Vergelijking film - digitaal


Fotografie » TechTalk » Film » Vergelijking film en digitaal

De nadelen van een digitale sensor in het kort:

  1. het beperkt dynamisch bereik waardoor een foto snel overbelicht wordt,
  2. de digitale artefakten veroorzaakt door de sensormatrix en
  3. de overgevoeligheid voor infra-rood, waardoor je in sommige gevallen slechte beelden bekom bij zonlicht.

Een extra minpunt van digitale sensoren is dat de ruis (dark current noise) afhankelijk is van de sluitertijd, waardoor sluitertijden van meer dan 30 seconden niet realiseerbaar zijn zonder speciale maatregelen. De dark current noise wordt veroorzaakt door kleine lekstromen in de pixels (ieder pixel produceert een heel kleine lekstroom, maar bij lange sluitertijden worden deze kleine lekstromen beeldbepalend.

Digitale sensoren die in principe een hogere ISO-waarde bezitten dan film zijn dus minder geschikt voor astronomie en alle fenomenen waarbij zeer lange sluitertijden nodig zijn. In de astronomie gebruikt men sensoren die met vloeibaar stikstof gekoeld worden om de ruis te beperken.

Bij film kon je (indien je de ontwikkeling zelf deed) het Sabatier-effekt gebruiken om speciale effekten te bekomen (tijdens de ontwikkeling de negatief kortstondig belichten om een speciaal reversal effekt te bekomen). Zelfs duo-tone kon je met zwart/wit film bereiken door verschillende ontwikkelbaden te gebruiken vòòr en na de tweede belichting. Het Sabatier-effekt mag je niet verwarren met solarisatie (effekt dat optreed bij extreme overbelichting). Photoshop effekten werden vroeger in de donkere kamer gerealiseerd (vanwaar denkt je dat de benamingen doordrukken, tegenhouden en onscherp masker afkomstig waren?)

Bij film heb je honderden soorten film, met allemaal verschillende lichteigenschappen. Komt daarbij nog de verschillende ontwikkelprodukten die allemaal een ander resultaat produceren. Bij digitaal heb je één enkele sensor, waarvan je enkel de gain kan opvoeren. Een beetje zoals de volumeknop van de versterker, maar het is altijd dezelfde CD die speelt.

Beperkt dynamisch bereik

Het voordeel van pellicule (en vooral van negatieffilm) is dat het een groter dynamisch bereik (belichtingslatitude of speelruimte) heeft: pellicule kan donkere en heldere gedeelten beter weergeven zonder overbelast te worden. Achteraf kan men kiezen hoe men de afdrukken zal maken: prioriteit aan de hooglichten of de donkere delen van de afdruk, of men kan papier gebruiken die een laag contrast heeft. Dit hoog dynamisch bereik is mogelijk dankzij de reaktie van de filmemulsie ten gevolge van een lichtdeel (foton).

Het hoger dynamisch bereik wordt bereikt door de logarithmische gevoeligheidscurve van film (ten overstaan van digitaal, dat een lineair verloop heeft). Het logarithmisch karakter is "natuurlijker", bijvoorbeeld de dB-schaal dat in de audio-branche gebruikt wordt is een logarithmische schaal. Onze ogen hebben ook een logarithmische gevoeligheid: twee lampen van 50W zijn niet dubbel zo helder als één lamp van 50W.

Het logarithmisch verloop ontstaat door de werking van de gevoelige film zelf en is het grootst bij trage (weinig gevoelige) films. Deze trage films geven ook de beste foto's!

De gevoelige laag bestaat uit kleine kristallen. Hoe gevoeliger de film, hoe groter de kristallen (grote kristallen vangen meer licht op, maar geven aanleiding tot de korrel op de foto). De logarithmische curve kan best uitgelegd worden door kwantummechanika, ik zal mij dus beperken tot een zeer summiere samenvatting. Als een zilver-halide molecule (het gevoelig element van de film) getroffen is geweest door een foton (een "druppel licht"), dan wordt het kristal (waarin het zilver zit) minder gevoelig voor de volgende foton (omdat een molecule slechts éénmaal geaktiveerd kan worden). Als 50% van de moleculen geaktiveerd zijn is de gevoeligheid van het kristal tot 50% gereduceerd. Om negatieffilm dubbel te belichten (lineair) heb je viermaal meer licht nodig (kwadratisch).

Bij negatieffilm zijn alle helderheidswaarden natuurgetrouw aanwezig. Bij het inscannen van het negatief kan er gekozen worden de heldere of de donkere delen te benadrukken. Zowel een afdruk op papier of een computerscan van de filmstrook hebben een lager dynamisch bereik dan negatieffilm (men gebruikt het woord gamut om het bereik aan te geven, vooral met betrekking tot de kleurweergave).

Het zachte verloop van negatieffilm is niet van toepassing op diapositief. Door de dubbele ontwikkeling hebben diapositieven een hoger contrast en is de belichting meer kritisch.

Bij digitale fotografie zijn het electronen die uit de halfgeleider weggeslagen worden. Elektronen zijn beweeglijker, zodat de vrijgekomen plaats ingenomen kan worden door een ander elektron, en de halfgeleider opnieuw "gevoelig" is op die plaats. Er is geen logarithmisch effekt. Ik heb wel geleerd te werken met een digitaal toestel (met zijn lineair verloop) en weet uit ervaring hoe ik een geslaagde foto moet nemen.

Een sensor wordt gemakkelijk overstuurd (overflow), terwijl de donkere delen in de digitale ruis verdwijnen. Moderne sensoren hebben een lineair bereik die heelwat groter is dan het bereik van een JPEG afbeelding. Om het signaal in de JPEG te doen passen gebruikt men een niet-lineaire compressie die de donkere beeldelementen comprimeert (daar zit toch vooral ruis in). De heldere beeldelementen worden eveneens gecomprimeerd om de typische oversturingsfouten van de sensoren te onderdrukken.

In de praktijk betekent dit dat je de foto's best in de schaduw neemt als je kort na de middag fotografeert, of je zorgt ervoor dat het gezicht van het model in de schaduw staat (en je gebruikt de flitser om het gezicht extra te belichten). Ook met een lichtreflektor kan je de contrast verminderen.

Digitale artefakten

Bij een digitaal fototoestel is de gevoelige laag opgedeeld in sensoren die een matrix vormen, de bayermosaiek. Een dergelijke construktie zorgt voor moiré- en staircase-effekten. Deze storingen kunnen verminderd worden door een blurfilter of anti aliasing filter te plaatsen juist voor de sensor (een andere benaming is low pass filter). De blurfilter is eigenlijk een stuk matglas, dat even dik is als een pixel groot is (dus eigenlijk heel dun!). Bij een videocamera (480.000 pixels) waarbij de moiré-effekten het meest zichtbaar zijn is de low pass filter dan ook dikker dan bij een digitale camera met 12.000.000 pixels. Door de blurfilter wordt het beeld minder scherp. Naderhand moet het effekt van de filter ongedaan gemaakt worden. In een compact-toestel wordt dit in het toestel zelf gedaan (juist voor de opslag op geheugenkaart), bij een reflextoestel is er geen sharpening en moet je de beeldscherpte achteraf wat verhogen.

De anti-aliasing filter is hier heel kort uitgelegd, maar in feite zit er een hele complexe theorie achter dat stukje matglas (Nyquist flank, signaalbandbreedte,... de filterparameters zijn zelfs verschillend naargelang je te maken hebt met een klassieke sensor met Bayer filter of een Foveon sensor).

De blurfilter is zodanig berekend dat er geen moiré kan optreden, rekening houdend met de optische resolutie van de meeste lenzen. Gebruik je echter een lens dat een extreem scherp beeld kan geven (bij reflextoestellen), dan is een moiré zichtbaar. De roosterstruktuur van de luidspreker (installatie opgesteld in de Loewe Gallery in Knokke) interfereert met de matrix van de beeldsensor. Omdat ieder pixel gevoelig is voor één kleur resulteert dit in een kleurpatroon dat op het onderwerp niet aanwezig is.

De gevoelige laag van een film is opgebouwd uit korrels met een onregelmatige struktuur, zodat er geen artefakten optreden. Als de film goed behandeld wordt kan het scherpere beelden leveren dan een digitaal beeld —voor zover dat de filmontwikkeling perfekt verlopen is: een paar seconden te lang in een bad en de film verliest duidelijk aan scherpte!

De laatste trend (juli 2009 met de Olympus E-P1) is het gebruik van een minder effektieve blurfilter, en de moiré patronen softwarematig te verwijderen in het fototoestel zelf. Dit resulteert in algemeen scherpere beelden, want de digitale blurfilter treed enkel in werking op de plaatsen waar er effektief moiré optreed.

Overgevoeligheid voor infra-rood

De sensoren die in digitale fototoestellen zijn uiterst gevoelig voor infra-rood licht. Een ingebouwde filter houdt deze stralen tegen, maar in sommige gevallen is dit niet voldoende. De foto's vertonen een speciale fout, die enkel in dit geval optreed. Dit fenomeen wordt in detail besproken op de pagina infra-rood effekt bij fotografie en kan nadien (in zeer beperkte mate!!!) ongedaan gemaakt worden door het gebruik van filters in Photoshop.

Hot mirror

Rechts, de digitale sensor, met op het voorplan de zogenaamde “hot mirror”, de filter die de infra-rode stralen moet tegenhouden. Deze filter is licht-cyan gekleurd om een betere filtering te bekomen. Het feit dat de foto's er allemaal te blauw uitzien wordt achteraf via electronische weg gecompenseerd. Bij nieuwere toestellen hoeft de hot-mirror niet meer blauw te zijn (betere filter met steilere doorlaatcurve)

Oplossingen

Histogram

Een histogram van je foto kan je bekomen in je fotobewerkingsprogramma, maar de betere compact-fototoestellen tonen een live histogram, waarbij je de invloed van de instellingen direkt kan ervaren. Met de histogram kan je direkt zien of een foto correct belicht is; de weergave via LCD is zodanig beperkt, dat je onmogelijk kan bepalen of je foto juist belicht is (zeker als je naar het schermpje moet kijken in volle zon).

De meeste SLR-toestellen zijn niet in staat een live histogram te tonen, maar je hebt natuurlijk wel een playback-funktie, waarbij je dan het histogram kan opvragen.

Zebra - White reversal

Omdat overbelichte delen zo storend zijn, werd er gezocht naar een systeem om de overbelichte delen in een foto direkt te beklemtonen: de white reversal of zebra is een funktie dat overbelichte delen van de foto extra laat opvallen door een zebra-patroon op die plaats te tonen (meestal te vinden op professionele videorecorders) of door het overbelichte deel afwisselend wit en zwart te maken. Deze funktie is misschien wel nuttig, maar omdat het niet naar de afzondelijke kanalen kijkt, is het niet in staat kanaaloverbelichtingsfouten te detecteren.

Zie ook deze indexpagina waar alle beeldfouten besproken worden.


Voorbeeld van moié-effekt
Tweede beeld is uitsnede



Blauwfilter in lenseenheid
om infra rood extra te onderdrukken



Live histogram op het LCD scherm
van een Sony DSC-F828

Paginas die volgens Google je zouden kunnen interesseren