Na co mi aż 10 milionów pikseli? Część 2

W drugiej części naszego artykułu dotyczącego zalet posiadania cyfrówki z 10-megową matrycą zajmiemy się tematem szumów. Teoretycznie rzecz biorąc, małe matryce o dużej liczbie punktów światłoczułych wiążą się z dużym zaszumieniem obrazu przy wysokich czułościach. Ale w praktyce duża liczba pikseli może się okazać zbawieniem. Zapraszamy!
Czy 10 milionów pikseli w maleńkich przetwornikach obrazu kompaktowych cyfrówek to tylko efekt pracy chorej wyobraźni speców od marketingu? Być może, ale spróbujmy jakoś je wykorzystać.

W pierwszej części artykułu pokazaliśmy dwa sposoby wykorzystania niepotrzebnych na co dzień 10 milionów pikseli, w które jest wyposażane coraz więcej cyfrówek. Pierwsza kwestia dotyczyła możliwości użycia pełnej rozdzielczości, gdy co jakiś czas (oby jak najczęściej!) popełniamy super-klatkę wartą powiększenia do formatu pełnej strony albumu lub A4 potrzebnego do powieszenia zdjęcia na ścianie. Sprawa druga to zamiana nadmiaru pikseli na milimetry ogniskowej, a bardziej precyzyjnie: wykorzystanie faktu, że dzięki temu nadmiarowi możemy bezkarnie korzystać z pewnego zakresu "zooma cyfrowego". Ma to wpływ na poszerzenie praktycznego zakresu kątów widzenia zooma, a więc zapewni posiadanie superzooma 380 mm w kompakcie z obiektywem 38-180 mm albo zooma 28-200 mm w kieszonkowym maleństwie 28-105 mm (wszystkie wartości podane w małoobrazkowych ekwiwalentach).

Druga część artykułu poświęcona będzie opcji jeszcze ciekawszej, a z pewnością mniej spodziewanej. Pokażemy, dlaczego dla obniżenia szumów warto mieć cyfrówkę z matrycą o jak największej liczbie pikseli.

Więcej pikseli = większe szumy. Prawda czy fałsz?

Teoretycznie prawda. Im bowiem więcej światłoczułych elementów upchniemy na danej powierzchni przetwornika obrazu, tym na każdy z nich pada mniej światła i dla osiągnięcia zadanej czułości sygnał z matrycy trzeba silniej wzmacniać. Powoduje to, że szumy widoczne na zdjęciach jako "cyfrowe ziarno" lub "kolorowa kaszka" rosną. Dodatkową, niekorzystną tendencją jest zmniejszanie rozmiarów matryc rejestrujących obraz w cyfrówkach. Przez długi czas matryce 5-megapikselowe, a później 8-megapikselowe miały rozmiar 2/3 cala, a teraz największe produkowane, nawet 10-megapikselowe mają już tylko 1/1,8 cala.

Czy jednak rzeczywiście obowiązuje zasada, że im więcej pikseli, tym szumy silniejsze? Gdy przyjrzymy się zdjęciom wykonywanym różnymi cyfrówkami oraz wynikom testów, to rzeczywiście można zauważyć, że aparaty 5-6 Mp statystycznie prezentują szumy nieco mniejsze niż 8-10 Mp. Ale tu też musimy być ostrożni, gdyż poziom szumów można oceniać (i ocenia się) w kilku kategoriach. Bada się szumy luminancji, czyli ogólnie rzecz biorąc różnice w jasności poszczególnych punktów obrazu, których jasność powinna być identyczna. Szumy te sprawdza się zarówno na szarym, jak i na czarnym polu tablicy testowej. Ocenia się też szumy chrominancji, czyli analogiczną różnicę barwy. Te dwa parametry wyrażone liczbowo wypadają w poszczególnych cyfrówkach tak bardzo różnie, że trudno dopatrzyć się wyraźnej prawidłowości łączącej ich intensywność z liczbą komórek przetwornika. Już prędzej zauważyć można zależność łączącą wielkość szumów w poszczególnych ich kategoriach z konkretnymi producentami cyfrówek.

Ale przecież teoria nie może aż tak bardzo odstawać od rzeczywistości. I rzeczywiście nie odstaje. Tyle że teoria dotyczy samych przetworników, a rzeczywistość szumów obserwowanych przez nas na zdjęciach (wydrukach, odbitkach, ekranie monitora). A pomiędzy jednym i drugim są jeszcze systemy przetwarzające sygnał w obraz, w tym zmniejszające widoczność efektów szumów, zwane układami redukcji szumów. Konstruktorzy aparatów zdając sobie sprawę, że matryce 10-megapikselowe "szumią" bardziej niż 5-megapikselowe, te pierwsze uzupełniają skuteczniejszymi systemami redukcji. Te mogą być bardziej wyrafinowane i lepiej dopracowane, gdyż po pierwsze muszą takie być - inaczej bogatych w piksele cyfrówek nie dałoby się w ogóle używać, a po drugie w danej klasie sprzętu aparat 10 Mp może być droższy od takiego z matrycą 6 Mp, a co za tym idzie więcej funduszy można przeznaczyć na skuteczniejszy układ redukcji szumów. Z tym że jednym lepiej wychodzi redukcja szumów luminancji, innym chrominancji, inni zapewniają w swoich cyfrówkach najlepszy kompromis pomiędzy oboma, a jeszcze inni dbają o redukcję znacznie mniej, dzięki czemu zdjęcia nie tracą na rozdzielczości. Bo pamiętajmy, że redukcja szumów polega na wybiórczym usuwaniu najdrobniejszych szczegółów zdjęcia, do jakich należy szum, więc przy okazji, niechcący usuwa się też inne szczególiki, co powoduje spadek rozdzielczości.

Tak czy inaczej, wychodzi na to, że w praktyce cyfrówki szumią podobnie bez względu na liczbę fotokomórek matrycy. Zarówno 5 lat temu, jak i teraz w cyfrowych kompaktach 3-, 5- i 10-megapikselowych maksymalną dopuszczalną do codziennego użytku czułością był i jest odpowiednik ISO 200. Są oczywiście od tej reguły chlubne i niechlubne wyjątki, ale zgodnie ze starym powiedzeniem tylko ją potwierdzają.

Ale skoro wszystkie cyfrówki szumią podobnie, to jaki jest sens kupowania 10-megapikselówki? Taki, że szumy powinno się oceniać dla konkretnego powiększenia zdjęcia, np. takiego, które zapewnia rozdzielczość 300 dpi (punktów na cal) na odbitce / wydruku. A to oznacza, że analizując szumy aparatu 3 Mp bierzemy na cel odbitkę 13x17 cm, a gdy 10 Mp - punktem odniesienia są wymiary 23x32 cm.

Zysk amatora wynika z faktu, że na co dzień nie będzie powiększał zdjęć z 10-megowego aparatu do rozmiarów A4, a najwyżej do "pocztówki" 10x15 cm albo jedynie oglądał je na ekranie monitora. Do tych celów nie potrzebujemy 100-procentowych powiększeń ujawniających 100-procentową wielkość ziarna. Zgodnie z tym, co ustaliliśmy w pierwszej części artykułu, przy odbitce 10x15 cm powiększamy zdjęcie ponad dwukrotnie słabiej niż przy 23x32 cm. Gdy oglądamy je na monitorze, powiększenie jest jeszcze mniejsze. Przeglądarka ACDSee na monitorze o rozdzielczości 1280 x 960 punktów pokazuje zdjęcie z 10-megapikselowej cyfrówki w powiększeniu 28%, czyli 3,5-krotnie mniejszym niż nominalne. A to oznacza, że i szumy są 3,5-krotnie słabiej powiększane, więc i znacznie słabiej widoczne.

Wycinki sześciu pól ze zdjęcia tablicy testowej wykonanego 10-megapikselowym Olympusem mju 1000, przy ustawionej czułości ISO 1600 (oświetlenie żarowe, czas ekspozycji 1/160 s). Górny zestaw został powiększony do 100% (inaczej 1:1) i widać, że szumy znacznie przekraczają próg, który można zaakceptować. Przeszkadzają zarówno szumy luminancji, jak i kolorowa "kaszka" szumów chrominancji. Natomiast zdjęcie dolne symuluje powiększenie, z jakim mamy do czynienia gdy całe zdjęcie oglądamy na monitorze o rozdzielczości 1600 x 1200 punktów. Tu już szumów chrominancji prawie nie widać, a szumy luminancji są prawie do zaakceptowania (choć oczywiście wiele zależy od naszych oczekiwań - w niniejszym artykule patrzymy na świat oczami amatora). Pamiętajmy, że ogromna większość powszechnie stosowanych monitorów korzysta z niższych rozdzielczości, czego efektem jest jeszcze słabsze powiększanie, a więc i mniejsza widoczność szumów.

Jak to wykorzystać?

Możliwości jest kilka, a wszystkie opierają się na bezkarnym korzystaniu z czułości wyższych niż dopuszczamy przy 100-procentowym powiększaniu obrazu. Po pierwsze, by z cyfrowego kompaktu uzyskać obraz z całkiem gładkimi szarościami, nie musimy już zjeżdżać do najniższej czułości, czyli ISO 50 lub ISO 80. Nie ma bowiem problemów, by taki efekt uzyskać i przy ISO 200. Przy tej czułości odwzorowanie barw nadal jest bardzo dobre, a więc nie tracimy nic, a możemy fotografować bez obaw poruszenia zdjęcia także przy nieco słabszym oświetleniu.

Szumy na zdjęciach wykonanych w warunkach plenerowych przeważnie wyglądają nieco inaczej niż na testach studyjnych. To zdjęcie wykonano przy czułościach ISO 800 i ISO 1600, a fragment obu wersji powiększono tak, jakby cały kadr oglądany był na monitorze o rozdzielczości 1280 x 960 punktów. Przy ISO 800 (lewy fragment) szumy prawie nie przeszkadzają, ale przy ISO 1600 jest już znacznie słabiej. Do wyraźnie gorszych niż studyjne wyników, przyłożyła się dłuższa ekspozycja (1/20-1/10 s) oraz oświetlenie bardzo odbiegające od dziennego.

Trochę inny motyw także wykonany przy ISO 1600, oświetleniu lampami sodowymi oraz przy czasie 1/20 s, ale jakże inny efekt wizualny. Fragment powiększony został w takim stopniu, jak całe zdjęcie wypełniające okno przeglądarki na monitorze 1280 x 960 punktów, a szumy przeszkadzają w znacznie mniejszym stopniu niż na zdjęciu pomnika Mickiewicza.

Druga sprawa to zdjęcia reporterskie, w których pewne szumy oraz pogorszenie odwzorowania kolorów już dopuszczamy, bo fotografowany motyw i jego uchwycenie jest równie ważne lub wręcz ważniejsze od poprawności technicznej. Jeśli braliśmy pod uwagę poziom szumów przy pełnym powiększeniu zdjęcia, to w ogromnej większości cyfrówek graniczną, dopuszczalną jeszcze czułością było ISO 200. Ale już wiemy, że zazwyczaj aż tak bardzo powiększać zdjęć nie będziemy, a więc nie ma problemów z użyciem czułości zarezerwowanych dotąd dla lustrzanek: ISO 400, ISO 800, a może nawet i wyższych. Dzięki nim możemy fotografować bez błysku nawet w niekorzystnych warunkach oświetleniowych. Jeśli jednak chcemy użyć lampy błyskowej, to podwyższona czułość zwiększa jej zasięg, co w przypadku maleńkich i słabiutkich fleszy montowanych w cyfrowych kompaktach jest sprawą bardzo ważną. Natomiast jeśli zastaniemy oświetlenie wystarczające dla "normalnych" zdjęć, to dzięki podwyższonej czułości możemy stosować bardzo krótkie czasy ekspozycji, które pozwalają uwiecznić nam szybko przemieszczające się obiekty bez widocznego ich poruszenia. To ważna rzecz w przypadku cyfrowych kompaktów, których obiektywy nie należą do najjaśniejszych.

Wysokie czułości matrycy przydają się także do zamrażania (choćby częściowego) ruchu szybko poruszających się obiektów. Lewe zdjęcie wykonane zostało przy dobranej automatycznie czułości ISO 125 i trudno na nim nawet rozpoznać sfotografowaną lagunę. Przy drugim zdjęciu (ISO 400) już takich wątpliwości nie mamy. Jednak Olympus mju 1000 nie pozwolił tu w pełni wykorzystać potencjału wysokich czułości, gdyż przy doborze wyższych od ISO 400 zaczynał przymykać przysłonę zamiast - jak byśmy sobie tego życzyli - skracać czas naświetlania. A automatyki z preselekcją przysłony nie było...

I jeszcze jedna kwestia, której świadomość przyda się, gdy portfel nie tak gruby, jak by tego chcieli producenci i pozwoli kupić cyfrówkę nieco taniej. Skoro dostępne są wysokie czułości przetwornika, to może nie jest nam wcale potrzebny aparat wyposażony w system redukcji drgań obrazu? Warto tę sprawę przemyśleć, choć w tej chwili coraz trudniej znaleźć nowy aparat bez sprzętowej stabilizacji obrazu.

Róża bez kolców? Nie tym razem

Przy ekstremalnych wartościach czułości możemy napotkać pewne niekorzystne zjawiska, które nie pozwolą używać na przykład ISO 1600, pomimo że cyfrowe ziarno wcale nie będzie nam przeszkadzać. Niektóre aparaty muszą bowiem stosować przy tych czułościach bardzo silną redukcję szumów i zdjęcia tracą na rozdzielczości tak bardzo, że nawet ekranowe powiększenia wyglądają na nieostre. Poza tym część cyfrówek nie zezwala przy najwyższych czułościach na korzystanie z pełnej rozdzielczości. Czasami jest to proste ograniczenie uniemożliwiające wykonywanie dużych powiększeń, a więc unikanie nieostrych lub zaszumionych zdjęć. Jednak niektóre aparaty w tych sytuacjach tworzą kilkupikselowe grupy, sumują sygnał z tych pikseli i dzięki temu uzyskują wyższą czułość matrycy bez konieczności silnego wzmacniana sygnału.

Prezentacja wzrostu poziomu szumów wraz z czułością na przykładzie zdjęcia z Olympusa mju 1000. Stopień powiększeń fragmentów jest taki, że całe zdjęcia wypełniają okno przeglądarki na monitorze o rozdzielczości 1280 x 960 punktów. Można zauważyć, że aż do czułości ISO 400 nie widać różnicy w ilości odwzorowanych szczegółów. Sytuacja nieco się pogarsza przy ISO 800 i jeszcze trochę (zwłaszcza w cieniach) przy ISO 1600. Ale dopiero efekty widoczne przy ISO 3200 i szczególnie ISO 6400 można uznać za trudne do przyjęcia. Z tym że przy tych dwóch czułościach rzeczywista liczba punktów obrazu to jedynie 3 miliony, a więc obraz jest silniej niż na pozostałych zdjęciach powiększany.

Innego rodzaju kłopoty dotyczą odwzorowania kolorów. Spadek nasycenia barw (wszystkich bądź tylko niektórych), spadek kontrastu obrazu, zmniejszona dynamika rejestracji - to wszystko może spowodować, że zdjęcia nie będą wyglądały tak dobrze, jak przy niższych czułościach, a w skrajnych przypadkach w ogóle nie będą się nadawały do oglądania. Jednak rzadko kiedy w jednym aparacie kumulują się wszystkie opisane wady, a przeważnie przeszkadza jedna, maksimum dwie. Wybierając model przed zakupem sprawdźmy więc, jakie ograniczenia i wady obrazu pojawiają się w nim przy wysokich czułościach.

Podsumowanie

Widać jasno, że duża, w wielu przypadkach zdawałoby się zbędna liczba fotokomórek przetwornika obrazowego może się jednak przydawać. Raz - do okazjonalnego wykonywania dużych powiększeń naszych najlepszych zdjęć, dwa - do używania cyfrowego zooma bez strat na jakości zdjęcia, trzy - do wykorzystywania wysokich czułości matrycy. Wszystko oczywiście przy założeniu, że na co dzień potrzebujemy praktycznie jedynie ok. 2 milionów pikseli wymaganych przez odbitkę 10x15 cm lub 0,5-1 miliona, gdy zdjęcia oglądamy na monitorze komputera.

Jednak należy pamiętać o tym, że te trzy opcje możemy wykorzystywać tylko alternatywnie, czyli:
  • gdy planujemy wykonanie powiększenia A4, nie możemy korzystać z czułości ISO 1600, ani fotografować z wykorzystaniem zooma cyfrowego
  • jeśli używamy wysokich krotności zooma cyfrowego, czyli mocno powiększamy obraz pochodzący z centralnego fragmentu przetwornika, nie możemy marzyć o wykonaniu odbitki do formatu, na jaki pozwala liczba 10 milionów pikseli, a i z wysokich czułości trzeba zrezygnować
  • gdy wykorzystujemy "ponadnormatywne" czułości przetwornika, zapomnijmy o silnym powiększaniu zdjęcia, zarówno w formie wydruku / odbitki, jak i przy wykorzystaniu jednego ze sposobów na zoom cyfrowy

Jeśli będziemy pamiętali o tych ograniczeniach, będziemy mieli możliwość pełnego i w zależności od potrzeb bardzo różnorodnego wykorzystania tych "zupełnie nikomu niepotrzebnych" 10-, a wkrótce pewnie i 12- i 15-megapikselowych przetworników wciskanych nam na siłę przez producentów cyfrowych kompaktów.

 
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.
1
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