80. עדשות ועצמיות 2.0, חלק ד

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.