בפרק הרביעי בסדרת הפוסטים על עדשות ועצמיות אדון בנושאים הבאים:

6. הקשר בין גודל החיישן, זווית הראיה של העצמית, הצמצם וה- ISO
7. כושר הפרדה של עצמיות והקשר שלו לכושר ההפרדה של חיישני התמונה

הקשר בין גודל החיישן, זווית הראיה של העצמית,הצמצם וה- ISO:

כידוע קיימים מספר פורמטים של חיישני תמונה, למן החיישנים הזעירים שבסמארטפונים ועד לגדולים שבמצלמות הפורמט הבינוני. קיים קשר הדוק בין גודלו של חיישן התמונה לבין אורך המוקד הדרוש של העצמית, זווית הראייה שלה וכושר הכיסוי שלה. בנוסף לכך לגודל החיישן השפעה על הצמצם האפקטיבי ועל ה- ISO האפקטיבי.

מספר פורמטים נפוצים של חיישני תמונה אלקטרוניים במצלמות דיגיטליות

זווית הראייה הדרושה לחיישן בפורמט מלא (Full Frame 24X36) ובפורמט Crop

השוואה בין זווית הראייה של שלושה פורמטים נפוצים של חיישני תמונה

השפעת גודל חיישן התמונה וגורם החיתוך (Crop Factor) על אורך המוקד המעשי וזווית הראייה המעשית: אורך המוקד האמיתי X גורם החיתוך

דוגמא: עצמית באורך מוקד אמיתי של 50 מ"מ מורכבת על מצלמה עם חיישן בעל יחס חיתוך של 1.5: באופן מעשי נקבל זווית ראייה (צרה יותר) של עצמית באורך מוקד של 75 מ"מ. חשוב להבין שאין כאן אפקט Tele אלא הקטנת זווית הראייה בלבד!

השפעת גודל חיישן התמונה וגורם החיתוך (Crop Factor) על הצמצם המעשי:
הצמצם האמיתי X גורם החיתוך

דוגמא: צמצם אמיתי של 2.8 בעצמית המורכבת על מצלמה עם חיישן בעל יחס חיתוך של 1.5: באופן מעשי נקבל צמצם 4.2, ובהתאם כמות האור שתגיע לחיישן תהיה פחות מחצי מזו שהיתה מגיעה לחיישן FF.

ומה לגבי ISO?

השפעת  גורם החיתוך על ה-ISO האמיתי: ערך ISO אמיתי X גורם החיתוך בריבוע

דוגמא: ערך ISO ב-FF הוא 100. ערך ISO מעשי במצלמה עם גורם חיתוך של 1.5 = 225!

נבדוק דוגמא של מצלמה בעלת חיישן קטן בגודל 13.2X8.8 מ"מ, Sony RX10.
היצרן מציג את העצמית כבעלת אורך מוקד של 24-200 מ"מ אבל אלו הם אורכי המוקד שהיו אילו היה במצלמה חיישן FF. בפועל, העצמית היא בתחום אורכי המוקד האמיתיים 8-67 מ"מ, ורק לאחר הכפלה בגורם החיתוך 3 מתקבל התחום כפי שהוא מפורסם ע"י היצרן.

העצמית מפורסמת כבעלת צמצם מירבי של 2.8 על פני כל תחום אורכי המוקד, לכאורה, הישג אופטי יפה. אולם, בשקלול גורם החיתוך מדובר על צמצם 7.6, הרבה פחות מרשים…

ערך ISO100  הוא למעשה 900, ולכן כבר ב"100" ניתן להבחין ברעש ללא מאמץ…

מכאן קל להבין את איכות הצילומים המתקבלת מטלפונים סלולריים… בהם גורם החיתוך עובד שעות נוספות.

היתרון העיקרי של מצלמות עם חיישנים קטנים הוא הצורך בעצמיות קטנות, קלות וזולות יותר.
לאור כל הנ״ל, להחלטה על פורמט מסויים של חיישן תמונה יש השלכות משמעותיות לגבי העצמיות בהן נשתמש.

כושר הפרדה (Resolving Power) מודד את יכולתו של התקן הדמייה להפריד בין  נקודות בנושא הנמצאות במרחק זוויתי קצר זו מזו. כושר ההפרדה של ההתקן יהיה תוצר של כושר ההפרדה של העצמית במשולב עם כושר ההפרדה של חיישן התמונה שבמצלמה. תוצר זה יקבע מה יהיה כושר האבחנה של הדימוי הנוצר (Image Resolution). יש לזכור שכושר ההפרדה של העצמית מוגבל ע״י תופעת העקיפה (Diffraction) אליה התייחסתי בפוסט הקודם וכן ע״י סטיות (Abberations) של העצמית אליהן אתייחס בהמשך ואילו כושר ההפרדה של חיישן התמונה מוגבל ע״י מספר הפיקסלים שלו וכן ע״י רמת הרעש שהוא מייצר במהלך תהליך יצירת הדימוי הדיגיטלי. בכל מקרה ברור שצריכה להיות התאמה בין כושר ההפרדה של העצמית לכושר ההפרדה של חיישן התמונה אחרת הגורם בעל כושר ההפרדה הנמוך יותר יגביל את כושר האבחנה של הדימוי שיווצר.
כושר ההפרדה המירבי של מערכת הדמיה תלוי בכושר ההפרדה של סרט הצילום או חיישן התמונה האלקטרוני ושל העצמית, ומתקבל בקירוב טוב ע"י הנוסחה: כאשר:
S=כושר ההפרדה של המערכת (עצמית+חיישן)
F=כושר ההפרדה של  חיישן התמונה האלקטרוני
L=כושר ההפרדה של העדשה
כולם בזוגות קווים למ"מ (lp/mm)

מכאן נובע, כי שיפור באחד מן הגורמים אינו יעיל מאחר וישפיע באופן מזערי על התוצאה הכללית. רק כאשר כושר ההפרדה של העצמית והחיישן תואמים ניתן להתקרב לביצועים המירביים שלהם. נושא כושר ההפרדה הוא מסובך למדי מאחר ולא ניתן להפריד אותו מגורמים נוספים המשפיעים על ביצועי העצמית. לכן פותח מדד (MTF (Modulation Transfer Function אותו אסקור בחלקה השביעי והאחרון של סדרה זו וכן מדד האיכות לעצמיות של  DxOMark שגם הוא יסקר באותו הפוסט.

שני גורמים התורמים לכושר ההפרדה הם חדות (Sharpnness) ואקיוטנס (Acutance):

חדות קשורה לכושר ההפרדה של החיישן והעצמית. אקיוטנס משמעותה מהירות המעבר בין בהיר לכהה:

ראו את הדוגמא הבאה על מנת להבין את שני המושגים הללו והקשר בינהם:

מקור: Cambridgeincolour.com

חשוב להזכיר כי מעבר לכושר ההפרדה הנתון של העצמית והחיישן קיימים גורמים מעשיים נוספים שישפיעו על כושר האבחנה של הדימוי הסופי:
1. רעידות המצלמה בזמן החשיפה, כולל זו הנגרמת מפעולת המראה (במצלמות DSLR) והסגר
2. טעויות במיקוד, הן של מערכת המיקוד האוטומטי והן של הצלם בעת שימוש במיקוד ידני
3. שטח העדשה: בקצוות תמיד כושר האבחנה יהיה נמוך יותר מאשר במרכז
4. הצמצם: בצמצמים פתוחים תתקבל תוצאה פחות חדה שתלך ותשתפר עם סגירת הצמצם עד לצמצם בו מגבלת העקיפה מבטלת את תוספת החדות
5. ניגוד הנושא המצולם: נושא בניגוד גבוה יראה חד יותר מנושא בניגוד נמוך שצולם באותם התנאים
6. המרחק בין המצלמה לנושא וכמות האובך באויר: ככל שמרחק המצלמה מן הנושא עולה כושר האבחנה של הדימוי ירד, גם עקב ההקטנה וגם עקב נוכחות אובך, אבק, עשן ושאר חלקיקים באויר

מאמר מפורט מאד (לגיקים בלבד…) בנושא כושר הפרדה של עצמיות וחיישנים ניתן לקרוא כאן.

בפרק הבא בסדרה זו אדון בסטיות של עצמיות ובנושא הבוקה.

השפעת הצמצם וגורמים נוספים על עומק השדה בצילום:

בעצמיות מודרניות הצמצם הינו התקן אלקטרו-מכני הנמצא בתוך מכלול העצמית ותפקידו לקבוע את כמות האור שתעבור דרך העצמית בזמן החשיפה (הנקבע בנפרד ע״י מהירות הסגר). בעצמיות ישנות הצמצם הינו התקן מכני ידני.

ככל שהצמצם פתוח יותר (מספר צמצם נמוך) יחדור יותר אור לעצמית במהלך החשיפה ולהפך

מספרי הצמצם, הידועים כמספרי f הינם המנה המתקבלת מחלוקת אורך המוקד של העצמית בקוטר העצמית. מספרים אלו הינם אוניברסליים ומשמעותם זהה בכל עצמית שהיא: סגירת הצמצם בתחנת צמצם אחת (סטופ) מפחיתה את כמות האור לחצי מן הכמות שעברה בתחנה הקודמת לה. (בהסתייגות אחת: נפילת האור בתוך העצמית איננה מובאת בחשבון במספר הצמצם. לצורך כך פותחו מספרי ה-T שהם מספרי צמצם מוכפלים בגורם ההעברה של העצמית. מספרי T מקובלים בעצמיות המשמשות לקולנוע וטלוויזיה, שם חשוב לשמור על רמת חשיפה זהה בין עצמיות שונות). בד״כ, מספר הצמצם הנמוך ביותר (פתוח) של העצמית מקובל כגורם איכות המאפשר צילום ומיקוד אוטומטי בתנאי תאורה ירודים. עם זאת, באופן כללי ניתן לומר כי בצמצם הפתוח ביותר של כל עצמית הדימוי הנוצר יהיה פחות חד (בעיקר בקצוות המסגרת) ויותר רך (פחות ניגודי) מאשר בצמצמים סגורים יותר. כל הסטיות האופטיות של העצמית (בהן אדון בפוסט נפרד) משפיעות יותר בצמצם פתוח. עצמיות בעלות מפתח צמצם מירבי גבוה הינן גדולות, כבדות ויקרות יותר מאשר עצמיות מקבילות בעלות מפתח צמצם מירבי קטן יותר.

מעבר לשליטה בכמות האור העוברת דרך העצמית במהלך החשיפה הצמצם משפיע על גורם מרכזי בצילום הידוע כעומק שדה (Depth of Field) . עומק שדה הוא מושג בצילום ובאופטיקה המציין את תחום המרחקים סביב מרחק המוקד של מערכת אופטית בו תתקבל תמונה חדה של העצם המדומה. למושג זה חשיבות רבה בתחום הצילום משום  שלבחירה  בעומק השדה עשוייה להיות  משמעות  חזותית בהדגישה פרטים אחדים וטשטושם של אחרים. ככל שמספר הצמצם גבוה יותר (סגור יותר) עומק השדה עולה (עד גבול  העקיפה, ראה בהמשך). ככל שמספר הצמצם נמוך יותר (פתוח יותר) עומק השדה יורד.

עומק שדה גדול (ימין) לעומת עומק שדה קטן (שמאל)

בנוסף למספר הצמצם עצמו, עומק השדה תלוי גם בגורמים הבאים:
המרחק בין המצלמה לנושא: ככל שהמרחק גדול יותר עומק השדה גדול יותר
אורך המוקד של העצמית: ככל שאורך המוקד עולה עומק השדה יורד
גודל חיישן התמונה: ככל שהחיישן גדול יותר עומק השדה יורד
יחס ההגדלה: ככל שיחס ההגדלה עולה, עומק השדה יורד

את המרחק ההיפרפוקלי ניתן לחשב באמצעות הנוסחה הבאה:

לגבי קוטר מעגל הטשטוש Circle of confusion ראו בהמשך.

לצפיה בסרטון בנושא המרחק ההיפרפוקלי לחצו כאן.

מאמר מקיף על השימוש במרחק ההיפרפוקלי ניתן לקרוא כאן.

גורם נוסף הקשור לתחושת החדות הנגרמת מעומק השדה בצילום הוא קוטר מעגל הטשטוש Circle of Confusion. הכוונה לגודלה של נקודה הנתפשת כחדה לעומת נקודה שאיננה נתפשת ככזו. באזורים הנתפשים כחדים גודל הנקודה קטן יותר מאשר באזורים שאינם נתפשים כחדים. קוטר מעגל הטשטוש קשור לכושר ההפרדה המירבי של העין. בד״כ מקובל להגדיר את קוטר מעגל הטשטוש כ- 1/1500 מאלכסון הפורמט. לדוגמא, בפורמט 24X36 מ״מ (Full Frame) אורך האלכסון הוא 43 מ״מ ולכן קוטר מעגל הטשטוש הוא 0.029 מ״מ. לפניכם טבלה המסכמת את קוטר מעגל הטשטוש לפורמטים השונים:

מקור: Wikipedia

השפעת קוטר מעגל הטשטוש על תפישת החדות

הקשר בין עומק השדה לקוטר מעגל הטשטוש. מקור: http://www.limephoto.co.za

עקיפה (Diffraction): זוהי תופעה פיסיקלית אוניברסלית הבאה לידי ביטוי גם באור כאשר הוא עובר דרך מפתח קטן. תופעת העקיפה אינה יחודית לצילום דיגיטלי אלא מהווה הפרעה אופטית אוניברסלית הקשורה לצמצם ולאורך הגל של האור. בצילום דיגיטלי מתקשרת התופעה גם לגודל הפיקסל. 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. לפניכם מספר דוגמאות:

קטע (זום 100%) מצילום שצולם בצמצם 8. צילום: גבי גולן

אותו הצילום בצמצם 22. שימו לב לריכוך ואיבוד החדות יחסית לצילום הקודם. צילום: גבי גולן

צילום זה צולם בצמצם 2.8
צילום: סטודנטים בחוג לתקשורת צילומית במכללה האקדמית הדסה ירושלים

קטעים מאותו הצילום, כל קטע צולם בצמצם אחר. שימו לב לשינויים בחדות עם שינוי הצמצם

מבחינה פיסיקלית, מידת העקיפה תלויה אך ורק באורך גל של האור ובצמצם. העקיפה קיימת בפועל כבר בצמצמים פתוחים אולם היא איננה מורגשת. ככל שקוטר הצמצם קטן (מספר צמצם גבוה יותר) העקיפה עולה והשפעתה נראית כריכוך הדימוי. יש קשר בין גודל הפיקסל למידת ההשפעה של העקיפה: ככל שהפיקסל קטן יותר העקיפה תהיה מורגשת כבר בצמצם פתוח יותר. לכן, במצלמות בעלות חיישנים קטנים עם פיקסלים קטנים השפעת העקיפה מורגשת כבר בצמצמים פתוחים יחסית כמו 4-5.6.

מבלי להיכנס להסברים פיסיקליים מסובכים, הנה לפניכם טבלה המציגה את גודל נקודת האור (נמדד במיקרונים, אותה יחידת מידה בה נמדד גם גודל הפיקסלים בחיישן) לכל צמצם:

אם ידוע לכם גודל הפיקסל במצלמה שלכם (ניתן למצוא את הנתון באתר היצרן ובאתרים כדוגמת dpreview.com) תוכלו למצוא מיד מהו הצמצם המירבי בו תוכלו להשתמש לפני שתופעת העקיפה תהיה מורגשת: לדוגמא, בצמצם 8 קוטר נקודת האור הוא 5.37 מיקרון, כלומר זהו בקירוב טוב הצמצם המירבי שניתן להשתמש בו במצלמה עם חיישן בעל פיקסלים בגודל של כ- 5.5 מיקרון לפני שהעקיפה משפיעה באופן בעייתי.

בדוגמא זו אנו רואים כיצד נקודת אור הולכת וגדלה ככל שהעקיפה עולה עם סגירת הצמצם. כאשר גודל הנקודה חורג מגבולות הפיקסל (כל ריבוע קטן מייצג פיקסל אחד) מתקבל הריכוך האפייני לעקיפה. במקרה זה מדובר בפיקסל גדול יחסית בגודל 5.5 מיקרון, והעקיפה נשלטת עד לצמצם 8-11 מעבר לכך, גודל הנקודה חורג כבר מגבולות הפיקסל והעקיפה תהיה מורגשת יותר ויותר ככל שמפתח הצמצם יקטן. המסקנה: על כל צלם להכיר את מגבלת העקיפה של המצלמה שלו. חשוב להבין שהעקיפה איננה קשורה בשום אופן לאיכות העצמית.

הדרך המעשית הפשוטה ביותר למצוא את מגבלת העקיפה היא להציב את המצלמה על חצובה, למקד באופן ידני ולא לשנות את המיקוד בכל סדרת החשיפות, שיבוצעו בכל הצמצמים מן הפתוח ביותר ועד הסגור ביותר, כאשר רק זמן החשיפה ישתנה בהתאם לשינוי הצמצם. מומלץ להשתמש גם בשלט רחוק כדי להפעיל את המצלמה. השוו את התוצאות ותגלו מיד מהו הצמצם בו מתחילה מגבלת העקיפה של המצלמה שלכם.

מאמר מקיף בנושא העקיפה תוכלו לקרוא כאן.

בפרק הבא בסדרה זו אדון בקשר בין גודל החיישן ,זווית הראיה, הצמצם וה-ISO
וכן בכושר ההפרדה של עצמיות והקשר שלו לכושר ההפרדה של חיישני תמונה.