Georgian Bay – Letní krajina
Změna způsobu pořizování fotografií
V posledních letech řada výrobců vyrobila kamery, které jsou schopny produkovat snímky s vyšším rozlišením pomocí technologie zvané Sensor-Shift Technology. Tato technologie byla umožněna s příchodem stabilizace obrazu těla (IBIS). Návrháři fotoaparátů použili IBIS jako způsob, jak dosáhnout neuvěřitelného zvýšení rozlišení obrazu nebo zlepšit informace o barvách pořizovaných snímků.
Pro tuto technologii existuje řada názvů, včetně režimu vysokého rozlišení, systému rozlišení s posunem pixelů, režimu vícenásobného snímání s posunem pixelů nebo obecnějších názvů posunu pixelu/posunu senzoru, ale nakonec jsou koncepty za touto technologií všechny stejný. Více snímků stejného pohledu je pořízeno tak, že snímky jsou naskládány a smíchány do jednoho, obvykle velkého snímku s vysokým rozlišením.
Tato nová technologie má silné a slabé stránky a pochopení toho, jak funguje, vám může pomoci pořizovat lepší snímky sami, pokud máte fotoaparát, který to dokáže.
POZNÁMKA: Protože webové stránky používají obrázky s nižším rozlišením, obrázky použité v tomto článku byly zmenšeny a upraveny tak, aby simulovaly rozdíly mezi obrázky ve vysokém rozlišení a standardním výstupem z kamer. Při úplném pohledu na obrázky vypadají obrázky podobně, ale když se přiblížíte k detailům na obrázcích, začnete vidět rozdíly.
Gerbera sedmikrásky v interiéru, běžné rozlišení (20 MP) Olympus OMD EM 1 Mark II
Gerbera sedmikrásky v interiéru, s vysokým rozlišením (50MP) Olympus OMD EM 1 Mark II
Mnoho přístupů k obrázkům s posunem senzoru
Snímání obrazu s posunem snímače bylo transformováno z drahých speciálních kamer a stává se stále dostupnější funkcí u novějších kamer orientovaných na rozlišení. Dnes kromě Hasselbladova monstra H6D-400c (400megapixelové snímky) existují nabídky od společností Olympus, Pentax, Sony a Panasonic.
Tyto verze obecně používají stejný koncepční přístup, ale za mnohem dostupnější ceny.
Pohyb posunu senzoru
Kdo používá Sensor-Shift?
Bez ohledu na výrobce zůstává základní akce snímání obrazu s posunem snímače stejná. Pořiďte více snímků, ale pro každý snímek mírně pohněte snímačem fotoaparátu, abyste získali více obrazových dat, a poté snímek poskládejte.
Pohybem senzoru se zlepšují barevná data obrazu, což umožňuje vyřešit více detailů tím, že překonáte přirozené problémy s barevně specifickými fotomísty. Pomineme-li Hasselblad, systémy využívající tuto technologii zahrnují fotoaparáty jako Olympus OM-D E-M1 Mark II (Micro Four Thirds), Pentax K-1 Mark II DSLR, Sony a7R III a Panasonic Lumix DC-G9 (Micro Four Thirds), ačkoli existují i další od stejných výrobců.
Tři z těchto řad jsou bezzrcadlovky, přičemž Pentax je DSLR se snímačem oříznutí. Je zajímavé poznamenat, že fotoaparáty Panasonic/Olympus mají jeden přístup a Pentax/Sony jiný přístup ke stejným konceptům.
Systémy Olympus/Panasonic používají přístup, který vytváří velmi velké snímky s vysokým rozlišením, zatímco systémy Pentax a Sony využívají posun snímače ke zlepšení barevných informací u snímků stejné velikosti. Oba systémy Pentax a Sony také umožňují oddělení jednotlivých snímků posunutých senzorem, zatímco Olympus a Panasonic spojují naskládané snímky do jediné fotografie.
Olympus OMD EM5 Mark II má technologii posunu senzoru.
Jak senzorová technologie funguje?
Abyste pochopili, jak technologie posunu senzoru funguje, musíte také pochopit, jak senzor obecně funguje ve velmi malém měřítku. Za starých dobrých časů filmové fotografie používaly fotoaparáty k záznamu snímků světlocitlivý film. Digitální fotoaparáty používají velmi odlišný přístup k záznamu světla.
Digitální fotoaparáty používají fotodiody citlivé na světlo k záznamu světla dopadajícího na snímač. Ve většině digitálních fotoaparátů má každá fotodioda specifický barevný filtr (červený, zelený nebo modrý), který tvoří fotostránku. Tyto fotomísty jsou uspořádány tak, aby umožňovaly smíchání světla, aby bylo vidět barvu z obrazu přicházejícího na senzor.
Červené, zelené a modré fotomísta na senzoru jsou obecně uspořádány ve specifickém vzoru známém jako Bayerovo pole (aka Bayerova matice, filtr). Existují také další konfigurace, jako je snímač Fuji X-Trans (používaný na několika modelech jejich fotoaparátů) nebo Sigma, která používá snímač Foveon.
S Bayerovým uspořádáním je dvakrát více zelených fotostránek než červených nebo modrých, protože lidské vidění je nejvíce naladěno na rozlišení detailů v zelené. Toto uspořádání obecně funguje dobře, ale když se nad tím zamyslíte, na obrázku vznikne barevný pixel smícháním těchto fotostránek dohromady.
Senzor neví, kolik červené je na zeleném nebo modrém senzoru, takže je nutná interpolace. To může na fotografiích vytvořit některé artefakty, pokud se díváte velmi zblízka, a obvykle to znamená, že snímky RAW mají mírně měkké zaostření. Všechny snímky ve formátu RAW potřebují při následném zpracování určité doostření (zelená, červená a modrá pro pixel se prolnou dohromady).
Bayerův vzor fotomíst
Statické senzory
V běžné kameře bez IBIS každá fotostránka zaznamenává světlo pouze jedné barvy v tomto jednom místě, takže data, která zaznamenává, jsou technicky neúplná. Je to jako vědro, které sbírá světlo pouze z určité barvy. Shluk světelných segmentů v Bayerově vzoru se používá k vytvoření jednoho pixelu v digitálním obrazu, ale v tomto pixelu jsou dva zelené segmenty, jeden modrý a jeden červený.
Aby se obraz spojil dohromady a do tohoto jednoho pixelu vložil jednu barvu, signály ze shluku fotodiod jsou rozlišeny dohromady. Shromážděná data jsou interpolována pomocí algoritmu de-mosaicing buď ve fotoaparátu (jpeg) nebo v počítači (ze snímku RAW), což je proces, který přiřazuje hodnoty pro všechny tři barvy pro každou fotostránku na základě společných hodnot registrovaných sousedními fotolokacemi. .
Výsledné barvy jsou pak zobrazeny jako mřížka pixelů a je vytvořena digitální fotografie. Částečně proto mají snímky RAW o něco měkčí zaostření a je třeba je doostřit v postprodukčním pracovním postupu.
Moving Sensors
IBIS znamená, že senzory se nyní pohybují jen nepatrně, aby se přizpůsobily jemným pohybům kamery, aby byl obraz stabilní. Někteří výrobci tvrdí, že jejich systémy jsou schopny stabilizovat kombinaci snímače a/nebo objektivu na ekvivalent 6,5 EV.
Pohyb senzoru umožňuje všem barevným fotostránkám zaznamenat data pro každé místo na senzoru.
Tato stabilizace se provádí mikroúpravami polohy snímače. Pro snímky s posunem senzoru se používají stejné mikroúpravy, aby bylo každé fotomísto vystaveno světlu z jediného záznamu snímku. Snímač se v podstatě nehýbe, aby se přizpůsoboval externím poruchám, ale aby každá část obrazu obsahovala plnobarevné informace.
Fotografie spíše než pixely
Možná jste si všimli termínu photosites místo pixelů. Fotoaparáty jsou často hodnoceny podle megapixelů jako měřítko jejich rozlišovací schopnosti, ale to je matoucí, protože fotoaparáty ve skutečnosti nemají pouze pixely na fotostránkách.
Pixely jsou v obraze vytvořeném při zpracování dat ze snímače. Dokonce i termín „posun pixelů“, který se někdy používá, je zavádějící. Pixely se nepohybují, pohybují se snímače, které mají na sobě fotostránky.
Při pořizování jednoho snímku zaznamenává každá fotostránka data pro červené, zelené nebo modré světlo. Tato data jsou interpolována počítačem tak, aby každý pixel na výsledné digitální fotografii měl hodnotu pro všechny tři barvy.
Snímače řazení
Kamery s posunem senzoru se pokoušejí snížit závislost na interpolaci tím, že zachycují barevná data pro červenou, zelenou a modrou pro každý výsledný pixel fyzickým pohybem senzoru fotoaparátu. Vezměme si čtverec 2×2 pixely pořízený z digitální fotografie.
Konvenční digitální snímání pomocí pole Bayer zaznamená data ze čtyř fotolokací:dvou zelených, jednoho modrého a jednoho červeného. Technicky to znamená, že chybí data pro modré a červené světlo na zelených fotostránkách, zelená data a červená na modrých fotostránkách a modré a zelené na červených fotostránkách. K vyřešení tohoto problému budou chybějící hodnoty barev pro každé místo určeny během procesu interpolace.
Ale co kdybyste nemuseli hádat? Co kdybyste mohli mít skutečnou barvu (červenou, modrou a zelenou) pro každou fotostránku? Toto je koncept technologie posunu senzoru.
Obrázek v normálním rozlišení.
Potápění hlouběji
Uvažujme čtverec 2×2 pixelů na digitální fotografii, která je vytvořena pomocí technologie posunu pixelů. První fotografie začíná jako obvykle s daty zaznamenanými ze čtyř fotostránek. Nyní však fotoaparát posune snímač tak, aby pohyboval fotolokacemi, a pořídí stejný snímek znovu, ale s jiným fotomístem.
Tento proces opakujte, aby všechny fotomísta měly veškeré světlo pro každé přesné místo na senzoru. Během tohoto procesu byla pro každý pixel získána světelná data ze čtyř fotolokací (dvě zelené, jedna červená, jedna modrá), což vedlo k lepším hodnotám barev pro každé místo a méně nutnosti interpolace (kvalifikované hádání).
Snímek ve vysokém rozlišení při stejném ISO, cloně a rychlosti závěrky.
Přístup Sony a Pentax
Režim vícenásobného fotografování s posunem pixelů Sony a systém rozlišení posunu pixelů Pentax fungují tímto způsobem. Je důležité si uvědomit, že použití těchto režimů nezvýší celkový počet pixelů ve vašem konečném obrázku. Rozměry vašich výsledných souborů zůstávají stejné, ale přesnost barev a detaily jsou vylepšeny.
Společnosti Sony a Pentax pořídí čtyři snímky posunuté o jednu celou fotografickou stránku na snímek, aby vytvořily jediný snímek. Ve skutečnosti jde pouze o vylepšení barevných informací v obrázku.
Přístup Olympus a Panasonic
Režim vysokého rozlišení fotoaparátů Panasonic a Olympus, které oba používají snímače Micro Four Thirds, má o něco jemnější přístup a kombinuje osm expozic pořízených ½ pixelu od sebe. Na rozdíl od Sony a Pentax to výrazně zvyšuje počet pixelů ve výsledném obrázku.
Z 20megapixelového snímače získáte 50-80megapixelový RAW snímek. Existuje pouze jeden obrázek bez možnosti přístupu k jednotlivým obrázkům sekvence.
Jaké jsou výhody použití Sensor-Shift?
Použití technologie posunu senzorů má několik výhod. Pořízením více snímků, znalostí informací o barvách pro každé umístění na fotostránce a zvýšením rozlišení dosáhnete tří hlavních věcí. Snížíte šum, snížíte moaré a zvýšíte celkové rozlišení obrázků.
Hluk a vylepšené rozlišení
Pořízením více snímků s jemnou změnou polohy snímače se zvýší rozlišení snímku, ale také barevné informace v obrázcích. To umožňuje podobným obrázkům větší proniknutí do obrázku s jemnějšími barvami, menším šumem a lepšími detaily.
Obrázek v normálním rozlišení.
Obrázek ve vysokém rozlišení.
Po oříznutí obrazu s normálním rozlišením začnete vidět šum, jako je zrno a barevné variace.
Zde je stejný ořez na verzi s vysokým rozlišením, barvy a detaily jsou lepší s menším šumem.
Méně moaré
Moaré je vzhled šumu nebo vzorů artefaktů, které se objevují v obrazech s pevnými pravidelnými vzory. Novější senzory mívají méně problémů s moaré než v minulosti, ale na některých snímcích se stále objeví.
Příčina moaré má tendenci souviset s těsnými vzory, které jsou zaznamenávány, a s tím, že kamera má problémy s rozlišením vzoru, protože má problémy se vzory fotomísta senzoru. Informace o barvách pro červené, zelené a modré fotostránky mají problémy s okraji v těchto úzkých vzorech, protože nejsou zaznamenány všechny barvy pro jedno místo.
Díky posunu senzoru jsou všechny barvy pro každé místo k dispozici, takže moaré má tendenci mizet.
Obrázek v normálním rozlišení.
Obrázek ve vysokém rozlišení se zvýrazněnou oblastí oříznutí
Oříznutá oblast na obrázku se standardním rozlišením – začíná se objevovat šum (škrábance na papíře tam byly předtím).
Obraz s vyšším rozlišením má méně šumu a více detailů.
Tak proč to nepoužít pro každý obrázek?
No, hlavním důvodem je, že musíte pořídit více snímků jedné scény. To znamená, že to opravdu nefunguje dobře pro pohybující se objekty. Proces vyžaduje minimálně čtyřnásobek expozičního času než pořízení jednoho snímku. To se promítá do čtyř příležitostí, kdy se část vaší kompozice a/nebo fotoaparátu během pořizování snímku pohne, čímž se sníží kvalita snímku.
Taková omezení omezují použití technologie na fotografování zátiší a (statické) krajiny. Jakýkoli pohyb ve snímané scéně vytvoří rozmazanou nebo pixelovanou oblast. To je problém při fotografování krajiny, pokud vítr hýbe rostlinami nebo mraky a také v oblastech, kde je přítomna tekoucí voda.
To také znamená, že obvykle musíte být velmi stabilní a používat stativ, i když existují jasné záměry výrobců zpřístupnit verze, které umožní natáčení fotoaparátu z ruky (tuto funkci má Pentax).
Snímek ve vysokém rozlišení pořízený na stativu.
Pohybové artefakty jsou viditelné při bližším pohledu.
Vtipy některých systémů
Protože technologie posunu senzorů byla implementována různými způsoby a v závislosti na použitém systému, problémy jsou trochu jiné. Hlavní zvláštností je, že obecně potřebujete stativ, takže žádné běhání a pistole.
Systém Sony má další omezení, že nemůžete vidět obraz, dokud nezpracujete čtyři samostatné obrazy dohromady. To znamená, že nemůžete zkontrolovat svůj vyřešený obrázek ve fotoaparátu. Navíc díky vysokému počtu pixelů na A7R mark III je na výsledném snímku zvláště patrný jakýkoli jemný pohyb stativu. Chcete-li obrázky upravit, musíte také použít proprietární software Sony ke sloučení obrázků.
Pentax má několik zajímavých funkcí. Použití softwarové aplikace dodávané s kamerou umožňuje adresovat pohyb pomocí algoritmu v softwaru pro odstraňování pohybových artefaktů. Funguje to lépe než software běžně používaný pro manipulaci s obrázky, jako je Adobe.
Systém Olympus existuje již nějakou dobu a v nejnovější iteraci na Olympus OMD EM1 Mark II bude mít každý detekovaný pohyb dotčené pixely nahrazeny částmi jednoho z obrázků s normálním rozlišením v oblastech pohybu. To vytváří nerovnoměrné rozlišení, ale obraz vypadá lépe pro věci, jako je vítr. To také omezuje, zejména pokud je hodně pohybu. Obrázky často vypadají trochu pixelově.
Obrázek stromu ve standardním rozlišení – vše je ostré.
Snímek stejného stromu ve vysokém rozlišení, ale foukalo... Oříznutá oblast je zobrazena ve žlutém poli.
Rozšířená oblast oříznutí – pohyb větru vytvořil na snímku nějaké artefakty.
Omezení
Největší výzvou, které čelí snímání obrazu s posunem snímače, jsou pohybující se objekty. Navíc pokus o spárování blesku s fotoaparátem pomocí snímání obrazu s posunem pixelů může být komplikován rychlostí snímání obrazu, omezením recyklace blesku a obecnými problémy s kompatibilitou. Výrobci si jsou těchto problémů vědomi a pracují na jejich vyřešení.
Celkově se technologie bude jen zlepšovat
Stále více systémů používá algoritmy k vytváření těchto obrázků s vyšším rozlišením. Jak technologie dospívá, budou implementace získávat stále lepší výsledky, potenciálně schopné vypořádat se s pohybem a podmínkami handheldu.
Výhodou pro výrobce je, že se produkují kvalitnější snímky bez nutnosti skutečně drahých snímačů s vysokou hustotou pixelů (levnější). Výhodou pro uživatele je, že obrázky mohou mít lepší informace o šumu a barvách pro lepší konečné výsledky.
Šťastný lov dokonalého obrazu ve vysokém rozlišení!