niihin osuva valo käyttäytyy pääasissa heijastuen ja taittuen rajapinnassa heijastus- ja taittumislakien mukaisesti. Lasin pyöreä muoto tekee siitä vedellä täytettynä linssin, joka tässä muodostaa ylöspäin olevan valekuvan takana olevista kohteista.

2. Taivaan sinisyys johtuu Rayleight-sironnasta. Sirottava kohde on selvästi pienempi kuin siroavan valon aallonpituus, kuten tässä ilman molekyylit. Sironta on voimakkaasti riippuvaista valon aallonpituudesta. Sironneen valon määrää on kääntäen verrannollista aallonpituuden neljänteen potenssiin. Siksi violetti valo siroaa noin 16 kertaa niin voimakkaasti kuin punainen.

3. Esineiden väri ja muoto tulee näkyviin niiden sirottaman valon aallonpituusjakaumasta ja valon intensiteetistä.

4. Kaikkia aallonpituuksia tasaisesti sirottavat ja osin heijastavat materiaalit ovat aina sen värisiä, mitä on niitä valaiseva valokin. Ulkona varjossa valo on pääasiassa taivaalta sironnutta sinistä valoa, joten lumi on  varjossa sinistä.

5. Jotkin materiaalit myös luminoivat valoa fosrenssin tai fluoresenssin avulla. Auton rekisterikilpien taustat on käsitelty fluoresoivalla aineella. Ne loistavat niin kauan, kun valo osuu niihin. Fosforivat aineet hehkuvat vielä senkin jälkeen, kun niihin osuva valo on sammunut.

6. Valon väri riippuu monista tekijöistä. Hehkuun perustuvan valon väri riippuu sen lämpötilasta. Siksi hehkulampun väri on punertava.

Kun aurinko menee pilvien taakse, niin valkoisuuskin muuttaa väriään. Lumi on kaikkialla valkoista ja jäätyneet kohdat harmaita. Sinänsähän harmaa  pinta on ihan yhtä neutraalia väreiltään kuin valkoinen pinta. Kyse on vain heijastuvan ja siroavan valon intensiteetistä. Tarpeeksi voimakkaasti valaistaessa harmaakin muuttuu valkoiseksi ja tarpeeksi heikossa valossa vastaavasti valkoinen harmaaksi. Valkoisuus ja harmaus ovat näköaistin kokemaa, eivät mitään absoluuttisia arvoja. Ei ainkaan sellaisia, jotka ovat samoja joka tilanteessa.