Valokuvauksen tekniikka
Johdanto
Valokuvauksen tekniikka pohjautuu seitsemän tekijään, jotka ovat
- valoherkkä pinta
- valaistus,
- perspektiivi,
- sommittelu,
- tarkennus,
- aukko ja
- aika.
Vaikka valokuvauksen teknologia on kehittynyt toista sataa vuotta, ja uusia kameramalleja tulee markkinoille jatkuvasti, nämä perusperiaatteet pysyvät jatkuvasti samoina.
Valoherkkä pinta
Valokuvaus perustuu siihen, että kuvattavasta kohteesta heijastuvat valonsäteet kohdistetaan objektiivin avulla valoherkän filmin tai kennon pinnalle. Filmi tai kenno sijaitsee valotiiviissä laatikossa, jota kutsutaan kameraksi.
Filmi koostuu hopeahalidikiteistä, joita pitää koossa gelatiinikalvo. Kun kiteeseen osuu tarpeeksi valonsäteitä, siitä irtoaa hopea-atomeita, jotka muodostavat ryppäitä. Kun filmi kehitetään, ylimääräinen hopeahalidi poistetaan filmiltä ja jäljelle jää hopeaa niihin kohtiin, jotka ovat saaneet valoa. Hopea muodostaa negatiivikuvan, eli valoa saaneet kohdat ovat hopean ansiosta tummia ja valoa saamattomat kohdat ovat kirkkaita.
Valoherkkä kenno koostuu pienistä valoherkistä sensoreista. Kun valonsäde osuu sensoriin, se aikaansaa pienen sähkövirran. Kennossa oleva elektroniikka muuntaa virran määrän digitaaliseen muotoon. Kaikista sensoreista saadaan tieto, paljonko valoa kuhunkin on osunut. Nämä tiedot muodostavat kuvan kameran muistiin.
Yksittäinen filmi tai kenno on suunniteltu reagoimaan tietynsuuruisiin valomääriin, joten on olennaista, että filmin tai kennon pinnalle päätyvän valon määrä pysyy tietyissä rajoissa. Filmin tai kennon valoherkkyyttä kuvataan ISO-luvulla. Esimerkiksi filmi jonka ISO-luku on 400 reagoi valoon puolet vähemmän kuin filmi jonka ISO-luku on 800. Valoherkempiä filmejä sanotaan nopeiksi ja vähemmän herkkiä filmejä hitaiksi.
Valaistus
Valaistus on tarpeen, jotta valoherkälle pinnalle voisi muodostua kuva. Valaistus voi koostua vallitsevasta valosta ja keinotekoisesta valosta. Vallitsevaan valoon kuuluvat esimerkiksi ulkona auringon ja kuun valo sekä sisällä asunnon valaisimet. Keinotekoiseen valoon kuuluvat valokuvausta varten käytetyt valaisimet, kuten kuvauslamput ja salamavalot.
Sekä vallitsevaa että keinotekoista valoa on mahdollista muokata erilaisilla heijastimilla, varjostimilla ja valon hajottimilla.
Perspektiivi
Perspektiivi tarkoittaa kuvattavien kohteiden välisiä mittasuhteita tietystä kohdasta nähtynä. Kolmiulotteisessa avaruudessa sijaitsevat esineet näyttävät sitä pienemmiltä mitä kauempana ne ovat. Kaksi kertaa kauempaana oleva esine näyttää puolet pienemmältä. Kymmenkertaisen etäisyyden päähän viety esine näyttää kutistuvan kymmenesosaan.
Perspektiivi vaikuttaa myös havaittavasti esineiden muotoon. Jos kasvoja tarkastelee oikein läheltä edestä päin, nenä näyttää suhteessa isommalta kuin kauempaa katsottuna. Tämä johtuu siitä, että läheltä katsottuna kasvojen takaosa on suhteessa kauempana kuin etuosa, kun taas kaukaa katsottuna kumpikin on suunnilleen yhtä lähellä.
Valitsemalla kameran paikan kuvajaa päättää samalla kuvan perspektiivin.
Sommittelu
Sommittelulla tarkoitetaan tässä yhteydessä sitä, minkälaisen näkymän tietyssä paikassa sijaitseva kamera näkee. Kameran suuntaus ja asento määräävät näkymän. Kameran objektiivin polttoväli vaikuttaa näkymän laajuuteen, eli kuvan rajaukseen.
Polttoväliksi nimitetään objektiivin optisen keskipisteen ja kameran tarkennustason välistä etäisyyttä. Polttovälin yksikkö on yleensä millimetri ja sitä esitetään kirjaimella f. Objektiivit, joiden polttoväli on pieni (esimerkiksi 20 mm), ovat laajakulmaobjektiiveja. Ne tallettavat suuren osan näkymästä. Objektiiveja, joiden polttoväli on suuri (esimerkiksi 200 mm), kutsutaan usein teleobjektiiveiksi. Teleobjektiivi tallettaa vain pienen alueen näkymän keskeltä. Zoom-objektiivin polttoväliä voi vaihtaa tietyllä välillä (esimerkiksi 28-90 mm).
Samasta paikasta laajakulmaisella objektiivilla otetussa kuvassa esineet näyttävät pienemmiltä kuin teleobjektiivilla otetussa, koska saman kokoiseen kuvaan päätyy isompi osa näkymästä. Esineiden väliset mittasuhteet (eli perspektiivi) pysyvät kuitenkin samana.
Tarkennus
Objektiivi taittaa valonsäteitä siten, että tietyllä etäisyydellä kamerasta sijaitsevan tason pisteet kuvautuvat filmin tai kennon pinnalle pisteinä. Tämän johdosta ainoastaan tietyllä etäisyydellä olevat kohteet ovat kuvassa teräviä. Tätä etäisyyttä kutsutaan tarkennusetäisyydeksi.
Tarkennusetäisyyttä lähempänä tai kauempana sijaitsevat pisteet muodostavat filmin tai kennon pinnalle alueita, jotka ovat sitä isompia, mitä etäämmällä tarkennusetäisyydestä piste sijaitsee. Tarkennusetäisyyttä lähempänä tai kauempana olevien kohteiden kuvautumista epäterävänä kutsutaan syväepäterävyydeksi.
Tarkentaminen tapahtuu joko loitontamalla objektiivia kamerasta, jolloin myös polttoväli muuttuu hieman, tai sitten muuttamalla objektiivin linssistöjen välisiä etäisyyksiä. Objektiivin rakenne rajoittaa lähintä etäisyyttä, jolle objektiivi tarkentuu. Tätä rajoitusta on mahdollista kiertää joko lisäämällä objektiivin ja kameran välistä etäisyyttä loittorenkaan tai palkeiden avulla tai muuttamalla polttoväliä objektiivin eteen kiinnitettävän lähilinssin avulla.
Tarkentaminen määrää siis, millä etäisyydellä sijaitsevat asiat näkyvät kuvassa terävinä.
Aukko
Valo kulkee objektiivin sisällä läpi pyöreähköstä aukosta, jonka kokoa voi muuttaa. Aukkoa kutsutaan himmentimeksi.
Himmentimellä on kaksi tehtävää. Ensinnäkin pienentämällä aukkoa voidaan vähentää kameran sisään tulevan valon määrää. Toinen tehtävä liittyy siihen, että terävyysalueen ulkopuolella olevat pisteet kuvautuvat himmentimen muotoisiksi alueiksi. Kun aukkoa pienennetään, epäterävät alueet pienenevät samassa suhteessa. Mitä pienempi aukko on, sitä terävämmiltä tarkennusetäisyyttä lähempänä ja kauempana olevat kohteet näkyvät.
Aukon suuruutta ilmaistaan yleensä luvulla, joka kertoo objektiivin polttovälin suhteen aukon suuruuteen. Aukko f/8 tarkoittaa, että aukon halkaisija on kahdeksasosa objektiivin polttovälistä. Kun numero pienenee f/4:ään, aukon halkaisija kasvaa kaksinkertaiseksi ja aukon läpi kulkevan valon määrä kasvaa nelinkertaiseksi.
Aukkoa pienentämällä (suurempi f-luku) kameran tulevan valon määrä ja syväepäterävyys pienenevät. Aukkoa suurentamalla (pienempi f-luku) kameraan tulevan valon määrä ja syväepäterävyys kasvavat. Objektiivin aukolla on luonnollisesti jokin enimmäiskoko, joka yleensä ilmoitetaan objektiivin tiedoissa. Objektiiveja joiden suurin mahdollinen aukko on suuri sanotaan valovoimaisiksi.
Aika
Jotta filmi tai kenno ei olisi koko ajan alttiina objektiivin läpi tulevalle valolle, kamerassa on suljin, joka normaalisti estää valon pääsyn filmille tai kennolle. Kun kamera laukaistaan, suljin aukeaa hetkeksi, jonka pituus on valotusaika.
Kuten aukko, myös valotusaika säätelee filmille tai kennolle pääsevän valon määrää. Mitä pidempi valotusaika on, sen enemmän valoa pääsee. Jos valotusaika on pitkä, ehtivät kuvan kohteet helposti liikkua tai kamera ehtii liikahtaa kuvaajan kädessä. Lyhyillä valotusajoilla on mahdollista pysäyttää melko nopeakin kohteen liike. Pitkillä valotusajoilla puolestaan voi kuvaan saada tapahtumasarjoja pitkältäkin ajalta, esimerkiksi auton ajovalojen liikeradan tietä pitkin.
Yleisesti käytetty nyrkkisääntö sanoo, että jottei kamera käsivaralta kuvattaessa tärähtäisi liikaa, saisi valotusaika olla korkeintaan polttovälin käänteisluku. Eli esimerkiksi jos polttoväli on 90 mm, tulisi valotusajan olla enintään 1/90 sekuntia. Sääntö on kuitenkin yksinkertaistus, eikä takaa tärähtämättömiä kuvia. Toisaalta pidemmilläkin valotusajoilla on mahdollista saada melko tärähtämättömiä kuvia, jos kameran onnistuu pitämään tarpeeksi paikoillaan.
Tietyillä aukon ja valotusajan yhdistelmillä eli valotuksilla filmille tai kennolle pääsevän valon määrä eli valoarvo pysyy samana. Jos aukkoa kasvatetaan ja valotusaikaa pienennetään tai jos aukkoa pienennetään ja valotusaikaa kasvatetaan, pysyy valoarvo samana.