80. על עדשות ועצמיות 2.0, חלק ד

80. על 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.

550px-Sensor_sizes_overlaid_inside_-_updated.svg_

מספר פורמטים נפוצים של חיישני תמונה אלקטרוניים במצלמות דיגיטליות

Picture1

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

Picture2

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: Microsoft PowerPointScreenSnapz001כאשר:
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:

Picture38

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

Picture39

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.

 

 

מודעות פרסומת

37. על עדשות ועצמיות, חלק ב

37. על עדשות ועצמיות, חלק ב

פוסט זה כולל את חלקה השני של המצגת בה השתמשתי בהרצאה ״על עדשות ועצמיות״

בביה״ס לצילום צילום בעם ביום א 12.7.15.

הנושאים הנסקרים בחלק ב:

7. הצמצם ועומק השדה

8. תופעת העקיפה

9. כושר ההפרדה של עצמיות ושל חיישני תמונה

לצפייה במצגת לחצו כאן: 32BLenses

28. עוד על גורמי איכות של עדשות

28. עוד על גורמי איכות של עדשות

בפוסט מס׳ 2 סקרתי שתי תופעות אופטיות: נפילת אור בקצוות (Vignetting) ועקיפה (Diffraction). בפוסט מס׳ 21 התייחסתי לבעיית הסטייה הכרומטית בעדשות ולפתרון חדשני שיתכן וייושם בשנים הקרובות. סרטון של חברת Canon בו נתקלתי השבוע הזכיר לי כי כדי להשלים את הסקירה של גורמי איכות של עדשות יש צורך להתייחס למספר גורמים נוספים.

הסרטון מתייחס לדרישות האיכות מעדשות המיועדות למצלמות וידאו באיכות 4K (כ- 8 מליון פיקסלים) הנעשית נפוצה יותר ויותר בתקופה האחרונה וקיימות כבר בשוק מצלמות רבות, כולל מצלמות DSLR המסוגלות לצלם וידאו באיכות גבוהה זו. אולם אם נתעלם מענין ה- 4K הרי שהסרטון מסכם באופן תמציתי וברור את גורמי האיכות העיקריים המשפיעים על איכותה וביצועיה של כל עדשה ללא קשר ליעוד הספציפי שלה.

גורמים אלו הם: כושר הפרדה (Resolving Power), מידת הסטייה הכרומטית הלטרלית (Lateral Chromatic Aberration), יחס הקונטרסט
(Contrast Ratio) ופונקציית העברת האפנון (Modulation Transfer Function, MTF).

לצפייה בסרטון לחצו כאן: https://vimeo.com/123891241

המצגת הבאה כוללת  דיון קצר בנושא קוטר מעגל הטשטוש (Circle of Confusion), כושר ההפרדה המשולב של עדשה+חיישן,
מידת הסטייה הספרית (Spherical Aberration), מדד ה- MTF, (המשמש כביטוי גרפי ליכולת העברת הניגוד של העדשה. גרפים אלו מאפשרים השוואה חזותית פשוטה ונוחה בין רמות הביצועים של עדשות שונות) וגורם ה- Bokeh.

לצפייה במצגת לחצו כאן: Lenses

20. בחזרה ליסודות

20. בחזרה ליסודות

כן, אני יודע… כמה מכם הולכים לשנוא אותי בגלל הפוסט הזה. המצגת שתראו בהמשך היתה, לאורך השנים בהן לימדתי את הקורס ״טכנולוגיה דיגיטלית״, לא בדיוק פופולרית. המון מושגים שנראים קשים להבנה, כמו לדוגמא ״תדר מרחבי״, ״דגימה״, ״כימות״, ״קריטריון נייקויסט״ ועוד כמה קללות דומות. אבל, אם תרצו או לא, אלו הדברים העומדים בבסיסה של טכנולוגיית הצילום הדיגיטלי ועיבוד התמונה הממוחשב הבנוייה כיום בנון שלנטיות מפחידה לתוך כל סמארטפון. השאלה הנצחית היתה: ״אז האם כדי להשתמש במצלמה דיגיטלית או לפתוח פוטושופ אני צריך/צריכה לדעת את כל זה?״
כמו כל יהודי טוב אענה בשאלה נוספת: מי אתה/את? אם אתה/את צלם חובב התשובה היא שלילית. עזוב אותך ממושגים קשים ומבלבלים, לך לצלם, זוג צעיר ותהנה בכיף. אבל אם אתה/את סטודנטים לצילום או אתם מעונינים להבין את התחום לעומקו התשובה היא  ״כן״ עם סימן קריאה. נכון שכדי לנהוג ברכב לא צריך להבין כיצד פועל מנוע בעירה פנימית (למרות שבמבחן התאוריה יש מספר שאלות בענין זה) אבל אם אתה נהג מקצועי וכל שכן נהג מרוצים אתה חייב להבין זאת וגם מה ההבדל בין ABS ל- ESP או מה היתרונות והחסרונות של מנוע דיזל לעומת מנוע בנזין. אותו הדבר בתחום הצילום: צלם מקצועי צריך להבין את התחום בו הוא עוסק לעומקו באופן יסודי, כולל כמובן לא רק את הצד הטכני-טכנולוגי אלא גם את הצד החזותי, היסטוריה של הצילום והאמנות וכו׳. החוסר בהבנת היסודות המקצועיים זועק לשמיים בעיקר ב״דיונים״ בפייסבוק או בפורומים באתרים שונים, בהם ״מומחים״ מטעם עצמם מספקים ״הסברים״ שכל הקורא או שומע אותם תצילנה שתי אזניו. לשמחת כולנו יש כמובן לא מעט מומחים אמיתיים המספקים תשובות מושכלות ומעלים לרשת חומרים מעולים מכל הסוגים. המצגת הבאה תעזור לכל מי שמתעניין בבסיס הדברים להבין מספר מושגים בסיסיים כמו מהי תמונה? אילו שלבים כוללת שרשרת ההדמייה? מה ההבדל בין מידע אנאלוגי למידע דיגיטלי? מהי דגימה ומהו משפט נייקוויסט? מהו כימות? מהו ספרור תמונה וכיצד הוא קשור למספר הביטים לפיקסל? ומהו בכלל פיקסל? מהם הגורמים בהם אנו משתמשים לאפיון ולהשוואה בין מצלמות ולהשוואה בין תמונות?  מושגים כמו ניגוד, טווח דינמי, כושר הפרדה, עומק צבע ועוד ועוד. אז אם קצת ״קללות טכנולוגיות״ לא מפחידות אתכם, ואני מקווה שזה המצב, המצגת הבאה תהיה לכם לעזר. בהצלחה!

לצפייה במצגת:

04Image_process

וכרגיל, אשמח לשאלות, הערות והצעות, כאן בבלוג או במייל  gbrlgolan@gmail.com

תמונה ראשית: teach-ict.com

גבי