A fotózás alapjai - első rész

  • (f)
  • (p)
Teszt – Írta: | 2009-02-23 11:10

Olvasóink kérésének próbálunk eleget tenni a most induló fotósuli cikksorozatunkkal.

I. Előszó

Olvasóink közül többen kérték, hogy jelenjen meg egy, esetleg több cikk a fotózásról, annak alapjairól, illetve egy tippek-trükkök szekció a jobb, szebb képek elkészítéséhez. Nos, megpróbáltuk összeszedni tapasztalatainkat, s kiegészíteni ezeket némi lexikális tudással, hogy egy cikksorozatban közkinccsé tegyük.

A fotózás gyönyörű hobbi, hivatás; minden egyes elkészített képpel egy újabb és újabb művészeti alkotást hozunk létre. Minden emberben ott lakozik az alkotó, aki csak arra vár, hogy felébresszék, s kiszabadítsák a mindennapok elnyomó, monoton és sajnos egyre inkább siető-rohanó terhei alól. Az alkotáshoz azonban elengedhetetlen némi "száraz" tudás elsajátítása is, amit itt majd megpróbálunk közösen megtanulni, kitapasztalni, elsajátítani. Igyekszünk minden cikk után apróbb "házi feladatot" adni, ami lehetőséget ad a gyakorlásra, s az egyes technikák, fogások begyakorlására.
Mostantól kedves olvasónkon a sor - mint azt egy bölcs ember már jóval előttünk megmondta: "én meg tudom neked mutatni az ajtót, azon belépni azonban neked kell!”.

Sorozatunk első részében egy kis technikai tudást fogunk elsajátítani. Nem kell megijedni, igyekszünk lassan, szájbarágósan írni, és minden szakkifejezést olyan közérthetően elmesélni, bemutatni, amennyire azt csak lehetséges és érdemes. Lássuk, mire számíthatunk:

I. Előszó

II. Az (d)SLR fényképezőgépek

  • (d)SLR fogalma, felépítése és működési elve,
  • az objektív,
  • Leica film és filmkocka méret, a "Full Frame" fogalma,
  • "kroppos" szenzorok (APS-C és APS-H),
  • FOV (Field of View), AOV (Angle of View) fogalma, képkivágás,
  • Bayer interpoláció (de-bayer eljárás), CFA (Color Filter Array),
  • CCD vs. CMOS.

III. Digitális kompakt fényképezőgépek

  • Rövid összefoglaló az eltérésekről a dSLR-hez képest

IV. Fototechnikai alapfogalmak

  • Blende, rekesz,
  • zár, záridő,
  • autófókusz működése,
  • tükörfelcsapás,
  • redőnyzár,
  • mélységélesség,
  • érzékenység, ISO értékek,
  • fehéregyensúly, színhőmérséklet.

E cikksorozatot azoknak ajánljuk, akik túl szeretnének lépni a teljesen automata üzemű fényképezőgépek adta szerény lehetőségeken, és maguk szeretnék kézbe venni a képalkotásért felelős paraméterek bátor állítgatását. Napjainkban már a digitális tükörreflexes fényképezők sem elérhetetlenek, s egyre több "átlagember" rendelkezik ilyen géppel.
A legelterjedtebb, köznapjainkban használatos rendszer a kisfilmes (erről később bővebben!) tüköraknás gép, ezért ezt fogjuk magyarázataink alapjául venni. Számos más méretű, tudású rendszer létezik, de azok az utóbbi években, a digitális technológia elterjedésével háttérbe szorultak, illetve egyre inkább célhardverré váltak (például műszaki fényképészet, divatfotózás, repró, közép- és nagy formátumú fényképezőgépek, stb.), vagy teljesen kihaltak, így velük nem fogunk foglalkozni.

II. Az (d)SLR fényképezőgépek

II.1. A (d)SLR fogalma, felépítése és működési elve

Az SLR a Single-Lens Reflex angol kifejezés rövidítése. A „d” prefixum jelentése pedig "digital”, azaz digitális. De mit is jelent ez a kifejezés? Nos, a single-lens egylencsés, azaz egy objektíves felépítésre utal, a reflex pedig arra, hogy az objektíven keresztül beeső fényt egy tükör vetíti a keresőben elhelyezett mattüvegre. Exponáláskor aztán a tükör felcsapódik és így a korábban a keresőben látott fény(kép) az érzékelőre (filmre) vetül (természetesen exponálás alatt a keresőben semmit nem látunk).

Na, még egyszer lassabban az egészet: a fenti szöveg értelmezéséhez szükségünk lesz némi szerkezeti ismeretre, tehát nézzük meg, hogyan néz ki belülről egy (d)SLR váz (váz: objektív nélküli fényképezőgép-test):


forrás: wikipedia.org

Az alkotóelemek 1-től 8-ig: 1: objektív, 2: tükör, 3: redőnyzár, 4: film vagy érzékelő, 5: mattüveg, 6: fókuszáló lencse, 7: pentaprizma, vagy pentatükör, 8: „nézőke” vagyis kereső.

Az exponálás pedig az a pillanat, amikor megnyomjuk a fényképezőgép kioldóját, "elsütőbillentyűjét" és a kép elkészül. Szóval, a fénykép elkészítése során a) meglátjuk a megörökíteni kívánt tárgyat, témát, b) szemünkhöz emeljük a fényképezőgépet és a keresőbe nézünk (8), c) komponálunk, azaz megalkotjuk a rögzíteni kívánt képet, látványt (adott szögből, távolságból, stb.), és végül d) exponálunk, véglegesítjük a képet.
A keresőbe nézést az újabb gépeken már élőképpel a kijelzőn is helyettesíthetjük, de erről majd később.
A folyamat közben a fényképezőgép által végzett munka: az objektíven (1) keresztül beáramló fény (kép) a 45 fokos szögben álló tükör (2) felületére vetül, onnan a mattüvegen (5) és a fókuszáló lencsén (6) keresztül tovább halad a pentaprizmába (vagy tükörbe - ez utóbbi olcsóbb, és sötétebb keresőképet adó megoldás) (7) ahol a kép oldalhelyes lesz és már nem áll "tótágast". Gyakorlatilag a pentaprizmának köszönhetjük, hogy a keresőben (8) a képet úgy látjuk, mint agyunkkal (szemünk szintén fejjel lefelé vetíti a fényt). A keresőben is található egy lencse, ami kombinálva egy, azt előre-hátra mozgató mechanikával, dioptria-állításra is képes, így a gyengébben látók is képesek lehetnek szemüveg nélkül fotózni (éles képet látni).

Igen ám, de eddig csak a keresőben jelent meg a kép, hogyan kerül az a képérzékelőre, ha útjában áll a tükör, ami felfelé vetíti a fényt? A 45 fokos szögben álló tükör (2) exponáláskor felfelé (lásd fenti képen a nyíl által jelölt úton) elmozdul. Ilyenkor a kereső elsötétül, nem látunk rajta keresztül semmit (a tükör útját állja a fénynek), hiszen az általa eddig szemünk felé irányított fény egyenesen a váz hátoldalában elhelyezett érzékelő (illetve film) irányába (4) vetül.
Alapesetben a tükörfelcsapással nagyjából egy időben a redőnyzár (3) kinyit, hogy az érkező fény szabadon érkezhessen a filmsíkra, illetve az érzékelőre. A redőnyzárat - mint neve is sugallja - úgy kell elképzelnünk, mint egy felfelé nyíló redőnyt, amely 3-4 elemből áll.

II.2. Az objektív

És mi az a már többször említett objektív? A kérdés jogos. Mindannyian ismerjük az "obikat", azokat a fekete, pezsgő, vagy szürkés-fehér színű izéket, amiket a (dSLR) fényképezőgép vázára csatlakoztathatunk. Saját szavakkal körbe írva: az objektív egy olyan optikai lencsetagokból (lencsékből - üveg, műanyag vagy akár kalcium-fluorit kristály) és fém és/vagy műanyag tubusból, bajonettel ellátott, összerakott eszköz, amely a beérkező fénysugarakat a fényt érzékelő eszközre (film, vagy szenzor) vetíti.


forrás: www.canon.com

Mielőtt tovább mennénk, tisztázzuk, mi is az a gyújtótávolság, röviden gyútáv. Az objektív különböző lencsetagokból épül fel. Ennek a tagolt összetételnek az a célja, hogy a lehető legnagyobb mértékben kiküszöböljék a fénytörés okozta hibákat. Az objektív tehát összegyűjti a fénysugarakat, ezért most elméleti síkon felfoghatjuk, mint egy gyűjtőlencsét. A gyűjtőlencse a felületére érkező (párhuzamos) fénysugarakat megtöri, és azok az üveg másik oldalán egy pontban találkoznak. A lencse középpontja és a fénysugarak metszéspontja közötti távolság a gyújtótávolság. Ezt általában miliméterben szokták megadni.

Az objektíveknek két alapváltozatuk létezik: fix gyújtótávú és zoom objektívek. A "fixek" rögzített gyújtótávval rendelkeznek, míg a zoomoké változtatható az objektív által megadott határok között. Előbbieknek három alfajuk van: 1) alap, 2) telefotó és 3) széles látószögű (wide , nagylátó).
Azt, hogy melyik objektív melyik alfajhoz tartozik, a gyújtótávjuk alapján dől el. "Alapobjektívnek" tekinthető kisfilmes rendszernél a kb. 50 mm gyújtótávval rendelkező objektív, mert ennek a látószöge esik legközelebb az emberi szeméhez (cca. 46°-50°). Ami ez alatt van (< 50 mm), az nagylátó, ami e fölött (50 mm <) az tele. Vannak ezeken belül is az ultrawide, azaz ultranagylátószögű (< 24 mm), és kistele (85 - 135 mm), majd tele (135 - 300 mm), és nagytele (400 mm <) objektívek.
Léteznek extra igényekre gyártott optikák, ezekre jelen cikkben nem térünk ki (teljesség igénye nélkül: PC/TS azaz perspektíva korrekciós objektívek, makró objektívek, stb.). Alábbi képen látható az adott gyújtótávokhoz tartozó átlós látószög:


forrás: www.canon.com

De ha már ennyit gyújtótávoztunk és látószögeztünk, akkor magyarázzuk is el, hogy mi is az! Előre bocsátjuk, hogy a kérdést nem fizikai, vagy optikai úton szeretnénk megközelíteni, hanem egyszerű köznyelven.
A két fogalom tartalma alapjában véve egymással fordítottan arányos, azaz egy nagy gyújtótávú objektív látószöge szűk, míg egy kis gyújtótávval rendelkező objektívé tág. Ezért van az, hogy a széles látószögű objektívekkel (< 50 mm) nagyobb, szélesebb szeletet be tudunk fogni az elénk tárulkozó térből, mint egy teleobjektívvel (50 mm <). Egy példa: egy 24 mm-es optikával be tudunk fogni egy elénk felállt focicsapatot pár méterről, míg egy 300 mm-es obival ugyan ezt a csoportot csak jóval messzebbről tudjuk lefotózni.
Röviden: minél nagyobb a gyújtótáv, annál távolabbi tárgyakat tudunk "közel" hozni, lefotózni, de annál kisebb lesz a látószög. Minél kisebb a gyújtótáv, annál közelebbi tárgyakat, témákat tudunk rögzíteni, s annál nagyobb lesz a látószög.
A nagyítás a gyújtótávval arányosan nő. Alábbi két kép nagyjából ugyan azt a látképet mutatja, pedig az egyik 24, a másik 300 mm-es optikával készült. Természetesen vannak különbségek, de azokról kicsit később:

Amit érdemes észre venni a két képen: a 24 mm-esen az első figura jóval nagyobbnak tűnik, mint a mögötte álló. A mögötte álló pedig alakilag valamivel jobban kivehető és távolabbinak tűnik, mint a 300 mm-s obival készült képen. A 24 mm-es képen a háttérből is több látszik, mint a 300 mm-esen.
A hasonló látkép ellenére tudni kell, hogy a 300 mm-es kép tízszer olyan messziről készült, mint a 24-es. Muszáj megjegyezni, hogy minél nagyobb egy objektív gyújtótávja, annál messzebbre is kerül (általában) az objektív minimális közelpontja. A közelponttal azt szokták jelölni, hogy mi az a legkisebb távolság a fényképezőgép érzékelőjének síkja (értsd felülete) és a fotózandó tárgy között, ahol az objektív még élesre tud állni. A 24 mm-es optikánál ez a távolság kb. 18 centi, míg a 300-as esetében 150. A közelpont függ az objektív felépítésétől is. Így egy "macro" jelölésű (jelen 300-as esetében) közelpontja jóval beljebb van, mint egy hagyományos felépítésűnél. Ha egy 50 centis közelponttal rendelkező obival megpróbálunk lefényképezni egy 40 centire eső tárgyat, akkor a kép életlen lesz.

II.3. Leica film és filmkocka méret, a "Full Frame" fogalma

Egy kis időutazásra indulunk - nézzük meg, hogyan is alakultak ki a ma használatos képformátumok. Egészen Edisonig kell visszautaznunk az időben: 1892-ben ők rendelték az első 35 mm-es formátumú filmet egy Eastman nevű cégtől (igazság szerint 70 mm-es filmet rendeltek, majd kettévágták és perforálták. A rögzíthető képméret 24 x 18 mm volt, amely közel a mai APS-C méretnek felelt meg.
Ez volt az a pont, ahol először találkozhatunk ezzel a mérettel, igaz ekkor javarészt még mozgóképet rögzítettek rá.
Az első 36 x 24 mm-es képmérettel rendelkező gép az American Turist Multiple volt 1913-ban, de az igazi elismerést a Leica (Leitz) fényképezőgépek megjelenése hozta. Az első példányok már 1913-ban elkészültek (Ur-Leica, azaz Ős-Leica), de csak 1925-től kerültek gyártásba. A ma is ismert kazettás töltőrendszerű filmeket 1934-ben a Kodak dobta piacra, ezek a 135-ös filmek.

A Leica gépek bebizonyították, hogy a 35 mm-es film alkalmas professzionális alkalmazásra, ezzel utat nyitottak a további fejlődés felé, s lett a rendszer szabvány az amatőr és profi fotográfiában. A 135-ös (azaz Leica méretű film) paraméterei: 36 x 24 mm-es képméret, a két kép közt 38 mm a távolság, és KS-1870-es perforációt alkalmaznak (azaz 8 lyuk esik 1 képkockára). A mai full-framenek nevezett gépekben alkalmazott érzékelők (Canon 1Ds széria, Canon 5D, 5D Mark II, Nikon D700/D3/D3x valamint a Sony A900) a 36 x 24 mm-es méretet követik.

II. 4. "Kroppos" szenzorok (APS-C és APS-H)

A legtöbb ma kapható gépet nem full-frame szenzorral szerelik. Már a filmes időszakban is megjelentek olyan készülékek, amelyek kisebb alapanyagra dolgoztak, mint a 135-ös. APS (Advanced Photo System) rendszernek nevezték ezeket a gépeket - több célt is szolgáltak: olyan jelzésrendszert alkalmaztak, mely segítségével a félig exponált tekercs kivehető, majd ismét visszafűzhető volt a gépekben (ez hagyományos filmnél nem volt lehetséges). Kisebb, kompaktabb fényképezőgépek készülhettek, melyekre kisebb és olcsóbb objektíveket lehetett gyártani. A filmen rögzítették az exponálás adatait, így előhíváskor könnyebb dolga volt a labornak. Maga a negatív végig egy védett tokban foglalt helyet, nem sérült akkor sem, ha már elő lett hívatva (a hagyományos negatív előhívás után kikerült a kazettából, így ki volt téve mechanikus és egyéb sérüléseknek).
Volt egy kis bökkenő a rendszerben: mikorra elterjedt volna, berobbant a digitális láz és a filmes gépek forgalma rendkívül visszaesett. A kompakt digitális gépek körömnyi szenzorát viszonylag olcsón elő lehetett állítani (mai szemmel azért meglehetősen drágák voltak ezek a "játékszerek”), viszont egy 36 x 24 mm-es érzékelő előállítása olyan összegbe került, amelyet a lelkes fotóamatőrök nem engedhettek meg maguknak. Így a gyártók elővették az APS rendszerben megszerzett tapasztalataikat, és átvitték a digitális világba.
Az APS méretű szenzorok jóval kedvezőbb áron állíthatóak elő mint full-frame társaik. De mi is az az APS méret? Film esetén az APS-C 16.7 x 25.1 mm-es filmkocka volt. Digitális gépeknél kicsit keveredett a dolog: a Canon 22.2 x 14.8 mm, a Nikon, Sony, Pentax 23.6 x 15.7 mm-es érzékelőt használ (a Nikon pl. DX-nek nevezi APS-C méretű szenzorait).
Ezeknél kicsit nagyobb a Canon által használt APS-H méret (az 1D gépekben): 28.7 x 19 mm-es az érzékelő.

Az alfejezet címében szereplő "kroppos” jelző is a méretre utal: a full-frame-hez képest kisebbek a méretek, vagyis ki vannak vágva, kroppolva (nem túl szép hunglish kifejezést használva).

II.5. FOV (Field of View), AOV (Angle of View) fogalma, képkivágás

Nézzük meg, miket eredményez, ha kisebb az érzékelő, mint a full-frame. Az első dolog, amit azonnal észrevehetünk, hogy az objektívek látószöge „szűkül” ahogy csökken az érzékelő mérete. Ezt a hatást nevezzük "gyújtótávolság szorzónak” (Focal Length Multiplier). Ez számokkal is kifejezhető: azt jelenti, hogy hányszor kisebb a képátló a 35 mm-es rendszerhez képest.
Könnyen kiszámolható, hogy a Canon APS-C gépeinél 1.62, a Nikon DX formátumánál 1.52, az APS-H-nál pedig 1.28 ez a szorzó. Ha már ismerjük ezeket a szorzókat, könnyen kikövetkeztethetjük, hogy egy 28 mm valós fókusztávval rendelkező objektív Canon APS-C gépen úgy viselkedik képkivágás szempontjából, mintha a full-frame gépre egy kb. 45 mm-es objektívet tettünk volna (28 x 1.62 = 45.36).
Sokszor látni híreinkben, cikkeinkben olyan hivatkozást, mikor egy objektív mellé odaírjuk, hogy eqv. 28 - 100 mm. Ilyenkor nem a valós, fizikai gyújtótávolságot adjuk meg, hanem az egyenérték gyújtótávolságot (Equivalent Focal Length). Tehát, ha valahol olyat olvasunk, hogy eqv. 45 mm, akkor tudnunk kell, hogy az adott rendszer olyan képet ad, mint a 35 mm-es rendszerben egy 45 mm-es objektív adna.

És mi az a FOV? Legegyszerűbben úgy lehet kifejezni, hogy a világ azon szelete, amely a fényképezőgép számára látható az objektíven keresztül. Az AOV (magyarul képszög) gyakorlatilag ugyanezt fejezi ki. A kettő között a fő különbség az, hogy míg a FOV lineáris mértékegységekkel (méter, centiméter) van megadva, addig az AOV fokokban (°).
Ha egy objektív adatlapját megnézzük, találkozni fogunk a képszöggel is: ha fix, akkor egy értéket adnak meg, ha zoomobjektív, akkor a nagylátó és tele végén mérhető érték fog szerepelni, pl.: a Nikkor 35/1.8 DX képszöge 44°-os.
Minél nagyobb az AOV értéke, annál "nagyobb” látószögű az objektív.

II.6. Bayer interpoláció (de-bayer eljárás), CFA (Color Filter Array)

A mai érzékelők monokromatikusak, tehát nem képesek a három alapszínt érzékelni. Hogyan lesznek akkor képeink mégis színesek? A választ a Bayer színszűrők adják. Ezt az elvet a Kodak laboratóriumaiban fejlesztették ki 1976-ban, s lényege: minden pixel előtt van egy színszűrő (CFA – Color Filter Array). Ez általában vörös, zöld és kék (RGB).
Maga az érzékelő szürkeárnyalatos képet készít (szenzortól függően jelenleg 12 vagy 14 bites felbontással), és a gépváz az előre megadott minta alapján dönti el, melyik pixel előtt milyen színű színszűrő volt.

Mivel szemünk a zöld színre a legérzékenyebb, így általában zöld-piros-zöld-kék a színszűrők elrendezése. A feldolgozás alatt ezekből az alapszínekből kerül kiszámításra egy adott pixel tényleges színe (több-kevesebb sikerrel), ezt nevezzük demozaik eljárásnak (vagy De-Bayer interpolációnak).
Ennek alapján, ha viszonylag monokromatikus fényben fotózunk, akkor a képeink felbontása erősen csökkenni fog, hiszen ha például kizárólag kék fényben fotózunk, akkor a gép teljes felbontásának mindössze negyede áll rendelkezésünkre, de ugyanez igaz arra az esetre is, amikor a témánk színe is ilyen. Pl. egy piros virág fotózásakor magunk is tapasztalhatjuk ezt a hatást.
Optimális esetben a valós pixelszám kb. 65%-a hordoz érdemi információt. A CFA-nak többféle megvalósítása is létezik. Vannak cégek, akik más színeket használnak (pl. a Sony kék-zöld-piros-smaragdzöld összeállítást használt pár gépénél), illetve a Kodak a Bayer szűrők „továbbfejlesztésénél” már olyan érzékelőt is használ (bár kereskedelmi forgalomban még nem találkozhattunk velük eddig), amely csak a három alapszínnel ellátott és egy színszűrő nélküli (pankromatikus) pixelt tartalmaz. Erre vonatkozó szabadalmukat 2007-ben adták be.
Ennek az előnyei magasabb érzékenységnél jönnek elő, kisebb zaj formájában. Így néz ki a három minta:


forrás: www.wikipedia.com

A Foveon X3 érzékelőjével még ennél is tovább ment: a három alapszín egymás alatti érzékelő-rétegen helyezkedik el, így nincs szükség interpolációra. Ez jó hatással van a képélességre, különösen az előbb említett monokromatikus fényben történő fotózásnál. Azonban hátránya, hogy az egymás alatt levő érzékelő-rétegekbe nem azonos intenzitású fény jut, így a mélyebben levő rétegek nagyobb erősítést követelnek meg, ami viszont a képzajt növeli. Jelenleg a legnagyobb felbontású X3 érzékelő kb. 4.69 megapixel valós felbontásra képes.

II.7. CCD vs CMOS

A digitális kor megjelenésével a film helyét elektronikus érzékelők vették át. Maguk az érzékelők a mai napig analógok alkatrészek, melyek kimenő jelét digitalizáljuk, így kapva meg a digitális képet. Mára gyakorlatilag két fő csoport maradt meg: a töltéscsatolt érzékelők (CCD: Charge Coupled Device) és a CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) érzékelők.

Kezdjük a CCD-vel. 1969-ben fejlesztették ki a Bell Labsnál, analóg léptetőregiszternek. Működésének lényege, hogy adott órajel hatására a bemeneti oldalon levő töltést mozgásra lehet bírni, azaz léptetni lehet a kimeneti oldal fele.
Gyorsan kiderült, hogy nem csak elektronikusan lehet feltölteni a regisztereket, hanem a fény fotonjaival is. 1970-re képesek voltak képet létrehozni az új eszközzel, s így megszületett a CCD.

Kereskedelmi forgalomba 1974-ben a Fairchild által gyártott, 100 x 100 pixeles érzékelő kerül először. A CCD is MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) technológiával készül, de semmi köze sincs a később bemutatásra kerülő CMOS-hoz (legfeljebb annyi, hogy mindkettőt képérzékelésre használjuk).

Hogyan kell hát elképzelni a CCD működését? Íme egy animáció:


forrás: www.wikipedia.com

Jól látható a képen, ahogy a feszültség léptetésével a töltéscsomag vándorol egyik pontból a másikba (G: elektródák, SiO2: szigetelő réteg, p-SI: félvezető réteg).

Most nézzük meg, hogyan is néz ki maga a CCD (sematikus ábrán):


forrás: ccd.mcse.hu

Ahogy látható, a pixelek függőlegesen nincsenek szigetelővel elválasztva, ez teszi lehetővé a töltéscsomagok vándorlását a kiinduló helyükről a kiolvasó regiszterig. Minden egyes lépés 99.9990%-os, azaz közel tökéletes hatékonyságú. A vezérlő elektronika pontosan tudja, hogy melyik töltéscsomag melyik pixel (pixel az angol Picture Element rövidítése, jelentése elemi képpont), ez fontos a kép későbbi összeállítása szempontjából. A kiolvasó egység által szolgáltatott feszültség egy kalibrált kondenzátort tölt, melynek aktuális töltöttsége arányos lesz a képpontot ért fotonok számával. A feszültségértéket digitalizálják, és már meg is kapják a nyers kép egy alkotóelemét. Ezeket egy kétdimenziós táblázatba helyezik, majd feldolgozás (De-Bayer, zajszűrés, fehéregyensúly beállítás, tömörítés) után meg is csodálhatjuk az elkészült képet.

Többfajta CCD-vel találkozhatunk a mai gépekben. A fent leírt eszköz hivatalos neve a Full-Frame Transfer (FFT) CCD. Ilyen érzékelő szerepel pl. a Canon 1D-ben vagy az Olympus E1-ben is.
Gyakran a sebesség növelése érdekében nem egy kiolvasási vonalat (kiolvasó regisztert) használnak, hanem többet, ennek neve a Frame Transfer CCD. Ezeknél az érzékelőknél nincs lehetőség elektronikus zár alkalmazására.

A másik, elterjedtebb CCD típus az interline CCD. A fő különbség a kettő közt, hogy a Full-Frame Transfer CCD nem tud addig újabb képet készíteni, amíg a kiolvasás végre nem hajtódik, ami azért időbe telik. Ez egy tükörreflexes, élőkép nélküli gépnél még nem probléma, de mi van akkor, ha folyamatos képet szeretnénk látni, pl. kompakt fényképezőgépeknél vagy videokameráknál? Ilyenkor jön az interline CCD a képbe.


forrás: www.wikipedia.com

Az interline CCD-nél szétválasztották a fény érzékelésének és a kapott töltéskép kiolvasásának folyamatát. Ebben az esetben a pixelek közé ékelik a fényre nem érzékeny CCD regisztereket egy árnyékoló maszkkal. Az exponálás végén a fényérzékeny területről ezekbe a regiszterekbe kerül át az információ, és az érzékelő már készen is áll a következő kép elkészítésére. Miközben a következő kép készül, a regiszterekből a már megismert módon megtörténik a kiolvasás.
Az eljárás hátránya, hogy bonyolultabb felépítést követel meg, valamint, hogy a fényre nem érzékeny regiszterek a hasznos felületből vesznek el területet. Előfordulhat, hogy így akár 50%-kal is csökken a hasznos felület (ez a Pixel Fill Factor). Könnyű belátni, hogy a kisebb hasznos felület több problémát is felvet: az egyik, hogy a pixel méretének csökkenésével kisebb felületen tudjuk rögzíteni a fotonokat (tehát csökken az érzékenység), a másik probléma, hogy a rögzíthető fotonok száma csökken (csökken a dinamika).
Az első probléma megoldására használnak mikrolencséket, melyekkel az említett 50%-os fényveszteség helyett akár 75-90%-os lesz a kitöltési tényező.

Mik a CCD-k előnyei és hátrányai?

Melyek a CCD-k előnyei és hátrányai? Kezdjük az előnyökkel:

  • Nagy érzékenység,
  • kevés zaj,
  • interline felépítés esetén elektronikus zár megvalósítható (ezt ki is használták pl. a Nikon D70-nél is, ahol 1/500s-tól már nem a mechanikus, hanem az elektronikus zár működik).

És melyek a hátrányai?

  • Bonyolult előállítás, emiatt drága,
  • a kiolvasási elektronikának több kiolvasási csatorna esetén tökéletesen megegyezőnek kell lennie, egyébként sávosodás lép fel (banding),
  • könnyen létre jöhet az ún. Blooming effektus: ha egy elektródán túl sok töltés halmozódik fel, egyszerűen átfolyik a mellette levő elektróda területére (ez ellen számos anti-blooming eljárás létezik, általában a CCD-k adatlapján szerepel ennek a hatékonysága),
  • magas fogyasztás, emiatt nagyobb melegedés (és nagyobb termikus zaj).

Most, hogy kiveséztük a CCD-t, jöjjön a napjaink "sláger érzékelője", a CMOS.
A CCD leírásánál már olvashattuk, hogy MOS technológiára épülnek. Akkor mi is a nagy különbség a két szenzor közt?

Egyvalamiben megegyezik a két érzékelő típus: mindkettőnél a fény érzékelése a fotoelektromos effektusnak köszönhető. Míg a CCD-nél a név utal a működési elvre is, a CMOS-nál a megnevezés csak és kizárólag a gyártástechnológiát jelöli.

Kezdjünk itt is egy kis történelmi visszatekintéssel. A ma használt CMOS szenzorok ún. Active Pixel Sensor felépítést használnak, melyet először az Olympus cég fejlesztett ki 1993-ban. Korábban is léteztek CMOS technológiára épülő szenzorok, 1968-tól lehet velük számolni, azonban a nagy különbség, hogy ezek Passive Pixel Sensorok voltak.

Ahogy a leírásból is látszik, az első esetben aktív pixelekről beszélünk, azaz minden egyes képpont saját erősítővel rendelkezik (töltés-feszültség konverter, amely a CCD-nél a kiolvasó egységben volt megtalálható). A kiolvasás mátrix elven történik, minden képpontot külön-külön meg lehet címezni. Mivel minden egyes pixel külön címezhető, illetve a vezetékhálózaton keresztül bármilyen sorrendben összekapcsolható a chip további erősítőfokozataival, nagyon könnyű a kép egy részletét vagy éppen egy alacsonyabb felbontású képet is kiolvasni.

A CMOS érzékelőre nagyon könnyű integrálni egyéb áramköri elemeket. Általában a CMOS érzékelők tartalmazzák az analóg-digitális átalakítókat is (míg ez a CCD-nél külön áramkör volt), sőt egyes esetben elő-feldolgozást is végeznek (szenzor szintű zajszűrés például). A nagyobb integrálásnak köszönhetően alacsonyabb az előállítási költségük, mint CCD társaiknak.

Nézzük a CMOS érzékelők hátrányait és előnyeit:

Hátrányok:

  • Nagyobb zaj: a pixelek egyedi erősítőit nem lehet pontosan beállítani, ezért ezek extra zajt adnak a képhez (pix-pattern noise). Erre a problémára a Canon talált tökéletes megoldást hardver szinten (és lassan minden gyártó alkalmaz hasonló megoldásokat),
  • interferencia érzékenység: a nagy számú aktív elem sokkal érzékenyebb a környezetből érkező elektromágneses zavarokra, mint a CCD,
  • az aktív elemek csökkentik az érzékelő hatásos méretét (mint az Interline CCD-knél), de itt is segítséget nyújtanak a mikrolencsék,
  • az elektronikus zár nem, vagy nehezen valósítható meg. Jól látható a CMOS érzékelőkkel készült videofelvételeken ennek a hatása: a kiolvasási sebesség miatt jól érzékelhetően elcsúszik a kép (nem azonos időpillanatban történik a teljes kép kiolvasása meg, mint a CCD-knél), és ha pl. egy mozgó autót fényképezünk, akkor az eredetileg kb. téglatest forma szétcsúszik paralelogrammává.

Előnyök:

  • A nagy integrálhatóság miatt alacsony ár,
  • kis fogyasztás, kisebb hőtermelés (alacsonyabb termikus zaj).

Pár szó az egyéb érzékelőkről:

  • Foveon X3: CMOS technológiára épül, de ahogy korábban is leírtuk ez esetben nem tartalmaz az érzékelő CFA-t, hanem három egymás alatt elhelyezkedő érzékelőt használ, így egy pontban képes a három alapszínt érzékelni.
    Sajnos, ahogy korábban említettük, a rétegek színáteresztése gyenge, vonalas színképet ad, ezért magas érzékenységen nagyon leromlik a színhűség, és jelentősen romlik a jel/zaj viszony.
  • LBCast: A Nikon próbálkozása volt, működési elve leginkább a CMOS-ra hasonlít. A különbség, hogy nem MOS-FET-et használtak, hanem J-FET-et a kialakításhoz. Elvileg jobb jel/zaj viszonyt ígértek, de a gyártó végül mégsem folytatta ezt az irányt (a Nikon új gépei mind CMOS érzékelőkkel jelentek meg).

Nos, sorozatunk első részét az érzékelőkkel zárjuk; házi feladatként érdemes az objektívek besorolásait (nagylátó, tele, alapobi) tanulmányozni, valamint a FOV és az AOV fogalmak gyakorlati jelentését elemezgetni. A szorgalmasabb dSLR tulajok készíthetnek saját objektív parkjukról egy kis táblázatot, milyen érzékelő-méret mellett milyen gyújtótávú lenne az adott optika.