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

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 שהיגיעה 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.

200316_THEDIFFERENCE_2-2048x521

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

מקווה שיהיה לכם לעזר,

גבי

קרדיט לאיור שבראש הפוסט

4. פעולת הסגר והמראה במצלמות DSLR

4. פעולת הסגר והמראה במצלמות DSLR
מבנה מצלמת רפלקס דיגיטלית DSLR

בעקבות סרטון מענין שנתקלתי בו  חשבתי שיהיה מעניין להעלות פוסט בענין אופן פעולתו של הסגר במצלמות DSLR (וגם במצלמות סרט SLR).

צפו בסרטון, שהינו משעשע ומחכים כאחד. על מנת ללמוד עוד על אופן פעולת הסגר קראו את ההמשך.

הסגר (Shutter) הוא ההתקן שמאפשר חשיפת חיישן התמונה לאור לזמן קצוב. בעברית יש המכנים אותו גם בשם תריס. זהו וילון העשוי מדפי מתכת דקיקים אך חזקים מאד המסתיר את חיישן התמונה וחושף אותו לאור רק בזמן החשיפה, בהתאם לזמן החשיפה שקבע הצלם או מערכת החשיפה האוטומטית של המצלמה. במצלמות DSLR מותקן סגר הנקרא סגר משטח המוקד (Focal Plane Shutter) מאחר והוא צמוד למישור המוקד (פני חיישן התמונה) עליו מתמקדות קרני האור המגיעות מן העדשה. יש סוגים נוספים של סגרים בהם נדון בהזדמנות אחרת.

לפני הסגר נמצאת מראה המאפשרת העברת הדימוי שמקרינה העדשה אל המחפש (View Finder). בזמן החשיפה המראה מתרוממת כדי שלא תסתיר את חיישן התמונה, הסגר נפתח לזמן קצוב, החיישן נחשף ובתום החשיפה הסגר נסגר, המראה יורדת חזרה וחוזר חלילה. בזמן החשיפה המחפש מוחשך מאחר והמראה חוסמת אותו. במצלמות מסוג Mirrorless אין כמובן מראה אולם אופן פעולת הסגר זהה למצלמות  DSLR.

בסרטון הנ״ל השתמשו במצלמה מהירה מאד הנקראת Phantom המיועדת לתעוד תופעות מהירות מאד באמצעות קצב צילום גבוה המפרק את ההתרחשות להרבה מאד מסגרות. צילום וידאו רגיל מפרק התרחשות לכ- 30 מסגרות לשניה, צילום מהיר במצלמת High Speed מאפשר לפרק את ההתרחשות לעשרות ומאות אלפי מסגרות בשנייה. הקרנת הוידאו שנוצר בקצב איטי מאפשר מעקב מענין מאד אחרי ההתרחשות המהירה שבזמן התרחשותה הקצרצר אין לנו אפשרות לעקוב אחריה בזמן אמיתי (Real Time).

שימו לב לא רק לעלייתה וירידתה של המראה אלא לאופן פעולתו של הסגר: הוא בנוי למעשה ממספר ״וילונות״ העוקבים בתנועתם זה אחר זה. גודל המרווח בין הוילונות תלוי בזמן החשיפה: ככל שזמן החשיפה קצר יותר המרחק בין הוילונות העוקבים קצר יותר כלומר החריץ דרכו חודר האור לחיישן התמונה צר יותר. החשיפה מתחילה בחלק העליון של החיישן ומסתיימת בחלקו התחתון, כך שיש הפרש זמן מסויים, גם אם קצר מאד, בין מועד יצירת החלק העליון והתחתון של כל צילום. במהירות הסגר בצילום וידאו נדון בפעם אחרת.

מהירות סגר גבוהה (קצרה)  מאפשרת להקפיא תנועה ואילו מהירות סגר נמוכה (ארוכה) מאפשרת לטשטש תנועה. טכניקות רבות בשפה הצילומית מבוססות על שימוש נכון ויעיל במהירות הסגר לא רק כדי לקבל חשיפה נכונה אלא כדי להמחיש תנועה בצילום סטילס. יש לזכור כי סה״כ כמות האור שתגיע לחיישן התמונה תלויה גם בצמצם הקובע למעשה את כמות האור שתעבור דרך הסגר במהלך החשיפה. כך שלמעשה החשיפה מושפעת תמיד מארבעה גורמים: עוצמת האור המוחזרת מן הנושא, המהירות הצילומית (רגישות) של המצלמה ב- ISO, הצמצם ומהירות הסגר.

למהירות הסגר בה נבחר חשיבות רבה גם בעת שימוש במבזק אלקטרוני, נושא איליו אתייחס בפוסט נוסף.

צילום המשאית והשבשבת: Wikipedia, איור האדם הרץ: mrshutchison.wordpress.com

איור סגר מישור המוקד: www.exclusivearchitecture.com

איור מצלמה:  en.academic.ru