Что такое пиксель шифт
Обновлено: 06.07.2024
Компания Sheba Microsystems, разрабатывающая приводы MEMS для реализации в миниатюрных камерах функций автоматической фокусировки, оптической стабилизации изображения и съемки со сверхвысоким разрешением, представила ShebaSR — первый в мире миниатюрный привод, который может улучшить разрешение изображений, снятых камерой смартфона, в девять раз. Как утверждается, во столько же раз уменьшается количество артефактов и увеличивается количество деталей на изображении. По словам производителя, камеры с приводами Sheba позволят получить изображения «качества зеркальной камеры».
ShebaSR обеспечивает улучшение изображения за счет сдвига пикселей. Эта технология быстро набирает популярность на рынке профессиональных фотоаппаратов. За последние шесть лет такие производители, как Olympus, Panasonic и Sony выпустили несколько моделей в своих линейках зеркальных и беззеркальных камер с функцией повышения разрешения сдвигом пикселей. По мнению Sheba Microsystems, у этой технологии есть потенциал и в смартфонах.
Однако датчики изображения смартфонов намного меньше датчиков профессиональных фотоаппаратов. Электромагнитные приводы, которые могут работать в случае зеркальных и беззеркальных камер, слишком громоздки, чтобы поместиться в ограниченном пространстве мобильных устройств, и им не хватает скорости и точности, чтобы обеспечить более чем 4-кратное разрешение изображения. Таким образом, технология сдвига пикселей оставалась недоступной в камерах мобильных устройств. Изменить ситуацию позволило применение технологии MEMS.
ShebaSR может точно сместить датчик изображения на расстояние, равное 1/3 пикселя. При этом ошибка при повторном сдвиге не превышает 20 нм. По точности и скорости ShebaSR не только соответствует, но и превосходит самые передовые возможности сдвига пикселей в больших камерах. По словам Sheba Microsystems, технология готова к выходу на рынок, поскольку процесс изготовления привода уже масштабирован для массового производства, а сам привод прошел стандартные испытания на надежность, необходимую для использования в смартфонах.
Привет, фотографы! Поговорим о новомодных фишках современных фотоаппаратов, которые, по моему мнению, фотографу вовсе не нужны.
Ведущие мировые маркетологи не сидят на месте и готовы на всё, лишь бы вы купили новую модель фотоаппарата. Чтобы стимулировать покупки они широко рекламируют нововведения в фотоаппараты, которые, как они утверждают, переворачивают процесс фотосъёмки значительно упрощая его.
Но мне всё чаще приходится слышать, что кто-то купил новую камеру за 3000 долларов, а потом очень сильно разочаровался в её функциях. Мне так и говорят: «Я купил навороченную камеру со множеством функций, мне в рекламе обещали лёгкий и быстрый процесс съёмки, а заявленные функции не помогают мне снимать».
Таким людям я объясняю, что ответственность за свой выбор они несут сами, потому что маркетолог – это такой сотрудник, которого за враньё никто не покарает, особенно если растут продажи. Маркетологу фирмы-производители фотоаппаратов даже выпишут премию.
Именно поэтому, руководствуясь принципами чести и добросовестности, я написал эту статью, чтобы вы понимали какие фишки новых камер вам не нужны и за что платить точно не нужно.
1. Автофокус по глазам
Сейчас почти все современные камеры распознают глаза портретируемого и автоматически наводят на них фокус. Одними из первых эту фишку внедрили в камеры Sony и широко разрекламировали.
С одной стороны, звучит неплохо. Не нужно думать в какую точку навёлся фокус, теоретически снимки должны получаться всегда резкими и в соответствии с общепринятыми стандартами портретной фотографии.
Но есть одно «но»! Эта функция работает правильно только в топовых камерах в сочетании с топовыми объективами. И только в этом случае фокусировка по глазам действительно будет работать точно и именно так, как её задумали инженеры.
В реальности мы видим, что Canon R5 или Sony A4 мало кто покупает, а многие стараются приобрести камеру начального уровня, которая поддерживает автофокус по глазам. Так вот, в любительских камерах эта фишка уже не работает из-за ограничений слабенькой матрицы, процессора и такого же объектива.
Простая камера с автофокусом по глазам не сможет дать вам преимуществ, если ваша модель быстро двигается. В этом случае процессор камеры просто не будет успевать распознавать глаза и отдавать команду фокусироваться на определённой точке. Следовательно фокусировка будет промахиваться.
Более того, даже при использовании топовой камеры автофокус по глазам не поможет вам, например, если вы – спортивный фотограф или снимаете школьников на выпускной альбом. В этом случае глаза не будут целью для автофокуса. При этом не забывайте, что за саму функцию, полезна ли она для вас или нет, вы всё равно платите деньги. Было бы лучше потратить бюджет на более дорогой объектив, чем на программные фишки.
2. Пиксельный сдвиг (Pixel Shift)
Маркетологи вам расскажут, что благодаря технологии пиксельного сдвига вы будете получать на 50-мегапиксельную камеру 200-мегапиксельные изображения, при этом цветопередача будет идеальной, а шумы невозможны из-за высочайшего уровня сигнала.
А вот профессиональные фотографы, которым не нужно продать камеру во что бы то ни стало расскажут, что пиксельный сдвиг – абсолютный мусор.
Дело в том, что для обеспечения корректной работы данной функции крайне важно обеспечить неподвижность камеры. Если вы установите фотоаппарат на штатив и будете думать, что обеспечили неподвижность, то не спешите радоваться. Во многих районах нашей страны (да и мира тоже) такая сейсмоактивность, что все преимущества пиксельного сдвига моментально испарятся.
И я говорю не только о колебаниях земной поверхности, но и банально о проезжающих мимо автомобилях или даже трамваях. Теперь я думаю, что вы согласитесь со мной, что эта функция абсолютно ненужная, потому что идеальных условий для съёмки практически не бывает.
Оговорка: если вы занимаетесь репродукциями и работаете в художественной галерее, тогда Pixel Shift для вас!
3. Фокус-стекинг при съёмке с рук
Если вы хотите получить большую глубину резкости сохранив при этом чёткость каждого кусочка будущей фотографии, то вы определённо задумаетесь о фокус-стекинге.
Однако это фишка многих современных камер (Pentax и Olympus ей особенно гордятся) оказывается совершенно бесполезной в подавляющем большинстве ситуаций, потому что нет такого программного обеспечения во всём мире, которое могло бы идеально склеивать изображения с различной точкой фокусировки при условии, что картинка движется.
И я не говорю о динамических сценах, вовсе нет. Речь идёт даже о примитивных макро фотографиях. Если вы снимаете стрекозу, то она хоть чуть-чуть, но сдвинется. Если вы снимаете пейзаж, то облака поплывут, а листья на деревьях шелохнутся. Всё это создаст на конечной фотографии странные артефакты.
Если вам нужен качественный стекинг, то посмотрите в сторону смартфонов, например, iPhone. У смартфонов программы автоматического стекинга работают лучше, чем в фотокамерах.
Такие фотографии возможно получить только с использованием макрообъектива. Фокус-стекинг обязательно даст артефакты и сделает кадр непрезентабельным Такие фотографии возможно получить только с использованием макрообъектива. Фокус-стекинг обязательно даст артефакты и сделает кадр непрезентабельным4. Высокоскоростная серийная съёмка
Топовые камеры могут снимать серии фотографий с частотой до 20 кадров в секунду, хотя есть и модели со скоростью до 30 кадров. Но кому нужна такая скорость? Объективно – никому. Истинному фотографу с хорошим чутьём достаточно сделать 1 кадр и получить за него признание, чем наштамповать цепочку однотипных снимков, а затем долго думать какой из них будет получше.
Это справедливо для 90% фотографов, которые снимают бытовые сцены и 100% фотографов, которые работают в студии. Так что именно для вас, я думаю, высокая скорость серийной съёмки окажется ни к чему, поэтому много раз подумайте, прежде чем доплачивать за подобную опцию.
Справедливости ради отмечу, что для съёмок спорта или фотоохотников скорость серийной съёмки всё-таки будет иметь значение. Но я не думаю, что подобный контингент прочитает эту статью, а всем остальным советую не заморачиваться.
Пример фотографии для которой важна высокоскоростная серийная съёмка Пример фотографии для которой важна высокоскоростная серийная съёмка5. Высокое разрешение (много мегапикселей)
Один раз ко мне подошёл человек и сказал: «Привет, ты же фотограф? Я решил себе камеру купить, выбрал вот эту. Как она тебе? В ней так много мегапикселей – это же классно!»
Этой логике следуют очень многие, но так поступать нельзя. Вероятно, вы хотите получать снимки максимального качества. Это чувство мне знакомо. Но вам стоит понять, что качество снимка не зависит напрямую от разрешения, которое способна выдать матрица.
В частности, использование большой матрицы с высоким разрешением приведёт к необходимости её стабилизировать. Далеко не каждая камера имеет встроенную стабилизацию, поэтому вам придётся покупать более дорогие объективы со стабилизаторами или хорошие тяжёлые штативы, а также применять специальную технику фотосъёмки, чтобы избегать смазывания.
Так что если вам действительно нужна камера с 50-60 мегапиксельной матрицей, то будьте готовы потратить большие деньги на премиальные объективы, а комплектный оставьте до лучших времён.
Я бы рекомендовал покупать камеры с высоким разрешениям только бьюти-фотографам, работающим в студиях и которым объективно нужна максимальная детализация. Если же вы снимаете бытовые сцены или коллективные портреты, то большая детализация вам будет не нужна.
Фотоаппарат Canon EOS 90D имеет разрешение 32,5 мегапикселей. И это притом, что у него кропнутая матрица Фотоаппарат Canon EOS 90D имеет разрешение 32,5 мегапикселей. И это притом, что у него кропнутая матрица6. Фокусный сдвиг (Focus shift)
Если вы часто снимаете пейзажи, то знаете как хочется получить всё изображение в резкости. Закрыть диафрагму на f/22 не самый лучший вариант, потому что объектив начнёт сильно замыливать картинку.
В таком случае вы можете вспомнить про стекинг по фокусу и попробовать применить его для пейзажной фотографии. А было бы ещё лучше, если сама камера умела сдвигать фокус в автоматическом режиме и выдавала бы серию снимков без участия человека.
И такие камеры уже есть. Но дело в том, что они работают крайне неуклюже и не гарантируют вам обеспечение нужной глубины резкости как по всей плоскости кадра, так и по ключевым частям. Более того, вам потребуется самостоятельно объединять полученные снимки в стек при помощи специальных программ. А это долго, трудозатратно и практические не автоматизированно.
Я считаю, что фокусный сдвиг – это самая бесполезная функция, которую только могли придумать производители камер. Нет ничего проще, чем установить объектив в ручной режим фокусировки и сделать серию снимков самостоятельно. Также можно выбрать ключевые точки для фокусировки в автоматическом режиме, сделать серию снимков, а затем объединить кадры в стек будучи уверенным, что фокус достигнут на всех ключевых точках съёмки (например, на траве спереди кадра, тропинке в середине и горном пике на горизонте).
Несложно сделать изображение полностью в резкости, но придётся немножко повозиться в графическом редакторе Несложно сделать изображение полностью в резкости, но придётся немножко повозиться в графическом редакторе7. HDR
Даже не хочу особенное внимание уделять этой фишке, потому что её попробовали практически все и знаю, что HDR создаёт неестественные цвета, порождает ореолы и аберрации. В результате вы получите снимок, который большинство зрителей посчитает неудачным.
Если вам всё-таки нужен HDR, то смотрите в сторону смартфонов. Их алгоритмы создают гораздо более презентабельные снимки, нежели фотокамеры.
8. Canon Dual Pixel RAW
Звучит очень круто, чтобы быть правдой. Я не видел ни одного фотографа, который смог бы заставить эту фишку работать. Некоторые из фотографов даже обращались в Canon с просьбой разъяснить как пользоваться этой функцией, но в результате так и не поняли.
А если функция не работает, то и платить за неё не следует. Вы покупаете пустышку и это нужно понимать до того, как отдадите деньги. Но Canon вам про это, конечно же, не расскажет.
9. Автоматическая отправка фотографий на смартфон
Эта функция задумывалась как помощь в быстром расшаривании фотографий и экономии места на карте памяти. По факту мы имеем постоянные ошибки в передаче данных, сброс связи во время трансферта и прочие подобные «плюшки». А ещё передача данных по беспроводному соединению знатно кушает заряд батареи.
В моей камере есть такая функция. Но я купил свой фотоаппарат не за неё. Просто эта фишка была встроена и отказаться от неё не было возможности, но я ей не пользуюсь совершенно.
10. Пиковая фокусировка (Focus peaking)
В целом фишка рабочая, её стоит использовать, если она есть вашей камере и вы предпочитаете снимать в ручном режиме. Она реально помогает фокусироваться и надёжно демонстрирует пространство, которое попало в фокус.
Но! Что вам мешает в режиме Live View нажать на кнопку увеличения изображения и посмотреть попали вы в фокус или нет? Возможно вы скажете, что это занимает больше времени, чем пиковая фокусировка. Не соглашусь с вами, потому что съёмка в ручном режиме фокуса – это не про скорость.
Новый Sony a7R III имеет функцию Pixel Shift (Сдвиг пикселей). Эта функция увеличивает разрешение изображений в 4 раза. Камера создаёт 4 фотографии, сдвигая между каждым кадром датчик на 1 пиксель. Комбинируя эти изображения позже (сама камера не делает этого), вы получите изображение, которое имеет в 4 раза более высокое разрешени (4 х 42 Мп).
Это НЕ означает, что ваш файл получит разрешение 168 Мегапикселей. Итоговое изображение сохранит разрешение 42 Мегапикселя, но оно будет содержать больше деталей, что особенно заметно при увеличении до 100%.
Так как именно это работает? При перемещении датчика на 1 пиксель в каждом направлении, датчик фиксирует полные данные о цвете для каждого канала RGBG, согласно массиву фильтров Байера, который используется на поверхности сенсора. Это объясняется в этом Sony видео:
Данная функция устраняет муар, повышает точность цветопередачи и в значительной степени увеличивает резкость. Для целей тестирования была построена сцена с некоторыми детализированными объектами.
Тестовая сцена с живописью и некоторыми объектами, которые содержат мелкие детали.
Тестирование
Функцию Pixel Shift можно назначить на кнопку C3, так что вы можете быстро включать и выключать её. При нажатии на кнопку вы можете выбрать интервал, через который будет создаваться следующий снимок. По умолчанию выбрана 1 секунда и вы не можете установить более высокую скорость, только более медленную. Увеличение интервала может понадобиться если вы работаете со вспышками и нужно время для перезарядки, например.
После того, как вы активируете Pixel Shift, вам надо нажать на кнопку спуска затвора и ожидать, пока камера сделает свою работу. Все снимки выполняются в беззвучном режиме с электронным затвором, который гарантирует отсутствие вибраций, это очень важно, так как сдвиг выполняется только на 1 пиксель. Рекомендуется использовать пульт дистанционного управления или таймер, чтобы не сдвинуть камеру в момент нажатия кнопки. Поскольку камера использует беззвучный режим, некоторые функции не будут доступны. Например, вы не можете установить ISO ниже, чем 100 или использовать брекетинг (что очевидно).
Когда камера сделает 4 фотографии, вы увидите, что они сохранены в формате RAW, даже если вы в настройках выбрали съёмку в Jpeg.
Чтобы объединить 4 изображения придётся использовать новое приложение Imaging Edge Software, который можно скачать здесь.
Откройте программу просмотра, выберите изображения, щелкните правой кнопкой мыши и выберите Create and Adjust Px, Shift Multi Shoot and Composite Image. Теперь программное обеспечение соединит 4 изображения и создаст новый файл с расширением .ARQ. Теперь вы можете экспортировать или редактировать этот конечный файл.
Итак, как выглядит конечный файл? Увеличение детализации велико. Снимок выглядит объёмным даже при 100% увеличении:
Без сдвига пикселей. Менее детализировано. Сдвиг пикселей. Текстура очень детализирована.
Вот другое сравнение кропов:
Нет сдвига пикселей. Результат сдвига пикселей.
Если у вас возникли проблемы с отображением разницы, вы можете скачать снимки в полном разрешении здесь. Обратите внимание, что эти фотографии не подвергались никакому редактированию, даже не применялись коррекции объектива.
При фотографировании со сдвигом пикселей городского пейзажа появляются проблемы. Всё работает как надо, детализация в мелких деталях увеличивается очень сильно. Тем не менее, есть и отрицательные стороны. Этот метод съёмки не очень хорошо работает с движущимися частями изображения. Снимки получаются с артефактами.
Мелкий кирпич на некоторых камерах создаёт муар. Pixel Shift справляется с этим без проблем. Резкость и детализация великолепны. Тем не менее, движущиеся части, такие как вода и облака получают артефакты при совмещении изображений. Вот пример артефактов:
Вы можете видеть, что странные вещи происходят в облаках.
Другие примеры работы технологии Pixel Shift:
Повышение детализации архитектурной фотографии Повышение детализации архитектурной фотографии Проблемы со съёмкой движущихся объектов
Можно было бы предположить, что Sony использует для объединения 4-х снимков алгоритм, подобный тому, что предлагает Photoshop (медиана и усреднение при использовании смарт-объектов), но это не так. Если попробовать объединить снимки в Photoshop и Imaging Edge, то результаты будут различны. Алгоритм Sony работает по-другому.
Тем не мене, сдвиг пикселей можно использовать в пейзажной фотографии для получения колоссальной детализации и объединять их в графическом редакторе с фотографиями, не имеющими артефактов в движущихся частях. Это немного хлопотно, но в некоторых ситуациях такое решение позволит добиться лучшего результата.
Как итог:
- Функция Pixel Shift создает изображения с более высоким разрешением с лучшей резкостью, точностью цветопередачи и меньшим муаром.
- Камера делает 4 кадра с минимальным интервалом 1 секунда. Поэтому данный функционал сложно использовать для сцен с движущимися элементами. Он предназначен для съёмки неподвижных сцен.
- Камера снимает 4 несжатых RAW-файла независимо от того, какие настройки вы установили.
- Вы должны вручную объединить файлы в программном обеспечении Sony Imaging Edge. Камера не делает это автоматически.
- Окончательный файл вы получите с разрешением 42 Мегапикселя. Это не файл с большим количеством Мегапикселей, как думают некоторые люди.
Вывод
Эта функция не является диковинкой, это действительно работает. Её могут применять не только предметные фотографы, но и ландшафтные, хотя это доставит некоторого неудобства, например, при съёмке в ветреную погоду.
Вы получаете больше гибкость при кадрировании снимка, так как при увеличении масштаба детализация не снижается. Мельчайшие элементы остаются очень точно переданы. Кроме того, вы можете использовать снимки, сделанные со сдвигом пикселей и обычные фотографии.
В конечном итоге все 24 миллиона пикселей сенсора K-3 II будут полностью захватывать цветовую информацию о красно-зелено-голубом массиве RBG без демозаики. Более того – поскольку в процессе создания серии снимков устройство захватывает куда больше света, то уровни шума могут оказаться ниже.
Реальные результаты pixel-shifting
Практические преимущества
По всей видимости система сдвига пикселей в K-3 II требует наличие штатива, она включает создание четырех последовательных снимков и их соединение либо непосредственно в камере, либо при помощи программы последующей обработки. По сравнению с обычной съемкой на это несомненно потребуется какое-то дополнительное время, однако как поведет себя K-3 II в режиме сверхвысокого разрешения (будет ли затвор оставаться открытым в ходе всей этой последовательности или нет) нам пока точно не известно. Об этом мы сообщим, как только камера побывает в наших руках.
На данный момент мы можем лишь сделать обоснованное предположение о том, каким будет качество снимка, сделанного камерой K-3 при активации этого самого сдвига пикселей. Похоже на то, что из-за усовершенствованного разрешения, ставшего возможным благодаря системе сдвига, результаты сравнения камер с AA-фильтром и без него будут одинаковы.
Так, K-3 отличается от K-3 II в той же мере, в какой K-5 отличается от K-5 II. Однако в качестве дополнительного преимущества можно считать тот факт, что K-3 II будет практически невосприимчива к «муару» и «молниеобразным» искажениям, при этом симулятор AA-фильтра не потребуется.
Общий уровень шума также должен быть снижен, поскольку предполагается, что наличие нескольких режимов экспозиции увеличат объем информации об освещенности для каждого цветового канала. Таким образом, преимущество от внедрения технологии сдвига пикселей должно быть более значительным, чем просто удаление AA-фильтра. При этом конечно предполагается, что при съемке камера будет абсолютно неподвижна. Любое движение может иметь неблагоприятные последствия, которые уменьшают преимущества данной системы либо не активируют их вообще.
С появлением в линейке зеркальных фотокамер Pentax камеры Pentax K-3II компания Ricoh Imaging реализовала в ней улучшенную систему стабилизации избражения (эффективность составляет 4,5EV) и новую технологию Pixel Shift Resolution для получения максимум качества за гранью возможностей сенсора!
Автор Сергей Мальцев. Снято с применением функции Pixel Shift Resolution
Обновление фирменной системы стабилизации изображения Shake Reduction, которая основана на сдвиге матрицы в магнитном поле в нескольких плоскостях, позволило сдвигать матрицу точно на размер одного пикселя. Это легло в основу принципа работы новой технологии Pixel Shift Resolution. А именно, в результате четырех последовательных сдвигов матрицы на один пиксель по всему фильтру Байера камера делает четыре снимка, чтобы потом синхронизировать все четыре кадра в один итоговый снимок. В сравнении с обычной системой Байера, когда каждый пиксель получает информацию только об одном цвете, и цвет каждого пикселя изображения рассчитывается благодаря интерполяции, новая система позволяет получать каждому пикселю реальные данные о каждом из трех базовых цветов. Проще говоря, матрица камеры стала получать в четыре раза больше информации о снимаемом объекте, чем раньше. От этого выиграло разрешение итогового снимка видна разница между изображением сделаным с применением и без применения новой технологии. Существенно увеличивается детализация, реальное разрешение становится выше и появляются гораздо более четкие цветовые и тоновые переходы.
K-3 II, как и другие зеркальные фотокамеры Pentax, оснащена APS-C сенсором без первичного анти-муарового фильтра. Использование новой технологии Pixel Shift Resolution позвляет получать «звенящую» резкость кадра для тех статических изображений, где возможно мог бы появиться муар или ложные цвета при обычной съемке.
Данный видеофрагмент в динамике демонстрирует принцип работы новой технологии:
Пример фотографирования статичного объекта*. Снимки сделаны парой Pentax K-3 II + объектив 43mm (ISO 200, f/10; 1/3 s; 43 mm)
Обычная съемка без использования Pixel Shift Resolution
Cъемка c использованием Pixel Shift Resolution
Обычная съемка без использования Pixel Shift Resolution
Cъемка c использованием Pixel Shift Resolution
Так как каждый пиксель получает информацию о всех составляющих цветовой модели RGB, то это позволяет получать «менее шумное» изображение, особенно при использовании более высоких значений чувствительности, когда без этой технологии обычно уже наблюдается деградация цветов и разрешения.
Данный видеофрагмент в динамике демонстрирует получаемый эффект при съемке с применением новой технологии:
При использовании функции Pixel Shift Resolution рекомендуется сохранять камеру неподвижной, а лучше закрепить ее на штативе и использовать режимы съемки: автоспуск, съемка с ПДУ, съемка с блокировкой зеркала. Это позволит избежать непроизвольных вибраций и сотрясений камеры, которые могут отразиться на итоговом снимке. Также надо помнить, что движущийся объект, попавший в поле зрения камеры, скорее всего не воспроизведется на итоговом снимке частично или полностью.
Используя полученный большой объем информации о цвете (24МБ х RGB) технология Pixel Shift Resolution позволяет создать одно сверхчеткое изображение - камера сама сшивает 4 изображения в финальный снимок, который будет заметно более объемным в сравнении со сделанным без применения новой технологии.
Автор Сергей Мальцев. Снято с применением функции Pixel Shift Resolution
Наиболее ярко функция Pixel Shift Resolution проявит возможности камеры и оптики при съемке статичных объектов — пейзажи, архитектура, предметная съемка. Увеличение разрешающей способности, более четкие цветовые переходы и более правдивые цвета позволят получить в итоге сверхчеткие изображения. Также значительно снизится шум, и, теоретически, не возникнет муар и ложные цвета.
Читайте также: