19. על הקשר שבין גודל חיישן התמונה לצמצם, לאורך המוקד, לזווית הראיה ול- ISO

את הטקסט הזה פרסמתי כבר בפרופיל הפייסבוק שלי, אבל לאור החשיבות שאני מייחס לנושא זה ואי הבנתו הבאה לידי ביטוי שוב ושוב ברשת אני מעלה גם כאן את אחד הנושאים המבלבלים ביותר בצילום דיגיטלי : הקשר שבין גודל חיישן התמונה האלקטרוני לצמצם, לאורך המוקד וזווית הראייה של העדשה ולערך ה- ISO בפועל.
המושגים "חיישן Full Frame", "חיישן Crop", "גורם (Factor) ה- Crop" נזרקים לאויר לעיתים תכופות ללא שהמשתמשים בהם מבינים את משמעותם עד הסוף. יצרני המצלמות והעדשות מנצלים את הבלבול ומציינים נתונים לא מדוייקים ולעיתים פשוט לא נכונים!
ננסה לעשות מעט סדר ולהבין על מה מדובר כאן: כיום אנו מוצאים מספר רב של פורמטים של חיישני תמונה במצלמות כאשר הנפוצים שבהם (במצלמות Mirrorless ו-DSLR) הם 24X36 מ"מ, הנקרא Full Frame ו- 25.1X16.7 מ"מ הנקרא APS-C וידוע גם בשם פורמט Crop. לפורמט זה מספר וריאציות כמו לדוגמא APS-H. פורמט קטן יותר שנפוץ בעיקר במצלמות מתוצרת Olympus ו- Panasonic הוא Micro Four Thirds, עם חיישן בגודל 18X13.5 ס״מ.
היחס בין חיישן בגודל Full Frame לחיישן בגודל אחר נקרא Crop Factor. לדוגמא, היחס בין חיישן Full Frame לחיישן בגודל APS-C הוא כ- 1.5. ליחס זה השלכות משמעותיות על ביצועי החיישן ועל גודל הדמות שתיווצר עליו כתוצאה משימוש בעדשה בעלת אורך מוקד נתון.
מבלי להיכנס כאן להסברים מסובכים, הנה המפתח להבנת המשמעות והחשיבות של גודל החיישן:
כדי להתייחס להשפעת ה- Crop Factor על אורך המוקד וזווית הראייה של העדשה יש לכפול את אורך המוקד של העדשה ב- Crop factor. בהתאם לכך, זווית הראייה של עדשה 50 מ"מ כאשר היא מורכבת על מצלמה בעלת חיישן בגודל Full Frame הופכת לזווית ראייה צרה יותר של עדשה באורך מוקד של 75 מ"מ כאשר אותה עדשה תורכב על מצלמה בעלת חיישן בפורמט APS-C (חשוב להבין שאין כאן אפקט Tele, רק הקטנת זווית הראייה או חיתוך, Crop, ומכאן הכינוי "חיישן Crop").
חיישן קטן יותר, ששטחו קטן יותר, יקלוט פחות אור (Total Light) בזמן נתון לעומת חיישן גדול יותר. לכן, כדי להתייחס להשפעת ה- Crop Factor על הצמצם יש לכפול גם אותו ב- Crop Factor. לדוגמא, צמצם 2.8 בשימוש בעדשה המורכבת על מצלמה בעלת חישן Full Frame יעביר יותר אור מאשר אותה העדשה עם אותו הצמצם כאשר נרכיב אותה על מצלמה בעלת חיישן Crop, מאחר ועל המצלמה בעלת החיישן הקטן יותר הצמצם המעשי יהיה 4.2! בהתאם לכך כמות האור שתגיע לחיישן תהיה מעט פחות מחצי מזו שהגיעה לחיישן הגדול יותר!
המצב מחמיר בנוגע ל- ISO, המציין את המהירות הצילומית (רגישות). כדי להתייחס להשפעת גודל החיישן על ה- ISO יש לכפול אותו ב- Crop Factor בריבוע. לדוגמא, ISO100 במצלמת Full Frame יהיה למעשה ISO225 במצלמת Crop. הבדל זה יגרום לרמת רעש גבוהה יותר באופן משמעותי.

שימו לב להבדלים בגודל חיישן התמונה בין מצלמות Full Frame, APS-C, וחיישנים קטנים יותר הנפוצים בטלפונים סלולריים: בכל חשיפה נתונה, חיישן Full Frame קולט פי 22 יותר אור מאשר חיישן תמונה של מצלמה בטלפון סלולרי. הפרש זה הינו שווה ערך ל- 4.5 תחנות צמצם (סטופים). מקור: DXOMARK

נבדוק לדוגמא, מצלמה מתקדמת כמו Sony RX10 שהינה בעלת חיישן בגודל "1 ועדשת זום מרשימה בטווח מקביל ל- Full Frame של 24-200 מ"מ עם צמצם קבוע של 2.8: בפועל, עקב Crop Factor של כמעט 3, אורך המוקד האמיתי הוא כ- 8-67 מ"מ וצמצם 2.8 המרשים הופך ל- 7.6, כמעט 3 צמצמים סגור יותר מאשר 2.8. היצרן מציג את העדשה כבעלת צמצם 2.8, אולם מסתבר שנתון זה איננו מדוייק כלל ועיקר. הסיבה לביצועים הלא מרשימים של מצלמה זו בערכי ISO גבוהים (כבר ב- ISO100 ניתן להבחין ברעש ללא מאמץ) מובנת אם מכפילים את ערכי ה- ISO המקוריים ב- 9….
כעת, צאו וחשבו את השפעת ה- Crop factor על מצלמות בעלות חיישנים ממש קטנים, כמו אלו הנמצאים בטלפונים סלולריים…
ענין נוסף הוא השפעת גודל החיישן על עומק השדה. כידוע הצמצם משפיע על עומק השדה וככל שאורך המוקד קצר יותר עומק השדה עולה. לכן, ככל שהחיישן קטן יותר עומק השדה עולה, דבר המונע שימוש יעיל בחדות מבדלת.

מצגת בנושא ההבדלים בין הפורמטים השונים תמצאו כאן: 24DX_Vs_FX

(הערה: במצגת נזכרים פורמט DX ופורמט FX המקובלים במצלמות מתוצרת Nikon. עם זאת, כל האמור במצגת מתייחס באופן זהה גם למצלמות מקבילות של יצרנים אחרים)

סרטון בנושא תמצאו כאן

מאמר מאלף ומעלף (בגלל אורכו ועומס הפרטים בו) בנושא זה תוכלו למצוא כאן

ועוד מאמר כאן

עדכון 18.6.23: מאמר מענין על המאפיינים של חיישני תמונה אלקטרוניים בפורמטים שונים

קרדיט לאיור שבראש הפוסט