Letné čítanie o senzoroch. Len pre laikov

Autor: Tibor Javor | 9.8.2010 o 17:03 | (upravené 9.8.2010 o 18:13) Karma článku: 7,52 | Prečítané:  2396x

Fotím, fotíš, fotíme. Je tu leto, Japonci v meste vzpínajú ruky k oblohe, snažiac sa zachytiť krásy turistických destinácií a  Slováci listujú v prospektoch výrobcov fotoaparátov, aby zachytili ten najnovší technický trend. Hon na megapixely. Ako to ale vlastne s tými megapixelmi je? Je kvalita digitálneho fotoaparátu, či už kompaktu, alebo zrkadlovky úmerná počtu megapixelov senzora? A čo zvoliť a nedať sa pri tom oklamať reklamou?

Fra06blg.jpg

Ono to s tými senzormi je komplikovanejšie. Naozaj, najväčší problém vôbec nie je počet pixelov. Pozrime sa najprv na „klasiku“. Pri dobrom skene dobrého analógového kinofilmového políčka 24x36 mm úplne postačuje na kvalitnú fotku sken 2x3 tisíc pixelov. Teda 2048x3072 obrazových bodov, z ktorých každý je tvorený tromi základnými farbami. To je niečo vyše 6 megapixelov. Dobrý analógový film má namiesto šumu prirodzené zrno, ktoré dáva vlastne fotke charakter a ostrosť. Film má všetky tri farebné vrstvy tvorené svetlocitlivými kryštálmi nad sebou a navyše ma aj vrstvy ďaľšie, ktoré dodávajú kontrast, a teda svetelnú dynamiku. Moderné filmy majú až 9 vrstiev, a to všetko v hrúbke rádu tisícin milimetra...

SenzorFot.jpg 

Pri elektronických senzoroch (s výnimkou komerčne nie príliš úspešných pokusov jedného z výrobcov) sú jednotlivé farebné senzorové body (červený, zelený, modrý) umiestnené v rastri vedľa seba, podobne ako body pri ofsetovej časopiseckej tlači. Nad jednotlivými bodmi sú umiestnené farebné filtre, ktoré určujú, ktorú farbu má ten ktorý bod snímať. Tieto body pri starších typoch senzorov neboli vedľa seba, pretože medzi nimi boli umiestnené elektronické obvody a rôzne elektrické "vedenia". Až najnovšie CMOS a LiveMOS senzory majú body bližšie a elektroniku pod nimi.

Senzor.jpg

Chýbajúca obrazová informácia spomedzi jednotlivých bodov sa dopĺňa šošovkou, umiestnenou nad každým bodom, ktorá sústreďuje svetlo z vačšej oblasti na maličký bod a okrem toho sa informácia jednoducho matematicky dopočíta akýmsi spriemerovaním okolitých bodov. Hovori sa tomu interpolácia. Algoritmov interpolácie je veľmi veľa a sú know-how jednotlivých výrobcov. Ale vždy ide iba o dopočítanie niečoho, čo v skutočnosti nebolo vôbec zaznamenané. Tak vznikajú potom debaty o kvalite jednotlivých procesorov, o ich rýchlosti, o podaní detailov a podobne.

Rezsosoovkami.jpg

Dalším problémom je šum. Pri starých CCD senzoroch, ktoré sa používajú dnes hlavne v kompaktoch, sa informácia vyčítava tak, že sa posúva v rámci riadku senzorických bodov a na konci sa digitalizuje a ukladá do pamäti. Kedže v CCD prvky sú analógové štruktúry, hrá významnú rolu elektrický náboj, zvyškový náboj a jeho akési "presakovanie k susedom". To spôsobuje chyby, ktoré sa prejavujú ako šum a ako nedostatočná dynamika. Novšie senzory na báze digitálnych technológií MOS, ktoré sa používajú v zrkadlovkách, vyčítavajú informáciu zo všetkých bodov akoby "naraz". Oni ale zasa platia daň za odstupy medzi bodmi potrebné na už spomínané obvody. Každopádne su pokrokom, najmä najnovšie, kde, ako som spomínal, je elektronika už vnorená pod svetlocitlivé komponenty.Velkost.jpg

Zdalo by sa teda, že čím rozmerovo väčší senzor, tým lepšie a čím viac megapixelov, taktiež tým lepšie. Ale nie je tomu celkom tak. Tu sa naráža na problémy jednak technologické a jednak optické. Technologické problémy sú dané hlavne cenou dostatočne veľkých kyštálov, z ktorých sa senzory vyrábaju. Tam je veľký výrobný odpad. Maličké senzory pre kompakty sú lacnejšie, ale všetky tie elektronické obvody sa musia zmestiť na menšiu plochu. To síce technicky ide, ale svetlocitlivé plôšky sú menšie, menej citlivé a všetky obvody bližšie pri sebe. Jasné je, že ono "presakovanie náboja" to má jednoduchšie a zvyšuje sa šum. Iste, dalšou výhodou pre cenu kompaktov je to, ze postačujú optické elementy objektívov menších rozmerov.

Chyby.jpg

Pri veľkých senzoroch, ak zabudneme na cenu, nastáva problém iný. Pomery strán a veľkosť senzorov (APSC, FF a pod) boli zvolené aj preto, aby sa na systémových zrkadlovkách dali používať staré objektívy zo zrkadloviek analógových, ktoré používali prevážne rozmer FF (24x36 mm). Predstavte si však, ako je obraz na takúto svetlocitlivú plochu vykreslený. Sveteľný kužel premietaný objektívom musí rovnomerne osvetliť celú plochu. A to bez poklesu intenzity na okrajoch (vignetácia), bez geometrického skreslenia (súdkovitosť a poduškovitosť) a bez farebnej chyby spôsobenej iným indexom lomu pre jednotlivé farby spektra, a navyše v dostatočnom rozlíšení, o sveteľnosti ani nehovoriac. Už tieto požiadavky vedú u špičkových objektívov k vysokým cenám.

U elektronického senzoru je situácia ešte komplikovanejšia. Na rozdiel od filmu je jeho štruktúra hrubšia. Napriklad minimálne o spominané filtre a šošovky nad jednotlivými bodmi. To vedie k tomu, že na okrajové body senzora dopadá svetlo veľmi šikmo, a teda senzor nezachytí všetko, alebo nepresne. Toto je zásadná nevýhoda veľkých senzorov, aj keď sa o nej z komerčných dôvodov mlčí, zrejme kvôli objektívom. A toto je vlastne aj dôvod výskytu rôznych "pseudoúdajov" o tzv. efektívnom počte megapixelov v technických brožúrkach. Rozdiel medzi skutočným a efektívnym počtom pixelov hovorí práve o tomto nedostatku. Ale v reklamnom letáku väčšie číslo vyzerá predsa lákavejšie.

Fra04blg.jpg

Situáciu sa snaží vyriešiť jedna skupina výrobcov Olympus, Leica, Panasonic a niektorí ďalší. Zaviedli nový štandard 4/3. Tento vychádza zo staršej televíznej normy a zdá sa, že vlastne sa prispôsobuje klasickej obrazovke. Nie je tomu tak a nie je to ani „trucpodnik“ namierený proti Nikonu, Canonu a spol. Pomery strán 4/3 senzora sú určené tak, že zabezpečujú, že aj pri jeho relatívnej veľkosti svetlo na jeho okrajoch dopadá kolmejšie, a teda vzniká menej chýb. Senzory sú aj dosť menšie, ako FF či APS-C, a teda su výrobne násobne lacnejšie. V technológii MOS nie je taký problém so šumom  ako pri senzoroch CCD a navyše, pri použití starých objektívov pre kinofilm (cez adaptér) je pri ich rozmere jednoduchý prepočet ohniska – krát 2. Čerešnickou na torte je, že v tomto prípade senzor akoby "vykusuje" a používa iba stred zobrazovaného sveteľného kužela, teda tú najkvalitnejšiu časť obrazu.

Takže faktorov, ktoré ovplyvňujú primárnu kvalitu digitálnej snímky je veľmi veľa a debata, kompakt ci zrkadlo, a koľko megapixelov je úplne inde.  A čo teda zvoliť? Investovať do Full Frame zrkadlovky, alebo radšej do sofistikovaného kompaktu, ktorý fotí takmer sám? Alebo radšej do filmov a skenov a fotiť „po starom“? 

Ja osobne by som v prvom rade volil systémove riešenie. Teda také, kde môžem z času na čas aj vymienať objektívy a použivať stare klasické sklenené optiky, ktoré sa dajú napríklad na ebay lacno kúpiť, ale su opticky vynikajúce. Potom by som nevolil zbytočne veľký senzor, ale ani senzor veľkosti „špendlíkovej hlavičky", aký nájdeme vo väčšine kompaktov. U mňa by teda vyhral systém so senzorom 4/3. Vychádza mi z toho tzv. "nezrkadlovka" v tomto formáte. Je to vlastne digitál, používajúci výmenné objektívy ako zrkadlovka, ale je bez zrkadla a hľadáčik je riešený elektronicky.

Áno hľadáčik. Lebo fotenie spôsobom „vzpínania rúk k oblohe“ a pozerať sa v slnku na maličký displej k dobrej fotke nevedie. A pokiaľ sa týka megapixelov? 8 az 10 úplne stačí...

Dobré svetlo všetkým!

 

 

 

 


Podklady k obrázkom: Olympus.com, imaging-resource.com, Wikipedia.com, media.wiley.com

foto: (C) Tibor Javor

 

Páčil sa Vám tento článok? Pridajte si blogera medzi obľúbených a my Vám pošleme email keď napíše ďalší článok
Pridaj k obľúbeným

Hlavné správy

Dobré ráno

Dobré ráno: Inšpekcia robí čudné kroky, ale vojna to nie je

Inšpekcia vyšetruje, NAKA vyšetruje, občan je zmätený.

Stĺpček Jakuba Fila

Pri sporoch v polícii stačí pozorne sledovať Smer

Situáciu zrejme úplne nerozkľúčujeme.


Už ste čítali?