Jak się robi surowe

No to rozpoczynam od wykładu.
Formaty typu RAW do zapisywania zdjęć w aparacie są nazywane „cyfrowym negatywem”. A więc czymś surowym, co jest podstawą do obróbki, ale co równocześnie zawiera wszystkie informacje, jakie możemy mieć. I to jeszcze prawda. Ale stąd wyciąga się wniosek, że jak w teście aparatu jest zdjęcie podpisane jako RAW, to na nim widać wszystko, co aparat potrafi. Albo że takie zdjęcie z RAWa, to jest sygnał nieprzetworzony. A ani jedno, ani drugie już prawdą nie jest.

Chciałem więc napisać tekst o tym, czym RAW jest, czym nie, co z niego można wyczytać a co nie i tym podobne. Okazało się jednak, że tekst rozrósłby się nieco. Dlatego będzie z tego kilka odcinków. Pierwszy będzie o tym, jak właściwie powstaje plik RAW z padających na matrycę fotonów.

Zaczynamy.

SkadSieBioraRAWy


Bez względu na to, czy mamy do czynienia z CCD, czy z CMOSem, zbieranie sygnału jest właściwie identyczne. Foton (czyli światło) produkuje w półprzewodniku swobodny elektron. Ten elektron jest przyciągany do elektrody naładowanej dodatnio, ale nie może do niej dotrzeć, ponieważ pomiędzy elektrodą a półprzewodnikiem jest warstwa izolatora. A więc zostaje uwięziony pod elektrodą i nie może uciec. W ten sposób możemy wyzbierać niemal wszystkie elektrony powstałe w pikselu w czasie naświetlania i to jest pierwotny sygnał: liczba elektronów. A właściwie ich ładunek. Potem te elektrony są wybierane z piksela (w sposobie wybierania leży różnica pomiędzy CMOSem, a CCD), a następnie kierowane na bramkę tranzystorka, który zamienia je na napięcie w myśl zasady: im więcej elektronów, tym wyższe napięcie. Zamieniliśmy w ten sposób sygnał z ładunku w napięcie: im więcej światła trafiło do określonego piksela, tym większe napięcie. Dawno, dawno temu to było wszystko, co się działo w chipie matrycy, reszta odbywała się już w układach aparatu. Jednak jakieś 5 lat temu zaczęto na samej matrycy dorzucać nowe funkcje.

Bez względu na to, gdzie to się odbywa, sygnał (czyli już napięcie) trafia następnie do wzmacniacza, który… go wzmacnia. Czyli właściwie mnoży napięcie przez jakąś stałą wartość.

„ISO”

Czy dotychczas wspominałem coś o ustawianiu czułości? Nie. A to nie dlatego, że zapomniałem, tylko dlatego, że przez całe robienie zdjęcia matryca nie wie, jaką czułość ustawiliśmy. Wszystkie ustawienia elektryczne, jak np. napięcie podane na tę elektrodę, która ma wyłapywać wolne elektrony powstałe przez naświetlanie, są takie same bez względu na ustawienie czułości. A co za tym idzie, matryca ma tak naprawdę JEDNĄ czułość. Ustawienie czułości przez fotografa zmienia tylko to, ile razy wzmacniacz wzmocni napięcie, jakie „wypluł” piksel po naświetleniu.

Cyfra

W tym momencie mamy pierwsze odszumianie – jeszcze analogowego sygnału – po czym następuje jego zamiana na postać cyfrową. Układ elektroniczny zwany przez elektroników komparatorem (albo „przetwornikiem A/D”) mierzy napięcie jakie dostaje na wejściu i podaje wynik jako liczbę zapisaną w systemie binarnym. Tu jest ważna uwaga: taki przetwornik ogranicza rozpiętość tonalną. Jeżeli jest liniowy, to gdy dostanie dwukrotnie wyższe napięcie, wypluje dwa razy większą liczbę itd. A w systemie binarnym mnożenie przez 2 jest takie, jak w systemie dziesiątkowym przez 10 – dopisuje się „0” na końcu. Stąd wynika, że jeżeli przetwornik A/D jest liniowy, to rozpiętość tonalna sygnału cyfrowego ma najwyżej tyle przysłon, ile przetwornik ma bitów (może być mniej, z powodu szumu). Jeżeli przetwornik jest nieliniowy, to już tak łatwo nie jest. Jego rozpiętość tonalna nie jest prosto skorelowana z liczbą bitów.

To jest też właściwe miejsce, aby wrócić jeszcze do ustawiania czułości. Bo można dzięki temu nabrać wyczucia, jak to właściwie działa. Jeżeli przestawimy czułość o jedną działkę do góry, to wzmacniacz przemnoży początkowy sygnał przez dwa razy większą liczbę, więc do konwertera A/D dotrze dwa razy wyższe napięcie. Jeżeli przetwornik jest liniowy, to liczba na wyjściu też będzie dwa razy większa.

Ale wracamy do meritum.

Meta

Następnym krokiem jest zazwyczaj odszumianie. Algorytmy odszumiania mogą być bardzo różne (o czym pewnie jeszcze napiszę), niemniej układ ten w dzisiejszych czasach zazwyczaj istnieje. Co wiecej w nowych aparatach może być wbudowany w samą matrycę, więc wyłączyć się go nie da. Efekt tego taki, że nawet kiedy przebijemy się przez wszystkie poziomy menu aparatu i wszystkie odszumiania powyłączamy a zdjęcie zapiszemy w RAWach, to nadal dostaniemy zdjęcie odszumiane. I pewnie jeden z najbliższych tekstów będzie o odszumianiu, co to daje i co psuje.

Po odszumieniu zdjęcie ostatecznie jest z matrycy oddawane na płytę główną aparatu. Teraz należy dodać tzw. metadane. To jest cała masa danych, które mają służyć wywoływarce. Są tam takie rzeczy, jak model aparatu i parametry ekspozycji. Ale także informacja o tym, czy dany piksel był czuły na niebieskie, czerwone, czy zielone światło, jaki był rozkład widmowy tej czułości (bo określenie np. „niebieski” oznacza różne rzeczy w przypadku różnych modeli matryc, nawet pochodzących od tego samego producenta) , o ustawionej czułości, dodatkowych pikselach na matrycy (bywają na przykład piksele przykryte czarnym filtrem, służące do mierzenia poziomu sygnału dla zerowego naświetlenia), ustawionym balansie bieli, być może o kilku innych sprawach. Często dorzuca się nawet do tego kopię zdjęcia przerobioną na jpega, albo przynajmniej miniaturkę. I to zostaje zapisane jako RAW.

Na koniec napiszę o jednej istotnej rzeczy, której w powyższej drodze nie było. Nie było interpolacji kolorów. To znaczy, że w przypadku wszystkich matryc z mozaiką filtrów barwnych, dla każdego piksela jest w RAWie informacja TYLKO o jednej składowej barwnej jasności. O takiej, na jaką czuły był ten piksel. Dwie pozostałe składowe są uśredniane z tego, co jest w pikselach sąsiadujących, ale dzieje się to dopiero podczas wywoływania.

Oczywiście, w różnych aparatach są różne rozwiązania. W jednych jest mniej odszumiania, w innych więcej. W jednych konwersja z sygnału analogowego na cyfrowy odbywa się na płycie głównej aparatu, w innych na samej matrycy. Poza tym kolejne generacje aparatów raczej dorzucają obróbkę, niż jej odejmują, w efekcie RAWy są coraz mniej surowe. W następnych odcinkach napiszę co z tego wynika.

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Facebooku

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie na Google+

Komentujesz korzystając z konta Google+. Wyloguj / Zmień )

Connecting to %s