UNIVERZITA PALACKÉHO V OLOMOUCI PEDAGOGICKÁ FAKULTA

Katedra technických věd a informačních technologií

Tomáš Kocián

Technologie snímacích čip ů u digitálních jednookých zrcadlovek

Bakalá řská práce

Vedoucí práce: Mgr. Jan Kubrický

Olomouc 2011

Prohlášení Prohlašuji, že jsem bakalá řskou práci Technologie snímacích čip ů u digitálních jednookých zrcadlovek vypracoval samostatn ě pod vedením Mgr. Jana Kubrického a uvedl v seznamu literatury všechny použité literární a odborné zdroje.

V Olomouci dne 21. března 2012

Vlastnoru ční podpis autora

Pod ěkování Velmi rád bych pod ěkoval vedoucímu své bakalá řské práce Mgr. Janu Kubrickému za cenné rady, p řipomínky a metodické vedení práce. Dále bych velice rád pod ěkoval Martinu Vachatovi a zam ěstnanc ům firmy Foto Škoda za zap ůjčení testovaných fotoaparát ů a pomoc při jejich testování.

Anotace

Bakalá řská práce se zabývá záznamem digitálního obrazu jednookou digitální zrcadlovkou. Popisuje dnes užívané technologie v této oblasti a zam ěř uje se na výslednou kvalitu fotografií v závislosti na použitém snímacím čipu. Práce se rovn ěž zabývá chybami v obraze, které p římo souvisí se snímacím čipem nebo obrazovým procesorem fotoaparátu a popisuje možnosti jak tyto fotoaparáty testovat. Výsledkem práce je pak srovnání výsledk ů test ů n ěkolika fotoaparát ů, které jsou dnes dostupné na trhu.

Abstrakt This bachelor thesis deals with digital image recording by DSLR . Describes the technology used today in this area and focuses on the resulting image quality depending on the sensing chip. The work also deals with errors in the image, which is directly related to the sensing chip or image processor and describes ways to test these . Result of this work is to compare test results of several cameras that are now available on the market.

Klí čová slova snímací senzor, obrazový procesor, digitální šum, barevné podání, kresebnost, testování fotoaparát ů, digitální jednooká zrcadlovka, digitální fotografie

Keywords scanning sensor, image processor, digital noise, color rendering, testing cameras, digital single lens reflex, digital

OBSAH

ÚVOD ...... 2

1. HISTORIE A VÝVOJ ...... 3

1.1 Historicky významné typy DSLR ...... 3 1.1.1 MAVICA ...... 3 1.1.2 Kodak EO, DSC ...... 4 1.1.3 Nikon D1...... 5 1.1.4 Canon EOS-1Ds ...... 6 1.2 DSLR v dnešní dob ě ...... 8

2. SNÍMACÍ SENZORY...... 9

2.1 Nábojov ě vázané obrazové senzory – CCD...... 9 2.2 Obrazové senzory CMOS...... 12 2.3 Záznam barvy...... 14

3. OBRAZOVÉ PROCESORY, DIGITALIZACE OBRAZU...... 17

3.1 A/D p řevodník...... 17 3.2 Obrazové procesory pro DSLR ...... 18 3.3 Formáty obrazového souboru...... 19

4. TESTOVÁNÍ ČIP Ů PRO DSLR ...... 23

4.1 Testování digitálního šumu p ři zvyšující se citlivosti obrazového senzoru...... 23 4.2 Testování výsledného obrazu na podání barev ...... 28 4.3 Test kresebnosti obrazového sníma če ...... 33

ZÁV ĚR...... 36

SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY A INTERNETOVÝCH ZDROJ Ů...... 37

ÚVOD

V bakalá řské práci se zabývám technologií snímacích čip ů u digitálních fotoaparát ů a dalších prvk ů v elektronice t ěchto p řístroj ů, které p římo souvisí se zpracováním výsledného obrazu z čipu. Hlavní skupinou fotoaparát ů, na kterou jsem se zam ěř il, jsou digitální DSLR zrcadlovky. Tuto kategorii jsem vybral proto, že v sou častné dob ě reprezentují moderní trendy ve vývoji obrazových sníma čů a procesor ů (pokud tedy pomineme kategorii profesionálních, st ředoformátových fotoaparát ů, se kterými se ale b ěžný uživatel nesetkává). Ve své práci budu tyto technologie srozumiteln ě popisovat, ale také poukazovat na možné chyby ve výsledném obraze, které práv ě s t ěmito použitými technologiemi vznikají. Pomocí test ů, které jsem na vybrané skupin ě digitálních fotoaparát ů provedl, budu n ěkteré z těchto chyb na p říkladech demonstrovat a oz řejmím také, jak tato testování probíhají. Jelikož je testování digitálních fotoaparát ů velmi široká oblast, zam ěř il jsem se pouze na chyby obrazu, které vznikají v souvislosti s použitým obrazovým senzorem.

2 1. Historie a vývoj

„Celý obor digitálního snímání obrazu dosp ěl v několika málo letech a jedním z nejvýznamn ějších d ůsledk ů tohoto vývoje je ustálení konstrukce fotoaparát ů. Profesionální špi čkové fotoaparáty jsou z mnoha dobrých d ůvod ů jednooké zrcadlovky, které mimochodem tvarem a ovládáním nezap řou p římou p říbuznost s jednookými zrcadlovkami na kinofilm, které ovládaly fotografii více než 40 let. Spot řebitelské digitální fotoaparáty se stále konstruk čně m ění, a ť už podle módy nebo pro ú čely marketingu, experimentuje se s ergonomií. Poloprofesionální a profesionální digitální fotoaparáty se však už významn ě měnit nebudou. Funkce se budou vylepšovat, forma je již stanovena.“ (FREEMAN 2007 s. 6)

1.1 Historicky významné typy DSLR

1.1.1 Sony MAVICA

Za prvního p ředch ůdce digitálních fotoaparát ů m ůžeme považovat model Sony MAVICA (Magnetic Video Kamera) z roku 1981, který jako první používal vým ěnný disk k záznamu dat. Tento prototyp nebyl ješt ě digitálním fotoaparátem tak jak jej známe dnes, protože výstup z jeho CCD senzoru byl analogový. Výstupní video signál byl ve formátu NTSC v rozlišení 570 x 490 pixel ů. Výsledné obrázky byly ukládány na diskety Mavipak 2.0“, které byly pozd ěji p řejaty i jinými výrobci pod ozna čením VF (Video Floppy) . Snímky si bylo možno prohlížet na obrazovce televizoru a po čítalo se i s jejich odesíláním p řes telefonní sí ť. U pozd ějších model ů z řady MAVICA byly pak výsledné fotografie ukládány na ě 3,5“ diskety o kapacit ě 1,4MB v souborovém systému DOS FAT 12. S pozd ějším rozvojem vysokokapacitních pam ěť ových za řízení, digitalizací signálu ze senzoru a příchodem USB rozhraní za čaly být tyto fotoaparáty kompatibilní i s pam ěť ovými kartami . Nejprve p řes disketový Memory Stick adaptér, pozd ěji byl na p řístroji vyhrazen samostatný Memory Stick slot. V roce 2000 byl na trh uveden model MAVICA MVC-CD 1000, který výsledná data zapisoval na 8“ disk CD-R, ze kterého bylo možné data stahovat do PC z fotoaparátu p řes rozhraní USB, pozd ější modely pak dokázaly zapisovat i na disk CD-RW. [2]

3 Jak p ůvodní model MAVICA tak i jeho nástupci MVC-5000 a MVC-7000 byly koncipovány jako zrcadlovky s možností vým ěny objektiv ů. Model MVC-7 000 byl vybaven i adaptéry pro možnost použití objektiv ů od zna ček Nikon a Canon.

1.1.2 Kodak EO, DSC

V roce 1987 byl ve firm ě Kodak vyvinut první megapixelový CCD čip pod názvem M1. Zasazením tohoto snímacího čipu do t ěla klasické SRL zrcadlovky vznikl prototyp profesionální DSLR zrcadlovky ozna čený jako Electro-Optic Camera. Tento fotoaparát předur čil koncepci vývojové řady Kodak DSC, ale také budoucí koncepci profesionálních DLSR zrcadlovek jak jej známe dnes. [3] Prototyp Kodak EO vznikl spojením klasického t ěla SLR fotoaparátu Canon F1 vybaveného vnit řním motorkem pro ost ření a monochromatického KAF-1400 (M1) senzoru s rozlišením 1320 x 1035 pixel ů. Fotoaparát již byl pln ě digitalizován, nebo ť byl vybaven 10bit A/D p řevodníkem pro p řevod analogového signálu ze senzoru na digitální a obrazovým procesorem Intel 80C196 uController. Fotografie byly ukládány na vnit řní disk SCSI o velikosti 100MB. V koncepci se po čítalo s přídavnou jednotkou, která byla s fotoaparátem propojena plochým kabelem pro sb ěrnici a fotograf ji nosil v brašn ě. Přídavná jednotka (tzv. black box) byla vybavena dalším SCSI diskem o kapacit ě 200MB. Pro zrychlení p řístroje byl fotoaparát vybaven 10MB vyrovnávací pam ětí, která pojala až 6 snímk ů. [3] Z prototypu Kodak EO byl následn ě vyvíjen model Kodak Tactical Camera, který m ěl být ur čen pro vojenské ú čely a model Hawkeye II pro komer ční využití. U řady Hawkeye II byl poprvé p ředveden senzor KAF-1300 (M3), který byl vyráb ěn jak v chromatické, tak i v barevné RGB verzi. Všechny tyto prototypy p ředur čily následný vývoj fotoaparát ů Kodak řady DSC.

Camera Imager Pixels CFA ISO FPS Depth Body Processor Intel 80C196 EO M1 1035x1320 Mono 200-800 5 6 Canon F1 uController Intel 80C196 Tactical M1 1024x1280 Mono 200-800 5 12 Canon F1 uController Intel 80C188 Hawkeye II int M1 1024x1280 Mono 50-400 0 4 Nikon F3 uController Hawkeye II Intel 80C188 teth M1 1024x1280 Mono 50-400 2 6 Nikon F3 uController Hawkeye II Intel 80C188 teth M3 1024x1280 Mono 50-400 2 6 Nikon F3 uController Hawkeye II Intel 80C188 teth M3 1024x1280 3G RGB 50-400 2 6 Nikon F3 uController

Tab.1 Srovnání prototyp ů pro vytvo ření DSLR Kodak [3]

4 První komer čně rozší řenou DSLR zrcadlovkou se stal model Kodak DSC 100. P ři srovnání parametr ů s prototypem Hawkeye II je jasné, že celá koncepce Kodak Professional DSC vychází práv ě z něj. Tělo fotoaparátu tvo ří stejn ě jako u prototypu SRL zrcadlovka Nikon F3, která je osazena senzorem KAF-1300 v monochromatické nebo 3G RGB barevné verzi. O p řevod analogového signálu ze senzoru na digitální se staral 8bit A/D p řevodník a o optimalizaci snímk ů pak obrazový procesor Intel 80C188 uController. [3] Hlavních zm ěn však dosáhla p řídavná jednotka DSU (Digital Storage Unit). Ta byla vybavena 200MB 3.5" SCSI pevným diskem, na který bylo možné ukládat komprimované fotografie ve formátu JPEG. Fotografie si zde poprvé bylo možno prohlížet na monochromatickém čty řpalcovém LCD displeji . O pot řebné napájení celého systému se pak staral dobíjecí akumulátor nebo 12V AC adaptér. [4] I když byl Kodak DSC ve své dob ě revolu ční p řístroj, za čala p řídavná jednotka představovat pro další vývoj i pohodlné využívání celého systému problém. V roce 1992 tedy Kodak oznámil spole čný výzkum se spole čností Canon, Fuji, Minolta a Nikon s cílem vyvinout pokro čilý fotografický systém. Výsledkem pak byl nový model DSC 200 (již bez přídavné jednotky) a pokra čující řada DSC Professional, která zajistila firm ě Kodak na několik let prvenství na trhu s profesionálními DSLR zrcadlovkami.

1.1.3 Nikon D1

V roce 1999 uvádí firma Nikon na trh sv ůj model D1. Fotoaparát Nikon D1 má v historii DSLR zrcadlovek významné místo, jelikož se jedná o první profesionální p řístroj, který byl vyvinut a zkonstruován pouze jedním z velkých výrobc ů fotoaparát ů. Tento fakt umožnil snížit výslednou cenu p řístroje zhruba na polovinu. Uvedení tohoto modelu na trh bylo jasnou odpov ědí na vedoucí pozici firmy Kodak na trhu s DSLR fotoaparáty, která nedokázala svým tehdejším modelem DCS 620 konkurovat. Pokud pomineme cenu, Nikon D1 navíc obsahoval 2,7Mpix senzor (oproti 2.0Mpix u DCS 620), takže podával kvalitn ější výstup a umož ňoval tisk v ětších fotografií. Na obr. 1 a tab. 2 m ůžeme vid ět srovnání senzoru použitého u D1 s klasickými 35mm a APS analogovými formáty. Dále pak se senzorem Sony 1/1.8", který byl používán u kompaktních fotoaparátů a konkuren čním senzorem zrcadlovky Canon EOS 30. Nikon D1 se stal jasnou volbou pro noviná ře, kte ří si jej pochvalovali, ale i ti brzy za čali toužit po v ětším rozlišení a lepším barevném podání. Na tyto požadavky spole čnost

5 Nikon reaguje a v roce 2001 p řichází nejprve s 2.66Mpix Nikonem D1H, který se chlubil vyšší pracovní rychlostí, jež dovolila exponovat až 5 snímk ů za sekundu a až 40 snímk ů v sérii za sebou. A novým Nikonen D1x, který m ěl sníma č CCD 5.33Mpix. [5]

Obr. 1 Porovnání velikostí senzor ů Nikonu D1 s konkurencí [6]

Sensor / Effective pixels Effective Imager Pixel (unit) Camera (millions) resolution size (mm) size (µm) Sony 1/1.8" CCD 3.12 2,048 x 1,536 5.52 x 4.14 3.45 Nikon D1 CCD 2.62 2,000 x 1,312 23.6 x 15.5 11.8 Canon EOS- D30 CMOS 3.11 2,160 x 1,440 22.7 x 15.1 10.5 APS negative (C type) n/a n/a 30.2 x 16.7 n/a 35mm negative n/a n/a 35.0 x 23.3 n/a

Tab. 2 Porovnání velikostí senzor ů Nikonu D1 s konkurencí [6]

1.1.4 Canon EOS-1Ds

Dalším vývojovým stupn ěm, který se v oblasti profesionálních DSLR fotoaparát ů nabízel, bylo vytvo řit p řístroj, jež by m ěl senzor stejn ě veliký jako je polí čko kinofilmu u SLR zrcadlovky. U klasických kinofilmových zrcadlovek je nej čast ěji používán 35mm formát (ten předpokládal velikost senzoru 36mm x 24mm), se kterým pak koresponduje zna čení ohniskové vzdálenosti na vým ěnných objektivech SLR. Většina výrobc ů používala senzory s menšími rozm ěry hlavn ě z důvodu nákladnosti samotné výroby související práv ě s jejich rostoucí velikostí.

6 Použitím menšího senzoru než je polí čko kinofilmu (v ětšinou 23mm x 15mm) a klasického SLR objektivu vznikne tzv. crop factor neboli prodlužovací faktor. Menší senzor zaznamená menší plochu obrazu promítnutého objektivem než polí čko 36mm x 24mm, a tak je zorný úhel objektivu menší. Ve skute čnosti to znamená, že základní objektiv o ohniskové délce 50mm nasazený na digitální p řístroj se senzorem o rozměrech 23mm x 15mm se bude chovat jako objektiv cca 80mm na filmovém p řístroji. Hodnoty crop facoru se v závislosti na velikosti senzoru pohybují v rozmezí zhruba 1,6 – 2,0 v praxi to tedy znamená vynásobit ohniskovou vzdálenost kinofilmového objektivu velikostí crop facoru (50mm x 1,6 = 80mm). [1] Pokud chceme používat objektivy s velkými ohniskovými délkami je pro nás vliv crop facoru svým zp ůsobem pozitivní (získáme v ětší p řiblížení u digitálního p řístroje než u analogového se stejným objektivem). Pokud ovšem chceme použít objektiv s krátkou ohniskovou vzdáleností je vliv crop facoru nežádoucí a objektivy ztrácí své širokoúhlé vlastnosti.

Obr. 3 Výsledná velikost ohniska na vzr ůstajícím crop factoru [7]

Za první profesionální fotoaparát, který používal full frame senzor a nabídl tak svým zákazník ům možnost pln ě využívat objektivy ze svých SLR zrcadlovek byl Canon EOS 1Ds s rozlišením 11,4MPix a snímacím senzorem CMOS.

7 1.2 DSLR v dnešní dob ě

Za sou časné leadery v oblasti profesionální digitální fotografie m ůžeme považovat firmy Nikon a Canon. Každá z těchto firem má sice trochu odlišnou koncepci vývoje svých přístroj ů, ale je jisté, že práv ě tyto dv ě firmy ur čují sm ěr, kterým se bude v příštích letech profesionální DSLR technika vyvíjet. Modely obou firem by se daly pomysln ě rozd ělit do n ěkolika kategorií a to na amatérské, poloprofesionální a profesionální zrcadlovky. U amatérských a poloprofesionálních p řístroj ů se po čítá s rozší řením této techniky mezi oby čejné uživatele. Tomu odpovídá technické řešení t ěchto p řístroj ů. T ěla zrcadlovek bývají vyrobena p ředevším z levn ějších slitin plast ů a bývají podstatn ě menší, aby mohla svým uživatel ům nabídnout jistou kompaktnost p řístroje. Ovládací prvky fotoaparátu bývají zjednodušené a často automatizované pro snadné a intuitivní užívání. K obsluze t ěchto fotoaparát ů často nebývají nutné hlubší znalosti fototechniky. Těla profesionálních p řístroj ů bývají naopak mohutn ější a mnohem odoln ější k okolním vliv ům, v sou časnosti se u profesionálních t ěl používá slitina ho řč íku. K ovládání těchto p řístroj ů je již nutná znalost fototechniky. Oproti snaze n ěkteré postupy usnadnit nebo automatizovat, je zde spíše snaha nabídnout fotografovi co nejširší možnosti nastavení, aby bylo možné dosáhnout snímků s dokonalou technickou kvalitou a to často i ve velmi nep říznivých podmínkách. Tyto fotoaparáty bývají často osazeny full frame senzory typu CMOS.

8 2. SNÍMACÍ SENZORY

Jak digitální fotoaparáty, tak i fotografické p řístroje používající klasický film pracují na stejném principu. Vytvá řejí záznam snímané scény za použití sv ětelné energie, jež zp ůsobuje zm ěnu v materiálu citlivém na sv ětlo. Hlavní rozdíl spo čívá v tom, že v digitálních fotoaparátech absorbuje sv ětlo citlivý elektronický sníma č neboli senzor, zatímco v klasických fotoaparátech se používá polí čko na sv ětlocitlivém filmu. [8] Čip ale není jen pouhou náhradou filmu. Je nedílnou sou částí p řístroje, napl ňuje většinu jeho funkcí a sám je zbytkem za řízení také podporován. [1] Po čátkem 70. let minulého století za čaly být vakuové sníma če obrazu nahrazovány polovodi čovými. Vzhledem k nejvýhodn ějším vlastnostem byl p řednostn ě používán systém ozna čovaný CCD (Charge Coupled Device – nábojov ě vázané struktury), který je po mnoha technologických vylepšeních používán doposud. Dosažený technologický pokrok v sou časné dob ě umožnil výrobu obrazových senzor ů typu CMOS (Complementary Metal Oxid Semiconductor). [9]

2.1 Nábojov ě vázané obrazové senzory – CCD

Obrazovými senzory CCD bývá dnes vybavena podstatná v ětšina amatérských kompaktních fotoaparát ů, ale také řada amatérských a poloprofesionálních DSLR zrcadlovek. Jde o skupiny fotoaparát ů, kde není d ůležitá vysoká rychlost p řenosu obrazových dat ze senzoru. Důležit ější roli hraje cenová dostupnost p řístroje pro koncového zákazníka. Proto je u těchto fotoaparát ů vhodné používat senzory CCD, které mají podstatn ě nižší výrobní náklady oproti senzor ům CMOS. Velkým výrobcem a inovátorem v oblasti CCD senzor ů je firma Sony, která dodává tyto čipy i do DSLR p řístroj ů Nikon . Výjimku v tomto trendu tvo ří digitální zrcadlovky Canon, která se zabývá vývojem svých vlastních CMOS senzor ů, které používá u všech svých DSLR p řístroj ů. Princip nábojov ě vázaných senzor ů spo čívá v tom, že po dopadu sv ětelného zá ření vzniká v každé bu ňce senzoru, podle stejného principu jako ve fotodiod ě, elektrický náboj, jehož velikost odpovídá intenzit ě dopadajícího optického zá ření. [9] Hlavní vlastností CCD senzor ů je schopnost posouvat elektrický náboj, který je vyvolán dopadem sv ětelného zá ření z jedné bu ňky do druhé viz obr.4 . [9]

9

Obr. 4 Princip CCD senzoru [10]

CCD senzor je pokryt sítí buněk, které udržují sv ětlem uvoln ěné elektrony. Po čet bun ěk je udáván jako rozlišení v pixelech. Pokud se na bu ňky p řivede r ůzné nap ětí, elektrony mohou být „p řelévány“ z jedné nábojové studny do sousední. Tak je možné náboj posouvat po ploše čipu. Tento proces je používán tehdy, je-li pot řeba informaci z CCD čipu vy číst. Balíky elektron ů, reprezentující jednotlivé pixely, jsou posouvány do výstupního zesilova če, kde je elektrický náboj p řeveden na nap ětí. Toto nap ětí se objeví na výstupním pinu CCD čipu. Elektronika fotoaparátu pak musí toto nap ětí zm ěř it (p řevést na číslo pomocí A/D převodníku) pro každý pixel. Informace o náboji akumulovaném v každém pixelu (a tedy o množství sv ětla, která do každého pixelu dopadlo) tvo ří datový soubor reprezentující obrázek. [11] Rychlost, jakou jsou výsledná data p řevedena z čipu a ten je tak p řipraven pro nový snímek, je jednou z klí čových vlastností fotoaparátu. Základ, na který jsou profesionální fotografové zvyklí je odvozen od klasických SLR zrcadlovek, je dán rychlostí 8 snímk ů za sekundu. Velké úsilí je nyní v ěnováno zrychlení procesu, aby se digitální zrcadlovky staly stejn ě rychlými jako ty filmové. V sou časnosti máme tři metody p řevodu dat z exponovaného čipu . [1] 1. Interline transfer – je to základní tradi ční postup, který dal senzor ům CCD jejich jméno. Data z fotocitlivých bun ěk jsou po sloupcích postupn ě p ředávána do čtecích registr ů umíst ěných po stran ě vedle. Řádky čtecích registr ů jsou pak zpracovávány po jednom, přičemž konec jednoho řádku je provázán se za čátkem následujícího řádku. Dalo by se říct, že CCD senzor tak funguje jako posuvný registr. Nevýhodou této metody pro fotografii je zdržení pot řebné pro posun dat ve čtecích registrech a pot řeba umíst ění čtecího modulu vedle fotocitlivých bun ěk, což omezuje velikost ú činného otvoru bun ěk. [1]

10 2. X-Y adressing – kde je každá fotocitlivá bu ňka zpracovávána samostatn ě a tím podstatn ě zkracuje čas pro interpretaci dat. Technologie vyžaduje p řidat ke každé bu ňce přepína č, který op ět vyžaduje prostor a snižuje tak ú činný otvor. Tento postup je využíván spíše u senzor ů typu CMOS. [1] 3. Full frame transfer – je metoda, p ři které jsou všechny informace najednou předány do čtecí oblasti, která je stejn ě veliká jako samotný senzor. Musíme tedy p řidat ješt ě jednu vrstvu pod fotocitlivé bu ňky. Díky tomu, že jsou p řevodové kanály pod bu ňkami, je zv ětšen i prostor pro samotné fotocitlivé bu ňky. Metoda vyhovuje i požadavk ům na zvýšení rychlosti senzoru. [1] V roce 1999 vyvinula firma Fuji novou koncepci CCD čipu a uvádí na trh typ senzoru „super CCD“ (z technického hlediska znám jako PIA-CCD Pixel Interleaved Array). U čip ů super CCD je využit poznatek, že zrakem lépe vnímáme horizontály a vertikály než diagonály, což vedlo k pooto čení fotocitlivých buněk o 45°. Obrazové bu ňky navíc nejsou čtvercové, ale osmiúhelníkové, což umož ňuje ontagonální uspo řádání. Jednotlivé bu ňky jsou tak blíže sob ě což umož ňuje zv ětšit rozlišení až 1,6x – 2,3x. [9] Na obr. 5 vidíme vývojové řady čipu super CCD, kde se využívá dvou typ ů fotocitlivých bun ěk. Velké S-pixely jsou obdobné jako na jiných CCD senzorech. Pokud na ně dopadá p říliš jasné sv ětlo, zobrazí ho čist ě bílou barvou, což zp ůsobuje ztrátu kresby na fotografii. Z tohoto d ůvodu je senzor dopln ěn o malé R-pixely, které mají díky své menší velikosti i menší citlivost na sv ětlo. Díky tomuto jevu nám R-pixely umož ňují vykreslit i takto přesv ětlená místa a výsledná fotografie má potom v ětší obrazovou dynamiku. Tento tvar rozmíst ění bun ěk také napomáhá ke zvýšení citlivosti a zlepšení v oblasti šumu.

Obr. 5 Vývojové řady čipu super CCD [12]

11 2.2 Obrazové senzory CMOS

Jak už jsem výše uvedl, v sou časné dob ě je nejrozší řen ějším typem senzoru stále čip CCD, ale je pravd ěpodobné, že tato skute čnost už nebude za pár let platit. Dosažený technologický pokrok umožnil hromadnou produkci senzor ů CMOS a pro výrobce za čínají být mnohem více zajímav ější výhody, které využití technologie CMOS p řináší. V budoucnu se po čítá s hromadným využitím CMOS senzor ů hlavn ě u DSLR zrcadlovek. V oblasti amatérských digitálních fotoaparát ů bude pravd ěpodobn ě stále užívána technologie CCD. Hlavní výhoda sníma če CMOS, která vychází z konstrukce tohoto senzoru je nízká spot řeba energie. Oproti senzoru CCD, který pot řebuje pro čtení (posun) získaných dat dv ě nap ěť ové úrovn ě, sta čí senzoru CMOS pro čtení dat nap ěť ová úrove ň jedna. Nízká spot řeba čipu je samoz řejm ě velmi kladná vlastnost pro užití této technologie v přístrojích napájených baterií. S nižší spot řebou energie pak také souvisí nižší produkce zbytkového tepla, které zp ůsobuje zah řívání senzoru. Tento jev se stal problémem hlavn ě u velkých CCD senzor ů, nebo ť se vzr ůstající teplotou roste i velikost digitálního šumu produkovaného sníma čem. [13] Další výhodou CMOS sníma čů , která za čala hrát svou roli hlavn ě v posledních letech, je rychlost s jakou se dá p řenést zaznamenaný náboj ze sníma če na A/D p řevodník a p řipravit tak sníma č na další expozici. Dokud byly fotoaparáty pomalé a rozlišení sníma čů malé, nehrál tento faktor prakticky žádnou roli, ale dnes dochází u DSLR fotoaparát ů k p řenosu až desítek milión ů hodnot p řes jedinou sériovou výstupní bránu a p řitom je požadována p řipravenost sníma če v řádu desetin sekund. Zde sníma če CMOS vynikají svou schopností okamžit ě a prakticky sou časn ě odvést zaznamenaný náboj ze všech bun ěk najednou a nezdržovat se posunem náboje a jeho postupným od čítáním. [13] Obrazové senzory CMOS d ělíme na dva typy a to na pasivní senzor CMOS (PPS – Passive Pixel Senzors) a aktivní senzor CMOS (APS – Aktive Pixel Senzors). [14] Na obr. 6 vidíme uspo řádání PPS senzoru. Bu ňka pasivního senzoru CMOS je zpravidla tvo řena fotocitlivým prvkem, jež zde tvo ří fotodioda, a tranzistorem MOS–FET, který pracuje jako spína č. Výhodou takovéhoto uspo řádání je možnost adresního výb ěru kterékoliv bu ňky, což výrazn ě ovliv ňuje rychlost ode čítání dat z čipu. Nevýhodou PPS senzoru je malá citlivost bun ěk a velký obrazový šum výsledného signálu. Z těchto d ůvod ů se PPS senzory u digitálních fotoaparát ů nepoužívají. [9]

12

Obr. 6 Uspo řádání senzoru PPS [9]

U aktivního CMOS senzoru je každá bu ňka dopln ěna o zesilova č signálu generovaného fotodiodou viz obr. 7 . Zesílením signálu z fotodiody dochází ke zvýšení citlivosti bun ěk a tím také ke snížení výsledného digitálního šumu. Na druhou stranu se přidáním zesilova če do bu ňky senzoru snižuje činitel pln ění, což je pom ěr mezi velikostí fotocitlivé bu ňky a velikostí bu ňky celkov ě. S novými technologiemi a postupným snižováním velikostí tranzistor ů a dalších prvk ů integrovaných obvod ů se činitel pln ění zv ětšuje. Stále je však menší než 100%. [9]

Obr. 7 Uspo řádání senzoru APS [9]

13 2.3 Záznam barvy

Protože jednotlivé bu ňky senzoru zaznamenávají pouze intenzitu (jas) sv ětla a nikoli jeho vlnovou délku je pro získání informace o barv ě nutné dopadající sv ětlo na bu ňku filtrovat. Celý senzor je tedy pokryt soustavou barevných filtr ů zvanou Color Filter Array (CFA). Jde o soustavu červených, zelených a modrých filtr ů, které jsou vždy po jednom umíst ěny nad každou bu ňkou. Uspo řádání t ěchto filtr ů na senzoru nazýváme Bayerova maska neboli Bayerova matice. Rozmíst ěním t ěchto filtr ů na senzoru umožní to, že každá bu ňka bude vnímat jen sv ětlo ur čité barvy. [1] V Bayerov ě masce se u v ětšiny výrobc ů st řídá červená, modrá a zelená barva, což odpovídá lidskému vnímání barvy založeném na t řech druzích čípk ů v oku. Z tohoto d ůvodu je také použito dvakrát více zelených filtr ů než modrých nebo červených, což souvisí s vyšší citlivostí lidského oka na zelenou barvu. Takovéto rozmíst ění filtr ů ozna čujeme jako RGBG. [15]

Obr. 8 Klasické rozložení filtr ů v Bayerov ě masce [16]

Krom modelu RGBG existují na trhu i jiná řešení snímaní barev. Jedním z nich je model RGBE, který u svých fotoaparát ů používá firma Sony. Jde o čty řbarevný model, jak už z názvu vyplývá (Red Green Blue Emerald), ke kterému výrobce p řidal místo opakující se zelené, sv ětlý odstín modrozelené barvy (emerald). Ten by m ěl výslednému obrazu dodávat realisti čtější nádech, zvýšením gamutu a zlepšením reprodukce barev. [17]

14

Obr. 9 Rozložení barevných filtr ů v modelu RGBE [18]

Protože ale žádná z bun ěk neobsahuje úplnou informaci o barv ě, je ješt ě nutné zbývající barevné složky dopo čítat. Proces postupného dopo čítávání nazýváme interpolace barev. Interpolace tedy znamená, že každý pixel obrazu pot řebuje pro výpo čet barvy znát informace ze 4 sousedních bun ěk. Z této čtve řice je pak obrazovým procesorem fotoaparátu vypo čítán kompletní RGB jednoho pixelu. Pro výpo čet barvy dalšího pixelu vybereme čtve řici o jeden pixel vpravo, po dokon čení zpracování řády se posouváme o řádku níže (zase o jeden pixel) a pokra čujeme dokud nejsou zpracována data ze všech pixel ů. Díky této metod ě je každý pixel použit čty řikrát. P ři použití koncepce RGBG pak vychází zelený kanál nejost řeji a obsahuje také nejmén ě digitálního šumu. [16] Systém masek a optických filtr ů má ale krom ě filtrace sv ětelného signálu i další úkoly. P řed každým senzorem je tedy ješt ě umíst ěn pom ěrn ě masivní systém filtr ů, které mají eliminovat nebo upravit nežádoucí složky sv ětla dopadající na bu ňky senzoru. Mezi tyto nežádoucí jevy pat ří nap říklad neviditelné složky sv ětla (infra červené a UV zá ření), které by mohly ovliv ňovat vyhodnocení barev n ěkterých bun ěk. Jednotlivé bu ňky totiž na tato spektra mohou reagovat a výsledné barevné podání by se pak mohlo jevit jiné než ve skute čnosti. [16] Dalším nežádoucím prvkem, který je možno systémem filtr ů eliminovat je vznik tzv. moaré (angl. moire). Moaré se na výsledných snímcích projevuje jako rovnob ěžné barevné čáry, které vznikají vzájemným p ůsobením tvaru m řížky fotocitlivých bun ěk čipu a podobné mřížky na fotografovaném objektu viz. obr. 10. S potla čením moaré nám pomáhá systém tzv. low pass filtr ů zabudovaných p římo ve fotoaparátu nebo i systém konstrukce objektiv ů. Řešení, které by však tento jev úpln ě potla čilo u všech p řípad ů, zatím neexistuje. [1]

15

Obr. 10 Princip vzniku moaré [19]

Zcela odlišný zp ůsob záznamu barev zvolili výrobci čipu Foveon . Jde v podstat ě o inovovaný CMOS čip, p řičemž základní rozdíl spo čívá v tom, že každá fotocitlivá bu ňka senzoru je schopna zpracovat informaci o všech t řech barvách. Jelikož bu ňka senzoru obsahuje všechny barevné filtry, není zde už nutná interpolace obrazu a senzor se tak svými vlastnostmi nejvíce podobá t řívrstvému barevnému filmu. Výrobci u čipu Foveon využili toho, že k řemík, ze kterého jsou senzory vyráb ěny je pr ůhledný a v závislosti na své tlouš ťce pohlcuje n ěkteré vlnové délky sv ětla. Jedna vrstva je tedy ur čena pro modrou, jedna pro zelenou a jedna pro červenou barvu viz obr. 11 . [20]

Obr. 11 Srovnání Faveon X3 senzoru s klasickou Bayerovou maticí [21]

16 3. OBRAZOVÉ PROCESORY, DIGITALIZACE OBRAZU

3.1 A/D p řevodník

Výsledný signál, který ze snímacího senzoru vychází je analogový. Pro další zpracování v obrazovém procesoru je ale pot řeba toto analogové nap ětí p řevést na celé číslo, se kterým m ůže obrazová jednotka dob ře po čítat. Práv ě o tento p řevod signálu z každé bu ňky senzoru se stará analogov ě - digitální p řevodník (A/D). A/D p řevodník tedy p řevede analogový signál na číselnou hodnotu. Rozsah t ěchto hodnot odpovídá dynamickému rozsahu. Po čet úrovní je pak dán po čtem bit ů A/D převodníku. 8 bitové p řevodníky mají k dispozici 256 úrovní, 10 bitové mají dispozici 1024, 12 bitové 4096 a tak dále. Čím je tedy po čet bit ů p řevodníku vyšší, tím je p řesnost p řevodu barev lepší a p řechod mezi sousedními pixely je jemn ější. [23] Citlivost jednotlivých bun ěk snímacího senzoru je nem ěnná a u DSLR zrcadlovek je tato hodnota zpravidla dána citlivostí ISO 200, i když tato hodnota se m ůže v závislosti na výrobci m ěnit. Toto zna čení citlivosti digitálního senzoru je ekvivalentem k citlivosti kinofilmu. ISO 200 je tedy citlivost, p ři které fotoaparát podává snímky nejoptimáln ější kvality, protože analogový signál jdoucí ze senzoru nemusí být zesilován a je dostate čně silný sám o sob ě. Pokud se ale s fotoaparátem dostaneme do podmínek, kdy je sv ětlo dopadající na senzor p říliš malé nebo nedostate čné, je pot řeba citlivost senzoru n ějak zvýšit. Pokud jsme ale řekli, že je citlivost jednotlivých bun ěk snímacího senzoru nem ěnná, musíme tedy zesílit analogový signál vycházející ze sníma če ješt ě p řed jeho p řevodem do digitální podoby. Se zesíleným obrazovým signálem se ale zesilují i jeho obrazové vady p ředevším digitální šum. Potla čení tohoto šumu je pak už prací obrazového procesoru. U nejdražších model ů DSLR se digitální šum da ří omezovat do velmi vysokých hodnot a tyto modely dokáží potla čit digitální šum i p ři hodnotách ISO 3200. Digitální kompakty, které obsahují stejné obrazové procesory, ale podstatn ě zjednodušené, a u kterých je použit levn ější snímací senzor, mohou potla čit hodnoty šumu maximáln ě do citlivosti ISO 400.

17 3.2 Obrazové procesory pro DSLR

Další sou částí, která má nemalý vliv na výsledný snímek, je obrazový procesor. Informace zachycené bu ňkami obrazového senzoru jsou dále p řivád ěny do A/D p řevodníku a odtud putují práv ě do obrazového senzoru, který je odpov ědný za p řerod t ěchto informací do výsledného snímku a za jeho následnou kompresi a uložení na pam ěť ovou kartu. Oproti PC se ve fotoaparátu nevyskytuje pouze jeden víceú čelový procesor, ale jeho obrazová jednotka se skládá z několika čip ů, které mezi sebou spolupracují. Takovýchto čip ů m ůže být v celé obrazové jednotce až 7 (nap říklad čip pro ost ření, m ěř ení expozice, konverze dat do formátu jpeg aj.). To, jak rychle dokáže obrazový procesor ode číst data ze snímacího senzoru a zpracovat je do výsledného obrazu, udává pak i celkovou rychlost fotoaparátu. Skloubit všechny funkce jednotlivých čip ů je pak úkolem složitých algoritm ů neboli matematických postup ů k vykonávání ur čité činnosti, které si každý výrobce chrání. Výslednou kvalitu t ěchto algoritm ů m ůže posoudit jedin ě vzhledem výsledného snímku. Jelikož si každý výrobce uchovává tajemství konstrukce a algoritm ů v procesorech, m ůžeme se u každého z nich setkat s jinou verzí čipu. U firmy Canon je to systém Digic u Nikonu Expeed u Panasonicu Venus Engine a u Sony . Každá takto nov ě vyvinutá technologie je nejprve používána u nejdražších model ů DSLR zrcadlovek, ale postupem času proniká po jistém zjednodušení do všech model ů v četn ě kompaktních p řístroj ů. [22]

Obrazový procesor digitálního fotoaparátu odpovídá p ředevším za tyto úkoly [1]: Činnost vyrovnávací pam ěti - Hlavn ě u profesionálních DSLR je velice d ůležitá rychlost snímání a s ní i p řipravenost fotoaparátu ke snímání dalšího obrazu. Ke zrychlení tohoto procesu je využívána vyrovnávací pam ěť (buffer). Do této pam ěti jsou ukládány snímky p řed výslednou úpravou, fotoaparát si tak „odkládá“ jejich zpracování a m ůže se věnovat snímání dalších dat ze senzoru. Využití vyrovnávací pam ěti umož ňuje velmi rychlé sekven ční snímání. U profesionálních fotoaparát ů je kapacita bufferu zobrazována v hledá čku. Barevné interpolace - Jednotlivé pixely jsou porovnávány s údaji o barvách svých soused ů, aby doplnili chyb ějící informaci o barv ě. Odstup ňování barevných odstín ů na výsledné fotografii by m ělo být hladké. Mezi další činnosti, za které odpovídá obrazový procesor pat ří také vytvo ření a komprese výsledného obrazu na n ěkterý z požadovaných formát ů, provedení jednotlivých

18 uživatelských nastavení z nabídky fotoaparátu, tvorba ostrosti a výsledného rozlišení fotografie.

Obr. 12 Dvojitý modul 11Mpix čip ů Canon [1]

3.3 Formáty obrazového souboru

Zp ůsob ů, jak zapsat data digitálních obrázk ů, a tím je uložit je mnoho. Záleží vždy na tom, jak je navržen konkrétní kód zápisu. Historie celého oboru je tak dlouhá, že už vzniklo nes četné množství formát ů s různými vlastnostmi a je vždy jen na uživateli, pro který se rozhodne. Jiné typy soubor ů jsou vhodné pro práci s vektorovou grafikou, jiné pro práci s fotografiemi. Dalším hlediskem, kterým se uživatel řídí je, zda zvolí formát se ztrátovou nebo bezztrátovou kompresí. V sou časné dob ě se u digitální fotografie nejvíce využívají formáty TIFF a RAW , které používají bezztrátovou kompresi a JPEG , který je ztrátový. [24] Bezztrátovou kompresí rozumíme p řekódování a jakési zhušt ění dat výsledného obrázku, p ři kterém ale nedochází ke ztrát ě nebo k odstran ění žádných dat. Výhodou t ěchto formát ů je, že si zachovávají plnou obrazovou kvalitu. Hlavní nevýhodou bezztrátové komprese je časová náro čnost p ři ukládání soubor ů na pam ěťovou kartu fotoaparátu díky větší velikosti t ěchto soubor ů a jejich nutná editace v po číta či, která je rovn ěž časov ě náro čná. [24]

19 Na druhou stranu ztrátová komprese sice poškodí p ůvodní obrázek, ale ne vždy to musí být tak veliká míra poškození, aby ji zaznamenalo lidské oko. Nejpoužívan ějším ztrátovým formátem je v sou častné dob ě formát JPEG a to snad u všech výrobc ů digitálních fotoaparát ů. Míra komprese je dána pom ěrem, který si volí uživatel p římo na fotoaparátu většinou z přednastavených možností 1:4, 1:8, 1:16. Výhodou této komprese je menší datová velikost soubor ů, které je tak možno snáze zpracovávat v grafických programech, u kterých má zvlášt ě formát JPEG velmi širokou podporu. Snazší je i publikace t ěchto soubor ů na webu. [1]

RAW

Název tohoto formátu byl odvozen z anglického slova raw znamenající surový, neupravený, hrubý. Je to z toho d ůvodu, že tento soubor obsahuje nejmén ě upravená data ze senzoru. RAW formát je nej čast ěji využíván profesionálními fotografy, nebo ť je nutná jeho další úprava v po číta či a následné vyvolání. Vyvoláním RAW souboru pak rozumíme přepo čítání obrazu v PC. Toto nastavení m ůže být pro b ěžného uživatele složité, nebo ť jde opravdu o surová data ze snímacího čipu, která neobsahují informace o vyvážení bílé ani nejsou ukotvena k žádnému standardnímu barevnému prostoru. To vše je nutno nastavit až při vyvolání a vyžaduje jistou zkušenost s prací v editorech na zpracování RAWu. Na druhou stranu ale uživatel získá nejv ětší možnost a svobodu ovlivnit výsledný snímek svými úpravami, p řípadn ě možnost vyrobit z jednoho originálního RAW snímku n ěkolik t řeba i naprosto odlišných fotografií v TIFF nebo JPEG formátu. [25] Možnou nevýhodou formátu RAW může být to, že se výrobci fotoaparát ů neshodli na jeho standardizované form ě a každý z nich si podle svých pot řeb definoval vlastní verzi. Tento fakt klade na uživatele nároky po řídit si k fotoaparátu i program, který danou verzi RAWu podporuje. Nestandardnost tohoto formátu potvrzují i odlišné koncovky soubor ů pro každého výrobce viz tab 3 . [25]

20

.raf Fuji .crw .cr2 Canon .kdc .dcr Kodak .mrw Minolta .nef Nikon .orf Olympus .dng Adobe - otev řený standart .ptx .pef Pentax .arw .srf .sr2 Sony .x3f Sigma .raw Panasonic

Tab. 3 Odlišné koncovky formátu RAW v závislosti na výrobcích [25] TIFF

Formát TIFF (Tagged Image File Format) byl p ůvodn ě navržen výrobci skener ů pro účely ukládání skenovaných obraz ů. V minulosti se jednalo o velice populární formát díky tomu, že nabízel bezztrátovou kompresi. Dnes je však u fotografií čím dál čast ěji nahrazován formátem RAW. Sou častným vlastníkem formátu TIFF je firma Adobe, která jej však nelicencuje. [26] TIFF je postaven na používání tzv. tag ů (visa ček, etiket) pomocí kterých je popsána organizace dat uvnit ř soubor ů, jejich velikost a použitá komprese. Jde o tzv. kontejnerový formát, který dokáže p řenášet r ůzná data za použití r ůzných druh ů komprese. Kontejner je pak jakýsi p řenaše č, který je definován jednotlivými tagy. Ší ře možností, které využití tag ů nabízí může však zp ůsobovat problémy s kompatibilitou takto uložených dat. Z tohoto d ůvodu se čast ěji využívá ukládání p ři zachování maximální kvality bez použití komprese. TIFF tedy bývá používán spíše pro ukládání meziverzí r ůzných obraz ů nebo k archivaci pro tisk ve vysoké kvalit ě. Oproti RAWu nese tento formát ješt ě výhodu v možnosti ukládání n ěkolika vrstev či stran do obrazu. Stejn ě jako JPEG umož ňuje TIFF uchovat i tzv. EXIF informaci, která s sebou nese údaje o nastavení fotoaparátu v dob ě, kdy byla fotografie po řízena. [26]

JPEG/JFIF

Jde o nejrozší řen ější ztrátovou kompresi užívanou pro digitální fotoaparáty. Svoji zkratku nese z Joint Photographic Experts Group , což je název fotografické komise, která tento standart vytvo řila. Zkratkou JPEG však rozumíme jen specifikaci zpracování dat. Skute čným názvem souborového formátu je zkratka JFIF ( JPEG File Interchange Format) ,

21 která se stala synonymem pro JPEG . Hlavní výhodou JPEG/JFIFu je široká možnost nastavení komprese, takže je možné fotografie v tomto formátu p řipravit pro velmi kvalitní tisk, ale i pro prezentaci na webu. Finální velikost souboru pak závisí na stupni použité komprese a obsahu fotografie. Jde o to, že u ostré fotografie plné detail ů m ůžeme použít jen velmi malou úrove ň komprese, aby nedošlo ke znehodnocení fotografie, které už by bylo znatelné pro lidské oko. U fotografie na které je jemný portrét s rozost řeným pozadím si ale můžeme dovolit kompresi vyšší, nebo ť ztráta kvality v rozost řené oblasti nebude pro lidské oko tolik znatelná. [27] Princip samotné komprese pak spo čívá v tom, že je vstupní obraz v barevném modelu RGB p řeveden do modelu YCbCr. Tento model obsahuje jasovou složku Y a dv ě barevné složky Cb a Cr. D ůvod pro p řevod na tento barevný model je, že lidské oko je více citlivé na zm ěny v jasu než v barevných složkách. Z toho plyne, že barevné složky m ůžeme komprimovat 2x více než jasové a lidské oko to nepost řehne. To samo o sob ě zna čně zmenší velikost souboru. Další krok je proveden pro všechny složky YCbCr. Obraz je rozdělen na čtverce 8x8 pixel ů a uvnit ř t ěchto pixel ů prob ěhne diskrétní Cosinova transformace (DCT). To znamená že místo 8x8 = 64 čísel je uloženo jen n ěkolik čísel reprezentujících vzorek pro daný čtverec. Nakonec už je na celý obraz aplikována bezztrátová komprese a fotografie je uložena ve formátu .jpg . [27]

22 4. TESTOVÁNÍ ČIP Ů PRO DSLR

Testování DSLR a obecn ě digitálních fotoaparát ů je velmi široká oblast. Zvlášt ě u jednookých zrcadlovek existuje široká škála test ů od posuzování kvality objektiv ů, p řes celkovou funk čnost a ovládání fotoaparátu, až po testování vlastností snímacích čip ů. Já jsem se v této práci zam ěř il na testování snímacích senzor ů a s nimi i na obrazové procesory, které mají na výslednou podobu fotografie nemalý vliv. Zvolil jsem takové typy test ů, ke kterým není zcela nutné využít laboratorní podmínky a k jejich vyhodnocení sta čí srovnání pouhým pohledem. Hlavní náplní mého testování je tedy posouzení r ůstu digitálního šumu p ři zvyšování citlivosti senzoru, test barevného podání, vyvážení bílé barvy pro daný typ obrazového procesoru a posouzení kresebnosti senzoru. Ve svých testech se také opírám o poznatky a výzkumy asociace DIWA , jež je celosv ětovou organizací internetových web ů, které se zabývají testováním digitálních fotoaparát ů. Tato organizace z řizuje také jednu z nejlépe vybavených laborato ří DIWA Labs , která je ur čena pro profesionální testování fotoaparát ů všech kategorií. Českým a slovenským zástupcem této asociace je pak server fotoaparat.cz , zabývající se recenzemi a testováním digitálních fotoaparát ů. [28]

4.1 Testování digitálního šumu p ři zvyšující se citlivosti obrazového senzoru

Za šum u digitální fotografie považujeme nahodilé, nežádoucí informace, které zakrývají p ůvodní a cht ěný obraz. Fotografie, která obsahuje digitální šum se pak m ůže jevit jako zrnitá nebo pokrytá drobnými barevnými body. Digitální šum vzniká obecn ě p ři špatných sv ětelných podmínkách, zpravidla zvyšováním citlivosti senzoru, tedy zesilováním signálu jdoucího do A/D p řevodníku. Šum neboli zrno m ůže být pro n ěkteré prvky um ělecké zvlášt ě pak černobílé fotografie dokonce i žádoucím jevem. Obecně ale platí, že čím nižší hladina šumu, tím kvalitn ější p řístroj. Proto je nutné fotoaparáty na p řítomnost tohoto jevu testovat, aby bylo možné srovnat dané technologie a výrobce. Jednou z příčin vzniku digitálního šumu jsou teplotní zm ěny v elektronických sou částkách a kolísání po čtu foton ů na fotocitlivé bu ňce, které ovliv ňují výstupní analogový signál. Tento typ nazýváme nahodilý šum (random noise). Ze statistiky sledování tohoto jevu byl vyvozen záv ěr, že úrove ň šumu je úm ěrná druhé odmocnin ě úrovn ě hodnoty sv ětelného

23 signálu. Z toho vyplývá, že čím více sv ětla na senzor dopadá, tím je úrove ň digitálního šumu nižší. Naopak p ři nedostatku sv ětelného signálu, zah řívání senzoru a p ři zmenšování fotocitlivých bun ěk, hladina šumu stoupá. [29] Dalším typem šumu je tzv. temný šum (dark noise). Tento šum vzniká zah říváním senzoru fotoaparátu. Takovéto navýšení teploty m ůže na bu ňce senzoru vyvolat signál jako by na n ěj dopadalo sv ětlo. Tento signál potom není možné odlišit od skutečného snímaného obrazu. Úrove ň temného šumu roste se zvyšujícím se stá řím senzoru a jeho zvyšující se teplotou. K odstran ění temného šumu sta čí danou scénu vyfotografovat s uzavřenou záv ěrkou a tento snímek pak ode číst od skute čného. [29] Posledním typem šumu je zesilovací šum (amplification noise ). Digitální fotoaparáty umož ňují pro daný snímací senzor nastavit hodnotu citlivosti ISO. Na rozdíl od klasického filmu, kde byla hodnota citlivosti dána použitím filmu z jiného materiálu, je senzor nem ěnný. Výstupní analogový signál je tedy nutno zesílit a s ním je zesílen i obsah digitálního šumu na fotografii. Nejv ětší problém pak nastává u signálu z modrého kanálu. Ten má totiž nižší intenzitu než červený a zelený kanál, a tak je nutné jej zesílit už p ři interpolaci obrazu. Dalším zesílením p řed p řechodem do A/D p řevodníku tato chyba dále roste. [29] Zp ůsob jak otestovat fotoaparát na přítomnost a úrove ň digitálního šumu je v podstat ě jednoduchý. Nej čast ěji se šum testuje vyfotografováním ur čité scény postupn ě pro každou danou citlivost senzoru, a takto po řízené snímky se mezi sebou porovnají. Často je dobré na těchto snímcích provést vý řez detailu, na kterém je úrove ň poškození fotografie více patrná při pouhém pohledu oka. Úrove ň kvality zpracování a odstran ění šumu fotoaparátu pak ještě lépe posoudíme, srovnáme- li mezi sebou více model ů. P ři tomto srovnání je pak více patrné, která technologie se umí s digitálním šumem lépe vyrovnat. Je t řeba dát si ale pozor, aby byly fotografie po řízeny za stejných sv ětelných podmínek a snímaly pokud možno stejný obraz. K tomuto srovnání m ůže být vhodné fotografování ur čité scény ve fotoateliéru, kde nejlépe zajistíme konstantní osv ětlení. Dalším zp ůsobem, jak lépe rozlišit úrove ň šumu je vyfotografovat některý z testovacích obrazc ů. Na obrazcích s n ěkolika úrovn ěmi šedé barvy nebo na barevném testovacím obrazci, kde je šum snáze rozlišitelný a navíc jej můžeme posoudit v jednotlivých barevných složkách. Je ale nutné použít profesionální obrazec, nebo ť špatn ě zhotovená předloha, a ť už chybným zvolením tisku, nebo špatnou kvalitou předlohy, pak m ůže výsledky porovnání zkreslit chybami na samotném obrazci. Z hlediska kvality tisku je nejvýhodn ější použít obrazce zhotovené osvitovou metodou (tedy osvitem z kinofilmu).

24 Testování: První sérii test ů jsem provedl na skupin ě fotoaparát ů firmy Canon . Ve svém výb ěru model ů jsem vycházel z aktuální nabídky na trhu a snažil jsem se zastoupit všechny uživatelské úrovn ě. Jedinou kategorií, kterou jsem musel opomenout, jsou full frame DSLR fotoaparáty, které pat ří ke špi čkám daných firem a jejichž cena často p řesahuje hodnotu 100 000,-. K č. Díky vysoké po řizovací cen ě jsou tyto fotoaparáty z řídkakdy zap ůjčovány k testování. Všechny nové modely řady EOS, ze kterých jsem p ři testování vycházel, jsou vybaveny novým procesorem DIGIC 4 a snímacími senzory CMOS, které Canon sám vyvíjí. Pozitivním krokem ze strany firmy je i 14bit A/D p řevodník použitý u všech kategorií.

Fotoaparát Canon EOS 1100D Canon EOS 600D Canon EOS 60D Canon EOS 7D Typ sníma če CMOS CMOS CMOS CMOS Velikost čipu 22,3 x 14.9 mm 22,3 x 14.9 mm 22,3 x 14.9 mm 22,3 x 14.9 mm Rozlišení 12,2 Mpx 18,0 Mpx 18,0 Mpx 18,0 Mpx A/D p řevodník 14bit 14bit 14bit 14bit Obrazový procesor DIGIC 4 DIGIC 4 DIGIC 4 2x DIGIC 4 Kategorie Vstupní/Amaterská Amatérská Poloprofesionální Profesionální Přibližná cena t ěla [k č] 9000,- 15 500,- 24 500,- 36 000,- Crop faktor 1.6x 1.6x 1.6x 1.6x

Tab. 4 Testované fotoaparáty firmy Canon [30]

Vstupním modelem sou častné nabídky firmy Canon je model EOS 1100D. Zám ěrn ě uvádím název kategorie jako vstupní, jelikož se p ředpokládá, že majitel této zrcadlovky nemá v této oblasti ješt ě zkušenosti a jde o jeho první setkání s DSLR zrcadlovkou. Tomu nasv ědčuje i cena p řístroje, nižší rozlišení senzoru a ovládání uzp ůsobené pro amatérského uživatele. Pro hodnocení úrovn ě šumu jsem pak zvolil testování p ři hodnotách citlivosti na sv ětlo ISO 100, 200, 400, 800, 1600, 3200. Při t ěchto úrovních jsem postupn ě fotografoval b ěžn ě osv ětlenou venkovní scénu. U jednotlivých fotografií jsem pak zhotovil vý řezy pro lepší rozpoznatelnost a srovnání úrovn ě šumu. V první časti pro všechny testované hodnoty ISO, v druhé pak pro ISO 200 a ISO 3200 k lepšímu zhodnocení nár ůstu šumu v těchto krajních polohách.

25

Obr. 13 Porovnání digitálního šumu u modelu EOS 1100D

Další výsledky z testu první série fotoaparát ů Canon jsou umíst ěny v příloze 1 a na přiloženém CD. Testy prob ěhly postupn ě ve všech uživatelských kategoriích, jak je uvedeno v tab. 4. Pro podrobn ější p řezkoumání výsledk ů test ů doporu čuji shlédnout data v plném rozlišení na monitoru PC, kde nevzniká zkreslení dané tiskem.

Druhou sérii test ů jsem provedl za stejných podmínek pro fotoaparáty zna čky Nikon . Do svého výb ěru jsem za řadil podobn ě jako u první série modely, které reprezentují sou častnou nabídku na trhu a zárove ň i jednotlivé uživatelské kategorie. Tyto fotoaparáty jsou osazeny procesory EXPEED 2 a 12bit p řevodníky (s výjimkou modelu D 300s) viz tab 5 . Do svého výb ěru jsem ješt ě za řadil netradi čně i amatérský kompaktní fotoaparát Nikon 1 V1, který využívá procesor EXPEED 3. Tento procesor je zatím využit jen u top modelu firmy Nikonu D3 a bude zakomponován až do nové série model ů, která je v tuto dobu postupn ě uvád ěna na trh. Pro srovnání jsem ješt ě otestoval i model Samsung NX 200, který zase na trhu konkuruje nezvykle vysokým rozlišením senzoru 20,3 Mpx.

26 Fotoaparát Nikon 1 V1 Nikon d3100 Nikon d7000 Nikon d300s Samsung NX 200 Typ sníma če CMOS CMOS CMOS CMOS CMOS Velikost čipu 13,2 x 8,8 mm 23,1 x 15,4 mm 23,1 x 15,4 mm 23,6 x 15,8 mm 23,5 x 15,7 mm Rozlišení 10,1 Mpx 14,2 Mpx 16,2 Mpx 12,3 Mpx 20,3 Mpx A/D p řevodník 12bit 12bit 12bit 14bit 12bit Obrazový procesor EXPEED 3 EXPEED 2 EXPEED 2 EXPEED 2 DRIM III Kategorie Kompakt Vstupní/amatérská Poloprofesionální Profesionální Kompakt Přibližná cena t ěla [k č] 20 000,- 12 000,- 26 000,- 31 000,- 14 000,- Crop faktor 2.7x 1.5x 1.5x 1.5x 1.5x

Tab. 5 Testované fotoaparáty firmy Nikon a Samsung [31] [32]

Obr. 14 Porovnání digitálního šumu u modelu D300s

Pro jednodušší srovnání výsledk ů test ů jsem ješt ě dané fotografie obodoval a vše zanesl do tabulky ( tab. 6 ). Jako kritérium hodnocení jsem zvolil t ři body , kdy jeden bod náleží fotografiím s nízkým nebo nerozlišitelným digitálním šumem, dva body fotografiím s mírným šumem ale dobrou ostrostí a kresbou, a t ři body pak pat ří fotografiím s vysokým

27 šumem a špatnou kresbou. Pokud by p ři testech byly použity podmínky fotoateliéru a fotografovaným objektem by byl testovací obrazec (nap ř. n ěkolik stup ňů barev od bílé až po černou), byl by ode čet mnohem jednodušší, a tak bych mohl zvolit v ětší bodové rozp ětí. To by samoz řejm ě umožnilo ješt ě p řesn ěji odlišit kvalitu jednotlivých model ů.

N1 V1 N d3100 N d7000 N d300s S NX EOS 1100D EOS EOS 60D EOS 200 600D 7D 100 1 1 1 2 1 1 1 1 200 2 1 1 1 2 1 1 1 1 400 2 2 1 1 2 2 2 2 2 800 3 2 2 2 2 2 2 2 2 1600 3 3 2 2 3 3 3 2 2 3200 3 3 3 2 3 3 3 3 3

Tab. 6 Výsledné zhodnocení test ů šumu

Z výsledk ů test ů vyplývá celkem o čekávaný fakt, a to, že dražší modely DSLR si s digitálním šumem umí poradit lépe. Nejlepší výsledky podal model Nikon D300s, nejhorší výsledky potom samoz řejm ě kompaktní fotoaparáty. Za nejvýhodn ější fotoaparát v pom ěru ceny a výkonu bychom mohli ozna čit model Canon 1100D, který nabízí v podstat ě stejnou kvalitu jako podobný model konkurence Nikon D3100, ale v tuto chvíli je k dostání za nejnižší cenu ze všech testovaných fotoaparát ů (v četn ě kompaktních p řístroj ů).

4.2 Testování výsledného obrazu na podání barev

Zdroje sv ětelného signálu, které člov ěk vnímá jako bílé, ve skute čnosti bílé nejsou. Mají svoje spektrum. Nejb ěžn ějším zdrojem sv ětla je Slunce. Slunce ale svou barvu (spektrum) m ění v závislosti na denní dob ě, po časí nebo nadmo řské výšce. Spektrum ranního a ve černího slunce je nap ř. zabarvené do červena, pokud je zamra čeno, tak spíše do modra atd. [33] Když se díváme na bílý p ředm ět, je jeho barva bílá, protože odráží všechno sv ětlo, které na n ěj dopadá a nem ění jeho spektrum. Dopadá-li na p ředm ět sv ětlo bílé, jeví se nám jako bílý, dopadá-li však na n ěj sv ětlo modré, jeví se nám jako modrý. Takže svítí-li na bílý předm ět (nap ř. papír), denní sv ětlo má takovou barvu, jaké spektrum odráží. P řesto se však v jakékoli denní dob ě pro lidské oko bude papír jevit jako bílý. [33]

28 Příčina tohoto jevu je dána lidským mozkem, který je velice tolerantní práv ě k bílé barv ě. Pokud je tedy p ředešlá zkušenost mozku taková, že papír je bílý, bude nám jej jako bílý interpretovat i tehdy, pokud na n ěj bude dopadat nap ř. namodralé spektrum. Mozek takto interpretuje bílou barvu v závislosti na zkušenostech o barvách p ředm ětů nashromážd ěných během celého života. [33] Digitální fotoaparát samoz řejm ě vyhodnocuje danou scénu tak, jak ve skute čnosti vypadá. To by v praxi ale mohlo znamenat, že fotografie po řízená v šeru bude mít namodralý nádech atd. Lidské oko tak tuto scénu nevnímá, a proto je nutné na fotoaparátu nastavit, které barvy lidské oko vnímá jako bílé (i když ve skute čnosti bílé nejsou).

U DSLR existuje n ěkolik možností jak bílou barvu nastavit, neboli provést tzv. vyvážení bílé (white balance). První možností je využít automatického nastavení fotoaparátu (Automatic White Balance - AWB). V tomto režimu nemusí uživatel nic nastavovat a vyvážení bílé je tak v režii obrazového procesoru. Ten vyhodnotí data, která p řicházejí ze snímacího senzoru, vyhledá nejsv ětlejší body na fotografii, které ozna čí jako bílou barvu. Podle ostatních dat pak procesor zjistí celkový barevný nádech fotografie. Tato metoda funguje celkem spolehliv ě, ale pouze za standardních sv ětelných podmínek. [34] Další možností je nastavení teploty okolního sv ětla v Kelvinech. Bylo totiž dokázáno, že spektrum sv ětla, které je t ělesem vyza řováno, je ovlivn ěno jeho teplotou. Proto je možno barvu sv ětla vyjád řit i teplotou, na kterou je nutné zah řát černé t ěleso, aby vyza řovalo požadované spektrum. Jednou z možností jak takovouto teplotu na fotoaparátu nastavit, je využití již přednastavených model ů pro ur čité situace viz tab 7 . [34]

Popis Teplota v K Žárovka, halogen (Tungsten) 3200 Zá řivka (Fluorescent) 4000 Slunný den (Sunny and daylight) 5200 Zamra čený den (Cloudy and hazy days) 6000 Blesk (Flash) 6000 Stín (Shade) 7000

Tab. 7 Nej čast ěji užívané režimy pro nastavení vyvážení bílé barvy [34]

Toto nastavení také není zcela p řesné, protože nereaguje na barvu okolního prost ředí. Oproti automatickému nastavení však nese tu výhodu, že jednotlivé snímky fotografované

29 v rámci jednoho z režim ů budou obsahovat stejnou chybu zkreslení bílé barvy, kterou je potom jednodušší u celé série hromadn ě opravit. [34] Nejspolehliv ější metodou, p ři které nastavujeme teplotu osv ětlení v Kelvinech, je zadat konkrétní hodnotu p římo do fotoaparátu. To má nespornou výhodu nap říklad p ři používání studiového osv ětlení, u kterého je teplota v Kelvinech udávána v manuálu. V ětšina profesionálních DSLR možnost zadání teploty nabízí a to v rozsahu 2 000 – 10 000 K s možností korekce hodnoty po 100 K. [34] Poslední možností, p ři které si nemusíme s nastavením WBA na fotoaparátu d ělat starost, je ukládat fotografie do formátu RAW a vyvážení bílé nastavit až p ři úprav ě v PC. Tato metoda sice klade vysoké časové nároky na úpravu jednotlivých fotografií, ale vylu čuje jakoukoliv chybu ur čení WBA, jelikož je toto nastavení u formátu RAW možno kdykoliv zm ěnit.

Testování: Zkoušku barevného podání , tedy schopnosti p řístroje vyvážit bílou barvu jsem provedl u všech fotoaparát ů z předchozího testu. K testování jsem použil klasický barevný testovací obrazec (viz p říloha 2), který jsem se všemi p řístroji vyfotografoval v automatickém režimu vyvážení bílé a následn ě pro srovnání i v p řednastaveném režimu pro osv ětlení zá řivkou, kterou byla osv ětlena místnost, kde byly p řístroje testovány. Z výsledných fotografií jsem pak v programu Zoner Photo Studio 14 ode četl, jak moc se v daném režimu zm ěnila bílá barva v modelu HSL. Barevný model HSL vychází ze t ří hodnot (H – barevný odstín, S – saturace, L – sv ětlost). Z hodnoty L tedy m ůžeme vy číst, jak moc se daná barva liší od čist ě bílé, která je reprezentována maximální hodnotou 255 ( čist ě černá pak hodnotou 0). Na obr. 15 m ůžeme vid ět p říklad na modelu Canon EOS 1100D, kde v automatickém režimu došlo k vyvážení bílé na červeno-šedý odstín reprezentován v HSL modelu hodnotami H:27, S:79, L:209. V ru čním nastavení do režimu zá řivka pak byla bílá barva vyhodnocena jako jemný odstín šedo-žluté reprezentovaný hodnotami H:48, S:70, L:201. Obrazové výsledky všech test ů jsou pak uvedeny v příloze 2 a na p řiloženém CD. Samotné hodnoty barevného modelu HSL nám o vyvážení bílé barvy na fotoaparátu mnoho nepoví. Pokud ale budeme vycházet z toho, že na testovacím obrazci je bílá barva znázorn ěna hodnotou L:255, m ůžeme tak z výsledných fotografií ur čit s jakou odchylkou byla bílá barva interpretována fotoaparátem a srovnat tak, který fotoaparát vyhodnotil bílou barvu nejp řesn ěji viz tab. 8 a graf 1 .

30

Obr. 15 Výsledek testu pro AWB (vlevo) a výsledek nastavení jednoho z režim ů (vpravo) pro model EOS 1100D

N 1 N N S NX EOS EOS EOS EOS V1 d3100 N d7000 d300s 200 1100D 600D 60D 7D Auto 167 200 179 195 197 209 206 216 214 Ru ční nastavení 176 190 173 197 190 201 193 204 207

Tab. 8 Hodnoty L (sv ětlosti) v barevném modelu HSL na testovaných fotoaparátech

Jak je vid ět na grafu 1 , lépe si s vyvážením bílé poradily fotoaparáty značky Canon. Pokud se budeme soust ředit pouze na jasovou složku L barevného modelu HSL, ukázalo se, že v daných podmínkách bylo nejvhodn ější použít automatický režim vyvážení bílé. V podstat ě ve všech p řípadech (až na model Nikon D300s), byla bílá barva zobrazena v ěrn ěji v automatickém režimu. Režim ru čního nastavení na osv ětlení fotografické scény zá řivkou nebyl vyhodnocen tak dob ře jako u automatického režimu. To mohlo zap říčinit venkovní sv ětlo dopadající do místnosti, kde byly fotoaparáty testovány, které zm ěnilo teplotu

31 celkového osv ětlení. Barevný nádech takto vyhodnocené scény měl u v ětšiny model ů žluto- zelený odstín.

250

230

210

190

170

Hodnota L (barevný model HSL) model (barevný L Hodnota 150 N 1 V1 N d3100 N d7000 N d300s S NX EOS EOS EOS EOS 7D 200 1100D 600D 60D Auto Fotoaparáty Ru ční nastavení

Graf 1 Srovnání testovaných model ů na interpretaci bílé barvy

Tímto testem, který jsem na vybrané skupin ě fotoaparát ů provedl, m ůžeme jednoduše posoudit, jak obrazový procesor vyhodnotil okolní sv ětelné podmínky a podle toho zobrazil bílou barvu. Test je tedy velmi jednoduše a rychle proveditelný, ale pro p řesn ější vyhodnocení (zvlášt ě p řesnosti manuálního nastavení), by bylo pot řeba využít profesionálního osv ětlení, u kterého známe teplotu v Kelvinech. Přesné zobrazení pouze bílé barvy, i když ta nakonec ur čuje celkový barevný nádech výsledné fotografie, nemusí být jediným aspektem, na který je t řeba se p ři takovýchto testech zam ěř it. Pro p řesn ější ur čení kvality barevného podání testovaných fotoaparátů by bylo t řeba zhodnotit barevný odstín, ke kterému se zobrazená bílá barva p řiklání a také to, zda m ůže v daných sv ětelných podmínkách tento odstín p řisp ět k větší v ěrohodnosti podání snímané scény. P ři p řesn ějším testu by bylo dobré zhodnotit i podání jiných barev a dalších aspekt ů jako je nap ř. podání barvy lidské pleti. Tyto testy op ět vyžadují využití testovacích obrazc ů v odpovídající obrazové kvalit ě nebo lidského modelu.

32 4.3 Test kresebnosti obrazového sníma če

Sou částí test ů v ětšiny digitální fotoaparát ů je také test kresebnosti. U DSLR fotoaparát ů rozlišujeme jak kresebnost objektivu , tak i kresebnost samotného sníma če. Tedy to, jak detailní obraz je schopen objektiv na obrazový senzor p řivést, ale i to, jak detailní obraz je schopen obrazový sníma č zaznamenat. V praxi to potom znamená, že velice kvalitní optika m ůže být limitována nižší kresebností obrazového senzoru a naopak. Proto jsou ob ě tyto sou části tvo řící DSLR zrcadlovku testovány na kvalitu kresebnosti. Z t ěchto test ů můžeme potom ur čit, jaký objektiv k danému t ělu DSLR zvolit, abychom využili plného potenciálu, jak samotného objektivu, tak i obrazového sníma če. Testování kresebnosti provádíme fotografováním testovacího obrazce (tzv. testchartu ), který je dán normou ISO 12233. K test ům používáme dva rozdílné typy t ěchto obrazc ů, které se liší v rozlišení lph (po čtu linek na výšku obrazu). Obrazec s nižším po čtem lph je používán u klasických kompaktních fotoaparát ů. Druhý obrazec s podstatn ě vyšší hustotou lph je potom využíván pro DSLR zrcadlovky s vysokým rozlišením a velmi kvalitní optikou. Další hodnotou, kterou m ůžeme z testovacích obrazc ů vy číst je rozložení ostrosti po celé snímané ploše. U v ětšiny objektiv ů je nejv ětší míra ostrosti uprost řed obrazce a po krajích ostrost klesá (to jak moc se liší ostrost ve st ředu obrazce a po jeho krajích je dáno kvalitou použité optiky). [35]

Testování: Při svém testu kresebnosti jsem se zam ěř il pouze na kompaktní fotoaparáty z předchozího testování. Rozhodl jsem se pro tyto „nižší“ modely z toho d ůvodu, že se u nich nep ředpokládá vým ěna objektiv ů, i když to oba tyto modely umož ňují. Díky tomu není pot řeba zohled ňovat zvláš ť kresebnost senzoru a zvláš ť kresebnost objektivu a je možné na celou tuto soustavu nahlížet jako na jeden celek podávající danou kresebnost. Pro sv ůj test jsem použil testovací obrazec daný normou ISO 12233 ve verzi s nižším po čtem lph pro testování kompaktních fotoaparát ů (viz p říloha 3). Tento obrazec jsem vytiskl na doporu čenou velikost A2, která je dána normou. Pro p řesn ější testování, zvlášt ě pak profesionálních DSLR zrcadlovek, bych doporu čil použít profesionální obrazec vytvo řený kvalitním fototiskem. Pro ú čely srovnání dvou kompaktních fotoaparát ů však posta čí i obrazec zhotovený tiskem na klasické tiskárn ě. Aby nebyly výsledné snímky zkresleny neostrostmi vzniklými pohybem fotoaparátu, je u těchto test ů nutné použít stativ. Obrazec

33 jsem pak každým z testovaných p řístroj ů vyfotografoval nejprve p ři nastavení hodnoty clony f5 a poté p ři hodnot ě clony f8. Fotografie po řízená p ři clon ě f5 by m ěla reprezentovat kresebnost fotoaparátu v běžných podmínkách, fotografie po řízené p ři clon ě f8 by m ěla reprezentovat kresebnost v ideálních podmínkách s nejvyšší hloubkou ostrosti, která je u většiny fotoaparát ů dosažena práv ě p ři nastavení clony okolo hodnoty f8. Na objektivech obou fotoaparát ů jsem nastavil ohniskovou vzdálenost 35mm, p ři které dosahuje v ětšina objektiv ů nejlepších obrazových výsledk ů.

Obr. 16 Výsledky testu kresebnosti fotoaparátu Nikon 1 V1 pro velikost clony f5

Na obr.16 jsou zobrazeny vý řezy jednotlivých částí testovacího obrazce z testování na kompaktním fotoaparátu Nikon 1 V1 . Uprost řed obrázku je zobrazena stupnice kresebnosti ve st ředu fotografovaného obrazce a v rozích pak stupnice odhalující zhoršení kresebnosti po celé ploše snímaného obrazu. Z výsledk ů, (zvlášt ě pak p ři bližším p řezkoumání vý řez ů na obrazovce monitoru), je patrné, že na daném obrazci, který jsem m ěl pro sv ůj test k dispozici, je fotoaparát p ři zaost ření na st řed schopen vykreslit 1300 – 1400 lph. V krajích objektivu, zvlášt ě pak u stupnice pro pravý a levý dolní okraj, kresebnost i ostrost z části klesá, ale výsledek se zásadn ě neliší od kresebnosti ve st ředu obrazce. To sv ědčí o kvalitním zpracování objektivu. Při profesionálních laboratorních testech dosahuje tento fotoaparát vyšších

34 výsledk ů, ale k tomu je t řeba použít testovací obrazec zhotovený ve velmi vysoké kvalit ě a také p řesné osv ětlení, které udává norma. Pro srovnání kvality dvou fotoaparát ů mezi sebou však sta čí i tyto výsledky, jelikož je zkreslení vznikající p ři zhotovení obrazce stejné pro oba testované fotoaparáty. U druhého testovaného fotoaparátu Samsung MX 200 (viz p říloha 3) lze pozorovat mnohem vyšší kresebnost ve st ředu, která se ztrácí u hodnot v rozmezí 1600 – 1700 lph. Je třeba si ale uv ědomit, že tento fotoaparát disponuje obrazovým senzorem s dvojnásobnou plochou a rozlišením. Na rozdíl od prvního testovaného p řístroje je však u modelu Samsung MX 200 mnohem patrn ější rozdíl mezi kresebností ve st ředu obrazce a kresebností po jeho stranách. Nejvíce je toto zkreslení patrné v pravém horním a dolním rohu, kde objektiv výrazn ě ztrácí kresbu a ostrost oproti st ředu obrazce. Toto zkreslení je dáno horším technickým zpracováním objektivu, který není schopen využít plný potenciál senzoru, jímž je fotoaparát osazen. U testovacích fotografií po řízených p ři vyšším zaclon ění objektivu na hodnotu f8, a tedy delším čase osvitu senzoru, je patrné zlepšení kresby ve všech částech obrazce. Je však nutno brát v potaz, že díky delšímu času odklopení záv ěrky, je k po řízení ostré fotografie nutné zna čné osv ětlení fotografované scény nebo použití stativu.

35 ZÁV ĚR

Ve své práci jsem stru čně shrnul historický vývoj DSLR fotoaparát ů, kde poukazuji na důležité milníky ve vývoji t ěchto p řístroj ů, které definovaly profesionální digitální fotoaparát tak, jak jej známe dnes. Dále jsem se zam ěř il na snímací senzory, jež jsou u DSLR zrcadlovek používány, u kterých jsem popsal princip jejich fungování a také výsledný vznik obrazového výstupu z digitálního fotoaparátu. Po tomto náhledu, do dnes používaných technologií, jsem se zam ěř il na testování chyb výsledného obrazu, které souvisí práv ě s použitým obrazovým sníma čem a obrazovým procesorem fotoaparátu. Pozornost jsem soust ředil na ty chyby obrazu, které jsou ve v ětšin ě p řípad ů patrné pouhým okem, a k jejichž testování není nutn ě pot řeba využít laboratorních podmínek. Tyto chyby jsem popsal a navrhl n ěkteré z možných zp ůsob ů, jak je p ři jednoduchých testech odhalit. Po otestování n ěkolika vybraných DSLR zrcadlovek a digitálních kompakt ů, jsem navrhl možné zp ůsoby, jak výsledná data zhodnotit a porovnat. Při zpracovávání tohoto tématu jsem získal nové poznatky a zdokonalil své stávající znalosti z oblasti senzorových polovodi čů , informa čních technologií a fototechniky. Svou prací bych rád poukázal na nes četné výhody, které DSLR zrcadlovky nabízí oproti kompaktním digitálním fotoaparát ům, jak technickým zpracováním, kvalitou výsledného obrazu, tak i neustále se zvyšující cenovou dostupností. V posledních letech se za čínají objevovat tzv. vstupní modely, které je možné po řídit za cenu nižší než 10 000,- K č, což napomáhá velikému rozší ření této technologie mezi b ěžné uživatele. Protože je oblast digitální fotografie rychle se rozvíjející obor, je velmi složité najít pat řičnou literaturu, která by se zabývala aktuálními trendy. Z tohoto d ůvodu se má práce z velké části opírá o internetové zdroje, které rychleji reagují na probíhající zm ěny v tomto oboru a popisují je. Rozsah této práce mi bohužel nedovolil využít plný potenciál, které dané téma nabízí. Proto by bylo vhodné navázat na ni diplomovou prací, kde by bylo možné zabývat se daným tématem podrobn ěji, a ť už v detailn ějším popisu daných technologií, nebo v přesn ějším definování profesionálních laboratorních test ů, které na t ěchto p řístrojích probíhají.

36 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY A INTERNETOVÝCH ZDROJ Ů

[1] FREEMAN, Michael. DSLR : nau čte se fotografovat digitální zrcadlovkou . 1. vyd. Brno: Zoner Press, 2007, 256 s. Encyklopedie - grafika a fotografie. ISBN 978-80- 86815-79-4 (BROž.).

[2] Digi Cam History. CARTER, Rodger. Digi Cam History [online]. 5.9. 2011, 14.2. 2012 [cit. 2012-02-17]. Dostupné z: http://www.digicamhistory.com/

[3] MCGARVEY, Jim. The DCS Story : 17 years of Kodak Professional systems . 2004, 22 s. Dostupné z: www.nikonweb.com/files/DCS_Story.pdf

[4] Fotografovani.cz: Digitální fotografie v praxi. SCHACHINGER, Roman. Fotografovani.cz [online]. 22.8. 2007 [cit. 2012-02-17]. Dostupné z: http://www.fotografovani.cz/art/df_trendy/historie-kodak.html

[5] Fotografovani.cz: Digitální fotografie v praxi. SCHACHINGER, Roman. Fotografovani.cz [online]. 18.5. 2007 [cit. 2012-02-17]. Dostupné z: http://www.fotografovani.cz/art/df_trendy/okenko-do-historie-nikon.html

[6] Nikon D1 Review: 1. Intro: Digital Photography Review. ASKEY, Phil. Digital Photography Review [online]. November 2000 [cit. 2012-02-17]. Dostupné z: http://www.dpreview.com/reviews/nikond1/

[7] Nathaniel Hansen - Filmmaker. HANSEN, Nathaniel. [online]. 23.7. 2011 [cit. 2012- 02-17]. Dostupné z: http://www.nathanielhansen.com/wp- content/uploads/2011/04/DSLR-CROP-FACTOR.jpg

[8] ANG, Tom. Pr ůvodce digitálního fotografa . 1. vyd. Praha: Knižní klub, c2003. ISBN 80-242-1062-2.

[9] DOLE ČEK, Jaroslav. Moderní u čebnice elektroniky . 2. vyd. Praha: BEN - technická literatura, 2005, 154 s. Knížka pro každého. ISBN 80-730-0184-5.

[10] Schéma FF čipu. In: Úvod do techniky CCD čip ů [online]. 21.9.2011 [cit. 2012-02- 28]. Dostupné z: http://ccd.mii.cz/image?id=463

[11] Úvod do techniky CCD čip ů. In: CCD kamery pro astronomii [online]. [cit. 2012-02- 28]. Dostupné z: http://ccd.mii.cz/art?id=303&lang=405

[12] Super CCD - Wikipedia, the free encyclopedia. In: Wikipedia, the free encyclopedia [online]. 1.11. 2005 [cit. 2012-02-28]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:CCD_Sensor_Layout_Evolution.png

[13] BŘEZINA, Jan. CMOS vs. CCD sníma če - zm ěny na obzoru. In: Fotografovani.cz [online]. [cit. 2012-02-29]. Dostupné z: http://www.fotografovani.cz/art/df_trendy/cmos-vs-ccd.html

37

[14] LEE, Hsien-Che. Introduction to color imaging science . Cambridge: Cambridge University Press, 2005. ISBN 0511109571.

[15] PIHAN, Roman. Vše o sv ětle – 9. Sv ětlo a senzor digitálních fotoaparát ů. In: Fotografovani.cz [online]. 23.03.2007 [cit. 2012-02-29]. Dostupné z: http://www.fotografovani.cz/art/fozak_df/rom_1_09_sensor.html

[16] Vše o sv ětle – 9. Sv ětlo a senzor digitálních fotoaparát ů. In: Fotografovani.cz [online]. 23.03.2007 [cit. 2012-02-29]. Dostupné z: http://www.fotografovani.cz/images3/rom_svetlo_9_01.gif

[17] Sony announce new RGBE CCD. In: Digital Photography Review [online]. 15.7. 2003 [cit. 2012-02-29]. Dostupné z: http://www.dpreview.com/news/2003/7/15/sonyrgbeccd

[18] RGBE filter. Wikipedia, the free encyclopedia [online]. 25.7. 2011 [cit. 2012-02-29]. Dostupné z: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c7/RGBE_filter_on_sensor.svg

[19] What is moiré?. Nikonusa.com [online]. 4.12. 2011 [cit. 2012-03-01]. Dostupné z: http://www.nikonusa.com/kdb/moire/moire_forms.gif

[20] Foveon. Foveon.com [online]. [cit. 2012-03-01]. Dostupné z: http://www.foveon.com/index.php

[21] X3 Technology: What's a Pixel. Foveon [online]. [cit. 2012-03-01]. Dostupné z: http://www.foveon.com/files/PixelLocation.gif

[22] DAVID, Jakub. Fotoaparáty - Obrazové procesory. [online]. [cit. 2012-03-01]. Dostupné z: http://home.zcu.cz/~jakubd/Obrazov%C3%A9%20procesory.html

[23] FILIPI, David. K čemu slouží obrazový procesor?. Fotografovani.cz [online]. 26.09.2005 [cit. 2012-03-01]. Dostupné z: http://www.fotografovani.cz/art/fotech_df/obrazovy-procesor.html

[24] MONTABONE, Sebastian. Beginning digital image processing : using free tools for photographers . New York, NY: Apress, 2010. ISBN 978-143-0228-417.

[25] PIHAN, Roman. Vše o formátu RAW – 1.díl. Digimanie.cz [online]. 19.3.2008 [cit. 2012-03-02]. Dostupné z: http://www.digimanie.cz/art_doc- 87481D92051B776BC1257410006AAA3F.html

[26] PIHAN, Roman. Formáty pro ukládání fotografií - 7.díl: TIFF. Digimanie.cz [online]. [cit. 2012-03-03]. Dostupné z: http://www.digimanie.cz/art_doc- 4CBF2AEE009BDA7AC12573AE004728C9.html

[27] PIHAN, Roman. Formáty pro ukládání fotografií - 2.díl: jpeg. Digimanie.cz [online]. 7.11.2007 [cit. 2012-03-03]. Dostupné z: http://www.digimanie.cz/art_doc- DFE45A64CEF30B7DC125738B0044B181.html

38 [28] DIWA Labs zahajuje. Fotoaparat.cz [online]. 3.12.2007 [cit. 2012-03-03]. Dostupné z: http://www.fotoaparat.cz/article/10567/1

[29] FIKKER, Jaroslav. Šum v digitální fotografii. Fotoaparat.cz [online]. 29.7.2004 [cit. 2012-03-03]. Dostupné z: http://www.fotoaparat.cz/article/7193/1

[30] Canon Czech Republic [online]. [cit. 2012-03-04]. Dostupné z: http://www.canon.cz/

[31] Nikon Česká republika: [online]. [cit. 2012-03-05]. Dostupné z: http://nikon.cz/cs_CZ/

[32] Samsung : Systém NX [online]. [cit. 2012-03-05]. Dostupné z: http://www.samsung.com/cz/consumer/cameras-camcorders/nx-system

[33] PIHAN, Roman. Vyvážení bílé na DSLR. Fotoroman.cz [online]. 21.6.2005 [cit. 2012-03-06]. Dostupné z: http://fotoroman.cz/techniques2/light_white_balance.htm

[34] PIHAN, Roman. Barva a vyvážení bílé. Fotografovani.cz [online]. [cit. 2012-03-06]. Dostupné z: http://www.fotografovani.cz/art/fozak_df/rom_color2.html

[35] BŘEZINA, Petr. Co najdete na testovacím obrazci?. Digiarena.cz [online]. 25. 10. 2006 [cit. 2012-03-13]. Dostupné z: http://digiarena.e15.cz/co-najdete-na-testovacim- obrazci_3

39 Příloha 1

40

41

42

43 Příloha 2

Canon EOS 1100D automatické nastavení (L) ru ční nastavení (R)

44

Canon EOS 600D automatické nastavení (L) ru ční nastavení (R)

Canon EOS 60D automatické nastavení (L) ru ční nastavení (R)

45

Canon EOS 7D automatické nastavení (L) ru ční nastavení (R)

46

Nikon N1 automatické nastavení (L) ru ční nastavení (R)

Nikon D7000 automatické nastavení (L) ru ční nastavení (R)

47

Nikon D3100 automatické nastavení (L) ru ční nastavení (R)

48

Nikon D300s automatické nastavení (L) ru ční nastavení (R)

Samsung MX 200 automatické nastavení (L) ru ční nastavení (R)

49 Příloha 3

Nikon N1 clona f5

Nikon N1 clona f8

50 Samsung MX 200 clona f5

Samsung MX 200 clona f8

51 Příloha 4

CD s následujícím obsahem: - fotografie ze všech testovaných fotoaparát ů na velikost digitálního šumu v plném rozlišení. - testovací obrazec barevného podání fotoaparátu a fotografie ze všech testovaných fotoaparát ů na barevné podání v plném rozlišení. - testovací obrazec podle normy ISO 12233 a fotografie ze všech testovaných fotoaparát ů na hloubku ostrosti v plném rozlišení.

52