Tutorial

Cauta in Foto-Magazin:


Aparitii editoriale


Expunerea
[click]  

Compozitia
[click]  

Lumina si iluminarea
[click]  


O varza fotogenica
[click]  

Bill Jay Confesiuni
fotografice
[click]  

 

 

Consecintele dimensiunilor senzorilor

Explicam intr-un articol mai vechi importanta marimii senzorului si a fotositurilor in obtinerea unei imagini de buna calitate. Abordam acolo aspectele teoretice ale acestor marimi. Vom aborda, in aceasta pagina, consecintele practice ale marimii senzorului si a fotositurilor.


Prima camera foto digitala a fost realizata de Steven Sasson, in 1975, cand era cercetator la Kodak. Camera sa cantarea 3,6 kg, iar senzorul avea 10.000 pixeli. Imaginea, alb-negru, era salvata, in 23 secunde, pe o caseta magnetica.
Prima camera foto digitala portabila a fost lansata de Fuji, in 1990, Dycam Model 1, care realiza tot imagini alb-negru, era alimentata de acumulatori si salva imaginile in memoria interna, de 16 MB, dar care nu s-a bucurat de succes comercial.


In 1991 Kodak lanseaza pe piata modelul DSC-100, bazata pe un corp Nikon, la care filmul era inlocuit cu un senzor de 1,3 MPx, si care avea atasat un sistem extern de stocare a imaginilor. Pretul, 13.000 USD, nu era foarte… popular.


In 1995 Minolta lanseaza modelul RD-175, bazata pe Minolta 500si, care folosea trei senzori, cate unul pentru fiecare culoare, iar cele trei imagini furnizau, prin combinare, o imagine color de 1,75 MPx. Acest model putea utiliza orice obiectiv Minolta AF.


In 1999 Nikon lanseaza modelul Nikon D1, primul model de camera foto construita special pentru inregistrarea digitala. Acest model, compatibil cu obiectivele Nikon F, avea un pret mai accesibil (6.000 USD) si a fost frecvent folosita de fotografii profestionisti si de amatorii entuziasti. Modelul D1 nu folosea intregul format, ci unul de 23,6 x 15,5 mm.


Revolutia in fotografia digitala populara de inalta calitate a fost realizata de Canon, care a lansat in 2000 modelul Canon EOS-D30, un model, ca si Nikon, proiectat special pentru fotografia digitala. Canon EOS-D30 utiliza un senzor CMOS de 22,0 x 14,9 mm de 3 MPx si era compatibil cu toate obiectivele EF.


Anii urmatori au adus noi modele de camere foto digitale cu obiective interschimbabile, tot mai performante, inclusiv modele in format 24 x 36 mm sau mai mare. Utilizarea senzorilor de diferite dimensiuni a avut drept consecinta schimbarea unghiului de cuprindere al unui obiectiv de o anumita distanta focala. Montarea unui aceluiasi obiectiv de exemplu Canon EF 50 mm, pe un Canon pe film, determina un unghi de cuprindere diferit de montarea lui pe Canon EOS-D30. Imaginea de pe al doilea era un decupaj (crop) din cadrul cuprins de primul. Pentru mai usoara orientare a fotografilor, producatorii au introdus termenul factor de decupaj (factor de crop). Astfel, fotografii obisnuiti cu unghiul de cuprindere al camerelor in format 24 x 36, dispuneau de o metoda simpla prin care sa aleaga fara ezitare obiectivul cu distanta focala adecvata pentru ce doreau sa fotografieze. De exemplu, daca doreau sa fotografieze un cadru similar cu 50 mm / 24x36 dar pe EOS-D30, aveau nevoie de un obiectiv 50:1,6 = 31 mm. Sau, daca se folosea pe camera digitala un obiectiv de 50 mm, unghiul de cuprindere va fi unul similar unui obiectiv de 50 x 1,6 = 80 mm pe formatul 24 x 36 mm. A aparut astfel ideea de echivalenta a distantei focale. De exemplu: 50 mm/argentic format intreg este echivalent cu 30 mm/digital APS-C.


In ultimii ani au aparut mai multe modele de camere foto digitale cu obiective interschimbabile dar cu formate de senzor si mai mici. Foarte bine primite de public sunt camerele din clasa Four Thirds si Micro Four Thirds, la care factorul de decupaj este 2, adica un obiectiv cu distanta focala de 25 mm, realizeaza un unghi de cuprindere echivalent cu al unuia cu distanta focala de 50 mm pe 24 x 36 mm.


De ce toata aceasta complicatie, cu factori de decupare si echivalente? Camerele foto digitale cu obiective interschimbabile utilizeaza senzori in formate reduse, mai ieftin de produs, dar pastreaza monturile camerelor pe film si deci sunt compatibile cu obiectivele pe care utilizatorii deja le poseda.


Camerele foto SLR in format 24 x 36 mm impun o distanta minima intre ultima lentila a obiectivului si planul focal, datorita necesitatii defilarii oglinzii principale in timpul expunerii. Aceasta distanta minima obligatorie conducea la constructii complicate pentru superangulare, constructie numita retrofocala, cu lentile divergente in grupul anterior si convergente in grupul posterior. Aceasta structura optica deplaseaza centrul optic si deci planul focal, in spate.
Camerele foto digitale cu senzor mai mic, APS-C sau mai mic, permitea folosirea unei oglinzi mai mici, adaptata formatului redus. O oglinda mai mica permitea o distanta mai scurta intre ultima lentila a obiectivului si planul focal. Astfel a aparut posibilitatea dezvoltarii de obiective dedicate formatelor mai mici, cu o constructie mai simpla, deci mai ieftine. De asemenea, obiectivele destinate formatului intreg trebuie sa realizeze corect o imagine cel putin egala cu diagonala formatului, de circa 43 mm. Formatul APS-C, cu o diagonala de circa 27 mm, permite o simplificare a tuturor schemelor optice si a constructiei obiectivelor, nu doar a superangularelor, cu rezultate: obiective mai mici, mai usoare si mai ieftine.
Au aparut astfel obiectivele notate DX de Nikon si EF-S de Canon. Pana in prezent Nikon a realizat 23 obiective DX, iar Canon 21 obiective EF-S. Pentru a nu putea fi instalate pe camere in format 24 x 36 mm, aceste obiective au mici modificari la flansa de montare. Desi destinate utilizarii exclusive pe camere in format redus, aceste obiective pastreaza notarea distantei focale in distanta reala, nu in cea echivalenta. De exemplu, un obiectiv Canon EF-S 17 – 55 mm f:3,5 – 5,6 realizeaza o distanta focala echivalenta 27 – 88 mm pe o camera Canon EOS 70D sau similara.


Aparitia termenilor factor de decupare, factor de multiplicare, etc, a introdus si unele confuzii printre incepatori.


1. Obiectivul
Unii fotografi spun ca au fotografiat un cadru cu un obiectiv f=160 mm, cand de fapt au folosit unul de 100 mm, cand se fotografiaza cu aparate cu senzori APS-C. Altii sustin ca ar trebui ca si valoarea diafragmei sa fie modificata cu acelasi factor de multiplicare, ca si distanta focala, de exemplu in loc de f:4 ar trebui sa fie f:5 sau, inca si mai gresit, f:6,4 (4 x 1,6 = 6,4)!
Trebuie bine inteles: o lentila sau un obiectiv are proprietati invariabile, realizate din constructie; acestea nu se schimba in functie de formatul imaginii pe care o realizam. Situatia este similara cu cea intalnita in cazul formatului mediu. Unele modele dispun de o masca care permit fotografierea in format 45 x 60 mm, iar, prin inlaturarea mastii, in format 60 x 60 mm. Cadrul patrat are o diagonala de circa 85 mm, iar cel dreptunghiular de 75 mm. Ar rezulta un factor de decupaj de 1,13. dar asta nu a condus pe nimeni sa spuna ca, daca se foloseste masca, distanta focala creste de la 80 mm (distanta focala normala la aceste camere), la 90 mm!


Eroarea cu diafragma care creste de la f:4 la f:6,4, deoarece, aceasta, chipurile, ar trebui multiplicata cu 1,6 ignora faptul ca diafragma este o suprafata, iar cresterea suprafetei, de exemplu de doua ori, se face prin marirea diametrului cu SQRT(2) adica cu 1,4.
Dar diafragma nu se modifica in nici un fel daca acelasi obiectiv este folosit pe o camera in format 24 x 36 sau pe una APS-C.


Sa luam un exemplu: obiectivul Canon EF 50 mm f:1,4. Diafragma acestuia are, la valoare maxima 35,7 mm. Pentru un timp de expunere, sa zicem, 1 sec., prin aceasta diafragma trece o anumita cantitate de lumina (un anumit numar de fotoni). O parte din lumina ce traverseaza obiectivul, ajunge la filmul in format 24 x 36 si realizeaza imaginea latenta, iar restul luminii ce a traversat obiectivul cade si este absorbita de cadrul filmului, camera oglinzii, etc. In cazul camerei in fomat APS-C, folosind acelasi obiectiv, aceeasi diafragma, acelasi timp de expunere si acelasi subiect, la fel iluminat, prin obiectiv trece aceeasi cantitate de lumina; o parte din lumina (mai putina) va ajunge la senzor si va determina obtinerea imaginii, iar o parte (mai mare decat in exemplul cu aparatul argentic), va fi absorbita de masca si camera oglinzii. Dar, cand folosim acelasi subiect, acelasi obiectiv si aceiasi parametrii de expunere, cantitatea de lumina ce ajunge pe unitatea de suprafata este aceeasi, indiferent de formatul cadrului, mai mare si mai mic. Faptul ca noi utilizam mai mult sau mai putin din imaginea realizata de obiectiv, nu are nici o legatura cu diafragma.


2 Sensibilitatea ISO
Filmul argentic are o anumita sensibilitate la lumina, adica prezinta o anumita innegrire cand este expus la o anumita cantitate de lumina. Pentru a obtine un grad convenabil de innegrire cand lumina este mai putina, si daca pastram aceeasi parametrii de expunere, trebuie utilizat un alt film, mai sensibil. Senzorul camerei foto digitale are o sensibilitate ISO fixa, constanta. Cresterea sensibilitatii la camerele foto digitale este asigurata de nivelul amplificarii semnalului electric furnizat de fiecare fotosit: mai mare pentru sensibilitati mai mari, astfel ca se pot obtine imagini exploatabile in conditii mai rele de lumina.


Se schimba sensbilitatea nativa a senzorului cand se reduce formatul camerei? Raspunsul scurt este: Da!
Un senzor este format prin alaturarea mai multor fotosituri, in forma, de regula, patrata, cu latura de ordinul micronilor. De exemplu, la modelul Canon EOS 1D X, 19 MPx, care utilizeaza un format de 24 x 36 mm, fiecare fotosit are latura de 6,95 microni. In schimb, Caon EOS 7D, cu o rezolutie similara (18 MPx) are pixeli cu latura de 4,3 microni. In timpul expunerii, fotonii care lovesc un fotosit sunt transformati in electroni (aproximativ 1 electron pentru 3 fotoni); electronii se acumuleaza in perioada expunerii si, cand obturatorul se inchide, electronii acumulati sunt amplificati si apoi transpusi intr-o valoare digitala, proportionala cu valoarea semnalului electric de intrare. Pentru o scena de o anumita luminozitate, folosind acelasi obiectiv, aceeasi diafragma si acelasi timp de expunere, un fotosit din Canon EOS 1 D X este lovit de mai multi fotoni decat un fotosit din EOS 7D, deoarece, la acelasi flux de fotoni, suprafata fotositului 1D x este de 48,3 microni patrati, iar la 7D este de 18,5 microni patrati, adica de 2,6 ori mai mare. Asadar, fotositurile de la primul model realizeaza de 2,6 ori mai multi electroni iar amplificarea necesara este mai mica, pentru a realiza o sensibilitate echivalenta 100 ISO, in timp ce semnalul furnizat de 7D trebuie amplificat mai mult pentru a obtine o imagine similara ca luminozitate generala.


Din pacate, fotositul furnizeaza nu doar semnal util, dar si zgomot. Semnalul util si zgomotul sunt amplificate si chiar si in conditiile actuale, cu filtre si algoritmi de reducere a zgomotului, imaginea se degradeaza. In conditii de lumina buna, de exemplu ziua, pe soare, degradarea imaginii este greu sesizabila, asa incat imaginea obtinuta dintr-un model D-SLR in format intreg (24 x 36) este similara cu cea obtinuta pe camere compacte, care folosesc senzori de dimensiuni mici (inclusiv fotosituri de mici dimensiuni). Cand lumina este putina, seara sau noaptea sau la fotografia de interior, semnalul furnizat de fotosit trebuie puternic amplificat, si o data cu el, zi zgomotul, iar diferenta dintre imagini devine foarte evidenta.


3 Profunzimea de camp si perspectiva
Imaginati-va urmatorul model: o sursa luminoasa punctiforma care emite lumina in toate directiile si un obiectiv 50 mm f:1,4 aflat la 20 m distanta (40 x distanta focala se considera infinit), care va capta lumina corespunzator unui con cu varful in punctul luminos si baza de circa 37 mm, daca se foloseste diafragma f:1,4. Lentilele obiectivului vor refracta lumina incidenta sub forma unui con si vor produce o imagine punctiforma, pe un plan (al imaginii sau plan de focalizare) aflat la exact 50 mm in spate (in spatele centrului optic). Daca planul de focalizare este situat la 49,9 mm sau 50,1 mm distanta de centrul optic, imaginea nu mai este un punct ci o pata (pentru tocilari: dimensiunea acestei pete se poate calcula, pentru exemplul de mai sus este de 0,07 mm).
Un model similar se poate folosi si cand distanta dintre sursa si obiectiv este mai mica. In acest caz planul de focalizare este un pic mai in spate, la peste 50 mm de centrul optic; daca acesta este situat tot la 50 mm, imaginea va fi o pata, sau, la fel, daca planul imaginii (de focalizare) este, sa presupunem la 51 mm, imaginile subiectelor aflate la peste 20 m vor fi neclare.


Spatiul in care subiecte aflate la distante diferite fata de obiectiv vor fi redate acceptabil de clar intr-o fotografie poarta numele de profunzime de camp si exista formule de calcul pentru aceasta profunzime de camp (plan apropiat si paln indepartat) ce pot fi redate acceptabil de clar pentru un obiectiv cu o anumita distanta focala si la o anumita diafragma. Mai multe aspecte referitoare la profunzimea de camp au fost abordate in alta pagina, asa incat vom pune doar intrebarea: ce rol joaca, in modelele mai sus prezentate marimea panoului planului de focalizare? Raspuns: nici una, deoarece profunzimea de camp este o caracteristica a obiectivului, nu are nici o legatura cu dimensiunile panoului pe care se proiecteaza imaginea. Asadar, formatul senzorului de imagine nu influenteaza profunzimea de camp, doar obiectivul care este montat in fata lui.


Insa in fata unor senzori de mici dimensiuni, cum sunt cei de la camerele foto digitale compacte, se afla obiective cu distante mult mai scurte, adaptate diagonalei acestor senzori (diagonale mult mai mici decat ale formatelor 24 x 36 mm), deci cu profunzimi de camp crescute.
Unii s-ar putea intreba: de ce nu se construiesc, pentru formatele mai mici, obiective cu o profunzime de camp similara cu a obiectivelor pentru formatele 24 x 36 mm? De exemplu, pentru a obtine o profunzime de camp similara unui obiectiv 50 mm f: 1,4 , pentru formatul Micro Four Thirds, obiectivul ar trebui sa aiba distanta focala 25 mm si luminozitatea f:0,7! Pe langa faptul ca un astfel de obiectiv ar fi foarte mare, foarte greu si foarte scump, autofocalizarea ar fi imposibila iar focalizarea manuala o ghicitoare.


Utilizind acelasi obiectiv pe indiferent ce format de cadru, perspectiva (raportul de reproducere al diverselor subiecte din cadru) este identica.
Daca recurgem inca o data la modelul de mai sus, un segment luminos va fi redat in planul focal sub forma unei imagini de o dimensiune mai mica, ce poate fi calculata in functie de distanta dintre subiecte si obiectiv si distanta focala (raport de reproducere). Mai multe subiecte vor fi redate la dimensiuni proportionale cu distanta dintre ele si obiectiv, indiferent de distanta focala a obiectivului. Desigur, teleobiectivele vor reda imagini mai mari, iar superangularele imagini mai mici, dar esential pentru perspectiva, la dimensiuni proportionale. Subiectele aflate mai aproape de obiectiv vor fi redate la o dimensiune mai mare, iar cele aflate la departare, la o dimensiune mai mica. Raportul de redare este depedent doar de parametrii amintiti mai sus, nu au nici o legatura cu dimensiunile planului de proiectie a imaginii (senzorului). Obiectivele cu distanta focala mica, superangularele, ne invita sa fotografiem subiectul mai de aproape, deoarece profunzimea de camp mai mare permite redarea clara a intregului cadru, in timp ce, daca folosim un teleobiectiv, avem tendinta de a fotografia subiectul de la o distanta mai mare. Cand folosim un superangular perspectiva ni se pare accentuata, in timp ce, fotografiind cu un teleobiectiv, de la o distanta mai mare, perspectiva pare aaplatizata. Dar astfel ne abatem de la principala conditie: distanta fata de subiectele din cadru: mai mica la superangulare, mai mare la teleobiective.


4 Difractia
Difractia este un fenomen fizic care se manifesta prin devierea cursului la trecerea unei unde printr-o fanta; in cazul fotografiei: a luminii prin diafragma. Un punct luminos al subiectului nu va produce un punct in imagine ci un disc descris de Airy (cercuri concentrice alternativ luminoase si intunecoase, cu extinctie dupa cateva alternante). Cu cat diafragma este mai inchisa, cu atat apar mai multe inele. Cand doua puncte luminoase sunt apropiate iar diafragma tot mai inchisa, in imagine discurile Airy se ating si se suprapun, disparand posibilitatea de discriminare a surselor. Difractia este cu atat mai pronuntata cu cat fanta (orificiul diafragmei) este mai mic. Asadar, punctele luminoase ale subiectului produc discuri Airy tot mai apropiate, care, in continuare se suprapun si scad rezolutia imaginii obtinute.


Obiectivele normale pentru formatul intreg au diafragme de lucru in jur de 10 mm si mai mari. Obiectivele normale pentru aparatele foto digitale compacte au diafragme mult mai mici. De exemplu, un obiectiv 50 mm f:2 pentru un format intreg inseamna o deschidere de 25 mm. Un obiectiv normal pentru un senzor cu diagonala 10 mm, are o distanta focala de 10 mm si, daca ar fi luminos (f:2) diafragma ar avea 5 mm. La ambele obiective diafragma de lucru poate fi inchisa, in principal pentru a spori profunzimea de camp.
Dar, deoarece difractia depinde de marimea fizica a diametrului deschiderii, obiectivele pentru formatul intreg incep sa piarda din rezolutie de diafragme de ordinul f:16. La formate mai mici, diafragma de lucru trebuie limitata la f:8, f:5,6 sau si mai repede, in functie de diagonala senzorului.


Ca atare, calitatea imaginii este cu atat mai problematica, cu cat senzorul este mai mic.


5 Dimensiunea finala a fotografiei imprimate
Tinta finala a oricarui fotograf avansat este de a obtine fotografii imprimate.
Pentru a obtine o imagine perfecta, densitatea optima este intre 240 si 300 puncte / inch (100 puncte / cm).
Astfel, un senzor de 4.000 x 3.000 pixeli (12 MPx) permite obtinerea unei fotografii de cea mai buna calitate, pana la dimensiunea de 30 x 40 cm.
Este astfel explicabila tendinta de a creste rezolutia senzorilor.
Prelucrarea fotografiilor permite marirea cadrului prin interpolare, dar noii pixeli introdusi sunt calculati, nu exista in realitate, si, peste anumite limite, duc la obtinerea unei fotografii artificiale.

 



© Avram Tudor
decembrie, 2014
Foto-Magazin.ro

 

Bookmark and Share

Comentarii:

Ioan B. - 06 Dec 2014, ora 12:51
Nu am nici un motiv sa ma indoiesc de buna intentie a autorului de a aduce unele lamuriri privind "consecintele dimensiunilor senzorului" insa, dupa opinia mea, mai degraba a aruncat o piatra in apa. Practic, in incercarile de a explica comportarea, in cadrul formarii imaginilor" a diferitelor fenomene fizice (difractia, profunzimea de camp, etc.) este folosita o exprimare greoaie, care creeaza confuzii, ex: Obiective normale pentru formatul intreg, obiectivele pentru formatul intreg incep sa piarda din rezolutie de diafragme de ordinul f:16, diafragma de lucru trebuie limitata la f:8, f:5,6 sau si mai repede, in functie de diagonala senzorului, un obiectiv 50 mm f:1,4 aflat la 20 m distanta (40 x distanta focala se considera infinit), s.a. Nu este clara concluzia articolului, dar daca este aceasta: "Ca atare, calitatea imaginii este cu atat mai problematica, cu cat senzorul este mai mic", apare intrebarea fireasca: Dece unele camere cu senzori mici dau imagini mai bune (cu o cantitate mai mare de informatie, concordanta cu realitatea), decat altele cu senzori mari? Ar fi necesara realizarea unui "tabel de concordanta" intre afirmatiile autorului si realitate (fenomenele fizice reale si consecintele lor interpretate corect).

Avram Tudor - 17 Dec 2014, ora 21:09
Multumesc pentru comentariu. Intr-adevar, este un subiect dificil si poate ca, uneori, dorind sa obtin fraze concise, exprimarea nu este perfecta.

Leontin V. - 21 Jan 2015, ora 22:07
Domnule Avram, Subiectul nu este dificil. Este suficient de a se executa o simpla schita si apoi, in baza celor descrise de aceasta, sa se poata purta lamuririle necesare. Prea multa descriere (din punct propiu al experientei si intelegerii) duce la confuzii si discutii nesfarsite. Astfel, evolutia ungiului de imagine pentru diafragme aferente unor senzori diferiti ca marime, va deveni usor de inteles urmarind o schita (desen tehnic). Cu sinceritate va spun (fara sa va contest autoritatea in domeniu - departe de mine acest gand) ca nu prea am inteles mare lucru din acest articol.

Augustin S. - 27 Jun 2015, ora 11:36
Cred ca este un articol bine scris, destul de complet pentru nivelul utilizatorilor acestui site, clar si foarte util. Multumesc autorului. Comentatorilor profesionisti cu: "da, dar ..." le transmit ca, pentru alt nivel tehnic si forme de exprimare mai elevate, exista contra cost cursuri la Politehnica (cu explicatii si schite savante) si la Filologie (limba si literatura romana). Intotdeauna la noi "dupa razboi multi viteji s'arata ...".

Dan Platon - 26 May 2016, ora 14:30
Articolul este greoi, are mult balast si prea putina fotografie. Pe scurt un senzor crop de "1,6" raportat la un senzor full frame 35mm este de 2,5 ori mai mic, respectiv laturile sunt de radical de ordinul 2 din 2,5, adica de 1,6 ori mai mici, asumand aceiasi forma (2/3). Matematic ca sa se umple cadrul cu aceiasi imagine trebuie sa ne indepartam cu 1,6 ori. Adancimea campului (DOF) se schimba cu distanta, indepartandu-ne creste profunzimea, vrem aceiasi profunzime reducem diafragma.

Lasa un comentariu:

nume*:
Nu sunt permise decat mesaje cu continut relevant si in tema cu subiectul articolului.
NOTA: Campurile marcate cu * sunt obligatorii.

e-mail (nu va fi facut public)*:

website (fara http://):

comentariu*:

trimite


Aveti un articol interesant? Il asteptam pe adresa office@foto-magazin.ro. Redactia evalueaza articolele primite si premiaza cel mai bun articol publicat in luna precedenta cu suma de 50 RON.
Ultimele 5 subiecte din forum care au primit raspunsuri:

Yashica pregateste
ceva »

   de Nikon
   acum 2 zile, la ora 14:13
Rumoare la Canon 2 »
   de Taxon
   acum 3 zile, la ora 15:45
Pagini interesante
pentru fotografi »

   de Ancuta
   acum 5 zile, la ora 13:55
Rumoare la Nikon »
   de Nikon
   acum 7 zile, la ora 10:25
Film diapozitiv
color »

   de csr
   acum 11 zile, la ora 20:06

Pana acum, cei 9631 de utilizatori au scris 127195 mesaje.

 

 


Site-ul include cookie-uri. Detalii aici

Politica de confidentialitate