Beeld N. Cladakis

1. PRECINEMA

1.1 Precinema

Het woord cinema komt van het Griekse ‘Kinema’, wat beweging betekent. Voornamelijk bestond cinema of film uit de opname en weergave van beweging

Précinema is de verzamelnaam van de technieken die uitgevonden werden om te animeren en projecteren. Het précinematijdperk eindigt op 28 december 1895 (gebroeders Lumières).

De vier essentiële aspecten van film zijn:- beweging - tijd- verhaal- foto-optische (fotografie/optica)(tekenfilm kan zonder fotografische technieken gemaakt worden)

Opera is de voorloper bij uitstek van film. Het is de kunst die alle andere kunstvormen omvat. De opera’s van Richard Wagner kan men als meest filmische voorstelling beschouwen die er tot dan toe te aanschouwen was. Naast de 6 eerste kunsten voegde hij soms nog ‘special effects’ en ‘bruitages’ aan toe.

De kunstvormen:- beeldende kunst (teken- en schilderkunst, grafiek, fotografie, beeldhouwkunst …)- theater- muziek- dans- architectuur- literatuur- film (7 de kunst )- strip- mengkunst/cross-over

Film groepeert vaak de 6 vorige kunsten, en het is handig om als filmmaker ook iets van de andere kunsten te kennen, om zo te leren overtuigen.

1.2 3-dimensionele reproductie

De allereerste exacte reproductie (3-dimensioneel) van de werkelijkheid was het nemen van een afdruk. Bij de romeinen maakten ze een afgietsel van een dodenmasker met bijenwas. Een exactere reproductie kon je niet hebben.

1.3 Visuele reproductie

1

Op de grotschilderingen in West-Europa zien we vaak momentopnamen van dieren op de vlucht voor jagers. Dat bewijst dat kunstenaars al van 13.000 v. Chr. een grafische weergave proberen te maken van beweging (Lascaux).Muurschilderingen van de strijders in de graftombe van Beni Hassan dateren van circa 2070 v. Chr. Hier wordt geen perspectief gebruikt. De 400 tekeningen die fases van strijdtaferelen voorstellen doen vermoeden dat ze aandacht hadden voor tijd. Het wandtapijt van Bayeux (70m lang, 50cm hoog) dateert van 1077 en is als het ware een film over Willem van Normandië en de verovering van Engeland in 1066. Zijn leven wordt als stripverhaal in beeld gebracht (58 scènes). Het is narratief.

1.4 Optische reproductie

Da Vinci sprak al over de camera obscura in de 15de eeuw. De camera obscura bestond uit een kamer met een wand waar een gaatje was, dat diende als lens. Bij kleine opening ontstaat er immers lichtbreking. Als men door dat gaatje kijkt, ziet men het bekeken voorwerp vergroot. Bij objectieven met een zeer klein diafragma kan diffractie optreden.Oorspronkelijk was de camera obscura zeer eenvoudig: een camera met een gaatje dat eventueel verbeterd werd door een convexe lens in de opening te plaatsen zodat de kwaliteit van de afbeelding beter werd.Hoe groter de opening van het gaatje, hoe helderder het beeld maar hoe onscherper. Hoe kleiner de opening van het gaatje, hoe donkerder, maar hoe scherper (denk aan scherptediepte).Om de camera obscura kleiner en verplaatsbaar te maken werd ze voorzien van een matglazen achterwand. Zo moest men zichzelf niet in de camera obscura bevinden.De eerste vorm van reproduceerbare optische beeldvorming was schaduwprojectie. Op bepaalde afstand achter het personage werd een kaars geplaatst zodat de schaduw van het personage geprojecteerd werd op een glasplaat of muur. Daarop werd een papier bevestigd zodat men het profiel van het model kon aftekenen.

1.5 Fotografische reproductie

Niépce wordt beschouwd als de uitvinder van de fotografie. Zijn eerste foto dateert van 1826 met belichtingstijd van 8 uur. De allereerste foto dateert van 1825. Het is geen echte foto maar een fotografische reproductie van een ets, een heliografie (= zonnedruk). Tot zijn vindingen behoren het irisdiafragma en een methode om foto’s houdbaar te maken. Hij was ook de eerste die de camera van een balg voorzag om het scherpstellen te vergemakkelijken. De opticien Levalier, bracht hem in contact met Daguerre. Met een samenwerkingsverband in 1829, verbeterde het fotografisch proces nog aanzienlijk.

1.6 Bewegingsanalyse

Plateau ontdekte en formuleerde het fenomeen van de gezichtstraagheid of lichtnawerking (persistentie: het fysisch verschijnsel waarbij een beeld nog gedurende een zeer korte tijd op het netvlies van het oog blijft ‘hangen’).

2

Plateau construeerde in 1831 de phenakistiscoop ( = vals beeld). Hiermee kon hij een serie van opeenvolgende tekeningen doorlopend ‘in beweging’ brengen. Dit was de basis voor de cinematograaf en de filmindustrie.

2. FOTOGRAFIE

2.1 Van cinéfilm tot kleinbeeld

Niépce en Daguerre maakten rond 1828 hun eerste fotografische opname. Er werd gestreefd naar een compacter formaat. Die verkleining had meer scherptediepte als voordeel door het gebruik van objectieven met kortere brandpuntsafstand. Zowel de gebroeders Lumière als Edison gebruikten fotografische emulsies gegoten op een celluloïdedrager van 35mm breed.

Ook Barnac was 1 van de eerste cineasten die filmde met die 35mm-film. De film werd verticaal gebruikt. Hij wou de parameters van de filmopname controleerbaar maken. De beweging van de filmpellicule werd gedaan door beweging van hand en arm, wat ver van constant was. Zijn grootste zorg was de belichting. Hij maakte de oerleica. Zo kon hij enkele proefopnames maken, ontwikkelen, en het resultaat bekijken. Hij gebruikte de film horizontaal met een filmvenster van 24x36mm.

1. KINEMATICA

3.1 Persistentie van het netvlies

Het menselijk zicht werkt door het omzetten van de in het oog binnentredende lichtstralen in zenuwprikkels. De omzetting van licht in informatie in het oog, noemt men de zenuwstimulus. De zenuwstimulus blijft 1/15 van een seconde nawerken op het netvlies. We krijgen de indruk van bewegingscontinuïteit.

Terwijl de zenuwstimulus van het vorige beeld wegebt krijgt het netvlies de

lichtstimulus van het volgende beeld.Film en televisie is een opeenvolgende projectie van beelden (fps).Vanaf ongeveer 10 fps krijgt het oog de illusie van beweging, mits een flikkerend effect. Vanaf 16 fps wordt de beeldprojectie geloofwaardig qua bewegings- en helderheidscontinuïteit.Er zijn een aantal compromissen gemaakt om film en tv op technisch en economisch vlak efficiënt te maken.

Bij video, tv en netwerken:- frequentie- beeldgrootte: SD, HD, 2K, 3K, 4K- progressive scan vs. interliniëring (definitie en compressie ervan)- kleurdynamiek- helderheidsdynamiek en de compressie ervan

Bij film:- enkel compromis bij opname medium (Super 16 of 35mm)- maximale visuele waarneming bij 70mm aan 60 fps (= showscan)

3

- flikkering wordt vermeden in de filmzaal door elk beeld 2 x 1/100 sec te laten zien- Bij tekenfilm meestal 12 tekeningen per seconde- frequentie wordt laag gehouden door de kostprijs van pellicule en het labo- Bij TV gebruikt men halve beelden voor de vloeiendheid maar ook om de informatie per deelseconde te beperken over kabels en netwerken. In de toekomst krijgen we variabele framerate en definitie.

3.2 Beeldfrequentie

Het is (bijna) altijd de bedoeling om aan dezelfde beeldsnelheid op te nemen en te projecteren.Rond 1900 draaide men aan 16 fps. De camera’s waren toen hand aangedreven en dus niet constant. Vanuit praktisch en economisch standpunt was een lage beeldfrequentie interessant. Uit artistiek en cinematografisch standpunt was een hoge beeldfrequentie beter.In 1926 werd door SMPT (Society of Motion Pictures and Television Engeneers) aangeraden op te nemen in 16 fps en te projecteren aan 21 fps. Omdat er geen geluid was, was de versnelde weergave dus dichter bij de correcte werkelijkheidsweergave. Ook nu nog komt het voor dat films in 24 fps worden gedraaid, en getoond aan 25 (of 26) fpsIn 1927 kwam de klankfilm uit en men merkte snel dat 16 fps te traag was. Men stapte snel over naar optische muziek die naast het beeld op de projectpartij geschreven stond. Hoe meer gegevensoverdracht per seconde, hoe beter de kwaliteit, geldend voor beeld, geluid, analoog of digitaal.Projectoren werden oorspronkelijk aangedreven door elektrische wisselspannings-motoren in de VS met frequentie 60Hz. In Europa 50Hz. Via tandwielen kon men makkelijk 24 omwentelingen per seconde bekomen. In Europa moest men zicht daaraan aanpassen.Bij tv-systemen wordt in de VS 30 fps afgeleid van de netfrequentie van 60 Hz. In Europa 25 fps van 50 Hz.

3.3 Obturatie

Filmen is feitelijk het opnemen van stalen van de werkelijkheid, op een tijdlijn geplaatst, die ons de illusie van continuïteit geven. Hiervoor gebruiken we de fotografie. Daarvoor gebruiken we lichtgevoelige pellicule of sensoren en dus is het logisch dat het medium stil staat tijdens het ‘schrijven’. Wanneer een beeld is opgenomen en je een volgend beeld wilt maken, moet je het verplaatsen. Tijdens het verplaatsen mag er geen licht aankomen. Het lichtgevoelig medium moet worden afgedekt van het licht. Die afdekking is de obturatie. Tijdens de obturatie wordt de pellicule getransporteerd baar het volgend beeldje (fotochemisch) en bij foto-elektrische systemen worden de lichtgevoelige elektronische sensoren uitgelezen en overtollige nagelaten stoorladingen verwijderd uit de onderlagen van de sensor.De tijd van de obturatie wordt gebruikt om het beeld visueel onder controle te houden d.m.v. een spiegel (opklappend voor fototoestellen, roterend voor filmcamera’s).

4

3.4 De shutter

De shutter of sluiter zorgt voor de obturatie.Er bestaan verschillende soorten sluiters:- centraal sluiter: bij hasslbladlenzen, ander middenformaatlenzen en technische camera’s doet het diafragma als sluiter dienst.- gordijnsluiter: (Leica) meestal op oudere toestellen. De gleuf is regelbaar in breedte wat de belichtingstijd variabel maakt. Het schuift over de pellicule zoals een scanner.- guillotinesluiter: aluminium of titanium lamellen deur die heel snel op en neer kan bewegen.Shutters worden meestal in combinatie gebruikt met een opklappende spiegel om de fotograaf een reflex beeld te kunnen geven.Bij filmcamera’s is er een roterende halfronde spiegel, ofwel een prisma dat continu licht afwend van achter de lens. Deze draait voor de pellicule en dient als shutter en reflexzicht (arriflex 2c was de eerste camera met dat systeem, toen nog 2-bladig).

3.5 Intermittentie

= de alternerende cyclus van opname en niet-opname bij een filmopname. Na elke momentopname binnen een seconde moet het belichte beeldje vervangen worden door een onbelicht beeldje om de volgende momentopname te kunnen maken.

3.6 Postluminescentie

= het nalichten van lichtverwekkende stoffen zoals fosfor. Bij de foto-elektrische omzetting bij een conventioneel tv-toestel of een CRT worden fosforparels aan de achterzijde beschoten door een elektronenkanon. Als het fosfor enkel tijdens de beschieting zou oplichten, zouden we het niet kunnen zien. De fosforparels lichten na, wat ervoor zorgt dat we ze wel kunnen zien.3.7 Motion Blur

Bij een lange sluitertijd heeft een bewegend voorwerp een bepaalde afstand afgelegd binnen de opnametijd van het beeld. Het bewegen van een voorwerp veroorzaakt onscherpte op de bewegende delen van het beeld. Deze onscherpte noemt men Motion Blur of bewegingsonscherpte.Met een sluitertijd van 1/50 bij film en video is er bijna altijd motion blur. Door de persistentie van het netvlies ervaart de kijker motion blur niet als storend.

3.8 Strobing

Strobing is het omgekeerde van blur. Elk bewegend voorwerp is dan haarscherp geregistreerd zonder delen die bewegingsonscherp zijn. Dit kan doordat een zeer hoge sluitersnelheid gebruikt is of omdat een stroboscopisch licht werd gebruikt bij opname.

5

4. SENSITOMETRIE

4.1 Sensitometrie of gevoeligheidswaarde

Sensitometrie handelt over het vormen van een beeld met licht op chemische of elektronische wijze.

1. De fotochemische methode:Wordt in de fotografie ten onrechte (analoog) genoemd.- fotonen raken zilverhalogenide-atomen in de lichtgevoelige korrels- Elke foton dat een zilverhalogenide-atoom raakt, doet dit veranderen in een metallisch zilveratoom. Een latent beeld ontstaat (mozaïek van metallisch zilver + zilverhalogenide).- Om het beeld te ontwikkelen, zal de ontwikkelaar elke zilverkorrel die 4 of meer atomen bevat die in metallisch zilver is veranderd, ontwikkelen tot een volledige metallische zilverkorrel. Korrels die 3 of minder veranderde atomen bevatten, zullen geen zwarting vertonen.

2. De foto-elektrische of elektronische methode:- Fotonen maken elektronen vrij in de pixel- De hoeveelheid vrijgemaakte elektronen zijn evenredig met de lichthoeveelheid- De elektronen worden in de pixel vastgehouden door capaciteitswerking.- De capaciteitslading wordt uit de pixel verplaatst.

De belichting is de verhouding tussen lichthoeveelheid en de mate van resulterende beeldinformatie.Zwarting drukken we uit in densiteit, lading in millivolt of IRE.

4.2 Densitometrie

= onderzoek naar hoeveel licht er op de lichtgevoelige drager moet terechtkomen om de vereiste beelddensiteit te bekomen na ontwikkeling.Om het belichtingsmechanisme te begrijpen moeten we naar de belichtingscurve kijken, die ontwikkeld werd door Hurter en Driffield in 1890. Geen enkele film werkt op perfect lineaire wijze in de praktijk en onze visuele luminantieperceptie ook niet. De curve die de resulterende beelddensiteit weergeeft t.o.v. de belichting geeft op zijn horizontale as niet de belichting, maar het logaritme van de belichting weer. Bij een moderne film met een belichtingsspeelruimte van 11 stops, is er een schaal van 11 stops nodig om de onderste en bovenste grenzen te kunnen bepalen. Je bekomt 1 stop per verdubbeling van de belichting. Elke stop = licht X 2.De densitometer is een toestel waarmee je de densiteit van een fotografisch materiaal kan meten. Het werkt zoals een lichtmeter. Bovenaan heb je een lichtmeetcel en onderaan in het cirkeltje een lichtbron. Je kan de hoeveelheid licht meten die wordt tegengehouden door het fotografisch materiaal dus de densiteit. De curve bestaat uit teen (bijna zwart tot zwart), een recht stuk 80% van het beeld) en de schouder (bijna wit tot wit). De bochten zijn de zones waar detail begint en verdwijnt. Hoe steiler de rechte lijn, hoe contrastrijker.

Gamma (y) (= de helling van de curve) is de eenheid die uitdrukt in welke

6

mate de relatie tussen belichting en densiteit zicht verhoudt en evolueert. Het is de maat die contrast uitdrukt. Contrast is de trapsgewijze onderverdeling tussen de donkere en de heldere partijen van het beeld of de tussentinten. Rekenkundig is de gamma de tangens van de hoek tussen rechte lijn van de curve en de horizontale as.

De log E as is een weergave van de verschillende luminanties van een scene. Elke stap van de as vertegenwoordigt de dubbele hoeveelheid licht als de vorige as. In 1890 ontdekte Weber dat naargelang het niveau van stimulus, het verschil om verandering te merken variabel is. Hoe lager het stimulusniveau, hoe minder stimulus er nodig is om verandering te merken.

Onze luminantieperceptie is logaritmisch wat gevolgen heeft qua belichting bij film en video. Als we de menselijke helderheidsperceptie in stappen in kaart brengen, is elk increment van een gelijk verdeelde grijswig bij reflectiemeting duidelijk logaritmisch verdeeld. De waarden van de wig-stappen zijn relatief, de verhouding tussen de donkere en lichte partijen zijn hier van belang. Deze info zetten we dus op de log E as.

Een logaritme is een vereenvoudigde manier om grote waardeveranderingen binnen een getallensysteem weer te geven. Vb.: 102

= 100 dus log 100 = 2. Zo kunnen we grote bereiksveranderingen weergeven met kleine getallen.

De sluier (=base level fog) kan je zien als een parasitaire densiteit die je hebt maar niet zien, gevormd door druk, hitte en gammastralen. Je densiteit kan dus nooit 0 zijn omdat de emulsiedrager nooit 100% transparant kan zijn en door de sluier.

Ook het omgekeerde effect krijg je bij het bekijken en projecteren van beelden. Je kan dus nooit echt zwart bekomen, maar door het simultaan contrast fenomeen van het menselijk oog hebben we de illusie zwart te zien. Parasitair licht komt bv. voor door lensflare van de projector, licht van de noodverlichting, lichtweerkaatsing van het plafond in de projectiezaal …

De gevoeligheid van een film wordt uitgedrukt in ISO (vroeger ASA). Het is een praktische en eenduidige grootheid. Bij kleurnegatief is de ISO op kleine afwijkingen na, zo goed als een absolute waarde. Bij zwart-wit relatief naargelang de ontwikkeltijd.

Het contrast drukt het verschil tussen de donkere en lichte partijen uit.

Bij contrast-ratio is de verhouding in ‘stops’ tussen de helderste en donkerste zone. Elk increment is de dubbele hoeveelheid dan de vorige. Vb.: Als je aan de ene kant van het gezicht diafragma 4 meet en aan de andere 5,6, is er een contrast-ratio van 2:1. De term contrast-ratio wordt vooral gebruikt bij bv. het meten met een lichtmeter van de aanwezige lichtwaarden in een bepaalde scène.

Het contrastbereik geeft het helderheidsbereik weer en de mogelijke gradaties tussen wit en zwart, uitgedrukt in stops. Hoeveel stops verschil kunnen er geregistreerd of weergegeven worden.

7

Een contrastrijke film noemt men hard, heeft weinig tussentinten en heeft een steile curve. Boven een bepaalde drempel is alles zwart en onder een bepaalde drempel wit. Er is meer contrast in de reproductie dan in werkelijkheid.Een contrastarme film noemt men zacht, heeft veel tussentinten en heeft een meer liggende curve. De densiteit neemt maar een halve eenheid toe per volle eenheid van helderheidsstijging. Er is minder contrast dan in de werkelijkheid.

Er zijn geen fotochemische veranderingen in de film tot op het moment dat er een zeker punt van inertie overschreden wordt. Een gelijkaardig fenomeen komt voor bij elektronische beeldsensoren. De veranderingen van lichteenheden in de teen worden als het ware bij de omzetting in densiteit gecompresseerd.

Densiteit-saturatie heb je aan de bovenkant van de curve. De film raakt als het ware overbelast en reageert steeds minder bij lichttoename. D-max is bereikt wanneer alle beschikbare zilverkristallen zijn geactiveerd.

Feitelijk kan men stellen dat de schaduwen alsook de hooglichten samengeperst worden. Dit is trouwens 1 van de kenmerken eigen aan film in tegenstelling tot de elektronische beeldregistratie. Het is een soort compressie waarbij zeer gecontrasteerde scènes toch binnen het opnamebereik van de pellicule worden geregistreerd.

De juiste belichting is vaak: de contrastratio van de scène aanpassen om die binnen de curve van de film te doen passen.De 2 basisstappen bij belichting:- ideale gemiddelde belichting bepalen: diafragma, shutter, nd’s- hooglichten en donkere partijen controleren: fill-light, licht afvlaggen, grads …De 2 complementaire stappen zijn:- etalloneren/digitaal corrigeren: color, baselight, da vinci …- etoucheren/bijpainten: color, baselight, photoshop, lightroom, aperture …

Met detail wil men aangeven of men nog enige structuur kan herkennen in hooglichten, schaduwen of huidstint. Het wordt gebruikt als parameter. De grens waar je nog net detail ziet, wordt beschouwd als de grens van het technisch registratievermogen van je medium waarmee je opneemt (= dynamiek, latitude of belichtingsspeelruimte). Bij de keylighttest gebruikt men naast elkaar wit en zwart met detail.

Technisch gezien zijn volgende parameters de meest interessante:- wit, huidstint, 18% grijs, zwart - rood, groen, blauw- geel, magenta, cyaanMenselijk gezien zijn de visuele herkenningsreferenties uitgebreider:- huidstint- rode tomaat- groen gras- blauwe hemel- jeans- gele citroen- grijze straatstenen

8

- coca cola logo

De grijskaart helpt de camera om kleuren correct vast te leggen. De kaart heeft 18% grijs als kleur.

De stof Barium Sulfaat BaSO4 is wit. Voor doorsnee dagelijkse objecten moet wit er gewoon wit uitzien voor het menselijk ook. Bij papier en waspoeder worde optische witmakers gebruikt. Die witmakers zijn chemische stoffen met fluorescerende eigenschappen die Uv-licht omzetten in zichtbaar licht.Voor meetapparatuur en een kritische witbalans is dus enkel BaSO4 het enige echt wit om een optimaal resultaat te hebben. BaSO4 wordt gebruikt als onderlaag in het klassieke zwart-wit barriet-fotopapier. Bariumsulfaat is licht en hittebestendig en ook het hoofdbestanddeel van de contrastvloeistof dat men inneemt voor een CT-scan en bepaalde soorten radiografieën.

Qua reflectie heeft een gemiddelde blanke huid 1 stop meer reflectie dan een 18%-grijskaart. Volgende aspecten bepalen het typische visuele aspect van de huid:- kleur- schakeringen- structuur- transparantie- glans- beharing- infraroodstraling (kan worden waargenomen door film en video, niet door het oog)De schakeringen (contrast) binnen het gezicht zullen ook de scherpte-indruk beïnvloeden. Bij testkaarten, camera-tuning en pelliculebouw houdt men rekening met 3 mensenrassen met 3 verschillende haartypes.Haartypes:- blond- bruin/zwart- roodharigrassen:- blank- Afrikaans- Aziatisch

4.3 Het zone systeem

Het is een systeem, uitgevonden door Ansel Adam’s, waarbij er gestreefd werd naar een optimale weergave van de werkelijkheid. Hij maakte een schaal van 11 stappen, elke stap staat voor 1 stop. Elke getal is een EV-equivalent, een combinatie van diafragma en belichtingstijd die dezelfde beelddensiteit tot gevolg heeft.

De 11 zones lopen van 0 (puur zwart) tot 10 (puur wit). De 11-stappen wig is een goede basis om luminanties in kaart te brengen. In praktijk reflecteren materialen onder eenzelfde lichtbron een veel beperkter aantal

9

lichtniveau‘s. De equivalenten van de zones versus reflectie is de volgende: de reflectie neemt af met de vierkantswortel van 2 = 1,4 (per stop). Dus 100/1,4 = 70%.

4.4 Sensitometrie

Reflectie = gereflecteerd licht/invallend lichtTransmissie = doorgelaten licht/invallend lichtOpaciteit = 1/transmissie (bij een transparant medium)Opaciteit = 1/reflectie (bij een reflecterend medium)Densiteit = Log van de opaciteit

4.5 Diafragmawaarden – gevoeligheid

Diafragma: basiswaarden = 2 en 2,8. Steeds X2 doen, uitzonderingen: 11 en 45, tussenwaarden +/- 1/3 en 2/3ISO: basiswaarden 100, 125 en 200. Steeds X2 doen, uitzonderingen: 64 en 1250, tussenwaarden +/- 1/3 en 2/3

+ zie cursus!!!

5. FOTONICS

5.1 De pixel

Het woord pixel is een samentrekking van picture element en staat voor een enkele punt op het beeldscherm van de computer in een digitaal beeld. Alles wat op het scherm te zien is, bestaat uit een veelvoud van pixels. Het aantal pixels bepaalt de resolutie. Op een groot scherm zal veel sneller het ‘trapeffect’ zichtbaar zijn, je ziet de pixels afzonderlijk. Het aantal pixel wordt uitgedrukt in dots per inch (DPI).Enkele typische resoluties:- 72 dpi (computerschermen on afbeeldingen op internet)- 200 dpi (goede inkjetprint)- 300 dpi (standaard magazinedrukwerk)- 600 dpi (digitaal drukwerk)- 2400 dpi (fotorealistische inkjetprint) Bij een inkjetprinter drukt de resolutie eerder de microdruppelgrootte uit. Dit is nodig om een fotorealistisch resultaat te bekomen door enkel kleurmenging van cyaan, magenta, geel en zwarte inktdruppels.Een pixel hoeft ook niet vierkant te zijn: het kan zijn dat de horizontale resolutie lager is dan de verticale. De verhouding breedte:hoogte wordt dan aangeduid met pixel ratio. Digitale foto’s zijn opgebouwd uit pixels. De resolutie van een digitale afbeelding wordt uitgedrukt in pixels per inch (PPI).Elke pixel heeft een kleur. Die kleur wordt vaak beschreven met bits. Het aantal bits per pixel bepaalt het aantal kleuren dat ene pixel kan weergeven. Als n het aantal bits is kan een pixel 2n kleuren weergeven. Het aantal kleuren hangt ook af van de gebruikte kleurcodering.Er kan worden afgesproken dat iedere primaire kleur een aantal bits krijgt

10

(RGB) of dat iedere unieke combinatie bits wijst naar een bepaalde kleur (bv. bij GIF slechts 256 kleuren).Hoe hoger de beeldresolutie en hoe groter het aantal bits per pixel, hoe meer computergeheugen er nodig is, alle info te verwerken.De resolutie van een camera wordt vaak in megapixels aangegeven, wat staat voor de resolutie die de sensor aankan.De densiteit van een CCD-beeldopname element wordt aangeduid door het aantal pixels die op het gevoelige oppervlak aanwezig zijn. Elke pixel bezit een fotosensor voor het omzetten van het binnenkomende licht. Het aantal pixels binnen de CCD gevoelige zone is de hoofdfactor die de resolutie van de camera bepaalt.

5.2 Kleurendiepte

Kleurendiepte is een maat voor de hoeveelheid bits die gebruikt worden om de kleur van een pixel te coderen. Hoe hoger de kleurendiepte is, hoe meer verschillende kleuren er kunnen worden gecodeerd.Voor een afbeelding met enkel zwart en wit is maar een kleurendiepte van 1 bit nodig.Bij videoapparatuur gebruikt men minstens 8-bits kleurendiepte.

5.3 Vintage imagers

De iconoscoop was de eerste bruikbare opneembuis voor televisiecamera’s.Beelden werden geprojecteerd op een lichtgevoelige plaat, dat het beeld in duizenden stukjes opbrak (pixels). Een aftastende elektronenbundel werd vervolgens over de plaat geleid die alle pixels elektrische lading gaf. Elke pixel bevatte dan een lading die in verhouding stond met de geprojecteerde lichtenergie, en deze lading werd doorgegeven aan de uitgang van de camera. Zo werd een beeld geconverteerd naar een elektrisch signaal (uitgevonden door kalman tihanyi). De onderzoeksgroep RCA (hoofd: Vladimir Zworykin) introduceerde de iconoscoop in 1934. Ze werd vooral gebruikt in de VS tussen 1936 en 1946.In het begin van de televisie was er enkel zwart/wit beeld. In de camera’s werden toen lichtgevoelige buizen gebruikt. Vanaf 1990 heeft de CCD opgang gemaakt.De buizen waren zeer fragiel en gevoelig voor grote lichtintensiteiten.De kleurencamera’s gebruikten toen ook al een kleurenscheidingsprisma. Dat was pas mogelijk toen de buizen kleiner werden gemaakt.Bij de Ikehami HL 79 (typische jaren ’80 kleurencamera) was duidelijk een bult te zien waar de bovenste videobuis zich bevond, wat typisch was voor de kleurenbuizencamera’s.

5.4 Elektronische beeldoverdracht

Principe van de beeldketting:- je bezet een wand met foto-elektrische cellen- je plaatst de wand in een donkere doos- op de camera obscura plaats je een objectief om een voorwerp scherp te projecteren- aan elke cel bevestig je aan + en – pool lange kabels- je maakt een ander paneel met evenveel lampjes als er cellen zijn op het

11

eerste paneel- je nummert de cellen van links naar rechts en van boven naar beneden- je nummert de lampjes overeenkomstig met de cellen- je verbindt de 2 polen van elke cel met de overeenkomstige lampAls je deze primitieve camera op een voorwerp richt, zal het licht worden omgezet in elektriciteit. Door de cellen wordt de elektriciteit doorgestuurd via kabels en de lampen zetten de elektriciteit om in licht. Deze voorstelling is puur hypothetisch maar verklaart wel de werking van de pixels en de gewenste beeld overdracht.Tv-systemen zijn gebaseerd op een principe waarbij het beeld opgebouwd is uit lijnen. Het beeld wordt in lijnen verdeeld door een opnametoestel, vervolgens lijn na lijn door het TV-toestel opgebouwd. Het belangrijkste is te weten wanneer en welke lijn met pixel-informatie wordt doorgestuurd. Synchronisatie is essentieel.

5.5 Foto-elektrisch effect

De werking van een pixel is vergelijkbaar met die van een zonnecel of foto-elektrische cel. Hoe meer licht er op deze cel valt, hoe meer stroom ze produceert. Als je de stroom meet kan je proefondervindelijk de verhouding vinden tussen lichtintensiteit en de gemeten stroom. Ook lichtmeters werken zo, maar sommigen gebruiken een vereenvoudigd soort CCD.

5.6 Gevoeligheid

= het vermogen een bepaald detail te kunnen registreren bij een bepaald lichtniveau. Het doen overeenkomen van sensorgevoeligheid met de te filmen scène is het meest elementaire principe van de elektronische beeldvorming

Silicium-sensoren registreren beeldinformatie door hun eigenschap dat ze licht omzetten in elektrische energie door het foto-elektrisch effect. Invallende fotonen verhogen de energiewaarde in de ‘sillicon-lattice’ en maken elektronen los om elektrische signaal-ladingen onder de vorm van ‘elektron-hole’ paren.Gevoeligheid is meer dan louter licht in elektronische ladingen, de sensor moet deze ladingen kunnen verwerken en meten zonder ze te verliezen of te maskeren met ruis.Sensorgevoeligheid hangt af van volgende zaken:- grootte van de fotogevoelige zone, hoe groter de pixel, hoe meer fotonen die kan verzamelen- De efficiëntie van de foto-elektrische conversie (QE), afhankelijk van het ontwerp van de pixel maar ook van de golflengte- ongevoelige dele van de pixel absorberen licht wat absorptieverlies veroorzaakt- silicium reflecteert bepaalde golflengtes wat reflectieverlies veroorzaakt- bepaalde golflengtes gaan gewoon door de sensor zonder elektronen vrij te maken, wat transmissieverlies veroorzaakt

5.7 De sensor

Het komt er telkens op neer da de elektronische beeldsensoren licht omzetten in een elektrisch signaal, vervolgens dit signaal meten en dan

12

doorsturen naar de verwerkende elektronica, zij het nu met een CCD of een CMOS.De volgende eigenschappen worden verwacht van een sensor om te kunnen dienen voor professioneel beeldgebruik:- gevoeligheid- belichtingsspeelruimte- resolutie- kleurgetrouwheid- beeldfrequentie-aspect-ratio van de sensor- ‘look’

5.8 Kleur-sensor

Bij de intrede van de kleurentelevisie had men 3 sensoren nodig om de 3 kleuren te registreren. Dat maakte dat camera’s een groter volume innamen. Door de evolutie van de technologie verkleinde deze wel, maar er waren steeds 3 buizen nodig, die gecombineerd moesten worden door middel van een prisma, een optisch blok dat het rode, groene en blauwe onderdeel van het licht scheidde en leidde naar de verschillende gevoelige elementen.Tegenwoordig spreekt men van de 3 CCD, waarvan ze elk een deel van het beeld weergeven. Ze zijn zwart/wit maar met een kleurfilter. Bij een 3 CCD kan men per pixel een kleurpunt weergeven aangezien dat 3 op elkaar gespiegelde pixels zijn die zo een kleurcombinatie maken. Via ruimtelijke offset technologie kan men de basisresolutie verhogen.Vele jaren na de 3 CCD werd de mono-CCD camera uitgevonden. Hij bevatte een zwart-wit sensor waarop microscopisch kleine kleurfilters geplaatst waren.Aangezien het menselijk ook meer gevoelig is voor groen, gebruikt men 2 pixel met groenfilter en 1 met blauwfilter en 1 met roodfilter.Kleine beeld-elementen bevinden zich naast elkaar en nemen een verschillende kleur op. Men verkrijgt menging van de R-GG-B beeldpunten tot multi-color vlekjes, omdat ze klein zijn en het scheidingsvermogen van het oog te klein is.De meest gebruikte filter is de bayerfilter (uitgevonden door Bryce Bayer, 1976). Door de evolutie van nieuwe algoritmes om de R-GG-B beeldpunt-kwadranten om te zetten naar multi-gekleurde beeldpunten en de enorme resolutietoename van sensoren worden ze nu gebruikt in broadcastcamera’s en digital cinema camera’s (i.p.v. enkel consumer).5.9 Sensor optica

- Anti-IR filter: houdt IR tegen en dient als coverglass voor de volledige optische eenheid van de sensoren- Filterwiel: bevat de conversie en ND-filters en een clearfilter om de FFD te behouden als er geen lichtfiltratie nodig is. Bij sommige camera’s is een tweede filterwiel met effectfilters zoals sterfilters doe soms gebruikt worden bij bepaalde showprogramma’s die in multicamera worden opgenomen.- Low Pass Filter: is een lichte diffusiefilter die kleine details vervlakt om de kans op moiré te verminderen. Nog maar onlangs wordt dit op enkele camera-types opgelost via software. Op die manier behoud je de volle optische kwaliteit van de gebruikte lenzen.

13

- Prisma: splitst de lichtbundel in 3 gangen en de aanzienlijke dikte ervan vereist dat gebruikte videolenzen een lange FFD hebben om een beeld op de sensor te krijgen- Dichroïsche filters: zorgen voor de kleursplitsing in rood, groen en blauw- Sensor coverglass: is een afdekglas dat ervoor zorgt dat de lichtgevoelige diode’s niet beschadigd of vervuilde geraken bij manipulatie en bouw van de sensoreenheid.

5.10 Ruimtelijke offset bij 3-sensors

Offset is een methode om de horizontale luminantieresolutie van 3-sensorcamera’s te verhogen. Bij offset (verschuiving) van ½ pitch bekomt men een aantal overzettingen binnen 1 lijn en wordt de optelsom van het luminantiesignaal verdubbeld, waardoor men een hogere resolutie bekomt dan wanneer men geen ruimtelijke offset zou gebruiken.

5.11 CCD

CCD (Charge Coupled Device) is een chip die licht omzet in elektrische ladingen. De chip bestaat uit reeksen van kleine condensatoren verbonden door elektronische schakelaars. Door de schakelaars beurtelings open en dicht te zetten kunnen ladingen van de ene naar de andere kant getransporteerd wordenEr wordt gebruik gemaakt van door fotonen gegenereerde elektronen in de condensatortjes verzameld. De chip bevat verscheidene rijen pixels die onderling gekoppeld zijn. Door elektrische spanningen aan te brengen kunnen er in sommige condensators elektronen verzameld worden en in sommige niet.De condensatoren die geen lading kunnen verzamelen dienen ervoor om condensatoren die wel lading kunnen verzamelen van elkaar elektrisch te scheiden. De condensatoren die aan licht blootgesteld worden verzamelen in bepaalde ladingen elektronen, die zo een beeldpuntraster vormen. De lading wordt naar het uitleescircuit getransporteerd door de spanningen op de condensators te schakelen.Bij volledig analogen videocamera’s werd dit signaal rechtstreeks als videosignaal afgeleverd, bij digitale camera’s wordt het eerst gedigitaliseerd.

De mozaïek kan uit 2 soorten diodes bestaan:- fotogevoelige dienen om de ladingen op te wekken- gemaskerde dienen enkel op ladingen door te gevenCCD’s worden gerangschikt in 2 types:- De IT, interline transfer CCD (tussen de verticale beeldlijnen bevinden zich shiftlijnen om de ladingen door te schuiven) gebruikt een structuur waarbij pixelkolommen en de verticale registers beurtelings worden gescand. De geaccumuleerde lading in elke pixel wordt getransfereerd naar het verticale shiftregister die geregistreerd wordt gedurende het verticalen blancking interval. De ladingen binnen dezelfde lijnen worden geregistreerd en naar onderen doorgestuurd door het verticale shiftregister in dezelfde sequentie. Dan wordt lijn na lijn het horizontale register gedurende het horizontale blancking interval doorgestuurd. IT-CCD’s hebben last van ‘vertical smear’.- De FIT, Frame (Interline) Transfer CCD werkt grotendeels zoals een IT-

14

CCD maar onderaan heeft het een extra buffer, waarvan de opslagzone beschermd is. Door de versnelde verplaatsing door het verticale shiftregister vermijd je ‘vertical smear’.

5.12 C-MOS

Een CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) sensor werkt op basis van een fotodiode en maakt geen gebruik meer van een condensator om ladingen te integreren, waardoor effecten zoals blooming vermeden kunnen worden.Bij een CMOS sensor is er een versterker per pixel. De pixels in een CMOS-camera worden omgeven door meerdere transistoren, wat een grotere flexibiliteit in werking geeft. Omdat de CMOS-pixels individueel kunnen worden uitgelezen, is het mogelijk enkel dat gedeelte van de sensor te gebruiken dat nodig is voor de gekozen standaard.CMOS-sensoren zijn goedkoper te produceren dan CCD’s en zijn beter bestand tegen kosmische straling.

5.13 HAD sensor

De HAD (Hole-Accumulated-Diode) sensor is een diode-sensor die voorzien is van een Hole Accumulated Layer aan de oppervlakte. Deze laag beperkt zeer efficiënt de ‘dark-current-noise’ die veroorzaakt wordt door elektronen die toevallig gegenereerd worden door de siliciumdioxide-laag.De Hole Accumulated Layer vermindert de geregenereerde elektronen aan de oppervlakte van de CCD. Daarmee wordt de hoeveelheid dark-current-noise die de sensor binnendringt en zich accumuleert, verminderd. De reductie van de dark-curren-noise heeft ook vermindering in fixed pattern noise (een hoge signaal-ruisverhouding en een lage dark shading), wat betekent: minder ruis in de donkere partijen van het beeld. De Hole Accumulated Layer zal ook een serieuze rol spelen in het verminderen van de LAG. Bij CCD’s zonder Hole Accummulated Layer is het bodem potentiaal van de fotogevoelige cel niet vastgelegd. Er zijn altijd een deel elektronen die achterblijven, zelfs na uitlezing van de pixel.Bij een HAD sensor waarbij de bodem van de fotogevoelige cel tot een zeker potentiaal vastzet, zullen de geaccumuleerde elektronen volledig in het verticale register vallen. Daarbij blijven geen elektronen achter in de fotogevoelige cel na de uitlezing ervan. Wat resulteert in een zeer lage black-current noise.Bij high-end CCD-camera’s, die bv. gebruikt worden in telescopen, waarbij zeer lange belichtingen toegepast worden, wordt de black-current noise extra verlaagd door het CCD-element af te koelen met vloeibare stikstof. Door de zeer lage temperaturen worden die verloren elektronen sterk gereduceerd.

5.14 HYPER-HAD sensor

Dit is een CCD-sensor waarbij microscopisch kleine lensjes op de pixels bevestigd zijn, waardoor het licht beter gebundeld is op elke pixel, wat zorgt voor een toename van de gevoeligheid.De on-chip lenses verminderen witte smear (verticale witte strepen van bovenaan tot onderaan het beeld die op highlights ontstaan). Dat wordt veroorzaakt door het direct lekken van licht in het verticale register. Door

15

het budnelen van het licht naar de pixel zal er rond het pixel-elementje minder licht lekken. Daarbij zal het inkomende licht geconverteerd worden naar de sensor in plaats dat er licht zal reflecteren in de siliciumdioxide-gevoelige laag.

5.15 Sensor fouten

Vertical smear komt voor ben het filmen van een helder object of lichtbron. Het is te herkennen als een verticale streep in het beeld. Bv. wanneer een auto met koplampen aan, naar de camera rijdt.Smear wordt veroorzaakt door het direct lekken van inkomend licht in het verticale shiftregister of het lekken van elektronen die gegenereerd worden door het foto-elektrische effect in het verticale shiftregister. De reden dat smear waargenomen wordt als verticale streep komt doordat de elektronen, gegenereerd door lekkend licht, naar onderen geshift worden door het verticale naar het horizontale register.Smear is meestal evenredig met de licht-intensiteit van het voorwerp of lichtbron en de oppervlakte van de geprojecteerde lichtvlek op de CCD. Smear wordt verminderd door gebruik van P-well’s in de HAD-sensor. Het toevoegen van de OCL-layer (microscopische lensjes op de HAD-sensor) zal de witte smear nog meer verminderen en zorgen dat de smear nu zo goed als verwaarloosbaar is.

Blooming komt voor wanneer een sterke lichtstraal komende van een lichtbron de beeldsensor raakt. Het zorgt ervoor dat de randen uitlopen en een halo krijgen. CCD-camera’s hebben voorzieningen om dit te minimaliseren of te vermijden. Bij buiscamera’s brengt de toename in lichtniveau een evenredige toename van straalsignaalstroom teweeg. De straal wordt daarbij verbogen en de straalcirkel deint uit.Bij CCD-camera’s gaan de overtollige elektronen die gegenereerd worden bij sterk licht, die het CCD-oppervlak bereikt, overvloeien in de ‘overflow-drain’ (OFD). Het dient als een overloop die de overtollige elektronen absorbeert om blooming te vermijden. Deze overflowdrain bevindt zich onder of naast de fotosensor. Deze drain voorkomt dat ongewenste ladingen gegenereerd worden in de fotosensor en niet overslaan op het nabije verticaal register en de fotosensor.

LAG is het nalichten van een helder beeld in een daaropvolgend donker beeld, of het na-ijlen van het beeld bij snelle camerabewegingen. Vaak werd het gezien bij het bewegen van een lichtbron voor een zwarte achtergrond of wanneer een lichtbron werd uitgezet. Het komt hoofdzakelijk voor bij buizencamera’s. Bij CCD’s is het zeer moeilijk zichtbaar. Het wordt veroorzaakt door het onvolledig doorgeven van ladingen tussen de pixels van de CCD en het verticale register. Er blijven dus kleinbeeld-elektronen achter in de fotosensor, zelfs nadat de landingstransfer uitgevoerd is. De fout wordt sterk beperkt door gebruik van HAD en HYPER-HAD camera’s.

Image burn is het inbranden van licht in pixels. Het ontstaat door het rechtstreeks filmen in de zon of in een zeer heldere lichtbron. Oorspronkelijk was het enkel mogelijk bij buizencamera’s. Het kon verholpen worden door de camera te laaten aanstaan op een donker

16

beeld. In het ergste geval moest het beeldelement vervangen worden. Bij gebruik van fotodiode sensors is dit bij CCD-camera’s zo goed als onmogelijk geworden.Bepaalde CCD-camera’s kunnen toch beschadigd worden door het filmen van laserlicht, waarbij de laserstraal 1 van de pixels kan vernietigen. Bij beschadiging is op een dinker beeld een lichtere pixel te zien.

Geometrische distortie komt vooral voor bij buizencamera’s. Het is een combinatie van fouten aan het objectie van de lens en de buis.Bij de CCD-camera is de fout uitgeschakeld, al kunnen er bepaalde lensfouten waargenomen worden.Bij buizencamera’s zal de straal, die de beeldparels aftast, afgebogen worden door afbuigspoelen als de scanningssnelheid constant gehouden wordt voor elke target of beeld-parel. Distorties zijn wel mogelijk door wisselende impedantie van de afbuigspoelen door wisselende temperaturen en veroudering van de camera.

Comet-tales of het komeet-effect is het na-ijlen van een helder punt in beeld als de camera een beweging maakt. Bij CCD-camera’s is dit zo goed als verdwenen.

5.16 Elektronische shutter

Het gebruik van CCD’s maakt het mogelijk een variabele speed electronic shutter te gebruiken. Deze shutter laat toe aan hoge snelheid voorbijkomende voorwerpen te filmen zonder ‘picture-blur’ te bekomen.Hoe hoger de sluitersnelheid, hoe minder licht er op de CCD valt, dus hoe meer het diafragma moet geopend worden. De werking van de interline transfer-CCD: elektronen worden gegenereerd door het inkomende licht, ze worden bewaard in de fotosensor en worden nadien uitgelezen van de fotosensor naar het verticale shiftregister. De elektronen die gegenereerd worden over een volledig field worden uitgelezen naar het verticale register. Wanneer het beeld een bewegend voorwerp is zullen de gegenereerde elektronen in de fotosensors zowel overeenkomen met de plaats van het object als met het object zelf. Het object zal er ‘geblurd’ uitzien. Deze blur kan gereduceerd worden door de sluitertijd te verkorten, dus de periode dat het elektron zich kan accumuleren zodanig dat er minder beweging kan opgenomen worden binnen elke uitlezingsperiode.Wanneer een shutter aanstaat zal de CCD enkel de elektronen uitsturen die gegenereerd worden tijdens de sluiterperiode. De elektronen die gegenereerd worden voor deze periode worden gedumpt in de overflow drain van de CCD. Hoe sneller de sluitertijd, hoe korter de samplingtime en hoe minder beweging wordt opgenomen binnen de periode.

5.17 Clear Scan

Clear scan is een synchronisatiesysteem waarbij men de camera kan synchroniseren met een computerscherm of bepaalde projectors die op een andere frequentie zitten als de camera. Bij het filmen van computerschermen, waarbij de meeste scanfrequenties verschillen van ons tv-systeem, krijgt men flikkering, zwarte of witte balken die in beeld lopen. Men kan een bepaalde tijd variëren door het elektronisch signaal af te knijpen.Clear scan is een variable-speed shutter die kan ingesteld worden in

17

getalwaarden na de komma. Dit kan visueel ingesteld worden door de snelheid van de elektronische shutter aan te passen tot geen flikkering of rollende balken meer te zien zijn.Het clearscan systeem bevindt zich meestal in snelheden tussen 1/50,3 t.e.m. 1/100,1 / sec. Men synchroniseert door de beeldsnelheid van de camera te variëren met de stand van de shutter. Op deze manier kan men perfect stilstaande beeld draaien van een computerbeeldbuis. Het is mogelijk dat als men een beweging maakt, men toch een bepaalde flikkering krijgt. Dat heeft te maken met de hoek van de beweging t.o.v. de monitor. Flatscreens werken in progressive scan en zijn bijgevolg altijd synchroon.

6. COLOR

6.1 Color-Fysics

Licht is maar een klein deeltje van de elektromagnetische straling. De elektro-magnetische golven waaruit licht bestaat zijn elektrische en magnetische trillingen die zich (in het luchtledige) rechtlijnig verplaatsen aan een snelheid van 300 000 m/s. Deze trillingen staan loodrecht op de bewegingsrichting.Elke straling is bepaald door zijn golflengte l en trilfrequentie f. Golven hebben 4 hoofdparameters:- amplitude is de hoogte van de golf, het toon de energie van de gebeurtenis dat de golf veroorzaakte. Bij geluid: veel geluidsdruk = grote amplitude.- Frequentie is de maat van het aantal golven dat een bepaald punt is voorbijgegaan binnen een bepaalde tijd. 1 Hz = 1 golf voorbijgegaan per seconde.- Golflengte is de lengte van de golf uitgedrukt in meters of nanometers. Een nanometer is 1 duizend-miljoenste van een meter.- snelheid is de snelheid uitgedrukt in km/h of m/s- lage frequenties zijn lange golflengtes, hoge frequenties zijn korte golflengtes.

De straling zichtbaar voor het menselijk ook bestrijkt de zone van 7,9.1014 Hz tot 3,85.1014 Hz (golflengtes van 380 tot 780 nm). Dit deel van het spectrum wordt door ons visueel systeem weergegeven met een speciale codering zijnde ‘kleur’. Feitelijk worden trillingen gevisualiseerd en herkenbaar gemaakt door ons kleurzicht. De kortste golflengte komt

18

overeen met paarst en de langste met rood.Het zichtbare spectrum is maar een klein deel van het elektromagnetische spectrum.

Tegenover elke frequentie en golflengte staat er een ‘zuivere kleur’, dit zijn monochromatische kleuren. De meeste lichtbronnen leveren een complexe mengeling van verschillende monochromatische golflengtes, dit noemen we polychromatisch licht. Enkele uitzonderingen: laserlicht, sodiumlicht…Bichromatische kleuren zijn kleuren die geen eigen golflengte hebben maar uit een variabele hoeveelheid bestaan van 2 kleuren, de ene in de rode en de andere in de blauw-paarse zone.Het is de relatieve amplitude van een lichtbron die de geobserveerde kleurdominantie zal bepalen.Licht bestaande uit alle componenten van het zichtbaar spectrum, aan een gelijke energiehoeveelheid, is wit (of grijs naargelang de sterkte ervan), met als indruk dat er geen kleur waarneembaar is. Zonlicht is er een goede benadering van.Elke bepaalde fysische straling dat ons netvlies raakt en een kleurwaarneming veroorzaakt noemen we kleurstimulus.

In 1669 ontdekt Isaac Newton dat een zonnelichtstraal na breking door een prisma een aantal verschillende kleuren geeft. Hij concludeerde dat er 7 kleuren waren (rood, oranje, geel, groen, blauw, indigo en violet).Dit komt doordat elke kleur een verschillende snelheid heeft in hetzelfde glas. De kleur met de kortste golflengte wordt het meest vertraagd en het meest gebroken. De prisma toont door afwending van de lichtstralen op verschillende wijze, de verschillende componenten van de lichtsamenstelling die er doorheen gaat.In ons modern kleursysteem vertrekken we altijd van 3 hoofdkleuren R, G, B of C, Y, M.

Het spectrum van een zonnestraal geeft een continue kleurenband, wat ervoor zorgt dat je er sowieso geen hoofdkleuren kan in isoleren. De spectrale samenstelling wordt echt vaak voorgesteld zoals op p. CLR 6.

De kleurtemperatuur van een lichtbron is de temperatuur dat een zwart hypothetisch lichaam moet hebben om dezelfde kleur van licht uit te stralen als de lichtbron. De kleurtemperatuur wordt uitgedrukt in kelvin (K). De kleurtemperatuur evolueert van dieprood naar rood, oranje, geel, wit, naar blauw.Wet van Wien: de golflengte neemt af van het uitgestraald licht met toenemende temperatuur, en heeft blauwig licht een hogere kleurtemperatuur dan roodachtig licht, ook al wordt een lage kleurtemperatuur vaak als warmer ervaren.Het menselijk oog merkt niet het bestaan van kleurtemperatuur door de snelle kleuraanpassing van het menselijk zien. Elektronische camera’s zijn ‘in balans’ voor daglicht 5600K of kunstlicht 3200K en geven enkel een neutrale kleurreproductie als ze gebruikt worden bij kleurtemperatuur voor dewelke ze in balans zijn. Om de kleur perfect neutraal te krijgen maakt men een witbalans.Opnamemedia:- videocamera’s: 3200 K

19

- pellicule tungsten: 3200 K- pellicule daylight: 5600 K- fotofilm: 5600 K- fotofilm studio: 3600 K- digitale fototoestellen: 5600 K- digitalcinema camera’s (RED): 5600 Klichtbronnen:- kaarslicht: 2000 K- gloeilamp: 2800 K- Halogeen: 3200 K- HMI/Xenon: 5600 K- Daglicht/maanlicht: 5600 K- bewolkt weer: 8000 K- mistig weer: 10000K

Een continu spectrum is een eigenschap van een golfverschijnsel waarbij elk deel van de frequentieband inhoud heeft. Bij een discontinu spectrum ontbreken er dus frequenties. Kleurreproductie is maar accuraat en optimaal door verlichting van een lichtbron met een continu spectrum. Zonlicht, kunstlicht en halogeenlicht hebben een continu spectrum. Led’s, TL’s en de meeste gasontladingslampen niet!

De dampkring vangt een deel van het licht op en diffuseert die. Daardoor zien we een blauwe dampkring die ons de indruk geeft dat er van overal licht komt. Dus hebben we rechtstreeks licht dat van de zon komt en een deel dat gediffuseert is door de dampkring.We kunnen de vergelijking maken met een lichtstraal in een donkere kamer waar stof aanwezig is. De verspreiding in de dampkring gebeurt door de diffusie van het licht door gasmoleculen. We kunnen waarnemen dat de hemel blauw is. Dat komt doordat het licht aan het blauwe eind van het spectrum gemakkelijker verspreid dan aan het rode eind.Bij zonsop- en ondergang moet het licht een veel langere weg afleggen door de luchtlagen dan als de zon hoog staat. Daardoor wordt er veel van het blauw licht gediffuseert in de dampkring, wat maakt dat enkel nog het rode licht ons kan bereiken. Dit gediffuseerde blauwe licht vlak na zonsondergang (schemerlicht), is feitelijk licht dat ons niet rechtstreeks bereikt van de zon maar is het gediffuseerde licht dat nog altijd in de dampkring weerkaatst.De kleurtemperatuur bij middagzon zonder bewolking is theoretisch 5600K. Als er bewolking of mist is, vindt er theoretisch nog extra diffusie en filtering plaats door de watermoleculen van de wolken en/of mist, waarbij de kleurtemperatuur kan stijgen tot 20 000K.De plaatsen rond een schaduw die zijn bij zonlicht 5600K. De plaatsen in de schaduw ontvangen enkel indirect licht, wat maakt dat men in de schaduw steeds een hogere kleurtemperatuur heeft. Die gasmoleculen zorgen ervoor dat de schaduw altijd blauwer is dan in de zon. Het precies vaststellen van de kleurtemperatuur kan men doen met een thermocolorimeter.

Mired (Micro-Reciprocal-Degree) worden gebruikt bij kleurtemperatuur corrigerende filters. 1 Mired = 1 miljoen K1 Decamired = 10 MiredKunstlicht van 3200K = 30 Decamired

20

Daglicht van 5400K = 18 DecamiredAls men 30 – 18 = 12 DecamiredDe 85-filter = 12 DecamiredOp de filters kan men de kleurcorrectiefactor zien waar KR 12 zal opstaan.

De 3 primaire kleuren zijn rood, groen en blauw. Als deze drie in gelijke mate worden gecombineerd heb je wit.Een combinatie van 2 hoofdkleuren noemt men de complementaire kleuren. Rood + groen = geel, rood + blauw = magenta, groen + blauw = cyaan.Deze kleuren samen met hun ontbrekende 3de hoofdkleur vormen opnieuw wit. Wanneer dit zo is, heffen die kleuren elkaar op doordat men dus terug wit bekomt.Geel neutraliseert blauw en omgekeerd. Magenta neutraliseert groen en omgekeerd en cyaan neutraliseert rood en omgekeerd.

Het feit dat combinaties van woorden gebruikt worden om speciale kleuren te beschrijven (lichtblauw, olijf, donkerrood, groenachtig) toont aan dat kleuren niet éénduidig zijn, en zich kunnen situeren tussen andere kleuren.Tussen eender welke twee kleuren bestaat er een ononderbroken keten van tussenkleuren. Deze onderlinge verhoudingen kunnen weergeven worden door een ruimtelijke ordening van kleuren.Een eerste algemene categorie van kleuren wordt gevormd door onderscheid te maken tussen chromatische en achromatische kleuren. Achromatische kleuren zijn zwart, grijs, wit en alle tussenliggende kleuren zoals donkergrijs, lichtgrijs… Ze kunnen lineair geordend worden in een rechte lijn van zwart tot wit. Ze verschillen in helderheid maar ze bezitten geen chroma. De ondergrens is zwart en de bovengrens is de meest heldere kleur mogelijk bij een gegeven verlichting. Eens die verlichting te fel wordt, vervaagt de kleur. Een stijging van luminantie = een daling aan kleursaturatie.Chromatische kleuren zijn rood, geel, groen, blauw en we kunnen ze eveneens samen met hun tussenliggende kleuren ordenen. Voor de ruimtelijke ordening hebben we een gesloten curve nodig, veelal voorgesteld door een cirkel. Als we rond de cirkel gaan veranderen de kleuren van hue, als we naar het centrum gaan neemt de chroma af. Het middelpunt is een achromatisch punt. De helderheids-as kan niet geïntegreerd worden in dat vlak, daarom komen we tot een 3-dimensionale voorstelling, ruimtelijke ordening van kleuren.Vb. met rode hue-driehoek: Alle kleuren van deze hue kunnen geordend worden in een driehoek met zwart, wit en rood als hoekpunten. De rode hoek vertegenwoordigd de kleur met de hoogst mogelijke chroma van deze hue. De lijn van de rode naar de witte hoek bevat de kleuren van dezelfde hue, met variabele chroma met maximum helderheid. De lijn van de rode naar de zwarte hoek, bevat de kleuren met dezelfde hue en met maximum saturatie, maar met variabele chroma.Mensen met specifieke stoornissen in het kleurenzicht (dichromatisme), hebben slechts 2 dimensies nodig om hun kleurervaring voor te stellen en in de zeldzame gevallen van achromatisme is slechts 1 dimensie nodig.We kunnen de helderheid, chroma en hue variëren. In de kleurenruimte betekent het variëren van helderheid een verticale beweging. Het variëren van chroma een beweging weg van of naar de helderheids-as. Het variëren van hue het bewegen rond de helderheids-as.

21

Alle kleuren hebben een begrensd bereik, de kleurengamut. De grenzen van de helderheids-as zijn zwart en wit. Voor een helderheidswaarde tussen deze twee uitersten bestaat er voor gelijk welke hue een kleur met maximum chroma-waarde, dat op het oppervlak van de kleurengamut ligt. De vorm van de gamut is afhankelijk van welke kleuren we in acht nemen.

Er zijn verschillende manieren waarop kleur kan voorkomen:- kleuren van lichtgevende objecten zijn lichtbronnen en hun kleuren zijn dus onafhankelijk van externe verlichting.- kleuren van verlicht objecten. Dit is de meest voorkomende manier waarop kleuren voorkomen (object-modus), waarbij een oppervlak verlicht wordt door een natuurlijke of kunstmatige lichtbron en een deel van het licht reflecteert. De kleur van het oppervlak hangt af van de eigenschappen van dat oppervlak, maar ook van de eigenschappen van de verlichting.- kleuren van transparante objecten (= volume-kleuren) zien we als we naar bv. een glas wijn kijken. Kleuren van vloeistoffen en transparante lichamen komen voor in deze transparantie modus.- geïsoleerde objecten (= vrije kleuren) zien we enkel onder welbepaalde omstandigheden: als we een eenduidige kleur bekijken door een zwarte buis of door de zoeker van een optisch instrument, dan verliest hij z’n verwijzing naar een bekend object of oppervlak en lijkt het vrij te zweven in ons gezichtsveld.- subjectieve of fysiologische kleuren zijn kleuren die niet direct gegenereerd worden door een fysische stimulus, zoals nabeelden of gekleurde schaduwen. Ze werden het eerst systematisch beschreven door Goethe.

In de meeste gevallen is het moeilijk om twee kleuren te vergelijken overeenkomstig met alle voorwaarden die we eerder hebben opgesomd. Voor deze vergelijking zouden we vandaag een colorimeter gebruiken om die kleuren te meten. Dit instrument doet niets anders dan het vermogen van het ook om die kleuren te vergelijken na te doen. Het is van fundamenteel belang om de kleuren van 2 oppervlakken visueel te kunnen vergelijken. Het klassieke instrument om deze taak mee te volbrengen is de visuele fotometer, waarbij we een Lummer-Brodhun kubus gebruiken.De kubus bestaat uit twee rechthoekige glazen prisma’s, aan elkaar vastgemaakt langs het diagonaalvlak, maar het gelijmde gedeelte beslaat slechts de helft van het vlak tussen de 2 prisma’s. De tweede helft vormt een luchtspleet. De stralen die de kubus binnendringen, gaan in een rechte lijn door de kubus als ze door het gelijmde deel van het diagonaalvlak gaan, maar worden volledig gereflecteerd in een rechte hoek als ze de luchtspleet raken.De kubus laat dus toe de kleuren van twee uiteen liggende vlakken te bekijken let hetzelfde oog via een oculair en om deze kleuren te zien als twee aanliggende vlakken in de kubus. Als het oog gefocust is op de scherpe grens tussen de twee vlakken binnen de kubus dan zijn de twee vlakken die we vergelijken allebei onscherp en is elke mogelijke structuur diffuus om zo objectief mogelijk de kleuren te kunnen vergelijken.

De visuele fotometer garandeert dat de observatie van de twee kleuren gebeurt zij aan zijn zonder de invloed van enige structuur en me slechts 1 stationair oog. De kleuren verschijnen in de fotometer als vrije kleuren in een donkere omgeving zonder enige informatie van andere

22

eigenschappen van de vergeleken oppervlakken. Wanneer 2 objecten matchen onder eenzelfde lichtbron, is het heel goed mogelijk dat het niet zo is onder verschillende belichtingen. De objectkleuren zijn dan metamerisch onder 1 belichtingsbron, namelijk degene waaronder de meting plaatsvond, maar het metamerisme breekt af onder verschillende lichtbronnen.

De kleurvergelijkingen uitgevoerd door personen met gebrekkige kleurvisie zijn heel verschillend. Er zijn verschillende types van kleurvisiegebreken, de meesten behoren tot 2 klassen. Een dichromatisch persoon ziet alle kleurovereenkomsten die ook door een normaal persoon worden gezien, maar verwart bepaalde paren van kleurstimuli die anders voorkomen bij kleurnormaal mensen. Mensen met afwijkend trichromatisme kunnen kleurstimuli onderscheiden die voor een kleurnormaal persoon hetzelfde zijn en omgekeerd.Het is erfelijk en aangezien de genetische informatie zich bevindt in een mannelijk chromosoom leidt ongeveer 8% van alle mannen aan gebrekkige kleurvisie tegenover een heel laag aantal vrouwen. Kleurvisie kan getest worden met Ishihara tabellen.

Het hoofddoel van de colorimeter is het vinden van het verband tussen de fysische kleurstimuli en de daarbij voorkomende kleurwaarneming. Over het algemeen wordt de wetenschap psychofysica genoemd (stichter Gustav Theodor Fechner, 1980, Elements of Psychophysics, hij beschreef in 2 boeken methoden die fundamenteel zijn in de deze wetenschap alsook in colorimetrie). 1 van de methoden is te onderzoeken welke stimuli dezelfde waarneming veroorzaken. In de colorimetrie maakt het antwoord op deze vraag het mogelijk om kleuren te meten en om kleurmeetinstrumenten te bouwen. Alle grootheden die afgeleid worden via deze methode noemen we psychofysische grootheden.Voor kleurreproductie is het niet alleen belangrijk om kleuren gelijk te kunnen stellen, maar ook de zichtbaarheid en kwantitatieve evaluatie van kleurverschillen. De vraag van zichtbaarheid van kleurverschillen tussen stimuli kan beantwoord worden als we de grootte van de drempel (threshold) van waarneming kennen. Om te beslissen welke van de twee kleurreproducties de beste is, hebben we een maat nodig voor de visuele kleurverschillen. Om dit probleem op te lossen hebben we uniforme kleurcoördinaten nodig die de verschillen beschrijven tussen twee kleuren gebaseerd op hun waargenomen grootte. Grootheden die hieraan voldoen, noemen we psychometrische grootheden.Verder is er de studie van het kleurvoorkomen. Psychofysische en psychometrische grootheden bevatten informatie over het verband tussen kleuren maar niet hun voorkomen. Het kleurvoorkomen is ook afhankelijk van de staat van het visuele systeem. Het kleurvoorkomen is daarom dus het resultaat van een complexe interactie tussen het geheel van stimuli in het hele gezichtsveld en het visuele systeem zelf.Ondanks het feit dat film en fotografie altijd een belangrijke rol hebben gespeeld in het printen en televisieproductie, zijn deze verschillende productiemethoden onafhankelijke geëvolueerd en hebben daardoor aparte manieren van kwaliteitscontrole ontwikkeld. Ze hebben zelfs tot op bepaalde hoogte een eigen kleurterminologie gecultiveerd. Vandaag worden we geconfronteerd met steeds meer kruisbestuiving.

23

Onafhankelijk van het medium wordt verwacht dat deze beelden dezelfde kleuren tonen. Dit kunnen we alleen verwezenlijken met kleurenleer die ons objectieve methodes aanreikt voor kleurmeting en kleurverwerking.

Elke techniek van kleurreproductie gebruikt wel een vorm van kleurmenging. Het mengen van kleuren laat toe om een grote variëteit aan tinten van kleuren te produceren uit slechts 3 of 4 basiskleuren. Maar verschillende reproductietechnieken worden gekenmerkt door het toepassen van verschillende soorten van kleurmenging. Voor vele eeuwen bedoelde men met kleurmixen het mengen van pigmenten. Empedocles (495-425 v. Chr.) schreef al over de bekwaamheid van sommige schilders om verschillende tinten van een kleur te produceren met pigmenten. Over de eeuwen heen behaalde de kennis van het mixen van pigmenten een hoge status, zo toont ons de kunstgeschiedenis.Men ontdekte dat men slechts drie pigmenten nodig had (geel, blauwgroen en paarsrood) vanwaar men alle tussenliggende tinten kon mengen. Deze kleuren werden daarom primaire kleuren genoemd. De eerste geleerden die het mengen van kleuren onderzochten (Tobias Mayer en Heinrich Lambert), begrepen dat primaire kleuren niet gemengd konden worden uit andere kleuren, maar wel als basis dienden om elke andere kleur te mengen (componentkleur). Pas nadat Newton zijn experimenten met spectrale kleuren met zijn ‘Optics’ had gepubliceerd, werd algemeen bekend dat men met gekleurde lichtstimuli ook kon mengen. Het duurde nog eens 150 jaar voor men zich realiseerde dat het mixen van pigmenten aan andere regels onderhevig was dan het mengen van kleurstimuli.

24