Matryce i filtry w aparatach fotograficznych
- Matryca światłoczuła
Matryca światłoczuła jest jednym z najważniejszych elementów aparatu cyfrowego. To ona zastępuje tradycyjny film fotograficzny stosowany w aparatach analogowych. Jej zadaniem jest rejestrowanie światła wpadającego przez obiektyw i przekształcanie go na sygnał elektryczny, z którego powstaje obraz cyfrowy.
Matryca składa się z milionów małych elementów światłoczułych, nazywanych pikselami. Każdy piksel odbiera światło i zapisuje informację o jego natężeniu. Im więcej światła dotrze do matrycy, tym jaśniejszy będzie zapisany obraz. Jeżeli światła jest mało, obraz może być ciemny lub zaszumiony.
Piksel sam w sobie rejestruje tylko jasność światła, a nie jego kolor. Aby aparat mógł tworzyć zdjęcia kolorowe, na matrycy stosuje się specjalne filtry barwne.
- Rodzaje matryc
W aparatach cyfrowych najczęściej spotyka się dwa podstawowe typy matryc: CCD i CMOS.
Matryca CCD
Matryce CCD były popularne w starszych aparatach cyfrowych. Charakteryzowały się dobrą jakością obrazu i niskim poziomem szumów, ale zużywały więcej energii i były droższe w produkcji. Obecnie stosuje się je rzadziej.
Matryca CMOS
Matryce CMOS są obecnie najczęściej stosowane w aparatach fotograficznych, smartfonach i kamerach. Zużywają mniej energii, są szybsze i tańsze w produkcji. Współczesne matryce CMOS oferują bardzo wysoką jakość obrazu, dużą rozpiętość tonalną i dobrą pracę przy wysokich czułościach ISO.
- Wielkość matrycy
Rozmiar matrycy ma bardzo duży wpływ na jakość zdjęcia. Większa matryca może zebrać więcej światła, dzięki czemu obraz ma lepszą jakość, mniejsze szumy i większą szczegółowość.
Najczęściej spotykane formaty matryc to:
Matryca pełnoklatkowa, czyli full frame
Ma rozmiar zbliżony do klatki filmu małoobrazkowego 35 mm. Zapewnia wysoką jakość obrazu, dobrą plastykę i małą głębię ostrości. Jest stosowana głównie w aparatach profesjonalnych i zaawansowanych.
Matryca APS-C
Jest mniejsza od pełnej klatki. Występuje w wielu lustrzankach i bezlusterkowcach amatorskich oraz półprofesjonalnych. Daje dobrą jakość zdjęć i jest tańsza od pełnej klatki.
Matryca Mikro Cztery Trzecie
Jest mniejsza od APS-C. Stosuje się ją w niektórych bezlusterkowcach. Pozwala tworzyć mniejsze i lżejsze aparaty oraz obiektywy.
Matryce małe
Występują w kompaktach, smartfonach i kamerach sportowych. Są niewielkie, dlatego mają ograniczoną możliwość zbierania światła. Przy dobrym oświetleniu mogą dawać bardzo dobre zdjęcia, ale przy słabym świetle częściej pojawiają się szumy.
- Rozdzielczość matrycy
Rozdzielczość matrycy określa się w megapikselach. Jeden megapiksel oznacza milion pikseli. Na przykład matryca 24 Mpix ma około 24 miliony pikseli.
Większa liczba megapikseli pozwala uzyskać większy obraz i wykonywać większe wydruki. Umożliwia także kadrowanie zdjęcia bez dużej utraty jakości. Nie oznacza jednak automatycznie lepszej jakości fotografii.
Na jakość zdjęcia wpływają również:
wielkość matrycy
jakość obiektywu
czułość ISO
zakres tonalny
procesor obrazu
poprawna ekspozycja
warunki oświetleniowe
Zbyt duża liczba pikseli na małej matrycy może powodować większe szumy, szczególnie przy słabym oświetleniu.
- Czułość ISO a matryca
Czułość ISO określa, jak mocno aparat wzmacnia sygnał z matrycy. Niskie ISO, na przykład ISO 100 lub ISO 200, daje najlepszą jakość obrazu, najmniejsze szumy i największą szczegółowość.
Wysokie ISO, na przykład ISO 3200, ISO 6400 lub wyższe, pozwala fotografować w słabym świetle, ale może powodować pojawienie się szumów. Szumy to przypadkowe zakłócenia obrazu widoczne jako kolorowe lub jasne kropki, utrata szczegółów i spadek jakości fotografii.
Większe matryce zwykle lepiej radzą sobie z wysokim ISO, ponieważ ich piksele mogą zebrać więcej światła.
- Zakres tonalny matrycy
Zakres tonalny oznacza zdolność matrycy do rejestrowania szczegółów jednocześnie w jasnych i ciemnych partiach obrazu. Im większy zakres tonalny, tym więcej szczegółów można zachować w światłach i cieniach.
Przykład:
Jeżeli fotografujemy osobę stojącą na tle jasnego nieba, dobra matryca pozwoli zachować szczegóły zarówno na twarzy osoby, jak i w jasnym niebie. Słabsza matryca może spowodować, że niebo będzie przepalone albo twarz będzie zbyt ciemna.
- Filtry barwne na matrycy
Matryca sama rejestruje tylko natężenie światła, dlatego do uzyskania koloru potrzebne są filtry barwne. Najczęściej stosuje się filtr Bayera.
Filtr Bayera składa się z małych filtrów czerwonych, zielonych i niebieskich, umieszczonych nad pikselami matrycy. Układ ten najczęściej zawiera:
50 procent filtrów zielonych
25 procent filtrów czerwonych
25 procent filtrów niebieskich
Filtrów zielonych jest najwięcej, ponieważ ludzkie oko jest najbardziej wrażliwe na kolor zielony i szczegóły jasności obrazu.
Aparat odczytuje informacje z pikseli i na podstawie danych z sąsiednich punktów oblicza pełny kolor każdego piksela. Proces ten nazywa się interpolacją barwną lub demozaikowaniem.
- Filtr dolnoprzepustowy
Filtr dolnoprzepustowy, nazywany także filtrem antyaliasingowym, znajduje się przed matrycą w niektórych aparatach. Jego zadaniem jest lekkie rozmycie bardzo drobnych szczegółów, aby zapobiec powstawaniu zjawiska mory.
Mora to niepożądany wzór pojawiający się na zdjęciach drobnych, powtarzalnych struktur, na przykład tkanin, siatek, kratownic lub wzorów na ubraniach.
Zaleta filtra dolnoprzepustowego:
zmniejsza ryzyko powstawania mory
Wada filtra dolnoprzepustowego:
może minimalnie zmniejszać ostrość zdjęcia
W wielu nowoczesnych aparatach filtr dolnoprzepustowy jest osłabiony albo całkowicie usunięty, aby uzyskać większą ostrość obrazu.
- Filtr podczerwieni
Przed matrycą znajduje się również filtr odcinający promieniowanie podczerwone. Matryca jest wrażliwa nie tylko na światło widzialne, ale także częściowo na podczerwień. Gdyby nie zastosowano takiego filtra, kolory na zdjęciach mogłyby być przekłamane.
Filtr podczerwieni blokuje promieniowanie niewidzialne dla ludzkiego oka i pomaga uzyskać naturalne odwzorowanie barw.
- Filtry fotograficzne zakładane na obiektyw
Oprócz filtrów znajdujących się przy matrycy fotograf może stosować filtry zakładane na obiektyw. Mają one wpływ na wygląd zdjęcia już w momencie fotografowania.
Najważniejsze filtry fotograficzne to:
Filtr UV
Dawniej był stosowany do ograniczania promieniowania ultrafioletowego. W fotografii cyfrowej częściej pełni funkcję ochronną. Chroni przednią soczewkę obiektywu przed kurzem, zabrudzeniami i drobnymi uszkodzeniami.
Filtr polaryzacyjny
Jest jednym z najbardziej przydatnych filtrów fotograficznych. Zmniejsza odbicia od powierzchni niemetalicznych, takich jak woda, szkło czy mokre liście. Poprawia także nasycenie kolorów i przyciemnia błękit nieba.
Filtr polaryzacyjny przydaje się w fotografii krajobrazowej, architektury, przyrody i fotografii produktowej.
Filtr szary ND
Filtr ND ogranicza ilość światła wpadającego do obiektywu, ale nie powinien zmieniać kolorów zdjęcia. Dzięki niemu można stosować dłuższe czasy naświetlania nawet w jasny dzień.
Filtr ND pozwala uzyskać efekt rozmytej wody, smug chmur albo ruchu ludzi i pojazdów. Umożliwia też fotografowanie z szeroko otwartą przysłoną przy silnym świetle.
Filtr połówkowy szary
Filtr połówkowy szary jest częściowo przyciemniony. Stosuje się go najczęściej w fotografii krajobrazowej, aby wyrównać jasność nieba i ziemi. Pomaga uniknąć prześwietlenia nieba przy zachowaniu szczegółów w ciemniejszych partiach kadru.
Filtry efektowe
Filtry efektowe służą do uzyskiwania specjalnych efektów na zdjęciu. Mogą zmiękczać obraz, tworzyć poświatę, gwiazdki wokół źródeł światła albo zmieniać kolorystykę fotografii. Obecnie wiele takich efektów można uzyskać cyfrowo, ale filtry fizyczne nadal bywają stosowane w fotografii artystycznej.
- Zabrudzenia matrycy
Matryca może ulec zabrudzeniu, szczególnie w aparatach z wymienną optyką. Kurz dostaje się do wnętrza aparatu podczas zmiany obiektywu. Zabrudzenia są najbardziej widoczne na zdjęciach wykonanych przy mocno przymkniętej przysłonie, na przykład f/16 lub f/22.
Objawy zabrudzonej matrycy:
ciemne plamki na jasnym tle
powtarzające się zabrudzenia w tych samych miejscach kadru, plamy widoczne szczególnie na zdjęciach nieba, białej ściany lub jednolitego tła
Matrycę należy czyścić ostrożnie. Najbezpieczniej używać funkcji automatycznego czyszczenia matrycy, gruszki fotograficznej lub oddać aparat do serwisu. Nie należy dotykać matrycy palcami ani przypadkowymi materiałami.
- Znaczenie matrycy i filtrów w praktyce fotograficznej
Matryca decyduje o wielu cechach obrazu, takich jak szczegółowość, poziom szumów, zakres tonalny, jakość kolorów i możliwość fotografowania w słabym świetle. Filtry natomiast pozwalają kontrolować światło, kolor, odbicia i efekty specjalne.
Dobry fotograf powinien rozumieć, jak działa matryca i jakie znaczenie mają filtry, ponieważ pozwala to świadomie dobierać ustawienia aparatu i uzyskiwać lepsze zdjęcia.
- Podsumowanie
Matryca jest elementem aparatu cyfrowego odpowiedzialnym za rejestrowanie obrazu. Składa się z pikseli, które odbierają światło i zamieniają je na sygnał elektryczny. Najczęściej stosuje się matryce CMOS, które są szybkie, energooszczędne i zapewniają wysoką jakość obrazu.
Na jakość zdjęcia wpływa nie tylko liczba megapikseli, ale także rozmiar matrycy, jakość obiektywu, czułość ISO, zakres tonalny i sposób przetwarzania obrazu.
Filtry mogą znajdować się bezpośrednio przed matrycą lub być zakładane na obiektyw. Filtr Bayera umożliwia zapis koloru, filtr dolnoprzepustowy ogranicza morę, a filtr podczerwieni poprawia odwzorowanie barw. Filtry fotograficzne zakładane na obiektyw pozwalają kontrolować światło, odbicia i efekty wizualne.
Najważniejsze pojęcia do zapamiętania
matryca światłoczuła
piksel
megapiksel
CMOS
CCD
pełna klatka
APS-C
ISO
szum cyfrowy
zakres tonalny
filtr Bayera
filtr dolnoprzepustowy
mora
filtr UV
filtr polaryzacyjny
filtr ND
filtr połówkowy szary