Rozdzielczość matrycy, a rozdzielczość obrazu

   Pewnie myślisz, że temat banalny i nie ma o czym pisać: piksel, to piksel. Nie do końca tak jest, a w każdym razie nie zawsze.
   Zdecydowana większość z nas używa aparatów z filtrami systemu Bayer'a, zauważalnym na rynku wyjątkiem są aparaty Sigma z matrycą Foveon. Jeśli masz taki aparat, to dalej nie czytaj, u Ciebie działa to zupełnie inaczej.
   Jak to działa w pozostałych aparatach? Sama matryca jest czarno-biała, reaguje tylko na natężenie światła nie rozróżniając jego barwy. Różnorodność kolorów można uzyskać podobnie jak na monitorze, na którego ekranie czytasz ten tekst, czyli z barw podstawowych: czerwonej, zielonej i niebieskiej (R,G,B). Aby uzyskać informacje o poszczególnych barwach przykrywa się matrycę szachownicą filtrów kolorowych tak, aby nad każdym pikselem był filtr o jednej barwie. W systemie Bayer'a układ filtrów wygląda tak:

   Piksele czułe na kolor zielony zajmują 50% powierzchni, a reagujące na światło niebieskie i czerwone po 25%. Widać, że z takiej matrycy nie jesteśmy w stanie uzyskać dla każdego piksela pełnej informacji o kolorach. Ile pikseli o pełnej informacji możemy uzyskać z takiej matrycy? Może się wydawać, że trzy razy miej, bo każdy piksel obrazu musimy zbudować z trzech pikseli matrycy (R+G+B), ale w praktyce nie jest aż tak źle. Układ filtrów Bayer,a wykorzystuje fakt, że oko ludzkie jest bardziej czułe na zmiany luminancji (jasności) niż na zmiany barw. Za rozdzielczość luminancji są odpowiedzialne piksele zielone, dlatego jest ich więcej i one decydują o rozdzielczości obrazu. Piksele czerwone i niebieskie wystarczają, żeby zapewnić informację o kolorach. Czyli matryca zawierająca n pikseli jest w stanie wyprodukować precyzyjny (nieinterpolowany) obraz o wielkości n/2 pikseli. Innymi słowy obraz o wielkości n/2 pikseli zawiera wszelkie informacje, jakie jesteśmy w stanie uzyskać z matrycy o wielkości n pikseli.
   Co z tego wynika w praktyce? Głównie to, że możesz zaoszczędzić trochę pamięci. Aparaty cyfrowe oferują zapis plików JPG w różnych wielkościach (nie myl z jakością/stopniem kompresji). Śmiało możesz wybrać pliki o połowę mniejsze od ilości pikseli w aparacie bez obawy o utratę detali zdjęcia. Jeśli masz aparat z matrycą 10 Mpix, to pełną jakość zapewni plik JPG o wielkości 5Mpix. Na co dzień nie jest to może bardzo istotne, ale np. na urlopie zwykle robi się więcej zdjęć i bardzo często karta pamięci okazuje się za mała. Takie mniejsze pliki mogą uchronić Ciebie przed koniecznością zakupu nowej. Podobnie możesz oszczędzać pamięć komputera, ale dotyczy to tylko plików graficznych, takich jak JPG, czy TIFF. Jeśli zapisujesz zdjęcia w plikach RAW, to nawet jeśli aparat oferuje możliwość zapisu w mniejszej rozdzielczości, trzeba się zastanowić, czy warto z niej skorzystać. Korzystanie z mniejszych plików RAW zawsze wiąże się z pogorszeniem jakości obrazu.

Głębia ostrości, czyli wpływ przysłony na obraz i ekspozycję.

Najprościej można powiedzieć, że przysłona, to otwór w obiektywie, przez który wpada światło do aparatu. Im większy otwór, tym więcej światła wpada do aparatu. Wartość przysłony często zapisuje się w postaci f/4, gdzie liczba w mianowniku określa wielkość otworu przysłony. Ważne: im większa liczba, tym mniejszy otwór. Dlaczego? Ponieważ liczba ta jest równa stosunkowi ogniskowej obiektywu do średnicy otworu. Często stosuje się też uproszczoną formę i zamiast f/4 mówi się po prostu, że przysłona ma wartość 4. W ten sposób oznacza się też otwór przysłony na obiektywach. Typowe wartości, to kolejne potęgi pierwiastka kwadratowego z 2:  1,4; 2; 2,8; 4; 5,6; 8; 11; 16; 22. Różnice między sąsiednimi liczbami odpowiadają wartości 1EV, czyli ilość przepuszczanego przez otwór światła zmienia się dwukrotnie. Aparat umożliwia zwykle dokładniejsze ustawianie wartości przysłony, np. co 1/2 lub 1/3EV. Największy dla danego obiektywu otwór przysłony (czyli najmniejszą liczbę przysłony) nazywa się jasnością obiektywu. 

Zależność ekspozycji od przysłony wydaje się być oczywista, ale to nie jest jedyna rola przysłony w aparacie. Od wartości przysłony zależy głębia ostrości, czyli to, co jest na zdjęciu ostre, a co nie (obszary poza głębią ostrości). Jak bardzo odpowiednia wartość przysłony może zmienić odbiór fotografii widać dobrze na poniższych zdjęciach:

Jedynym parametrem, który został zmieniony, była wartość przysłony, z f/32 na pierwszym zdjęciu do f/2,8 na drugim zdjęciu. Warto zapamiętać: im mniejsza liczba przysłony (większy otwór), tym mniejsza głębia ostrości.

Zdęcia obiektów ruchomych

   Nie tylko poruszenie aparatu może być przyczyną nieostrości na zdjęciach. Drugim istotnym czynnikiem jest ruch fotografowanego obiektu. Przy czym warto zauważyć, że ten ruch nie zawsze sobie uświadamiamy, np. osoba siedząca wygodnie w fotelu wydaje się być obiektem statycznym, ale jeśli zacznie coś opowiadać żywo gestykulując, to musimy polować na spokojniejszy moment lub potraktować ją jak osobę w ruchu. Tu już nie pomoże statyw, ani stabilizacja. Liczy się tylko migawka. Nie ma jednoznacznej recepty pozwalającej z góry określić wymagany czas. Można przyjąć jako punkt wyjścia, że zdjęcia z niepozującymi, swobodnie zachowującymi się osobami wymagają migawki rzędu 1/125s. Człowiek idący zdecydowanym krokiem, to już okolice 1/500s. Sport, taniec, zwierzęta w ruchu - od 1/1000s. Jeśli fotografowany obiekt jest oddalony, nie wypełnia większości kadru, to czas można wydłużyć.

   Fotografując takiego psa martwimy się o to, żeby nie poruszyć aparatu w czasie wykonywania zdjęcia, przy ogniskowej 200mm wystarczy migawka 1/200s:

   Teraz sytuacja jest zupełnie inna, zaczynamy od 1/1000s:

   Na koniec warto zadać sobie pytanie, czy zawsze zamrożenie ruchu daje najlepszy efekt na zdjęciu? Nie zawsze, ale o tym będzie jeden z kolejnych wpisów.

Ekspozycja - wybór czasu otwarcia migawki

   Korzystnie jest dobrać tak czas otwarcia migawki, aby uzyskać ostre, nieporuszone zdjęcie. Pierwsze źródło nieostrości, to drgania samego aparatu. 

   Najprostszym i bardzo skutecznym rozwiązaniem jest zastosowanie stabilnego statywu. Oczywistą wadą takiego rozwiązania jest konieczność noszenia  i rozstawiania tego niezbyt poręcznego sprzętu. W przypadku fotografowania we wnętrzach lub przy bezwietrznej pogodzie można stosować wersje mniej stabilne, jednak bezwzględnie należy wtedy korzystać ze zdalnego wyzwalania migawki lub samowyzwalacza (przy stabilnym statywie też jest to zalecana metoda).  Często jako podstawkę pod aparat można wykorzystać różne płaskie powierzchnie, np w warunkach domowych będzie to stół lub parapet.

   Najczęściej wykonujemy jednak zdjęcia z ręki i właśnie jej drgania są głównym problemem. Przyjmuje się, że ostre zdjęcia można wykonać przy czasie nie dłuższym niż odwrotność ogniskowej wyrażonej w milimetrach. Np. przy obiektywie o ogniskowej 200mm jest to 1/200s. Chodzi tu zawsze o ekwiwalent ogniskowej dla filmu 35mm. Zasadę tę należy traktować niezbyt dosłownie, dużo zależy od indywidualnych predyspozycji i doświadczenia. 

   Z pomocą przychodzi także coraz częściej spotykana stabilizacja. Jej skuteczność podawana jest zwykle w EV. Np. skuteczność stabilizacji 2EV oznacza, że możemy zastosować czas czterokrotnie dłuższy, czyli 1/50s zamiast 1/200s. Producenci lubią deklarować wartości na poziomie 3-4EV, czasem jest to prawda, ale najsłabsze rozwiązania dają w rzeczywistości zysk poniżej 2EV.

   Co zrobić jeśli nie mamy  możliwości zastosowania statywu ani stabilizacji? Jest kilka prostych metod pozwalających wydłużyć czas o 1-2EV. Po pierwsze należy przyjąć stabilną postawę, jeśli tylko się da, to dobrze jest oprzeć na czymś aparat, przytulić się z nim np. do drzewa lub choćby oprzeć się o coś plecami. Łokcie należy trzymać przy ciele, a aparat lekko docisnąć do twarzy, opierając go na nosie i łuku brwiowym. Warto dodać trzeci punkt opierając kciuk na kości policzkowej. Przydatne jest uspokojenie, abo wręcz wstrzymanie oddechu. Osoby, którym nie przeszkadza patrzenie w wizjer lewym okiem mogą zastosować następującą, bardzo stabilną pozycję: z lewej ręki budujemy platformę na której opieramy aparat. W tym celu chwytamy lewą dłonią za prawe ramię lub za łokieć prawej ręki, utrzymując rękę w poziomie. 

   Jeśli aparat jest wyposażony w tryb seryjny wykonywania zdjęć, to możemy z niego skorzystać. Z trzech zdjęć jedno z pewnością będzie ostrzejsze od pozostałych. Migawkę zawsze staramy się wyzwolić miękkim, jednostajnym ruchem palca.

Wielkość matrycy i ekwiwalent ogniskowej

   W czasach analogowych rynek amatorski był zdominowany przez film 35mm zwany małoobrazkowym. Był on stosowany w różnych aparatach, od najprostszych aparatów, po profesjonalne lustrzanki. Z nadejściem ery cyfrowej sytuacja uległa skomplikowaniu. Dawny mały obrazek urósł do rangi pełnej klatki i pozostał tylko w najdroższych lustrzankach. Tańsze modele aparatów wyposażane są w mniejsze matryce o bardzo zróżnicowanych wielkościach. 

Wzajemne proporcje wybranych matryc

Stosowanie matryc o tak zróżnicowanych wielkościach wprowadziło nieco zamieszania, utrudniło porównywanie obiektywów. Na rysunku poniżej widać zależność pola widzenia tego samego obiektywu od wielkości matrycy.

   Kiedyś wystarczyło podać tylko ogniskową i fotograf wiedział jakiego obrazu się spodziewać, czy jest to obiektyw standardowy, czyli widzący obszar podobny do tego, który widzi nasze oko, czy obiektyw szerokokątny, czyli widzący szerzej ("oddalający" obraz), czy też długoogniskowy, tzw. teleobiektyw, o węższym kącie widzenia ("przybliżający" obraz). Teraz sytuacja się zmieniła. Ten sam obiektyw może występować w każdej z tych trzech ról, zależnie od tego z jaką matrycą współpracuje. Np. ogniskowa 25mm jest standardowa dla systemu 4/3. Da większych matryc jest to ogniskowa szerokokątna, a dla mniejszych jest to długa ogniskowa.

  Żeby sytuację uporządkować i umożliwić proste porównywanie obiektywów wprowadzono pojęcie ekwiwalentu ogniskowej. Dwa obiektywy współpracujące z różnymi matrycami dadzą na nich taki sam kadr, jeśli ich kąty widzenia będą takie same:

   Ekwiwalent ogniskowej, to ogniskowa, która w aparacie formatu 35mm (pełnoklatkowym), da taki sam kąt widzenia jak obiektyw naszego aparatu. Jako rozmiar d z rysunku, przyjmuje się do obliczeń przekątną matrycy. Ułatwia to porównanie matryc o różnych proporcjach boków (zwykle 3:2 lub 4:3). Aby obliczyć ekwiwalent trzeba pomnożyć ogniskową naszego obiektywu przez stosunek przekątnych matryc formatu 35mm i naszej matrycy. W praktyce ten stosunek przekątnych podaje się jako współczynnik dla danej matrycy. Np. dla formatu APS-C wynosi on 1,5 lub 1,6, dla formatu 4/3 przyjmuje on wartość 2. W aparatach z niewymienną optyką zwykle obok rzeczywistych ogniskowych podaję się też wartości ekwiwalentu. W przypadku aparatów z wymienną optyką podaje się tylko rzeczywistą ogniskową i ekwiwalent trzeba obliczyć samemu.

   Pojęcie ekwiwalentu ogniskowej bardzo się przydaje w praktyce. Np. pisząc o ogniskowej standardowej nie trzeba podawać jej wartości dla każdej wielkości matrycy, wystarczy napisać, że jej ekwiwalent, to 50mm (często pomija się nawet słowo "ekwiwalent"). Teraz każdy może sobie obliczyć odpowiednią wartość da swojej matrycy. Posiadacze lustrzanek pełnoklatkowych oczywiście nie muszą niczego przeliczać, a np. użytkownicy systemu 4/3 dzielą tę wartość przez 2 i otrzymują 25mm.

Wybór parametrów ekspozycji - ISO

   Wraz ze wzrostem ISO maleje jakość obrazu, dlatego zasada jest prosta: staraj się używać najniższej czułości (najmniejszej wartości ISO), zwiększaj ją tylko wtedy, kiedy nie jesteś w stanie osiągnąć prawidłowej ekspozycji przy minimalnych wymaganych wartościach przysłony i czasu otwarcia migawki.

   Np. jeśli uznasz, że wystarczającą głębię ostrości osiągniesz przy przysłonie 5,6, a zdjęcie będzie ostre przy czasie 1/100s, to nie zwiększaj ISO tylko po to, żeby ustawić migawkę z pewnym zapasem na 1/1000s. Szczególnie ważne jest to dla posiadaczy kompaktów z małymi matrycami, tam każdy wzrost czułości powoduje zauważalną zmianę jakości obrazu objawiającą się wzrostem szumów lub spadkiem ilości detali w wyniku silnego odszumiania zdjęć. Użytkownicy lustrzanek mogą sobie pozwolić na większą swobodę, współczesne modele oferują bardzo wysoką jakość zdjęć do ISO 400-800.

Histogram kolorowy (RGB)

   Do tej pory zajmowaliśmy się histogramem luminancji, czyli jasności. Jest to bardzo przydatny, ale nie pokazuje wszystkich informacji o obrazie. Znacznie precyzyjniejszy jest histogram kolorowy. 

   Obraz składa się z trzech podstawowych kolorów: czerwonego (R), zielonego (G) i niebieskiego (B). Każdy kolor podstawowy występuje w 256 poziomach jasności (0-255). Nie wygląda to imponująco, ale jak wymnożymy te liczby przez siebie (256x256x256), to otrzymamy ponad 16 milionów kombinacji, czyli możemy odtworzyć ponad 16 milionów kolorów. To już jest wystarczająca ilość, żeby zdjęcia wyglądały naturalnie. Jeśli wartości R, G i B są równe, to otrzymujemy odcienie szarości. Wartościom (0,0,0) odpowiada czerń, a (255,255,255) - biel. Jeśli chcesz sprawdzić jakie efekty da mieszanie barw podstawowych w różnych proporcjach, kliknij TUTAJ.

   Wróćmy do histogramu luminancji. Jest on wyliczany z jasności składowych kolorów z uwzględnieniem największej czułości ludzkiego oka na kolor zielony: 30%R + 59%G + 11%B. Taki histogram dobrze oddaje wrażenie jasności, ale ma jedna wadę. Nie pokazuje prześwietlenia pojedynczych kolorów. Np. dla wartości (250,255,100) otrzymujemy jasność 236, czyli w bezpiecznym miejscu, niemal w połowie skali. Niby z naszym zdjęciem jest wszystko w porządku, ale czy na pewno? W tym konkretnym przypadku, chodzi o wiosenne liście kasztanowca fotografowane pod światło. Na zdjęciu wyraźnie widać żółto-zielone przepalenia. Odpowiada za to zbyt duża ilość pikseli na poziomie G255. Histogram luminancji wygląda bardzo poprawnie. 

    Jeśli masz w aparacie histogramy R, G i B, to z pewnością warto z nich korzystać. Jeśli nie masz, to analizuj histogramy oglądając zdjęcia na komputerze, będziesz wiedział kiedy spodziewać się prześwietleń. Bardzo przyjazną i darmową przeglądarką do zastosowań domowych jest IrfanView. 

   Na koniec wspomnę jeszcze o histogramie RGB, jest to wykres w którym każdy słupek jest sumą słupków kanałów R, G i B o danej jasności. Jego wykres nie odpowiada tak dobrze subiektywnemu wrażeniu jasności, jak w przypadku luminancji, ale jego zaletą jest to, że wystarczy jeden przepalony kanał, aby pojawił się słupek na wartości 255. Oczywiście nie pokazuje on w którym kanale nastąpiło prześwietlenie.