4. פעולת הסגר והמראה במצלמות DSLR

4. פעולת הסגר והמראה במצלמות DSLR
מבנה מצלמת רפלקס דיגיטלית DSLR

בעקבות סרטון מענין שנתקלתי בו  חשבתי שיהיה מעניין להעלות פוסט בענין אופן פעולתו של הסגר במצלמות DSLR (וגם במצלמות סרט SLR).

צפו בסרטון, שהינו משעשע ומחכים כאחד. על מנת ללמוד עוד על אופן פעולת הסגר קראו את ההמשך.

הסגר (Shutter) הוא ההתקן שמאפשר חשיפת חיישן התמונה לאור לזמן קצוב. בעברית יש המכנים אותו גם בשם תריס. זהו וילון העשוי מדפי מתכת דקיקים אך חזקים מאד המסתיר את חיישן התמונה וחושף אותו לאור רק בזמן החשיפה, בהתאם לזמן החשיפה שקבע הצלם או מערכת החשיפה האוטומטית של המצלמה. במצלמות DSLR מותקן סגר הנקרא סגר משטח המוקד (Focal Plane Shutter) מאחר והוא צמוד למישור המוקד (פני חיישן התמונה) עליו מתמקדות קרני האור המגיעות מן העדשה. יש סוגים נוספים של סגרים בהם נדון בהזדמנות אחרת.

לפני הסגר נמצאת מראה המאפשרת העברת הדימוי שמקרינה העדשה אל המחפש (View Finder). בזמן החשיפה המראה מתרוממת כדי שלא תסתיר את חיישן התמונה, הסגר נפתח לזמן קצוב, החיישן נחשף ובתום החשיפה הסגר נסגר, המראה יורדת חזרה וחוזר חלילה. בזמן החשיפה המחפש מוחשך מאחר והמראה חוסמת אותו. במצלמות מסוג Mirrorless אין כמובן מראה אולם אופן פעולת הסגר זהה למצלמות  DSLR.

בסרטון הנ״ל השתמשו במצלמה מהירה מאד הנקראת Phantom המיועדת לתעוד תופעות מהירות מאד באמצעות קצב צילום גבוה המפרק את ההתרחשות להרבה מאד מסגרות. צילום וידאו רגיל מפרק התרחשות לכ- 30 מסגרות לשניה, צילום מהיר במצלמת High Speed מאפשר לפרק את ההתרחשות לעשרות ומאות אלפי מסגרות בשנייה. הקרנת הוידאו שנוצר בקצב איטי מאפשר מעקב מענין מאד אחרי ההתרחשות המהירה שבזמן התרחשותה הקצרצר אין לנו אפשרות לעקוב אחריה בזמן אמיתי (Real Time).

שימו לב לא רק לעלייתה וירידתה של המראה אלא לאופן פעולתו של הסגר: הוא בנוי למעשה ממספר ״וילונות״ העוקבים בתנועתם זה אחר זה. גודל המרווח בין הוילונות תלוי בזמן החשיפה: ככל שזמן החשיפה קצר יותר המרחק בין הוילונות העוקבים קצר יותר כלומר החריץ דרכו חודר האור לחיישן התמונה צר יותר. החשיפה מתחילה בחלק העליון של החיישן ומסתיימת בחלקו התחתון, כך שיש הפרש זמן מסויים, גם אם קצר מאד, בין מועד יצירת החלק העליון והתחתון של כל צילום. במהירות הסגר בצילום וידאו נדון בפעם אחרת.

מהירות סגר גבוהה (קצרה)  מאפשרת להקפיא תנועה ואילו מהירות סגר נמוכה (ארוכה) מאפשרת לטשטש תנועה. טכניקות רבות בשפה הצילומית מבוססות על שימוש נכון ויעיל במהירות הסגר לא רק כדי לקבל חשיפה נכונה אלא כדי להמחיש תנועה בצילום סטילס. יש לזכור כי סה״כ כמות האור שתגיע לחיישן התמונה תלויה גם בצמצם הקובע למעשה את כמות האור שתעבור דרך הסגר במהלך החשיפה. כך שלמעשה החשיפה מושפעת תמיד מארבעה גורמים: עוצמת האור המוחזרת מן הנושא, המהירות הצילומית (רגישות) של המצלמה ב- ISO, הצמצם ומהירות הסגר.

למהירות הסגר בה נבחר חשיבות רבה גם בעת שימוש במבזק אלקטרוני, נושא איליו אתייחס בפוסט נוסף.

צילום המשאית והשבשבת: Wikipedia, איור האדם הרץ: mrshutchison.wordpress.com

איור סגר מישור המוקד: www.exclusivearchitecture.com

איור מצלמה:  en.academic.ru

3. מיומנו של מרצה, פרק א

3. מיומנו של מרצה, פרק א

היום החלטתי להעלות חיבור קצר שכתבתי ב- 2013, והוא חלק מסדרה של חיבורים שאעלה בעתיד תחת הכותרת ״מיומנו של מרצה״.

החיבורים נכתבו בהשראת מספר ארועים שחוויתי כמרצה. בחיבורים אלו לא מופיעים שמות הדמויות מושאי החיבור ואם מישהו בכל זאת ירגיש עצמו נפגע אני מתנצל מראש, לא זאת היתה הכוונה.

אשמח כמובן לתגובות והערות.

גבי

מיומנו של מרצה, פרק א
גבי גולן
אפריל 2013

יום רביעי, לפנה"צ. אני נכנס לכיתה ומוצא שם את המרצה ח., לבדו. אנחנו מתוכננים לפגוש יחד סטודנטים משנה ד העומדים לקראת סיום לימודיהם ואמורים להיות בשלהי תהליך הכתיבה של עבודה סמינריונית. הפגישות הן אישיות. כל סטודנט קיבל מראש הודעה שכללה את השעה בה עליו להגיע.
אני מציץ בשעוני ומסתכל ברשימת הסטודנטים, מסתכל על ח. והוא עלי. הסטודנט הראשון מאחר. לא נורא, אני אומר, בוודאי יגיע מיד. בינתים אני מעדכן את ח. בהתקדמות, או יותר נכון בחוסר ההתקדמות של הסטודנטים מאז המפגש הקודם איתם לפני מספר שבועות. רק בודדים שלחו חומר חדש במהלך חופשת הפסח. ח. מציין ביובש שלא קיבל שום חומר חדש במהלך החופשה. אני מרגיש בר מזל.
לפתע ראש מציץ מעבר לדלת וכשהבעת תמיהה על פניו שואל: מה, אין אף אחד? אנחנו כאן, אני עונה. בוא תיכנס, מזמין אותו ח., גם אם תורך טרם היגיע, אנחנו פנויים. אולי אתה יודע היכן כולם? לא, אין לו מושג.
הסטודנט מסביר לנו באריכות מדוע לא הספיק לעשות כלום במהלך החופשה ומהן תכניותיו להמשך. אנחנו מהנהנים בנימוס, מציעים לו מספר הצעות. הוא מקשיב, אינו רושם דבר. אני שואל: האם לא כדאי שתרשום לעצמך את הצעותינו? הוא עונה: אל תדאגו, אני אזכור. לאחר מכן נפרד מאיתנו בעליזות  והולך לדרכו.
ח. ואני ממשיכים לשבת זה לצד זה, פנינו אל הלוח בכיתה, תוהים להיכן נעלמו הסטודנטים ומדוע אינם מגיעים. בינתיים אנחנו מקטרים על מידת הרצינות של הסטודנטים וח. "מרגיע" אותי באומרו שבמכללה להכשרת מורים בה הוא מרצה המצב הרבה יותר גרוע… אכן נחמה פורתא.
אנחנו ממשיכים להמתין, מולי המחשב הנייד עם כל החומר שהגישו הסטודנטים עד כה. ח. שואל איך המק. אני עונה שמצויין ומסביר על היתרונות שבשילוב מערכת ההפעלה של המק עם חלונות. ח. מספר לי על הצרות שיש לו עם המחשב הנייד שלו. אני מדגים לו כיצד מארז אחד משמש למעשה שני מחשבים הרוכבים האחד על גבו של השני. נראה לי שהתרשם מאד.
לאחר כחצי שעה של שיחה נעימה מופיעה סטודנטית נוספת. אולי נתחיל לעבוד סוף סוף…
הסטודנטית מתיישבת מולנו, משעינה את מרפקיה על השולחן הקטן שלפניה, מניחה את סנטרה על כפות ידיה, נותנת בנו מבט עצוב ואז מבשרת לנו בטון קודר שהחליטה לדחות את הגשת העבודה למועד אחר מאחר ואינה מסוגלת להתמקד בה. ואנחנו חשבנו שנתחיל לעבוד… אז חשבנו.
מתוך נימוס אנחנו מנסים לברר מדוע? מה קרה? אולי בכל זאת נוכל לעזור לה להתקדם. לא, אין סיכוי. תודה רבה. אולי בהמשך, לא עכשיו. דיברתי עם ראש החוג, היא יודעת. הכל בסדר.
אני מסביר לה את המשמעויות של אי הגשת העבודה במועד. כן אני יודעת, אבל… זה המצב. מושכת בכתפיה ויוצאת. שעה כבר חלפה ולמעשה חוץ משמיעת שני תרוצים לא עשינו כלום. מענין מאד לשוחח עם ח. אולם לא זאת מטרת השיעור כמובן.
ח. מציץ בשעונו ואומר: אני חייב ללכת, נהיה בקשר. אני נפרד ממנו לשלום, ממתין מספר דקות נוספות ואז יוצא מן הכיתה. בדרכי למשרדי אני פוגש אחד מן הסטודנטים שהיו אמורים להגיע לפגישה איתנו. מדוע לא הגעת? חיכינו לך. אה, לא חשבתי שהיעוץ הוא חובה, וממילא אין לי בינתיים משהו חדש להראות לכם…
אני מגיע למשרדי וכותב הודעה לסטודנטים במערכת המידע האישי של המכללה: ח. ואני חיכינו וחיכינו ולא הגעתם. מעתה אין בכוונתנו להמתין, מי שמעונין להיפגש איתנו יקבע פגישה ביוזמתו. תאריך ההגשה של הטיוטה הסופית הוא… בהצלחה!

איור: imgarcade.com

2. מבט על עדשות: נפילת אור בקצוות המסגרת ועקיפה

בפוסט זה אתייחס לשתי תופעות מטרידות בהן צלמים נתקלים מידי יום: נפילת אור בקצוות המסגרת (Vignetting) ועקיפה (Diffraction). התופעה הראשונה נובעת ממספר סיבות כפי שאסביר בהמשך אולם קל מאד למנוע אותה מראש ולטפל בה לאחר הצילום. התופעה השנייה, עקיפה, כמעט שלא ניתנת לטיפול לאחר הצילום אולם ניתנת למניעה מראש אם מבינים את הגורמים לה וכיצד גורמים אלו באים לידי ביטוי במצלמה האישית של כל אחד מאיתנו.

במקרים מסויימים ניתן לזהות נפילת אור בקצוות המסגרת  כבר בזמן הצפייה במחפש לפני הצילום. ניתן גם לזהות תופעה זו בקלות בעת הצפייה בצילומים על צג המצלמה.

לעומת זאת, את השפעותיה השליליות של העקיפה נגלה בד״כ רק בעת העיבוד של הקבצים ע״י המחשב בעת צפייה בהגדלה.

קיימים שלושה סוגי Vignetting:

א. נפילת אור פיסית-מכנית: אור החוזר מחפץ הנמצא בקצוות האזור המצולם נחסם בחלקו ע"י אביזרים המורכבים על העצמית, כמו מגן שמש לא מתאים, מסננים או אלמנטים פנימיים בתוך העצמית שיעודם הגבלת הסטייה הכרומטית ו- Flare. אם הגורם הוא חיצוני סגירת הצמצם רק תחמיר את הבעיה.

נפילת אור פיסית מכנית

ב. נפילת אור אופטית: נוצרת ע"י העצמית. סוג זה הוא הנפוץ והמטריד ביותר מאחר והרבה יותר קל  לראותו על צג המצלמה מאשר  על נגטיב. למעשה כל עצמית מעבירה יותר אור במרכז מאשר בקצוות ובעיקר בצמצמים פתוחים. עצמיות רחבות זוית יוצרות נפילת אור בקצוות מודגשת יותר מאשר עצמיות ארוכות מוקד. סגירת הצמצם תצמצם את הבעיה (סגירתו מעבר לנקודת העקיפה תפגע בחדות).

נפילת אור אופטית
נפילת אור אופטית כתלות בצמצם

נפילת אור אופטית ניתנת לתיקון פשוט בתוכנות לעיבוד תמונה כדוגמת LR ו- Photoshop. בתוכנות אלו מובנים פרופילים של עדשות רבות המאפשרים (בין היתר) תיקון של נפילת האור האפטית האפיינית לכל עדשה בכל צמצם:

נפילת אור אופטית לפני תיקון

נפילת אור אופטית לאחר התיקון

ג. נפילת אור בפיקסל: מופיעה רק במצלמות דיגיטליות והינה תוצאה של העומק של הפיקסל. אור הפוגע בפיקסל בזווית שטוחה מתפזר חלקית ואינו נקלט במלואו ע"י הפיקסל. התופעה חמורה יותר בשימוש בעצמיות רחבות זוית ובצמצמים פתוחים. התופעה פחותה בחיישנים בהם יש עדשות זעירות מעל הפיקסלים.

מימין: קרני האור פוגעות בדופן הפיקסל, חלק מן האור אובד. משמאל: כל האור מגיע לפיקסל

נעבור לתופעת העקיפה, שלה הסבר פיסיקלי מעט מורכב אולם שווה להתאמץ ולהבין אותה מאחר ולאי הבנתה עשויה להיות השפעה שלילית ניכרת על האיכות הטכנית  של הצילומים של כולנו. תמיד מדהים אותי לגלות מחדש עד כמה המודעות לתופעה זו כמעט ואיננה קיימת אצל צלמים רבים. לאחר הקריאה, אני ממליץ מאד לכל מי שטרם בדק את הענין לבצע בדיקה פשוטה במצלמה שלו: הציבו את המצלמה על חצובה, בחרו נושא כל שהוא בעל פרטים מרובים, בצעו מיקוד ידני (חשוב!) על נקודה כל שהיא במרחב הנושא ובצעו סדרת חשיפות בצמצמים משתנים למן הצמצם הפתוח ביותר ועד הסגור ביותר (אין חשיבות לסוג העדשה בה תשתמשו לבדיקה). התאימו את מהירות הסגר הדרושה לכל צמצם כדי לשמור על חשיפה קבועה. לאחר הצילום השוו את הצילומים זה לזה ותבינו מיד היכן נכנסת העקיפה לפעולה. מאחר ולעקיפה יש קשר לגודל הפיקסל בחיישן התמונה שבמצלמה שלכם תוצאות הבדיקה רלבנטיות למצלמה זו בלבד. אם ברשותכם מצלמות נוספות מומלץ לבצע את הבדיקה בכולן באופן דומה. בהצלחה וצילום נעים!

תופעת העקיפה אינה יחודית לצילום דיגיטלי אלא מהוה הפרעה אופטית אוניברסלית
הקשורה לצמצם ולאורך הגל של האור. בצילום דיגיטלי מתקשרת התופעה גם לגודל
הפיקסל. מן ההיבט החזותי, העקיפה פוגעת ברזולוציית הדמות.

מאחר וצלמים בד"כ נוטים להשתמש  בצמצמים סגורים על מנת לקבל עומק שדה רב בצמצם מסוים ריכוך התמונה כתוצאה  מן העקיפה יבטל את תוספת החדות שמקורה בעומק שדה גדול יותר.  כאשר תופעה זו מתרחשת האופטיקה בה אנו משתמשים היגיעה  לנקודה בה היא מוגבלת ע"י העקיפה.

הבנת התופעה ומציאת הצמצם בו היא מתחילה להשפיע חשובה על מנת לשפר את איכות הצילום ולמנוע חשיפות  ארוכות מיותרות בצמצמים סגורים מדי או שימוש ב-ISO  גבוה מדי ללא צורך אמיתי.

קרני אור מקבילות העוברות דרך חריר קטן מתחילות לסטות ולפעול זו על זו  (Interference). תופעה זו מחמירה ככל שקוטר החריר קטן ביחס לאורך הגל של האור העובר דרכו, אולם באופן כללי התופעה קיימת במידת מה בכל קוטר חריר בשילוב עם מקור אור ממוקד.

מהלך קרני האור בצמצם גדול (פתוח, משמאל) ובצמצם קטן (סגור, מימין)

מאחר וקרני האור המוסטות כעת נעות למרחקים שונים, חלק מהן מאבד את הסינכרון עם האחרות יוצא מפאזה (Out of Phase) ומתאבך (Interfere) עם האחרות. כתוצאה מכך עוצמת האור עולה באזורים מסוימים ונחלשת או אף מתבטלת לחלוטין באזורים אחרים.

ההתאבכות יוצרת דפוס עקיפה בעל עצמת אור מירבית במקום שהמשרעות (Amplitudes) של גלי האור מתחברות ועצמת אור חלשה יותר במקום בו הן מתחסרות, עד מצב של העדר אור במקום בו המשרעות מבטלות זו את זו לחלוטין (המשרעת Amplitude או "גובה" הגל קובעת את בהירות האור). אם היינו מודדים את עוצמות האור המתקבלות התוצאה היתה נראית כך:

צילום בצמצם 8, מראה כללי
צילום בצמצם 8, הגדלה ל- 100%
צילום בצמצם 22, הגדלה ל- 100%
השפעת הצמצם על העקיפה, צמצמים 5.6-45
צילום בצמצם 2.8, מראה כללי
קטע מאותו הצילום בהגדלה 100%, בצמצמים 2.8-32

למרות שהעקיפה תלויה בקוטר הצמצם (וגם באורך הגל של האור), יש לה השפעה שונה בהתאם לגודל הפיקסל, כפי שניתן לראות באיור הבא:

בחיישני תמונה בעלי פיקסלים קטנים השפעת העקיפה תהיה מורגשת יותר מאשר בחיישנים בעלי פיקסלים גדולים יותר

ולסיום:

האם גודלה של דיסקת איירי (כתם או עיגול האור הממוקד ביותר, ולכן הקטן ביותר, המתקבל על ידי עדשה אידיאלית) תלוי באורך המוקד של העצמית? הגודל הפיסי של הצמצמים בעצמיות ארוכות מוקד גדול יותר מאשר בעצמיות קצרות יותר ולמרות זאת התשובה לשאלה הנ"ל שלילית! ההסבר נעוץ בעובדה שהמרחק בין הצמצם למישור המוקד עולה גם הוא ככל שאורך המוקד עולה, וכך דיסקת איירי מתפזרת על פני מרחק גדול יותר. כתוצאה מכך שני האפקטים (הגודל הפיסי של הצמצם והשפעת אורך המוקד) מבטלים זה את זה ולכן גודלה של דיסקת איירי תלוי רק במספר הצמצם, המתאר את היחס בין אורך המוקד של העצמית לבין הקוטר הפיסי של הצמצם, ובאורך הגל של האור.

1. התחלות חדשות

1. התחלות חדשות

מרגיש קצת כמו ילד בכיתה א…

מאז יציאתי לפנסיה מוקדמת אני מרגיש צורך להפיץ את הידע שלי בצילום ובטכנולוגיה של צילום לכל המתענינים בתחום.
עד לאחרונה היחידים שהיו חשופים לחואנימרים שלי היו הסטודנטים בחוג לתקשורת צילומית במכללה האקדמית הדסה ירושלים, שם לימדתי צילום וטכנולוגיה של צילום במשך 27 שנים מענינות.

ברשותי המון מאמרים, מצגות וחומרים נוספים שכתבתי, תרגמתי וערכתי לאורך השנים שבוודאי יכולים להיות לעזר לכל מי שמתענין בצילום, רוצה להבין  את הצד הטכנולוגי של תחום מרתק זה על מנת לנצל באופן טוב יותר את הציוד שברשותו, לבצע החלטות רכישה מושכלות ולשלב כל זאת עם היצירתיות שבליבו.
לאט לאט אתחיל לעלות חומרים לבלוג, וכמובן שאתייחס גם לחידושים והתפתחויות של הזמן האחרון.
אין בכוונתי להתחייב לקצב מסויים, אחרי הכל יצאתי לפנסיה, לא?
אשמח לתגובות, בקשות, שאלות, הצעות וכמובן שיתוף.

בהצלחה לכולנו,

גבי גולן