Kuidas digikaamera töötab? (20.01.2009)

Samuti on tänapäevased filmi- ja digikaamerad ülimalt kasutajasõbralikud, fotograafil pole vaja teha muud, kui vajutada päästikunuppu, ülejäänu eest hoolitseb kaamera automaatika. Aga siiski võiksite teada seda, et digikaamera töötab täpselt sellel samal, juba meie ajaarvamise algaastatel täheldatud camera obscura põhimõttel, mis on kõikide fotoaparaatide tööpõhimõtte aluseks ja lugeda hoolikalt läbi järgnev mis loodetavasti aitab kalleid seadmeid efektiivselt kasutada. Samuti oleks kasulik, kui teil oleksid vähemalt algteadmised fotograafiast. Lugege fotograafia algõpetust meie internetileheküljel ja tutvuge erialakirjandusega.

Nii nagu fotoaparaadiski tekkib ka digikaamera sisemuses pildimotiivi ümberpööratud ja vähendatud kujutis. Põhiline erinevus seisneb aga selles, et digikaameras ei paikne kujutise tasapinnas mitte valgustundlik film, vaid miniatuursed valgustundlikud seadmed, CMOS või CCD elemendid. Kuigi nimetused on erinevad töötavad mõlemad samal põhimõttel. Väiksegabariidilisel seadmel paiknevad valgusdioodid, mis reageerivad valguse toimele ja väljastavad kaamera arvutile elektrilised signaalid iga pildipunkti kohta. Selleks, et valgusdioodid suudaksid eristada ka värve on nende ette paigutatud kolme põhivärviga, punased, rohelised ja sinised filtrid.

 

Sensorile langeva, pildistatava objekti värvilise kujutise poolt valgusdioodides tekitatud elektriliste signaalide väärtused registreeritakse kaameraarvutis, teisendatakse kahendkoodi ja salvestatakse kokkulepitud kujul failina digikaamera mälukaardil. Nagu joonisel näha, ei ole kolme põhivärvi värvifiltrite arv võrdne. CCD-dl või CMOS-l kõrvuti paiknevate valgusdioodide kohale on filtrid paigutatud nii, et rohelised katavad 50%, ning punased ja sinised filtrid vaid mõlemad vaid 25% sensoritest. Nii, et tegelikult ei ole kolme miljoni pikseliga digikaamera sensoril mitte iga värvi eristamiseks kolme miljonit valgusdioodi. Enamik neist, ehk siis 1,5 miljonit on muudetud tundlikuks rohelistele kiirtele, 0,75 miljonit on punasetundlikud ja 0,75 miljonit sinisetundlikud. Appi, jälle petetakse, võiks siinkohal hüüda, kuid pole mõtet, selle eest, et digikaameraga tehtud pilt sisaldaks väljaöeldud pikselite arvule vastavat informatsiooni hoolitseb kaameraarvuti spetsiaalne programm, mis arvutab-oletab kõikide pildipunktide jaoks välja RGB arvude väärtused. Sõltumata sellest, millist sensorit digikaamera kasutab on tema tööpõhimõte lihtne ja loogiline.

Läbi objektiivi digikaamera sensorile langev kujutis tekitab valgustundlikes dioodides elektrilised signaalid, milliste suurused sõltuvad kujutise heledusest ja värvusest. Olenemata sellest, milline on kaamera tööpõhimõte väljastab digikaamera sensor päästikule vajutamise järgselt nn. RAW faili, mis salvestub kõigepealt kaamera vahemälusse (buffer memory). RAW fail on oma olemuselt digipildi mustand. Sisaldades informatsiooni kõigi valgustundlikul sensoril paiknevate valgusdioodide mõõtmistulemuste kohta ei sobi ta, vähemalt mitte veel tänase seisuga trükifailiks. Selleks, et pilti oleks võimalik aparaadi või arvutiekraanil näha tuleb ta muuta standardseks pildifailifailiks. Kaameras paiknev arvuti teeb selle töö ära kiiresti, vaid mõne sekundiga ja sõltuvalt kaamerakasutaja valikust on võimalik salvestada mälukaardile kas suuremahuline TIFF fail või sellest tunduvalt väiksem, kokkupakitud JPEG fail. Paljud uusimad kaamerad võimaldavad ka RAW faili salvestamist, eesmärgiga töödelda mustandit hiljem, tunduvalt kiirema lauaarvuti ja palju mitmekülgsemate võimalustega tarkvara abil. Kaameratootjate poolt väljatöötatud RAW failide konverteerimiseks mõeldud tarkvarad võimaldavad pildistamisjärgselt muuta kõiki pildifaili parameetreid. Olulisel määral, tavaliselt +/- 2 EV arvu on võimalik korrigeerida säri, muuta saab kontrastust, teravust, värviküllastust, pikslite arvu, valge balanssi jne..
Eeltoodud eelised on põhjuseks, miks paljud elukutselised kasutavad pildistamisel RAW salvestamise võimalust.

Milline digisensor on parim?
Mis määrab digipildi kvaliteedi ja kui suured on erinevate tootjate poolt valmistatud sensoritega saadud samasuguse pikslite arvuga pildifailide kvaliteedi erinevused, on küsimus mis vaevab paljusid. Kahtlemata on tähtsaid komponente kolm, valgustundlik element, objektiiv ja kaameraarvuti.

Enamikes täna toodetavates kaamerates on kasutusel CCD või CMOS tüüpi elemendid ja kuigi Foveon juba enam kui aasta oma koduleheküljel kuulutab, et tulevikus on kõigis digitaalsetes seadmetes nende firma kolmekihiline pildisensor, pole nii siiski juhtunud. Ka Fuijfilmi omatoodang, valgusdioodide mesilaskärje kujulise paigutusega CCD element ei ole oma paremust tõestanud mujal kui Fuji laborites. Samuti on mõttetuks osutunud igasugused kaamerasisesed pildiformaati suurendavad võtted ja nii ei ole imesid selles valdkonnas sündinud. Mõningad erinevused siiski on, näiteks CCD element tarbib mõnevõrra rohkem voolu kui CMOS element, kuid annab parema tulemuse vähese valgusega pildistamisel. Digikaamerate kasutamisel ongi üheks probleemiks vähevalgustatud aladel tekkiv müra, mis muutub häirivaks pildi suurendamisel.

Ka siin on igal tootja leidnud oma tee, kas siis digisensorit täiustades, või pakkudes kasutajale võimalusi müra tarkvaraliseks kõrvaldamiseks. Kaamerakasutaja jaoks ei oma muidugi mingit tähtsust, millise sensoriga tema digikaamera töötab, loomulikult on kõige tähtsam see, milline on valmistulemuse, pildifaili kvaliteet!

Oluline on objektiivi kvaliteet!
Digikaamera probleemid johtuvad digikaamera valgustundliku elemendi üliväikestest mõõtmetest. Näiteks on kahe miljoni piksliga digikaamera sensori mõõtmed vaid 5x7,5mm ja nii peab ühele millimeetrile kõrvuti ära mahtuma 1200:5=240 valgusdioodi! Selliste, miniatüürsete sensorite tootmine on keeruline ja kallis, ning sellega ongi seletatav digikaamerate kõrge hind. Põhimõtteliselt oleks võimalik varustada ka harrastajatele mõeldud digikaamerad suuremate, tavalise filmikaadri suurusega valgustundliku elemendiga, kuid sellisel juhul oleks kaamera suur ja kohmakas ning tarbiks palju voolu. Mida väiksem on digikaamera sensor, seda väiksem on tema enda ja ka kaameras paikneva arvuti voolutarve. Seetõttu ongi mindud teist teed, kasutades väikseid sensoreid püütakse leida kompromiss sensori suuruse ja pildikvaliteedi vahel. Kuid, et siingi kehtib fotograafiareegel, mida väiksem on valgustundlik element, seda väiksem peab olema objektiivi fookuskaugus, tekkivad probleemid objektiivide tootmisel.

Nagu jooniselt, millel on kujutatud Nikon Coolpix 8800 läbilõige, selgub, on digikaamera objektiivi konstruktsioon väga keeruline ja enamuse kaamera korpusest haarabki enda alla objektiiv. Piisavalt laia pildinurgaga ülilühikese fookuskaugusega objektiivi, mille pildinurk vastaks kinofilmikaamera lainurkobjektiivile, konstrueerimine ja tootmine on kallis ja töömahukas. Enamike digikaamerate zoomobjektiivide maksimaalne pildinurk on vaid 55-65’, mis vastab kinofilmikaamerate 35-38mm objektiividele. Vaid üksikud mudelid on varustatud 28mm lainurkoptikale, vastava zoomobjektiiviga.

Väga tähtis komponent on ka kaameraarvuti, ja selles töötav programm. Midagi keerulist selles tänapäevase arvutustehnika jaoks ei olekski, kui poleks tegemist ülimalt väikeste mõõtmete ja väga nõrkade elektriliste signaalidega ning suurte kiirustega. Peab ju kaameraarvuti pildistamishetkel vaid sekundi murdosa jooksul määrama säri, valima valge balansi ning hoolitsema ka autofookuse täpse toimimise eest. Kõik need protsessid toimuvad elektrooniliselt ja nii ongi digikaamerate puuduseks suur voolutarve. Kui filmikaamerat kasutades saab ühe komplekti patareidega pildistada mitukümmend filme, siis digikaameraga saab parimal juhul ühe akukomplekti laadimistsükliga pildistada vaid sadakond pilti. Küllaltki palju voolu tarbib autofookus ja sensor, kuid põhitarbijaks on siiski TFT ekraan, ehk seesama seade mis annab kasutuseelised pildistamisel - kadreerimisel ja piltide läbivaatamisel.

Milleks on digikaameral menüü?
Lisaks tavapärastele juhtnuppudele on digikaameral olemas menüü, mida saab vaadelda pildikuvaril. Digikaamera esmakordsel käivitamisel tuleb menüü abil sisestada kaamera mälusse kuupäev ja kellaaeg ning valida kasutuskeel.

Menüü ning vastavate valiknuppude abil saab muuta kõiki digikaamera seadistusi nagu pildi suurus, faili formaat, faili pakkimise aste, digikaamera tundlikkus ja valge balanss ning valida särireziime, videoformaati ine. Samuti saab menüüd kasutada piltide vaatlemise ajal mittevajalike piltide kustutamiseks, tähtsate piltide kaitsmiseks, piltide trükiarvu määramiseks ning mälukaardi formaatimiseks.

Menüü ning vastavate valiknuppude abil saab muuta kõiki digikaamera seadistusi nagu pildi suurus, faili formaat, faili pakkimise aste, digikaamera tundlikkus ja valge balanss ning valida särireziime, videoformaati ine.. Samuti saab menüüd kasutada piltide vaatlemise ajal mittevajalike piltide kustutamiseks, tähtsate piltide kaitsmiseks, piltide trükiarvu määramiseks ning mälukaardi formaatimiseks.

Mis on valge balanss?
Erinevates valgustustingimustes saadud objektiivsed ja teoreetilised tulemused ei pruugi meid alati rahuldada. Probleem tekkib eelkõige sellest, et inimsilmal on olemas subjektiivne värvimälu, näiteks valget paberilehte tajume me alati valgena, sõltumata sellest kas seda valgustab kollakasoranz hõõglambi või sinine päevavalgus. Ja nii me tahame ka fotokujutistki näha just sellisena nagu me teda mäletame. Digikaamera sensor on aga kahjuks liigselt objektiivne ja seetõttu ei ole valmistulemus mitte alati selline, nagu me seda ette kujutasime. Õnneks on digikaameratel olemas valgebalansi automaatne valik, mis enamikel juhtudel annab hea tulemuse ja seetõttu pole digikaamera kasutajal ka selle küsimusega vähemalt alguses mõtet pead vaevata.
Lisaks valge balansi sutomaatvalikule on ka kõige lihtsamatel digikaameratel olemas võimalus valida menüü kaudu põhivalgustustuse värvustemperatuurile vastav valge balanss.
Valge balansi käsitsi valimine on väga kasulik lisavõimalus, näiteks võib keerukates, segavalgustusega tingimustes või värvikirevate motiivide puhul kaameraautomaatika eksida. Sellisel juhul ongi kasulik valge balanss menüüst ise valida. Kuid ettevaatust! Eksida sellisel juhul ei tohi, sest vale valiku abil tehtud pilt võib osutuda kõlbmatuks. Näiteks, kui pildistame päevavalguses ja valime valge balansi hõõglambi valguse jaoks on tulemus valdavalt siniste toonidega.

Parempoolne pilt on pildistatud õige - "Direct Sunlight" (otsene päevavalgus) valge balansiga aga vasakpoolne "Incandescent" ehk siis hõõglambi valgusele vastava valge balansiga. Vastupidisel juhul, kui valime hõõglambi valguses pildistamisel päevavalgusele või välklambi valgusele vastava valge balansi saame kollakaspunakate toonidega pildi.

Vasakpoolsel pildil on kasutatud prozektorite valguses poseerivate tüdrukute pildistamisel hõõglambi valgusele vastavat valget balanssi ning pilt on õige värviülekandega.
Teisel juhul on aga jäänud fotograafi hooletuse tõttu pärast eelmise kaadri välklambiga pildistamist peale "Flash" ehk siis välguvalguse valge balansi seade.

Mõlemal juhul rikub eksimus pildi juhul, kui pildistamisel on valitud JPEG või TIFF failiformaadi. RAW formaadis faili on aga võimalik "päästa", muutes valge balansi seadet enne JPEG või TIFF failiks konverteerimist.

Milline mälukaart on parim?
Mälukaart on digikaamera üks tähtsamaid lisaseadmeid, mille töötamise (kirjutamise-lugemise) kiirusest sõltub ka digikaamera enda kiirus. Kompaktkaamerate puhul pole siiski erilist vahet millist kaardi tüüpi (tavalist või kiiret) kasutada, sest kiire kaardi eeliste kasutamiseks ei jätku väiksema kaamera arvutil resurssi.
Samuti on harrastajal mõtetu nende tehnilisi andmeid võrdlema hakata, et siis mälukaardi omaduste järgi kaamerat valida.
Ka selles valdkonnas on väga tugev konkurents, nii mõnedki vanemad tüübid on tootmisest kadunud ning kõik hetkel tootmises olevad mälukaardid on kvaliteetsed ja töökindlad.
Loomulikult on tuntud tootjate tooted töökindlamad ja paljudel juhtudel ka pikema garantiiga. Et mitmed valmistajad annavad oma mälukaartidele 5-10 aastase grantii, siis võiks hoopis see olla valikukriteeriumiks.

Pildil on neli tänasel päeval kõige enam levinud mälukaardi tüüpi. CompactFlash on neist kõige suurem nii mõõtmetelt kui kaalult, samas aga on soodne ja töökindel. Et väiksemad mälukaardid on väiksema voolutarbega siis varustatakse uusimad digikompaktid väikseformaadiliste xD Picture või SecureDigital kaartidega. CompactFlash tüüpi mälukaart on endiselt aga kasutusel ka kõige uusimates elukutseliste fotograafide digitaalsetes peegelkaamerates. Sony valis digikaameraid arendama hakates oma tee, töötades välja nii videokaameratele kui digikaameratele sobiva Memory Stick mälukaardi. xD-Picture, Fujifilmi ja Toshiba ühistööna valminu on kõige uuem digikaameratele mõeldud digitaalne film. Väikse voolutarbega salvestusseade on leidnud kasutamist ka profikaamerates ning tootja väitel on salvestusmahu ülemine piir küllaltki kõrge, kuni 8GB. Mälukaardid taluvad suhteliselt hästi mehaanilisi lööke, mistõttu nad ei purune maha kukkudes, kuid on tundlikud staatilise elektri suhtes. Seetõttu ei ole soovitav puudutada mälukaartide elektrilisi kontakte. Mälukaartide kasutamisel on soovitav neid säilitada vaid originaalseadmes või vastavas plastikpakendis.

Digikaamera sensori tundlikkus

Digikaameraga pildistaja on paremas olukorras, kui filmikaamera kasutaja, ka seetõttu, et tal on võimalik muuta valgustundliku sensori tundlikkust kasvõi iga võtte järel. Veelgi enam, enamikel digikaameratel on olemas tundlikkuse valimise automaatreziim mille valimise järel valib kaamera automaatika ise õige tundlikkuse lähtudes säriprogrammist ning pildistusobjekti valgustatusest. Pildid kujutataval, Nikon Coolpix 5400 menüül võib näha, et selle kaamera kasutamisel on fotograafil võimalik valida digikaamera tundlikkuseks 50, 100, 200 või 400ISO.

Lõpetuseks
Digikaamera kasutajal on palju rohkem võimalusi saada häid tulemusi, kui filmikaamera kasutajal. Pildistamise eelselt on võimalik valida tundlikkust, valget balanssi, pildistamisjärgselt on võimalik enamikke eksimisi parandada või ebaõnnestunud kaadrid uuesti pildistada.
Kahjuks toob aga võimaluste paljusus kaasa ka paljude eksimuste võimaluse ja seetõttu ei jäägi üle muud kui:
"Õppida, õppida ja veelkord õppida!".

Allikas: www.maksifoto.ee

<< Tagasi