Foto

9. Niepożądane cechy cyfrowych detektorów

Zwykle skan kliszy fotograficznej nie wygląda na pierwszy rzut oka zachęcająco. Natomiast na zdjęciu z cyfrówki rzuca się w oczy czystość obrazu cyfrowego, nawet jeśli zdjęcie nie jest ostre czy dobrze naświetlone. Jednak po dokładniejszym przyjrzeniu się zdjęciu zauważymy, że i cyfrowy obraz nie jest taki doskonały. Na naszych zdjęciach mogą się ujawnić pewne cechy cyfrowych detektorów, z którymi musimy się pogodzić, lub starać się ich unikać wiedząc, jak powstają.


Wady pikseli

Teoretycznie nowo wyprodukowana matryca nie powinna mieć żadnych defektów - każdy piksel powinien prawidłowo reagować na światło. Zdarza się jednak, że pojedyncze piksele działają wadliwie. W zależności od wady nazywamy je:

Bad pixel (zły piksel) - to piksel, który zwykle stale jest prześwietlony, czyli widoczny na wynikowym obrazku jako biały punkt, nawet jeśli zdjęcie zostało wykonane przy bardzo krótkim czasie naświetlania. Czasem widoczny jest, gdy motyw jest ciemny, a znika przy mocniejszym oświetleniu - wtedy może być także czerwony, zielony lub niebieski. Często stosuje się zamiennie nazwę hot pixel.

Hot pixel (gorący piksel) - to piksel silniej reagujący na padające światło, niż reszta pikseli na matrycy. Ulega prześwietleniu przy znacznie mniejszym natężeniu padającego światła niż pozostała część matrycy. Na wynikowym obrazku pojawia się jako kolorowy punkt czerwony, zielony lub niebieski lub całkowicie biały (ze względu na proces interpolacji koloru, barwa sąsiednich pikseli także ulega zakłóceniu). Nie zawsze musi być widoczny, może się pojawić przy długim czasie naświetlania, np. powyżej kilku sekund. Hot piksele mogą także zacząć występować po dłuższym czasie ciągłej eksploatacji aparatu lub nawet dopiero po kilku latach od zakupu. 

Cool pixel (zimny piksel) - w przeciwieństwie do hot pixela te piksele reagują znacznie słabiej na padające światło i na wynikowym obrazie są widoczne jako punkty dużo ciemniejsze niż otoczenie.

Dead pixel (martwy piksel) - jest to piksel, który w ogóle nie reaguje na światło, na wynikowym obrazku pojawia się zawsze jako czarny punkt.

Przykłady hot pikseli na zdjęciach (100% i 1600% powiększenia kadru). Oba pojawiły się dopiero w trakcie użytkowania aparatu. Ten po lewej jest bardziej dokuczliwy i widać go na każdym zdjęciu. Drugi z kolei niełatwo zauważyć na zdjęciu.

Te wady to prawdziwa zmora, nie tylko fotografów cyfrowych. Oczywiście, o ile martwe piksele, zwłaszcza w dużej ilości, dyskwalifikują przydatność matrycy do fotograficznych zastosowań, to inne rodzaje szwankujących pikseli są bardzo powszechne w sprzedawanych dziś aparatach.

Dlatego nie zawsze powinniśmy się martwić widząc piksele o dziwnym kolorze. Jeśli na kolejnym zdjęciu znikły lub zmieniły miejsce, to mogą one być wynikiem zbyt długiej ekspozycji (co jest całkiem normalne), wysokiego ISO (tu bardzo często pojawiają się hot piksele), przegrzania się elektroniki aparatu czy błędami obróbki obrazu przez DSP. Na tylnej ściance aparatu na wyświetlaczu LCD również mogą się pojawić szwankujące piksele, ale nie ma to żadnego wpływu na nasze zdjęcia.

DARK FRAME: Obecnie aparaty przy wykonywaniu naświetleń powyżej 1-2 sekund stosują mechanizm redukcji szumów i ewentualnych hot pikseli. W tym procesie wykonywane jest dodatkowe zdjęcie z takim samym czasem naświetlania, ale przy zamkniętej migawce - dark frame. Czasem ta funkcja wymaga aktywowania w menu, o czym przeczytamy w instrukcji aparatu.

ODSZUMIANIE BEZ NASZEJ WIEDZY: Producenci dążąc do podniesienia maksymalnie jakości wynikowego zdjęcia wzbogacają proces przetwarzania obrazu o procedury odszumiające, na które nie mamy wpływu. Zwykle dzieje się to z korzyścią dla nas, ale jest przyczyną różnej charakterystyki obrazu uzyskiwanego przez aparaty poszczególnych producentów.

Przy dużej ilości błędnie działających pikseli jest szansa na ich "naprawienie". Czasem dokonuje się tego przez ich mapowanie (zwykle w serwisie), czyli poinformowanie oprogramowania aparatu przetwarzającego obraz, które piksele są złe. Wtedy w miejsce takiego piksela wpisuje się uśrednioną informację z sąsiednich pikseli. Wynik jest niezauważalny na ostatecznym zdjęciu. Druga możliwość to wymiana matrycy w aparacie, jeśli tak stwierdzi serwis (zwykle dzieje się to po przekroczeniu dopuszczalnych norm jakości matrycy). Warto jednak upewnić się, czy istnieje taka możliwość, gdyż koszt matrycy to znaczący element ceny całego aparatu.

Czasem niepoprawnie może działać cała matryca w aparacie. W wyniku tego obraz może mieć całkowicie abstrakcyjny wygląd, na przykład tęczowy. Zwykle taka wada dotyczy większej partii aparatów, które oczywiście podlegają wymianie na koszt producenta.


Wady obrazu

Mimo postępu technologicznego często zdarza się, że nasza matryca posiada zbyt mało pikseli, aby wiernie oddać fotografowaną scenę. W danym układzie piksele mają określony stały rozmiar i są rozłożone bardzo równomiernie, w przeciwieństwie do ziarna kliszy. Nie rejestrują także pełnej informacji o kolorze. Proces tworzenia się obrazu związany jest z generacją ładunku, nad którym czasem trudno zapanować (na poziomie poszczególnych pikseli).
Z tych to właśnie przyczyn obraz cyfrowy nie zawsze będzie doskonały. Zwykle wady ujawniają się w skrajnych sytuacjach, gdy oświetlenie jest bardzo silne lub fotografowane obiekty bardzo szczegółowe, ale mogą także dać się we znaki przy zwykłych codziennych fotkach.

Poniżej opisujemy kilka najczęściej spotykanych wad występujących na zdjęciach otrzymanych za pomocą aparatu cyfrowego.

ARTEFAKTY OBRAZU - mimo stosowania przed matrycą filtrów AA mających wyeliminować błędy związane z niedostateczną rozdzielczością matrycy, przy fotografowaniu bardzo złożonych scen, jak na przykład korona drzewa, mogą pojawić się różnorodne artefakty. Są to szczegóły nie występujące w rzeczywistości, które pojawiają się na zdjęciu w wyniku błędnej interpretacji przez układ przetwarzający obraz. Zapisywanie zdjęć w formacie JPEG może w skrajnych sytuacjach doprowadzić do spotęgowania tego efektu.

ABBERACJE - te związane z matrycą (nie obiektywem aparatu) są wprowadzane są przez umieszczone przed pikselami mikrosoczewki, zwykle mają kolor fioletowy (purple fringing) i występują na całej powierzchni zdjęcia. Najbardziej to jest widoczne gdy występuje silny kontrast jasności (zdjęcia pod światło oraz przy szeroko otwartej przysłonie w aparacie lub szerokokątnym obiektywie w lustrzance). W tym przypadku skrajne promienie są źle ogniskowane przez mikrosoczewki i zachodzi zjawisko pixel-crosstalk, czyli przeskoku sygnału do sąsiednich pikseli.

BLOOMING - to wada głównie detektorów CCD. Gdy są wystawione na zbyt silne światło, piksele ulegają saturacji i ładunki rozlewają się na sąsiednie piksele, tworząc nieregularną białą plamę. W detektorach CMOS ten efekt jest znacznie słabszy, ponieważ piksele są ekranowane oraz odczytywane niezależnie, a nie kolumnami, i nie pozwalają na przepływ ładunku do sąsiadujących pikseli. Dlatego zachodzące słońce inaczej wygląda na zdjęciu wykonanym matrycą CMOS niż CCD. Efekt bloomingu zwiększa także prawdopodobieństwo wystąpienia abberacji.

SMEAR - rozmazanie się ładunku w trakcie jego odczytywania w układzie CCD. Pojawia się jako jasny pas na obrazie, zwłaszcza, gdy odczytujemy bardzo prześwietlony piksel. Kierunek tego paska pokazuje, w jakim kierunku odczytywane są dane. Czasem odczytywanie hot piksela wywołuje podobny efekt.

AMPLIFIER GLOW (świecenie wzmacniacza) - ten nieprzyjemny efekt dokuczy nam tylko wówczas, gdy pokusimy się na długie, nawet kilkuminutowe, ekspozycje np. przy fotografii nocnego nieba. Będzie on widoczny na zdjęciu jako jasna poświata, np. fioletowa na czarnym tle, silniejsza od strony, gdzie znajduje się elektronika aparatu. Dlatego tryb BULB dla migawki w aparacie nie jest efektywny przy bardzo długich czasach naświetlania.

COLOR ALIASING - jeśli fotografowany szczegół nie pokrywa wystarczającej liczby pikseli, aby możliwe było prawidłowe odtworzenie jego prawidłowego koloru, na zdjęciu pojawią się przekłamania barwy (nie należy tego mylić z błędnym balansem bieli). Często można je zauważyć na włosach fotografowanych osób. To wynik stosowania barwnej maski Bayera.

MORA - to także jeden z artefaktów związanych z niedostateczną rozdzielczością matrycy. Pojawia się, gdy fotografujemy często powtarzające się wzory na odzieży, na przykład fakturę kurtki. Ponieważ matryca nie jest w stanie odtworzyć pierwotnego wzoru, na zdjęciu pojawiają się naprzemiennie leżące jaśniejsze i ciemniejsze pasy. Mogą one mieć także zmienne barwy.

Przykład mory powstałej na fotografii okiennej zasłony.
Po prawej efekt mory w znacznym stopniu wyeliminowano zmniejszając nieco zdjęcie za pomocą funkcji resample w  Photoshopie.

Jak uniknąć powyższych efektów? Często nie jest możliwe fotografowanie "inaczej", a efektów prześwietlenia nie da się skompensować. W innych przypadkach z pomocą mogą przyjść nam programy komputerowe lub fotografowanie w trybie RAW (ale nie zawsze jest to możliwe).

Najprostszą metodą jest robienie zdjęć w maksymalnej dostępnej rozdzielczości aparatu, a następnie zmniejszanie zdjęcia w komputerze wykorzystując algorytm uśredniający informacje w pikselach - resample. Przykładowo zmniejszenie zdjęcia z 10Mpix do 6 czy 8Mpix może usunąć wiele nieprzyjemnych efektów, a nadal pozwoli na "duże" odbitki.

Także oprogramowanie i elektronika aparatu przychodzi nam z pomocą. Nowe matryce w aparatach to nie tylko w dodatkowe megapiksele, ale i nowa elektronika, która coraz lepiej radzi nam sobie z usuwaniem niepożądanych efektów.

Ostatnie z istotnych źródeł zakłóceń na zdjęciu to zanieczyszczenia samej matrycy i, choć trudno nazwać je szumem, to czasem znacząco wpływają na ostateczne zdjęcie. Dlatego na koniec dowiemy się dlaczego warto dbać o czystość matrycy.