Főoldal arrow Főoldal arrow A digitális fényképezőgépek osztályozása (2)
A digitális fényképezőgépek osztályozása (2)
Írta: Nagy Sándor (nasa@http.hu)   
2012. november 13.
Forrás: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Matrixw.jpg
 
 
Sorozatunkban elsőként a kép minőségét talán leginkább meghatározó alkatrészt, az érzékelőt, és annak a képminőséget markánsan befolyásoló tulajdonságát, a méretét vizsgáljuk (felbontóképességük (pixelszámuk). Ez utóbbi jellemzőjük – bár nem szigorúan – kapcsolatban van a méretükkel. Röviden az érzékelők egyéb jellemzőire is kitérünk. 

 
 
 
Az érzékelőkről (méret, felbontókkéőpesség, egyéb jellemzők, ezek hatásai)
 
Az érzékelő-gyártás mindenkori technológiai szintjén az elérhető képminőséget az érzékelő mérete alapvetően befolyásolja – minél nagyobb az érzékelő, annál kevésbé kell nagyítani a képet, annál jobb minőségű lesz a végeredmény (kezdetben 1:1 arányú kontakt másolatokat készítettek a negatívról). Ez a kézenfekvő megállapítás természetesen mind a filmes, mind az elektronikus érzékelő esetén érvényes.

A filmes fényképezőgépek az érzékelő (képkocka) mérete szerint alapvetően három kategóriába sorolhatók (a 20. század utolsó harmadában, a digitális technika megjelenése előtt):
•    A kisfilmes gép (a filmkocka mérete 24 mm x 36 mm) megalkotását (Oscar Barnack, Leica, 1925.) követően a legelterjedtebb géppé vált (kisebb filmkockára dolgozó gépek is voltak, de nem váltak népszerűvé).
•    A középformátum (medium format – MF, max. 6 cm x 9 cm) volt a kisfilmes széleskörű elterjedését megelőzően az általánosan használt gép, a 20. század második felében fokozatosan a hivatásos fotósok és a különösen igényes amatőrök gépévé vált (ennek megfelelően át is alakult a műszaki kialakítása, elterjedtté vált a cserélhető hátlap);
•    A nagyformátum (large format – LF, min. 9 cm x 12 cm) jellemzője az objektív és az érzékelő közötti, változtatható hosszúságú harmonika kihuzat (ez szolgálja a különböző fókusztávolságú lencsékhez igazítást és az élességállítást), továbbá a síkfilm helyére illeszthető mattüveg kereső, valamint az érzékelő síkjának és az objektív tengelyének forgatási, billentési, eltolási lehetősége. Kezelése körülményes, a műtermi-, műszaki- és az igényes tájkép-fotózásban használták/használják.

A digitális fényképezőgépek érzékelő-méretének alakulása ellenkező tendenciát követett: a magas gyártási költségek miatt alulról közelített a kisfilmes gép 24 mm x 36 mm méretű Leica-képkockájának méretéhez (azt, mint összehasonlítási alapot, teljes méretű – „full-frame” – érzékelőnek nevezik). A képminőség itt is javul az érzékelő méretének növelésével (nem csak a pixelszámmal jellemezhető felbontás, hanem a dinamika-tartomány, és – különösen gyenge fényviszonyok mellett, növekvő érzékenységnél – a képzaj). A képminőség javításának igénye életre hívta az MF digitális hátfalakat, és egyre elterjedtebbé teszi a „full-frame” méretet. Ugyanakkor a gép árának és méretének, tömegének alacsony szinten tartása életben tartja a kis méretű érzékelők alkalmazását, sőt, újabb „full-frame” alatti érzékelő méretek kerülnek alaklmazásra.

Az ésszerű maximális pixelszám (adott technológiai szinten) az érzékelő méretével nő. Kézenfekvő tény, hogy a pixelszám korlátozza az elérhető felbontóképességet. Viszont nem biztos, hogy a pixelszám által megengedett felbontóképesség ténylegesen elérhető. Ha adott méretű érzékelőben az ésszerűt meghaladó számú pixelt alakítanak ki, a pixelek mérete túlzottan kicsi, az egyes pixelekre jutó fény mennyisége túlzottan alacsony lesz. Ez bizonyos határon túl a kép minőségének romlását, a képzaj növekedését eredményezi. (a képzaj a kép világosságának, színösszetételének a valóságtól eltérő, véletlenszerű ingadozása, a kép „mákossága”.) A képzaj túlzott mértékét csökkentendő, a gyártók zajszűrő eljárásokat alkalmaznak, de azok nem csak a képzaj véletlen ingadozásait, hanem a kép valós világosság változásait is „simítják”, ezáltal rontják a kép részletgazdagságát, felbontóképességét. Az alábbi táblázatban megadtuk néhány tipikus érzékelő mérethez a fókusz-szorzó értékét, és a különböző pixelszámokhoz tartozó névleges pixel méretet A különböző minőségi igényeknek megfelelő érzékelő méreteknél a jelenlegi (2012.) technológiai szinten még elfogadható képminőséget biztosító pixel méreteket dőlt számokkal emeltük ki (a professzionális igényeket kielégítő MF és Leica méreteknél a határt 5 μm-nek véljük, a félprofi APS-C és 4/3” méretnél 4 μm-nek, az igényes kompakt (és kisebb érzékelős MILC) méretnél 3 μm-nek, a kis érzékelős kompaktoknál 1,5-2 (esetleg kompromisszummal 1) μm-nek, míg a mobiltelefonok esetében 0,8-1 μm-nek).

© Nagy Sándor (NaSa)
 
A jelenleg használatban levő fontosabb digitális érzékelő méreteket alább két ábrán szemléltetjük. Bár az ésszerű maximális pixelszám – és annak érdekében az elektronikus érzékelők méretének – további növelésére a csúcsminőségű fényképezés szempontjából elvben lenne igény, jelenleg az az általános vélemény, hogy a középformátum  fölötti növelés a közeljövőben nem várható (a filmmel ellentétben az elektronikus érzékelők ára nem a méretükkel arányosan, hanem annál sokkal rohamosabb mértékben nő – oka a gyártástechnológiában, valamint a hibasűrűséggel kapcsolatos kihozatal-csökkenésben kereshető). Tehát a nagyformátumú gépek digitalizálása egyelőre nem várható (vonal-érzékelőt tartalmazó, a képfelületet szkenner-szerűen letapogató érzékelők készültek, de nem terjedtek el). A nagyobb érzékelőkre, azzal együtt járó nagyobb pixelszámra mutatkozó igény kielégítésére a panoráma-képek készítésére széles körben alakalmazott, a megörökítendő látvány egymással átfedő, különböző részeiről készült felvételek összerakása kínál megoldást, ilyen felvételek készítését támogató megoldásokat („GigaPan”, „multi-stich”) alább ismertetünk (az utóbbi egyúttal a nagyformátumú gépek relatíve olcsó digitalizálási megoldásának is tekinthető).

Az érzékelő méretének fontos mellékhatása, hogy jelentősen befolyásolja a fényképezőgép látószögét (azt, hogy az elé táruló látvány mekkora darabját rögzíti). Bár a látószöget elsődlegesen az objektív gyújtótávolsága határozza meg (a nagyobb gyújtótóvolsághoz kisebb látószög tartozik), a ténylegesen érvényesülő látószög az objektív gyújtótávolságától és az érzékelő méretétől egyaránt függ. Egy adott (fókusztávolságú) objektív adott távolságra levő tárgyról meghatározott méretű éles képet állít elő. Fényképezőgépünk látószöge attól függ, hogy a(z érzékelő síkjára) leképezett képből az érzékelő mekkora részt „vág ki”
 
© Nagy Sándor (NaSa)
 
 Mivel a digitális korszakot megelőzően a fotósok többsége kisfilmes gépet használt, és ebben Forrás: http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=File:SensorSizes.svg&page=1a formátumban szokták meg a fókusztávolság és a látószög kapcsolatát, a digitális gépekkel megjelent sokféle érzékelő méret melleti egyszerűbb tájékozódás érdekében bevezették az egyenértékű (effektív) fókusztávolság fogalmát. Ez annak az objektívnek a fókusztávolsága, amelyik „full-frame” gépen ugyanolyan látószöget eredményez, mint az adott objektív az adott érzékelővel. Az egyenértékű fókusztávolságot az objektívek valódi (fizikai) fókusztávolságnak egy fókusz szorzóval történő szorzásával kapjuk. A fókusz szorzó (más néven kivágási faktor – az érzékelőre jellemző) a „full-frame” érzékelő valamelyik lineáris mérete, és a szóban forgó érzékelő ugyanazon lineáris mérete hányadosa (pl. a 16 mm x 24 mm méretű Nikon DX érzékelő fókusz szorzója = 24/16 = 36/24 = 1,5, azaz egy Nikon DX gépen egy 50 mm gyújtótávolságú objektív egyenértékű gyújtótávolsága 50 mm x 1,5 = 75 mm). A látószöget szemlétető fenti  bal felső ábrán az F gyújtótávolságú lencse leképezése „full-frame” érzékelőre (mérete d1); a jobb felső ábrán ugyanazon lencse leképezése a 4/3-os érzékelőre (mérete d2 = d1/2), a képnek fele méretét „vágja ki”, látószöge (alfa) is fele akkora; az alsó ábra az effektív gyújtótávolségot szemlélteti („full-frame” érzékelő esetén kétszer nagyobb gyújtótávolságú lencse ad ugyanakkora látószöget, ezzel azonos távolságú tárgyból a nagyobb érzékelő is „kivágja” a tárgy fele méretét). Mivel az érzékelők oldalaránya nem egyforma (a Leica képkockájé 2:3, a kompakt digitális gépeké többnyire a hagyományos monitorokével egyezően 3:4, újabban terjed a HDTV-vel egyező 9:16), a látószög megállapításához célszerű a fókuszszorzót a képátlók hányadosaként meghatározni. Az érzékelő méreteket összehasonlító alábbi ábrán a fókusz szorzókat is feltüntettük.

Forrás: http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=File:Sensor_sizes_overlaid_inside_-_updated.svg&page=1
 
 Osztályozás az érzékelők (mérete, felbontóképessége, egyéb tulajdonságai) szerint

A fentebb mondottakat összefoglalva lássuk a digitális gépek osztályozását az érzékelő mérete szerint. Korábban a gép felépítése és az érzékelő mérete szoros kapcsolatban álltak egymással (lásd a gép felépítésével foglalkozó fejezetet), de ez a kapcsolat mára fellazult, átfedések jöttek létre. Csak tájékoztatásul szolgálhat, hogy a kompakt gépek rendszerint kis méretű érzékelővel készülnek (fókusz szorrzójuk többnyire 4-6), a cserélhető objektíves rendszergépekben többnyire a Leica-képkockával egyező, vagy annál némileg kisebb érzékelők vannak (fókusz szorzójuk 1-2, de MILC-ek készülnek ennél kisebb érzékelővel is), míg a MF gépek tipikus érzékelője 39 mm x 50,7 mm (fókusz szorzója 0,67). Ismét hangsúlyozzuk, hogy ez az osztályozás csak hozzávetőleges, közbenső méretek is előfordulnak (lásd a fenti ábrákat).

A fenti ábrákon is bemutatott érzékelő méretektől eltérő, szélsőséges méretek is feltétlenül említést érdemelnek. A mobiltelefonok – néhány kivételtől eltekintve – rendkívül apró érzékelővel készülnek, gyakran a kompaktokban szokásos legkisebb érzékelőknél is kisebbekkel. Ebben a kategóriában viszonylag elterjedt a 1,8 mm x 2,4 mm méret (fókusz szorzója 14). A lapos mobiltelefonba ehhez a mérethez illeszkedő rövid fókusztávolságú objektívvel lehet begyömöszölni a fényképező egységet. Forrás: http://www.aptina.com/products/wafer_level_cameras/Ezekben a készülékekben rendszerint teljesen zárt fényképező modul található, amit újabban az érzékelő gyártás kiterjesztésével, az érzékelőre integrálva is készítenek. A másik szélsőség az MF formátumnál nagyobb érzékelő lenne, de mint arról fentebb már szóltunk, ilyen egyelőre nincs, sőt, a közeljövőben nem is várható. A panoráma képek szokásos, szoftveres összeillesztéséhez az egymás mellé illesztendő felvételek készítését két fajta készülék is támogatja. Az egyik egy olyan, állványra illeszhető fej, amelyik a látvány teljes leképezendő részét a gép lépésenkénti, akár egymás alatti sorokban történő elforgatásával „szkenneli” (automatikus, motoros mozgatással), Így, néhány tucattól akár több ezer felvételből összerakva olyan képet állíthatunk elő, amelyet egy lépésben csak az adott gép érzékelőjénél akár néhány ezerszer nagyobb területű (és pixelszámú) érzékelővel fotózhattunk volna. Mivel igy a jellemzően 10 Mpixeles érzékelő használatával több gigapixeles(néhányszor 109 pixeles) kép készülhet, a kereskedelemben kapható készülék neve GigaPan – utalva a panorámakép öszzerakásához hasonló eljárásra is. Jelenleg (2012. november) készülőben van egy Terrapixeles ké p (1012 pixeles). Könnyű ezeket öncélú rekordhajhászásnak minősíteni, de mint többnyire minden megjelenő technikai újdonság esetében, előbb-utóbb hasznos felhasználásokra is sor kerül. E helyen egyetlen ilyen alkalmazásra utalunk: a Magyar Nemzeti Galéria projektjére, amelyben a múzeum tulajdonában levő jeles festményekről készül gigapixeles digitális változat. Ezekbe belenagyítva, a festmény aprólékos részleteit, az alkotó ecsetkezelését tanulmányozhatjuk, virtuális múzeum-látogatás során. Más, mindössze egy méret-kategóriával „nagyobb érzékelő” használatát szimulálja a „MultiStich”. Ez egy nagyformátumú fényképezőgép érzékelő-lemezének helyére illeszthető adapter, amelyhez MF digitális hátlapot, vagy „full-frame” vázat csatlakoztathatuk. A csatlakoztatott érzékelő függőlegesen és vízszintesen is 2-2, kismértékben átfedő pozícióba eltolható (az adapter forgatásával). Az így készített négy felvételből kell alkalmas szoftverrel összerakni az eredeti érzékelő méreténél mintegy 3,4-szer nagyobb területű érzékelő képével egyenértékű képet. A MultiStich tehát lényegében a nagyformátumú fényképezőgép relatíve olcsó digitalizálására nyújt megoldást (a digitális technológia használatával is elérketővé teszi a nagyformátumú, műszaki gépek rendkívül rugalmas, precíziós beállításait, a különleges geometriai és élesség-korrekciókat). Másik előnyeként említik, hogy a MF digitális hátlapot használó fotósok meglevő felszerelésük felbontóképességét sokkal olcsóbban megnövelhetik, mint egy újabb hátlap beszerzése, illetve a MF-területre lépni szándékozók kifutó modell vásárlásával érhetik el a csúcsot jelentő felbontóképességet (természetesen mint mindennek, ennek is „ára” van – a körülményesebb használat, ami viszont a LF sokoldalú beállítási lehetőségeit is elérhetővé teszi).

Fentebb kiemeltük, hogy az egyes pixelek méretének csökkenése bizonyos határon túl a képminőség romlását eredményezi. Jelentősek tehát azok a fejlesztések, amelyek az érzékelő egyes pixelei fényhasznosításának növelésére irányulnak. Erre két lehetőség is kínálkozik. Az egyes pixelek névleges területének (az érzékelő teljes területének és a pixelszámnak a hányadosa) csak töredékét, többnyire 50 %-ánál is kevesebbet tesz ki a fényt érzékelő fotodióda. A fénynek mikrolencsék segítségével a fotodiódára gyűjtésével/irányításával akár 2x faktorral is javítható a fényhasznosítás. A másik lehetőség azzal kpcsolatos, hogy a fény nem közvetlenül a fotodiódára esik, mivel a hagyományos érzékelőben (gyártástechnológiai okokból) a felső rétegekben vannak a különböző huzalozások és egyéb áramköri elemek, amelyek „kitakarják” a fény egy részét a fotódióda elől, és az egyébként átlátszó részeken keresztül haladó fény is veszteséget szenved, ezek a rétegek sem teljesen átlátszóak. Újabban fordított rétegrendű („back illuminated” = hátulról megvilágított) érzékelők is készülnek, amelyekben a fotodióda a legfelső rétegben van, így lényegében a pixel teljes területét kitölti, és nincs előtte számottevő vastagságú, a fényt gyengítő réteg.
 
Forrás: http://www.sony.net/SonyInfo/News/Press/200806/08-069E/index.html
 
Forrás: http://en.wikipedia.org/wiki/Color_filter_array nyomán
 
Ugyancsak az érzékelő fényhasznosítását, ezáltal alap-érzékenységét sikerült növelni a hagyományos Bayer-szűrőtől eltérő szűrő alkalmazásával. Mivel a CCD és CMOS érzékelők a színekre érzéketlenek, az egyes pixelek elé helyezett színszűrőkkel teszik színessé az érzékelt képet. A közelmúltig csaknem kizárólag a Bayer-szűrő szerinti megoldást, vagy annak apró módosításait használták. A színszűrők viszont átlagosan a fénynek nagyjából 1/3 részét engedik át. Újabban megjelent elrendezés szerint a pixelek fele elé nem tesznek szűrőt (pánkromatikus pixelek), így azok gyengítetlen, fehér fényt észlelnek (RGBW szűrő), ami az érzékenységet mintegy 2-3-szorosára növeli.


Hozzászólások
HozzáadásKeresés
Hozzászólást csupán a bejegyzett felhasználó tehet hozzá!
 
< Előző   Következő >
Advertisement
Advertisement
Advertisement