DigiTREND, 10. RÉSZ

Természetesen ahogy nincsen – a szó szoros értelmében vett – digitális kép, ugyanúgy ilyen objektív sincs. Az elnevezés értelemszerűen az új technológia megkülönböztetését célozza.

Az objektívek szerepe a hagyományos (analóg) fényképezésben jól ismert. A fotográfusok általában tudják, hogy hogyan kell megválasztani a megfelelő perspektívához az objektív gyújtótávolságát, a rekesz értékét, az élességet stb. A filmet lassan – részben – felváltó CCD/CMOS/MOS képérzékelő lapkák olyan tulajdonságokkal rendelkeznek, amelyekkel kapcsolatban felmerül(het) a kérdés: alkalmasak-e a filmes objektívek ehhez az új technológiához, használhatom-e ezeket a digitális képalkotásban?

Ahhoz, hogy közelebb kerüljünk a kérdés megválaszolásához, érdemes kitérni arra, hogy a kép technikai minőségét és különösen annak élességét (az apró részletek megkülönböztethetőségét) hogyan lehet – általánosítva – valamilyen számszerű értékkel jellemezni (leírni).

A vizsgálódáshoz kiindulópont – és ez talán természetes is – az emberi szem felbontóképessége, azaz hogy egy fényképen „mekkora” egy adott kis részlet, ami még látható. Szemünk felbontóképessége egy fokperc, ami az egy fok hatvanad része. Ez a gyakorlatban azt jelenti, hogy 25 cm távolságból egy mm-en belül hat vonalpárt (12 képelemet) tudunk megkülönböztetni, vagy a tőlünk 10 méterre lévő (plakát, mozi) képen a 3 mm-nél kisebb „dolgokat” nem tudjuk megkülönböztetni, ezek egybeolvadnak. Jól ellenőrizhető ez, ha egyforma szélességű fekete és fehér csíkokat helyezünk el egymás mellé, és adott távolságon belül ezek számát növeljük/csökkentjük. Ez a modell alkalmas arra, hogy „megmérjük” egy objektív, egy képfelvevő nyersanyag vagy akár a szemünk felbontási jellemzőit, azaz hogy ezek a váltakozó vastagságú csíkok milyen minőségben reprodukálódnak. Lesz egy határ, amikor a csíkok képét a szemünk, nyersanyagunk már nem tudja megkülönböztetni, azok egybemosódnak.

A mellékelt 1. ábrán egy ilyen tesztmintát látunk. Az objektív ezt a „képet” vetíti a filmre, ahol az előhívás után az ábrán láthatóan jelenik meg. Ahogy a tesztminta finomsága növekszik (a milliméterenkénti vonalpárok száma nő), a kép egyre „laposabb és laposabb” lesz, (magyarul: a „fehér” csík egyre sötétedik, a „fekete” egyre világosodik, mígnem egyformák lesznek). Amikor a legfinomabb struktúra észrevétlenné válik, elértük a felbontás határát (jelen esetben ez az objektív és a felhasznált film „közös” felbontási határa).

Ha ábránkon a fehér papír fényességét 1-nek és a nyomdafesték feketéjét 0-nak vesszük, akkor egy lépcsős diagramot kapunk. Ahol a vonalpárok száma növekszik, a világos és sötét sávok fényességkülönbsége egyre kisebb lesz. Ábránkon a durva struktúra képe még mindig egyenlő 1-gyel, a közepes (második) struktúránál a fényességkülönbség már csak 0,3 míg a nagyon finom (harmadik) struktúránál ez már csak 0,05 azaz az átvitel 100 %-os, 30 %-os, illetve 5 %-os.

Ezt – az ábrán legalul látható – grafikont hívjuk MTF görbének. Jelentése szó szerint: modulációs transzfer függvény (Modulation Transfer Function). Szerencsésebb lenne a lényeget jobban tükröző átviteli függvénynek vagy görbének nevezni, hiszen arról „szól”, hogy a valóság részleteit milyen mennyiségben és minőségben képes közvetíteni egy képalkotó eszköz.

A 2. ábrán különböző – tipikus – karakterisztikájú MTF-eket látunk:

– KÉK: alacsony moduláció – nagy felbontás (vp/mm);

– PIROS: magas moduláció – kisebb felbontás;

– PIROS: magas moduláció – magas felbontás.

A moduláció az eredetileg fekete-fehér vonalpárok fényességkülönbségének megváltozott mértékéről árulkodó szám. Az első ábránk középső teszt mezejének képén a 0 értékű feketéből kb. 0,35-ös értékű szürke lett, miközben az 1 értékű fehér fehérsége kb. 0,65-ös értékre csökkent (világosszürke lett). Így a korábbi 0–1 kontraszt (100 %) 0,65–0,35 = 0,3 érték különbségre, 30 %-osra csökkent. Használhatnánk a 0 és 1 közé eső tizedes tört értékeket is, de a százzal való felszorzás, azaz a %-os kifejezés jobban érzékelteti a jelenség lényegét.

Szemünk a tisztánlátás távolságában (kb. 25 cm) milliméterenként kb. 6 vonalpárt tud (képes) megkülönböztetni. Ez azt jelenti, hogy egy kb. A/4-es méretű kép hosszabbik oldala (30 cm) a legnagyobb érzékelhető felbontás eléréséhez legalább 3600 képpontból kell, hogy álljon. Ha a felvétel egy kisfilmes géppel készült (képmérete: 24 x 36 mm), akkor ezt a kópiát 7–7,5-szeres nagyítással tudtuk létrehozni, azaz a filmen lévő képnek legalább 40 vp/mm felbontásúnak kell lenni (ezt a helyet jelöltük a 2. ábrán). A végleges kép felbontása (részletgazdagsága, élessége) a nyersanyag MTF-jének, az objektív MTF-jének – sok egyéb technikai körülményt most nem részletezve – eredője (szorzata).

A 3. ábrán egy jó minőségű objektív (Zeiss) és a Kodak T-Max 100 fekete-fehér film MTF görbéit látjuk: az együttesen létrejövő kép görbéjével együtt. Ha a szemünk felbontási értékével vetjük össze ezt a képet (40 vp/mm), az kb. 85 %-os MTF-nek felel meg, azaz majdnem pontos mása (élességben) a valóságnak. Élesnek látunk egy részletet 50 %-os MTF értékig, de a 10 % alatti képrészlet már életlennek mondható.

A film változó méretű és struktúrájú ezüst halogenid szemcséivel szemben a digitális (elektronikus) képtechnológia érzékelő felületei (CCD, CMOS, MOS lapkák) szabályosan sorba rendezett egyforma méretű – általában négyzet alakú – pixelekből (képpontokból) állnak. Ezek nagysága és a képfelület mérete pontosan meghatározza (rögzíti) az érzékelő felület képpontjainak számát. Azaz a 12 mikron (0,012 mm) méretű pixelekből építkező 24 x 36 mm-es képérzékelő 2000 x 3000 pixeles (6 Mp), míg egy 6 mikronos (0,006 mm) pixelekből ugyanezen felület 4000 x 6000 = 24 Mp felbontású. Ha ezen utóbbi (talán jobb) érzékelő milliméterenkénti pixelsor párjait (ez a lehetséges legmagasabb felbontási – MTF – érték) számoljuk: ez 80 vp/mm-nek adódik (a 6 Mp-es lapka esetében ez éppen 40 vp/mm!).

Fényképezéskor – pl. a teszt fekete-fehér csíkoknál – a részlethatárok általában nem igazodnak (esnek) a pixelek határaihoz, mint ahogy ezt a 4. ábra szemlélteti. Megfigyelhető, hogy (itt) körülbelül 7 sötét/világos sávpár (sorpár) jut minden 10 pixelre. A tesztsávok szélessége tehát kisebb, mint egy pixel (körülbelül 0,7-ed akkorák), tehát egy világos sáv mellett egy fekete sáv kisebb része is egy-egy pixelre esik. A pixel nem tud különbséget tenni a két sáv között, ezért fényerő átlagot számol (egy beépített fénymérőhöz hasonlatosan). Így a pixelekben különböző szürke tónusok jelennek meg attól függően, hogy az egyes pixelekben mekkora részen van világos, illetve sötét sáv (ezt mutatja a 4. ábrán a CCD által létrejött kép). Az alatta lévő fényeloszlás görbe mutatja, hogy tíz pixelenként (pixelsoronként) csak három teljes átmenet figyelhető meg a teljesen világos és teljesen sötét pixel(sorok) között, miközben hét ilyen sorpárnak kéne lennie. A kialakult sorpárok száma, ahelyett, hogy növekedne, inkább csökken. A kép többé nem egyezik meg pontosan a tárggyal, hamis információkból épül fel.

Ha a maximális 5 vonalpár/10 pixel-es biztos reprodukálhatóságra gondolunk, akkor matematikai összefüggést láthatunk ebben az információ vesztésben:

– a maximális 5/10-es küszöböt átlépő vonalpár/pixel: 7/10;

– az 5/10-et kivonjuk az ezt meghaladó vp/10 pixel számból, jelen esetben: 7/10 – 5/10 = 2/10 (vonalpár/10 pixel);

– az így kapott 2/10 vonal-pár/10 pixel értéket kivonjuk a maximális 5/10 vonalpár/10 pixel értékből: 5/10 – 2/10 = 3/10.

Az eredmény azonos (egyenlő) a tulajdonképpen előállítható 3 vonalpár/10 pixeles (hamis) pixel szerkezettel. A fizikai képérzékelő lapkák modulációs átviteli görbéje visszatükrözi a maximálisan létrehozható vonalpár számot. Ez a szám – mint az előzőekből is látható – függ a lapka felbontásától. A növekvő pixelszám tehát nem felesleges luxus, hanem a filmhez közelibb kép létrehozásának feltétele.

A kép teljes modulációs továbbításának (MTF) értékét az objektív és a félvezető lap MTF-je határozza meg: egyfelől, a legmagasabb vonalpár (maximális felbontás) esetén a moduláció értéke (%-ban), amelyet a szenzor állít elő, alacsony kell, hogy legyen (10 % alatti), hogy a hamis információ ne jelenhessen meg a képen; másfelől viszont a továbbított modulációnak olyan magasnak kell lennie (50 % feletti-nek), amekkora csak lehet, figyelembe véve a szem felbontását és a várható nagyítás mértékét.

Ez az ellentmondás csak akkor oldható fel, ha a szenzor maximális felbontása (vonalpár továbbító képessége) jóval magasabb, mint a szem felbontása.

Ha egy félvezető szenzor esetén maximális felbontásnál a moduláció 30–50 %-os, akkor joggal és okkal kívánhatjuk, hogy az objektív ugyanennél a vonalpár felbontásnál csak 20 %-os modulációjú legyen, mert így a „hamis információ” 10 % alá (0,5x0,2=0,1) eshet, nem lesz látható.

Ezektől a gondolatoktól függetlenül azt is figyelembe kell vennünk, hogy – mint az analóg fotográfiában – itt is bezavarhatnak a nagyobb kontrasztú képelem határoknál a színhibák. Ezek kiküszöbölhető hibák, ha méretük kisebb, mint maga a pixel. Ez csak magas színkorrekciójú (úgynevezett apochroma-tikus) lencsék használatával lenne elérhető.

Az objektívek tervezésekor általában fontosabb szempont a magas fényerő és/vagy a gyújtótávolság változtathatósága. A hatékony színkorrekció csak ezen mutatók rovására történhetne. A piac (a vásárlók) elvárásai döntik el, hogy egy objektív a képalkotásban betöltött feladataiból mit, milyen minőségben fog (tud) teljesíteni.

A digitális fotó-, videó- és filmkamerák gyártói minden egyes félvezető lapkához ahhoz illeszkedő objektív(ek)et kellene, hogy tervezzenek, az adott eszköztől elvárható legoptimálisabb képminőség érdekében.

Rák József