Gruzínský záliv - letní krajina
Změna způsobu pořizování fotografií
V posledních letech řada výrobců vyrobila fotoaparáty, které jsou schopné produkovat snímky s vyšším rozlišením prostřednictvím technologie zvané Sensor-Shift Technology. Tato technologie byla umožněna s nástupem stabilizace obrazu těla (IBIS). Návrháři fotoaparátů použili IBIS jako způsob, jak dosáhnout neuvěřitelného zvýšení rozlišení obrazu nebo ke zlepšení barevných informací pro pořízené snímky.
Pro tuto technologii existuje celá řada názvů, včetně režimu s vysokým rozlišením, systému rozlišení Pixel Shifting, režimu Pixel Shift Multi Shooting Mode nebo obecnějších názvů pixel-shift / sensor-shift, ale nakonec jsou za touto technologií všechny koncepty stejný. Vícenásobné obrázky se stejným pohledem se pořizují takovým způsobem, že se obrázky skládají a mísí, aby se vytvořil jeden, obvykle velký obrázek s vysokým rozlišením.
Tato nová technologie má silné i slabé stránky a pochopení jejího fungování vám může pomoci udělat 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. Když se díváte na obrázky v plném rozsahu, obrázky vypadají podobně, ale když se přiblížíte podrobnostem obrázků, to je, když začnete vidět rozdíly.
Gerbera sedmikrásky v interiéru, pravidelné rozlišení (20 MP) Olympus OMD EM 1 Mark II
Gerbera sedmikrásky v interiéru, s vysokým rozlišením (50 MP) Olympus OMD EM 1 Mark II
Mnoho přístupů k snímkům posunutým senzorem
Snímání obrazu s posunem senzoru bylo transformováno z drahých speciálních fotoaparátů, aby se stalo stále dostupnější funkcí u novějších fotoaparátů orientovaných na rozlišení. Dnes kromě monstra Hasselblad H6D-400c (400 megapixelových obrázků) 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 posun snímače?
Bez ohledu na výrobce zůstává základní akce snímání obrazu s posunem snímače stejná. Pořiďte více snímků, ale pro každý snímek lehce pohněte senzorem fotoaparátu, abyste zachytili více obrazových dat, a poté snímek poskládejte.
Pohybem snímače se barevná data obrazu zlepšují, což umožňuje vyřešit více detailů překonáním inherentních problémů s barevně specifickými fotografickými stránkami. Ignorování Hasselblad zahrnuje systémy využívající tuto technologii 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 Čtyři třetiny), i když existují další od stejných výrobců.
Tři z těchto řádků jsou zrcadlové fotoaparáty, přičemž Pentax je snímačem plodiny DSLR. Je zajímavé poznamenat, že fotoaparáty Panasonic / Olympus zaujímají jeden přístup a Pentax / Sony odlišný přístup ke stejným konceptům.
Systémy Olympus / Panasonic používají přístup, který umožňuje vytvářet velmi velké obrázky ve vysokém rozlišení, zatímco systémy Pentax a Sony používají posun senzoru ke zlepšení barevných informací u stejně velkých obrázků. Systémy Pentax i Sony také umožňují oddělení jednotlivých obrazů posunutých senzorem, zatímco Olympus a Panasonic spojují naskládané obrázky do jedné fotografie.
Olympus OMD EM5 Mark II má technologii posunu snímače.
Jak funguje senzorová technologie?
Abyste pochopili, jak funguje technologie posunu snímače, musíte také pochopit, jak snímač obecně funguje ve velmi malém měřítku. Za starých dobrých časů filmové fotografie používaly fotoaparáty k záznamu snímků film citlivý na světlo. Digitální fotoaparáty používají k záznamu světla velmi odlišný přístup.
Digitální fotoaparáty používají ke snímání světla dopadajícího na senzor fotodiody citlivé na světlo. Ve většině digitálních fotoaparátů má každá fotodioda specifický barevný filtr (červený, zelený nebo modrý), který tvoří fotosite. Tyto fotostránky jsou uspořádány tak, aby umožňovaly smíchání světla, aby bylo vidět barvu z obrazu přicházejícího na senzor.
Červené, zelené a modré fotosite na senzoru jsou obecně uspořádány do konkrétního vzoru známého jako Bayerovo pole (neboli Bayerova matice, filtr). Existují také další konfigurace, jako je snímač Fuji X-Trans (používaný u několika modelů fotoaparátů) nebo Sigma, který používá snímač Foveon.
U Bayerova uspořádání je dvakrát tolik zelených fotostránek než červených nebo modrých, protože lidské vidění je nejvíce naladěno na řešení detailů zeleně. Toto uspořádání obecně funguje dobře, ale pokud o tom přemýšlíte, na obrázku se vytvoří barevný pixel smícháním těchto fotosites dohromady.
Senzor neví, kolik červené je na zeleném nebo modrém místě senzoru, takže je nutná interpolace. Díky tomu můžete na fotografiích vytvořit určité artefakty, pokud se podíváte velmi pozorně a máte tendenci znamenat, že snímky RAW mají stále tak mírně měkké zaostření. Všechny snímky RAW je třeba při následném zpracování trochu doostřit (zelená, červená a modrá pro pixel jsou smíchány dohromady).
Bayerův vzor fotosites
Statické senzory
V běžném fotoaparátu bez IBIS zaznamenává každá fotosite pouze světlo z jedné barvy na jednom místě, takže data, která zaznamenává, jsou technicky neúplná. Je to jako kbelík, který sbírá pouze světlo z určité barvy. Shluk světelných kbelíků ve vzoru Bayer se používá k vytvoření jednoho pixelu v digitálním obrazu, ale uvnitř tohoto pixelu jsou dva zelené kbelíky, jeden modrý a jeden červený.
K sloučení obrazu dohromady a vložení jedné barvy do tohoto jednoho pixelu jsou signály z klastru fotodiod vyřešeny společně. Shromážděná data jsou interpolována pomocí algoritmu odstraňování mozaiky buď přímo ve fotoaparátu (jpeg.webp), nebo na počítači (z obrázku RAW), což je proces, který přiřazuje hodnoty pro všechny tři barvy pro každý fotosite na základě kolektivních hodnot registrovaných sousedními fotositemi .
Výsledné barvy se poté zobrazí jako mřížka pixelů a vytvoří se digitální fotografie. To je částečně důvod, proč mají snímky RAW mírně měkčí zaostření a je třeba je v postprodukčním pracovním postupu zaostřit.
Pohybující se senzory
IBIS znamená, že senzory se nyní pohybují tak mírně, aby se přizpůsobily jemným pohybům kamery, aby byl obraz stabilní. Někteří výrobci tvrdí, že jejich systémy jsou schopné stabilizovat kombinaci senzorů a / nebo čoček na ekvivalent 6,5 zastavení.
Pohyb senzoru umožňuje všem barevným fotostránkám zaznamenávat data pro každé místo na senzoru.
Této stabilizace je dosaženo mikroúpravou polohy senzoru. U obrazů s posunem snímače se používají stejné mikroúpravy, aby byl každý fotografický web vystaven světlu ze záznamu jednoho snímku. Senzor se v zásadě nepohybuje, aby neupravoval vnější poruchy, ale aby každá část obrazu obsahovala plnobarevné informace.
Fotky spíše než pixely
Možná jste si místo pixelů všimli výraz photosites. Fotoaparáty jsou často hodnoceny podle megapixelů jako měřítko jejich rozlišovací schopnosti, ale je to matoucí, protože fotoaparáty ve skutečnosti nemají pouze pixelové fotosite.
Při zpracování dat ze snímače jsou v obraze pixely. I termín „pixel-shift“, který se někdy používá, je zavádějící. Pixely se nepohybují, pohybují se právě senzory, na kterých jsou fotosítě.
Při pořizování jednoho snímku zaznamenává každý fotografický server data pro červené, zelené nebo modré světlo. Tato data jsou interpolována počítačem, takže každý pixel na výsledné digitální fotografii má hodnotu pro všechny tři barvy.
Senzory řazení
Fotoaparáty s posunem senzoru se snaží snížit závislost na interpolaci tím, že fyzickým pohybem senzoru fotoaparátu zachytí barevná data pro červenou, zelenou a modrou pro každý výsledný pixel. Vezměme si čtverec 2 × 2 pixely pořízený z digitální fotografie.
Konvenční digitální snímání pomocí pole Bayer zaznamenává data ze čtyř fotografických stránek: dvou zelených, jednoho modrého a jednoho červeného. Technicky to znamená, že na zelených fotostránkách chybí data pro modré a červené světlo, zelená data a červená na modrých fotostránkách a modrá a zelená na červených fotostránkách. Chcete-li tento problém vyřešit, budou během procesu interpolace určeny chybějící hodnoty barev pro každý web.
Ale co když jste nemuseli hádat? Co když byste mohli mít skutečnou barvu (červenou, modrou a zelenou) pro každý fotografický web? Toto je koncept technologie posunu senzoru.
Obrázek v normálním rozlišení.
Potápění hlouběji
Zvažte čtverec 2 × 2 pixely na digitální fotografii vytvořené pomocí technologie pixelového posunu. První fotografie začíná jako obvykle daty zaznamenanými ze čtyř fotografických stránek. Nyní však fotoaparát posouvá snímač tak, aby pohyboval fotografickými stránkami, a pořizuje stejný snímek znovu, ale s jiným fotografickým serverem.
Tento postup opakujte, aby všechny fotostránky měly světlo pro každé přesné místo na senzoru. Během tohoto procesu byla pro každý pixel získána světelná data ze čtyř fotositů (dvě zelené, jedna červená, jedna modrá), což vedlo k lepším hodnotám barev pro každé místo a menší potřebě interpolace (poučené hádání).
Obrázek s vysokým rozlišením při stejné hodnotě ISO, cloně a rychlosti závěrky.
Přístup Sony a Pentax
Tímto způsobem fungují režimy Sony Pixel Shift Multi Shooting Mode a Pentax's Pixel Shifting Resolution System. Je důležité si uvědomit, že použití těchto režimů nezvyšuje celkový počet pixelů ve výsledném obrázku. Rozměry vašich výsledných souborů zůstávají stejné, ale přesnost barev a podrobnosti jsou vylepšeny.
Společnosti Sony a Pentax pořídí čtyři snímky přesunuté o jednu celou stránku na jeden snímek a vytvoří tak jeden snímek. Je to opravdu jen vylepšení barevných informací v obraze.
Přístup Olympus a Panasonic
Režim s vysokým rozlišením fotoaparátů Panasonic a Olympus, které oba používají snímače Micro Four Thirds, zaujímá poněkud jemnější přístup a kombinuje osm expozic od sebe oddělených ½ pixelu. Na rozdíl od Sony a Pentax to výrazně zvyšuje počet pixelů ve výsledném obrázku.
Z 20megapixelového snímače získáte 50–80megapixelový snímek RAW. Existuje pouze jeden obrázek bez možnosti přístupu k jednotlivým obrázkům sekvence.
Jaké jsou výhody používání funkce Sensor-Shift?
Použití technologie posunu senzoru má několik výhod. Tím, že pořídíte více obrázků, znáte informace o barvách pro každé umístění fotografického webu a zvýšíte rozlišení, dosáhnete tří hlavních věcí. Snižujete šum, snižujete moaré a zvyšujete celkové rozlišení obrázků.
Hluk a vylepšené rozlišení
Pořízením více snímků s jemnou změnou polohy snímače se zvýší rozlišení obrazu, ale také informace o barvách v obraze. To umožňuje, aby podobné obrázky umožňovaly větší hloubku do obrazu s hladšími barvami, menším šumem a lepšími detaily.
Obrázek v normálním rozlišení.
Obrázek ve vysokém rozlišení.
Oříznutý těsně do obrazu s normálním rozlišením začnete vidět šum, který se projevuje jako zrnitost a barevná variace.
Ve verzi s vysokým rozlišením je stejná plodina, barvy a detaily jsou lepší s menším šumem.
Méně moaré
Moire je vzhled šumu nebo vzorků artefaktů, které se objevují na obrazech s úzkými pravidelnými vzory. Novější senzory mívají s Moire méně problémů než v minulosti, ale na některých obrázcích se stále objeví.
Příčina vzniku moaré má tendenci souviset se zaznamenanými těsnými vzory a fotoaparátem, který má problémy s řešením vzorku, protože má problémy se vzorky fotosituů snímače. Informace o barvě červené, zelené a modré fotostránky mají problémy s hranami v těchto těsných vzorech, protože nejsou zaznamenány všechny barvy pro jedno místo.
S posunem senzoru je tam každá barva pro každé místo, takže moaré mizí.
Obrázek v normálním rozlišení.
Obrázek ve vysokém rozlišení se zvýrazněnou ořezovou oblastí
Oříznutá oblast na obrázku se standardním rozlišením - začíná se objevovat šum (škrábance na papíru tam byly dříve).
Obraz s vyšším rozlišením má méně šumu a více detailů.
Proč to tedy nepoužívat pro každý obrázek?
Hlavním důvodem je, že musíte pořídit více snímků jedné scény. To znamená, že to u pohybujících se objektů opravdu nefunguje dobře. Tento proces vyžaduje minimálně čtyřnásobek doby expozice jednoho snímku. To se promítá do čtyř příležitostí pro pohyb části kompozice a / nebo fotoaparátu během snímání, což zhoršuje kvalitu obrazu.
Tato omezení omezují použití technologie na zátiší a (statickou) fotografii krajiny. Jakýkoli pohyb ve snímané scéně vytvoří rozmazanou nebo pixelovanou oblast. To je problém pro fotografování krajiny, pokud je tam vítr pohybující rostliny nebo mraky, stejně jako oblasti, kde je přítomna tekoucí voda.
To také znamená, že obvykle musíte být velmi stabilní a používat stativ, ačkoli existují určité jasné úmysly výrobců zpřístupnit verze, které umožní ruční fotografování fotoaparátu (Pentax má tuto funkci).
Obrázek ve vysokém rozlišení pořízený na stativu.
Artefakty pohybu jsou viditelné při bližším pohledu.
Vtipy některých systémů
Protože technologie posunu snímače byla implementována různými způsoby a v závislosti na použitém systému jsou problémy trochu jiné. Hlavní je, že obecně potřebujete stativ, takže žádný běh a zbraň.
Systém Sony má další omezení, že obraz nebudete moci vidět, dokud nezpracujete čtyři samostatné obrazy společně. To znamená, že ve fotoaparátu nemůžete zkontrolovat svůj vyřešený obraz. Navíc díky vysokému počtu pixelů na A7R mark III je na výsledném snímku zvláště patrný jakýkoli jemný pohyb stativu. Chcete-li upravit obrázky, musíte také použít proprietární software Sony ke sloučení obrázků dohromady.
Pentax má několik zajímavých funkcí. Použití softwarové aplikace dodávané s kamerou umožňuje adresovat pohyb pomocí algoritmu v softwaru pro odstranění pohybových artefaktů. To funguje lépe než software běžně používaný pro manipulaci s obrázky, jako je Adobe.
Systém Olympus je tu už nějakou dobu a v poslední iteraci Olympus OMD EM1 Mark II bude jakýkoli detekovaný pohyb nahrazovat tyto postižené pixely částmi jednoho z obrazů s běžným rozlišením v oblastech pohybu. To vytváří nerovnoměrné rozlišení, ale obraz vypadá lépe pro věci, jako je vítr. Omezuje také omezení, zejména pokud je hodně pohybu. Obrázky často vypadají trochu pixelovaně.
Obrázek stromu se standardním rozlišením - vše je ostré.
Obrázek stejného stromu ve vysokém rozlišení, ale bylo větrno … Oříznutá oblast je zobrazena ve žlutém poli.
Oříznutá oblast se rozšířila - pohyb větru generoval na obrázku některé artefakty.
Omezení
Největší výzvou, které čelí snímání obrazu s posunem snímače, jsou pohybující se objekty. Pokus o spárování blesku s fotoaparátem pomocí snímání obrazu s posunem pixelů může být navíc komplikován rychlostí snímání obrazu, omezeními recyklace blesku a obecnými problémy s kompatibilitou. Výrobci si jsou těchto problémů vědomi a snaží se je vyřešit.
Celkově se technologie bude zlepšovat
Stále více systémů používá k výrobě těchto obrázků s vyšším rozlišením algoritmy. Jak technologie dospívá, implementace získají stále lepší výsledky, potenciálně schopné vypořádat se s pohybem a ručními podmínkami.
Výhodou pro výrobce je, že se vytvářejí kvalitnější obrázky bez nutnosti opravdu drahých senzorů s vysokou hustotou pixelů (levnější). Výhodou pro uživatele je, že obrázky mohou mít lepší informace o šumu a barvách pro lepší konečné výsledky.
Šťastné hledání dokonalého obrazu ve vysokém rozlišení!