ABC fotografii cyfrowej cz. 11 - Zoom cyfrowy kontra zoom optyczny

Zachwalając swoje aparaty, producenci powołują się na rozmaite osiągi i parametry. Jednym z najważniejszych jest zakres wbudowanego obiektywu. Często słyszymy o "łącznym zoomie", czyli kombinacji zbliżenia optycznego z cyfrowym. Czy jednak zoom cyfrowy może mieć pozytywny wpływ na zdjęcia? W jedenastym odcinku naszego ABC rozprawiamy się z tym gadżetem. Zapraszamy!
Zacznijmy od paru zdań o zoomie optycznym, ponieważ dopiero znajomość zasady jego działania pozwoli poznać prawdę o zoomie cyfrowym, tak intensywnie propagowanym przez producentów. Już teraz podkreślimy jednak bardzo stanowczo - zoom cyfrowy to gadżet marketingowy i określenie "zoom" jest w tym przypadku dużym nadużyciem. Ale po kolei.

Termin zoom jest powszechnie przyjęty w języku polskim i określa obiektyw o zmiennej ogniskowej. Przyjęło się określać zakres zoomu poprzez podawanie najkrótszej i najdłuższej dostępnej wartości ogniskowej. Zazwyczaj, w celach praktycznych podaje się też wartości odpowiadające polu widzenia danej ogniskowej w formacie 35 mm, choć na obiektyw nanoszone są ogniskowe nominalne, czyli rzeczywiste (uwaga ta dotyczy oczywiście jedynie optyki stosowanej z niepełnoklatkowymi lustrzankami cyfrowymi). Dla przeciętnego amatora fotografii interesujące jest, ile razy zoom może "przybliżyć" fotografowany obiekt, jeżeli zmienimy ogniskową od najkrótszej do najdłuższej. To przybliżanie daje podobny efekt optyczny, jak lornetka podczas obserwacji odległych obiektów. Jeżeli nasz aparat ma zoom optyczny, to zdjęcie odległego obiektu wygląda tak, jak wyglądałby ten obiekt widziany przez lornetkę. Poniżej prezentujemy dwa zdjęcia torów kolejowych wykonane aparatem Canon PowerShot S2 IS z ogniskową ustawioną raz na 6 mm a następnie na 72 mm, co odpowiada polu widzenia ogniskowych 36 mm i 432 mm w małym obrazku.

fot.1 - zdjęcie wykonane aparatem Canon PowerShot S2 IS, ogniskowa 6 mm (ekw. 36 mm)


fot. 2 - zdjęcie wykonane aparatem Canon PowerShot S2 IS, ogniskowa 72 mm (ekw. 432 mm)

Do omówienia powyższych zdjęć wrócimy w dalszej części artykułu, przy opisie zasady działania zoomu cyfrowego.

Zasada działania zoomu optycznego

Zacznijmy od schematycznego przedstawienia zasady działania zoomu optycznego. Dzięki poniższej ilustracji łatwiej będzie stwierdzić, że zoom cyfrowy nie jest faktycznie zoomem w rozumieniu mechanizmu "przybliżającego" fotografowany obiekt.

rys.1 - schemat działania zoomu optycznego. Skala odległości została zniekształcona. Obiekt fotografowany powinien być setki razy dalej niż odległość obiektyw-matryca.

Schemat działania zoomu przedstawiamy w jednym wymiarze (liniowo). Rysunek imitujący powierzchnię zdjęcia byłby znacznie mniej czytelny. Zoomowanie optyczne polega na wydłużeniu ogniskowej obiektywu, co zaznaczyliśmy rysując obiektyw jako soczewkę o różnych grubościach. Soczewka gruba - ogniskowa krótka, soczewka cienka - ogniskowa długa.

Wydłużanie ogniskowej powoduje, że obraz obiektu rzutowany na matrycę jest coraz większy. Wynika to ze wzoru:

1/x + 1/y = 1/F

w którym x jest odległością przedmiotu a y obrazu od soczewki. Przyjmując x>>y, co jest równoznaczne zmierzaniu x do nieskończoności (x ->), z podanego tu wzoru otrzymujemy

y = F

Reasumując, w miarę wydłużania ogniskowej obraz przedmiotu rzutowany na matrycę jest coraz większy, widać więc wiele szczegółów nierozróżnialnych na zdjęciu z krótką ogniskową. Bardzo ładnie demonstrują to dwa zdjęcia zamieszczone na początku artykułu.

A teraz pokażemy jak działa zoom cyfrowy.

Zasada działania zoomu cyfrowego

rys. 2 - zasada działania zoomu cyfrowego. Tak jak na poprzednim rysunku odległość przedmiot-aparat jest tu również przerysowana (za mała) w stosunku do rozmiarów aparatu.

Zoom cyfrowy to programowe "rozciągnięcie" obrazu zarejestrowanego na matrycy. Czarna linia zakończona strzałką symbolizuje programowe powiększenie obrazu z równoczesnym zapełnieniem dodatkowych pikseli kolorami zbliżonymi do otoczenia punktu zarejestrowanego. Prześledźmy działanie zoomu cyfrowego.
  1. Robimy zdjęcie z zoomem cyfrowym ustawionym np. na 4x.
  2. Obraz jest rejestrowany na matrycy jak przy normalnym fotografowaniu.
  3. Program aparatu "wycina" ze środka zdjęcia obraz o powierzchni odpowiadającej polu widzenia ogniskowej 4-krotnie dłuższej niż maksymalna ogniskowa wbudowanego obiektywu i "rozciąga" go do rozmiarów zdjęć rejestrowanych przez całą matrycę.
  4. Puste piksele pomiędzy tymi "rozciągniętymi" program zapełnia, wg. zapisanych w pamięci procesora reguł, kolorami zbliżonymi do sąsiednich punktów rozciągniętego zdjęcia.
  5. Tak spreparowany obraz jest zapisywany na karcie pamięci aparatu.

  6. Na rys. 2 ciemnioczerwone odcinki na matrycy to obraz zarejestrowany, a bladoróżowe to uzupełnienie programowe. Nazywanie tej procedury, realizowanej software'owo, zoomem jest bardzo mylące, zwłaszcza jeśli pamięta się, jak działa zoom optyczny.

    Z praktycznego punktu widzenia zoom cyfrowy:
    • nie "przybliża" fotografowanego przedmiotu
    • nie dodaje żadnych szczegółów, których nie widać na zdjęciu bez włączonego zooma cyfrowego
    • rozmywa kontury na zdjęciu
    • powiększając, czyni zdjęcie mało wyraźnym
    Każdy, kto obrabiał zdjęcia cyfrowe w komputerze wie, że analogiczną procedurę można przeprowadzić właśnie za pomocą odpowiedniego programu komputerowego. Co ważniejsze, w komputerze możemy przeprowadzić cyfrowe "zoomowanie", zachowując kopię oryginalnego zdjęcia, do której w każdej chwili jesteśmy w stanie wrócić. Dodatkowo można tę procedurę przeprowadzić na wiele sposobów, za każdym razem startując od oryginału.

    Wykorzystanie zoomu cyfrowego w aparacie w momencie wykonywania zdjęcia pozbawia nas oryginału tego ujęcia. Tak naprawdę zoom cyfrowy to gadżet marketingowy, na który producenci próbują złapać najmniej doświadczonych amatorów fotografii. Fakt umieszczenia w pamięci procesora programu realizującego opisaną powyżej funkcję cyfrowego "zoomowania" w żadnym stopniu nie podnosi jego wartości handlowej czy użytkowej. Warto zwrócić uwagę, że lustrzanki, czyli aparaty wyższej klasy, kupowane przeważnie przez doświadczonych już fotoamatorów, nie oferują zoomu cyfrowego. Zaawansowanego użytkownika, nie mówiąc o profesjonaliście, nikt na takie sztuczki nie usiłuje nabierać.

    fot. 3 - fragment fot.1 odpowiadający widokowi na fot. 2, ale uzyskany metodą "zoomowania" cyfrowego

    Fot. 3 odpowiada w przybliżeniu dwunastokrotnemu zoomowi optycznemu zastosowanemu podczas wykonywania fot. 1. Różnica jakości między efektem wykorzystania zooma optycznego a cyfrowego nie wymaga chyba komentarza. Producenci aparatów nie stosują aż dwunastokrotnych zoomów cyfrowych, ale nawet zoom cyfrowy 3x w sposób ewidentny pogarsza jakość zdjęcia.

    "Inteligentny" zoom cyfrowy

    Od jakiegoś czasu w aparatach fotograficznych różnych firm stosowany jest zoom cyfrowy zwany przez producentów "inteligentnym" (tzw. Smart Zoom). Działa on na tej samej zasadzie, co zwykły zoom cyfrowy (wykorzystania centralnej części obrazu), ale nie interpoluje zdjęcia do pełnych rozmiarów, a jedynie wycina fragment, którego minimalne wymiary mamy możliwość zdefiniować. Ustawienie zoomu cyfrowego zmniejsza obszar matrycy, na który rzutowany jest obraz i cały ten mniejszy obraz jest zapisywany w pamięci aparatu. Co to daje?

    Otóż obiektyw o ogniskowej rzeczywistej F, daje ekwiwalent pola widzenia obiektywu małoobrazkowego o ogniskowej tym dłuższej, im mniejszą matrycę zastosowano w danej cyfrówce. Tak więc zmniejszanie efektywnego (wykorzystywanego do rejestracji obrazu) rozmiaru matrycy daje efekt wydłużenia ogniskowej równoważnej, czyli efekt zoomu optycznego. Należy jednak pamiętać, że taki "inteligentny" zoom cyfrowy tworzy zdjęcie o mniejszej rozdzielczości niż na to pozwala matryca aparatu. Zdjęcie nie jest zdegradowane rozciągnięciem wymiarów jak przy zwykłym zoomie cyfrowym, ale i tak trudno mówić o rewelacji.

    Tego typu zoom przez niektórych producentów nazywany jest "dodatkowym zoomem optycznym". Przykładem aparatu, w wypadku którego można spotkać taką definicję zoomu cyfrowego jest Panasonic Lumix DMC-TZ3. Aparat ten wyposażono w matrycę 8,5 Mp z której wykorzystuje się tylko 7,2 MP. Pozwala to na robienie zdjęć o różnej proporcji (4:3, 3:2, 16:9) z prawie stałą maksymalną rozdzielczością i zapewnia utrzymanie szerokiego kąta (ekwiwalentu 28 mm) przy każdej proporcji boków. Aparat pozwala też na uzyskanie "dodatkowego" zoomu optycznego poprzez wykorzystanie tylko części powierzchni matrycy. Zmniejsza to oczywiście rozdzielczość, ale nawet 3 Mp pozwalają na otrzymanie dobitek 10x15 cm o dobrej jakości. I tak - przy wykorzystaniu tylko 5 Mp w formacie 3:2, efektywny zoom optyczny daje zbliżenie 12x. Wykorzystanie zaś tylko 3 Mp w tym formacie daje odpowiednik zooma optycznego 15x.

    Uwagi końcowe

    Większość znanych fotografów we wszystkich swoich poradach dla amatorów radzi wyłączać zoom cyfrowy zaraz po zakupie aparatu (o ile istnieje taka możliwość), by przypadkiem nie zepsuć sobie w sposób nieodwracalny zdjęcia, którego nie będziemy mogli powtórzyć. Nie pozostaje nam nic innego jak dołączyć się do tego szacownego grona i zalecić niekorzystanie z tej "magicznej" opcji. Efekty, które pozwala osiągnąć, mogą bowiem nieprzyjemnie zaskoczyć.

    Autor jest profesorem na Wydziale Fizyki Uniwersytetu im. A. Mickiewicza w Poznaniu.
 
Komentarze
Polecane artykuły
Ilya Shtutsa: „Dobra fotografia jest darem“
5 Lis 2018
O swoich początkach, darze jakim jest fotografia czy wpływie prac Arnolda Mindella opowiada nam Ilya Shtutsa - rosyjski entuzjasta street’a, który opisuje fotografię jako grę o nieprzewidywalnym wyniku.
2
Najnowsza sesja Vanity Fair należała do Polaków
2 Lis 2018
Suspiria, włoski horror z lat siedemdziesiątych, doczekał się odświeżenia i właśnie wchodzi na ekrany polskich kin. W obsadzie znalazły się takie gwiazdy jak Tilda Swinton i Dakota Johnson, ale zagrała w nim również Polka - Małgosia Bela. Postprodukcję obszernej sesji obsady filmu dla włoskiego Vanity Fair wykonało studio House OF Retouching.
0
Oded Wagenstein: „Nie możesz po prostu pojawić się u kogoś w drzwiach i poprosić o zdjęcie”
1 Lis 2018
W syberyjskiej wiosce Yar-Sale mieszka grupa starszych kobiet. Większość dni spędzają w odosobnieniu, odizolowane od świata, który kochały. Podczas gdy mężczyźni zwykle zachęcani są do pozostania w migrującej społeczności i utrzymania ról społecznych, kobiety muszą same radzić sobie ze starością. Fotograf Oded Wagenstein przybliża ich historię w projekcie “Forgotten Like Last Year’s Snow”.
0
Siena International Photo Awards 2018 to piękno świata pod różną postacią
30 Paź 2018
Za nami już czwarta edycja prestiżowego konkursu Siena International Photo Awards. W tym roku zwycięzcą został K M Asad - freelancer współpracujący między innymi z Getty Images. Jednak wśród laureatów nie zabrakło też Polaków. III miejsce w kategorii „The beauty of the nature“ zajął Mariusz Potocki, a Bartłomiej Jurecki otrzymał wyróżnienie w sekcji „Journeys & Adventures“.
0