Navigace v seriálu

Konstrukce, hledáček,
   senzor

Elektronika

DSLR a okolní svět

          uvnitř DSLR - konstrukce, hledáček, senzor

I když jakákoliv byť sebelepší fotografická technika sama o sobě není zárukou pěkných fotografií, je velmi užitečné principy práce jednotlivých dílů znát. Ať se nám to líbí nebo ne, i dnešní moderní digitální fotoaparáty jsou plné kompromisů a jejich znalost a respektování může značně usnadnit práci či výběr vhodné techniky.

  Princip pravé digitální zrcadlovky (DSLR)

Již mnoho desítek let jsou na trhu fotografické přístroje typu "zrcadlovka" (SLR, Single Lens Reflex). Ústřední část tohoto přístroje (zrcátko) jim dal i český název. Je to asi v současnosti nejdokonalejší konstrukce, která je vhodná zejména pro vážnou fotografickou práci. Pokud pomineme fakt, že místo filmu je v digitálních zrcadlovkách (DSLR, Digital Single Lens Reflex) digitální senzor, je konstrukce digitální a filmové zrcadlovky v zásadě stejná. Jak zrcadlovka funguje?

V klidovém stavu, kdy se neexponuje a vy se díváte do hledáčku prochází světlo objektivem, v jehož optickém středu je umístěna clona. Ta je v tomto klidovém stavu otevřená vždy na maximum, aby obraz v hledáčku byl co nejjasnější a aby všechny senzory v těle zrcadlovky měly dostatek světla pro svojí práci. V klidovém stavu světlo dopadá na zrcátko, které je skloněné v úhlu 45° a tím odráží světlo vzhůru do hledáčku.

Světlo odražené od zrcátka dopadá na matnici (Focusing Screen), což je v principu průhledné skleněné či plastové plátno na kterém se obraz promítne a tak je možné ho sledovat hledáčkem. To co vidíte v hledáčku tedy velmi věrně odpovídá tomu, co budete fotografovat a to pro jakýkoliv objektiv a příslušenství. A to je jedna z hlavních výhod zrcadlovek! Některé zrcadlovky nejvyšší třídy mají matnice dokonce výměnné a tak je možné volit z různých obrazců a mřížek, které se společně s obrazem zobrazují.

Obraz vytvořený objektivem je převrácený vzhůru nohama a tak je třeba ho v hledáčku opět otočit zpět. K tomu slouží hranol (Pentaprism) umístěný v hledáčku. Čím kvalitnější je hranol, tím jasnější a ostřejší je obraz v hledáčku. Snaha o kvalitní obraz v hledáčku vede některé výrobce dokonce k tomu, že zcela obětují interní blesk (ten se obvykle krčí také někde v prostoru hledáčku) a díky ušetřenému místu zvětší hranol a tím zjasní obraz v hledáčku. Kvalitní hledáček je tak vykoupen absencí interního blesku (např. řada Canon EOS 5D). U levných modelů bývá naopak drahý hranol nahrazen soustavou zrcátek. Obraz otočený hranolem či zrcátky je potom pomocí jednoduché optiky promítnut přímo do oka, většinou s možností nastavovat dioptrickou korekci, což není nic jiného než posun čočky v optice hledáčku.

V hledáčku je ještě expoziční senzor, který je zodpovědný za měření množství světla v obraze a tím za nastavování expozičních hodnot. Expoziční senzor měří množství světla a určuje expoziční hodnoty jen a pouze na základě toho, co je vidět v hledáčku. O ostatních okolnostech scény nemá ani ponětí. Způsobům měření expozice jsme se podrobně věnovali v článku Expozice - 2. Měření expozice.

Hlavní trik moderní zrcadlovky schopné automatického ostření (Auto Focus, AF) je v tom, že zrcátko je polopropustné a tak se jen část světla odrazí do hledáčku (cca 70%) a zbytek světla zrcátkem projde. Za hlavním zrcátkem však narazí na druhé menší tzv. AF zrcátko také skloněné v úhlu 45° ale odrážející světlo dolů. Tam jsou umístěny senzory zodpovědné za automatické ostření a vyhodnocující stupeň ostrosti obrazu (AF sensors). Všechny digitální zrcadlovky patří do této skupiny a jsou tedy schopné automatického ostření. V minulosti však starší filmové zrcadlovky automatické ostření neměly.

Z uvedeného vyplývá, že po celou dobu, kdy je možné sledovat obraz v hledáčku a kdy pracují expoziční i zaostřovací senzory je hlavní obrazový senzor zakryt jednak zrcátky, ale hlavně zavřenou závěrkou a je tedy zcela slepý.


Pohled na zrcátka běžné SLR/DSLR. Hlavní zrcátko je polopropustné a tak zadní AF zrcátko může cca 30% prošlého světla odrazit dolů na AF senzory. Toto ale se svým fotoaparátem nedělejte.

V okamžiku, kdy stisknete spoušť, se poměry v přístroji dramaticky mění. Obě zrcátka se sklopí vzhůru, takže přestanou clonit senzor a současně zakryjí hledáček. Clona v objektivu se uzavře na změřenou a nastavenou hodnotu (po celou dobu byla totiž otevřena na maximum) a otevře se závěrka. Světlo tak může nerušené dopadat na senzor a vytvářet snímek. Po nastavené době expozice se závěrka uzavře a expozice snímku skončí. Clona se opět otevře na maximum, aby zajistila co nejjasnější obraz v hledáčku, obě zrcátka se opět sklopí dolů a obraz se opět objeví v hledáčku.

Z uvedeného vyplývá několik pro fotografy důležitých faktů:

  1. Po celou dobu expozice není v hledáčku nic vidět (tzv. blackout)

  2. Po celou dobu expozice nepracuje expoziční ani zaostřovací automatika (je slepá). Nijak to ale nevadí, protože platné a směrodatné jsou hodnoty zjištěné před pořízení snímku.

  3. Pokud fotoaparát umí tzv. sériové snímání např. 3 snímky za vteřinu (Continuous, Burst), zrcátko skutečně při každém jednotlivém snímku cvičí nahoru a dolů. Důvod je dvojí - aby mezi jednotlivými snímky byl alespoň na chvíli v hledáčku vidět obraz a aby na chvíli měla šanci pracovat expoziční a ostřící automatika.

  4. Zakrytí hledáčku zrcátkem v době expozice je velmi důležité, protože jinak by světlo mohlo pronikat na senzor nejen z objektivu ale i z hledáčku a degradovat obraz. Zakrytí hledáčku zrcátkem však nebývá zcela dokonalé a tak u dlouhých expozic může zbytkové světlo proniknout z hledáčku na senzor. Je-li oko přiloženo k očnici hledáčku tak tento problém nehrozí, ale zejména u dlouhých expozic na stavivu je vhodné hledáček zakrýt. Proto u fotoaparátů bývá i jednoduchá krytka hledáčku.

  5. Pokud nemáte oko přiložené k hledáčku (např. při fotografování ze stativu), tak je v principu možné, že expoziční senzor a tím přesné měření expozice před expozicí bude ovlivněno světlem, které k němu proniká z hledáčku. Je tedy opět vhodné zakrýt hledáček krytkou nebo kusem černé látky.

  6. Kolik světla se odrazí do hledáčku a kolik se ponechá pro AF senzory je jako vždy kompromis. Čím více se pustí do hledáčku, tím jasnější tam bude obraz ale hůře "uvidí" AF senzory a budou tedy hůř ostřit zejména v šeru. Pokud by se ale více světla pustilo pro AF senzory, obraz v hledáčku logicky potemní.

  7. Zrcátko společně se závěrkou tvoří nejjemnější a nejzranitelnější díly zrcadlovky.

  8. Vibrace vytvořené sklopením zrcátka mohou v extrému rozhýbat snímek pokud se exponuje na málo tuhém stativu. Proto mají zrcadlovky obvykle i možnost předsklopení zrcátka (Mirror Lock-Up). Při expozici z ruky však takové nebezpečí nehrozí.

  9. Zvuk sklopení a navrácení zrcátka se stal symbolem pořízení snímku a mnoho kompaktů ho dokonce pomocí malého reproduktoru simuluje i když pochopitelně žádné zrcátko nemá.

I když v detailech se jednotlivé modely liší, všechny SLR a DSLR vypadají v zásadě stejně. Malou změnu provedl jen Olympus, poprvé u modelu E-300 a potom u E-330. Po něm následoval i Panasonic Lumix DMC-L1. Jejich hledáček používá čtyři zrcadla místo hranolu a dráha světla pro hledáček nesměřuje tedy vzhůru jak bývá zvykem ale do strany. Teprve potom je světlo směrováno vzhůru do hledáčku, který je díky tomu umístěn hodně vlevo a ne v ose objektivu jak je obvyklé. Tato konstrukce umožnila Olympusu a Panasonicu zmenšit výšku fotoaparátu, obraz v hledáčku je však o něco temnější.


Olympus E-300 jako první nabídl alternativní konstrukci dráhy světla pro hledáček, která míří do strany a nikoliv vzhůru.

  Předsklopení zrcátka (Mirror Lock-Up)

Právě pro redukci případných otřesů způsobených sklopením zrcátka (viz bod 8 výše) je u většiny DSLR v menu možné nastavit tzv. režim předsklopení zrcátka (Mirror Lock-Up). Pokud se aktivuje tento režim, tak se obvykle zrcátko prvním stiskem spouště pouze sklopí ale snímek nebude ještě exponován a teprve druhý stisk spouště provede vlastní expozici snímku. Nebo je mezi sklopením zrcátka a vlastní expozicí nastavena pevná prodleva. Tak je možné sklopit zrcátko ve výrazném předstihu (cca 10 vteřin) před vlastní expozicí, aby se vibrace stačily uklidnit. Drátová spoušť je však podmínkou.


Ukázka možností v menu, kde se dá zvolit prodleva mezi sklopením zrcátka a expozicí snímku (zde 3 vteřiny) v případě, že je aktivována funkce předsklopení zrcátka (Mirror Lock-up).

  Fotografování přes zadní displej (Živý náhled, Live View)

Model Olympus E-330 nabídl jako první DSLR na světě tzv. funkci Živý náhled (Live View) umožňující fotografovat přes zadní displej. Problém ale je, že sklopení zrcátka a trvalé otevření cesty na senzor zakryje AF senzory a tím ztratí zrcadlovka schopnost ostřit. Řešit je to možné několika způsoby:

  1. Po namáčknutí spouště se krátkodobě vrátí zrcátko do základní polohy, čímž se však přeruší živý náhled na displeji ale „oživí“ se AF senzory. Po zaostření se zrcátko opět sklopí a obnoví se živý náhled. Tato metoda je sice rychlejší, ale znamená nepříjemné přerušení živého náhledu a cvakání zrcátka.

  2. K zaostření se použije přímo hlavní senzor a detekce hran (Contrast Detection) tak, jak to dělají běžné kompaktní fotoaparáty. Tato metoda sice nepřeruší živý náhled, je ale pomalejší. Na druhou stranu ostření pomocí hlavního senzoru s vysokým rozlišením umožňuje zaostřit na kterémkoliv místě snímku a využít pro ostření i pokročilé mechanizmy běžně známé z kompaktních fotoaparátů. Mezi ně lze počítat například detekci obličejů (Face Detection), která na snímku vyhledává obličeje a ostří na ně.

Různé typy DSLR používají k ostření při živém náhledu buď metodu 1 nebo 2, některé umožní i výběr metody v menu, některé však při živém náhledu neostří vůbec. Při živém náhledu je obvykle možné zapnout i tzv. živý histogram (Live Histogram) či tzv. simulaci expozice, která se maximálně snaží na displeji ukázat vzhled budoucí fotografie. Unikátní systém systému živého náhledu nabízí v některých svých DSLR firma Sony, která do šachty hledáčku umístila další senzor. Díky němu se živý náhled nerealizuje pomocí hlavního senzoru, ale po malé změně polohy zrcátka v hledáčku právě pomocí tohoto senzoru. Výhoda Sony řešení je v tom, že živý náhled je možné realizovat i při sklopeném hlavním zrcátku sklopeným a tím při zachování plné funkčnosti rychlých AF senzorů.


Živý náhled u některých DSLR Sony je realizován speciálním senzorem v šachtě hledáčku, čímž mohou zůstat aktivní běžné AF senzory.

  Natáčení videa

I když to pro digitální zrcadlovky není typické, tak všechny dnešní DSLR dokáží natáčet video a to i se stereo případně mono zvukem. Podobně jako fotografie má však video řadu parametrů, kterými se DSLR mohou lišit:

Rozlišení videa a prokládání
Prvním parametrem každého videa je jeho rozlišení v pixelech. Je to obdoba rozlišení fotografie, akorát pro všechny za sebou jdoucí snímky videa. Má-li fotoaparát režimy lepší než je klasický PAL, je žádoucí konektor HDMI, jinak není možné ve vyšší kvalitě video promítat přímo z fotoaparátu. Vyšší kvality promítání je však možné dosáhnout použitím dat na paměťové kartě a přehráním na jiném zařízení. Klasická televize (nikoliv moderní LCD, LED či plasmová) však lepší kvalitu než PAL nedokáže zobrazit. S růstem rozlišení však stoupá velikost video souboru a tím klesá i maximální doba videa v minutách. Řada DSLR také z různých technických a právních důvodů omezuje maximální délku videa na 30 minut a velikost souboru s videem na max. 4 GB.

Režim Rozlišení

Prokládané / Progresivní

Pozn.
- 320x240 Prokládané nebo progresivní  
480i 640x480 Prokládané  
480p 640x480 Progresivní VGA
576i 720x576 Prokládané PAL
576p 720x576 Progresivní  
720p 1280x720 Progresivní  
1080i 1920x1080 Prokládané  
1080p 1920x1080 Progresivní  

Typické videoformáty z hlediska rozlišení seřazené podle růstu jejich kvality. Progresivní (neprokládané) režimy (p) jsou lepší než prokládané (interlaced, i). Režim 720i není podporován. Žlutě označené řádky mají výrazně vyšší kvalitu než PAL, a jsou tak často označovány jako HDTV (High-definition television), které však nemá žádnou přesnou specifikaci. Existuje však i řada jiných možných rozlišení videa.

Počet snímků za vteřinu (Frame Rate)
Frame rate je počet snímků za vteřinu (fps, frames per second) a dnešním standardem je 25 fps (PAL) nebo 29,97 fps (NTSC). Minimum pro dosažení iluze plynulého pohybu je alespoň 10 snímků za sekundu.

Poměr stran (Aspect Ratio)
Poměr stran (Aspect Ratio) udává poměr vodorovné a svislé strany videa. Klasické televizory mají poměr obrazovek typicky 4:3, LCD, LED a plasmové HDTV televizory obvykle používají širokoúhlé obrazovky 16:9. Řada DSLR má však poměr stran senzoru 3:2 a takto natáčí i video. Video není žádný problém zobrazit v jiném poměru stran, deformují se tím ale rozměry nebo se video doplní černým pruhy.

Formát komprese, použitý kodek
Stejně jako fotografie může být na kartu uložena v různých datových formátech (JPEG, RAW, TIFF atd.), může i video být na kartu uloženo v různých video formátech (AVI, MOV, MPEG). Řada video formátů (např. AVI) však neobsahuje přesnou definici kompresní metody (kodeku) a tak je třeba informaci ještě doplnit o způsob komprese neboli použitý kodek. Software přehrávající video musí přirozeně být schopen příslušný kodek rozkódovat.

Datový tok (bit rate, bit stream)
Stejně jako JPEG může nastavovat stupeň komprese ve vztahu k výsledné velikosti souboru, může i videokodek umožnit nastavení datového toku neboli bit rate. Platí, že čím vyšší je datový tok, tím vyšší je kvalita souboru, ale tím větší je i výsledný soubor. Datový tok, který produkuje kodek, se měří v bitech za vteřinu (bit per second, bps) nebo kilobitech za vteřinu (kbps) či megabitech za vteřinu (Mbps).

Zvuk (audio)
Pokud fotoaparát nahrává video i se zvukem případně stereo zvukem, tak ve videosouboru je zakódován i zvuk. Opět ale platí, že zvuk lze kódovat a komprimovat různými způsoby (kodeky), a tak o kódování zvuku platí podobná pravidla jako o kódování a kompresi videa.

  Princip nepravé (elektronické) digitální zrcadlovky (SLR-like, EVF)

Pro srovnání je užitečné znát i princip tzv. nepravé digitální zrcadlovky (SLR-like) často též nazývané elektronickou zrcadlovkou s elektronickým hledáčkem (Electronic Viewfinder, EVF).


Elektronická zrcadlovka (EVF) simuluje pohled na skutečný obraz produkovaný objektivem pomocí elektroniky a 2 displejů - malého umístěného v hledáčku či klasického zadního.

Nepravé zrcadlovky nemají obdobu v analogových fotoaparátech a představují jakýsi digitální mezikrok mezi kompaktem a pravou digitální zrcadlovkou. Je to ve skutečnosti kompakt s nevýměnným nebo dokonce i výměnným objektivem, ale místo průhledového hledáčku má hledáček, kterým se díváte na malý vestavěný displej. Říká se mu proto elektronický hledáček (Electronic Viewfinder, EVF). Na tomto displeji je vidět přesně to, co vidí senzor a tudíž to připomíná skutečný pohled objektivem jako u pravé zrcadlovky. Má to tedy rysy zrcadlovky, ve skutečnosti tam ale žádné zrcátko není.

Vypadá to lákavě a je to i v současnosti velmi oblíbená konstrukce. Na rozdíl od pravé digitální zrcadlovky má ale několik výhod a několik nevýhod:

Dá se pohodlně fotografovat přes zadní displej i přes hledáček a v obou je obvykle vidět to samé.

Protože se v hledáčku díváte na displej, lze do obrazu snadno promítat spoustu užitečných fotografických informací.

Displeje hrubě ukazují, jak bude fotografie vypadat z hlediska vyvážení bílé, expozice, barev atd.

Umožňuje živý a okamžitý náhled různých efektů - černobílé fotografování, noční fotografování, infračervené fotografování atp.

Obraz na displeji v hledáčku je velmi hrubý, typické rozlišení totiž bývá jen cca 115.000 až 235.000 pixelů a to i v tom lepším případě odpovídá jen 560x420 pixelům (zhruba rozlišení běžné televize). To je ale bohužel stále příliš hrubé např. pro ruční zaostřování.

Obraz na displeji v hledáčku je jen velmi přibližný jak z hlediska barev, tak z hlediska expozice a proto může být zavádějící.

Obraz na displeji v hledáčku se vždy zobrazuje s určitým zpožděním - nejdřív musí být snímek vyfocen, potom zpracován obrazovým procesorem a potom teprve může být zobrazen v hledáčku či zadním displeji. Toto zpoždění komplikuje fotografování akčních scén.


  Hledáček pravých zrcadlovek a taje kolem něj

Jak již bylo řečeno, podstatným parametrem hledáčku u pravé DSLR je, zda používá hranol nebo systém zrcátek. Hranol je sice dražší a těžší, poskytne ale jasnější a brilantnější obraz. Není to však zdaleka vše, co je u hledáčku důležité:

Zvětšení (Magnification)
Asi nejdůležitější parametr hledáčku je jeho zvětšení. Udává jak velké se jeví předměty v hledáčku ve srovnání s pozorování prostým okem. Dá se přirovnat k velikosti plátna v kině - je rozdíl pozorujete-li širokoúhlé plátno z 5 řady anebo malé plátno z 30 řady. Zvětšení hledáčku je standardizováno pro objektiv 50 mm zaostřený na nekonečno a je-li zvětšení hledáčku např. 0.7x znamená to, že obraz v hledáčku se jeví 0.7x menší než pozorovaný normálně okem.
Zvětšení hledáčku je však standardizováno pro fyzický objektiv 50 mm a tak pro spravedlivé porovnání je třeba zvětšení hledáčku podělit crop faktorem fotoaparátu. Např. profesionální fotoaparát Canon EOS-1Ds Mark III má senzor stejné velikosti jako kinofilm (tzv. full frame kde crop faktor=1) a zvětšení hledáčku 0.76x. Populární amatérské zrcadlovky mají zvětšení hledáčku sice kolem 0.8x, ale crop faktor 1.6, čili skutečné (porovnatelné) zvětšení hledáčku je "jen" 0.5x.

Pokrytí (Coverage)
Další důležitý parametr který říká, kolik % plochy snímku uvidíte v hledáčku ve srovnání s tím, co bude skutečně vyfotografováno. Pokrytí bývá kolem 95 - 100% a tak zaznamenáno na kartu bývá obvykle o něco málo víc než je vidět v hledáčku.

Bod oka (Eyepoint)
Udává maximální vzdálenost, na kterou se můžete oddálit od očnice hledáčku, aby byl stále vidět celý obraz hledáčku. To je užitečné zejména pro lidi s brýlemi, kteří nemohou kvůli brýlím přiložit oko až k očnici. Typický bod oka je kolem 20 mm.

Dioptrická korekce (Dioptric correction, Dioptric adjustment)
Mění optické parametry hledáčku a tak simuluje brýle. Pomocí dioptrické korekce si tak každý může nastavit subjektivně nejostřejší obraz v hledáčku.

  Senzor

Ústředním jádrem celé digitální zrcadlovky je její senzor. Právě senzor a jeho vlastnosti určí výslednou kvalitu fotografie. V praxi je však málokdo schopen posoudit kvalitu senzoru jinak, než na výsledných fotografiích do kterých se pochopitelně promítá i kompletní elektronické zpracování obrazu. Nemá to ani praktický význam - je-li výsledným produktem pozorovatelná fotografie, teoretické vlastnosti samotného senzoru jsou bezvýznamné. Přesto pro přehled uveďme základní vlastnosti dnes používaných senzorů:

Typ senzoru
V dnešních DSLR se používají v zásadě dva druhy senzorů a sice CMOS nebo CCD. Princip obou je tentýž - každý pixel senzoru sbírá fotony na něj dopadajícího světla a tím měří intenzitu světla. Takto shromážděný náboj je potom ve formě elektrického napětí zesílen zesilovačem a převeden A/D převodníkem na digitální číslo k dalšímu zpracování. CMOS a CCD senzory se neliší principem práce ale technologií výroby a způsobem sbírání informací z jednotlivých pixelů. I když se na internetu vedou bouřlivé diskuze zda je lepší CMOS či CCD, tak faktem zůstává, že obě technologie jsou zhruba stejně rozšířené. Pokud se dva fotoaparáty liší svým podáním obrazu, z drtivé většiny je to způsobeno odlišnostmi v následném elektronickém zpracování obrazu a ne typem senzoru.

Masky a filtry před senzorem
Každý pixel senzoru je citlivý na světlo obecně a není tak schopen nijak rozlišit jeho barvu. Proto se používá trik s tzv. Bayerovou maskou. Odlišnou strukturu mají jen senzory typu Foveon, které mají barvocitlivé vrstvy umístěné nad sebou. Horní vrstva registruje modrou složku světla a propustí zelenou a červenou. Střední vrstva registruje zelenou složku a poslední vrstva registruje červenou složku. Tak se pro každý pixel jednotlivě změří skutečná intenzita RGB složek. I přes nespornou eleganci tohoto řešení nejsou senzory typu Foveon dnes rozšířené.


Senzor typu Foveon měří intenzitu RGB složek světla pro každý pixel samostatně díky třem poloprůhledným vrstvám, jenž jsou citlivé jen na jednotlivé RGB barvy. Připomíná to 3 CCD snímání u videokamer.

Bez ohledu na konstrukci se senzory digitálních fotoaparátů potýkají s dalšími problémy jako jsou falešné barvy a moiré. Falešné barvy mohou být způsobeny tím, že jednotlivé pixely senzoru "dráždí" i neviditelné složky spektra a tak se barvy mohou jevit jinak než ve skutečnosti. Proto je před každým senzorem poměrně masivní systém filtrů, který má za cíl filtrovat nechtěné složky spektra - zejména infračervené a UV. To je i důvod, proč není třeba používat UV filtry a proč při pokusu o infračervenou fotografii jsou digitální fotoaparáty na infračervené světlo poměrně málo citlivé a vyžadují dlouhé expozice řádu vteřin.


Systém filtrů před vlastním senzorem slouží hlavně k odfiltrování nežádoucích složek spektra a k odstranění moiré.

Systém filtrů před senzorem má zabránit i problému zvanému moiré. Příčina moiré je v pravidelné mozaikové struktuře pixelů na senzoru. A pokud se zaznamenává pravidelný vzorek (např. kostkovaná košile) senzory uspořádanými též do pravidelného vzorku podobné velikosti, vznikne moiré - různé barevné či černobílé interferenční vzorky.


Ukázka moiré efektu při interferenci dvou jednoduchých systémů soustředných kruhů.

Proto filtr před senzorem obsahuje i tzv. "Low-Pass Filter", který sice snižuje podání detailů (funguje jako filtr typu dolní propust) ale zabraňují právě vzniku moiré. Film tento problém nemá, protože struktura světlocitlivých zrn je vysloveně náhodná a zrna mají i různou velikost a nejsou tedy uspořádána do žádné pravidelné struktury.

Velikost senzoru
Velmi podstatným parametrem fotoaparátu je velikost jeho senzoru. Velmi zjednodušeně se dá říci, že čím větší bude senzor, tím těžší sice bude fotografovat ale o to vyšší bude kvalita obrazu. Velký senzor totiž nasbírá díky své ploše více světla a tak obraz je kvalitnější a s menším množstvím šumu. Velké senzory ale vyžadují objektivy s delším ohniskem a ty mají malou hloubku ostrosti a ta vyžaduje pečlivé ostření. Delší ohniska jsou též mnohem náchylnější na rozhýbání snímku. Velký senzor bude také nekompromisně zobrazovat vinětaci objektivu a zhoršenou kresbu v jeho rozích. Naopak malé senzory snižují potřebu přesně ostřit a velmi malé senzory kompaktních fotoaparátů jí v podstatě likvidují zcela. Díky malé ploše senzoru se ale obraz potýká s vysokým šumem.


Typická velikost senzorů ve vztahu k velikosti kinofilmového políčka (žlutě). Modře je velikost senzorů většiny digitálních zrcadlovek a červeně nejběžnější velikost senzorů většiny kompaktů (1/2,5“).

U kompaktních přístrojů je dnes de facto standardem rozměr senzoru 1/2.5“ (5.8 x 4.3 mm). Je to kompromis mezi oběma rivaly – na jedné straně fotomobily s extrémně malými senzory, levnou a jednoduchou optikou bez nutnosti ostření ale malou kvalitou obrazu a na straně druhé digitální zrcadlovky se senzory velikosti kinofilmu (řada Canon EOS 5D, Canon EOS 1Ds) či dokonce digitální stěny.

Zástupce

Šířka [mm]

Výška [mm]

Crop faktor

Kinofilm

36.0

24.0

1.00

Canon EOS 5D

36.0

24.0

1.00

Nikon D3S

36.0

23.9

1.00

Canon EOS 1D

27.9

18.6

1.29

Sony A450

23.4

15.6

1.54

Canon EOS 7D

22.3

14.9

1.61

DSLR Olympus

17.3

13.0

2.00

Používané typické velikosti senzorů u dnešních DSLR.

Velikost senzorů se často udává ve zlomcích palců jako 1/2.5" atp. a to vypadá jako velikost úhlopříčky podobně jako u obrazovek televizorů. Nenechte se ale zmást! Skutečná velikost úhlopříček senzorů je menší - hrubě 2/3 uvedeného údaje! Značení totiž vychází ze zvyklostí inženýrů z 50 let, kdy se podobným způsobem značily elektronky určené na snímání TV obrazu ve studiových TV kamerách.

Pokud se objektiv konstruovaný na velikost klasického kinofilmu použije na DSLR s menším senzorem, tak menší senzor uvidí jen kus střední části obrazu, čímž se jeví jako více přibližující neboli z hlediska ohniska delší. Tomuto efektu se říká crop faktor. Crop faktor je podíl úhlopříčky kinofilmu ku úhlopříčce aktuálně použitého senzoru a o stejný faktor se ohnisko objektivu jeví delší. Nasadíte-li tak objektiv s ohniskem 50 mm a konstruovaný na kinofilm na 1.5x úhlopříčně menší senzor, objektiv bude nadále 50 mm (to je jeho konstrukční vlastnost nezávislá na senzoru) ale díky použití jen části obrazu (výřez, crop) se bude jevit jako objektiv 1.5x delší neboli 75 mm.


Menší senzor zaznamená z obrazového pole objektivu menší část, čímž jí vyřízne (crop) a více přiblíží. Tím se objektivy díky menším senzorům zdají z hlediska ohniska delší.

Rozlišení senzoru
Rozlišení senzoru udává počet pixelů fotografie - obvykle v megapixelech (miliony pixelů, MPix). Rozlišení senzorů se udává v počtu barvoslepých pixelů senzoru a barva pro každý pixel se získává Bayerovou interpolací. Celková barevná kresebnost fotografie je tak logicky vždy o něco nižší než udávané rozlišení. Zcela bez interpolace se obejdou jen senzory typu Foveon.

Pokud porovnáváte rozlišení fotoaparátů, vždy je třeba porovnávat tzv. efektivní pixely (effective resolution, effective pixels). To jsou ty pixely, které budou tvořit výslednou fotografii. V technických parametrech je občas uváděn celkový počet pixelů senzoru, který bývá vyšší nicméně pixely navíc jsou určeny čistě pro technické účely fotoaparátu a nemají tak pro výslednou fotografie žádný význam. Například CCD senzor fotoaparátu Nikon D200 má celkový počet pixelů 10.92 MPix, efektivních pixelů ale "jen" 10.2 MPix a produkuje fotografie s max. rozlišením 3872x2592 pixelů = 10.036.224 pixelů.

Velikost jednoho pixelu
Jak již bylo naznačeno, čím větší je každý pixel, tím větší je jeho citlivost na světlo a tím menší je jeho šum (roste poměr signál/šum, SNR). Velikost každého jednoho pixelu samozřejmě souvisí s rozlišením a s velikostí senzoru. Čím vyšší je rozlišení senzoru při jeho stejné velikosti, tím menší musí být každý pixel. Kompaktní fotoaparáty mají pixely o velikosti kolem 4 µm a proto u nich najdete málokdy maximální ISO vyšší než cca 400. Naopak větší senzory DSLR mají logicky výrazně větší pixely a ty mají nižší šum, vyšší SNR a tím umožňují používat i výrazně vyšší ISO při stejném výsledném šumu. Mívají též lepší dynamický rozsah. Opět body pro relativně velké senzory DSLR!

Šum a zrno
Senzor nemá žádné zrno typické pro film, naopak má vysokou tendenci k šumu. Digitální šum je ale na rozdíl od filmového zrna na fotografii ošklivý až odporný! Digitální šum se projeví nejen jako barevné body v obraze, ale rozežere i hrany a degraduje ostrost obrazu a jemné detaily v něm.

Digitální zrcadlovky mají šum téměř neznatelný pro ISO 100 až 400, přijatelný pro ISO 800 až 1600, zatímco ISO vyšší než 3200 je pouze pro situace, kdy vám nic jiného nezbývá a fotografie bude více méně dokument. To ale stále může být vrcholně užitečné, protože ne z každé fotografie je nutné dělat plakát! Šumu, jeho vztahu k ISO a případnému odstranění jsme se věnovali v článku Expozice - 1. Expoziční základy.


Ukázka šumu pro různé ISO u fotoaparátu Canon EOS 1Ds Mark II.

Blooming
Blooming je nepříjemná vlastnost digitálních senzorů, kdy přebytečné fotony u přeexponovaného pixelu "přetečou" do okolních pixelů a tím je též přeexponují i když by normálně přeexponované nebyly. Výrobci senzorů se tomuto jevu brání různými technologiemi, které se snaží přebytečné fotony ze senzoru odvést tak, aby okolní pixely neovlivňovaly. Daří se to však jen zčásti a tak u přeexponovaných částí snímků (typicky větve stromů proti obloze) je snadné blooming nalézt.


Typická ukázka bloomingu, kdy přeexponované pixely oblohy způsobily, že tmavé okolní pixely listů palem se přeexponovaly též. Ve výsledku to degraduje obraz který ztrácí detaily i v tmavým místech.

  Stabilizace obrazu na senzoru (Anti-shake)

Stabilizátor obrazu slouží k eliminaci chvění fotoaparátu (rozhýbání snímku) nejčastěji třesem rukou a to zejména při delších expozicích časech. Donedávna byly stabilizátory bez výjimky vestavěny v objektivech. U digitálních zrcadlovek jako první vestavěla stabilizátor přímo do těla Konica Minolta, která své zrcadlovky Dynax 7D vybavila jako první stabilizátorem Anti-Shake. Princip je v tom, že senzor je umístěn na pohyblivé podložce, která je schopná se pohybovat. A pohybuje se vždy opačným směrem než fotoaparát, jehož pohyb detekuje pohybový detektor. Tím dochází k eliminaci drobných otřesů a chvění a podle údajů Konicy Minolty je zisk této stabilizace až 3 EV. Tím je možné používat stabilizátor s jakýmkoliv objektivem s jedinou nevýhodou v porovnání se stabilizací vestavěné přímo v objektivu a sice že účinek stabilizace není vidět v hledáčku. Od té doby používají stabilizaci přímo na senzoru i jiné firmy vyrábějící DSLR a sice Panasonic, Pentax a Sony. Naopak stabilizaci v objektivu používají firmy Canon a Nikon.


Princip stabilizace obrazu přímo na senzoru DSLR poprvé zavedený u DSLR Konica Minolta 7D.

  Prach na senzoru a jeho čistění

Senzory digitálních zrcadlovek se potýkají se zcela novým problémem. Zatímco u kompaktních fotoaparátů je celý prostor senzoru uzavřen a u filmových fotoaparátů se mění film vždy za nový, na senzorech DSLR se usazuje prach a jiné drobné nečistoty při každé výměně objektivu a tento prach se na nich časem hromadí. Drobné částečky prachu potom stíní pixely senzoru a projevují se na všech fotografiích jako stejně umístěné tmavé "hroudy". Lze je nalézt zejména u snímků pořízených dlouhými ohnisky či při silném zaclonění objektivu (např. f/22), kdy paprsky dopadají na senzor hodně rovnoběžně a tudíž nemají šanci prach "obejít".

Vytestovat množství prachu na vašem senzoru můžete snadno sami. Stačí nasadit teleobjektiv, nastavit jeho nejdelší ohnisko a silně zaclonit (např. f/22 nebo i více). Dále maximálně rozostřit obraz, např. manuálně zaostřit na nekonečno a snímat blízkou světlou zeď či naopak zaostřit na makro a sejmout oblohu. I když díky vysoké cloně vyjde dlouhý expoziční čas, tak se nic neděje - snímek je možné bez obav rozhýbat a tudíž snímat z ruky. Na výsledném obvykle jednolitě šedém obraze budou potom všechny nečistoty velmi dobře patrné.


Ukázka nečistot na senzoru, které stíní jednotlivé pixely a projeví se proto tmavými hrudkami v obraze.

Proto bývá v menu DSLR funkce určená na čištění senzoru (Sensor Cleaning). Ta sklopí zrcátko, otevře závěrku a tím po sejmutí objektivu umožní volný přístup k senzoru. Při čištění hrozí nebezpečí, že nečekané uzavření závěrky či návrat zrcátka během čištění by mohlo zrcátko či závěrku poškodit nárazem na čistící předměty (balónek atp.). Proto obvykle fotoaparáty povolí tuto funkci jen s plně nabitou baterií, aby nemohlo dojít k nečekanému vybití baterie, k uzavření závěrky, návratu zrcátka a tím k nehodě. Ze stejného důvodu nikdy nevypínejte fotoaparát či nevyndávejte baterii, zatímco čistíte senzor!

Správný postup čištění senzoru je tento:

  1. Čistění provádějte zásadně v čistém a bezprašném prostředí!

  2. Proveďte zkušební snímek dle návodu výše a rozhodněte, zda čištění je vůbec potřeba.

  3. Pokud potřeba je, sejměte objektiv a vyčistěte jeho zadní čočku a bajonet. Objektiv zakryjte.

  4. Ještě se zakrytým senzorem pečlivě vyčistěte balónkem, případně štětečkem či tampóny celou komoru fotoaparátu. Zrcátka se dotýkejte jen minimálně!

  5. Čištění provádějte s komorou otevřenou směrem dolů, aby nečistoty mohly vypadávat ven. Čistěte tedy "nad hlavou".

  6. Pamatujte, že nečistoty viditelné v hledáčku jsou sice nepříjemné, ale na snímku nebudou!

  7. Teprve nyní aktivujte funkci Sensor Cleaning a tím zpřístupněte senzor.

  8. Opatrně balónkem odfoukněte nečistoty ze senzoru opět s komorou otevřenou směrem dolů. Senzoru se nedotýkejte!

  9. Ukončete funkci Sensor Cleaning, nasaďte objektiv a proveďte zkušební snímek.

  10. V případě neúspěchu opakujte postup.
     


Nejprve vyčistěte komoru, aby prach z ní zpětně nepadal na senzor. Potom odkryjte  a vyčistěte vlastní senzor. Čištění provádějte vždy komorou dolů, aby prach snadno vypadával.

V literatuře i na internetu lze najít spousty postupů, jak vyčistit senzor pomocí různých chemikálií či nástrojů (štětec, stlačený vzduch, tampóny atp.). Podle šikovnosti a vhodnosti použitých nástrojů nelze vyloučit úspěch, ale senzor je poměrně citlivé zařízení a doteky na jeho povrch není obecně možné doporučit. Rovněž tak různé čistící roztoky mohou být dobré pro skla objektivů, ale ne pro senzor. Čištění stlačeným vzduchem ve spreji má sice výhodu v tom, že vzduch by měl být zcela čistý, při rozepnutí stlačeného vzduchu ale hrozí jeho silné podchlazení (princip ledničky) a tím poškození senzoru mrazem. Proto je dobré foukat stlačený vzduch na senzor spíše z větší dálky min 10 cm. Pokud nepomůže výše uvedené čištění, nezbývá než svěřit fotoaparát na vyčištění do autorizovaného servisu.

A na závěr - nečistoty na senzoru jsou sice nepříjemné, ale ne fatální. Na mnoha snímcích je ani nenajdete, protože se zcela skryjí v kresbě. A pokud na snímku přeci ruší, nebývá velký problém je v PC jedním klepnutím razítka vyretušovat. Takže čištění nepřehánějte a spíše nepodceňujte prevenci - celkovou čistotu fotovýbavy a fotobrašny. Výměny objektivů také provádějte rychle a pokud možno v co nejméně prašném prostředí. Nepoužité objektivy vždy kryjte krytkou.


U podobných obrázků se není třeba nečistot tolik bát, protože je v obraze není možné reálně najít.

  Automatické čištění senzoru

Problémy s čištěním senzorů vedly výrobce k hledání metod automatického čištění senzoru. Supersonic Wave Filter firmy Olympus je metoda, kdy před senzorem je tenká průhledná fólie, která při každém zapnutí fotoaparátu či při pokynu z menu provede krátké vysokofrekvenční vibrace a tím odhodí ze svého povrchu všechny nečistoty na připravenou lepící pásku. Sony tento mechanismus ještě vylepšila tím, že senzor vybavila antistatickou vrstvou, která zabraňuje přilnutí prachu na senzor z důvodu statické elektřiny. Dále Sony prování vibrační čištění senzoru při vypnutí fotoaparátu a ne při zapnutí, čímž je rychlejší jeho start. Dnes nabízí systém automatického čištění senzoru většina DSLR.

Zpět nahoru

Text a obrázky - copyright © 2012 ing. Roman Pihan.

Nemohou být použity či přetištěny bez svolení autora vyjma pro privátní a nekomerční použití.

 

 Mnohem více informací o DSLR, optice, expozici, ostření atd. najdete v knize Mistrovství práce s DSLR.