49. טכנולוגיות תאורה לצילום חלק ב: סוגי תאורה

49. טכנולוגיות תאורה לצילום חלק ב: סוגי תאורה

בחלק ב של טכנולוגיות התאורה נדון בסוגים שונים של אמצעי תאורה, בהיסטוריה של התפתחות טכנולוגיות התאורה ונסקור את עקרונות הפעולה של נורות טנגסטן וטנגסטן הלוגן, הנורה הפלורסנטית, תאורת HMI, תאורת LED ונסיים בעקרונות הפעולה של המבזק האלקטרוני. הרחבה בנושא אחרון זה תהיה בחלק ג.

נתחיל באיור המתאר את התפתחות טכנולוגיות התאורה לאורך השנים:

lighthistor

סרטון קצר המתאר את ההיסטוריה של התפתחות התאורה תוכלו למצוא כאן. מקור: qdvision.

הדורות הראשונים של הצלמים נאלצו להסתפק באור השמש ולעיתים השתמשו באבקת הבזקה.
למעשה, כבר Talbot לקראת אמצע שנות ה-40 של המאה ה- 19 השתמש באבקת הבזקה.

flash

פרסומת למתקן להצתת אבקת הבזקה עם טבלת החשיפה של חב׳ Agfa, משנת 1887:

flash1

סטודיו לצילום עם חלון אור צפוני נחשב שנים רבות לסטודיו המועדף על צלמים רבים.

studioגם כיום צילום באור יום טבעי מועדף ע״י צלמים רבים. ניתן לשלב אור יום טבעי עם אמצעי תאורה מלאכותית כמו מבזקי אולפן.

studio1

באמצע המאה ה-18 היה מקובל להאיר תיאטראות ואולמות קונצרטים בפנסים שנקראו Lime Light שהיו מבוססים על שריפת סיד (Lime) בנוכחות חמצן ומימן. לאור הסרבול והסיכון הרב שהיה כרוך בהפעלת פנסים מסוג זה רק צלמים מעטים השתמשו בהם. עד היום נהוג להשתמש בביטוי: Under The Lime Light כתאור למישהו או משהו הנמצא במרכז ההתענינות.

Parallels DesktopScreenSnapz008

עם פיתוח רשת החשמל ונורת הטנגסטן השימושית ע״י אדיסון בסוף המאה ה-19 החלו צלמים להשתמש במה שנקרא בשפה המקצועית ״תאורה חמה״: תאורת הטנגסטן היא בעלת ספקטרום רציף, כמו אור השמש, צבע האור שהיא מפיקה תלוי במתח החשמלי הזורם דרכה (ככל שהמתח גבוה טמפ׳ הצבע עולה, דבר המקשה על השימוש בה בצילום צבע, בעיקר עם סרטי צילום).

טמפ׳ הצבע הבסיסת המקובלת היתה 3200K (נורות Type A) או 3400K (נורות Type B), ויוצרו סרטי צילום בעלי רגישות צבעונית בהתאם. על מנת להשתמש בתאורה זו עם סרטי צילום המיועדים לאור יום היה צורך להשתמש במסנן כחול שגרם לירידה של כשני צמצמים בעצמת האור.

tungמבנה של נורת טנגסטן: עקרון הפעולה מבוסס על חימום באמצעות התנגדות חשמלית בואקום (ריק).

tung1

מן העקומה הספקטרלית נראה כי תאורת הטנגסטן עשירה באדום-צהוב ועניה בכחול, לעומת אור יום סטנדרטי המכיל כמויות שוות של אדום, כחול וירוק.

תאורת הטנגסטן הלוגן שפותחה במקור כבר ב- 1882 היגיעה לבשלות טכנית ומסחרית בשנות ה- 60 של המאה ה-20. הוספת גז הלוגן לשפופרת הנורה מונעת את השחרת הדופן הפנימית שלה (כתוצאה מאידוי פילמנט הטנגסטן) במחיר של פליטת חום גבוהה יותר שחייבה החלפת שפופרת הזכוכית הרגילה בקוורץ. בנורות מסוג זה המשולבות ברפקלטור ניתן לשלוט באיכות הצבעונית של האור באמצעות ציפוי הרפלקטור. עקרון הפעולה: חימום באמצעות התנגדות חשמלית בנוכחות גז הלוגן.

tung2tung3

הנורה הפלורסנטית: התקני תאורה פלורסנטיים פותחו כבר ב- 1850 אולם הפכו מסחריים רק בשנות ה- 30 של המאה העשרים. סוג תאורה זה לא נקלט בתחום הצילום למרות נצילותו החשמלית הטובה יותר לעומת נורות טנגסטן מאחר וזהו מקור אור מפוזר שקשה מאד לשלוט בו. גם איכותו הצבעונית בעייתית היות והספקטרום שלו אינו רציף. עקרון הפעולה: פריקה חשמלית ופלורסנציה: ניצוץ הנוצר בין 2 אלקטרודות גורם ליינון של אדי כספית הממלאים את השפופרת. כתוצאה מכך נפלטות קרני אור UV הגורמות לפליטת אור נראה כאשר הן מגיבות עם הציפוי הזרחני של פנים השפופרת. חשוב לציין גם שנורות אלו מהוות מפגע סביבתי עקב התכולה של אדי כספית המשתחררים לאויר במקרה של שבר ולאור הציפוי הזרחני של פנים השפופרת.
כיום משתמשים לצרכי תאורה ביתית בנורות פלורסנטיות כתחליף לנורות הטנגסטן המקוריות, אבל נורות אלו אינן מתאימות לצילום.

מבנה שפופרת פלורסנטית:

flo

עקומה ספקטרלית של נורה פלורסנטית:

flo1

סוגים שונים של שפופרות פלורסנטיות:

flo2

טמפ׳ צבע של נורות פלורסנטיות:

flo3תאורת LED: בשנים האחרונות פותחו אמצעי תאורה מבוססי LED: Light Emitting Diode.
זו טכנולוגיה הידועה כבר משנות ה- 70 של המאה ה-20 (הומצאה בשנות ה-20) המתאימה גם לצילום סטילס וגם לוידאו, הסינרגיה שהתפתחה בין שני התחומים בשנים האחרונות מעודדת מאד את המעבר לשימוש בתאורת LED   שהופכת טובה וזולה יותר. לתאורת LED ניצולת אנרגטית גבוהה מאד של כ- 70%. עקרון הפעולה מבוסס על Electro Luminescence: פליטת אור בעקבות מעבר של זרם חזק או שדה חשמלי בחמרים מסויימים.

מבנה של LED ועקומה ספקטרלית:

led

טמפ׳ צבע של LED:

led2

מערכי LED לצילום סטילס ולוידאו:

led_lights_786

תאורת HMI

סוג תאורה זה מגיע מתחום הקולנוע: HMI: Hydrargyrum, Medium Arc Iodide. פרוש המילה   Hydrargyrum בלטינית הוא כספית. טכנולוגיה זו פותחה ע״י Osram ומבוססת על אדי כספית והלוגן בתוך שפופרת קוורץ. בניגוד לנורות טנגסטן וטנגסטן הלוגן בהן האור נפלט עקב התלהטות של חוט להט בנורות HMI האור נפלט מתערובת הגזים שבשפופרת. לתאורת  HMI טמפ׳ צבע של אור יום ועצמה חזקה ביותר דבר העושה אותה מתאימה להארת שטחים גדולים. עם זאת, מחיר הנורות גבוה מאד, אורך חייהן קצר והן רגישות למכות. בשנים האחרונות הופיעו בשוק מספר דגמים של פנסי HMI לצילום סטילס ולוידאו כאחד אולם מחיריהם עדיין גבוהים מאד ביחס לטכנולוגיות תאורה אחרות. עקרון פעולה: פריקה חשמלית.

מבנה של שפופרת HMI:

hmi

נורה ופנסי HMI:

hmi1

מבזק אלקטרוני

טכנולוגיית המבזק האלקטרוני שפותחה בשנת 1930 ע״י Edgerton כבשה בסערה את עולם הצילום והפכה לנפוצה ביותר לכל השימושים בכל הגדלים וההספקים, ממבזקים זעירים המובנים לתוך המצלמה ועד יחידות סטודיו גדולות וחזקות. טמפ׳ הצבע של אור המבזק היא כשל אור יום 5000-5500K עובדה העושה את המבזק מתאים לצילום בצבע ולשילוב אור יום עם תאורת מבזק ללא צורך במסננים. עקרון הפעולה: פריקה חשמלית.

דיון מורחב בעקרונות הפעולה, המאפיינים והישומים של מבזק אלקטרוני יסקרו בנפרד בחלק ג.

השוואה בין התכונות והמאפיינים של טכנולוגיות התאורה השונות:

light

השוואה בין טכנולוגיות התאורה השונות:

אור יום:
יתרונות: עצמה גבוהה, חופשי, ללא עלות. מגוון רחב של אפקטים, הרכב ספקטרלי אידיאלי.
חסרונות: תלות בעונות השנה, שינויים במהלך היממה, תלות במזג האויר, הרכב ספקטרלי משתנה.

טנגסטן:
יתרונות: הנורה מחוברת ישירות לרשת החשמל, נורות זולות יחסית, אין תלות בעונות השנה ובשעות היממה, מאפשר צילום בשעות החשיכה.
חסרונות: צריכת חשמל גבוהה, טמפ׳ צבע משתנה עם שינויי המתח וגיל הנורה, פליטת חום גבוהה, נצילות אנרגטית נמוכה ולכן עצמה נמוכה יחסית הגורמת לצורך בחשיפות ארוכות, דרוש WB מתאים, מהבהב.

HMI:
יתרונות: אור יציב וקבוע, טמפ׳ צבע יציבה, אין הבהוב תלוי רשת, פליטת חום נמוכה יחסית, איכות ספקטרלית של אור יום, מתאים לסטילס (סרט+דיגיטלי), וידאו וקולנוע (סרט+דיגיטלי), ניתן לשימוש במשולב עם מבזק אלקטרוני ואור שמש.
חסרונות: מחייב מערכת בקרה יקרה, אורך חיים קצר, רגישות מכנית.

מבזק אלקטרוני:
יתרונות: אור קבוע ויציב, טמפ׳ צבע איננה תלויה בעצמה, צריכת חשמל נמוכה, יעילות אנרגטית גבוהה, פליטת חום נמוכה, מאפשר זמני חשיפה קצרים מאד, ניתן להפעלה מסוללות, ניתן לשימוש יחד עם אור יום ותאורת HMI, בשימוש עם סרטי צילום איננו סובל מסטייה מחוק הגומלין.
חסרונות: דרוש ספק כח, ליחידות סטודיו דרושה תאורת כיוון (Modeling Light), יקר יחסית לרכישה, איננו מתאים לוידאו. פולט UV ו- IR.

LED:
יתרונות: אור קבוע ויציב, ניתן לשינוי לכל טמפ׳ צבע דרושה, יעילות אנרגטית גבוהה מאד, פליטת חום נמוכה מאד, אינו פולט UV ו- IR. ניתן לישום במארזים קטנים וקלים, צריכת חשמל נמוכה, מתאים להפעלה מסוללות, מתאים לשימוש בסטילס ובוידאו, ניתן לשימוש בשילוב מקורות אור אחרים באותה טמפ׳ צבע.
חסרונות: חלש יחסית, אור קשה וקשה למיקוד מאחר ונוצר ע״י ריבוי מקורות זעירים.

הסבר, מתחום הקולנוע, על היתרונות והחסרונות של תאורת LED.

ולסיום, סרטון מצויין הסוקר ומשווה בין טכנולוגיות התאורה השונות.

עדכון 16.02.16: מאמר מעניין העוסק בהשוואת העוצמה של סוגי תאורה שונים. מיועד בעיקר לעוסקים בקולנוע וטלוויזיה אולם יחכים גם צלמי סטילס.

הערות, הארות ושאלות יתקבלו בברכה!

גבי

48. טכנולוגיות תאורה לצילום, חלק א: מבוא לאור ותאורה

48. טכנולוגיות תאורה לצילום,        חלק א: מבוא לאור ותאורה

היגיע הזמן לחזור שוב ליסודות. בסדרת הפוסטים הבאה אסקור מספר טכנולוגיות נפוצות לתאורה בצילום עם התמקדות בעקרונות הפעולה של מבזק אלקטרוני ויישומים של מבזק אלקטרוני. החומר הינו ברמה למתקדמים, ומתאים לסטודנטים לצילום בתכניות לימוד אקדמיות ולחובבים המעונינים להרחיב את הידע הטכני שלהם.

להלן רשימת הנושאים,  לפי מספר הפוסט בו יופיעו:

פוסט מס׳ 48: טכנולוגיות תאורה לצילום, חלק א: מבוא לאור ותאורה

מהו אור? תורת הגלים, אנרגיה אלקטרומגנטית, שדה חשמלי, שדה מגנטי, אורך גל, תדר, משרעת, תאוריית הקוואנטים, פוטונים.

יצירת אור: שריפה, חימום בוואקום, ניצוץ- קשת חשמלית, פריקה חשמלית, הארה, הארה אלקטרונית,

איכות צבעונית של אור, עקומה ספקטרלית, טמפ׳ צבע, ספקטרום רציף ולא רציף, טמפ׳ צבע מקבילה,  CRI, חוק הריבועים ההפוכים.

יחידות של אור: עצמת הארה, שטף האור, אור נופל ואור חוזר.

פוסט מס׳ 49: טכנולוגיות תאורה לצילום חלק ב: סוגי תאורה, המבזק האלקטרוני

היסטוריה של התפתחות טכנולוגיות התאורה: נורות טנגסטן וטנגסטן הלוגן, נורה פלורסנטית, LED, HMI, מבזק אלקטרוני.

היסטוריה של התפתחות המבזק, מבנה מבזק אלקטרוני, שפופרת ההבזקה,סוגי שפופרות, פריקת המטען, משך ההבזקה, עצמת האור,  GN.

סוגי מבזקים, שיקולים בבחירת מבזקי סטודיו

פוסט מס׳ 50: טכנולוגיות תאורה לצילום, חלק ג: ישומי מבזק אלקטרוני

סינכרוניזציה של מבזק עם סגר מישור המוקד

ישומי מבזק: אור ישיר, אור מילוי, אור מוחזר, שילוב מבזק עם אור יום, עין אדומה, מפזרי אור, הפעלה מרחוק.

מדידת אור עם מבזק

Fast Sync, Slow Sync, Rear Curtain Sync, Front Curtain Sync

שליטה בצבעוניות, שימוש בג׳לים

Strobe

כפי שאתם רואים מדובר בלא מעט חומר, אז ניגש לחלק הראשון העוסק במבוא לאור ותאורה. קצת פיסיקה, לא לחשוש, הכל יוסבר באופן ברור ופשוט!

הצילום הראשון של נייפס מ-1826 נוצר לאחר  כ- 8 שעות חשיפה לאור השמש. מאז ועד היום אור השמש מהווה מקור אור מענין, מסתורי, תמיד בזרימה ומשתנה כל הזמן ובכל מקום.

02Photo_History

סרטון Time Lapse נחמד המתאר את השתנות האור לאורך עונות השנה תוכלו לראות כאן.

עם זאת, אחד החסרונות העיקריים של אור השמש הוא חוסר האפשרות לשלוט בו: מזג האויר, שעת היום, עונות השנה ושלל גורמים נוספים גורמים לאור השמש להיות בלתי צפוי. פעמים רבות התנהגות זו צופנת בחובה אפשרויות חזותיות רבות לצילום אולם במקרים רבים דרושים לצלם תנאי צילום ידועים ונשלטים. לכן, מאז המצאת הצילום שאפו צלמים לפתח מקורות אור מלאכותיים בעלי תכונות דומות לאור השמש אולם ניתנים לשליטה מוחלטת של הצלם. בסופו של דבר, בבסיס כל צילום טוב עומדת השליטה באור ובתאורה.

מהו אור?

לשאלה זו אין תשובה פשוטה ונחוצות שתי תאוריות פיסיקליות מקובלות על מנת לענות עליה: תאוריית הגלים ותאוריית הקוואנטים.

האור הנראה הוא חלק צר מתחום רחב של גלים אלקטרומגנטיים אותו אנו מסוגלים לחוש באמצעות מערכת הראייה האנושית.

אנרגיה אלקטרומגנטית נוצרת כאשר אלקטרונים המקיפים את גרעין האטום חוזרים למסלול קרוב יותר לגרעין לאחר שאנרגיה ממקור חיצוני הרחיקה אותם ממנו. בתהליך החזרה למסלול הקרוב יותר לגרעין נפלטת אנרגיה הנקראת אנרגיה אלקטרומגנטית. אחד המופעים של אנרגיה זו הוא האור הנראה.

787px-EM_spectrum.svg                                                                                        מקור: Wikipedia

אלקטרון העולה ויורד בין מסלולים המקיפים את גרעין האטום נקרא אלקטרון רוטט. במהלך המעבר בין המצבים האנרגטיים האלקטרון יוצר שדה חשמלי. כל שינוי  בשדה החשמלי משפיע גם על השדה המגנטי ולכן האנרגיה המשתחררת בתהליך נקראת אנרגיה אלקטרומגנטית.

השינויים בשדה החשמלי גורמים לשינוי תזזיתי בשדה המגנטי המתפשט לכל הכיוונים. זוהי למעשה הקרינה האלקטרומגנטית הנעה כגל, בעל אורך גל נתון ותדר נתון.

electronwavelengthwaveאורך הגל תלוי בתדר שלו (מספר הפעמים בשניה בהם הוא עולה ויורד), האנרגיה פרופורציונלית לתדר: ככל שאורך הגל קצר יותר האנרגיה גבוהה יותר ולהפך. אורך הגל משפיע על תחושת הצבע שלנו: אור באורך גל של 400 ננומטר (ננו מטר = עשר בחזקת מינוס 9 של המטר) גורם לתחושה אותה אנו מכנים ״כחול״ ואילו אור באורך גל של 500 ננומטר גורם לתחושה אותה אנו מכנים ירוק. גובה הגל נקרא משרעת (Amplitude) וקובע את עצמת הגל, הבאה לידי ביטוי באור הנראה כבהיקות (Luminosity) שלו.

675px-EM_Spectrum_Properties_edit.svg                                                                                    מקור: Wikipedia

בכוחה של תאוריית הגלים להסביר תופעות רבות הקשורות לאור אולם היא נכשלת בהסברת תופעות רבות אחרות. לצורך כך מגייסים את תאוריית הקוואנטים (מנות) שפותחה ע״י אלברט אינשטיין בראשית המאה העשרים. עפ״י תאוריית הקוואנטים האור מורכב מ״מנות״ קטנות של אנרגיה במסה קבועה. מנות אלו נקראות פוטונים (Photons).

כיצד נוצר פוטון?

גרעין האטום מורכב מפרוטונים כבדים בעלי מטען חשמלי חיובי ומנויטרונים חסרי מטען. אלקטרונים טעונים במטען שלילי (שמסתם היא 1/2000 מזו של פרוטון) סובבים את הגרעין. בתנאים מסויימים עשוי פרוטון לאבד את מטענו ולהפוך לניוטרון. תהליך זה, הנקרא בשם התפוררות בטא גורם ליצירת עוד שני חלקיקים קלי משקל: הנויטרינו (שהוא אלקטרון חסר מטען) והפוזיטרון (שהוא אלקטרון בעל מטען חיובי). הימצאותם של חלקיקים אלו הוכחה בניסויים רבים.

atomכאשר פוזיטרון (בעל מטען חיובי) פוגש אלקטרון רגיל (בעל מטען שלילי) המטענים הנגדיים מבטלים זה את זה. המסה המזערית של שני החלקיקים נעלמת והופכת לאנרגיה. אנרגיה זו באה לידי ביטוי כשני פוטונים (מנות) של אור בתהליך הידוע כ״השמדה הדדית״ (Mutual Annihilation).

mutualתהליך זה הינו הפיך: כאשר קרינה אלקטרומגנטית מגיעה לסביבתו של גרעין האטום בכוחה לשחרר אלקטרון ופוזיטרון. תהליך היצירה ההדדית ממיר שני פוטונים לזוגות המקוריים של אלקטרון-פוזיטרון.

כיצד ניתן ליצור אור?

  1. ע״י שריפה בנוכחות חמצן: להבה מחומר הניתן לשריפה: נרות, מנורות שמן, גפרורים, סרט מגנזיום, אבקת הבזקה, נורות הבזקה ועוד. חסרונות: חום, עשן, ריח ויעילות אנרגטית נמוכה מאד (כלומר רוב האנרגיה מתבזבזת ולא באה לידי ביטוי כאור).
  2. חימום בוואקום (ריק): פילמנט פחם או טנגסטן בנורות להט (Incandescent Lamp) חשמליות. חסרונות: חום, אורך חיים קצר, יעילות אנרגטית נמוכה.61T2rtBiXEL._SL1024_     נורת להט המבוססת על פילמנט (חוט) טנגסטן בתוך שפופרת ריק. מקור: Amazon
  3. ע״י ניצוץ או קשת חשמלית: קשת פחם. עברת מתח גבוה בגליל פחם דק.
  4. פריקה חשמלית (Discharge): בגז או אדי מתכת, מבזק אלקטרוני, נורה פלורסנטית, HMI
  5. הארה (Luminesence): זרחן, נורות אדי נתרן וכספית
  6. הארה אלקטרונית Electro Luminesence :LED
    מושגי יסוד בתאורה:
    מקורות האור השונים נבדלים זה מזה במספר תכונות, הנגזרות מאופן יצירת האור ומגורמים נוספים.

    איכות צבעונית (Spectral Quality): הקרינה מרוב מקורות האור הינה תערובת של אור באורכי גל שונים. הגוון של האור או איכותו הצבעונית משתנה בהתאם להתפלגות האנרגיה בכל אורך גל בספקטרום. רוב מקורות האור לצילום יוצרים אור הנקרא ״אור לבן״: זהו מושג מעורפל, הרומז לכך שמבחינה חזותית לא חסר באור הרכב מסויים של אורכי גל, אולם אינו מציין שום הגדרה מדוייקת של הצבע. קיימים סוגים רבים של ״אור לבן״ השונים בהרכבם הספקטרלי מזה של אור היום בצהריים הנחשב לאור לבן קלאסי.
    עקב התופעה הנקראת  הסתגלות (Color Constancy) אין הדבר מהווה בעיה עבורנו בחיי היום יום: העין נוטה להסתגל לכל מקור תאורה ולראות אותו כלבן אולם אמצעי הצילום השונים אינם מתנהגים כך. ניתן לתאר את התכונות הצבעוניות של מקור אור באמצעות עקומה ספקטרלית המתארת את העוצמה היחסית של כל אורך גל על פני הספקטרום הנראה.

    להלן עקומות ספקטרליות של מספר מקורות אור המשמשים לצילום:
    sc
    טמפ׳ צבע (Color Temp
    ): בצילום, האופן המועדף לתאור התכונות הצבעוניות של מקור אור הוא באמצעות המושג טמפ׳ צבע. מושג זה מוגדר באמצעות מה שנקרא בפיסיקה ״גוף שחור״ (Black Body): גוף הפולט קרינה אך ורק כתלות בטמפ׳ שלו ולא בסוג או אופי החומר ממנו הוא עשוי. הגוף השחור נקרא גם ״מקרן מושלם״ (Perfect Radiator) היות והוא פולט את כל האנרגיה שקלט.
    אם כך, טמפ׳ הצבע של מקור אור מוגדרת כטמפ׳ בה הגוף השחור יפלוט אור בהרכב ספקטרלי זהה לזה שפולט מקור האור אליו אנו רוצים להשוות אותו.
    טמפ׳ צבע נמדדת בסולם מעלות קלווין (Kelvin) בו האפס הוא 273- מעלות צלזיוס, נקודה הידועה כאפס המוחלט.
    לדוגמא, לאור יום סטנדרטי טמפ׳ צבע של 5500 מעלות קלווין: אם היינו מחממים את הגוף השחור לאותה טמפ׳ הוא יפלוט אור בעל הרכב ספקטרלי זהה לזה של אור יום.
    לנורת טנגסטן ביתית טמפ׳ צבע של 2800 מעלות קלווין, כלומר יש לחמם את הגוף השחור לטמפ׳ זו כדי לקבל אור בעל התפלגות ספקטרלית זהה לזו של נורה מסוג זה. להלן טבלה המראה את טמפ׳ הצבע של מספר מקורות אור ואת ההרכב היחסי של האדום, הכחול והירוק בכל אחד מהם:
    ctct1
    להלן טבלה המשווה את טמפ׳ הצבע של מספר מקורות אור לצילום:

    ct2spטמפ׳ צבע מקבילה (Equivalent Color Temp): מונח זה משמש לצורך תאור האפיון הספקטרלי של מקורות אור אשר הספקטרום שלהם איננו רציף, בעיקר נורות פלורסנטיות. במקרה זה מקור האור איננו מתנהג כמו הגוף השחור אשר לו ספקטרום רציף ולכן אי אפשר להגדיר את איכותו הספקטרלית באמצעות המונח ״טמפ׳ צבע״: במקום זאת אנו מגדירים את המונח החלופי ״טמפ׳ צבע מקבילה״ ומציינים גם את מידת הקרבה של איכותו של האור לאיכות הספקטרלית של המקור איליו אנו משווים: לדוגמא, נורת פלורסנט מסוג Daylight, בעלת ערך  CRI: Color Rendering Index של 90 הינה בעלת איכות ספקטרלית הקרובה ב-90% להרכבו הספקטרלי של אור יום רציף אמיתי.sp2

  7. חוק הריבועים ההפוכים (Inverse Square Law): עצמת האור נופלת עם המרחק בריבוע. כלומר: כאשר המרחק בין מקור האור לבין הנושא מוכפל, עצמת האור הנופלת על הנושא יורדת פי 4.isl
    יחידות של אור
    כל מקור אור שולח זרם של אנרגיה (פוטונים) לחלק או לכל הכיוונים בחלל. משתמשים ביחידות שונות למדידת אנרגיה זו. כצלמים, היחידות הרלבנטיות הן היחידה הבסיסית של עצמה (Intensity) ויחידות נוספות הנגזרות ממנה.
    1. עצמת ההארה (Luminous Intensity, I): יחידה זו מודדת את הכח של מקור אור. כיום משתמשים ביחידה הנקראת נר (Candela, cd), שהיא 1/60 של האנרגיה הנפלטת מ- 1 סמ״ר של פלטינה המחוממת לנקודת ההתכה שלה. לדוגמא, הכח של נורת טנגסטן הוא 1cd לכל 0.5 וואט של הספק חשמלי, כלומר נורה בהספק של 100 וואט תפלוט אור בעצמת הארה  200cd.
    ביחידה זו משתמשים גם כדי לציין את עצמת ההארה הנפלטת משטח מסויים, ביחידות של נר למ״ר cd/sq.m.
    1Candela/sq.m = עצמת האור של משטח בעל החזר של 100% עליו נופל אור של 1Lux.
    לדוגמא, עצמת האור הנפלטת מצג מחשב יכולה להגיע ל- 300 נר למ״ר.

    אור נופל ואור חוזר:
    במדידת אור חוזר אנו מודדים בהיקות (Illumination). במדידת אור נופל אנו מודדים הארה (Luminance).

    Parallels DesktopScreenSnapz007
    2. שטף האור (Luminance Flux): השטף האורי מתאר את זרימת האנרגיה המוקרנת ממקור אור ונמדד ביחידות הנקראות Lumen.
    1Lumen הוא סה״כ השטף האורי שמקור אור בעל עצמת הארה של 1cd פולט לתוך חרוט (בעל מידות נתונות) בחלל.

    cp3

3.  לוקס Lux היא יחידת מידה בה משתמשים למדידת עצמת האור הנופל על האזור לו הוא מיועד. לוקס אחד הוא עצמת האור הנופל על משטח הקולט Lumen אחד למ״ר. לדוגמא, ביום שמש בהיר עצמת האור עשויה להגיע ל- 100,000 לוקס. באיצטדיון כדורגל מואר היטב תגיע עצמת האור ל- 1000 לוקס ובחדר ממוצע עצמת האור היא כ- 250 לוקס.

4. מאחר ובצילום יש חשיבות לא רק לעצמת האור אלא גם לזמן החשיפה, משתמשים ביחידות של Lux/Sec לוקס לשניה, כדי לתאר את עצמת האור המגיעה לאזור מסויים בשניה אחת.

cp5cp6
עד כאן החלק הראשון בנושא זה. סקרנו את העקרונות עליהם מבוססים האור והתאורה, אופנים שונים של יצירת אור וכיצד מודדים אור.
בחלק הבא נתרכז במספר טכנולוגיות תאורה ובעיקר במבזק האלקטרוני.
שאלות, הארות והערות יתקבלו בברכה!

47. Canon הכריזה על חיישן תמונה עם 250MP ועל מצלמת DSLR עתידית עם 120MP

47. Canon הכריזה על חיישן תמונה עם 250MP ועל מצלמת DSLR עתידית עם 120MP

מזה יומייים אנו ״נהנים״ מסופת חול ואבק המספקת מראות עוצמתיים אבל למרבה הפלא לא שלפתי את המצלמה ולא צילמתי אפילו ״פריים״ אחד. מן הסתם אחת הסיבות לכך היא ההכרזה של Canon מלפני מספר ימים על חיישן תמונה חדש עם 250 מליון פיקסלים. ולי ב-Sony A7 המסכנה שלי יש רק 24 מליון פיקסלים…, פחות מעשירית מאשר בחיישן החדש.

אין אתר צילום וטכנולוגיה המכבד את עצמו שלא הקדיש לפחות מספר שורות להכרזה זו, אחרי הכל אין (כמעט) דבר שצלמים אוהבים  יותר מאשר התיחסויות למרוץ המגפיקסלים הבלתי נגמר. אם כך, ולמרות שמספר הקוראים שלי לא מגיע אפילו לאלפית מזה של אתר ידוע כמו
DP Review (נראה שסופת האבק הביאה איתה גם פרץ כלשהו של רגשי נחיתות…) החלטתי שאין ברירה וגם עלי להתייחס כאן להכרזה זו.

על מנת לשים דברים בפרופורציות הראויות אזכיר כי בתחום הצילום המסחרי מלך המגפיקסלים הוא חיישן בפורמט בינוני בעל 80MP המשולב במצלמות בפורמט בינוני במחיר של $30-40,000 (כגון Phase One). חיישן זה, כנראה מתוצרת Teledyne-Dalsa פותח כבר לפני מספר שנים ונמצא בשימושם של צלמים הזקוקים לכושר ההפרדה הגבוה ולשאר גורמי האיכות המאפיינים מצלמות בפורמט בינוני. בתחום ה- DSLR מלכת המגפיקסלים היא ה-  Canon 5DS ואחותה התאומה 5DSR  עם 50MP בפורמט 24X36 מ״מ (Full Frame) כאשר ההבדל העיקרי ביניהן נובע מסוג מסנן ה-Anti Alias הנמצא לפני החיישן. אחריהן בסולם מתייצבת ה- Sony A7R II, מצלמה חסרת מראה עם 42MP גם היא מצויידת בחיישן בפורמט 24X36 מ״מ ואחריה ה- Nikon D810 עם חיישן באותו הפורמט אבל עם 36MP בלבד…

חשוב לציין ששיאניות המגפיקסלים של Canon, Nikon ו- Sony נמכרות במחיר שהוא כעשירית ממחירי הדגמים בפורמט הבינוני, כ- $3,500.

ובהמשך נמצא את כל שאר המצלמות, כל אחד יוכל למקם את המצלמה שלו במקום המתאים על סקלת המגפיקסלים ולהיות מרוצה, מי יותר ומי פחות.

בואו נזכור שהמדובר כאן על מספר הפיקסלים על חיישן יחיד בחשיפה אחת, לא על ביצוע מספר חשיפות עוקבות ו״תפירת״ הצילומים ולא על חיבור של מספר חיישנים ליצירת חיישן ענק או על סריקה. כמו כן קיימים מספר חיישנים גדולים בעלי מספר גבוה של פיקסלים לצרכים אסטרונומיים ולצילום אויר – תחום בפני עצמו.

Canon הוציאה הודעה לעיתונות הכוללת 2 צילומים, אחד של החיישן עצמו והשני של מצלמת הדגמה עם עדשה. הצילומים לפניכם:

canon-250mp-sensor-640x360canon-250mp-prototype-cameraבצילום העליון נראה שבב החיישן עצמו. בצילום התחתון נראית מצלמת הדגמה (למעשה קופסת מתכת עם השבב ומערכת האלקטרוניקה בתוכה) עם עדשה 35 מ״מ. מקור: http://www.canon.com/news/2015/sep07e.html

מספר גבוה כזה של פיקסלים דורש ״פינוי״ כמות מידע עצומה מן החיישן לצורך רישום הקובץ הנוצר. ואכן Canon  טוענת שפיתחה יכולת לפרוק 1.25 מיליארד פיקסלים בשניה, וכי החיישן החדש מסוגל לצלם וידאו באיכות גבוהה פי 125 מאיכות HD הסטנדרטית, אם כי בקצב בלתי מספק של 5 מסגרות לשניה בלבד, לעומת 24-25 מסגרות לשניה הנחשבות כמינימום המקובל.
גם בצילום סטילס גודלי הקבצים הם מפחידים, 250 מליון פיקסלים יצרו קובץ RAW במשקל של 300-400 מגבייט כל אחד או קובץ RGB  לא דחוס במשקל של כ- 750 מגבייט כל אחד. כמובן שדחיסת הקבצים בפורמט JPEG תאפשר להקטין את משקלם בהרבה. אגב, קבצים גדולים ניתנים לדחיסה ביחס גבוה עם פגיעה קטנה באיכות לעומת קבצים קטנים יותר.

כל היכולת הטכנולוגית הזו בהחלט מרשימה ומהווה התפתחות משמעותית מאז ההכרזה של Canon  משנת 2010 על חיישן באותו הגודל אבל ״רק״ עם 120 מליון פיקסלים.
החיישן החדש הוא בגודל של 29.2X20.2 מ״מ, קרוב ל- APS-H. יחס ה- Crop לעומת 24X36 הוא 1.3.

FirefoxScreenSnapz009לפני שנתלהב יותר מדי צריך להביא בחשבון מספר גורמים נוספים: מדובר בגודל פיקסל של 1.5 מיקרון. לצורך השוואה, הפיקסלים בחיישן של מצלמה  כמו ה- Canon 5DS  הם בגודל של 4.1 מיקרון (מיקרון=אלפית המ״מ). ככל שהפיקסל קטן יותר הוא פחות יעיל מבחינת יכולת קליטת האור שלו בזמן החשיפה ולכן יחס האות לרעש שלו יהיה נמוך יותר. Canon אינה מצטיינת בנושא הטווח הדינמי של החיישנים שלה, יהיה מענין לראות צילומים אמיתיים שצולמו עם החיישן החדש הזה.

לגבי כושר ההפרדה, Canon מציינים שניתן לצלם איתו מטוס ממרחק של 18 ק״מ ולהיות מסוגלים לקרוא את הכיתוב על המטוס (לא צויין מה אורך המוקד של העדשה, גורם חשוב לכל הדעות). נחכה ונראה, כי כאן נכנס למשוואה גורם נוסף: איכות העדשה. התייחסתי כבר בפוסטים קודמים לקשר הלא פשוט בין כושר ההפרדה של החיישן לבין כושר ההפרדה של העדשה. כדי להביא לידי ביטוי את כושר ההפרדה של חיישן עם 250 מליון פיקסלים בגודל 1.5 מיקרון יהיה צורך בעדשה בעלת כושר הפרדה מתאים. אם נסתכל בדפי המידע על עדשות באתר DXO Mark נראה כי לרוב כושר ההפרדה של העדשות, גם הטובות ביותר אינו מאפשר להביא לידי ביטוי מלא את כושר ההפרדה של החיישנים בעלי מספר הפיקסלים הגבוה ביותר כיום, בין 36 ל-50 מגפיקסלים. כמו כן, תידרש יציבות מופלאה של המצלמה בזמן הצילום, כל תזוזה, ולו הקלה ביותר תגרום למריחה עקב הגודל זעיר של הפיקסלים. אני מעריך כי יהיה קשה מאד להרכיב את החיישן הזה במצלמת DSLR עם מראה עקב ההשפעה השלילית של תנועת המראה לפני החשיפה על יציבות המצלמה.

יש לתת את הדעת גם להשפעת תופעת העקיפה (אליה התייחסתי בהרחבה בפוסטים קודמים, מס׳ 2 ומס׳ 38): ככל שגודל הפיקסל קטן יותר השפעתה  המרככת של העקיפה מורגשת בצמצם פתוח יותר. במצלמות כגון ה- Canon 5DS, 5DR הנקודה מוגבלת העקיפה היא בסביבות צמצם 7-8. בחיישן עם 120MP בגודל   APS-H  נקודה זו תגיע כבר בסביבות צמצם 4: כלומר עדשות רבות בהן הצמצם הפתוח ביותר הוא מעל 4 תהיינה בעייתיות בהקשר זה. ולגבי חיישן עם 250MP, אפשר יהיה להימנע מהשפעת העקיפה רק עם עדשות בעלות מפתח צמצם מירבי של 2.8.

מגבלה נוספת היא שאף כרטיס זיכרון הקיים כיום לא יוכל לעמוד בקצב המידע המוזרם ע״י חיישן כזה וגם לכך יהיה צורך למצוא פתרון מתאים, ולא בדמות מקליט חיצוני יקר בעלות של אלפי דולרים.

וכן, נזדקק גם למחשב חזק עם המון זיכרון ברמות שלא הכרנו, כך שלהמון מגפיקסלים יש המון יתרונות אבל גם המון חסרונות.

בכל מקרה, הטכנולוגיה ממשיכה לדהור קדימה ואין ספק כי נראה בעתיד את השפעתה של היכולת שהיציגה Canon משולבת במוצרים לצרכים שונים, בשלב הראשון לצרכים תעשייתיים ובהמשך, אולי, גם למוצרי מדף המיועדים לצלמים ובמחירים שפויים. יהיה מענין, נמשיך לעקוב!

ואכן, Canon לא מפסיקה להפגיז השבוע, הכרזה מהיום (10.9.15) על מצלמת DSLR עתידית עם 120MP, כנראה מבוססת על החיישן שהוצג ב- 2010 ומצלמות וידאו 8K. כבר אמרתי שלא יהיה משעמם?

עדכון 20.10.15: הדגמה של יכולות הרזולוציה וכושר ההפרדה של החיישן עם 250MP תוכלו למצוא כאן.

עדכון 31.10.15: יש שמועות על כך שהחיישן בעל  120MP איננו מבוסס על מערך Bayer הקלאסי לצורך יצירת הצבע אלא על שיטת השכבות בדומה לחיישן X3 של Foveon-Sigma. ליתר פירוט ולהסבר לחצו כאן.

עדכון 27.11.15: מאמר מענין בנושא החיישן החדש וחידושים טכנולוגיים בכלל.

עדכון 10.1.17: Canon עדיין עובדת על פיתוח החיישן בעל 250MP