Georgian Bay – Sommarlandskap
Ändra hur fotografier tas
På senare år har ett antal tillverkare tagit fram kameror som klarar av att producera bilder med högre upplösning genom något som kallas Sensor-Shift Technology. Denna teknik har möjliggjorts med tillkomsten av kroppsbildstabilisering (IBIS). Kameradesigners har använt IBIS som ett sätt att få otroliga ökningar i bildupplösning eller för att förbättra färginformationen för bilderna som tas.
Det finns ett antal namn för den här tekniken, inklusive högupplöst läge, pixelskiftande upplösningssystem, pixelskiftande multifotograferingsläge eller de mer allmänna namnen på pixel-shift/sensor-shift, men i slutändan är koncepten bakom denna teknik alla det samma. Flera bilder av samma vy tas på ett sådant sätt att bilderna staplas och blandas för att skapa en enda, vanligtvis stor, högupplöst bild.
Det finns styrkor och svagheter med denna nya teknik och att förstå hur den fungerar kan hjälpa dig att göra bättre bilder själv om du har en kamera som kan göra detta.
OBS: Eftersom webbplatser använder bilder med lägre upplösning har bilderna som används i den här artikeln förminskats och modifierats för att simulera skillnaderna mellan högupplösta bilder och standardutdata från kamerorna. När man tittar på bilderna i sin helhet ser bilderna likadana ut men när man kommer närmare detaljerna i bilderna är det då man börjar se skillnaderna.
Gerbera prästkragar inomhus, vanlig upplösning (20 MP) Olympus OMD EM 1 Mark II
Gerbera prästkragar inomhus, högupplöst (50MP) Olympus OMD EM 1 Mark II
Många metoder för sensorskiftningsbilder
Sensor-shift bildtagning har förvandlats från dyra specialkameror till att bli en allt mer tillgänglig funktion på nyare, upplösningsorienterade kameror. Idag, förutom Hasselblads monster H6D-400c (400 megapixelbilder), finns det erbjudanden från Olympus, Pentax, Sony och Panasonic.
Dessa versioner använder i allmänhet samma konceptuella tillvägagångssätt men till mycket mer lättillgängliga priser.
Sensor-Shift Movement
Vem använder Sensor-Shift?
Oavsett tillverkare förblir den grundläggande åtgärden för bildtagning med sensorförskjutning densamma. Ta flera bilder men flytta kamerans sensor något för varje bild för att fånga mer bilddata och sätt sedan ihop bilden.
Genom att flytta runt sensorn förbättras bildens färgdata så att fler detaljer kan lösas genom att övervinna de inneboende problemen med färgspecifika fotoplatser. Om man ignorerar Hasselblad, inkluderar systemen som använder denna teknik kameror som Olympus OM-D E-M1 Mark II (Micro Four Thirds), Pentax K-1 Mark II DSLR, Sony a7R III och Panasonic Lumix DC-G9 (Micro Four Thirds) även om det finns andra från samma tillverkare.
Tre av dessa linjer är spegellösa kameror med Pentax som en DSLR-kamera för grödor. Det är intressant att notera att Panasonic/Olympus-kamerorna har ett tillvägagångssätt och Pentax/Sony har ett annat förhållningssätt till samma koncept.
Olympus/Panasonic-systemen använder ett tillvägagångssätt som gör mycket stora högupplösta bilder medan Pentax- och Sony-systemen använder sensorförskjutningen för att förbättra färginformationen för bilder av samma storlek. Både Pentax- och Sony-systemen tillåter också separering av de individuella sensorförskjutna bilderna medan Olympus och Panasonic blandar de staplade bilderna till ett enda fotografi.
Olympus OMD EM5 Mark II har sensor-shift-tekniken.
Hur fungerar sensorteknik?
För att förstå hur sensor-shift-teknik fungerar måste du också förstå hur en sensor i allmänhet fungerar i mycket liten skala. På den gamla goda tiden av filmfotografering använde kameror ljuskänslig film för att spela in bilder. Digitalkameror använder en helt annan metod för att spela in ljus.
Digitalkameror använder ljuskänsliga fotodioder för att registrera ljuset som träffar sensorn. I de flesta digitalkameror har varje fotodiod ett specifikt färgfilter (rött, grönt eller blått), som bildar en fotoplats. Dessa fotoplatser är arrangerade så att ljuset kan blandas för att se färgen från bilden som kommer till sensorn.
De röda, gröna och blå fotoplatserna på en sensor är i allmänhet arrangerade i ett specifikt mönster som kallas en Bayer-matris (a.k.a. Bayer-matris, filter). Det finns även andra konfigurationer som Fuji X-Trans-sensorn (används på flera av deras kameramodeller) eller Sigma som använder en Foveon-sensor.
Med ett Bayer-arrangemang finns det dubbelt så många gröna fotosajter som röda eller blå eftersom människans syn är mest anpassad till att lösa detaljer i grönt. Det här arrangemanget fungerar i allmänhet bra, men om du tänker efter, på en bild skapas en färgpixel genom att blanda dessa fotoplatser tillsammans.
Sensorn vet inte hur mycket rött det är på en grön sensorplats eller en blå sensorplats så interpolering krävs. Detta kan skapa vissa artefakter i fotografier om du tittar mycket noga och tenderar att betyda att RAW-bilder har ett aldrig så lite mjukt fokus. Alla RAW-bilder behöver skärpas i efterbehandling (den gröna, den röda och den blå för en pixel blandas ihop).
Bayers mönster av fotosajter
Statiska sensorer
I en vanlig kamera utan IBIS registrerar varje fotoplats bara ljuset från en färg på den ena platsen, så data som den registrerar är tekniskt ofullständiga. Det är som en hink som bara samlar ljus från en viss färg. Ett kluster av lätta hinkar i Bayer-mönstret används för att skapa en enda pixel i den digitala bilden, men inom den pixeln finns det två gröna hinkar, en blå och en röd.
För att smälta samman bilden och sätta en enda färg i den ena pixeln löses signalerna från klustret av fotodioder tillsammans. Den insamlade informationen interpoleras via en de-mosaikalgoritm antingen i kameran (jpeg) eller på en dator (från en RAW-bild), en process som tilldelar värden för alla tre färgerna för varje fotoplats baserat på de samlade värdena som registrerats av angränsande fotoplatser .
De resulterande färgerna matas sedan ut som ett rutnät av pixlar och ett digitalt fotografi skapas. Det är delvis därför RAW-bilder har ett något mjukare fokus och behöver skärpas i efterproduktionsarbetsflödet.
Rörliga sensorer
IBIS innebär att sensorerna nu rör sig lite för att justera för subtila rörelser av en kamera för att hålla bilden stabil. Vissa tillverkare hävdar att deras system kan stabilisera sensor- och/eller linskombinationen för motsvarande 6,5 stopp.
Genom att flytta sensorn kan alla färgfotoplatser registrera data för varje plats på sensorn.
Denna stabilisering åstadkommes genom mikrojusteringar av sensorns position. För bilder med sensorförskjutning används samma mikrojusteringar för att varje fotoplats ska exponeras för ljuset från en enda bildinspelning. I huvudsak flyttas sensorn runt för att inte justera för yttre störningar utan för att varje del av en bild ska innehålla fullfärgsinformation.
Fotowebbplatser snarare än pixlar
Du kanske har lagt märke till termen fotoplatser istället för pixlar. Kameror är ofta betygsatta av sina megapixlar som ett mått på deras upplösningsförmåga, men detta är förvirrande eftersom kameror inte har faktiskt bara pixlar fotosajter.
Pixlar finns i bilden som produceras när data från sensorn bearbetas. Även termen "pixel-shift" som ibland används är missvisande. Pixlar rör sig inte, det är sensorerna som har fotoplatser på sig som rör sig.
Vid enbildstagning registrerar varje fotoplats data för rött, grönt eller blått ljus. Dessa data interpoleras av en dator så att varje pixel i det resulterande digitala fotografiet har ett värde för alla tre färgerna.
Växlingssensorer
Sensorskiftningskameror försöker minska beroendet av interpolation genom att fånga färgdata för rött, grönt och blått för varje resulterande pixel genom att fysiskt flytta kamerans sensor. Tänk på en kvadrat med 2×2 pixlar taget från ett digitalt fotografi.
Konventionell digital infångning med en Bayer-array kommer att registrera data från fyra fotoplatser:två gröna, en blå och en röd. Tekniskt sett betyder det att det saknas data för blått och rött ljus på de gröna fotoplatserna, gröna data och rött på de blå fotoplatserna och blått och grönt på de röda fotoplatserna. För att åtgärda detta problem kommer de saknade färgvärdena för varje plats att fastställas under interpoleringsprocessen.
Men tänk om du inte behövde gissa? Tänk om du kunde ha den faktiska färgen (röd, blå och grön) för varje fotosida? Detta är konceptet bakom sensor-shift-teknik.
En bild med normal upplösning.
Dyka djupare
Tänk på en kvadrat på 2×2 pixlar på ett digitalt fotografi som skapats med pixel-shift-teknik. Det första fotot börjar som vanligt med data inspelad från de fyra fotoplatserna. Men nu flyttar kameran sensorn för att flytta runt fotoplatserna och tar samma bild igen men med en annan fotoplats.
Upprepa denna process så att alla fotoplatser har allt ljus för varje exakt punkt på sensorn. Under denna process har ljusdata från fyra fotoplatser (två gröna, en röd, en blå) inhämtats för varje pixel, vilket resulterar i bättre färgvärden för varje plats och mindre behov av interpolation (utbildad gissning).
En högupplöst bild med samma ISO, bländare och slutartid.
Sonys och Pentax-metoden
Sonys Pixel Shift Multi Shooting Mode och Pentax Pixel Shifting Resolution System fungerar på detta sätt. Det är viktigt att notera att användningen av dessa lägen inte ökar det totala antalet pixlar i din slutliga bild. Måtten på dina resulterande filer förblir desamma, men färgnoggrannheten och detaljerna förbättras.
Sony och Pentax tar fyra bilder flyttade en hel fotoplats per bild för att skapa en enda bild. Det är verkligen helt enkelt att förbättra färginformationen i bilden.
Olympus och Panasonics synsätt
Högupplösningsläget för Panasonic- och Olympus-kameror, som båda använder Micro Four Thirds-sensorer, tar ett lite mer nyanserat tillvägagångssätt och kombinerar åtta exponeringar tagna med ½ pixel från varandra. Till skillnad från Sony och Pentax ökar detta avsevärt antalet pixlar i den resulterande bilden.
Från en 20 megapixel sensor får du en 50-80 megapixel RAW-bild. Det finns bara en enda bild utan möjlighet att komma åt de enskilda bilderna i en sekvens.
Vilka är fördelarna med att använda Sensor-Shift?
Att använda sensor-shift-teknik har flera fördelar. Genom att ta flera bilder, känna till färginformationen för varje fotoplats och öka upplösningen uppnår du tre huvudsakliga saker. Du minskar brus, minskar moaré och ökar bildernas övergripande upplösning.
Brus och förbättrad upplösning
Genom att ta flera bilder med en subtil förändring av sensorns position går bildens upplösning upp men det gör även färginformationen i bilderna. Detta gör att liknande bilder möjliggör en större borrning i bilden med jämnare färger, mindre brus och bättre detaljer.
En bild med normal upplösning.
En högupplöst bild.
Beskuren till den normala upplösningsbilden börjar du se brus som liknar korn och färgvariationer.
Här är samma beskärning på den högupplösta versionen, färgen och detaljerna är bättre med mindre brus.
Mindre Moire
Moire är uppkomsten av brus eller artefaktmönster som förekommer i bilder med snäva regelbundna mönster. Nyare sensorer tenderar att ha färre problem med Moire än tidigare, men det kommer fortfarande att visas på vissa bilder.
Orsaken till moaréen tenderar att vara relaterad till de snäva mönstren som registreras och att kameran har problem med att lösa mönstret eftersom den har problem med sensorns fotoplatsmönster. Färginformationen för röd, grön och blå fotosajter har problem med kanter i dessa strama mönster eftersom inte all färg för en enda plats registreras.
Med sensor-shift finns all färg för varje plats där, så moiré tenderar att försvinna.
Bild med normal upplösning.
Högupplöst bild med beskärningsområdet markerat
Det beskurna området på bilden med standardupplösning – brus börjar uppstå (repor på papperet fanns där tidigare).
Bilden med högre upplösning har mindre brus och fler detaljer.
Så varför inte använda detta för varje bild?
Tja, den främsta anledningen är att du måste ta flera bilder av en enda scen. Detta betyder att detta verkligen inte fungerar bra för rörliga motiv. Processen kräver minst fyra gånger exponeringstiden för en enskild bild. Detta översätts till fyra möjligheter för en del av din komposition och/eller din kamera att röra sig under bildtagning, vilket försämrar bildkvaliteten.
Sådana begränsningar begränsar teknikens tillämpning till stilleben och (statisk) landskapsfotografering. Varje rörelse i scenen som fångas kommer att skapa ett suddigt eller pixlat område. Detta är ett problem för landskapsfotografering om det finns en vind som rör växter eller moln samt områden där rinnande vatten finns.
Detta betyder också att du vanligtvis måste vara mycket stabil och använda ett stativ, även om det finns några tydliga avsikter från tillverkarna att göra tillgängliga versioner som möjliggör handhållen fotografering av kameran (Pentax har den här funktionen).
Högupplöst bild tagen på ett stativ.
Rörelseartefakter är synliga när de ses närmare.
Quirks för några av systemen
Eftersom sensor-shift-tekniken har implementerats på olika sätt och beroende på vilket system som används, är problemen lite olika. Det viktigaste är att du i allmänhet behöver ett stativ, så inget spring och pistol.
Sony-systemet har andra begränsningar att du inte kan se bilden förrän du bearbetar de fyra separata bilderna tillsammans. Det betyder att du inte kan granska din lösta bild på kameran. På grund av det höga pixelantalet på A7R-märket III är dessutom varje subtil rörelse av stativet särskilt märkbar på den resulterande bilden. För att redigera bilderna måste du också använda patentskyddad Sony Software för att slå samman bilderna.
Pentax har några intressanta funktioner. Att använda programvaran som följer med kameran gör det möjligt att adressera rörelse genom att använda en algoritm i programvaran för att ta bort rörelseartefakter. Detta fungerar bättre än mjukvara som vanligtvis används för bildmanipulering som Adobe.
Olympus-systemet har funnits ett tag och i den senaste iterationen på Olympus OMD EM1 Mark II kommer alla detekterade rörelser att få de påverkade pixlarna ersatta med delar av en av de enstaka bilderna med vanlig upplösning i rörelseområden. Detta skapar ojämn upplösning men gör att bilden ser bättre ut för saker som vind. Det begränsar också särskilt om det är mycket rörelse. Ofta ser bilderna lite pixlade ut.
Standardupplösningsbild av ett träd – allt är skarpt.
En högupplöst bild av samma träd men det blåste... Det beskurna området visas i den gula rutan.
Det beskurna området utökades – vindrörelsen genererade några artefakter på bilden.
Begränsningar
Den största utmaningen för bildtagning med sensorförskjutning är rörliga motiv. Att försöka koppla ihop en blixt med en kamera som använder pixelförskjutning kan dessutom kompliceras av hastigheten på bildtagningen, begränsningar för blixtåtervinning och allmänna kompatibilitetsproblem. Tillverkare är medvetna om dessa problem och arbetar på att lösa dem.
Sammantaget kommer tekniken bara att bli bättre
Fler och fler system använder algoritmer för att producera dessa bilder med högre upplösning. När tekniken mognar kommer implementeringarna att få bättre och bättre resultat, potentiellt kunna hantera rörelser och handhållna förhållanden.
Fördelen för tillverkarna är att bilder med bättre kvalitet produceras utan att det behövs riktigt dyra sensorer med hög pixeltäthet (billigare). Fördelarna för användaren är att bilderna kan ha bättre brus och färginformation för bättre slutresultat.
Glad jakt på den perfekta högupplösta bilden!