Analoginis-skaitmeninis keitiklis ASK (angl. Analogue-to-digital converter) – prietaisas, konvertuojantis tolygų analoginį signalą į diskrečius skaitmeninius duomenis. Kuo didesnis ASK bito gylis, tuo daugiau reikšmių, kurias galima priskirti signalui jį keičiant ir todėl tuo mažesnė klaidos tikimybė. Dauguma DSLR fotoaparatų turi 14 bitų keitiklį, kurio pajėgumas – 16384 tonai vienam spalvos kanalui. Kadangi JPEG formato duomenys paprastai saugomi 8 bitų archyvuose, todėl juose netelpa visa tokių keitiklių surinkta informacija. Tokio išsamumo informaciją galima perkelti į RAW formato arba nesuspaustus TIFF formato įrašus, esant pakankamam bito gyliui.
APS-C – jutiklis, kurio dydis maždaug toks pats kaip APS juostinės sistemos klasikinio formato negatyvo (25,1×16,7 mm). APS-C jutikliai naudojami daugelyje DSLR ir kompaktinės sistemos fotoaparatų, taip pat kompaktiniuose fotaoparatuose mėgėjams, pvz., „Fujifilm“ X100. Kadangi tokie jutikliai mažesni už viso kadro jutiklius, jie turi vadinamąjį „Crop“ faktorių, taikomą montuojamiems objektyvams, paprastai 1,5-1,6x.
Galinis apšvietimas (BSI). Galinio apšvietimo jutiklio konstrukcija skiriasi nuo standartinių jutiklių, kuriuose sujungimai ir kiti fiziniai komponentai paprastai būna viršuje. Tokio tipo jutikliuose šie elementai įrengiami po pagrindu, todėl nekliudo įeinančiai šviesai ir leidžia jutikliui daugiau jos surinkti taip sumažinant triukšmo lygį.
Bito gylis – tonų, kuriuos galima užfiksuoti vaizdo įraše, skaičius. Kuo didesnis bito gylis, tuo daugiau tonų. Jutiklių terminologijoje bito gylio sąvoka naudojama kalbant apie analoginius-skaitmeninius keitiklius.
CCD – krūvio sąsajos įtaiso jutiklis, kuris buvo ilgai naudojamas kompaktiniuose, DSLR fotoaparatuose, skeneriuose ir aukštų technologijų aparatuose, skirtuose moksliniams tikslams. Jų veikimo principas – krūvio perdavimas analogine linija iki kiekvieno jutiklio stulpelio pabaigos, prieš jį nuskaitant ir pakeičiant į diskretų skaitmeninį kodą. Daugumoje vartotojams skirtų produktų šio tipo jutiklius pakeitė CMOS jutikliai.
CMOS – papildomo metalo oksido puslaidininkio jutikliai. Tai pagrindinis jutiklių tipas, naudojamas mobiliuosiuose telefonuose su kamera, kompaktiniuose, kompaktinės sistemos ir DSLR fotoaparatuose. Jų veikimo principas panašus į CCD jutiklių, tačiau jų konstrukcija daug funkcionalesnė.
Spalvos filtrų sistema. Jutiklių sistemos neatpažįsta standartinių spalvų, todėl būtinas koks nors spalvų atpažinimo būdas kiekviename foto taške. Spalvos filtrų sistema ir yra tas būdas: spalvoti filtrai išdėstomi jutiklyje, per juos turi prasiskverbti šviesa prieš patekdama į foto tašką. Kadangi vienas taškas gali turėti tik vienos spalvos filtrą, kitos spalvos tame taške atpažįstamos atkūrimo būdu (žr. paaiškinimą toliau). Dažniausiai naudojama raudonos žalios ir mėlynos žalios spalvų kombinacija, nors yra jutiklių su kitokiomis spalvų kombinacijomis arba visiškai skirtingu veikimo principu.
„Crop“ faktorius. Kuo mažesnis lęšio jutiklis, tuo aprėpiamo vaizdo plotas mažesnis. Tokio apribojimo rezultatas – siauresnis matymo kampas ir ilgesnio objektyvo efekto atkartojimas. DSLR APS-C jutiklių „Crop“ faktorius paprastai 1,5-1,6x; „Micro“ keturių trečdalių jutiklių (kurių dydis maždaug ketvirtadalis viso kadro jutiklių) – 2x.
Gretutinio taško spalvos atkūrimas – spalvos informacijos interpoliavimo į vaizdą procesas, kad kiekviename pikselyje būtų atkurta visa spalvų informacija. Reikšmės apskaičiuojamos pagal gretutinių taškų tos spalvos reikšmes. Šis procesas būtinas jutikliams su standartine spalvų filtrų sistema, nes viename taške gaunama tik vienos spalvos informacija. Galimas šio proceso rezultatas – spalvų netikslumas ir neryškumas.
EXR CMOS – „Fujifilm“ sukurta jutiklių technologija, kurios principas – kampu į jutiklį pakreipti foto diodai ir nestandartinė spalvų filtrų sistema bei galinis apšvietimas. Technologija prisitaiko prie situacijos specifikos, kad geriau ją atkurtų.
FOVEON X3 – jutiklių technologija, naudojama „Sigma“ DSLR ir kompaktiniuose fotoaparatuose, kurioje standartinė spalvų filtrų sistema pakeičiama silikono sluoksniais. Į juos skirtingo bangos ilgio šviesa prasiskverbia nevienodai giliai, todėl kiekvienam taškui perduodama visa raudonos, žalios ir mėlynos spalvų informacija ir nereikia taikyti gretutinio taško spalvų atkūrimo proceso. „Sigma“ teigimu, ši sistema garantuoja ryškesnį vaizdą su tikslesnėmis spalvomis.
Viso kadro jutiklis – jutiklis, kurio dydis apytiksliai atitinka 35 mm kadro dydį (36×24 mm). Dėl šios priežasties montuojamiems objektyvams netaikomas „Crop“ faktorius. Tai didžiausi jutikliai, naudojami DSLR fotoaparatuose. Jie montuojami brangiausiuose modeliuose, tokiuose kaip „Nikon“ D4 ir „Canon“ EOS-1DX.
Mikrolęšiai – labai mažų lęšių, išdėstytų fotoaparato jutiklyje, sistema. Jų tikslas – į kiekvieną foto tašką perduoti kuo daugiau šviesos; kartais gali sukelti rausvo atspalvio efektą.
Pikselio dydis – atstumas tarp dviejų jutiklio pikselių vidurio, matuojamas mikrometrais (µm). Pavyzdžiui, 20 MP kompaktinio fotoaparato su mažu jutikliu pikselio dydis bus lygus apie 1,2 µm, tuo tarpu to paties pikselių skaičiaus viso kadro jutiklio pikselio dydis bus apie 5,5 µm.
Signalo ir triukšmo santykis. Šviesos ir nepageidaujamo triukšmo santykio rodiklis. Kuo jis didesnis signalo atžvilgiu, tuo mažiau triukšmo matoma nuotraukose ir tuo geresnė vaizdo kokybė.
Technika
Fotoaparato – širdis
1000 žodžių apie jutiklius
Jutiklis – būtinas skaitmeninio fotoaparato komponentas, tačiau daugeliui fotomėgėjų jis iki šiol yra neįminta mįslė.Šioje apžvalgoje pateikiame šiek tiek daugiau, ką reikėtų žinoti apie jutiklius.
Anksčiau fotoaparato jutiklis nebuvo vienas pagrindinių veiksnių, į kuriuos reikėdavo atsižvelgti įsigyjant naują fotoaparatą. Gamintojai paprasčiausiai parinkdavo jutiklį pagal numatomą vartotojų grupę, o perkant buvo daugiau atsižvelgiama į labiau apčiuopiamus aspektus, pavyzdžiui, fotoaparato funkcionalumą ir objektyvo galimybes.
Nors šie faktoriai ir šiandien išlieka svarbūs, per pastaruosius keletą metų ribos tarp įvairių fotoaparatų kategorijų nebėra tokios aiškios. Mažų kompaktinių fotoparatų kategorijos gaminių jutikliai pakankamai dideli, o kišeniniai kompaktiniai fotoaparatai gali turėti daugiau pikselių nei daug brangesni veidrodiniai DSLR tipo fotoaparatai. Be to, neseniai išpopuliarėjus fotografų mėgėjų kategorijos kompaktiniams fotoaparatams su galingesniais nei paprastai jutikliais, gana sudėtinga žinoti, kurio fotoaparato jutiklis geriausiai atitinka jūsų poreikius. Situaciją taip pat sunkina standartinės terminologijos nebuvimas ir įvairūs jutiklio fizinio dydžio aprašymo būdai.
Šiame straipsnyje analizuojamos įvairios jutiklių specifikacijos ir atidžiau apžvelgiama jutiklių technologija, užtikrinanti vienų jutiklių pranašumą kitų atžvilgiu. Todėl nesvarbu, ar dairotės įsigyti naują sistemą, ar jums tiesiog įdomi jutiklių terminologija, šiame straipsnyje rasite visą reikiamą informaciją.
Pirmiausia jutiklių terminologija paini dėl to, kad gamintojai įvairiai pateikia jutiklių dydį. Kompaktinių fotoparatų jutiklių išmatavimai paprastai būna 1/1,7in arba 1/1,3in, taip matuojami vaizdo kamerų stiklo vamzdeliai. Šie skaičiai nurodo pačių vamzdelių skersmenį, tačiau iš to sunku spręsti apie pačių jutiklių dydį. APS-C ir viso kadro KSF ir DSLR tipo fotoaparatų jutikliai neturi skaitmeninio ddyžio ekvivalento, nors keturių trečdalių jutikliai, naudojami „Olympus“ ir „Panasonic“ fotoaparatuose kartais pateikiami kaip „4/3“.
Dydis svarbu
CCD ir CMOS
Per gana trumpą skaitmeninės fotografijos istoriją jutiklius galima buvo skirti į dvi grupes: krūvio sąsajos įtaiso CCD (angl. CCD, charge-coupled device) ir papildomo metalo oksido puslaidininkio CMOS (angl. CMOS, complementary metal oxide semiconductor). Nors abiejų jutiklių daugelis savybių panašios, CCD jutikliai buvo laikomi pranašesniais dėl mažesnio skaitmeninio triukšmo. Todėl šį tipą dažniausiai rinkdavosi daugumos DSLR ir galingesnių fotoaparatų, skirtų sudėtingesnei fotografijai, gamintojai, o CMOS jutikliai buvo naudojami pigesnės gamos produktams. Kai CMOS jutikliams buvo pradėta skirti daugiau dėmesio ir jiems imtos taikyti CCD jutikliams sukurtos technologijos, jų kokybė stipriai išaugo. Šiandien dauguma komercinių fotoaparatų ir vaizdo kamerų gamintojų jau renkasi CMOS jutiklius, o CCD jutiklių naudojimas apsiriboja aukštesnių technologijų produkcija ir keletu kompaktinių fotoaparatų modelių.
Viena tokio pasikeitimo priežasčių – didesnis technologijų, naudojamų CMOS jutikliams, skaičius. Iš pradžių tai buvo šio tipo jutiklių trūkumas, nes joms reikėjo daugiau jutiklio paviršiaus ploto, todėl mažiau vietos likdavo šviesai jautrioms zonoms. Tačiau ši sistema taip pat reiškė, kad kiekvieno foto taško krūvis iškart buvo konvertuojamas į įtampą, priešingai nei CCD technologijos, pagal kurios veikimo principą krūviai konvertuojami taškas po taško. Šios CMOS jutiklių technologijos pranašumas ypač išryškėja suvartojamos energijos požiūriu.
Patobulinus jutiklių gamybos ir šviesos surinkimo, triukšmo slopinimo ir kitų vaizdo apdorojimo technologijas CMOS jutikliai tapo daug patrauklesni fotoaparatų gamintojams, kurių tikslas – į kuo mažesnį plotą sutalpinti kuo daugiau technologijų.
Dydis ir raiška
Iš pradžių buvo siekiama, kad fotoaparatai turėtų kuo daugiau milijonų pikselių, nes tai užtikrina nuotraukų didinimo galimybę neprarandant vaizdo kokybės. Ir nors ši tendencija per pastaruosius keletą metų kiek atslūgo, kompaktinių ir DSLR fotaparatų vartotojams vis dar siūloma kuo daugiau milijonų taškų. Šiuo metu DSLR fotoaparatų pradedantiesiems pikselių skaičius – nuo 16 MP, o profesionalams – 21 MP ir daugiau.
Tačiau fotoaparatų vaizdo kokybė priklauso ne tik nuo pikselių skaičiaus. Nors kai kurių kompaktinių fotoaparatų pikselių skaičius siekia 20 MP, nemažai vartotojų pastebės, kad DLSR fotoaparatų vaizdo kokybė vis tiek geresnė.
Be optinių objektyvų, naudojamų kompaktiniams ir DSLR fotoaparatams, savybių, vaizdo kokybė skiriasi ir dėl paties taško dydžio. Profesionalių DSLR fotaparatų jutikliai daug didesni nei kompaktinių fotoaparatų, todėl jų didesni ir patys pikseliai. Esant tinkamam išlaikymui didesniame taške surenkama daugiau šviesos nei mažesniame. Kai surenkama daugiau šviesos, siunčiamas stipresnis triukšmo lygio signalas, todėl nuotraukose triukšmo mažiau ir didesnis dinaminis diapazonas.
Taigi, jei taškų per mažai, prastėja vaizdo kokybė, jei jų per daug – atsiranda daugiau skaitmeninio triukšmo ir siaurėja dinaminis diapazonas. Nenuostabu, kad gamintojai stengiasi surasti aukso vidurį tobulindami technologijas, leidžiančias didinti jutiklio taškų skaičių neprarandant vaizdo kokybės.
Kai kurie gamintojai radikaliai pakeitė įprastą jutiklių dizainą. Pavyzdžiui, dauguma jutiklių naudojama „Bayer“ spalvų filtro sistema (CFA), kuria nuskaitoma spalvų informacija (pav. dešinėje), o „Foveon“ tokios sistemos atsisakė išnaudodama faktą, kad šviesos įsiskverbimo į silikoną gylis yra kintamas priklausomai nuo jos bangos ilgio. Todėl naudojant keletą silikono sluoksnių kiekviename „Foveon“ jutiklių foto taške surenkama visa spalvų informacija, todėl CFA arba paskesnis atkūrimo procesas (žr. paaiškinimą toliau) nebereikalingi.
O pagal „Fujifilm“ Super CCD technologiją, siekiant padidinti jautrumą, aštuonkampiai foto diodai buvo išdėstyti 45º kampu į jutiklį. Vėliau ši technologija buvo panaudota Super CCD HR ir Super CCD SR jutikliuose, dar labiau padidinant raiškos ir jautrumo galimybes. Šiandien kompanija šią technologiją papildė EXR ir X-Trans sistemomis, iš kurių pastaroji turi nestandartinę spalvų filtro sistemą siekiant sumažinti vaizdo netolydumą (žr. pav. toliau).
Daugiau šviesos
Šviesos srauto didinimo technologijos buvo būdingos „Fujifilm“ ir „Sigma“, tačiau pastaraisiais metais galinio apšvietimo (angl. Back-side illuminated, BSI) sistemas ėmė taikyti ir kiti gamintojai. Sistemos principas paprastas: metaliniai sujungimai, kurie paprastai montuojami virš šviesai jautrių foto diodų, įrengiami po silikono pagrindu, kur jie nekliudo šviesai patekti į jutiklį. Tokiu būdu garantuojamas efektyvesnis šviesos surinkimas, o tai sumažina triukšmo lygį.
Ši sistema ypač naudinga kompaktiniams fotoaparatams su mažais perkrautais jutikliais, kurių veikimo rezultatai prasti esant nepakankamam apšvietimui. Šiandien dauguma kompaktinių fotoaparatų aukštesnės kainos grupėje turi tokios rūšies jutiklį. Jie taip pat montuojami kai kuriuose mobiliuosiuose telefonuose, pvz., paskutiniuosiuose „Apple“ iPhone modeliuose.
Mikrolęšiai, naudojami mobiliuosiuose telefonuose su vaizdo kamera, kompaktiniuose ir DSLR fotoaparatuose, priklauso dar pažangesnės jutiklių technologijos grupei. Jais šviesos spinduliai, keliaujantys į nejautrias jutiklio dalis, nukreipiami į foto taškus, taip užtikrinant didesnį jautrumą.
Daugiau nei vaizdo kokybė
Minėtieji patobulinimai užtikrina geresnę vaizdo kokybę, tačiau taip pat bandoma gerinti kitus jutiklio galimybių aspektus. Per pastaruosius keletą metų ryškiausių pokyčių būta automatinio fokusavimo srityje. Automatinis fokusavimas augant kompaktinės sistemos fotoaparatų (KSF) paklausai įgavo daugiau reikšmės.
Priešingai nei DSLR fotoaparatų, kurių refleksinė konstrukcija sudaro galimybes atskiram fazės aptikimo AF moduliui po pagrindiniu veidrodžiu, KSF modelių automatinis fokusavimas užtikrinamas pagrindiniu vaizdo jutikliu, keičiant lęšio elementų poziciją, kol aptinkamas geriausias kontrastas (taip pat kaip ir kompaktinių fotoaparatų). Tokia sistema veikia daug lėčiau nei fazės aptikimo AF sistema.
Vienas šios problemos sprendimo būdų – padidinti pagrindinio vaizdo jutiklio, kurio paskirtis – atkartoti DSLR fotoaparatų fazės aptikimo AF sistemos veikimo principą, pikselių skaičių, kad būtų sukurta „hibridinė“ kontrasto/fazės aptikimo AF sistema. Dar vienas šios sistemos privalumas – AF sekimas filmavimo metu. Būtent dėl šios priežasties ši sistema integruota naujausiuose KSF ir DSLR modeliuose.
GLODINIMO FILTRAI
Dauguma skaitmeninių fotoaparatų turi glodinimo (arba mažo pralaidumo) filtrą, kuriuo vaizdas šiek tiek suliejamas, kad būtų išvengta netolydumo efekto. Vieni iš žymiausių fotoparatų be tokio filtro yra „Sigma“ fotoaparatai, kuriuose vaizdo gavimui naudojama „Foveon“ silikono sluoksnių technologija, ir „Fujifilm“ modeliai su X-Trans technologija, kurioje naudojama nestandartinė spalvos filtrų sistema, padedanti išvengti netolydumo efekto. Neseniai „Nikon“ ir „Pentax“ pristatė po DSLR fotoaparatą be glodinimo filtro ir jo atitikmenį su tokia spalvos filtrų sistema. Tokie eksperimentai verčia abejoti tokių filtrų būtinumu, bet tai priklauso nuo jūsų praktikuojamos fotografijos tipo.
Tiek „Pentax“, tiek „Nikon“ pabrėžė, kad modeliai be glodinimo filtro, ypač pritaikyti gamtos vaizdų fotografijai, nes kraštovaizdžio scenose retai kada matyti netolydumo efektas. Mados fotografamas, priešingai, šie modeliai nėra pritaikyti, nes jų darbe kasdien gali pasitaikyti dėmesio vertas drabužio raštas.
Glodinimo filtrų veikimo principas – dažnių, patenkančių į jutiklį, ribojimas taip šiek tiek suliejant vaizdą, todėl fotografai, kurių darbe pasikartojančių detalių tikimybė nedidelė, gali naudoti fotoaparatus be filtrų, nes taip užfiksuos daugiau smulkmenų. Fotoaparatai su tokiu filtru turi vidinį vaizdo ryškinimo procesą, kuriuo kompensuojami tokie efektai.
Juozas Kazlauskas
VYZDYS_2013_1
