Je li otvor blende presudan i je li Huawei novim senzorom napravio znatan odmak u kvaliteti fotografije - Android

Kad su mobiteli počeli dobivati kamere, proizvođači su se natjecali u što većem broju megapiksela koje su mogli upakirati u uređaj. Što više megapiksela, u pravilu je značilo bolju fotografiju. No, vremenom se uvidjelo da megapikseli sami po sebi nisu presudni za kvalitetu fotografije pa je industrija krenula u smjeru poboljšanja drugih faktora. U posljednjih […]

Kad su mobiteli počeli dobivati kamere, proizvođači su se natjecali u što većem broju megapiksela koje su mogli upakirati u uređaj. Što više megapiksela, u pravilu je značilo bolju fotografiju. No, vremenom se uvidjelo da megapikseli sami po sebi nisu presudni za kvalitetu fotografije pa je industrija krenula u smjeru poboljšanja drugih faktora.

U posljednjih nekoliko godina svjedočimo primjetnom trendu povećanja otvora blende. Svi se trude imati što veći otvor kako bi poboljšali kvalitetu fotografija u lošijim svjetlosnim uvjetima, jer smo vidjeli da je u idealnim dosegnuta vrlo visoka razina i tu se više ne može puno toga napraviti. No otvor blende je samo jedan u nizu brojnih faktora koji utječu na kvalitetu fotografije.

Za početak recimo da je najvažniji faktor – svjetlost, jer fotografija nije ništa drugo doli prikaz svjetlosti. U potpunom mraku, sve je crno, nemamo nikakvih detalja, kontura, apsolutno ničeg. Isto tako, ako imamo prejako svjetlo, vidjet ćemo sve bijelo, odnosno opet ništa.

Cilj hardvera svake kamere jest uhvatiti točno onoliku količinu svjetla koja je potrebna da bi ona na konačnoj fotografiji oku izgledala što prirodnije.

Najveći problem kamera u smartfonima je iznimno malen senzor. Sve je u smartfonima općenito minijaturno, i veliku većinu volumena samog smartfona zauzima baterija. S obzirom da veći pomak u razvoju baterija nismo vidjeli desetljećima, sve ostale komponente morale su biti spuštene na najmanju moguću razinu.

U tom skučenom prostoru, mjesta za modul kamere nema puno. U njega se treba smjestiti sam senzor, svi priključci i naravno, sama leća, odnosno nekoliko njih, ovisno o dizajnu. Vidjeli smo da je Samsung s novim modelima Galaxyja S9 i S9 Plus, uspio ugurati i varijabilan otvor blende. Uistinu, ovo je veliki tehnološki pomak u ovom mikro svijetu, i nije slučajno da je upravo Samsung, koji ulaže enormnu količinu novca u razvoj, uspio to napraviti na ovaj način. Ali o toj promjenjivoj blendi jednom drugom prilikom.

Da se vratimo na početak priče i faktore koji utječu na kvalitetu fotografije, odnosno količinu svjetla koju ista sadrži. 4 su glavna faktora: brzina okidača, otvor blende, veličina senzora i njegova osjetljivost.

U samim smartfonima najčešće možemo utjecati samo na brzinu okidača i osjetljivost senzora, koja je ništa drugo doli kompenzacija nemogućnosti produljenja brzine okidanja ili povećanja otvora blende.

Samu brzinu okidača možemo promatrati kao vrata tramvaja. Na prepunom trgu, u prazan tramvaj treba ući 200 ljudi. Ukoliko se vrata tramvaja otvore samo na 5 sekundi, teško da će se ukrcati dovoljan broj putnika. Logično, da bi svi ušli, vrata trebaju biti dulje otvorena.

Na sličan način možemo promatrati i brzinu okidača, koja će propustiti svjetlost određeni dio sekunde. Što se taj okidač brže zatvori, manje će svjetla ući. Brzinu okidača označavamo u sekundama, ali s obzirom da se oni najčešće tako brzo zatvaraju, riječ je tek o djeliću sekunde. Primjerice, na danjem svjetlu, brzina okidača u smartfonu nerijetko se otvori samo 1/2000 s, odnosno dvije tisućiti dio sekunde. U uvjetima lošijeg osvjetljenja, on je znatno duže otvoren, najčešće oko dvadesetog dijela sekunde, odnosno 1/20s. Dakle, brzina okidača varira čak i do 100 puta, ovisno o količini svjetla.

Dakle, jedan faktor smo riješili i znamo da okidač treba biti dovoljno dugo otvoren da bi ušlo dovoljno svjetla.

Sljedeći bitan faktor je otvor blende. Njega isto možemo promatrati kao vrata tramvaja, ali na drugi način. Ako vozač tramvaja otvori samo prednja vrata, teško da će svih 200 putnika uspjeti ući u tramvaj, makar ona bila otvorena i cijelu minutu. Znači trebamo povećati otvore, odnosno otvoriti sva vrata, što je puno efikasniji način da dovoljno putnika uđe u relativno kratkom vremenskom roku.
Tako i otvor blende, što je veći, više svjetla kroz njega može ući. Njega označavamo kao f/(neki broj). S obzirom da je riječ o razlomku, što je donji broj veći, ta vrijednost je manja. Tako je f/2 puno veći otvor nego f/4.

Uzmimo za primjer neku grubu računicu i recimo da umnožak ova dva broja treba dati konačan broj 1. Znači, 1/50 * f/2 (odnosno 1/2) = 1. To baš i nema smisla, je li tako? No, tu se javlja treći faktor, a to je osjetljivost senzora. Najmanja vrijednost osjetljivosti senzora je 100, a njena oznaka je ISO, iako se ISO 100, čita kao 100 asa. Znači 1/50 * 1/2 = 1/100. Ovu stotinku treba pomnožiti još sa 100 asa, i dobit ćemo naš idealan konačni broj 1.

Računica zapravo izgleda:
Brzina okidača * otvor blende * osjetljivost senzora = 1

Odnosno, da bi smo dobili dobru fotku, za taj neki naš izmišljeni slučaj, brzina okidača treba biti na 1/50 s, otvor blende na f/2, i osjetljivost senzora na ISO 100.

Ako bismo zatvorili blendu na f/4, tada bi brzinu okidača trebali produžiti na 1/25 s ili povećati osjetljivost senzora na ISO 200 da opet dobijemo jednaku količinu svjetla.

Kakve veze s ovim onda ima veličina senzora?

Postoji još jedna ključna stvar, a to je tzv. crop faktor. Kad su se fotoaparati prebacivali s analognih na digitalne, trebalo je odlučiti kolika bi veličina senzora trebala biti. S obzirom da su filmske kamere većinom snimale na 35 mm film, odlučeno je da će veličina digitalnog senzora biti identična veličini filma, baš tih 35 mm u širini, odnosno točnije, 36 mm. Takav senzor zovemo “full frame”. Da ne bismo previše ulazili u ovu priču i zašto je 36 mm, a ne točno 35, za potrebu ove priče recimo da je to tako odlučeno.

Veličina Full Frame senzora iznosi 36 x 24 mm, a jednostavnom matematikom, dolazimo do njegove dijagonale koja iznosi 43,27 mm.

Postoje i manji senzori, a definitivno je najpopularniji APS-C senzor, koji je u Nikonovom slučaju, veličine 23.6 x 15.6 mm, odnosno dijagonale 28,3 mm. Znači ima 1,5 puta manju dijagonalu od full frame senzora, i samim time crop faktor iznosi 1,5.

Crop faktor nam treba kako bismo izračunali stvarni efekt potpuno otvorene blede. Tako je otvor blende f/2 na APS-C senzoru, zapravo ekvivalent f/3 onom na full frame, jer ga množimo s 1,5.
Ukratko, iako imamo f/2 otvor blende na APS-C fotoaparatu, on će propustiti jednako svjetla kao i f/3 na Full Frame fotoaparatu.

Ovo možemo promatrati i iz jednog drugog kuta, vrativši se na priču s tramvajima.

Recimo da tramvaj ima četvora vrata, a jednako toliko ih ima i kombi vozilo. Više putnika može proći kroz vrata tramvaja nego kroz vrata kombija, iako imamo jednaki broj vrata i naizgled ona su i na jednom i na drugom vozilu širom otvorena.

Baš tako i otvor blende ovisi o samoj veličini senzora. Što je senzor veći, to je i otvor blende veći, bez obzira na njegov broj. Stvarna površina vrata, odnosno otvora tramvaja naspram kombija je puno veća, jer je veće i vozilo.

Ali što je sa smartfonima? Imamo li istu situaciju i s njihovim senzorima?

Apsolutno. Taj f/1.5 otvor blende kojeg ima npr. Galaxy S9, manji je od f/1,6 otvora blende kojeg ima Huawei P20 Pro, upravo zato jer Huawei ima znatno veći senzor. No, uzevši u obzir spomenute crop faktore, Samsungov otvor blende je samo prividno veći, a u stvari znatno manji zbog razlike u veličini senzora. Dvoja širom otvorena vrata na tramvaju sigurno istovremeno mogu primiti više putnika nego troja u kombiju, iako ih je nominalno više.

Da bi stvari bile još kompliciranije, senzori u smartfonima mjere se u inčima, pa tako Galaxy S9 recimo ima 1/2,55″ senzor. E sad, ako ste pomislili da je tih 1/2,55″ mjera za dijagonalu senzora, donekle ste u pravu. Naime, kad se veličina senzora izražava u inčima, oni označavaju frakciju od 16 mm, što je veličina starih tuba na televizorima. Kakvih, potpuno nebitno za ovu priču. Dakle, 1″ senzor, u dijagonali mjeri 16 mm, 1/2,55″ ima 2,55” puta manju dijagonalu. Huaweijev senzor je znatno veći od Samsungovog, i to praktički 2 puta veći. Njegova veličina iznosi 1/1,7″, dok je Samsungov 1/2,55″.

Situaciju sada dodatno komplicira još jedan detalj, koje moramo uračunati u sam crop faktor, a taj je sam omjer stranica senzora koji je kod fotoaparata 3:2, dok na smartfonima iznosi 4:3.
No, da skratimo svu ovu zbrku i da konačno riješimo naš glavni problem, prijeći ćemo na konačna rješenja.

Galaxy S9 dolazi s približnim crop faktorom 6, a Huawei s otprilike 4,5. Tako je Samsungov stvarni otvor blende, kad ga gledamo u odnosu na full frame senzor, zapravo 6 puta manji, odnosno nije f/1,5 nego f/9. Istovremeno, uzevši istu računicu u obzir, Huaweijevih f/1,6 je zapravo f/7,2. Naravno, ovdje opet govorimo o usporedbi s full frame senzorom.
Morate znati da je ovo čista fizika. Iste oznake stoje i na fotoaparatima, a fotografi sami uvijek računaju crop faktore ukoliko su im u danom trenutku potrebni.

Iz ovoga lako možemo vidjeti da osim otvora blende, i sama veličina senzora igra vrlo veliku ulogu. Dakle, ne treba slijepo slijediti marketinške trikove s istaknutim otvorima blende, koji jesu bitni, ali nisu presudni i često ovise o drugim faktorima, u ovom slučaju veličini senzora.

Stvari se dodatno kompliciraju kad uzmemo u obzir i veličinu samog piksela (ćelije) na senzoru. Što su pikseli veći, to više svjetla pojedinačno mogu upiti. Ako su senzori iste veličine, 12 MP će primiti duplo više svjetla od 24 MP. Ovdje je potrebno napomenuti da, ako softverski spustite rezoluciju fotografije sa 12 na 4 MP, nećete dobiti 3 puta više svjetla. Problem je u samoj fizici jer vi i dalje imate 12 MP na samom senzoru, a to što ste odlučili koristiti samo trećinu je potpuno drugi par rukava.

Još jednu veliku ulogu igra i sam dizajn senzora.

Ovo možete zamisliti kao dva stola s praznim čašama, na koje pada kiša. Na jednom stolu, čaše stoje normalno, dok na drugom stolu, između čaša imamo lijevke koji usmjeravaju vodu u čaše. Tako kad kiša pada, na prvom stolu će se u čašama zadržati samo kaplje koje padnu direktno u čašu, dok će na drugom stolu lijevci između čaša u njih usmjeriti dodatne kaplje.

Naizgled glupa usporedba, ali na sličnom principu funkcioniraju i senzori kada svjetlost treba pasti njih. Napredniji dizajn senzora će bez obzira na istu površinu i broj piksela, upiti više svjetla.

Sami znate i da vam fotografije u mraku često ispadaju mutne, a to je ponajviše zbog tog minijaturnog senzora i otvora blende, koji se moraju kompenzirati spuštanjem brzine okidača na vrlo malu vrijednost. Situacija je tu vrlo jednostavna. Sve što se, dok je okidač otvoren, pomakne u odnosu na kameru, bit će mutno. Koliko se pomakne, toliko mutno će biti. Ukoliko fotografirate neku zgradu, vjerojatno će vaša ruka biti ta koja će pomaknuti kameru i uzrokovati mutnu fotografiju.

Rješenje leži u naprednim optičkim stabilizacijama, koji će kompenzirati drhtaje ruke. Uz pomoć njih možemo spustiti brzinu okidača, ali i dalje dobiti čistu fotografiju. Upravo je Huawei s P20 Pro predstavio svojevrsni 4D autofokus, s kojim ćete, kako Huawei tvrdi, moći uhvatiti fotografiju s 4 sekundnom brzinom okidača. Da se u 4 sekunde baš ništa ne pomakne, niti ruka, niti subjekt, malo je teško vjerovati. No uzevši u obzir priloženu fotografiju Bleda koju sam uhvatio svojim HTC-om U11, bez ikakvih pomagala osim vlastitih ruku, uz brzinu okidača dignutu na čak 2 sekunde, moguće je da je Huawei zaista i na ovom polju napravio znatan pomak.

Neki će reći da uvijek možemo podići osjetljivost senzora, sa ISO 100 na možda 800, i to je istina. Ali povećanjem osjetljivosti senzora, raste i količina šuma na fotografiji, pa se samim time gube detalji.

Ovdje nam uvelike pomažu razni napredni algoritmi za smanjenje šuma koji su ugrađeni u sam softver kamere. Tako je svaka fotografija koju uhvatite smartfonom spremljena u komprimirani JPEG format, sa svim poboljšanjima koje kamera nudi. Ukoliko želite uhvatiti izvornu fotografiju, bez ikakvih dorada, onda morate kameri zadati da vam fotografiju spremi u RAW formatu. No uzevši u obzir toliko napredne algoritme koje smartfoni koriste, RAW fotografije će vam izgledati neusporedivo lošije od JPEG fotografija, rezultirat će sa znatno većim zauzećem memorije, nerijetko i desetak puta većim, a da bi ste dobili istu kvalitetu, morat ćete se i dobrano napatiti u softveru za obradu fotografije.

Znalci će, naravno, iskoristiti ovakav način fotografiranja i urediti je po vlastitom guštu, no svima ostalima takav način neće biti od prevelike koristi.

U konačnici možemo zaključiti da je fotografija sama po sebi vrlo kompleksan proces, a kamere koje ih hvataju još ju kompleksnije. Ovoga puta nismo se uopće dotakli žarišne duljine, kao ni mnogih drugih stavki koje bi odredile dubinu fokusa i niz drugih detalja, jer smatramo da bismo dodatno zakomplicirali ionako kompliciran članak, u kojem smo htjeli pojasniti važnost veličine senzora i njegovih ćelija.

Same brojke, baš kao i kod procesora, ne znače previše. Stoga vams, kroz detaljnu analizu situacija, ovaj kompleksni proces pokušavamo predočiti na što jednostavniji način i ukazati vam na prednosti i nedostatke svake kamere smartfona koja nam dođe u ruke.

Čiini se da je Huawei novim P20 Pro otišao daleko ispred Samsunga, pogotovo kad u obzir uzmemo da ima praktički dvostruko veći senzor, no je li sve u ovim brojkama, uvjerit ćemo se tek kad nam P20 Pro stigne na test.

Molimo da sve ove brojke uzmete s dozom rezerve. Mnoge od njih su zaokružene, a navedeni primjeri su potpuno izmišljeni, kao što smo već rekli. Morate uzeti u obzir i da otvor blende ne možete zapravo računati na način koji smo prikazali u primjeru, jer se njegovo povećanje za stopu izražava kao potencija korijena iz dva. Tako je recimo f/1.4 duplo veći otvor blende od f/2, a f/2 duplo veći od f/2.8, itd. Ovaj osvrt je informativnog karaktera i napisan da fotografiju  što jednostavnije približi široj publici. Cilj je bio samo prikazati kako su otvor blende i brzina okidača u korelaciji s osjetljivošću senzora, njegovom tehnologijom izrade i samom fizičkom veličinom.

Nadamo se da su vam nakon ovoga barem neke stvari vezane uz fotografiju jasnije, a ukoliko vas više o tome zanima, sigurni smo da ćete na internetu pronaći mnogo stručniju literaturu, ljudi koji su je potkrijepili matematičkim dokazima, i primjerima iz stvarnog života.