Digitální snímače: problémy a limity

Moderní technologie jsou bezpochyby úžasnými pomocníky v našich každodenních životech. Zářným příkladem budiž právě – rekordním tempem rozvíjející se – digitální fotografie. Ono ale vše má své mouchy, ani ty nejdokonalejší vynálezy se bohužel neobejdou bez určitých negativních vlastností. Digitální fotografie, potažmo snímače používané v současných fotoaparátech, nejsou v tomto ohledu výjimkou. Největšími strašáky v oboru DF a senzorů pro digitální fotoaparáty, jsou jednoznačně: obrazový šum, omezený dynamický rozsah… a další neduhy, které si přiblížíme v dalším dílu našeho seriálu o senzorech pro DF.

Výhody digitálu / ISO hodnota

Hodnota ISO má v digitální fotografii tu úžasnou schopnost, že ji lze (na rozdíl třeba od kinofilmu) měnit jak se nám zlíbí. Principielně nám slouží v situacích, kde máme špatné světelné podmínky nebo prostě jen potřebujeme – z jakéhokoli důvodu (např. Zmrazení pohybu) zkrátit expoziční čas. Zvýšením tzv.: „citlivosti“ / ISO toho docílíme snadno a rychle. Pojem „citlivost“ je však v tomto směru jen nostalgickou vzpomínkou na klasickou fotografii! Citlivost senzoru (coby křemičité destičky) je neměnná, zvyšováním ISO hodnoty „pouze“ zesilujeme signál (elektrického napětí), získaný z každé jednotlivé buňky snímače. Zvolená ISO hodnota je přímo úměrná síle zesílení signálu neboliČím více zesílíme signál, tím méně světla bude třeba. Jako výchozí hodnota se uvádí ISO 100 (i když kompakty mají často ISO 50, některé DSLR – Nikon, Sony zase ISO 200). Nastavíme-li ISO 800, signál jsme tedy 8x zesílili (oproti ISO 100) – bude nám nyní stačit jen 1/8 světla / času (pakliže při ISO 100 je správný expoziční čas 1 sek, při ISO 800 nám vychází čas „jen“ 1/8 s).

Možnost zvýšení ISO hodnoty v podstatě kdykoli je u digitálních fotoaparátů nespornou výhodou.

Ovšem jak už to tak chodí, vše má své „ALE“… V tomto případě je to digitální (obrazový) šum,

který je (jako na potvoru) nejvýraznější právě u „temnějších“ snímků (což jsou často ty, kde

právě chceme / potřebujeme ISO zvýšit).

 

Obrazový neboli digitální šum

Zesilování signálu se tedy zdá jako dokonalý pomocník (kterým rozhodně je), bohužel má však nepříjemný doprovodný jev! Spolu se signálem logicky roste i obrazový (digitální) šum – a to geometrickou řadou – čím více zesilujeme signál (vyšší ISO), tím více nám roste šum. Ten se projevuje nejčastěji jako modro-žluto-fialové mapy, které jsou v obraze uspořádány naprosto nahodile a působí silně rušivě. Digitální šum navíc rozežírá i hrany a degraduje celkově ostrost obrazu. Výhodou – dá-li se to tak říci – je fakt, že se šum projevuje hlavně v temných (tmavých) částech snímku. Drtivá většina fotoaparátů je vybavena funkcí redukce šumu, která se snaží digitálně šum v obraze potlačit. Vždy je to ale něco za něco – za „likvidaci šumu“ platíte daň v podobě ztráty detailů – poklesu ostrosti (fotografie jsou jakoby „vyžehlené“, což je pořád menší zlo“ než výrazné šumové zrno).

  

Sony Alfa A33: ISO 100 (výše) vs ISO 6400 (níže)

Všimněte si, jak výrazným způsobem dokáže digitální šum „poznamenat“ snímek! Aby to nebylo

tak jednoduché, nejde pouze o „šumové zrno“ jako takové ale takéo následnou redukci šumu

(kterou provádí v podstatě každý fotoaparát). Kombinace těchto dvou faktorů nám v konečném

důsledku generuje ohyzdné barevné fleky (proto „obrazový“ šum), „žere“ hrany a výrazně

snižuje ostrost i celkovou brilanci obrazu.

 

Snímač jako zesilovač

Rozhodující slovo zde má velikost a kvalita snímače, potažmo následné zpracování obrazu. Čím větší plochu snímače máme, tím větší mohou jednotlivé světlocitlivé buňky být. Ale i naopak – čím menší snímač je, tím menší (při zachování konstantního rozlišení / počtu obrazových bodů) jsou logicky jednotlivé buňky – a o to větší máme šum. Druhou věcí je samotné zpracování a odšumovací algoritmy, které jsou dnes již na velice vysoké úrovni a situace se navíc neustále zlepšuje. Pakliže chceme ze svých dat vytěžit maximum, potřebujeme co nejvíce obrazových dat a kvalitní software. Kombinace „full-frame“ (FX) snímače + snímání do RAW formátu + odpovídající SW (Photoshop, Lightroom, Aperture) = kvalitativně nejlepší možná volba.

Levné digitální zrcadlovky nemají problém s hodnotami ISO 800 i 1600. Profesionální DLSR s plnoformátovým snímačem zvládnou v pohodě ISO 6400. Naopak u většiny digitálních fotoaparátů končí míra použitelnosti okolo hodnoty ISO 200-400. 

 

Dynamický rozsah

Typickým problémem digitálních snímačů je i relativně malý dynamický rozsah (rozsah jasů od nejsvětlejšího k nejtmavšímu bodu). Proto mají „digitály“ problémy s výrazně kontrastními scénami, kde zkrátka nedokážou zaznamenat reálný rozsah scény. Naštěstí situace se stále zlepšuje a zatímco dříve měly DSLR dynamický rozsah 8-10 EV, dnes už mají některé modely i 13-14 EV (viz Nikon D600). 

Nejlépe nám o něm vypoví následující obrázek.

Jen pro srovnání silně kontrastně nasvícená krajina ve dne může mít kontrast až 16-18 EV. Naštěstí nejsme v případě velkého dynamického rozsahu zcela bezmocní. Prostředky kterými s tím lze bojovat, jsou jak filtry (přechodové-ND, polarizační), tak skvělý pomocník – RAW formát, a nebo různé nástroje typu HDR / High Dynamic Range (viz upravený obrázek – „HDR efekt“ je zde – pro názornost, samozřejmě hodně „přehnaný“)  

 

Blooming

Další nepříjemná vlastnost digitálních snímačů, kdy přebytečné částice světla (fotony) ve výrazně exponovaném pixelu (obrazovém bodu) vlastně „přetečou“ do okolních buněk, čímž je přeexponují. Lze to přirovnat k nalévání vody do sklenice, kdy přebytečná voda vytéká ven a vše kolem zmáčí (stejně jako přebytečné fotony „zmáčí“ / přeexponují okolní buňky). Výrobci se sice snaží různými podpůrnými metodami a technologiemi přebytečné fotony odvést tak, aby okolní pixely neovlivnily, nedaří se jim to však zcela. Blooming se projevuje u výrazně kontrastních a zároveň silně nasvícených míst na fotografii – úplně typicky větve stromů oproti nebi.

Blooming se projevuje v bohatě exponovaných (kontrastních) místech, kde přebytečné pixely prostě „přetečou“ do okolních obrazových bodů… Typicky k tomu dochází při fotografování v protisvětle (např. větvě stromů). 

 

Allising a moaré

Dalším problémem je tzv.: „aliasing“, potažmo vznik moiré. Snímač má pravidelné uspořádání jednotlivých buněk (do matice). Zaznamenáváme-li nějaký pravidelně se opakující vzorek (například šachovnici – viz obrázek) strukturou uspořádanou do podobného pravidelného vzorce, vzniká tzv.: moiré (moaré) – různé nechtěné efekty, vytvářející neexistující obrazce a zároveň deformující původní vzor. Současné digitální fotoaparáty používají „anti-aliasing“ filtry (umístěné před senzorem) + následném softwarové zpracování obrazu. Tyto redukce „aliasingu“ fungují jako změkčující filtry (low-pass), zabraňující průchodu větších detailů než je cca 50 čar/mm. Takže vlastně snímky lehce rozostřují. Ale žádný strach, je to daleko za hranicí toho, co je ještě lidské oko schopno vnímat!. Klasický kinofilm podobný problém nemá, jeho struktura světlocitlivých zrn je totiž náhodná, neuspořádaná.

Aliasing je jev, kdy zaznamenáváme určitou pravidelnou strukturu (př. šachovnice), „záznamovým zařízením“ s podobným strukturálním vzorem (což přesně digitální snímač je).

U obrázku (nahoře) si všimněte jak se celá struktura „rozpadá“ a vznikají neexistující. Obrázek níže – s „anti-aliasing“ filtrem už podobným neduhem netrpí, ale daní za to je ztráta ostrosti (dobře patrné na kontrastních hranách). 

 

Závěrem

Mnoho lidí dnes až přespříliš řeší a kritizuje slabiny digitální techniky, které jsme si zde právě nastínili. Naštěstí, většinou jde spíše o prázdné tlachání a předsudky (popřípadě nesmyslný vztek nad prudkým technologickým vývojem). Na druhou stranu, je vcelku pochopitelné, že všechna předešlá fakta mohou vzbudit u mnoha uživatelů digitálních fotoaparátů jistou frustraci. Ta však rozhodně není na místě. Jedná se spíše o dílčí problémy, projevující se pouze někdy, za určitých (zpravidla velice specifických) podmínek. Navíc dané problémy jsou do jisté míry i dosti individuální (někomu například vadí obrazový šum hodně, někomu méně). V neposlední řadě je třeba si uvědomit, že v podstatě všechny zde probírané potíže se projeví jen při hodně velkém zvětšení snímku, takže je dobré o nich vědět, brát je v potaz (díky čemuž se jim také často můžeme vyvarovat) ale zároveň je vážně zbytečné, to příliš řešit a už vůbec ne si s tím komplikovat život.

Martin Hájek

Digitální snímače: problémy a limity
Ohodnoťte článek

O HajMar

Fotograf, novinář, muzikant, lektor, psavec a kreativec všeho druhu. Entita mnoha profesí, tak trochu workoholik s velkou dávkou nadšení a minimem talentu (což se ale naučil za ta léta dobře maskovat). Filmový nadšenec a rocker tělem i duší. Milující manžel a otec dvou dětí. www.acefoto.eu
Bookmark the permalink.

Komentujte

avatar

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

  Subscribe  
Upozornit na