Tava pirmā digitālā kamera

Sākums iepriekšējā SP numurā.

 

Mārketinga paņēmiens cilvēki pērk megapikseļus diemžēl ļoti labi darbojas. Uz jautājumu: - Cik liela ir tava fotoaparāta matrica? - 90 procenti atbildēs: - Tik un tik megapikseļu. - Taču īstenībā nozīmīgāki ir nevis megapikseļi, bet gan milimetri. Tieši matricas fiziskais laukums nosaka daudzus ļoti svarīgus fotokameras parametrus – it īpaši trokšņu līmeni.

 

Matricas jutība

Atšķirībā no fotofilmas, matricas jutību iespējams uzstādīt kameras izvēlnē, taču ISO 400 vai pat ISO 800 neko neizsaka par matricas salīdzinošo jutību.. Pieaugot jutībai, pieaug arī trokšņu līmenis, un tikai no ražotāja godaprāta atkarīgs, kad tas apstāsies. Un šeit var atklāties, ka kamera A pie jutības ISO 800 trokšņo tikpat stipri kā kamera B jau pie ISO 100. Protams, skatīties uz kameras B rezultātu pie ISO 800 bez asarām acīs nebūs iespējams.

Secinājums ir tāds, ka nav vērts salīdzināt ražotāju deklarēto matricas jutību, bet jāsalīdzina trokšņu līmenis neatkarīgos apskatos. Un vēl – fiziski lielākas matricas (milimetros, ne pikseļos) trokšņo mazāk nekā mazākas. Jo ģeometriski mazāka matrica, jo lielāks tās trokšņu līmenis un attiecīgi mazāka reālā jutība.

Bieži var dzirdēt viedokli, ka vienāda izmēra daudzu megapikseļu matricas trokšņo vairāk nekā tās, kam pikseļu mazāk. Tas ir pareizi, ja salīdzina matricu laukumus pēc pikseļiem (piemēram, 100x100 px no katras matricas). Fiziskie laukumi atšķiras un līdz ar to - arī kvalitāte. Taču pareizāk būtu salīdzināt vienādā formātā uzkopētus attēlus no vienāda attēla laukuma. Tad atšķirība vairs nav tik jūtama, jo abus attēlus veido vienāds fiziskais matricas laukums, kam atšķirīgs ir tikai pikseļu skaits.

 

Tabulā aptuveni norādīta matricas nominālā jutība vienādā trokšņu līmenī.

 

Crop koeficients	Matricas izmērs (pa diagonāli)	Jutība vienādā trokšņu līmenī
7 un vairāk	1/2,7" un mazāks	ISO 50
5	1/1,8"	ISO 100
4	2/3"	ISO 150
1,6	27,26 mm (Canon 300D, 10D, D60)	ISO 400-600
1,3	34,47 mm (Canon EOS 1D Mark II)	ISO 800

 

 

Matricas krāsu atdeve

Dažādu matricu tipiem ir atšķirīga krāsu atdeve (nejaukt ar krāsu balansu!), un krāsas ļoti bieži ir lietotāja gaumes jautājums. Katrā ziņā lielām matricām krāsas ir tīrākas un toņu pārejas - dabiskākas. Īpaši tas jūtams, fotografējot cilvēkus. Ādas krāsa ir visgrūtāk projicējamais tonis, un nemitīgi tiek lauzti šķēpi, kura ražotāja matricas spēj ādas toni attēlot vispatiesāk.

Mazajām matricām bieži vien krāsas izkrīt ēnās, un tās ir grūtāk sabalansēt jauktu krāsu gaismās, bet tas ir praktiski visu budžeta klases kompaktkameru vājais punkts. Augstāka līmeņa kamerām ar lielākām matricām krāsu atdevē nav nekādu sarežģījumu.

 

Matricas izmērs un asuma dziļums

Kā jau iepriekšējā rakstā minēju, asuma dziļums un matricas fiziskais izmērs ir ļoti saistīti. Fizikas likums nav pielūdzams – jo mazāka matrica, jo mazāka fokusa attāluma objektīvs, jo lielāks asuma dziļums. Vienā gadījumā tas ir labi, citā - slikti. Makro fotografēšanā nepieciešams liels asuma dziļums, jo šajā režīmā tas ir jo mazāks, jo tuvāk fotografējam. Savukārt, portreta un citu sižetu fotografēšanā, kur nepieciešams objektu izcelt no fona, nepieciešama liela matrica un liels (fiziski) objektīva atvērums.

 

Matricas izmērs un difrakcija

Kameras ar maza izmēra matricu un daudziem megapikseļiem apdraud vēl viena nelaime – difrakcija. Tā ir gaismas apliekšanās ap šķēršļiem, kas atrodas tās izplatīšanās ceļā; šajā gadījumā šķērslis ir objektīva diafragma. Gaismas viļņveida dabas un objektīva nelielā diafragmas fiziskā atvēruma dēļ objekta precīzie punkti attēlā izplūst par difrakcijas plankumiem. To lielums mērāms mikronos, taču, ja plankums ir lielāks par punkta soli attēlā, tas aizplīvuro attēlu. Un plankums kļūst jo lielāks, jo mazāks ir diafragmas atvērums.

Piemēram, tipiska 5 Mpx attēla īsākā mala ir aptuveni 2000 pikseļu. Fotofilmas kadra laukumam (crop koeficients Kf = 1) ar augstumu 24 mm (24 000 mikronu) punkta solis sanāk 24000/2000 = 12 mikroni. Matricai ar Kf = 4 – 3 mikroni, Kf = 5 – 2,4 mikroni. Tādā veidā difrakcijas attēla aizplīvurošanās 1/1,8" un 2/3" matricām jau notiek, kad diafragmas vērtība ir f/8, bet Kf = 1,6 matricām tikai tad, kad diafragma ir f/22.

Objektīva optiskās aberācijas normalizējas, aizverot diafragmu apmēram divus diafragmas soļus no maksimālās, kas digitālajām kompaktkamerām parasti ir f/2 vai f/2,8, bet maza izmēra matricām tālāka megapikseļu pieaudzēšana, nedod nekādu praktisku, izņemot mārketingu, jēgu. Pie liela megapikseļu skaita attēls aizplīvurojas jau tad, kad diafragma ir f/5,6 vai pat f/4, bet, kad diafragma ir f/2,8 un f/2, aizplīvurojumu veido pats objektīvs.

 

Izšķiršanas spēja. Mīti un realitāte

Lielākā daļa cilvēku, kas nolēmuši fotografēt ar digitālo kameru, izšķiršanas spēju saprot kā matricas izšķiršanas spēju megapikseļos. Daļēji tas ir pareizi, taču tā ir vispārējās izšķiršanas spējas viena šķautne. Pēc definīcijas izšķiršanas spēja ir spēja izšķirt sīkākās detaļas. Piemēram, ja objektīvu (labāk aizsargfiltru) nosmērē ar vazelīnu, pat tad, ja matricai ir 8 Mpx izšķiršanas spēja, attēla izšķiršanas spēja būs ļoti, ļoti vāja. Dzīvē vazelīna lomā ir nekvalitatīva objektīva aberācijas, iepriekš minētā difrakcija, kā arī gaismas atstarošanās no kameras iekšējiem elementiem.

Kā tad noteikt patieso izšķiršanas spēju? Fotografējam melnbaltas testa skalas līnijas. Cik līniju (par vienu līniju digitālajā fotogrāfijā pieņemts uzskatīt melno līniju + atstarpi starp līnijām) bez saplūšanas salīdīs kadrā, tik liela būs objektīva izšķiršanas spēja (parasti mēra pēc matricas īsākās malas). Parasti sanāk 1000–1600 līniju.

Šķiet, viss kārtībā – fotografējam līnijas, saskaitām un iegūstam objektīva izšķiršanas spēju. Taču tik vienkārši tomēr nav. Vai megapikseļi ir svarīgi vai nav? Vai vaina ir tikai objektīvā? Atbilde: megapikseļi ir nepieciešams rādītājs, bet nav pietiekams.

Lai attēlā izšķirtu 1000 līniju, matricai nepieciešami 1500 pikseļi tās augstumā. Koeficients 1,5 saistīts ar to, lai izslēgtu līnijas trāpīšanu pa līniju starp pikseļiem matricā. Līnijas lielākā vai mazākā mērā vienmēr trāpa starp pikseļiem Praksē pierādījies, ka, lai attēlotu katras divas līnijas, nepieciešamas trīs rindas pikseļu. Tādā veidā, zinot kadra izmēru, var izrēķināt maksimālo iespējamo izšķiršanas spēju, izmantojot vislabāko objektīvu.

 

 

Mpx	Kadra izmērs pikseļos 4:3 (rupji)	Maks. izšķiršanas spēja pēc īsākās malas
3	1500*2000	1000
4	1700*2350	1150
5	1900*2600	1300
8	2450*3250	1650

 

Izšķiršanas spēja – līnijas

Līniju skaitīšanā tomēr saskaramies ar divām bīstamām lietām. Pirmā ir tīri formāla. Ir pieņemts skaitīt vertikālo un horizontālo izšķiršanas spēju. Matricas struktūras (pikseļu izvietojuma) dēļ diagonālā ir apmēram 1,4 reizes lielāka. To savā labā izmantoja kāda slavena firma, kas sagrieza matricu par 45 grādiem un nosauca to par Super CCD. No trim miljoniem sensoru, kameras elektronika interpolēja 6 Mpx bildīti.

Skeptiķi tūlīt ņēmās mērīt izšķiršanas spēju. Jā, tiešām – matrica ir parasto 5-6 Mpx matricu līmenī. Taču neviens neiedomājās pagriezt testa skalu 45 grādos. Un tūlīt viss nostājās savās vietās – parasto matricu izšķiršanas spēja palielinājās, bet super - samazinājās. Taču, tā kā reālā dzīvē stingras paralēlas līnijas ir reti sastopamas, patiesā izšķiršanas spēja saglabājās 3 Mpx līmenī un daudzi burvju kameras īpašnieki, paspēlējušies ar interpolāciju, lai palielinātu vietu uz kartēm, atgriezās pie 3Mpx kamerām un nemaz nejuta atšķirību.

Otra bīstamība – principiāla. Tā saistīta ar nosacīto jēdzienu līnijas ir izšķiramas. Vārdos viss ir skaidri un saprotami, taču realitātē atklājas, ka:

·         līniju izšķiršana nav diskrēta (izšķirams – neizšķirams), bet gan nepārtraukta (izšķirams labi, ne tik labi, slikti, ļoti slikti). Īstenībā kontrasts starp līnijām pamazām krītas līdz nullei. Dažādi vērotāji pāreju slikti izšķirams – nav izšķirams redz atšķirīgās vietās. Un šis efekts nav atkarīgs no kameras sistēmas, tas vērojams arī filmu kamerām;

·         digitālajā fotogrāfijā matricas regulāro pikseļu struktūras dēļ vērojamas krāsu nobīdes, aizplīvurojums un grieķu ornaments, kas papildus apgrūtina vizuālo testēšanu.

 

MTF. Šārpeninga ietekme

MTF (Modular Transfer Function) – līkne, kas vizuāli parāda nepārtraukto izšķiršanas kontrasta kritumu attiecībā pret pieaugošo līniju skaitu (frekvenci). Kontrasta funkciju no frekvences aprēķina pēc šādas formulas: (Iw-Ib)/(Iw+Ib), kur Iw un Ib – līnijas spilgtums visbaltākajam un vistumšākajam punktam noteiktā līniju frekvencē, bet MTF (frekvences) = kontrasts (augstākā frekvence)/kontrasts (mazākā frekvence).

Tādā veidā zemas frekvences MTF ir vienāda ar vieninieku, bet, pastāvīgi krītot, mainās līdz nullei (brīdī, kad līnijas saplūst, kontrasts kļūst vienāds ar nulli). Klasiski nosakāmā izšķiršana atbilst frekvencei, kad MTF kļūst vienāda ar aptuveni 0,1.

MTF var izmērīt arī patstāvīgi mājas apstākļos. Nepieciešams vien kvalitatīvs printeris, dažas kvalitatīvas speciālās printeru papīra lapas un pāris bezmaksas programmu, kas lejupielādētas no interneta. Taču ne par to šajā rakstā.

Kā izšķiršanas spēju un MTF ietekmē kamerā iebūvētā funkcija sharpenig jeb attēla asināšana? Praktiski tas nozīmē mākslīgu kontrasta paaugstināšanu starp divām līnijām un MTF līknes uzlabošanos. Iedomājieties sevi kameras ražotāja vietā. Jums ir divi varianti, kā uzlabot izšķiršanas spēju: izgatavot augsta līmeņa kvalitatīvu objektīvu (dārgi) vai palielināt kameras šārpeninga funkcijas līmeni uz lielāku (bezmaksas). Ko izvēlas ražotāji? Protams, šārpeningu.

Rezultātā palielinās matricas trokšņi, bet tas nevienu neuztrauc, jo trokšņa līmeni neviens kārtīgi nemēra un apskatos tas figurē reti. Samazinās jutība, bet arī tas nevienu neuztrauc. Savukārt lielā izšķiršanas spēja patiešām ir varens mārketinga triks. Ko mēs, lietotāji, iegūstam no šī mārketinga? Tikai attēla detalizācijas griestus. Netiešs apstiprinājums tam ir 1/2,5" matrices ar ISO 400 un pat ISO 800 jutību. Tas nozīmē, ka šārpenings un trokšņi jau ir uz robežas un tālāka attēla apstrādāšana, piemēram, Photoshop, noved tikai un vienīgi pie artefaktiem un citiem attēla kropļojumiem.

 

Trokšņa, jutības un izšķiršanas spējas trīsvienība

Nevar nepārprotami apgalvot, ka šī vai tā kamera ir labāka, jo tai ir zemāks trokšņa līmenis vai lielāka izšķiršanas spēja. Šīs trīs lietas ir cieši saistītas un tas, kurš apgalvo, ka viņam ir kamera ar augstu jutību, lielu izšķiršanas spēju un bez trokšņiem, maldās, jo nav lasījis šo rakstu.

Līdzīgi kā fizikas kursā māca enerģijas nezūdamības likumu, šis pats likums pārnestā nozīmē attiecināms arī uz šo trīsvienību. Uzlabojot vienu parametru, pasliktinām otru, un kāds no šiem elementiem vienmēr būs ķēdes vājais posms.

 

Elmārs RUDZĪTIS,

aģentūras f64 fotogrāfs