Hlavnou časťou celej digitálnej zrkadlovky je jej senzor. Práve senzor a jeho vlastnosti určujú výslednú kvalitu fotografie. V praxi je však málokto schopný posúdiť kvalitu senzoru inak než na výsledných fotografiách, do ktorých sa pochopiteľne premieta aj kompletné elektronické spracovanie obrazu. Nemá to ani praktický význam – v prípade, že je výsledným produktom pozorovaná fotografia, teoretické znalosti samotného senzoru sú bezvýznamné. Aj napriek tomu uvedieme základné vlastnosti v súčasnosti používaných senzorov:
Typ senzoru
V dnešných DSLR sa používajú v zásade dva druhy senzorov a to CMOS alebo CCD. Princíp je u oboch rovnaký- každý pixel senzoru zbiera fotóny na neho dopadajúceho svetla a tým meria intenzitu svetla. Takto zhromaždený náboj je potom vo forme elektrického napätia zosilnený zosilňovačom a prevedený A/D prevodníkom na digitálne číslo k ďalšiemu spracovaniu. CMOS a CCD senzory sa nelíšia princípom práce, ale technológiou výroby a spôsobom zbierania informácií z jednotlivých pixelov. Aj keď sa medzi fotografmi vedú rôzne diskusie, či je lepší CMOS alebo CCD, faktom zostáva, že obe technológie sú zhruba rovnako rozšírené. Ak sa dva fotoaparáty líšia svojím podaním obrazu, z veľkej väčšiny je to spôsobené odlišnosťou v následnom elektronickom spracovaní obrazu a nie typom senzoru.
Bayerova maska a interpolácia
Je prirodzené sa domnievať, že 6Mpix fotoaparát má svoj senzor vybavený 6 miliónmi plne farebných pixelov. A pretože všetky digitálne fotoaparáty využívajú pre uloženie farieb tzv. farebný model RGB typický rozložením akejkoľvek farby na tri kanály Red (červená), green (zelená) a Blue (modrá), musel by teda senzor mať 6 miliónov mikropixelov citlivých na červenú farbu, 6 miliónov na zelenú a 6 miliónov na modrú. Takýto senzor by teda mal 6×3 = 18 miliónov mikropixelov. Bohužiaľ, skutočnosť je zložitejšia a zďaleka nie tak priamočiara. 6Mpix fotoaparát má síce 6 miliónov pixelov na senzore, ale iba čiernobielych, teda neschopných vidieť farbu. Aby senzory videli aj farbu, je pred jednotlivými pixelmi farebná RGB maska a tým že farby sú usporiadané do matice, a zelená maska je vo štvorici dvakrát (tým sa simuluje zvýšená citlivosť oka na zelenú). Vzniká tzv. Bayerova RGBG maska. Z toho vyplýva, že 6Mpix fotoaparát ma ,,iba“ 1,5 miliónov červených pixelov, 1,5 miliónov modrých a 3 milióny zelených. Aby sa pre každý jeden pixel obrazu získala plnofarebná RGB informácia, vždy zo 4 susedných pixelov senzoru (2×2) sa vypočíta jeden RGB pixel obrazu. Pre ďalší pixel obrazu je potom použitá iba o 1 pixel posunutá štvorica pixelov senzoru, takže vo výsledku je každý pixel senzoru použitý 4x – čiže došlo k interpolácií obrazu. Vďaka viacnásobnému použitiu zelenej farby v Bayerovej maske býva zelený kanál najostrejší v porovnaní s červeným a modrým.
Odlišnú štruktúru majú len senzory typu Foveon, ktoré majú farbocitlivé vrstvy umiestnené nad sebou. Horná vrstva registruje modrú zložku svetla a prepustí zelenú a červenú. Stredná vrstva registruje zelenú zložku a posledná vrstva registruje červenú zložku. Tak sa pre každý pixel jednotlivo zmeria skutočná intenzita RGB zložiek. Aj napriek famóznej elegancii tohto riešenia nie sú senzory typu Foveon rozšírené.
Ďalšie filtre pred senzorom
Bez ohľadu na konštrukciu sa senzory digitálnych fotoaparátov stretávajú s ďalšími problémami ako sú falošné farby a moiré. Falošné farby môžu byť spôsobené tým, že jednotlivé pixely senzoru ,,dráždia“ aj neviditeľné zložky spektra, a tak sa farby môžu javiť inak ako v skutočnosti. Preto je pred každým senzorom systém filtrov, ktorý má za úlohu filtrovať nežiaduce zložky spektra – najmä infračervené a UV. To je aj dôvod, prečo nie je potrebné používať UV filtre a prečo pri pokuse o infračervenú fotografiu sú digitálne fotoaparáty na infračervené svetlo pomerne málo citlivé a vyžadujú dlhé expozície a veľa sekúnd.
Low-Pass filtrom (OLPF) už pomaly zvoní hrana
Jedným z problémov, s ktorým sa stretávala digitálna fotografia bol problém nazývaný moiré. Príčina moiré je v pravidelnej mozaikovitej štruktúre pixelov na senzore. A ak sa zaznamenáva pravidelná vzorka (napr. kockovaná košeľa) spolu so senzormi usporiadanými do pravidelného vzoru podobnej veľkosti, vznikne moiré – rôzne farebné či čiernobiele interferenčné vzorky. Preto sa pred senzor umiestňoval optický Low-Pass Filter (OLPF), ktorý znížil kvalitu detailov, ale problému moiré zabránil. Film sa s týmto problémom nestretával, pretože štruktúra svetlo citlivých zŕn je vyslovene náhodná a zrniečka majú aj rôznu veľkosť – nie sú teda usporiadané do žiadnej pravidelnej štruktúry.
A práve mierne rozostrenie obrazu úmyselne vytvorené Low-Pass filtrom začalo byť problémom, najmä pri náraste rozlíšení senzorov a výraznom zlepšovaní samotných objektívov. Preto výrobcovia prišli so špeciálnymi modelmi bez Low-Pass filtru (napr. Nikon D800E), kde si ich majitelia museli byť vedomí prípadného moiré výmenou za výrazne vyššiu ostrosť obrazu. V súčasnosti na trhu pribúda modelov DSLR a kompaktov s výmennými objektívmi, kde Low-Pass filter už úplne chýba a odstránenie moiré sa vykonáva matematicky a iba vtedy, ak je to naozaj nutné. Výsledkom tak je viditeľne vyššia ostrosť obrazu, samozrejme iba ak takú ostrosť poskytne objektív.
Okrem špeciálneho modelu D800E si napr. Nikon prvýkrát trúfol úplne odstrániť Low-Pass filter u modelov Nikon 7100 (24Mpix) a Low-Pass filter už nemajú aj modely D3300, D5300, D810, Coolpix A a všetky novšie fotoaparáty rady Nikon 1.
Veľkosť senzoru
Veľmi podstatným parametrom fotoaparátu je veľkosť jeho senzoru. Veľmi zjednodušene sa dá povedať, že čím väčší bude senzor, tým ťažšie bude fotografovať, ale o to vyššia bude kvalita obrazu. Veľký senzor totiž nazbiera vďaka svojej ploche viacej svetla, a tak je obraz kvalitnejší a s menším množstvom šumu. Veľké senzory ale vyžadujú objektívy s dlhším ohniskom. Tie majú malú hĺbku ostrosti a tá vyžaduje starostlivé ošetrenie. Dlhšie ohniská sú tiež omnoho náchylnejšie na rozhýbanie snímku. Veľký senzor bude taktiež nekompromisne zobrazovať vinetáciu objektívu a zhoršenou kresbou v jeho rohoch.
Naopak malé senzory znižujú potrebu presne zaostriť a veľmi malé senzory kompaktných fotoaparátov ju v podstate úplne likvidujú. Vďaka malej ploche senzoru sa ale obraz stretáva s vysokou mierou šumenia.
U kompaktných prístrojoch je dnes de facto štandardom rozmer senzoru 1/2,5“ (5,8 x 4,3 mm). Je to kompromis medzi oboma rivalmi – na jednej strane fotomobily s extrémne malými senzormi, lacnou a jednoduchou optikou bez nutnosti ošetrenia, ale malou kvalitou obrazu, a na strane druhej digitálne zrkadlovky so senzormi kinofilmu (napr. Nikon D4 alebo D800) či dokonca digitálnej steny.
Veľkosť senzoru sa často udáva v zlomkoch palcov ako 1/2,5“ atď. a to vypadá ako veľkosť uhlopriečky podobne ako pri obrazovkách televízorov. Nenechajte sa ale zmiasť! Skutočná veľkosť uhlopriečok senzoru je menšia – zhruba 2/3 uvedeného údaju! Značenie totiž to vychádza zo zvykov inžinierov z 50. rokov, keď sa podobným spôsobom značili elektrónky určené na snímanie TV obrazu v štúdiových TV kamerách.
Ak sa objektív o veľkosti klasického kinofilmu použije u DSLR s menším senzorom, tak menší senzor uvidí len kus strednej časti obrazu, čím sa javí ako viac približujúci čiže z hľadiska ohniska dlhší. Tomuto efektu sa hovorí crop faktor. Crop faktor je podiel uhlopriečky kinofilmu k uhlopriečke aktuálne použitého senzoru a o rovnaký crop sa ohnisko objektívu javí dlhší. Nasadíte tak objektív s ohniskom 50 mm a konštruovaný na kinofilm na 1,5x uhlo priečkovo menší senzor, objektív bude naďalej 50 mm (to je jeho konštrukčná vlastnosť nezávislá na senzore), ale vďaka použitiu len časti obrazu (výrez, crop) sa bude javiť ako objektív 1,5x dlhší čiže 75 mm.
Rozlíšenie senzoru
Rozlíšenie senzoru udáva počet pixelov fotografie – obvykle v megapixeloch (milióny pixelov, Mpix). Ak porovnávate rozlíšenie fotoaparátov, vždy je treba porovnávať tzv. efektívne pixely (effective resolution, effective pixels). To sú tie pixely, ktoré budú tvoriť výslednú fotografiu. V technických parametroch je občas uvedený celkový počet pixelov senzoru, ktorý býva vyšší viac-menej pixely najviac sú určené čisto pre technické účely fotoaparátu a nemajú tak pre výslednú fotografiu žiadny význam. Napríklad CCD senzor fotoaparátu Nikon D300 mal celkový počet pixelov 13,1 Mpix, efektívnych pixelov ale ,,iba“ 12,3 Mpix a produkuje fotografie s max. rozlíšením 4 288 x 2 848 pixelov = 12 212 224 pixelov.
Veľkosť jedného pixelu
Ako už bolo naznačené, čím väčší je každý pixel, tým väčšia je jeho citlivosť na svetlo a tým menší je jeho šum (rastie pomer signál/šum, SNR). Veľkosť každého jedného pixelu samozrejme súvisí s rozlíšením a s veľkosťou senzoru. Čím väčšie je rozlíšenie senzoru pri jeho rovnakej veľkosti, tým menší musí byť každý pixel. Kompaktné fotoaparáty majú pixely s veľkosťou okolo 4μm, a preto u nich málokedy nájdete maximálny ISO vyššie ako cca 400. Naopak väčšie senzory DSLR majú logicky výrazne väčšie pixely a tie majú nižší šum, vyššie SNR a tým umožňujú používať aj výrazne vyššie SNR pri rovnakom výslednom šume. Mávajú taktiež lepší dynamický rozsah. Znova body pre relatívne veľké senzory DSLR!
Šum a zrno
Senzor nemá žiadne zrno typické pre film, naopak má vysokú tendenciu k šumu. Digitálny šum je ale na rozdiel od filmového zrna na fotografii nepekný až nepríjemný! Digitálny šum sa prejaví nielen ako farebné body v obraze, ale doslova rozožerie hrany a degraduje ostrosť obrazu a jemné detaily v ňom.
Digitálne zrkadlovky majú šum takmer zanedbateľný pre ISO 100 a 200, prijateľný pre ISO 400 a 800, zatiaľ čo ISO 1 600 a vyššie je iba pre situácie , kedy vám nič iného nezostáva a fotografia bude viac – menej dokument. Stále to však môže byť užitočné, pretože nie z každej fotografie je nutné robiť plagát!
Blooming
Blooming je nepríjemná vlastnosť digitálnych senzorov, keď prebytočné fotóny ,,pretečú“ do okolitých pixelov. Tým ich tiež preexponujú, aj keď by normálne preexponované neboli. Výrobcovia senzorov sa tomuto javu bránia rôznymi technológiami, ktoré sa snažia prebytočné fotóny zo senzoru odviesť tak, aby okolité pixely neovplyvňovali. Darí sa to iba sčasti, a tak u preexponovaných častiach snímkov (typicky vetvy stromov oproti oblohe) je jednoduché blooming nájsť.
Kompakt, alebo zrkadlovka?
- Kompaktné fotoaparáty sú malé, ľahké a veľmi ľahko sa ovládajú. Sú teda ideálne pre netechnických užívateľov, ktorí nemajú významné ambície na kreatívne fotografie
- Na rozdiel od zrkadloviek sa bežným kompaktným fotoaparátom nedajú meniť objektívy, a tak je možné využiť len pevne vstavaný rozsah zoomu. Ak nám zoom nestačí, je nutné scénu správne zarámovať zmenou stanovišťa
- Scéna v hľadáčiku nie je rovnaká ako tá, ktorú uvidí senzor. Preto neumožňujú presnú voľbu výrezu
- Jednoduchosť riešenia a plošne malý senzor obvykle neposkytuje takú kvalitu obrazu, akú poskytujú digitálne zrkadlovky
- Majú obrovskú hĺbku ostrosti, čo výrazne zjednodušuje zaostrenie, ale z druhej strany neumožňuje príliš rozostriť pozadie
- Majú obvykle menšie možnosti pre používanie externého príslušenstva
- Pri práci sú omnoho nenápadnejšie, a tak sa s nimi jednoduchšie dostanete na miesta, kde by zrkadlovka budila nevítanú pozornosť
- Sú obvykle pomalšie, a tak je s nimi ťažšie zachytiť dynamické deje (šport, reportáž ai.)
Digitálne steny
- Ako už bolo uvedené – čím väčší senzor, tým vyššia je kvalita obrazu a nižšia hĺbka ostrosti
- Preto sú na trhu aj digitálne prístroje s veľkosťou senzoru väčšou ako je kinofilm
- Buď sú to klasické digitálne fotoaparáty alebo tzv. digitálne steny – akési nástavce obsahujúce senzor a montované sú na zadnej časti fotoaparátu
- Príkladom môže byť fotoaparát Mamiya ZD
- Ten je vybavený senzorom s rozmerom 36 x 48 mm (2x väčší ako kinofilm) s rozlíšením 22 Mpix
- Rovnaké rozlíšenie aj veľkosť senzoru ponúka digitálna stena Mamiya ZD BACK
