Georgian Bay – Zomerlandschap
De manier waarop foto's worden gemaakt wijzigen
In de afgelopen jaren hebben een aantal fabrikanten camera's geproduceerd die beelden met een hogere resolutie kunnen produceren via iets dat Sensor-Shift Technology wordt genoemd. Deze technologie is mogelijk gemaakt door de komst van In Body Image Stabilization (IBIS). Camera-ontwerpers hebben de IBIS gebruikt als een manier om ongelooflijke verhogingen van de beeldresolutie te krijgen of om de kleurinformatie voor de gemaakte foto's te verbeteren.
Er zijn een aantal namen voor deze technologie, waaronder High-Resolution Mode, Pixel Shifting Resolution System, Pixel Shift Multi Shooting Mode of de meer algemene namen van pixel-shift/sensor-shift, maar uiteindelijk zijn de concepten achter deze technologie allemaal hetzelfde. Meerdere afbeeldingen van dezelfde weergave worden op zo'n manier gemaakt dat de afbeeldingen worden gestapeld en gemengd om een enkele, meestal grote afbeelding met hoge resolutie te creëren.
Er zijn sterke en zwakke punten van deze nieuwe technologie en als je begrijpt hoe het werkt, kun je zelf betere foto's maken als je een camera hebt die dit kan.
OPMERKING: Omdat websites afbeeldingen met een lagere resolutie gebruiken, zijn de afbeeldingen die in dit artikel worden gebruikt, verkleind en aangepast om de verschillen tussen de afbeeldingen met hoge resolutie en de standaarduitvoer van de camera's te simuleren. Als je de afbeeldingen volledig bekijkt, lijken de afbeeldingen op elkaar, maar als je dichter bij de details in de afbeeldingen komt, begin je de verschillen te zien.
Gerbera madeliefjes binnen, normale resolutie (20 MP) Olympus OMD EM 1 Mark II
Gerbera madeliefjes binnen, hoge resolutie (50MP) Olympus OMD EM 1 Mark II
Veel benaderingen van afbeeldingen met sensorverschuiving
Beeldregistratie met sensorverschuiving is getransformeerd van dure speciale camera's naar een steeds meer beschikbare functie op nieuwere, resolutiegerichte camera's. Tegenwoordig zijn er naast Hasselblad's monster H6D-400c (400 Megapixel-afbeeldingen), aanbiedingen van Olympus, Pentax, Sony en Panasonic.
Deze versies gebruiken over het algemeen dezelfde conceptuele benadering, maar tegen veel toegankelijkere prijzen.
Sensor-Shift-beweging
Wie gebruikt Sensor-Shift?
Ongeacht de fabrikant blijft de basisactie van beeldopname met sensorverschuiving hetzelfde. Maak meerdere foto's, maar beweeg de sensor van de camera een beetje voor elke foto om meer beeldgegevens vast te leggen en voeg de foto vervolgens samen.
Door de sensor te verplaatsen, verbeteren de kleurgegevens van het beeld, waardoor meer details kunnen worden opgelost door de inherente problemen met kleurspecifieke fotosites te overwinnen. Afgezien van de Hasselblad, omvatten de systemen die deze technologie gebruiken camera's zoals de Olympus OM-D E-M1 Mark II (Micro Four Thirds), Pentax K-1 Mark II DSLR, Sony a7R III en Panasonic Lumix DC-G9 (Micro Four Thirds). Four Thirds), hoewel er andere zijn van dezelfde fabrikanten.
Drie van deze lijnen zijn spiegelloze camera's, waarbij de Pentax een DSLR met crop-sensor is. Het is interessant om op te merken dat de Panasonic/Olympus-camera's één benadering hanteren en Pentax/Sony een andere benadering van dezelfde concepten.
De Olympus/Panasonic-systemen gebruiken een benadering die zeer grote afbeeldingen met een hoge resolutie maakt, terwijl de Pentax- en Sony-systemen de sensorverschuiving gebruiken om de kleurinformatie van afbeeldingen van hetzelfde formaat te verbeteren. Zowel de Pentax- als de Sony-systemen maken het ook mogelijk om de afzonderlijke, door de sensor verschoven beelden te scheiden, terwijl de Olympus en Panasonic de gestapelde beelden samenvoegen tot één enkele foto.
Olympus OMD EM5 Mark II heeft de sensor-shift-technologie.
Hoe werkt sensortechnologie?
Om te begrijpen hoe sensor-shift-technologie werkt, moet u ook begrijpen hoe een sensor in het algemeen op zeer kleine schaal werkt. In de goede oude tijd van filmfotografie gebruikten camera's lichtgevoelige film om beelden op te nemen. Digitale camera's gebruiken een heel andere benadering om licht op te nemen.
Digitale camera's gebruiken lichtgevoelige fotodiodes om het licht op te nemen dat op de sensor valt. In de meeste digitale camera's heeft elke fotodiode een specifiek kleurenfilter (rood, groen of blauw), dat een fotosite vormt. Deze fotosites zijn zo gerangschikt dat het licht kan worden gemengd om de kleur van het beeld op de sensor te zien komen.
De rode, groene en blauwe fotosites op een sensor zijn over het algemeen gerangschikt in een specifiek patroon dat bekend staat als een Bayer-array (ook bekend als Bayer-matrix, filter). Er zijn ook andere configuraties, zoals de Fuji X-Trans-sensor (gebruikt op verschillende van hun cameramodellen) of Sigma die een Foveon-sensor gebruikt.
Met een Bayer-opstelling zijn er twee keer zoveel groene fotosites als rode of blauwe omdat het menselijk zicht het meest is afgestemd op het oplossen van details in groen. Deze opstelling werkt over het algemeen goed, maar als je erover nadenkt, wordt op een afbeelding een kleurenpixel gemaakt door deze fotosites samen te voegen.
De sensor weet niet hoeveel rood er is op een groene sensorlocatie of een blauwe sensorlocatie, dus interpolatie is vereist. Dit kan artefacten in foto's veroorzaken als je heel goed kijkt en heeft de neiging te betekenen dat RAW-afbeeldingen een enigszins zachte focus hebben. Alle RAW-afbeeldingen hebben wat verscherping nodig in de nabewerking (het groen, het rood en het blauw voor een pixel worden met elkaar vermengd).
Bayer-patroon van fotosites
Statische sensoren
In een gewone camera zonder IBIS registreert elke fotosite slechts het licht van één kleur op die ene plek, dus de gegevens die worden vastgelegd zijn technisch onvolledig. Het is als een emmer die alleen licht van een bepaalde kleur opvangt. Een cluster van lichtbakken in het Bayer-patroon wordt gebruikt om een enkele pixel in het digitale beeld te creëren, maar binnen die pixel zijn er twee groene bakken, een blauwe en een rode.
Om het beeld samen te smelten en een enkele kleur in die ene pixel te stoppen, worden de signalen van het cluster van fotodiodes samen opgelost. De verzamelde gegevens worden geïnterpoleerd via een de-mozaïekalgoritme, hetzij in de camera (jpeg) of op een computer (van een RAW-afbeelding), een proces dat waarden toewijst voor alle drie de kleuren voor elke fotosite op basis van de collectieve waarden die zijn geregistreerd door naburige fotosites .
De resulterende kleuren worden vervolgens uitgevoerd als een raster van pixels en er wordt een digitale foto gemaakt. Dit is gedeeltelijk de reden waarom RAW-afbeeldingen een iets zachtere focus hebben en moeten worden verscherpt in de postproductieworkflow.
Bewegende sensoren
IBIS betekent dat de sensoren nu een heel klein beetje bewegen om zich aan te passen aan subtiele bewegingen van een camera om het beeld stabiel te houden. Sommige fabrikanten beweren dat hun systemen de combinatie van sensor en/of lens kunnen stabiliseren voor een equivalent van 6,5 stops.
Door de sensor te verplaatsen, kunnen alle kleurenfotosites de gegevens voor elke locatie op de sensor vastleggen.
Deze stabilisatie wordt bereikt door micro-aanpassingen van de positie van de sensor. Voor afbeeldingen met sensorverschuiving worden dezelfde micro-aanpassingen gebruikt om elke fotosite te laten belichten met het licht van de enkele beeldopname. In wezen wordt de sensor verplaatst, niet om externe verstoringen aan te passen, maar om ervoor te zorgen dat elk deel van een afbeelding kleurinformatie bevat.
Fotosites in plaats van pixels
Je hebt misschien de term fotosites opgemerkt in plaats van pixels. Camera's worden vaak beoordeeld op hun megapixels als maatstaf voor hun oplossend vermogen, maar dit is verwarrend omdat camera's niet echt pixels hebben, alleen fotosites.
Pixels worden in het beeld geproduceerd wanneer de gegevens van de sensor worden verwerkt. Zelfs de term 'pixelverschuiving' die soms wordt gebruikt, is misleidend. Pixels bewegen niet, het zijn de sensoren met fotosites die bewegen.
Bij het vastleggen van één afbeelding registreert elke fotosite gegevens voor rood, groen of blauw licht. Deze gegevens worden door een computer geïnterpoleerd, zodat elke pixel in de resulterende digitale foto een waarde heeft voor alle drie de kleuren.
Versnellingssensoren
Camera's met sensorverschuiving proberen de afhankelijkheid van interpolatie te verminderen door kleurgegevens vast te leggen voor rood, groen en blauw voor elke resulterende pixel door de sensor van de camera fysiek te verplaatsen. Beschouw een vierkant van 2×2 pixels genomen van een digitale foto.
Conventionele digitale opname met behulp van een Bayer-array legt gegevens vast van vier fotosites:twee groene, een blauwe en een rode. Technisch gezien betekent dit dat er gegevens ontbreken voor blauw en rood licht op de groene fotosites, groene gegevens en rood op de blauwe fotosites en blauw en groen op de rode fotosites. Om dit probleem op te lossen, worden de ontbrekende kleurwaarden voor elke site bepaald tijdens het interpolatieproces.
Maar wat als je niet hoeft te raden? Wat als u de werkelijke kleur (rood, blauw en groen) voor elke fotosite zou kunnen hebben? Dit is het concept achter sensor-shift-technologie.
Een afbeelding met normale resolutie.
Dieper duiken
Beschouw een vierkant van 2 × 2 pixels op een digitale foto die is gemaakt met behulp van pixelverschuivingstechnologie. De eerste foto begint normaal met gegevens die zijn vastgelegd van de vier fotosites. Nu verschuift de camera echter de sensor om de fotosites te verplaatsen en maakt dezelfde foto opnieuw maar met een andere fotosite.
Herhaal dit proces zodat alle fotosites al het licht hebben voor elke exacte plek op de sensor. Tijdens dit proces zijn voor elke pixel lichtgegevens van vier fotosites (twee groene, een rode, een blauwe) verkregen, wat resulteert in betere kleurwaarden voor elke locatie en minder noodzaak voor interpolatie (opgeleide raden).
Een afbeelding met hoge resolutie bij dezelfde ISO, diafragma en sluitertijd.
De Sony en Pentax-benadering
Sony's Pixel Shift Multi Shooting Mode en Pentax' Pixel Shifting Resolution System werken op deze manier. Het is belangrijk op te merken dat het gebruik van deze modi het totale aantal pixels in uw uiteindelijke afbeelding niet verhoogt. De afmetingen van uw resulterende bestanden blijven hetzelfde, maar de kleurnauwkeurigheid en detail zijn verbeterd.
Sony en Pentax nemen vier afbeeldingen die één volledige fotosite per afbeelding zijn verplaatst om één afbeelding te maken. Het is eigenlijk gewoon het verbeteren van de kleurinformatie in de afbeelding.
De aanpak van Olympus en Panasonic
De Hoge-Resolutie-modus van Panasonic- en Olympus-camera's, die beide Micro Four Thirds-sensoren gebruiken, heeft een iets genuanceerder benadering, waarbij acht opnamen worden gecombineerd die ½ pixel uit elkaar zijn genomen. In tegenstelling tot Sony en Pentax verhoogt dit het aantal pixels in het resulterende beeld aanzienlijk.
Van een 20 megapixel sensor krijg je een 50-80 megapixel RAW beeld. Er is slechts één afbeelding zonder de mogelijkheid om toegang te krijgen tot de afzonderlijke afbeeldingen van een reeks.
Wat zijn de voordelen van het gebruik van Sensor-Shift?
Het gebruik van sensor-shift-technologie heeft verschillende voordelen. Door meerdere foto's te maken, de kleurinformatie voor elke fotosite-locatie te kennen en de resolutie te verhogen, bereik je drie belangrijke dingen. U vermindert ruis, vermindert moiré en verhoogt de algehele resolutie van de afbeeldingen.
Ruis en verbeterde resolutie
Door meerdere foto's te maken met een subtiele verandering in positie van de sensor, gaat de resolutie van het beeld omhoog, maar ook de kleurinformatie in de afbeeldingen. Hierdoor kunnen vergelijkbare afbeeldingen meer in de afbeelding doordringen met vloeiendere kleuren, minder ruis en betere details.
Een afbeelding met normale resolutie.
Een afbeelding met hoge resolutie.
Bijgesneden tot de afbeelding met normale resolutie, begin je ruis te zien verschijnen zoals korrel en kleurvariatie.
Hier is dezelfde uitsnede op de versie met hoge resolutie, de kleur en details zijn beter met minder ruis.
Minder Moire
Moiré is het verschijnen van ruis- of artefactpatronen die verschijnen in afbeeldingen met strakke regelmatige patronen. Nieuwere sensoren hebben over het algemeen minder problemen met Moire dan in het verleden, maar het zal nog steeds in sommige afbeeldingen verschijnen.
De oorzaak van het moiré is meestal gerelateerd aan de strakke patronen die worden opgenomen en de camera heeft problemen met het oplossen van het patroon omdat hij problemen heeft met de fotosite-patronen van de sensor. De kleurinformatie voor de rode, groene en blauwe fotosites hebben problemen met randen in deze strakke patronen omdat niet alle kleuren voor een enkele locatie worden vastgelegd.
Met sensor-shift is alle kleur voor elke locatie aanwezig, dus moiré verdwijnt meestal.
Afbeelding met normale resolutie.
Afbeelding met hoge resolutie met bijgesneden gebied gemarkeerd
Het bijgesneden gebied op de afbeelding met standaardresolutie - er begint ruis te verschijnen (de krassen op het papier waren er eerder).
De afbeelding met een hogere resolutie heeft minder ruis en meer details.
Dus waarom zou je dit niet voor elke afbeelding gebruiken?
Welnu, de belangrijkste reden is dat je meerdere afbeeldingen van een enkele scène moet maken. Dit betekent dat dit echt niet goed werkt voor bewegende onderwerpen. Het proces vereist minimaal vier keer de belichtingstijd van het vastleggen van een enkel beeld. Dit vertaalt zich in vier mogelijkheden voor een deel van je compositie en/of je camera om te bewegen tijdens het vastleggen van afbeeldingen, waardoor de beeldkwaliteit achteruitgaat.
Dergelijke beperkingen beperken de toepassing van de technologie tot stillevens en (statische) landschapsfotografie. Elke beweging in de scène die wordt vastgelegd, zal een wazig of korrelig gebied creëren. Dit is een probleem voor landschapsfotografie als er een wind is die planten of wolken verplaatst en als er stromend water aanwezig is.
Dit betekent ook dat je normaal gesproken erg stabiel moet zijn en een statief moet gebruiken, hoewel er enkele duidelijke bedoelingen zijn van fabrikanten om versies beschikbaar te maken die het mogelijk maken om de camera uit de hand te fotograferen (Pentax heeft deze functie).
Afbeelding met hoge resolutie gemaakt op een statief.
Bewegingsartefacten zijn zichtbaar als je ze van dichterbij bekijkt.
Eigenschappen van sommige systemen
Omdat sensor-shift-technologie op verschillende manieren is geïmplementeerd en afhankelijk van het gebruikte systeem, zijn de problemen een beetje anders. De grootste eigenaardigheid is dat je over het algemeen een statief nodig hebt, dus geen rennen en schieten.
Het Sony-systeem heeft andere beperkingen dat je het beeld pas kunt zien als je de vier afzonderlijke beelden samen verwerkt. Dit betekent dat u uw opgeloste afbeelding niet op de camera kunt bekijken. Bovendien is door het hoge aantal pixels op de A7R mark III elke subtiele beweging van het statief bijzonder merkbaar op het resulterende beeld. Om de afbeeldingen te kunnen bewerken, moet u ook de eigen Sony-software gebruiken om de afbeeldingen samen te voegen.
Pentax heeft een aantal interessante eigenschappen. Het gebruik van de softwaretoepassing die bij de camera wordt geleverd, maakt het mogelijk om beweging aan te pakken door een algoritme in de software te gebruiken voor het verwijderen van bewegingsartefacten. Dit werkt beter dan software die vaak wordt gebruikt voor beeldmanipulatie, zoals Adobe.
Het Olympus-systeem bestaat al een tijdje en in de meest recente versie van de Olympus OMD EM1 Mark II worden bij elke gedetecteerde beweging de betreffende pixels vervangen door delen van een van de enkele afbeeldingen met normale resolutie in bewegingsgebieden. Dit zorgt voor een ongelijkmatige resolutie, maar zorgt ervoor dat het beeld er beter uitziet voor zaken als wind. Het beperkt ook vooral als er veel beweging is. Vaak zien de afbeeldingen er een beetje korrelig uit.
Afbeelding met standaardresolutie van een boom – alles is scherp.
Een afbeelding met hoge resolutie van dezelfde boom, maar het waaide... Het bijgesneden gebied wordt weergegeven in het gele vak.
Bijgesneden gebied vergroot – de windbeweging genereerde enkele artefacten op de afbeelding.
Beperkingen
De grootste uitdaging voor het vastleggen van beeld met sensorverschuiving zijn bewegende onderwerpen. Bovendien kan het proberen om een flitser te koppelen aan een camera met behulp van pixel-shift beeldopname bemoeilijkt worden door de snelheid van het vastleggen van beelden, flitsrecyclingbeperkingen en algemene compatibiliteitsproblemen. Fabrikanten zijn op de hoogte van deze problemen en werken eraan om ze op te lossen.
Over het algemeen wordt de technologie alleen maar beter
Steeds meer systemen gebruiken algoritmen om deze afbeeldingen met een hogere resolutie te produceren. Naarmate de technologie volwassener wordt, zullen de implementaties steeds betere resultaten krijgen, mogelijk in staat om te gaan met bewegingen en omstandigheden in de hand.
Het voordeel voor fabrikanten is dat beelden van betere kwaliteit worden geproduceerd zonder dat er echt dure sensoren met een hoge pixeldichtheid nodig zijn (goedkoper). De voordelen voor de gebruiker zijn dat de afbeeldingen betere ruis- en kleurinformatie kunnen bevatten voor betere eindresultaten.
Veel plezier op jacht naar die perfecte afbeelding met hoge resolutie!