A digitális film

A következő posztokban a fényképezőgép képalkotásában szereplő alkatrészeket veszem sorra. Kezdem a szenzorral, majd egy vagy két cikkben az objektívekkel foglalkozom, végül a zárszerkezet működését írom le. Ahol lehet, párhuzamba állítom a képalkotást az emberi látással, hogy jobban átlássuk, milyen lehetőségei és korlátai vannak a fénnyel írásnak.

Az általános forgalomban kapható fényképezőgépek leggyakrabban a következő méretű szenzorokkal vannak felszerelve:

A képen a négyszögek méretarányosak, alattuk feltüntettem a méreteiket és a felületük nagyságát is. Itt megjegyzem, hogy a mobiltelefonokba általában még az 1/2.3"-nél is kisebb lapkát szerelnek. Ez az a felület, amin elhelyezik a pixeleket.

A pixel egy fotódióda, ami fölött egy színszűrő van. A szűrő az elsődleges színek közül enged át egyet (piros-zöld-zöld-kék-piros-zöld-zöld-kék a leggyakoribb kiosztás), az ezen áthaladó, már egyszínű fény a diódát gerjeszti, így alakul át a fény elektromos jellé. Ez hasonló elvre épül, mint az ember nappali látása: az éleslátás helyén a recehártyán olyan érzékelők helyezkednek el, amelyeket a kék, zöld vagy vörös fény gerjeszt, és ezek az érzéksejtek erre elektromos választ adnak. (Van néhány különbség is, például az, hogy a mi beépített fotódiódáink árama csökken, amikor fény éri, amit csak azért említek meg, hogy szó ne érje a ház elejét.) Azt a több millió színt, amit ismerünk, abból az információból rakjuk össze, hogy az adott képpont (nem matematikai pont, van kiterjedése) mennyire zöld, kék és piros. (A szenzor mindhárom színcsatornán hozzárendel egy értéket 0-255 között.) Azt, hogy egy adott felületet hány pixelre bontunk, meghatározza a szenzor felbontását.

Az emberi szem felbontóképességét szögpercekben szoktuk megadni. Két pontot akkor látunk különbözőnek (tehát nem folyamatosnak) ha az azokról vetített kép két különálló érzéksejtre vetül, és a két érzéksejt között elhelyezkedik legalább egy, amire nem ezen pontok képe vetül:

Ha a kép két pontja egymástól 1'-es látószögben helyezkedik el, akkor jó szemű ember azokat képes megkülönböztetni. Az optikusnál használt táblán a betűket öt méterről nézve a legalsó sorban a teljes karakter 5'-es látószöget, a finom részletek (pl. C vagy O) 1'-es látószöget adnak.

A pixeleket tulajdonképpen öt számmal egyértelműen leírhatok: hányadik sor, hányadik oszlop, mennyire kék (0-255), mennyire zöld (0-255) és mennyire vörös (0-255). Kíváló minőségűnek azt a fotónyomatot tekintjük, aminek a felbontása 300 pont per hüvelyk (300 dpi, 1 hüvelyk 25,4 mm). Az én első digitális gépem legnagyobb felbontása 5 megapixel, 2592 x 1944 képpont (a szenzor mérete 7,144 x 5,358 mm). Ez 21,95 x 16,46 cm-es képek nyomtatására elegendő kiállítási minőségben, és két és félszer nagyobb felbontású, mint egy Ultra HD monitor. (Ahhoz, hogy egy lepedő méretű fotót ilyen minőségben nyomtassunk ki, mekkora pixelszám szükséges? Tételezzük fel, hogy a lepedő 210 cm hosszú és 140 cm széles. 24803 x 16535 képpont, ami durván 400 megapixel, ilyen talán a NASA-nak van!) Tehát általánosságban azt állíthatjuk, hogy nem a szenzor felbontása lesz a korlátozó tényező, ha a teljes képet felhasználjuk. Ahogy szabdalni kezdjük a fotót, egyes részeket kinagyítunk, rögtön kiderülhet, hogy az a pár millió képpont nagyon is szükséges:-) Bár a kiállítási minőség nem mindig életbevágó, még 72 dpi-vel is elfogadható képek készülnek.

Ami fontosabb tulajdonsága a szenzornak, az a fotódiódák minősége. A kalandálló kompaktom és a cserélhető objektívesem szenzora is 16 megapixeles, tehát ugyanannyi fotódiódát helyeztek el a fényérzékeny lapkán. Ami nagy különbség, az a lapka mérete: a kompaktban a felülete ~30 mm2, a cserélhető objektívesben 225 mm2, ami azt jelenti, hogy 7,5-ször nagyobb egy-egy érzékelő. (Ha ugyanazt a képet rögzítem a két szenzoron, vagyis ugyanabból a távolságból lövök ugyanolyan látószögű objektívvel ugyanarra a tárgyra, akkor e 16 megapixelből mindig ugyanannyira vetül a kép egy területe, a felbontás ebben az esetben azonos.) Ha az a cél, hogy a lehetséges legjobb minőségű elektronikát állítsd össze, mikor tudsz jobbat alkotni: ha egy borsónyi helyre kell bezsúfolnod, vagy ha van egy egész féldiónyi helyed? A fotódiódáknál a válasz egyértelmű: az azonos korú és felbontású szenzorok közül mindig a nagyobb méretű ad jobb minőségű képet. Ez a minőségkülönbség csak akkor érhető igazán tetten, amikor kevés fénnyel fotózol.

A szenzor tulajdonképpen tekinthető egy analóg-digitális átalakítónak, ami a jelet egy erősítő felé adja le. Az erősítés mértékét, vagy hétköznapibb nyelven a szenzor fényérzékenységét az ISO-val állíthatjuk be. Valamennyi kamerának van egy "natív" ISO-ja (a leggyakrabban ez ISO 100), ez adja a legjobb minőségű képfájlt. Ha az ISO-t duplájára emeled, akkor az erősítést duplázod, így ugyanazt a képet feleannyi fénnyel elkészítheted. (Mert annyi jut, azért.) Csakhogy a fotódiódákban keletkezik némi "kóbor áram", olyan elektronok is vándorútnak indulnak, amiket nem a beeső fény gerjesztett. A spontán generálódó elektronok (jó, tudom, anyag nem keletkezik és nem vész el - mehetünk tovább?) egyrészt nem hordoznak információt (nem jel), másrészt bezavar a képbe (hanem zaj), és a mennyiségük a fotódiódák minőségétől függ.

Tegyük fel, hogy ISO 100-nál minden ezer foton gerjesztette elektronra jut egy, ami a fénytől függetlenül aktiválódott. (Valószínűleg ennél sokkal jobb az arány, de szemléltetésre megteszi.) Amikor felemelem az erősítést a duplájára, akkor ezer helyett ötszáz fotonból alkotom meg a kép adott területét, de ugyanúgy nekilódul az egy spontán aktiválódó elektron. Tehát ISO 100-nál a jel/zaj arány 1000:1, míg ISO 200-nál ez 500:1, romlik a jel/zaj arány. Emeljük meg az ISO-t 1600-ra, ezzel négyszer dupláztam meg az erősítést, és már minden 63. elektronom zaj.

A zaj nem azonos a hibás pixellel, valójában egy véletlenszerű folyamat. Annyit tesz, hogy átlagosan hány kóbor elektron indul el összesen a szenzorban, de nem megjósolható, hogy ezek melyik fotódiódáról származnak. Ezt ki lehet használni zajszűrésre, ha már megbarátkoztál valamilyen képfeldolgozó programmal, ami engedi rétegek használatát, és alkalmad van egymás után több képet készíteni tökéletesen azonos beállításokkal, a gép minimális elmozdítása nélkül. Azt nem merném határozottan állítani, hogy praktikus megoldás, de lehetséges.

A zajra szoftveresen is lehet szűrni, ekkor éppen a zajnak azt a tulajdonságát használjuk ki, hogy véletlenszerű és nem hasonlít a szomszédos képpontokhoz. A progik valamilyen algoritmussal a szomszédos képpontok alapján átlagolnak, ezért a zaj ugyan eltűnik, de a kép eléletlenedik. Érdemes végigpróbálgatni, hogy minden ISO beállításnál milyen kép esik ki a gépedből, és a beépített zajszűrője ezzel hogyan boldogul. Így tudod elkerülni azt, hogy a valóban fontos képeid (szalagavató, karate vizsga, a közelező dicsekvős kép a nyaralásból a facéra...) pont úgy nézzen ki, mint amire ráhánytak.

A szenzornak van még egy igen lényeges tulajdonsága, amiről általában kevesebb információt találsz, amikor a tesztoldalakat nézegeted, ez pedig a dinamikai tartomány. Ezt egy kicsit nehezebb lesz körülírnom, de azért nekifutok.

Ha belenéznél a delelő napba (amit semmiképpen nem teszel meg, ugye? Petőfi majdnem megvakult tőle, és azóta nem lett ellenállóbb a szemünk!), akkor csak egy vakító fényfoltot érzékelnél. Ha egy erősebb izzóba nézel, akkor még mindig csak azt látod, hogy világit. Valószínűleg úgy 60 Wattnak megfelelő fényerőnél már azt ki tudnád venni, hogy valami struktúrája van az izzónak - de a finom részleteket még nem veszed ki. Tekintsük ezt a fénymennyiséget a teljes megvilágításnak. Felezzük le ezt a fényintenzitást! Már egész jól kivehetjük az izzó alakját. Felezzük tovább! Addig ismételjük ezt a felezési lépést, amíg el nem jutunk arra a pontra, hogy amit látunk, azt úgy írhatjuk le: "kéményseprők az alagútban". Tehát annyit még érzékelünk, hogy van valamilyen struktúra, de kibogarászni már nem tudjuk. (Nem azonos a barlangi sötétséggel!) Az emberi szem 20-22 ilyen felezési lépésre képes, ez az szemünk dinamikai tartománya, egy lépésközt nevezünk egy fényértéknek. A szenzorok dinamikai tartománya 10 fényértéktől (kis szenzoros, általában régebbi vagy olcsóbb modellek) nagyjából 14 fényértékig terjednek (professzionális felhasználóknak tervezett full frame-ek). Ez annyit jelent, hogy ha pl. egy kilátóból fényképezed délben a derűs ég alatt hajladozó fenyőerdőt, akkor vagy szép kék eged lesz és feketefenyvesed, vagy szép zöld fenyvesed és hófehér eged.

{Félre: Ez a probléma már a filmes gépek korában előjött, onnan maradtak fenn bizonyos szűrők használata és az a jótanács, hogy délben csak akkor fotózz, ha borús az idő. (Utóbbinak van egyéb oka is, majd valamikor sort kerítek annak tárgyalására, ha lesz, aki még olvassa.) Digitálisan a HDR-technikát használják sokan arra, hogy ahhoz hasonló dinamikai átfogású képeket hozzanak létre, mint amit szabad szemmel láthattak.

Szerintem egyszerűbb, ha nem veszed bele az eget (vagy csak egy keskeny csíkját), vagy két képet készítesz, az egyiken a fenyvest örökíted meg, gondosan beállítva, a másikon csak az eget a fenyves fölött, és utólag összerakod a kettőt. Ez egy kis tudású telefonos kamerával vagy ultrakompakttal is könnyen megoldható.} Ebből csupán annyi a lényeges információ, hogy a fotózásnál ki kell választanod, mi legyen pont jó (se túl sötét, se túl világos), a többit pedig valahogy majd megoldjuk.

Nem az a lényege a cikkemnek, hogy vegyél egy igazi nagyformátumú gépet, amit csak egyes szegmensekben használnak a profik - kizárólag stúdióban, mert annak van csak jó szenzora. Sokkal inkább arra bíztatlak, hogy ismert ki a saját kamerád lehetőségeit, tapasztald meg, hogy hol vannak a korlátai - akármivel is lősz, a korlátok mindig meglesznek, legfeljebb nem ugyanott.

(Ismét Boldog Apor Vilmos szobra, a becsillanások szándékosak, az ágakat is előre megfontolt szándékkal vettem a képbe. Nem a szobor vonásait akartam megörökíteni, hanem egy benyomást. A kép fele bebukott, a másik fele kiégett, de legalább direkt csináltam.)