אם היינו שואלים פעם, בעולם האנלוגי, יצרן מצלמות מה הוא מבין בצבעים או ברגישויות, כנראה שהתשובה הייתה: "מה אתם רוצים ממני? לכו תשאלו את מי שמייצר פילם..."

חשבתם על זה?

היום, על היצרנים להתמודד עם שלל נושאים, החל מגוף המצלמה ועד לפילם הדיגיטלי – החיישן.

מזל שאלו לא הבעיות שלנו... אנחנו מקבלים את המערכת הדיגיטלית כמקשה אחת.

כל שעלינו לעשות הוא להבין את המבנה ואת אופן הפעולה שלה, כדי שננצל את היתרונות ונדלג על החסרונות.

אז בואו נתחיל!

החיישן

החיישן הוא סרט הצילום הדיגיטלי - משטח הבנוי מתאים פוטואלקטריים שתפקידו לקלוט את האור החודר מבעד לעדשה ולהמיר אותו לזרם חשמלי. תא פוטואלקטרי עשוי מחומר מוליך למחצה, ופגיעה של פוטונים (חלקיקי אור) בתא משנה את המוליכות שלו ומאפשרת העברה של זרם חשמלי.

חיישן של מצלמה דיגיטלית בנוי ממיליוני תאים כאלה, שאנחנו מכנים אותם פיקסלים.

שחור ולבן

נשמע פשוט, לא? פיקסל שמקבל אור מעביר זרם, פיקסל חשוך לא מעביר כלום... במחשבה שנייה - אם כך, היינו יכולים לצלם רק לוחות שחמט...

גוונים של אפור

טוב, אז זה טיפה יותר מורכב – עצמת המוליכות של התא תלויה בכמות האור שהוא מקבל. ממיר אנלוגי לדיגיטלי (Analog-to-Digital Converter- ADC)  יודע לתרגם את עצמת המוליכות בהתאם לכמות האור. תרגום זה מעניק ערך של 14 ביט לערוץ במצלמות החדשות (12 ביט בישנות).

מה זה אומר? במצב 14 ביט יהיו לנו 2 בחזקת 14 רמות בהירות – 16,384 גוני ביניים - מ-0 שחור עד ל 16,384 לבן לחלוטין.

אם כך, היינו יכולים לצלם רק בגוונים של שחור-לבן, לא?

צבע

כאן נכנסים לתמונה פילטרי הצבע למיניהם. הנפוץ ביותר הוא פילטר מסוג Bayer. פילטר זה מסנן את שלושת צבעי היסוד – ירוק, אדום וכחול, באופן כזה שכל ארבעה פיקסלים סמוכים מקבלים תדר אור אחר: שניים מקבלים ירוק, אחד כחול ואחד אדום. נהוג לכנות זאת: RGBG או RGGB. לאחר הדגימה מתבצע שקלול שיוצר את תמונת הצבע המלאה.

ולכן, במצב 14 ביט נוכל להבחין בין 16,384 (רמות בהירות) בחזקת 3 (צבעי היסוד) גוונים של צבע. זה יוצא כמעט 4.4 מיליארד גוונים של צבע... לא מעט, נכון?

סוגי חיישנים

שתי טכנולוגיות חיישנים עיקריות קיימות בשוק - CCD ו- CMOS.

CCD - Charge Couple Device - בחיישן מסוג CCD מעביר כל פיקסל את המטען החשמלי שלו לצדי החיישן, שם הוא נאסף ומתורגם. חיישן CCD פחות נפוץ במצלמות מהדורות החדשים, מהסיבה שהוא צורך המון אנרגיה בהשוואה לחיישן CMOS.

CMOS - Complementary Metal Oxide Semiconductor – בחיישן CMOS מותקנים טרנזיסטורים מסביב לכל פיקסל. הם משמשים להגברת האות הנקלט, אך יוצרים מעט רעש דיגיטלי. צריכה נמוכה של אנרגיה ומנגנונים יעילים להסרת רעש דיגיטלי הם הסיבות העיקריות לכך שזהו החיישן הנפוץ ביותר כיום בשוק מצלמות ה- DSLR. 

גודל חיישנים

לגודל החיישן השפעה דרמתית על איכות התמונה מההיבטים של טווח דינמי ורעש דיגיטלי.

אני מתכוון לגודל הפיזי שלו, ולא לכמות הפיקסלים שהוא מכיל. בהנחה שכמות הפיקסלים זהה, יהיה הפיקסל הבודד בחיישן גדול, גדול יותר מהפיקסל הבודד של חיישן קטן ממנו. פיקסל גדול זה טוב! הוא יכול לקלוט אור רב יותר, הוא יכול להיות מדויק יותר בקריאה שלו, ולא יפריע לשכניו. פיקסלים זערוריים וצפופים עלולים להשפיע זה על זה, מה שיתבטא ברעש דיגיטלי.

קיימים פורמטים רבים של גדלים, החל מחיישני פריים מלא FF של מצלמות רפלקס בגודל של 36X24 מ"מ ועד לחיישנים זעירים של מצלמות קומפקטיות בגודל של 7X5 מ"מ.

טעות נפוצה היא לחשוב שחיישן קטן ייתן עומק שדה גדול - זה לא בדיוק ככה. לחיישן קטן מתאימה אופטיקה באורכי מוקד קצרים. לדוגמה: החיישן הקטן בקאנון G11, שממדיו 1/1.7 אינץ' (7.6X5.7 מ"מ) משודך לעדשת זום באורכי מוקד 6.1-30.5 מ"מ אקוויוולנטית ל- 28-140 מ"מ. כך שבעצם אורך המוקד הקצר (מאוד!) של העדשה הוא זה שמכתיב את עומק השדה הגדול.

בהצלחה!

אלון קירה