מאמר צילום – הצילום הדיגיטאלי

חיישן דיגיטאלי

אם היינו שואלים פעם, בעולם האנלוגי, יצרן מצלמות מה הוא מבין בצבעים או ברגישויות, כנראה שהתשובה היתה: "מה אתם רוצים ממני? לכו תשאלו את מי שמייצר פילם…" חשבתם על זה? היום, על היצרנים להתמודד עם שלל נושאים החל מגוף המצלמה ועד לפילם הדיגיטאלי – החיישן.

מזל שאלו לא הבעיות שלנו…אנחנו מקבלים את המערכת הדיגיטאלית כמקשה אחת.

כל שעלינו לעשות, הוא להבין את המבנה ואופן הפעולה שלה כדי שבתמונות שלנו ננצל את היתרונות שבה ונדלג על החסרונות

החיישן

החיישן הוא סרט הצילום הדיגיטאלי. משטח הבנוי מתאים פוטואלקטריים שתפקידו לקלוט את האור החודר מבעד לעדשה ולהמיר אותו לזרם חשמלי.
תא פוטואלקטרי עשוי מחומר מוליך למחצה, פגיעה של פוטונים (חלקיקי אור) בתא, משנה את המוליכות שלו ומאפשרת העברה של זרם חשמלי. חיישן של מצלמה דיגיטאלית בנוי ממיליוני תאים כאלה, אנחנו מכנים אותם פיקסלים.   

שחור ולבן

נשמע פשוט לא? פיקסל שמקבל אור מעביר זרם, פיקסל חשוך לא מעביר כלום….במחשבה שנייה, אם כך היינו יכולים לצלם רק לוחות שחמט…  

גווני אפור

טוב, אז זה טיפה יותר מורכב – עוצמת המוליכות של התא תלויה בכמות האור שהוא מקבל. ממיר אנלוגי לדיגיטאלי (Analog to Digital Converter – ADC) מתרגם את עוצמת המוליכות בהתאם לכמות האור.
תרגום זה מעניק ערך של 14 ביט לערוץ במצלמות החדשות, (12 ביט בישנות).

מה כל זה אומר? במצב 14 ביט יהיו לנו 2 בחזקת 14 רמות בהירות – 16,384 גווני ביניים! מ-0 שחור עד ל 16,384 לבן לחלוטין.
או.קי., אם כך, היינו יכולים לצלם רק בגווני שחור לבן, לא?   

צבע

כאן נכנסים לתמונה פילטרי הצבע למיניהם. הנפוץ ביותר הוא פילטר מסוג Bayer.
פילטר זה מסנן את שלושת צבעי היסוד – ירוק, אדום וכחול באופן כזה שכל ארבעה פיקסלים סמוכים מקבלים תדר אור אחר.
שניים מקבלים ירוק אחד כחול ואחד אדום. נהוג לכנות זאת :RGBG או RGGB.
לאחר הדגימה, מתבצע שקלול שיוצר את תמונת הצבע המלאה.
ולכן, במצב 14 ביט, נוכל להבחין בין 16,384 (רמות בהירות) בחזקת 3 (צבעי היסוד) גוונים של צבע. זה יוצא כמעט 4.4 מיליארד גווני צבע…לא מעט, נכון?

סוגי חיישנים

שתי טכנולוגיות חיישנים עיקריות קיימות בשוק, CCD ו CMOS.   CCD, Charge Couple Device – בחיישן מסוג CCD מעביר כל פיקסל את המטען החשמלי שלו לצידי החיישן.
שם הוא נאסף ומתורגם.

חיישני CCD ו CMOS

חיישן CCD פחות נפוץ במצלמות מהדורות החדשים מהסיבה שהוא צורך המון אנרגיה בהשוואה לחיישן CMOS  CMOS, Complementary Metal Oxide Semiconductor – בחיישן CMOS מותקנים טרנזיסטורים מסביב לכל פיקסל.
הם משמשים להגברת האות הנקלט, אך יוצרים מעט רעש דיגיטאלי. צריכה נמוכה של אנרגיה ומנגנונים יעילים להסרת רעש דיגיטאלי, הם הסיבות העיקריות לכך שזהו החיישן הנפוץ יותר כיום בשוק מצלמות ה DSLR.  

גודל חיישנים  

לגודל החיישן השפעה דרמטית על איכות התמונה מההיבטים של טווח דינאמי ורעש דיגיטאלי. אני מתכוון לגודל הפיזי שלו ולא על כמות הפיקסלים שהוא מכיל.

בהנחה שכמות הפיקסלים זהה, יהיה הפיקסל הבודד בחיישן גדול, גדול יותר מהפיקסל הבודד של חיישן קטן ממנו. פיקסל גדול זה טוב!! הוא יכול לקלוט אור רב יותר, הוא יכול להיות מדויק יותר בקריאה שלו ולא יפריע לשכניו.

פיקסלים זערוריים וצפופים, עלולים להשפיע אחד על השני מה שיתבטא ברעש דיגיטאלי.

קיימים פורמטים רבים של גדלים. החל מחיישני פריים מלא FF של מצלמות רפלקס בגודל של 36X24 מ"מ ועד לחיישנים זעירים של מצלמות קומפקטיות בגודל של 7X5 מ"מ.

טעות נפוצה היא לחשוב שחיישן קטן ייתן עומק שדה גדול… אז זה לא בדיוק ככה.

לחיישן קטן מתאימה אופטיקה באורכי מוקד קצרים. לדוגמא: החיישן הקטן בקאנון G11, שמימדיו (1/1.7" מ"מ  7.6X5.7) משודך לעדשת זום באורכי מוקד 6.1-30.5 מ"מ.  
אקוויוולנטית ל 28-140 מ"מ. כך שבעצם אורך המוקד הקצר (מאוד!) של העדשה הוא זה שמכתיב את עומק השדה הגדול.  

רזולוציה והדפסה  

רזולוציה

כאמור, הפיקסל הוא התא הפוטואלקטרי הבודד. כמות הפיקסלים לרוחב החיישן ולאורכו היא שקובעת את רזולוציית החיישן.

רזולוציה – כושר הפרדה. ככל שלחיישן רזולוציה גבוהה יותר נוכל לקבל תמונות מפורטות יותר ונוכל להדפיס מהן הגדלות גדולות יותר.
למשל, מצלמה שלה חיישן בעל 4000 פיקסלים לרוחב ו 3000 פיקסלים לאורך, היא בעלת רזולוציה של 12 מליון פיקסלים או 12 מגה.

שמתם לב שלא דיברתי על גודלו הפיזי של החיישן, אלא רק על צפיפות הפיקסלים שלו. בתקופה זו של טכנולוגיות החיישנים (שנת 2010), נטוש קרב עז בין המצדדים בחיישנים בעלי צפיפות פיקסלים רבה לבין אלו שטוענים שאין בהם צורך.

הטענה העיקרית של השוללים, היא שכושר ההפרדה של האופטיקה (העדשות שלנו) ממילא נמוך יותר מכושר ההפרדה של החיישן מרובה הפיקסלים.
ולכן אין שום משמעות לצופף 15 מיליון או 18 מיליון פיקסלים בגודל חיישן נתון, אם כושר ההפרדה של העדשה נמוך יותר.

ובסך הכל מדובר באקט שיווקי של יצרני הציוד להראות ששלהם גדול יותר ולכן טוב יותר. מהצד השני, טוענים המצדדים, שאם זה לא יועיל בטח זה לא יזיק ועם הזמן כשיצאו לשוק עדשות בעלות כושר הפרדה טוב יותר נוכל לנצל את החיישן באופן מקסימאלי.

מה שבטוח, זה עושה רק טוב ליצרני הציוד…ולנו המשתמשים תמיד תהיה הסיבה לשדרג… 

הדפסה

חשוב להבהיר שהרזולוציה היא שתקבע את הגודל המקסימאלי של ההדפסה אותה אפשר להפיק מהתמונה מבלי לגרום לה להתפקסל.

כשמדובר בהדפסות, נזכור שקנה המידה לרזולוציית הקובץ נמדד ב DPI – Dots Per Inch, בעברית – נקודות באינצ'. רזולוציית ההדפסה המקובלת היא 300DPI.
מכאן, שאותו קובץ בעל 12 מליון פיקסלים 4000X3000, ניתן להדפסה מקסימאלית בגודל 10X13.3 אינצ' ובתרגום לסנטימטרים: 25X34 ס"מ.

רגישות – ISO

רגישות – ISO   ISO הוא כמו הווליום של החיישן.
כפי שניתן להעלות את העוצמה במערכת סטריאו, כך ניתן להגביר את רגישותו של החיישן.
וכמו שבמערכת הסטריאו הביתית שלכם, אם תגבירו את הווליום מעל ערך מסוים תתחילו לשמוע רעשים וצפצופים, כך יקרה אם נעלה את הISOלערכים גבוהים מאוד.

צריך לזכור לשכל חיישן ערך רגישות בסיסי נתון. כל העלאה של הערך הזה היא בעצם הגברה דיגיטאלית של האות הנקלט על ידו. ולכן, נראה רעש דיגיטאלי על תמונות שצולמו בISO גבוה.

רעש דיגיטאלי

הרעש יתבטא בנקודות צבעוניות או מונוכרומאטיות על גבי התמונה ויפגום בחלקות שלה ובפרטים שבה. מנגנונים מתוחכמים להסרת הרעש במעבדי המצלמות ובתוכנות עריכה מתקדמות, מסוגלים לנקות אותו ברמה זו או אחרת, ולאפשר תמונה חלקה יחסית ועשירה בפרטים גם בISO גבוה.

בשנים האחרונות, עם התפתחות הטכנולוגיה מנגנוני הסרת הרעש הולכים ומשתפרים באופן ניכר. ויחד עם זה, חיישן גדול, בעל פיקסלים גדולים יותר יהיה סבלני וסלחן יותר להעלאת הISO מאשר חיישן קטן וצפוף.

במצלמות ה DSLR המתקדמות אפשר לצלם בערכי ISO דמיוניים של 12,800 ו 25,600 (שעוד ילכו ויעלו עם הזמן). אך אלו יהיו צילומים לשעת צרה.
ISO שמיש להדפסות יהיה בדרך כלל נמוך יותר. ולהשוואה, במצלמות קומפקטיות, כבר מערכי ISO של 400 וצפונה נוכל להבחין שהתמונה רועשת מידי ומגורענת.

ערכי ה ISO , במצלמות המודרניות מבטאים שינויים של שליש סטופ בין ערך לערך.
לדוגמא: 100, 125, 160, 200. ההבדל בין 100 לבין 125 הוא שליש סטופ. בין 100 ל 200 סטופ שלם, כלומר בISO 200, החיישן רגיש פי שניים יותר.

איזון לבן, WB – White Balance

למקורות אור שונים טמפרטורת צבע שונה. טמפרטורת הצבע נמדדת במעלות קלווין והיא מבטאת את גוון האור. למנורת ליבון גוון צהבהב – כ 3,000 קלווין, לאור השמש בצהריים גוון לבן, טמפרטורת צבע של כ 5,500 קלווין.
בצל או ביום מעונן טמפרטורת הצבע כ 6,500-7000 קלווין וכד'. העין שלנו היא מכונה מופלאה ולמוח זיכרון צבע מתוחכם ביותר. צבע מסוים יראה "נכון" לעין האנושית בלי תלות בגוון האור שנופל עליו.

למצלמות שלנו, מוח פרימיטיבי יותר. על מנת שהצבעים לא יצבעו באור הקיים עלינו להגדיר למצלמה מהי טמפרטורת הצבע שקיימת בסצנה המצולמת.
הגדרת טמפרטורת הצבע נקראת איזון לבן – WB. אפשר לכוון במצלמה מצב של WB אוטומטי, במצב זה המצלמה תנסה להתאים את כיווני הצבע לאור הזמין בצילום.

לא כל המצלמות יודעות לכוון את עצמן באופן יעיל, במיוחד במצבי תאורה קיצוניים.
לכן, אפשר להשתמש במצבי WB המובנים, כגון: שמש, צל, מנורת ליבון, פלורוסנט וכד'.

במצבי תאורה בעיתיים במיוחד, או במצבים בהם יש מספר מקורות אור בטמפרטורות שונות, אפשר לבחור בכיוון WB ידני.
נבחר במצב Custom או Preset ונצלם תמונה של אובייקט אפור/לבן (לפי הספר נצטרך להשתמש בכרטיס אפור 18%).
לאחר מכן נקבל מהמצלמה אישור שהכיוון בוצע – Good/No Good או ש"נבקש" מהמצלמה להתייחס לתמונה שצולמה כתמונת הייחוס ללבן האמיתי תחת תנאי התאורה בשטח. למצלמות מיצרנים שונים, שיטות כיוון WB שונות – בדקו בחוברת ההוראות של המצלמה שלכם את השיטה לכיוון ידני.

טווח דינאמי  

טווח דינאמי הוא היכולת להבחין בטווח הבהירויות מהלבן עד השחור. טווח דינאמי גדול יראה יותר פרטים בבהירים ויותר בכהים. טווח דינאמי מוגבל יאטום די מהר את הכהים וישרוף את הבהירים.
זהו, כנראה, הנושא החם ביותר בעולם הצילום בשנים האחרונות. יצרני המצלמות מנסים להגדיל את הטווח הדינאמי של החיישנים שלהם ללא הרף. ושוב, העין האנושית.

כן, העין היא "חיישן" בעל טווח דינאמי עצום בהשוואה לחיישן המצלמה. קרה לכם פעם שראיתם בעין שקיעה מדהימה, שלפתם את המצלמה ויצאה לכם תמונה שלא מזכירה בכלל את  מה שראיתם בעיניים?
השמים נשרפו לגמרי, או שהאזורים המוצלים נאטמו לחלוטין… טוב, אז אני ארגיע אתכם, גם לי זה קרה 🙂
סצנה עם הבדלי בהירויות גדולים וקונטרסטים חזקים היא מתכון בטוח להכשיל את החיישן.

במצבים כאלו צריך להשתמש בטכניקות להגדלת הטווח הדינאמי. החל משלב החשיפה ועד לשלב העיבוד במחשב.  

הקובץ הדיגיטאלי  

כל מצלמות הרפלקס הדיגיטאליות וחלק מהמצלמות הקומפקטיות המתקדמות, יכולות להפיק 2 סוגי קבצים דיגיטאלים: RAW ו JPEG. (במצלמות אחדות אפשר להפיק גם סוג קובץ נוסף – TIFF).

קובץ RAW

הוא הקובץ הגולמי של נתוני הצילום. זהו קובץ דיגיטאלי – לא תמונה!
אי אפשר להדפיס אותו או לצפות בו על המסך ללא תוכנה מתאימה.
הוא קובץ לא מכווץ ומכיל את כל המידע מכל ערוצי הצבע.

מאחר ומדובר בקובץ גדול, מן הסתם הוא יתפוס לנו מקום רב יותר על כרטיס הזיכרון, ימלא את באפר המצלמה יותר מהר – דבר שעלול להאט את קצב הצילום ברצף, יתפוס לנו מקום רב יותר על הדיסק הקשיח במחשב ויאלץ אותנו להעבירו עיבוד בסיסי בתוכנה ייעודית שתוכל לתרגמו לתמונה.

מצד שני, המידע הרב האגור בו, מעניק לו גמישות רבה יותר בעיבוד. אפשר לכוון בו איזון לבן לאחר הצילום, אפשר למתוח לו את רווית הצבעים מבלי לקלקל את התמונה ובדרך כלל היה בו טווח דינאמי רחב יותר.

לעבודות מקצועיות, להדפסות גדולות או במצבים בהם אנחנו לא בטוחים ביכולתנו לדייק באיזון החשיפה והצבעים מומלץ לצלם ב RAW.  

קובץ JPEG

אחיו הצעיר הוא ה JPEG. קובץ JPEG הוא קובץ דחוס שעבר דרך מעבד המצלמה ונסגר כקובץ תמונה. אפשר לצפות בו, להדפיס אותו ישירות מכרטיס הזיכרון והוא שוקל הרבה פחות.

קובץ JPEG מכיל רק 8 ערוצי צבע ולכן הוא בעל טווח דינאמי צנוע יותר.
עובדה זו הופכת אותו לפחות סלחני בעיבוד שלאחר הצילום. מעבד המצלמה כבר קבע בו את נתוני האיזון הלבן, רווית הצבעים, הקונטרס והחידוד שהגדרנו במצלמה.

חשוב לזכור שקובץ JPEG הוא קובץ שנדחס למימדים קטנים יותר ואיבד חלק מהמידע בתהליך הדחיסה. קובץ JPEG לא ניתן להמיר חזרה ל RAW!
הוא הקובץ הפופולארי אצל החובבים שאינם רוצים להתעסק עם קבצים גדולים ומסורבלים ואינם מעוניינים לבלות מול המחשב בפיתוח קבציRAW.

קובץ TIFF

אם קובץ RAW הוא איננו תמונה, מה ההיגיון לצלם בו אם אחר כך נצטרך לכווצו ל JPEG ולאבד מידע?

שאלה מצוינת!! ובכן, קיים עוד קובץ, שלישי (שחשוב מאוד, לנו הצלמים) והוא קובץ TIFF.
קובץ TIFF הוא קובץ תמונה לא מכווץ. הוא מכיל את כל נתוני הRAW אך בניגוד לו הוא ניתן לצפייה ולהדפסה.

חסרונו העיקרי הוא במשקלו הגדול. אפילו יותר מה RAW. כאמור, מצלמות מסוימות יודעות להפיק גם TIFF בנוסף לקבצים האחרים.
לכן, אם ארצה הדפסה איכותית במימדים גדולים, אצלם בRAW ולאחר העיבוד אשמור את הקובץ כקובץ TIFF ואותו אגיש לבית הדפוס.

בהצלחה!
אלון קירה

© כל הזכויות על הטקסט ועל התמונות שמורות לאלון קירה

** מאמר זה הוא חלק מהנושאים הנלמדים בקורס יסודות הצילום/קורס צילום למתחילים באלון קירה בית ספר לצילום.

** קראו עוד בסידרות מאמרים מפורטות:
יסודות הצילום ומושגי יסוד   קומפוזיציה   טכניקות צילום   צילום מאקרו   צילום ציפורים   צילום אינפרה אדום   מדריכי עיבודי תמונות   ביקורת ציוד