Τα pixel του ψηφιακού αισθητήρα καταγράφουν μόνον διαβαθμίσεις έντασης προσπίποντος φωτός. Όταν διεγείρονται από τα φωτόνια, τα ενεργά σωματίδια που αποτελούν το φως, λόγω φωτοβολταϊκού φαινομένου, παράγουν μικρές ηλεκτρικές τάσεις ευθέως ανάλογα με την ποσότητα (ένταση) της φωτεινής ακτινοβολίας. Όμως είναι αναίσθητα στο χρώμα. Γι αυτό θα μπορούσαμε να πούμε ότι ο ψηφιακός αισθητήρας κατ αρχήν πάσχει από …αχρωματοψία. Βλέπει δηλ. μόνο διαβαθμίσεις του γκρι από το τελείως λευκό ως το απόλυτο μαύρο.
Του Π. Καλδή
Ο καλός κύριος Βryce Bayer
Το πρόβλημα αυτό πρώτος αντιμετώπισε και επέλυσε με μια κολοσσιαίας σημασίας για την ψηφιακή τεχνολογία του imaging επινόηση ο μηχανικός της Kodak Βryce Bayer το 1974. Η αμερικανική εταιρία την κατοχύρωσε το 1976 και ο Bryce δεν πήρε ούτε δολλάριο (!) γιατί ήταν μισθωτός στο R&D τμήμα της εταιρίας. Η αρχετυπική αυτή ευρεσιτεχνία έχει κωδικοποιηθεί ως U.S. Patent No 3,971,065).
H διάταξη RGB Bayer προβλέπει τον τρόπο εναλλαγής των τριών βασικών χρωμάτων στα μικροφίλτρα που τοποθετούνται επάνω στα pixel του αισθητήρα. Έτσι, στις μονές γραμμές (1η, 3η, 5η κλπ) εναλλάσσονται το πράσινο (G) με το κόκκινο (R) χρώμα, ενώ στις ζυγές γραμμές (2η, 4η, 6η κλπ) του μπλε (B) με το πράσινο (G). Παρατηρούμε την επανάληψη του πράσινου χρώματος σε κάθε γραμμή, επειδή το ανθρώπινο μάτι είναι λιγότερο ευαίσθητο σε αυτό το μήκος κύματος και χρειάζεται περισσότερη πληροφορία για την [πιο ορθή χρωματικά] αναπαραγωγή του.
H απεικόνιση του χρώματος γίνεται με ειδικούς αλγόριθμους ανασύστασης της χρωματικής πληροφορίας.
H “Πράσινη” απάντηση της Fujifilm
Η διάταξη Bayer υιοθετεί μια ακολουθία 2×2 αλλά δεν είναι η μοναδική στον ψηφιακό κόσμο της εικόνας. Οι μηχανικοί της ιαπωνικής Fujifilm το 2012 εφέραν στο προσκήνιο με την X-Pro1 κάτι πιο ριζοσπαστικό με διάταξη 6×6 όπου καθεμία έχει 55% πράσινα μικροφίλτρα, 22.5% μπλε και 22,5% κόκκινα. Ο βασικός λόγος ύπαρξης του Χ-Τrans ανάγεται στην προσπάθεια της Fujifilm να αποφύγει το moire που είναι λίγο-πολύ εγγενές στη διάταξη Bayer. Επειδή δεν έχει την ίδια επαναληψιμότητα του Bayer, υπόκειται λιγότερο στον κίνδυνο του moire και υπερέχει σε ευκρίνεια και θόρυβο, κυρίως σε υψηλές τιμές ευαισθησίας ISO. Eπίσης πολλοί αναφέρουν ότι ο θόρυβος, όταν εμφανίζεται, μοιάζει πιο πολύ με τον κόκκο του φιλμ και έτσι είναι πιο “φυσικός” και ευχάριστος στο μάτι. Όμως υπάρχει και το αρνητικό στοιχείο της αυξημένης πολυπλοκότητας που σημαίνει ότι πρέπει να απασχοληθεί περισσότερο ο επεξεργαστής για την ανασύνθεση της χρωματικής πληροφορίας (βέβαια με την εξέλιξη των ηλεκτρονικών αυτό δεν αποτελεί …τεράστιο πρόβλημα).
Oλίγη ιστορία
Για την ιστορία, πρόγονος του Χ-Trans υπήρξε το SuperCCD, μια προγενέστερη εφεύρεση της Fujifilm στους ψηφιακούς αισθητήρες στη δεκαετία του 2000. Αυτή η διάταξη είχε οκταγωνικά κυψελοειδή pixel και μάλιστα με μεγάλα και μικρότερα pixel στα διάκενα. Και το SuperCCD είχε διαφορετική αναλογία μικροφίλτρων σε σχέση με τη διάταξη Bayer, όπου, καλά το μαντέψατε, υπερτερούσαν πλειοψηφικά τα πράσινα.
Μάλιστα στην τελευταία του υλοποίηση, που ονομαζόταν SuperCCD EXR II διέθετε, για πρώτη φορά, “φυτεμένα” pixel phase detect για το autofocus, μια τεχνική που τώρα συναντάμε συνολικά σε όλο τον κόσμο των mirrorless μηχανών. Με τη σχεδίαση αυτή λύθηκε το μεγάλο πρόβλημα υστέρησης του autofocus που κατέτρεχε τα συστήματα contrast detect. Mε λυμένα τα χέρια στις επιδόσεις αυτόματης εστίασης, οι mirrorless αντιμετώπισαν στη ρίζα του το πρόβλημα και έτσι έκαναν τη νικηφόρα κούρσα επικράτησης απέναντι στις DSLR. Tην κατάληξη του πολέμου mirrorless vs. DSLR όλοι γνωρίζουμε…
Βayer και moire
To moire εμφανίζεται σε συγκεκριμένα θέματα όπως υφάσματα, επιφάνειες με συγκεκριμένες γραμμώσεις κλπ. κυρίως ως “ψαροκόκκαλο” ή παρόμοια στρέβλωση του pattern. H παλιότερη αντιμετώπιση ήταν να ενσωματώνουν οι σχεδιαστές κατωδιαβατό (low pass) φίλτρο στην επιφάνεια του αισθητήρα που ουσιαστικά “θόλωνε” την εικόνα και με το βαθμό της “απάλυνσης” (blur) που εφάρμοζε, να μειώνουν το φαινόμενο. Σήμερα την λύση δίνει η αύξηση της ανάλυσης των αισθητήρων. Όταν λοιπόν η ανάλυση του σένσορα ξεπερνά την αναλυτική ικανότητα του φακού, τότε ο φακός επενεργεί ως φυσικό φίλτρο απάλυνσης. Απλό σαν το αυγό του Κολόμβου και ούτε καν χρειάστηκε να ασχοληθεί κάποιος να επινοήσει αυτή τη λύση.
Ο αισθητήρας X-Trans τώρα, με τη διαφορετική διάταξη μικροφίλτρων, χαρακτηρίζεται από βελτιωμένη χ ωροσυχνότητα (spatial frequency) ώστε σε κάθε κατεύθυνση να “σπάει” πιο εύκολα η επαναληψικότητα που ευνοεί το moire. Όσο και αν δημιουργήθηκε για να αντιμετωπίσει το moire, το x-Trans, τουλάχιστον κατά τη Fujifilm, διακρίνεται για την πολύ πιο πιστή χρωματική αναπαραγωγή και ίσως έχουν δίκιο αν κρίνει κανείς από τα εξαιρετικά jpeg των μηχανών της εταιρίας καθώς και την αγαπημένη πολλών φωτογράφων λειτουργία προσομοίωσης διάφορων εμουλσιόν φιλμ Film Simulation που δεν θα μπορούσε να υλοποιηθεί αλλιώς.
ΤΑ ΥΠΕΡ ΚΑΙ ΚΑΤΑ
Χ-Τrans ΥΠΕΡ
• Kαλύτερη επίδοση στον ψηφιακό θόρυβο
• Αντιμετώπιση moire
• Αισθητική που μοιάζει με εμουλσιόν φιλμ
Χ-Trans ΚΑΤΑ
• Υψηλότερο κόστος
• Μεγαλύτερη ανάγκη για επεξεργαστική ισχύ
Βayer Pattern YΠΕΡ
• Φθηνότερο κόστος
• Χρειάζεται λιγότερη επεξεργαστική ισχύ
Βayer Pattern ΚΑΤΆ
• Moire
• Θόρυβος
Αναδημοσίευση από το Αναδημοσίευση από το ΦΩΤΟγράφος Νο 283
