לאן הולכת טכנולוגיית הסנסור

לאן הולכת טכנולוגיית הסנסור

טכנולוגיית הסנסור לאורך כמעט 30 השנים האחרונות כמעט לא עברה שינוי, והשינויים הטכנולוגיים הם פחות גדולים או דרמטיים ממה שזה אולי נראה דרך השיווק שיצרני הסנסורים והמצלמות משווקים. אז לאן זה צועד מכאן, והאם צפוי שינוי משמעותי בתחום? האם מצלמות הטלפונים ממשיכות לצעוד קדימה במהירות כל כך גבוהה שהמצלמות מתחילות להישאר מאחור? האם המצלמות ימשיכו להחזיק בפער על הטלפונים, או שאנחנו מצמצמים את הפער בקצב גבוה יותר ממה שזה נראה? דיברתי בכתבה הזאת על לאן עולם הצילום הולך. עכשיו שיש התקדמות נוספת בטכנולוגיית הסנסורים, והפעם משמעותית, זה הזמן לעשות כתבה נוספת בשנוא כי כבר אי אפשר להתעלם.

אז איזה שיפור באמת נעשה עד היום?

אז על אף שזה נראה לפעמים דרמטי, כמות השינויים שנעשו בסנסורים היא לא כזאת דרמטית. בואו נעבור עליהם ונבין למה יש פער בין השיווק לבין התוצאה הסופית, ואני מתנצל מראש בפני יצרני הסנסורים שלא נפלתי מהכיסא.

הצעד הראשון שנעשה הוא חדות- על מנת לקבל תמונות חדות יותר כמות הפיקסלים עלתה בתוך הסנסור עם השנים. מסנסורים של 2.7 מגה-פיקסל זה הגיע לאורך השנים ל 24 מגה-פיקסל כסטנדרט מינימלי. למה זה כן שינוי דרמטי? מפני שהחדות עלתה, ועכשיו שיש מצלמות פול-פריים עם 50 מגה-פיקסל הרזולוציה/חדות עלתה עוד יותר באופן משמעותי ובקרוב מצלמת פורמט ביינוני של 180 מגה-פיקסל. זה גם השפיע על הטווח הדינמי. ולמה זה? מפני שכמות המידע עלתה משמעותית, וככל שיש יותר מידע ככה אפשר לייצר על ידי אלגוריתם טווחים דינמיים גדולים יותר בנוסף לרזולוציה. אז למה אני לא מתרשם מכזאת התקדמות משמעותית? מפני שהטכנולוגיה של הסנסור עצמו נשארה כמו שהיא. למעשה הם רק הגדילו את כמות הפיקסלים ולא יותר מזה.

הצעד שהגיע אחרי הוא שהלבישו זכוכיות מגדלת קטנות על גבי כל פיקסל על מנת להגדיל את כמות הפוטונים שכל פיקסל (תא פוטואלקטרי) קולט. למה זה גם לא הפיל אותי מהכסא? מפני שההשפעה של זה לא עלתה דרמתית כמו שפרסמו. שיווק שעלה על מציאות שלא הייתה גדולה עד כדי כך.

זכוכיות מגדלת אשר מגדילות את כמות האור שמגיע לכל פיקסל

צעד שלישי- שינו בחלק מהסנסורים בשוק את סוג שלושת הזכוכיות שיושבות על הסנסור. מה זה עשה? שיפר את החדות. (בטח שמעתם את המונח פילטר AA שאלא הזכוכיות "הרגילות" שיושבות על הסנסור והן פוגעות בחדות התמונה). הפתרון של הזכוכיות החדשות משפר את החדות אומנם אך בתנאים מסוימים הן מייצרות "קשקושי צבע" שהורסים את התמונה (Moire). מה הפתרון שנמצא לבעיה של הסנסור הזה מייצר? שינוי באלגוריתם של מעבד המצלמה. אז מה? מה מפריע לי בזה? ששוב זה לא שיפור של הסנסור. למעשה לא מצאו פתרון אז הפילו את הפתרון על המתכנת. הטכנולוגיה לא עברה שינוי אמיתי מבלי לייצר בעיה אחרת, ולכן עדיין רוב המצלמות נשארו עם הפילטר AA שהורס כל חלקה טובה של חדות.

סנסור של מצלמת Nikon D800E משילוב של כמה טכנולוגיות בו-זמנית: כמות גדולה של פיקסלים (36 מגה-פיקסל), זכוכיות מגדלת על כל פיקסל ושינוי הזכוכיות שיש על הסנסור עצמו. דבר שאנחנו רואים בעוד דגמי מצלמות.

*פוג'י ניסתה לתקן את זה בצורה יצירתית וראויה לשבח של בעיית ה Moire על ידי סידור אחר של הפיקסלים בסנסור, אבל בעיית החדות נשארה בעקבות השימוש הסטנדרטי של הזכוכיות שעל גבי הסנסור.

סנסור מסוג X-trans של פוג'י. פתרון באמת יצירתי. אך בעיית החדות נשארה. זה גם מקשה על תוכנות לעיבוד תמונה להתמודד איתו.

צעד רביעי- שינוי במיקום קולטני האור שבתוך הפיקסל (Backlight sensor), שלא כמו שזה נשמע. זה לא באמת מכניס אור מאחורי הסנסור וטוב שכך. אוי ואבוי אם היו מכניסים אור בכוח לסנסור. תדמיינו לעצמכם שאתם מצלמים בלילה ברחוב חשוך והוא לא מצליח להיות חשוך כי ישנה תוספת של אור כל הזמן שהורסת את הדרמה שברחוב. או שמצלמים כוכבים והתמונה נצרבת על ידי עודף אור. אז מה כן עשה השינוי הזה? מגדיל את הרגישות של הפיקסל לאור על ידי שינוי המיקום של קולטני האור בתוך הפיקסל וזה מגדיל את כמות האור בארך ב 25 אחוז. מה יש לי נגד זה? האמת שכלום. זה באמת שיפור ואפילו מרשים. אך עדיין הסנסור נשאר בנוי כמו שהוא, וצר לי להגיד לכם, אבל רוב האנשים בכלל לא יצליחו להרגיש בהבדל. על אף שמדובר על סטופ של יותר אור (על הנייר), ותמונות עם פחות רעש בצורה מורגשת (גם כן על הנייר), מה שבאמת עשה את העבודה זה שוב האלגוריתם. בניסוי שלקחתי בו חלק עם צוות במעבדה, ההבדלים היו קטנים יותר ממה שציפיתי. בסופו של דבר זה ה (ISP- Image signal processor) כלומר המעבד הוא שעושה את רוב העבודה

ההבדל בין Backlight sensor  לסנסור רגיל

צעד חמישי- שזה הצעקה האחרונה Global sensor. פה יש סיכוי שיש שיגידו שזה מדהים. עכשיו בואו ננסה להבין לעומק מה זה עושה ולמה זה טוב, מפני שזה דורש טיפה הסבר מפורט יותר (אבל אני לא אגזים)

סנסור רגיל קולט/סורק את האור מלמעלה למטה (מהר מאוד) וזה לוקח לא הרבה זמן. זה מה שגורם לתמונה של מדחף של מטוס להיראות מעוותת. למעשה מה שקורה בתריס מכני זה שהתריס מחולק לשניים. החלק העליון נסגר עוד לפני החלק התחתון, מה שמאפשר לעבוד במהירויות סגר גבוהות. אם היה תריס בודד הוא לא היה מספיק לעלות ולרדת לאורך כל גודל הסנסור, כאשר מדובר על מהירויות גבוהות של 1/800. הבעיה היא לא רק בצילום מטוסים, אלא גם בעבודה עם פלש. זה למה במצלמות, הפלש מסוכרן למהירות של 1/200-1/250 השנייה. ואת אותה הבעיה יש בתריס אלקטרוני.

אז מה קורה בסנסור מסוג Global sensor ובכן כאן כל הסנסור קולט את כל המידע בבת אחת. יש כמה יתרונות לסנסור כזה. דבר ראשון אין משמעות למהירות של התריס, למעשה אין בכלל משמעות לתריס ולכן אין צורך בתריס בכלל. מה שמאפשר לנו לעבוד במהירויות ממש גבוהות, ולצלם אובייקטים מהירים ללא כל עיוות. יתרון נוסף הוא עבודה עם פלש בסינכרוניזציה גבוהה. פלש מבזיק במהירות של 1/10,000-1/60,000 השניה ועם סנסור גלובלי אפשר לעבוד בכל מהירות של פלש מנפי שהסנסור קולט את הכל בבת אחת. אין עוד ההבהובים של נורות לד בצילום או חיפוש אחר מהירות הסגר הנכונה כאשר מצלמים מסך מחשב.

אז מה יש לי נגדו? האמת ששום דבר. זה מעולה. אבל כן צריך לדעת שהסנסור הזה לא זול ולכן הרבה יצרני מצלמות לא ממהרים להתקין אותו, מפני שזה מייקר את המצלמה ללקוח. אם כי זה עיניין זמני ועם השנים מטבע הדברים המחיר ירד. בעיה נוספת, שכל פיקסל זקוק "לבנק זיכרון" משל עצמו על מנת להעביר את המידע ביחד עם כל שאר הפיקסלים וזה מוריד את קצב העבודה (גם זה ייפתר עם הזמן). בעיה נוספת שיש לסנסור הזה היא רעש דיגיטלי גדול. מפני שכל פיקסל זקוק "לאיבר קטן" ששומר לו את הזיכרון הזמני וזה מקטין את השטח הפיסי של הפיקסל לקליטת אור, מה שהופך את הסנסור לרגיש פחות לאור ולכזה שמייצר "גרעיניות" גדולה יותר בתנאי חושך בצילום עם איזו גבוה. 

סיכום ביניים

לפני שאני ממשיך לעתיד, אני אעשה סיכום קצר. צריך לזכור שרוב הבעיות שציינתי הן לא בהכרח בעיות בצילום. למה זה? מפני שהן באמת יצרו שיפור. הן הגדילו באופן כללי את כמות האור בערך בשבעים אחוזים (על הנייר), אם כי כעת עם הטכנולוגיה של Global sensor שוב כמות האור ירדה, והגדילו את הטווחים הדינמיים והרזולוציה/חדות של התמונה. אבל בסופו של יום הסנסור עצמו כמעט ולא עבר שינוי. למעשה מה שבאמת עבר שינוי זה האלגוריתם עצמו! והוא שינוי הרבה יותר גדול ממה שאתם אולי חושבים. בפועל השינוי האמיתי נמצא כמעט אך ורק בתוכנת המצלמה. את השינוי הגדול רואים בטלפונים הניידים ואני אדבר על כך בהמשך.

הסנסור

הסנסור עצמו נשאר כמעט זהה לחלוטין ואחרי יותר מעשרים שנה אני מצפה לקדמה טכנולוגית. וביום בהיר אחד, היא הגיעה. עם סנסור מסוג חדש באמת שהוא כבר שינוי משמעותי ומורגש היטב. זהו סנסור שעליו בנויות סוג של תעלות שמובילות את האור ישירות לפיקסל. זה לא רק מגדיל בצורה מורגשת את כמות האור אלא גם מגדיל את הטווח הדינמי ורוויית הצבע בענק. הסנסור הנפלא הזה עושה עבודה מדהימה ובנוי אחרת וטוב יותר. הנה השינוי הטכנולוגי/פיסי סוף סוף הגיע. כמובן שזה דורש שינוי באלגוריתם, אבל לצורך התאמה.

שינוי של ממש ואפילו מורגש

אבל יש כאן בעיה, וזה שעדיין אין דרך לייצר את הסנסור הזה בגודל של מצלמות (אפילו מצלמות קרופ). למעשה את הסנסור הזה אפשר יהיה למצוא בפלאפונים בלבד וקצת במצלמות "פוקט" עם סנסורים קטנים ממש. עוד לא ברור מתי הטכנולוגיה הזאת תגיע גם אלינו. נראה שאנחנו צריכים סבלנות ולהשאר כרגע עם מה שיש.

סיכום, או פשוט הבנה

בגלל שהשינוי האמיתי במצלמות יושב על אלגוריתם ולא על טכנולוגיה, זה מאלץ את היצרנים לייצר מעבדים חזקים יותר שמייצרים יותר חום בגוף המצלמה, ובמצלמות חסרות המראה  הם סוג של מבשלים את כל המצלמה, שזה פוגע בשלמות הסנסור ואפילו בכל החיווט שלה בגלל החום הרב. מה שמייצר מוצר עם אורך חיים קצר במיוחד. למעשה אנחנו יודעים מה אורך החיים של מצלמה חסרת מראה (מפני שהם מתות לנו ממול הפרצוף) בזמן שמצלמות DSLR עדיין ממשיכות לעבוד גם יותר מעשרים שנה. בזמן הזה הפלאפונים ממשיכים לצעוד קדימה במהירות גבוהה. אפשר לראות מצלמות בפלאפונים עם 200 מגה-פיקסל כמו בפאלפון Oppo find X9 ultra 

פתרון נוסף של יצרני הפלאפונים הוא עבודה בצרורות. בטח שמתם לב שלאחרונה כל פעם שמצלמים בחוסר אור מקבלים כמו סרט וידאו קצר ובסופו נוצרת תמונת סטילס אחת. הסיבה היא שהטלפון יורה מספר פריימים בבת אחת, מחבר את כולם לתמונה אחת והאלגוריתם מטפל בה והופך אותה לתמונה בהירה. זה שוב פיתרון של אלגוריתם. למה זה לא קיים במצלמות שלנו? כי כמות המידע שיש מסנסור שגדול במאות אחוזים מסנסור בגודל של פחות מחמישה מילימטרים היא כל כך גדולה שמעבד המצלמה בכלל לא מסוגל להתמודד איתה ובנוסף לזה התוצאה היא לא קובץ RAW שכה חשוב לצלמים.

צרור קצר כפתרון לצילום בחוסר אור

אז מה עכשיו? מה לעשות עם כל המידע הזה? רק להמתין. בסופו של דבר יפתרו את הבעיה ויכניסו את הסנסור החדש לתוך המצלמות שלנו ואז גם אני יגיד לכם: כן, שווה לשדרג כי השינוי באמת גדול, ובזמן הזה עד שזה יקרה. צריך ללמוד צילום יותר מלקנות שוב מצלמה שכמעט ולא התקדמה  או עברה שינוי

עם סנסור של פורמט בינוני ומאה מגה-פיקסל ועם כמעט כל טכנולוגיה אפשרית, אי אפשר לטעות. שלא תחשבו שזה לא עושה טוב

הבעיה שאי אפשר באמת לדעת על המסך ולהבדיל בין פורמט בינוני לסנסור ישן ואפילו למצלמת קרופ ללא שום טכנולוגיה מודרנית

וזה לא שאני מזלזל בטכנולוגיה חדשיה. מתוך סדנת צילום לילית אי שם במדבר