CCD, CMOS, Foveon, Super CCD

Ove kratice koje određuju tip senzora digitalnog fotoaparata mnoge od nas navode na pitanje koji je senzor bolji. Ako k tome dodamo i različite dimenzije (površine) senzora koje mogu biti od nekoliko kvadratnih milimetara do nekoliko tisuća kvadratnih milimetara, broj mogućnosti koje su nam proizvođači ponudili postaje zbunjujući.

CCD senzori su prije pet godina slovili za tehnologiju vrhunskih profesionalnih sustava jer kreiraju sliku visoke kvalitete s manje šuma, ali su zato osjetljivi na tzv. blooming tj. prelijevanje viška energije. CMOS senzori su bili cijenjeni zbog praktičnosti proizvodnje i primjene jer troše i do 100 puta manje energije za svoj rad i jeftiniji su za proizvodnju (može ih proizvesti bilo koja standardna proizvodna linija koja proizvodi čipove za elektronsku industriju). Danas se polako gube razlike i svjedoci smo toga da se CMOS tehnologija nalazi i u vrhunskim profesionalnim fotoaparatima, a i CCD senzori manje troše, a cijena im svima pada. Fuji je svojim superCCD-om privukao fotografe vjenčanja jer ima prošireni dinamički raspon (ali mu je razlučivost manja jer ima dvostruke piksele, pa s 6 + 6 MP  interpolacijom (umetanjem srednjih vrijednosti) stvara 12 MP) , a Foveon senzore u svoje fotoaparate implementira jedino Sigma. Foveon senzor ima odlične boje, no nedostaje mu monokromatskih detalja. To su neki od osnovnih tipova senzora.

senzori

Tri tipa senzora:

  1. Bayer mozaik – senzor s RGB – filterima, dvostruko je više zelenih piksela;
  2. superCCD – FujiFilm – senzor s dvije veličine svjetlo-osjetljivih piksela. Manji R-piksel za svjetlinu i veći S-piksel s bayer mozaikom za boju – rezultat: veća dinamika;
  3. Foveon senzor – senzor koji oponaša film. Svaki piksel ima RGB filter, kao što film ima tri sloja – rezultat: ljepše boje.

Svaki sustav ima neke prednosti i neke nedostatke. Svaki sustav je koncipiran da daje neki optimum između uloženog i dobivene kvalitete. Najbitniji parametar je da li sustav prerađujući podatke iz senzora radi dobre, tj. lijepe fotografije. Danas je presudno znanje kako obraditi podatke koje je senzor zabilježio, a kvalitativno (i cijenovno) su fotoaparati podijeljeni u tri razreda: kompaktni, DSLR i srednje-formatni digitalni fotoaparati.

Kako tehnologija napreduje, na tržištu se pojavljuju sve savršenija tehnološka rješenja koja omogućuju izradu sve boljih fotoaparata, koji rade sve bolje fotografije. Jedini problem je u tome tko će to sve potrošiti (čitaj: kupiti), pa se svako malo na tržište izbacuju novi modeli fotoaparata s različitim kvalitativnim ili kozmetičkim poboljšanjima. Ako ste od onih generacija koje su radile na film onda znate da, ako ste htjeli veću razlučivost (bolju oštrinu, više detalja) morali ste nabaviti bolji objektiv i sporiji film (film niže osjetljivosti, tj. manje zrnatosti).

Danas kad kupujete fotoaparat morate imati na umu da senzor nećete moći zamijeniti za bolji (s više megapiksela) ili s većom površinom, makar je tijelo fotoaparata još dobro očuvano. Razlog tome je da se uz senzor u fotoaparatu nalazi još niz drugih pratećih komponenti, pa je zamjena svega toga neisplativa. Stoga kod kupnje treba dobro promisliti ili igrati lutriju i eksperimentirati.

Mali ili veliki senzor?

Cijena senzora rapidno raste kako mu rastu dimenzije. To je stoga što se senzori proizvode na tzv. waferu – “keksu”. Na jednom waferu se može proizvesti određeni broj čipova. Čim je senzor veći, manji broj ih stane na jedan wafer. Tome treba dodati da neki senzori na waferu nisu ispravni, pa se moraju eliminirati (jedan veliki neispravni senzor je kao deseci neispravnih manjih senzora).

Profesionalni fotoaparati imaju visokokvalitetne velike senzore. Budite oprezni kod nabavke starijih modela jer nije sve u velikom senzoru. Stariji modeli digitalnih fotoaparata imaju sporije procesore koji obrađuju podatke koje isporučuje senzor, a također imaju i kompliciranije algoritme kojima treba mnogo više vremena za obradu podataka. Današnji modeli imaju vrlo napredne tehnologije obrade podataka koje senzor isporučuje i mnogo brže rade.

Glavni razlog zašto se rade mali senzori je njihova cijena. To je pokrenulo i minimiziranje fotoaparata i objektiva. Objektivi su najoštriji u centru, pa je lakše izraditi objektiv za manji senzor. Veliki senzori rezervirani su za profesionalne fotoaparate i velike formate ispisa ili kvalitetni tisak. Veliki senzori visoke razlučivosti zahtijevaju vrhunsku optiku jer iskorištavaju svu definiciju koju neki optički sustav može dati. Prednost velikih senzora je veća dinamika i manji šum.

Dinamički raspon i šum

Mali senzori imaju mali dinamički raspon. Približno 1:256 (8 bita, dinamički raspon 8 EV). Zato su portreti snimljeni kompaktnim fotoaparatom pri jačem svjetlu lišeni finih tonalnih prijelaza i detalja, a pri slabom svjetlu mali senzori imaju visoku razinu šuma (šum je nepostojeća informacija, tj. ako nema dovoljno svjetla senzor će “iskonstruirati” virtualnu sliku na temelju nepotpunih podataka koje je dobio i vlastite “tamne buke” koju proizvodi u praznom hodu).

Neki DX ili APS senzori imaju dinamiku od cca 1:1024 do 1:4096 (10 – 12 bita, dinamički raspon 10 – 12 EV), a neki senzori punog 35 mm formata (24 mm x 36 mm) imaju dinamiku do 1:16384 (14 bita, dinamički raspon 14 EV). Mali senzori kompaktnih fotoaparata imaju manji dinamički raspon (npr. 8 bita, dinamički raspon 8 EV) i mogu zabilježiti do 16.777.216 nijansi boja (s tonskim rasponom od 256 nivoa u tri kanala osnovnih boja), a fotoaparat s velikim senzorom s 4.398.046.511.104 potencijalnih boja (s tonskim rasponom od 16384 nivoa).

To u praksi znači da su veći senzori u stanju zabilježiti fotografije s manje spaljenih detalja, ljepšim bojama i boljom definicijom. (Postoje i fotoaparati s malim senzorima koji mogu zabilježiti veliki dinamički raspon no to čine tako da rade višestruke ekspozicije koje kasnije kombiniraju u jednu fotografiju. To nije ista kvaliteta kao kad je fotografija produkt obrade iz jedne snimke.)

Dinamika senzora je mogućnost senzora da zabilježi određeni raspon kontrasta (od najsvjetlije točke do najtamnije točke). Fotografiramo li pejzaž i na fotografiji je nebo bez detalja (oblaci bijeli,  “spaljeni” – bez finih prijelaza i detalja) tada kažemo da prizor ima višu dinamiku od mogućnosti senzora. Dinamika se izražava rasponom u EV (EV = ekspozicijska vrijednost (engl. exposure value); koristi se kao oznaka intervala kod otvora zaslona, brzine zatvarača ili ISO osjetljivosti. Svaki slijedeći korak ka većem otvoru zaslona ili manjoj brzini zatvarača ili višoj ISO vrijednosti daje dvostruko svjetliju sliku. Prizor dinamičkog raspona 10 EV je 1024 puta svjetliji od prizora raspona 1 EV).

Ljudsko oko može percipirati raspon od 24 EV ili 1:16.777,216 (24 bita). Postoje različiti podaci koji je dinamički raspon filma. Neki autori kažu 17 EV negativ film, a 12 EV dijapozitiv film (slide). Raspon negativa jeste velik, ali ga ometaju mnogi faktori – razlučivost i kvaliteta skenera, tekstura foto-papira, ogrebotine i sl.

Veći senzor ima viši uporabivi ISO

Svaki senzor ima mrežu od više milijuna osjetila koja su osjetljiva na svjetlo. Nakon što fotoni padnu na osjetilo proizvede se el. struja koja se zatim pojačava u pojačalima i šalje na daljnju obradu. To pojačavanje možemo podesiti tako da povećamo ISO osjetljivost na fotoaparatu. Mana toga je da se s korisnim podacima pojačava i šum (šum je informacija koju je proizveo senzor, a da nije bio potaknut svjetlom). Dobro je isprobati ili proučiti testove na koji način pojedini fotoaparati interpretiraju visoki ISO. Suvremeni algoritmi u računalnim programima za obradu fotografija izvlače veliku količinu informacija koje su do nedavno bile skrivene, tako da se savjetuje snimati u RAW formatu i sačuvati fotografije bez obzira na visoku razinu šuma, jer su algoritmi prepoznavanja slike iz informacija koje je senzor proizveo sve bolji.

ISO1600

Mali senzor ISO 1600, izrez 1:1  (1 piksel na fotografiji = 1 piksel na monitoru).

ISO2000

Veliki senzor ISO 2000, izrez 1:1  (1 piksel na fotografiji = 1 piksel na monitoru).

Pikseli: brojnost i veličina

Broj piksela također povisuje cijenu. Pikseli na malim senzorima su puno manji (2,6 – 3,4 mikrona) od piksela na većim senzorima (DSLR 6,8 – 10 mikrona). Ako se na istim dimenzijama senzora povećava broj piksela to ne mora značiti da će fotografije biti kvalitetnije. Povećanje razlučivosti senzora mora biti popraćeno i povećanjem razlučivosti objektiva koji će “ispisivati” sliku. U protivnom se dobiju čudne kombinacije, pa nije rijedak slučaj da se povećanjem broja piksela jedino povećala cijena fotoaparata i glad za megabajtima na memorijskoj kartici i računalu, što rezultira usporavanjem čitavog sustava.

Kvaliteta i veličina ispisa određuje broj megapiksela koji su vam potrebni, a optimum je: 3 MP za fotografije na papiru veličine 15 x 20 cm; 6 MP za 20 x 30 cm; 12 MP za 40 x 60 cm itd.

Iz dobro definiranih, oštrih piksela, snimljenih većim senzorima, moguće je izraditi i veće formate, ili nadograditi rezoluciju bez većih gubitaka kvalitete. (kad se fotografija tiska za visokokvalitetne magazine, RIP (raster image processor) uzima prosjek od 3-4 susjedna piksela da bi izračunao veličinu jedne rasterske točke, a ink-jet printeri to rade s još većim tolerancijama).

Mali senzori pate od povećanog šuma, male dinamike i smanjene osjetljivosti. Osim toga imaju i problem difrakcije koja smanjuje razlučivost pri malim otvorima zaslona. Otvor zaslona pri kojemu se pojavljuje difrakcija, koja značajno slabi oštrinu i kontrast slike koja dolazi na senzor, proporcionalan je veličini senzora. Kreće se oko f/16 – f/22 za puni 35 mm format, f/8 – f/10 za APS senzore i samo f/4 za male senzore dijagonale 11 mm kod kompaktnih fotoaparata. To je razlog zašto na kompaktnim fotoaparatima nema otvora zaslona manjeg od f/8.

Veliki senzori imaju druge probleme s brojem piksela. Ako je razlučivost objektiva viša od razlučivosti senzora pojavljuje se Moiré, česta pojava kada snimamo mrežaste strukture. To se ispravlja s anti-aliasing (filter niske propusnosti) filterom koji uzrokuje blagu zamućenost na fotografijama svih DSLR-a i povećava cijenu fotoaparata. Neki proizvođači stavljaju jače, a neki slabije filtere ili svjetlo-osjetljive elemente postavljaju što bliže jedne drugima.

Želite li izrađivati male fotografije ili gledati fotografije na HD televizoru (razlučivosti 1920 x 1080 px) ili kompjutorskom monitoru, možete se prepustiti obilju kompaktnih modela s minimalnom razlučivosti od 6 MP (megapiksela). Želite li izrađivati veća povećanja do cca 30 x 40 cm (ink-jet do 50 x 70 cm), opredijelite se za DSLR s APS senzorom od 10 – 12 MP. Za dvostruko veća ili čak “računalno napumpana” povećanja investirajte u tzv. Full-frame DSLR s 24MP (cijelo-formatni jednooki refleksni fotoaparat) i kvalitetne objektive.

o