צילום דיגיטלי ג: רזולוציה

הקדמה

מאמר זה הוא השלישי בסדרת מאמרים שיעסקו באופן פעולת המצלמה הדיגיטלית. בסדרת מאמרים זאת נדבר על התהליך אותו עובר האור בתוך המצלמה מרגע פגיעתו בעדשה ועד הקלטת התמונה לזיכרון המצלמה. במאמר זה נמשיך לעסוק בחיישנים ונדבר על תכונה נוספת של החיישן - קביעת רזלוציית התמונה.

איך צילמה מצלמת הפילים

לפני עידן הצילום הדיגיטלי המציאות בקולנוע הייתה פילים. האור היה חודר אל המצלמה דרך העדשה ופוגע במישור המוקד עליו ממוקם הפילים (חומר רגיש לאור). התמונה הייתה מתקבעת על הפילים בתהליך כימי ו וואלה - יש לנו סרט.

שלבי הצילום הדיגיטלי

כשאנו מדברים על צילום דיגיטלי ההתרחשות מאחורי הקלעים מעט מורכבת יותר, נעבור על השלבים שעובר האור מרגע כניסתו למצלמה ועד לשמירת התמונה בזיכרון המצלמה.

סוגי רזולוציות

הרזולוציה היא איכות התמונה, יותר נכון - כמות המידע שהתמונה מסוגלת להכיל. ישנם למעשה כמה סוגי רזולוציות שונים: רזולוציה מרחבית, רזולוציה ספקטרלית, רזולוציה טמפורלית ועוד. כשאנחנו מדברים על תמונות או וידיאו, אנחנו מתמקדים בעיקר במה שנקרא רזולוציה מרחבית וליתר דיוק רזולוציית תמונה או רזולוציית פיקסלים.

רזולוציית תמונה

נתחיל בהגדרה הנפוצה לפיה רזולוציית התמונה היא כמות הפיקסלים שעל החיישן, ככל שיש יותר פיקסלים כך החיישן יהיה איכותי יותר, יוכל לקלוט יותר מידע ובכך ליצור התמונה איכותית יותר.

הרזולוציה מחושבת על ידי הכפלת כמות הפיקסלים של התמונה בכל עמודה בכמות הפיקסלים בכל שורה. ניקח לדוגמא את טכנולוגיית ה Full HD, כולנו יודעים שרזולוציית הHD שווה ל 1920X1080, משמע בכל שורה על החיישן יש 1920 פיקסלים ובכל עמודה יש 1080. אם נכפיל אותן אחת בשניה נקבל: 2,073,600. כמעט כל הרזולוציות בימינו חוצות את המיליון ולכן בשביל שלא נצטרך לנקוב במספרים גדולים אנחנו מחלקים את התוצאה במיליון ומקבלים שרזולוציית הHD שווה בערך ל 2 מגה פיקסלים.

ככל שיש יותר פקסלים או מגה פיקסלים על החיישן כך הוא מסוגל לייצר תמונה איכותית יותר בעל יותר פרטים.

אשליית המגה פיקסלים

בימינו כל אחד שולף מכיסו את הסמארטפון ומתלהב מכך שאצלו יש מצלמה עם יותר מגה פיקסלים, לאחד יש 5 לשני 8 ולשלישי 12. האמת היא שמגה פיקסלים הם סוג של אשלייה, כמות הפיקסלים אכן משפיעה על איכות התמונה, אבל, בשילוב עם גורמים נוספים ולא כשלעצמה. בפסקה הקודמת ציינו שרזולוציית HD היא בסה"כ 2 מגה פיקסלים, רזולוציית 4K היא רק 8 מגה פיקסלים. בואו נעצור רגע ונחשוב על זה...במצלמת קולנוע של 4K בה מצלמים בתעשיית הקולנוע יש פחות פיקסלים מאשר באייפון 6! למה אם כך המצלמה הזאת מייצרת תמונות שנראות הרבה יותר טובות ואיכותיות?

גודל הפיקסלים

איכות התמונה נקבעת למעשה לא רק על פי כמות הפיקסלים שעל החיישן אלא לפי גודלו של כל פיקסל. אתם בטח יכולים לדמיין את גודל רכיבי הסמארטפון הקטן שלכם ומכך להסיק שאותם 5,8,12,16 מגה פיקסלים נדחסים לשבב בגודל של מילימטר. למצלמות איכותיות יותר יש חיישן גדול יותר וכך הוא יכול להכיל אותה כמות פיקסלים או אפילו כמות קטנה יותר של פיקסלים, אבל הפיקסלים עצמם יהיו גדולים יותר, כך שאפילו מצלמת HD פשוטה למדי בעלת רזולוציה של חמישה מגה פיקסלים יכולה לעלות באיכות שלה על סמארטפון ברזולוציה של 16 מגה פיקסלים. ככל שהפיקסל גדול יותר כך הוא מסוגל לקלוט יותר אור, משמע יותר פרטים בתמונה, פחות רעשים, טווח דינאמי (היכולת של החיישן לקלוט פרטים באיזורים החשוכים והבהירים ביותר) גדול יותר ופיל פקטור (איזור רגיש לאור על החיישן) רחב יותר. 

ככל שהפיקסלים על החיישן יהיו גדולים יותר כך הם יוכלו להכיל יותר מידע ופחות רעש.

גודל החיישן

כעת אנחנו מבינים כי איכות התמונה נקבעת לא רק על פי כמות הפיקסלים, אלא גם על פי גודלם. הבעיה היא שפיקסלים הם מאוד מאוד קטנים וכאשר אנחנו בוחרים מצלמה אנחנו לא רואים במפרט את גודל הפיקסל, מה שמוביל אותנו לנושא הבא: גודל החיישן. במצלמות הדיגיטאליות החיישנים נמדדים פעמים רבות באינצ'ים או בשמות אחרים בהם אותם בוחרת יצרנית  המצלמה. חיישן המכונה 'חיישן פריי מלא' (FULL FRAME) הוא חיישן הוא שווה ערך לגודל של פילים 35ממ ולכן נחשב איכותי ביותר. כמובן שכיום קיימות מצלמות עם חיישנים גדול מ35ממ, והחיישנים במצלמות האיכותיות ביותר (16K נכון להיום) עוקפים בגודלם אפילו פילים של 75ממ, אך בתחילת דרכו של הצילום הדיגטלי השאיפה הייתה להגיע ל35ממ, הסטנדרט. ברור ששאיפה זאת התממשה ומעניין יהיה לראות לאילו איכויות נגיע בשנים הקרובות.

צפיפיות פיקסלים (PPI)

לאחר שהבנו שבכדי לקבל תמונה איכותית אנחנו צריכים כמה שיותר פיקסלים גדולים, שמשתרעים על פני שטח חיישן כמה שיותר גדול, נשאר לסכם שצפיפות הפיקסלים על החיישן היא הקובעת האמיתית של איכות התמונה שהמצלמה מסוגלת לייצר. למושג הזה יש שם והוא נקא PPI או Pixels Per Inch.

כדי לחשב את צפיפות הפיקסלים נשתמש בנוסחה המתמטית הבאה:

הנוסחה לחישוב צפיפות פיקסלים.

ההסבר לנוסחה הוא פשוט למדי, תחילה נחשב את אורך האלכסון של כמות הפיקסלים:

תחילה נחשב את אורך האלכסון של כמות הפיקסלים.

אחר כך נחשב את אורך האלכסון של החיישן באינצ'ים באותה הדרך (ניתן לחשב במילימטרים ולהמיר אחר כך לאינצ'ים).

אחר כך נחשב את אורך האלכסון של החיישן באותה הדרך.

לבסוף נחלק את אלכסון הפיקסלים באלכסון החיישן.

לבסוף נחלק את אלכסו הפיקסלים באלכסון החיישן.

ככל שהמצלמה איכותית וטובה יותר צפיפות הפיקסלים ביחס לגודל החיישן קטנה יותר, משמע שהפיקסלים על החיישן גדולים יותר ולכן רזולוציית התמונה תיהיה איכותית יותר.

פיקסלים אפקטיביים 

סיבה נוספת לכך שלא ניתן לסמוך על רזולוציית הפיסקלים במאה אחוז כפקטור לאיכות התמונה והמצלמה היא שלא כל הפיקסלים שעל החיישן מתורגמים לתמונה הסופית, דבר זה תלוי מאוד באיכות החיישן ורכיבים נוספים של המצלמה. חלק מהפיקסלים, בעיקר אלו שבקצוות, מושחרים. זה נובע מסיבות שונות, לעיתים על מנת לשנות את האספקט רטיו של התמונה ולעיתים כחלק מהשיטה לחישוב את הצבעים הסופיים של התמונה. חלק מיצרני המצלמות מציינים במפרט שבמצלמה יש 21 מגה פיקסלים אך בפועל רק 19 מגה פיקסלים אפקטיביים (Effective Mega Pixels), אלו שירכיבו את התמונה הסופית.

תהליך העיבוד של המצלמה

הגורם האחרון והכי פחות מוכר אבל כזה שחשוב מאוד להתחשב בו בעת קביעת איכות התמונה המצולמת הוא מעבד המצלמה והתוכנה שבה הוא משתמש כדי...לעבד את התמונה. לא נכנס כאן לעומק הפעולות אותן מבצע המעבד מכיוון שנקדיש לו מספר מאמרים בעתיד, אך נציין שחלק מהפעולות האלו כוללות, חידוד התמונה, דמוזייקנג (חישוב צבעי התמונה), תיקון רעשים ועוד.

רזולוציית פילים

יש זכור שלפילים אין רזולוציה מכיוון שהוא אינו מורכב מפיקסלים, ולכן חשוב לזכור ש'רזולוציה' היא מושג שמתייחס אך ורק לצילום דיגיטלי. בכל זאת ניתן להעריך שרזולוצית פילים של 35ממ שווה ל 4K של רזולוציית פיקסלים. ופילים של 70מ"מ ל 8K. כך או כך טכנולוגיית הפילים היא כמטע ולא רלווטנית בימינו ולא בגלל שהיא נופלת בהרבה מאיכות הצילום הדיגיטאלי אלא מהסיבה היחידה בגללה טכנולוגיה יכולה להישכח - היא יקרה מידי.

 רזולוציות וידיאו נפוצות

נציג רשימה קצרה שלה רזולוציות הנפוצות כיום בוידיאו:

לסיכום

במאמר זה דיברנו על תכונה נוספת של חיישן המצלמה - קביעת הרזולוציה או איכות התמונה. ניתן להגיד שאיכות התמונה הסופית תקבע על ידי כמות הפיקסלים שעל החיישן, גודל הפיקסלים עצמם, גדול החיישן, צפיפות הפיקסלים, כמות הפיקסלים האפקטיביים ואיכות מעבד המצלמה, כל אלו הם גורמים שיש לקחת בחשבון כשאנחנו רוצים לצלם במצלמה עם 'רזולוציה' טובה. וכלן כשאתם רוצים לקנות מצלמה, להשכיר מצלמה או פשוט להשוות בין מצלמות קראו את המפרט בתשומת לב וחפשו אחר פרטים אלו. במאמר הבא נדבר על תכונה נופסת של החיישנים והיא הטווח הדינאמי של החיישן.