perjantai 5. elokuuta 2011

Makroilu osa 2: Makrokuvauksen perusperiaatteet ja teoriaa

Makrokuvauksesta puhutaan, kun kuvataan pieniä kohteita niin, että ne näkyvät "riittävän isona" lopullisessa kuvassa. Niin kuin kaikilla asioilla, myös makrokuvauksella saattaa olla jokin täsmällinen määritelmä, mutten jaksa sitä tähän kaivaa mistään. Itse puhun makrokuvauksesta, kun suurennossuhde (magnification, M) alkaa olemaan 1:2 tai suurempi.


Suurennussuhde kertoo miten isona kuvattu kohde kuvantuu kameran kennolle/filmille suhteessa sen oikeaan kokoon. 1:1 suurennossuhteella (M=1) kohde kuvantuu kennolle saman kokoisena kuin se on luonnossakin eli 10 millimetrin pituinen kohde kuvautuu kennolle 10mm:n pituiseksi. Canonin kroppikennoisella kameralla (APS-C kenno: 22.2 x 14.8mm) kuvattaessa 1:1 suurennossuhteella, koko kuva-alan vaakasuunnassa täyttää siis kohde, joka on noin 22mm pitkä. Vastaavasti kuvasuhteella 1:2 koko kuva-alan vaakasuunnassa täyttää 44mm pitkä kohde ja 2:1 kuvasuhteella koko kuvan täyttää 11mm suuri kohde. Täysikennoisella (Full frame) kameralla kennon koko on perinteistä filmiä vastaava 36 x 24mm, joten sillä otettuna 1:1 kuvaan mahtuu vaakasuunnassa 36mm pitkä kohde. Tästä huomataan että samaa lasia käytettäessä kroppikennoisella kameralla saadaan periaatteessa suurempi suurennos aikaan, jos kuvia katsotaan saman kokoisina ruudulla tai paperilla. Toki täysikennoisen kuvasta voidaan kropata vastaava kuva, kuin pienempikennoisella on otettu. Tällöin kuvat vastaavat toisiaan, mutta täysikennoisen kameran pikseleistä on jäljellä enää noin 40%. Kuten kaikessa muussakin kuvaamisessa, myös makrokuvauksessa on siis kennon koolla suuri merkitys kuvaan. Esimerkkikuvat on otettu Canonin 100/2.8 L makrolla ja 5D sekä 50D kameroilla. 5D on FF-kamera ja 50D on kroppikennoinen. FF-kameralla otettuihin kuviin on lisäksi piirretty kroppikerrointa vastaavat punaiset suorakulmiot. Kroppaamalla kuvat niiden perusteella saadaan vastaavat kuvat kuin pienempikennoisella on saatu. Kuva aukeaa isommaksi klikkaamalla, kuten kaikki muutkin blogini kuvat.




Molemmilla kameroilla otetuissa kuvissa on siis suurennoskerroin yhtä suuri, mutta kohde lopullisessa kuvassa eri suuruinen. Tämä johtuu puhtaasti kennon fyysisen koon eroista. Monesti puhutaan kroppikertoimesta, jolla muunnetaan kroppikameralla polttovälit vastaamaan kinokameran millejä. Canonilla tämä kroppikerroin on 1.6 (eli 36mm/22.2mm). Monesti telekuvauksessa voidaan ajatella, että saadaan kohde samankokoisena kuvaan, kun valitaan kroppikennoiselle lyhyempi polttoväli ja täysikennoiselle pidempi polttoväli (esim 5D + 300mm ja 50D + 200mm, jolloin 1.6*200mm = 320mm). Makroilussa tämä nyrkkisääntö ei enää niin päde, koska toimitaan jo objektiivin lyhimmällä tarkennusetäisyydellä. Se on makro-objektiiville perinteisesti se etäisyys, jolla saavutetaan suurennoskerroin 1. Tämä suure on siis riippumaton rungon ominaisuuksista (eli kennon koosta). 50mm makrolla saadaan kohde näkymään kennolla (eli kuvassa) yhtä suurena, kuin 150mm makrollakin, vaikka polttovälit ovat täysin erilaiset. Eli makroilussa polttoväli (focal length) ei vaikuta suurennokseen. Se vaikuttaa kuitenkin niin kuvakulmaan , kuin lyhimpään tarkennusetäisyyteenkin, jotka sinänsä ovat ihan relevantteja suureita makroilussa.


Kuvakulma (angle of view, AOV) tarkoittaa sitä sektoria objektiivin edessä, joka kuvautuu kameran kennolle. Mitä pienempi polttoväli, sitä suurempi kuvakulma ja päinvastoin. Asia selvenee miettimällä laajislinssiä ja telelinssiä, niiden polttovälejä ja kuvakulmia. Makrokuvauksessa suurennossuhteen pysyessä samana, eli kun kohde on samankokoinen kuvassa, kuvakulma vaikuttaa enimmäkseen taustaan. Pitkällä telemakrolla saa kohteen irroitettua selvemmin taustasta, kuin lyhyellä makrolla. Samoin bokeh on rauhallisempi ja tasaisempi pidemmällä lasilla kuvatessa. Netistä löytyy esimerkkejä tästä asiasta enemmän kiinnostuneille (esimerkiksi tämä sivu on erinomaista iltalukemista asiaan liittyen, ja moneen muuhunkin: http://toothwalker.org/optics/dof.html).


Toinen asia, johon polttoväli vaikuttaa makrokuvauksessa, on lyhin tarkennusetäisyys (minimum focusing distance, MFD). Se tarkoittaa etäisyyttä kameran kennosta kohteeseen silloin, kun objektiivi on tarkennettu mahdollisimman lähelle. Pidempipolttovälisellä lasilla on pidempi MFD, kuin lyhyempipolttovälisellä, kun molemmat on tarkennettu samaan suurennossuhteeseen. Tämä tarkoittaa, että pidemmällä lasilla ei tarvitse mennä yhtä lähelle kohdetta, kuin lyhyemmällä lasilla. MFD ei kerro kuitenkaan mitään objektiivin fyysisestä pituudesta, jolla on myös käytännön merkitystä työskentelyyn erityisesti elävien kohteiden kanssa. Toiset makro-objektiivit saattavat pidentyä paljon lähelle tarkennettaessa. Tästä syystä makro-objektiiveille ilmoitetaan lyhimmän tarkennusetäisyyden lisäksi usein myös minimi työskentelyetäisyys (minimum working distance, MWD), joka on mitattu objektiivin etulasista kohteeseen lyhimmällä tarkennusetäisyydellä. MWD on siis se todellinen etäisyys, jolla on kohteen näkökulmasta merkitystä. Aremmat kohteet hermostuvat nopeasti liian lähelle kameran tuuppaamista, ja näin ollen pidempi polttovälisellä lasilla saattaa olla helpompi lähestyä niitä. Vastavalosuojan käyttö pienentää tätä etäisyyttä kohteeseen, joten joskus kannattaa olla käyttämättä sitä suurien suurennosten kanssa. Seuraava kuva selventää edellä mainittuja termejä eri polttoväleillä. Piirros ei ole mitenkään oikeassa suhteessa, vaan esittää ainoastaa asian periaatteen. Lyhemmällä polttovälillä on lyhempi MWD ja suurempi AOV. MWD riippuu taas objektiivin fyysisistä mitoista. Molemmilla yhdistelmillä kohde näkyy yhtä suurena lopullisessa kuvassa.


Kuten kaikessa muussakin kuvaamisessa, myös makrokuvauksessa oikein valottunut kuva on olosuhteisiin sopiva kompinaatio aukkoarvosta (aperture), suljinajasta (shutter speed), sekä ISO herkkyydestä (ISO speed/sensitivity). Jos kyseiset termit eivät ole ennestään tuttuja, kehoitan ehdottomasti tutustumaan asiaan. Näiden kolmen asian ymmärtäminen auttaa kaikessa kuvaamisessa. Makrokuvauksessa joutuu usein hakemaan kameran ja optiikan rajoja erityisesti riittävän valon saannin kannalta. Yleensä makro-objektiivit ovat suurivaloimaisia ja kiinteällä polttovälillä olevia laseja, jotka on optimoitu lähikuvaukseen. Vaikka makrolasien valovoima on suuri, usein makroillessa joutuu tasapainottelemaan valontarpeen suhteen johtuen siitä, että tehollinen valovoima/aukko pienenee suurennussuhteen kasvaessa yhtälöllä

fe = (1+M) * f
jossa fe on tehollinen aukko, M on suurennussuhde ja f on aukkoasetus.


Nopeasti huomataan, että jo 1:1 kuvia otettaessa tehollinen aukko on 5.6, vaikka aukko on asetettu 2.8:aan. Näin ollen ykkösen suurennuskertoimella valon määrä tippuu neljäsosaan verrattuna kuvaan, joka on otettu 2.8 aukolla äärettömään tarkennettuna (aukkosarja: 1.4, 2, 2.8, 4, 5.6, 8, 11, 16, ..., ja valon määrä tuplaantuu/puoliintuu yhden aukon muutoksessa). Tehollisen aukon muuttumisen huomaa helposti suljinajan pidentymisenä lähelle tarkennettaessa. Tämä saattaa aiheuttaa ongelmia tärähdysten ja liike-epäterävyyksien kanssa, varsinkin käsivaralta kuvatessa. Asiaa voidaan kompensoida jonkun verran ISO herkkyydellä kamerarungon sietokyvystä riippuen, mutta turhan monesti valon riittävyydestä ja siitä aiheutuneen ISO herkkyyden nostosta (ja kohinan lisääntymisestä) tulee todellinen ongelma. Erityisesti todella suurilla suurennussuhteilla valon tarve on hyvin suuri. Monesti makroillessa tulee käytettyä erilaisia salamaviritelmiä kattamaan tuota valontarvetta. Näitä asioita voi ihmetellä seuraavasta kuvasta, johon on taulukoitu edellä olevalla kaavalla laskettuja efektiivisiä aukkoja kullakin aukkoasetusarvolla ja suurennussuhteella.


Edelliseen valontarve-dilemmaan kun lisätään makrokuvauksen erittäin lyhyt syväterävyysalue (Depth of Field, DoF), saadaan asiaan yksi vaikeusaste lisää. Syvyysterävyyteen vaikuttaa käytetty aukko sekä tarkennusetäisyys, ja se voidaan laskea makroalueella kaavalla (sama yhtälö ei päde normaalikuvausetäisyyksillä laskemiseen)

Tf  = 2 * f * c * (1+M) / M^2
jossa f on aukko, c on hajontaympyrä ja M on suurennussuhde (hajontaympyräksi oletetaan usein FF-rungolla 1/30mm ja toisinaan APS-C rungolla 1/18mm).


Syvyysterävyys on termi, jota käytetään kuvaamaan "hyväksyttävän terävää aluetta" tarkennusetäisyyden etu- ja takapuolella. Syvyysterävyyden eturajan etupuolella oleva alue on pehmeää tai sumeaa, kuten myöskin takarajan taakse jäävät alueet. Lyhyellä syvyysterävyydellä voidaan korostaa kuvan pääkohdetta jättämällä turhat taustan/etualan yksityiskohdat sumeaksi. Tästä sumeasta epäterävyysalueesta puhutaan usein termillä bokeh. Makrokuvauksessa syvyysterävyysalue on helposti jopa liian kapea, jolloin kuvaan ei jää kuin pieni suikale terävyysalueelle osuvaa kohdetta. Lopputulos näyttää lähinnä väärin tarkennetulta tai tärähtäneeltä kuvalta, tai yleensä terävänä näkyvä alue on ainakin väärässä kohtaa kohdetta. Edellä mainittua yhtälöä tarkastellessa huomataan, että DoF kapenee hurjasti, kun suurennusta kasvatetaan. Tätä syvyysterävyyden pienenemistä voidaan kompensoida jonkin verran aukkoa pienentämällä, mutta se aiheuttaa taas ongelmia valon riittävyyden kanssa. Kun otetaan huomioon vielä tehollisen aukon pieneneminen sitä enemmän, mitä suurempi suurennos on, on riittävä valon saaminen toisinaan oikeasti hankalaa. Joka tapauksessa syvyysterävyys on melko lyhyt suurilla suurennoksilla, vaikka kuinka pienentäisi aukkoa. Seuraavaan kuvaan on taulukoitu Canonin MP-E 65mm supermakro-objektiivin syvyysterävyysalueita erikseen FF-rungolla ja APS-C kennoisella kameralla käytettynä (oletuksena edellä mainitut hajontaympyrän arvot). Samassa taulukossa näkyy kuva-alat, jotka kattavat koko kuvan (kaikki pikselit) kullakin suurennuksella. Huomaa, että syvyysterävyysalueet ja kuva-alat on ilmoitettu millimetreinä. Taulukkoja tarkastellessa huomataan esimerkiksi, että FF-rungolla 5:1 suurennussuhteella saadaan maksimissaan vain 0,26mm syvyysterävyys, kun käytetään aukkoa 16. Tällöin efektiivinen aukko on kuitenkin 96 (edellinen taulukko), joten valoa tarvitaan todella paljon riittävän lyhyen suljinajan käyttämiseen. Samalla suurennussuhteella, mutta aukolla 2.8 kuvatessa syvyysterävyys on ainoastaan 0,04 millimetriä!! Tällöinkin efektiivinen aukko vain noin 16. Suurilla suurennuksilla tarkennuksen kanssa saa olla todella skarppina, että kuvaan tulee oikea osa tarkaksi. Käsivaralta kuvatessa se tarkoittaa sitä, että pitää kameraa pystyä liikuttamaan pahimmillaan noin 0,05 millin tarkkuudella oikealle etäisyydelle kohteesta.


Kuten sanottu, makrokuvauksessa joutuu usein venyttämään laitteen ominaisuuksia lähes rajoille saakka, jotta saa aikaan hyvin valoittuneen kuvan, riittävän syvyysterävyyden ja riittävän lyhyen suljinajan ja vieläpä niin, ettei kuvan yksityiskohdat katoa liialliseen kohinaan. Kaikenkaikkiaan makrokuvaaminen voi olla parhaimmillaan hyvinkin addiktoivaa ja kuvattavaa riittää ihan vaikka omalta takapihalta. Nyt digiaikana kannattaa käyttää muistikorttien kapasiteettia hyväksi ja harjoitella ja testailla erilaisia asioita, jotta tulee tutuksi oman laitteistonsa, sekä makrokuvaukseen liittyvän fysiikan ja reunaehtojen kanssa. Kohteita on oikeastaan ihan rajattomasti ja jänniä pintoja ja muotoja löytyy myös eläinmaailman ulkopuoleltakin, kuten kasveista, kivistä ja muista materiaaleista. Makrokuvista voi yrittää tehdä mahdollisimman luonnollisia ja dokumentaarisia, tai abstrakteja taiteellisia pläjäyksiä. Ainoastaan mielikuvitus on rajana ja makrokokoluokasta löytyy täysin uusi maailma, jota ei normaalilla ihmissilmällä pysty edes näkemään. Seuraavaksi esittelen laitteita, joilla voi aloitella ja harjoitella makrokuvausta ja myös jatkaa harjoittelua vähän pidemmällekin.

Kukkahämähäkki (Canon 50D + MP-E 65mm, f/11, 1/160s, ISO 640, MT-24ex Macro TwinLite)
Aiemmat osat:
Makroilu osa 1: Intro
Makroilu osa 2: Makrokuvauksen perusperiaatteet ja teoriaa

Seuraava osa:

Ei kommentteja: