01 June 2015

Проклятие Брюса Байера

Существует немаленькая такая категория извращенцев, для которых "увлеченность фотографией" означает многочасовые разглядывания фото в 100% масштабе. Картинок с разных камер, разных объективов, разных значений диафрагмы и ISO. Признаться честно, сам я подвержен этой порочной страсти, чего уж греха таить... Мы живем в эпоху, когда абсолютное большинство сенсоров цифровых фотоаппаратов построено по принципу фильтра Байера или очень схожей с ним схемой (я про левую резьбу типа Fuji X-Trans), поэтому любители разглядывать картинки в попиксельном масштабе уже как-то и подзабыли о необычной природе изображения, на которое они смотрят. Мегапиксели, в которых принято считать разрешение современных камер, очень нечестные, потому что когда изображение с сенсора, в конце концов, преобразуется в картинку для отображения на экране (или просто сохраняется в формате jpeg), оказывается, что 2/3 информации в таком изображении есть полная фикция, некие математические расчеты, не относящиеся к реалиям физического мира, которые должна была запечатлеть фотография.
В некоторых случаях очень полезно помнить о такой ложной природе байеровских изображений, и именно такого рода случаи я хочу привести в этой записи.


Очень похоже, что компания Olympus с выпуском своего OM-D E-M5 II инициировала на рынке борьбу многокадровых high resolution технологий, за которыми стоит относительно простой трюк -- за счет возможности сдвига сенсора на величину одного светочувствительного элемента, появилась возможность получать изображения повышенного разрешения, которые строятся путем комбинирования нескольких кадров, сделанных с разным положением сенсора в двумерном пространстве.
Вызов, брошенный Olympus, приняла компания Pentax со своей новой камерой K-3 II. Комплекса неполноценности, от которого страдают MFT системы -- большой кроп-фактор и разрешение в "жалких" 16 мегапикселей, когда все APS-C сенсоры уже снимают в 24 -- тут не наблюдалось, поэтому при использовании режима "pixel shift resolution" разрешение снимков, в отличии от Olympus, остается неизменным, т.е. на выходе мы получаем те же самые 24 мегапикселя, но мегапикселя честных, неинтерполированных, когда на каждый пиксель приходится регистрация всех компонент RGB.

На imagin-resource вышел очень интересный материал, посвященный исследованию этого специального режима, который очень наглядно показывает, чем "честный" пиксель отличается от нечестного пикселя имени Байера. Они взяли 24-х мегапиксельную картинку с K-3 II, растянули ее до 36 мегапикселей, и сравнили со снимком с полнокадровой D810 и получили результаты не хуже, а местами и заметно лучше.


Т.е. они растянули изображение с кроп-камеры в полтора раза и побили по детализации 36 мегапиксельный полный кадр!...

Другой отличной иллюстрацией крайней ограниченности решений на байере и, наверное, единственной на сегодня хоть какой-то альтернативой ему, являются сенсоры Foveon X3, каждый светочувствительный элемент которых состоит из трех фотодиодов, расположенных друг над другом в разных слоях. За счет этого решения каждый пиксель, полученный с такого сенсора, не является ущербным и содержит в себе все три компоненты RGB.

Вот в этом альбоме я собрал несколько кадров с Sigma DP2 Merrill, камеры, которая построена на Foveon X3 сенсоре. Обязательно скачайте хотя бы один из них и посмотрите на детализацию изображения в масштабе 100%. Предварительно надежно зафиксируйте положение тела в пространстве и особенно челюсть, потому что лично у меня последняя при просмотре этих кадров реально отваливается -- 15-ти мегапиксельная камера формата APS-C дает картинку, детализацию которой можно сравнить со средним форматом!
Мы все так привыкли изучать картинки, изуродованные байеровским фильтром, что когда пелена спадает и мы получаем возможность взглянуть на "полноценные" пиксели, это производит на нас эффект разорвавшейся бомбы.


Нехитрые расчеты показывают, что для того, чтобы получить 15 миллионов элементов, чувствительных к красной и голубой компоненте по схеме байера, нужен 60-ти мегапиксельный сенсор. Т.е. даже показанные в этом году монстры от Canon 5DS/R, не смотря на свою рекордную для полного формата мегапиксельность, не дотягивают до этого значения!

И еще одна история за Байер, на этот раз основанная на личном опыте.
После перехода с Sony A33 (14 мегапикселей) на Sony A77M2 (24 мегапикселя), первое, что я испытал, взглянув на raw файлы -- жуткое разочарование. Мало того, что они выросли в размере почти вдвое, так и какими-то особыми деталями там и близко не пахло, скажем прямо -- просто мыло какое-то на фоне того, что я видел на снимках со старой камеры.

Выход из этой "проблемы" был найден довольно просто -- я начал снимать в jpeg, причем в половине максимального разрешения камеры, т.е. в 12 мегапикселей. На A33 jpeg движок был откровенно слабым, просто на корню убивавшим все те детали, которые были видны в raw. В случае же новой камеры, jpeg дает деталей столько же, сколько и raw, причем sharpening технологии Sony на голову выше алгоритмов, которые есть у Adobe, поэтому часто можно говорить о том, что камера в jpeg дает картинку лучше, чем то, что можно выжать с помощью Adobe Lightroom из raw файлов!
Но самое интересное, что переход на половинное разрешение камеры поднял качество снимков на совершенно новый уровень, потому что пиксели изображения перешли из режима 1/3 реальной информации, в режим 2/3 и при этом каждый такой пиксель содержал реальную информацию о зеленой компоненте. Кроме этого, отметьте себе, никакое фактическое значение элемента, которое было зарегистрировано в исходном raw изображении, не теряется -- оно просто более плотно упаковывается в jpeg пиксели, в два раза повышая их достоверность.
И вот когда я стал получать на руки эти 12-ти мегапиксельные картинки, я наконец-то понял, что такое прогресс в лице новой камеры. Сравнивая такие снимки с тем, что я получал в виде 14-ти мегапиксельных raw файлов со старой камеры, я понял, что изображение определенно перешло на качественно новый уровень (при незначительной потере разрешения).
Делал я такие сравнения и для raw файлов с других 16-ти мегапиксельных APS-C и MFT камер. Да, тут разница по разрешению чуть больше -- 12 vs 16, но картинка, в которой каждый пиксель имеет две честные компоненты, вместо одной, это совершенно другая лига, абсолютно другой класс.

Слева raw (default), справа камерный jpeg половинного разрешения

Думаю, что не нужно говорить о том, что на второй своей камере, Sony RX100, я точно так же снимаю в jpeg половинного разрешения, благо, камера имеет запредельные для своего класса 20 мегапикселей, и половину разрешения можно смело себе позволить, имея 10 мегапикселей выхода...

Такой вот нехитрый опыт можно смело экстраполировать на любые камеры с высоким разрешением. Если вы, к примеру, когда-то крутили raw файлы с камеры типа D800, то вы наверняка знаете, что картинка в 100% выглядит очень печально и характеризуется исключительно эпитетами вроде "мыло мыльное"...

Я долгое время был яростным противником гонки мегапикселей, но в свете байеровских реалий, выходит, что информация лишней не бывает, особенно, если она описывает всего лишь одну из трех цветовых компонент... Хотя, конечно, по raw файлам маленького размера я все равно сильно скучаю.


***

А с другой стороны... Ну вот сколько нужно этих самых мегапикселей в реальной жизни?
Если предположить, что фотографию будут рассматривать на Full HD мониторе или телевизоре, на каком-нить макбуке с ретиной, на планшете с ретиной, и может быть даже распечатают в большом формате, типа A3... так вот, если охватить все эти сценарии, то качественных двух мегапикселей вполне хватит. Двух, Карл!

Особые опасения у фанатов высоких разрешений вызывает печать. Причем, чаще всего по причине того, что они с ней никогда в реальной жизни не сталкивались.
Сколько раз я имел замечательные диалоги, типа такого, с очередным помешанным владельцем D800:
-- Аааа! Ты посмотри только! Это 100% кроп! 36 мегапикселей это бомба!!
-- Ну и на хрена тебе столько? Ты же не настолько криво снимаешь, чтобы потом при кадрировании 90% кадра выбрасывать в корзину...
-- Печатать буду!! На большом формате! На A3!
-- Не хотелось бы тебя расстраивать, но для печати на A3 двух-трех мегапикселей хватает с головой...
А самое смешное, что спрашиваешь такого человека через полгодика:
-- Ну что, чувак, много ты себе снимков в большом формате отпечатал?
-- Ээээ... пока нет, но я обязательно напечатаю!

Я не великий знаток современных технологий печати, но мой личный опыт однозначно указывает на тот факт, что никакого огромного разрешения исходных файлов для такого нехитрого дела как печать не нужно.
В Сети существуют разные разухабистые таблицы с выкладками, где некий dpi печати для определенного формата бумаги пересчитывается в требуемое разрешение файла, но работают все эти таблицы не очень хорошо. Дело все в том, что на практике все эти dpi принтера конвертируются в разрешение исходного файла с огромным делителем, который проистекает из простой и очевидной вещи. Принтер при печати использует крайне ограниченный набор цветов, чаще всего -- четыре, т.е. грубо говоря изображение на бумаге строится с помощью примитивов, каждый из которых описывается буквально парой битов. Пиксель же в исходном изображении обычно кодируется сильно большими числами, с разрядностью минимум 24 бита. Для того, чтобы воспроизвести на бумаге все эти миллионы оттенков с помощью палитры в жалкие четыре цвета, принтеры используют технологию полутонов, которой нужно сильно больше места, чем просто одна точка в соответствии с номинальным dpi.

И потом, поймите одну простую вещь -- никто не смотрит на большие по площади изображения, поднеся их к самому носу. На большие вещи смотрят с расстояния, пропорционального их размеру. Почему два мегапикселя на вашем Full HD телевизоре с диагональю 55" вас не пугают, а распечатать их на A3 вы так панически боитесь?



В общем, если так подумать, то 8 мегапикселей в камере хватит всем.
Допустим, в два раза вы порежете при кадрировании. Из оставшихся 4-х мегапикселей байера можно получить хорошие такие, уверенные, качественные два мегапикселя, которых вам хватит для всего круга ваших нехитрых задач...

"А как же всепроникающие 4K?!" -- возразит возмущенные читатель.
А хрен его знает! Не знаю я пока ответа на этот вопрос. Может и станет он двигателем прогресса и game changer'ом, а может и нет.
Поживем -- увидим.

No comments:

Post a Comment