קורס צילום – החיישן הדיגיטלי


עמרי אדר

בעשור האחרון ראינו שינוי גדול מאוד בטכנולוגיה המשמשת אותנו בעולם הצילום. חווינו מעבר מהעולם הכמעט מאגי של צילום נגטיבים, עירבוב כימיקלים, ריחות עזים ורגעי חרדה בעת פתיחת מיכל הפיתוח שמא נהרס הסרט, לעולם שמאוכלס בצגי מחשב, כרטיסי זיכרון וקהילה כלל עולמית איתה ניתן לחלוק מידע ותמונות.

ההתפתחויות הטכנולגיות של המצלמות הדיגיטאליות בשנים האחרונות הציבו אותן כתחרות קשה לצילום האנלוגי המסורתי ואכן, בבוא הזמן הפך הצילום הדיגיטאלי לטכנולוגיה השולטת ברוב האספקטים של הצילום כיום. מצלמות דיגיטאליות נכנסו לתודעה בשנות ה-90 של המאה הקודמת.

מצלמות כגון סדרת ה-DCS של קודאק, מצלמת הרפלקס הדיגיטאלית הראשונה שאפשר היה להשתמש בה לצילום מקצועי, דרך הניקון 1D, המצלמה הראשונה שתוכננה מראש כמצלמה דיגיטאלית ולא הותאמה מגוף של מצלמת פילם, ועד הקנון D300 EOS, המצלמה הראשונה שמחירה ירד מתחת ל-1000 דולר ואיפשרה גישה לצילום דיגיטאלי לקהל רחב יחסית.

אז מהם המרכיבים של מצלמה דיגיטאלית מודרנית ? המצלמות הדיגיטאליות מהדורות הראשונים היו בנויות על בסיס מצלמות פילם, כמו הקודאק 100-DCS שהייתה מבוססת על מצלמת ניקון 3-F ושמרה את התמונות על כונן חיצוני שהיה מחובר למצלמה מכיוון שעדיין לא היו כרטיסי זיכרון.

כיום המצלמות מתוכננות מראש כמצלמות דיגיטאליות, אנו כמשתמשים נהנים מתפעול נוח ופשוט יחסית אך עדיין עיצובן הבסיסי של מצלמות לא השתנה, תצורת מצלמת הריפלקס היא השולטת בשוק הצילום המקצועי. הדבר שכן השתנה היא השיטה בה אנו יוצרים את התמונה, עברנו מסרט צילום המבוסס על הלידי כסף לחיישן אלקטרוני המובסס על סיליקון.

אנו נעסוק בחיישן מסוג CMOS חיישן זה הוא הנפוץ בדגמי המצלמות הפופולריות.

חיישני תמונה אלקטרוניים מבוססים על פיזיקת המצב המוצק. החיישן בנוי ממוליך למחצה המורכב מסיליקון שעבר תהליך מיוחד. החיישן למעשה מחולק להרבה פוטו-דיודות – אותה פוטו-דיודה מוכרת יותר בשם פיקסל. פוטו-דיודות או פיקסלים רגישים לאור ומסוגלים לתרגם אור הנופל עליהם לזרם חשמלי, תופעה זו מוכרת גם כאפקט הפוטואלקטרי.

חיישן במצלמה דיגיטלית

זה הבסיס ליצירת התמונה. אור עובר דרך עדשת המצלמה אשר מרכזת אותו על החיישן, הפיקסלים מגיבים לאור הנופל עליהם ויוצרים מטען חשמלי לפי כמות האור שהגיעה אליהם, וכך נוצרות רמות בהירות שונות.

כיצד נוצרים הצבעים בצילום דיגיטאלי?

החיישן בבסיסו הוא עיוור צבעים, הוא מסוגל להמיר את האור הנופל עליו למטען חשמלי אך הוא אינו מסוגל לזהות מה הוא צבעו של האור. על מנת לזהות את צבע האור, רוב המצלמות עושות שימוש במערך של פילטרים צבעוניים. המערך הנפוץ ביותר נקרא מערך באייר (BAYER) על שם ברוס באייר, מי שהמציא את המערך כשעבד בחברת קודאק.

מערך באייר מורכב מרשת של פילטרים צבעוניים, כל פילטר כזה יושב בדיוק מעל פיקסל כך שהפיקסל מקבל למעשה אור בצבע בודד (פילטר צבעוני הוא שקוף למחצה ומעביר אור רק בצבעו שלו). מערך באייר מורכב מפילטרים בצבע אדום, כחול וירוק. השילובים השונים של הצבעים הללו מאפשרים יצירת צבעים מורכבים כמו צהוב, סגול וכו'.

מערך הפילטרים מורכב מ-25% פילטרים אדומים, 25% פילטרים כחולים ו-50% פילטרים ירוקים, הסיבה לכך שישנם יותר פילטרים ירוקים נעוצה בעובדה שהעין האנושית רגישה יותר לצבע הזה. למעשה, היא רגישה פי שתיים לירוק מאשר לאדום או כחול.

אז אם כל פיקסל רואה רק צבע אחד, יש לנו תמונה מלאה חורים! אומנם יש לנו מידע בכל פיקסל אך הוא מכיל רק שליש מהמידע הנחוץ לתמונה הסופית. להשלמת אותם חוסרים מתבצע תהליך אינטרפולציה (demosaicing) אשר מתבסס על הידע שנאסף בפיקסלים השכנים ומשחזר את הצבע והבהירות לכל שלושת הצבעים בכל פיקסל.

דוגמה של מערך באייר

  מכיוון שלא כל שטח הפיקסל רגיש לאור, עושים שימוש בעדשות בשביל לרכז את האור על האיזור הרגיש וכך פחות אור "מתבזבז" ויעילות החיישן עולה. עדשות אלו הן עדשות מיניאטוריות (micro lenses), הנחוצות מכיוון שלא כל שטח הפיקסל רגיש לאור, חלקו מוקדש לרכיבים הקשורים להגברת האות ולפעולת החיישן.

פילטר אינפרה אדום משלוב ברוב המצלמות, משום שהעין האנושית לא רואה קרינה אינפרה אדומה אך החיישן רגיש אליה. לכן, בשביל לקבל תוצאות שמחקות את הראיה האנושית בצורה הקרובה ביותר, רוב היצרנים מסננים את הקרינה האינפרה אדומה ולא מאפשרים לה להגיע לחיישן ולהשפיע על התמונה הסופית.

תרשים של פילטרים צבעוניים בחיישן

הגענו לשכבה האחרונה מסנן ה-PASS LOW (הוא נקרא גם מסנן ALIASNIG ANTI). מסננים מסוג נמצאים באופן כמעט גורף במצלמות DSLR ומצלמות קומפקטיות אך נעדרים באופן כמעט מוחלט ממצלמות דיגיטאליות בפורמט בינוני. מטרת הפילטר הזה היא למנוע תופעות ALIASING – עיוותים היכולים לפגוע באיכות התמונה הסופית והם מתרחשים כאשר אנו מצלמים תמונה בה יש פרטים שהם כל כך קטנים ועדינים שאין החיישן מסוגל לדגום אותם.

תופעה זו אינה שמורה רק לחיישנים. זו תופעה פיזיקלית ואפילו העין האנושית סובלת מעיוותים אלו. רוצים לנסות?

אתם זקוקים לשתי רשתות של חלון, כמו אלו המגנות עלינו מפני מזמזמים ועוקצים בלילות הקיץ. שימו את שתי הרשתות אחת לפני השנייה ותסובבו אחת מהן ביחס לשנייה. ההצלבה של שתי הרשתות תיצור פרטים כל כך קטנים שהעין לא תוכל להפריד אותם ובמקום זה תראו דוגמאות שלא קיימות באמת ברשת.

אז איפה רואים ALIASING בצילום? אחת התופעות הנפוצות היא מוארה (MOIRE) – הופעה של דוגמאות בתמונה שלא קיימות במציאות. למעשה, החיישן לא מצליח לראות מה באמת נמצא באיזור הזה בתמונה והוא יוצר, יש מאין, דוגמאות חדשות.

מוארה ציבעוני

בדוגמה הזו ניתן לראות דוגמה צבעונית שהופיעה בצילום במצלמת פורמט בינוני דיגיטאלי, מצלמה זו היא ללא פילטר LOW PASS ולכן רגישה מאוד לסוג זה של אבורציות. למעשה, כל אותן נקודות צבעוניות לא היו קיימות במציאות על צלע הקירור של מעבד המחשב המצולם, הן תוצאה של חוסר יכולתו של החיישן ליצור את הטקסטורה העדינה של המתכת.

פילטר ה-LOW PASS עובד על ידי טשטוש הפרטים הקטנים שבתמונה וכך הם למעשה לא מגיעים לחיישן כלל. טשטוש זה אומנם עוזר למנוע תופעות מוארה אך הוא פוגע בחדות התמונה, זו הסיבה שמצלמות פורמט בינוני שהן בעלות האיכויות הטכניות הגבוהות ביותר כיום לא משתמשות בו, על מנת לשמור על החדות הגבוהה ביותר.

לאחר שהאור עבר את כל המרכיבים הללו ונקלט בחיישן נוצר לנו מידע חשמלי אנלוגי, מידע זו עובר לממיר A/D (אנלוגי דיגיטאלי) ואנו מקבלים מידע דיגטאלי איתו אפשר לעבוד כקבצי מחשב המוכרים לנו.

זהו קורס צילום קצר ובסיסי על הרכיבים העיקריים המרכיבים את החיישן. ישנם עוד תהליכים רבים שקורים בעיקר תחום עיבוד האותות אבל זה לפעם הבאה.



הפוסטים הבאים:
  • »
  • »
  • »

  • כתיבת תגובה

    אנשי ההשראה שלנו

    טכניקה

    עבודות תלמידים

    צלמים