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.

9 מחשבות על “2. מבט על עדשות: נפילת אור בקצוות המסגרת ועקיפה

  1. ממש לא מזמן העברתי את הנושא לסטודנטים בקרית אונו. נמלאתי גאווה כאשר אחת מהן שיתפה עכשיו ידיעה עם שמועה על קנון חדשה עם 50 מגה פיקסל ותהתה מה יהיה עם העקיפה.

    אהבתי

  2. השמועות אומרות שהמדובר במצלמה עם חיישן FF 24X36 בעל 53MP. אם כך, סביר להניח שיהיו כ- 9000 פיקסלים לאורך המימד הארוך של החיישן וכ- 6000 במימד הצר. מכאן נובע שגודל הפיקסל הצפוי יהיה כ- 4 מיקרון, לעומת 4.88 מיקרון ב- D810 שהינה בעלת 36MP. כמובן שהשפעת העקיפה תורגש מוקדם יותר מאשר ב- D810. מן הנתונים שבידי אפשר להעריך שגבול העקיפה יהיה בין צמצם 8 ל- 5.6. אולם יתכן, כפי שקיים כבר במצלמות מסויימות, שהמצלמה תכלול עיבוד שיגרום לניטרול חלקי של השפעת העקיפה. איך זה יעבוד בפועל, נחכה ונראה. בנוסף, כמו ב- D810, יהיה צורך בעדשות בעלות כושר הפרדה גבוה מאד כדי לנצל את כושר ההפרדה של החיישן. אין הרבה עדשות כאלו בליין הקיים של Canon, יתכן ויציגו עדשות יעודיות. בעיה נוספת היא הצורך ביציבות גבוהה מאד בזמן הצילום ושימוש במהירויות סגר גבוהות אחרת כל תזוזה קלה תגרום למריחה של הדימוי בגלל הפיקסלים הקטנים. כלל האצבע ההיסטורי האומר שמהירות הסגר הדרושה כדי לקבל תמונה חדה בצילום מהיד הוא אחד חלקי אורך המוקד של העדשה כבר לא תופס ברזולוציות הללו. ובכלל נשאלת השאלה מי צריך מצלמה כזו? וכמובן שכולנו סקרנים לדעת מה יהיה מחירה…

    אהבתי

  3. עוד משהו, כל הכבוד לסטודנטית שלך על החיבור בין שני הדברים. זה אומר שהחומר הועבר וגם נקלט כהלכה. הטבלה המאפשרת הערכת גבול העקיפה לכל גודל פיקסל נמצאת בשקף מספר 43 בפוסט.

    אהבתי

  4. בתור גיק גאה מייד קראתי את המאמר. מסקנה מעניינת (וידועה) היא שלמרות העקיפה עדיין כושר ההפרדה של המצלמות האלו גבוה יותר ממצלמות עם מספר פיקסלים נמוך. כולל תאורטית מצלמה עם 50 מגה פיקסל. מה שהיה נראה לי מוזר היא ההשוואה שצילום בצמצם 22 יכול להיות מחודד שיראה כמו צמצם פתוח הרבה יותר. זה הגיוני, אבל במקביל צילום בצמצם פתוח יכול להיות מחודד שיראה בהדפסה כאילו חד אף יותר. כך שלא ברורה לי ההשוואה הזו ומה הטעם בה.
    ולגבי הצורך בכך, יש מעטים שבאמת ינצלו את כושר ההפרדה הזה לתוצר הסופי או ידעו בכלל להגיע אליו מבחינת טכניקת צילום. מה שכמובן לא ימנע מכמות של "צלמים מקצועיים" לקנות את המצלמה כי היא "הכי טובה".
    אני באופן אישי מרוצה מה D800 שלי ורזולוציה זה לא המדד בראש רשימת השדרוגים שחסרים לי.

    אהבתי

  5. ברור שכושר ההפרדה של מצלמות ברזולוציה גבוהה גבוה יותר מזה של מצלמות עם מספר פיקסלים נמוך יותר, אחרי הכל העקיפה מגבילה את הרזולוצייה אבל לא מבטלת אותה. המאמר איליו הפניתי אכן עוסק בהשוואה קצת מוזרה ואולי אפילו בלתי נחוצה בעליל אבל יש כאלה המתעקשים לחפור לעומק שלפעמים הוא מוגזם וחסר תועלת, לפחות עבור רובנו.

    אהבתי

  6. והנה Canon הכריזה אתמול, 6.2.15 על המצלמות החדשות בעלות 50MP מדגמי EOS 5DS, 5DSR וכבר התפתחו אין סוף דיונים ברשת על מידת השפעת העקיפה על איכות הצילומים במצלמות אלו. נוסחה מענינת לחישוב השפעת העקיפה מצאתי כאן http://www.imaging-resource.com/PRODS/canon-5ds-r/canon-5ds-rA.HTM (יש לגלול עד סוף המאמר לתגובות שבסופו).

    אהבתי

  7. ובהמשך לאותו ענין, האתר http://www.the-digital-picture.com מפרסם מאמר על זוג המצלמות החדשות של Canon עם 50MP, וכולל במאמר טבלה בה נכללת בין היתר עמודה המתארת את הצמצם מוגבל העקיפה. המספר הוא שמרני למדי: עפ״י האתר העקיפה מגבילה את הרזולוצייה כבר בצמצם 6.7, די דומה להערכה שלי שהיתה 5.6-8 אולם הרבה פחות מצמצם 11 כפי שמופיע במאמר שסקרתי בתגובה הקודמת.

    אהבתי

להשאיר תגובה

הזינו את פרטיכם בטופס, או לחצו על אחד מהאייקונים כדי להשתמש בחשבון קיים:

הלוגו של WordPress.com

אתה מגיב באמצעות חשבון WordPress.com שלך. לצאת מהמערכת /  לשנות )

תמונת גוגל

אתה מגיב באמצעות חשבון Google שלך. לצאת מהמערכת /  לשנות )

תמונת Twitter

אתה מגיב באמצעות חשבון Twitter שלך. לצאת מהמערכת /  לשנות )

תמונת Facebook

אתה מגיב באמצעות חשבון Facebook שלך. לצאת מהמערכת /  לשנות )

מתחבר ל-%s