Matryca cyfrowa? Ki diabeł…?

Diabeł jak zwykle tkwi w szczegółach, a w te, nie lubią się wgłębiać ci, których szare komórki funkcjonują w podobny sposób, jak opiłki żelaza w pobliżu silnego magnesu. Te, jak wiemy, nie poruszają się wówczas swobodnie, ale przyklejają się gromadnie do tego z biegunów, który akurat jest najbliżej. Tak właśnie powstają liczne plotki i mity, które powtarzane (najczęściej bezmyślnie) przez ludzi nie lubiących wchodzić w szczegóły, czyli mówiąc ogólnikowo, nie zainteresowanych dotarciem do prawdy obiektywnej, krzepną i kostnieją tak skutecznie, że rozkruszenie ich, tudzież obnażenie ich irracjonalności, staje się niemożliwe.

Wokół fotografii, narosło takich mitów sporo i nie daj Boże, ruszyć któryś z nich, bo zaraz pojawiają się, nie wiadomo skąd, rzesze „namagnesowanych”, którzy bardzo się złoszczą, widząc, że gdzieś, poza ich własnymi mózgami istnieją jeszcze „wolne szare komórki”. Te wszystkie wojny, czy Canon, czy Nikon, co lepsze, bezlusterkowiec, czy lustrzanka, czy powinno się używać słowa „fotografik”, czy to raczej snobizm, no i wreszcie…

Czy smartfon jest tak samo dobry, jak aparat? A może nawet lepszy?

Mogłoby się wydawać dziwne, że istnieją ludzie, którzy tak myślą, zwłaszcza, że podobne opinie są głoszone przez producentów smartfonów, a powielają te bzdury właśnie „fotoamatorzy”! Pardon… Oni nie lubią, jak się mówi o nich – amatorzy – Bo to sugeruje, że nie są w danej dziedzinie autorytetami, a próba wytłumaczenia im, że amator (w tym kontekście) to po prostu człowiek, dla którego fotografia nie jest głównym źródłem zarobku, jest jak próba oderwania opiłków żelaznych, od silnego magnesu, przez dmuchanie na nie. Niech będą zatem „profesjonaliści”. Albo „Mistrzowie”. Może być?

Cały szereg nieporozumień, niedomówień i zakłamań bierze się stąd, że tak naprawdę niewielu „profesjonalistów” wie, jak właściwie działa matryca. Sam diabeł może i coś słyszał, ale wątpię, bo on fotografuje raczej na filmie (Na zdjęciu tytułowym, kadr z filmu „Omen„). Generalnie każdy wie, że matryca (magiczne słowo) składa się z megapikseli (też magiczne słowo) i im więcej jest tych megapikselów, tym lepiej. Wiedzą to też producenci smartfonów i oto jeden z nich, firma „Samsung” opracowała matrycę z… Tadam! 200 Mpx! Dwustoma Megapikselami!

No i teraz tak „Mistrz” zastanawia się. Zara, moment… Nikon Z9 ma pełnoklatkową matrycę, o rozdzielczości „zaledwie” 45,7 Mpx, a kosztuje prawie 30 tys. złotych. Jeden z najnowszych bezlusterkowców Canona, też nie jest tani (12 tys.) a jego rozdzielczość to mniej, niż połowa tego, co ma Nikon. Nędzne 20 Mpx. O aparatach nieco starszych, które mają 18 Megapikselowe matryce, nawet nie ma co wspominać, bo wstyd. A tu, mamy smartfona, który dysponuje aż 200 Megapixelami i to za jedyne… No jeszcze nie wiadomo, ale z pewnością będzie to ułamek ceny wymienionych aparatów. Po co więc? – Pyta mistrz – kupować aparat? A to jeszcze nie koniec! Ten sam Samsung chwali się, że ma w rękawie matrycę o 600 Megapixelach! Drżyjcie producenci aparatów. Samsung Was pozamiata. Takie aparaty jak ten, to już przeszłość…

Rzućmy okiem na tą „dwusetkę” Samsunga. Gdy zaczniemy grzebać i spróbujemy się dowiedzieć paru szczegółów (Mistrzowie tego nie robią, bo nie muszą. Oni wiedzą…), okaże się, że ta 200 Megapikselowa matryca, to wynalazek o nazwie ISOCELL, który polega na tym, że sygnał z 16 pikseli o wielkości (to bardzo ważne) 0.64 mikrona, łączy w jeden piksel o wielkości 2,56 mikrona. A to oznacza, że w rzeczywistości, obraz ma 12 Mpx, a nie 200. Ale jakby ktoś pytał, to tych Megapikseli jest DWIEŚCIE! Rozumieta?

Można też łączyć po 4 pixele i wtedy mamy ich w sumie 50 milionów, a każdy z nich, ma już tylko wielkość 1,28 mikrona. Czemu napisałem, że to takie ważne? Czemu te piksele są łączone w grupy? Ano dlatego, że…

Wielkość piksela jest parametrem najważniejszym.

Jak to wygląda w praktyce? Otóż najpierw zapoznajmy się z wielkościami matryc. Te w aparatach już znamy (pisałem o tym tutaj), spójrzmy więc jeszcze na te z telefonów.

I tak, na przykład, iPhone 5 ma 8Mpx, matrycę 1/3,2 cala i rozmiar pojedyńczego piksela 1,45 mikrona. Samsung Galaxy S6 Edge, 16Mpx, matrycę 1/2,6 cala i pixele o wielkości 1,12 mikrona. Natomiast Sony Xperia Z5, ma aż 23 Mpx, na matrycy o wielkości 1/2,3 cala. Rozmiar pojedyńczego piksela, to również około 1,1 mikrona.

Dla porównania, zobaczmy jeszcze raz, jak to wygląda w aparatach i to wcale nie tylko tych „największych”.

Aparat o matrycy jednocalowej, czyli na przykład Sony Cybershot RX100, ma rozdzielczość 20 Mpx, a rozmiar piksela, to… Uwaga – 2,4 mikrona! Olympus OM-D E-M5 (nawiasem mówiąc, jest to aparat z 2015 r), ma matrycę 4/3 cala, 16 Megapixelową, a jeden piksel ma już 3,75 mikrona. Popularny aparat APS-c, czyli Canon 600D, ma również 16 Mpx, a wielkość piksela to 4,3 mikrona.

Pełna klatka… Tu już liczby są większe. Nikon D700, 12Mpx, 8,4 mikrona. Canon 5D Mark III, 22Mpx, 6,25 mikrona. Sony A7RII, 42 Mpx, 4,5 mikrona.

O co chodzi więc z tymi mikronami? Cóż… Mówiąc w wielkim uproszczeniu, piksel, to jest element światłoczuły (fotodioda), która ma za zadanie przechwycić światło i zamienić go na sygnał elektryczny. Gdy jest mały, ilość światła, jaka może przeniknąć do fotodiody jest również znikoma i sygnał elektryczny jest bardzo słaby, oraz podatny na zakłócenia. A gdy ilość światła jest niewielka, to już jest katastrofa. Dlatego matryce wyposażone w małe piksele, nie są w stanie rejestrować obrazu przy wyższych wartościach ISO. Bo podwyższanie ISO, to nic innego, jak wzmacnianie tego sygnału. A nadmierne wzmacnianie słabego sygnału powoduje, że na „wyjściu” dominuje szum samego wzmocnienia. Wprawdzie stosowano różne zabiegi, mające zwiększyć efektywność pixeli (jak np technologia BSI (Back Side Iluminated), która polegała na przeniesieniu całej struktury połączeń na spód matrycy, dzięki czemu światło padało najpierw na fotocele, nie rozpraszając się przy przechodzeniu przez tą strukturę), ale samej wielkości piksela, po prostu nie da się przeskoczyć. Można to porównać do napełniania naczynia wodą. Jeśli będziemy to robić przez lejek, zajmie to dużo czasu. Stosując szerszą szyjkę, przyśpieszymy nieco, a eliminując ją całkowicie (nadając naczyniu kształt wiadra), usuniemy jakiekolwiek ograniczenie. Jednak nie będziemy w stanie go napełnić bardziej, niż pozwoli na to jego nominalna wielkość. Jeżeli będzie to jeden litr, to niezależnie od tego, czy wlejemy go w dziesięć sekund, czy w jednej setnej sekundy, nadal mamy jeden litr. Gdy będziemy chcieli wykorzystać energię kinetyczną tego jednego litra wody, na przykład do poruszenia koła łopatkowego, może się okazać, że jest to za mało. Wtedy jedynym wyjściem, jest połączenie, powiedzmy 16 takich litrowych słoików i wylanie ich zawartości jednocześnie. I to właśnie robią producenci smartfonów. Dokładnie tą samą metodę zastosowano w matrycy ISOCELL.

Spójrzmy na rysunek, jak to pokazuje sam Samsung

Na pierwszym kwadracie z lewej, na dole, mamy wycinek 64 pikseli, o ich nominalej wielkości 0,64 mikrona (a więc bardzo małej). Na środkowym, są łączone po 4, a na ostatnim, po 16. Wtedy rzeczywista wielkość całej matrycy, to 12,5 Mpx. Zastanówmy się więc, czemu nie zrobić od razu matrycy 12 Megapixelowej, z pikselami o wielkości 2,56 mikrona? Przecież na jedno by wyszło.

Otóż nie do końca. Po pierwsze, 200 Mpx wygląda zdecydowanie lepiej w reklamie i w specyfikacji aparatu. To jest ten magnes, do którego lecą szare komórki „mistrzów”. Powiedzieć im, że mają 12 Mpx? Nieee… Nie kupiliby tego. Po drugie, matryca taka może być traktowana, jako 50Mpx, lub całe 200, w zależności od warunków zdjęciowych. Po trzecie, sposób zczytywania sygnałów z tych 16 pikseli, do jednego, niekoniecznie musi wyglądać tak, jak na obrazku. Możliwe są różne kombinacje, algorytmy, które mówiąc w dużym uproszczeniu, mogą dopasowywać do warunków (i do potrzeb) charakterystykę takiego jednego dużego piksela, w całkiem szerokim zakresie. A to jest bardzo istotne w tzw fotografii obliczeniowej.

Na jednym z forów „fotograficznych”, które tak naprawdę fotograficzne jest tylko z nazwy, ktoś mi powiedział, że „matryca jest nieważna, wszystko zależy od oprogramowania”. Odpowiedziałem wtedy, że owszem, ale to tak, jakby wstawić silnik od Trabanta do Porsche i powiedzieć, że to i tak zależy od skrzyni biegów. Posypały się wtedy szyderstwa i pojawiła złość, ale oczywiście „mistrzowie” nie zadali sobie nawet trudu, żeby spróbować to porównanie zrozumieć.

A użyłem go dlatego, że kiedyś, będąc jeszcze nastolatkiem, zastanawiałem się, jak to jest. Silnik w traktorze Ursus C330 ma jakieś 30 KM, a silnik w przeciętnym japońskim motocyklu, o pojemności 250 cm3, ma tych koni z 50. Czy nie możnaby więc użyć go w takim traktorze, zamiast prawie dwulitrowego ciężkiego diesla? Odpowiedź brzmiała – Nie, nie można. Ponieważ oprócz mocy, jest jeszcze moment obrotowy, który w takim traktorze wynosi 100 Nm, a w motocyklu około 20 Nm. Bierze się to właśnie z masy tłoków, korbowodów, wału korbowego i koła zamachowego. Oczywiście to prawda, że wszystko możnaby było załatwić skrzynią biegów, ale żeby uzyskać odpowiednią siłę napędową, przełożenie musiałoby być tak duże, że prędkość takiego traktora byłaby porównywalna z prędkością przesuwania się ziemskich płyt tektonicznych.

W technice, jednak nie pierwszy raz stosuje się „magię jednostek”. Pamiętacie te „wieże”, które miały na kolumnach wielkie cyfry 2000 WATT! 5000 WATT! Mocy muzycznej. W rzeczywistości, moc tych głośniczków oscylowała w okolicach kilkunastu Wat. Ale 2000 wyglądało znacznie lepiej, prawda?

Matryca o rozdzielczości 200, czy nawet 50 Megapikseli, ściśniętych na kwadraciku o wymiarach 5 na 7mm, to jest właśnie takie „2000 Wat mocy muzycznej”, albo silniczek od motocykla w traktorze. Robi wrażenie swoją liczbą, ale „moc” takiego pojedyńczego piksela, jest jak moc jednolitrowego słoika z wodą, którym próbujemy poruszyć koło młyńskie. I to się nie zmieni nigdy.

Oczywiście nie można zapominać, żeby nie przesadzać w drugą stronę. Taki Canon D40 z 2006 roku, miał matrycę APS-c i piksele o wielkości prawie 8 mikronów! A były takie wielkie dlatego, że nie potrafiono zrobić mniejszych. Dlatego, zmieściło się ich na tej matrycy tylko 6 milionów. Po prostu technologia szła do przodu i można było robić te piksele coraz mniejsze, a więc zmieścić ich więcej na sensorze o tej samej powierzchni. Stąd Canon 750D, z 2015 roku, na tej samej wielkości matrycy, mógł już mieć tych pikseli 24 miliony, bo miały tylko 3,7 mikrona. Sęk w tym, że to dawało dobre rezultaty do pewnego momentu. Po prostu zmniejszanie piksela doszło do pewnej granicy i koniec. Nie, żeby nie było możliwe zrobienie mniejszego. Chodzi o to, że po przekroczeniu tej granicy, efektywność owego piksela zaczęła gwałtownie spadać. I dalsze pomniejszanie tylko pogarszało sytuację.

W rzeczywistości, działanie aparatów w telefonach, oraz to, że na pierwszy rzut oka, zdjęcia z tych telefonów w niczym nie ustępują tym z aparatów, jest moc oprogramowania. Pisałem o tym tyle razy, że już nie mam siły robić tego po raz kolejny i po raz kolejny przywoływać tych samych argumentów. Opiłki mocno się trzymają swojego magnesu, a ja mogę sobie na nie dmuchać do końca świata, a to i tak niczego nie zmieni. Bo jakiś koleś wydrukował zdjęcia ze swojego ajfona i stwierdził, że zdjęcia zrobione „profesjonalnym” Canonem R5, właściwie są nie do odróżnienia. Oczywiście już sam tytuł „$5000 Pro camera vs iPhone 13 Pro: Can you see the difference?” nie pozostawia cienia wątpliwości, że jest to ordynarny artykuł reklamowy. Ordynarny, ponieważ „udaje”, że nim nie jest. Rzekomo, jest to obiektywna opinia jakiegoś tam fotografa, który oczywiście zupełnie bezinteresownie zadał sobie trud zrobienia zdjęć, wydrukowania ich i napisania, co według niego widać na tych zdjęciach. Myślicie, że pokazał wycięte fragmenty dalszego planu? Bogactwo detali? Nic z tych rzeczy. Ograniczył się do mętnych stwierdzeń, że „Różnica jest, ale nie taka wielka” i że „Z dystansu, te wydruki właściwie wyglądają tak samo. Z bliska się nie przyglądał”. Szczytem bezczelności i traktowania czytających, jak kretynów, jest propozycja, żeby porównali dwa obrazki, o rozdzielczości ekranowej i wielkości pocztówki, oraz spróbowali zgadnąć, „które zdjęcie było zrobione profesjonalnym aparatem, a które iPhonem”. Oczywiście „mistrzowie” są zachwyceni, a moje krytyczne uwagi skwitowali jednym krótkim zdaniem – Nie znam się…

Tego typu reklama (udająca bezstronne opinie) jest dziś najbardziej popularna, ponieważ na tradycyjne wciskanie kitu, już nikt nie daje się nabierać. Dlatego koncerny produkujące różne rzeczy (od szczoteczek do zębów, po samochody), opanowali wszelkie możliwe media, typu – fora, vlogi, blogi, grupy na fb i tak dalej. Na YT, ten wymachujący grabiami Chińczyk z ADHD, „recenzuje” aparaty, gdzie indziej ktoś zachwala smartfony i interes się kręci. A „mistrzowie” atakują i wyzywają od „hejterów” każdego, kto dysponując pewną liczbą obojętnych magnetycznie szarych komórek, zwyczajnie w te bzdury nie wierzy.

To wszystko idzie w stronę fotografii obliczeniowej, o czym pisałem już tutaj. Dynamiczny rozwój bezlusterkowców, jest przygotowaniem gruntu do wprowadzenia tych rozwiązań, które właśnie dziś są stosowane w smartfonach. Ale w tej chwili, to jest wróżenie z fusów. Póki co, to się kręci wokół ulepszania wynalazku, którego ulepszyć się już nie da. Witold Rychter napisał kiedyś w książce „Moje dwa i Cztery Kółka”, że ulepszanie klasycznego silnika spalinowego, kiedyś dojdzie do ściany, ponieważ nie da się w nieskończoność ulepszać idei, która z gruntu jest błędna. No bo przecież to czysty idiotyzm, wprawiać w ruch tłok, żeby go później zatrzymać i zawrócić w przeciwnym kierunku, skoro naszym celem jest ruch obrotowy, a nie posuwisto zwrotny. Silnik tłokowy ma sprawność dochodzącą do 40 procent i choćby nie wiem jak go ulepszać, nie przekroczy się tej wartości. Turbina gazowa już osiąga 80 procent, a silnik elektryczny 99 procent sprawności. I dlatego to on w niedługim czasie zastąpi (przynajmniej w części Świata) silniki spalinowe. W Polsce, powyciąga się z muzeów takie oto pojazdy, które zmotoryzują (po raz kolejny) naród i „przeciętnego Kowalskiego”.

Producenci aparatów, albo będą konsekwentnie dążyć tą samą drogą, co producenci smartfonów i zmniejszać wymiary, ładując jednocześnie do środka dużą matrycę, z pikselami upakowanymi do liczb, o jakich dziś nikomu się nie śni, albo wymyślą coś zupełnie innego. Z pewnością, części fotografujących się znudzi pęd do wyeliminowania czynnika ludzkiego z fotografii i zwrócą się w stronę zapomnianych już nieco technik tradycyjnych, co będzie oznaczało renesans filmu, a jeśli chodzi o fotografię masową, czyli tych wszystkich pstrykaczy, którzy robią sobie selfie na facebooka, to być może zniknie ona całkowicie, bo po prostu nie będzie potrzebna. Pstrykaniem będą zajmować się maszyny, a do nas będzie należało jedynie wybranie odpowiedniego adresata. Fotografia jako hobby, zejdzie do podziemia, albo stanie się bardzo elitarnym zajęciem, dla niezwykle wąskiej grupy pasjonatów. Zwłaszcza, że nie bedzie już ludzi, którzy pamiętają czasy, gdy zdjęcia na filmie były jedyną dostępną metodą zapisywania obrazów.

Jeżeli dziś, na jednym z forów fotograficznych i zarazem „miłośników” marki, która kojarzy się raczej z konserwatyzmem (jako jedyna w tej chwili, utrzymuje produkcję lustrzanek), zdecydowana większość użytkowników przesiadła się na smartfony, albo bezlusterkowce innych firm, to chyba jest wystarczająco wymowne. Zwłaszcza, że głosy stawające w obronie telefonów, są nie tylko w przewadze, ale i w wielu przypadkach, w bardzo agresywnej opozycji do fotografów wiernych aparatom.

Próba przekonania tych ludzi, że ich argumenty, to są po prostu fragmenty kampanii reklamowych jakiegoś produktu, jest z góry skazana na porażkę. Bo my chcemy im to wyjaścić „technicznie”, a oni mają to gdzieś. Nie zastanawiają się, jak to działa, bo nie muszą. Weźmy dla porównania system, dzięki któremu działają nasze komputery. Gdy był to Windows 98, trzeba było go samemu zainstalować, albo znaleźć kogoś, kto to zrobi. Można było też wpływać na wszelkie ustawienia, a nawet grzebać w rejestrach, jeśli ktoś to lubił. Dziś kupujemy komputer z zainstalowanym Windowsem 11 i nie musimy o nic się martwić. Nie musimy nic wiedzieć. Nawet znać struktury dysku. Podział na partycje? Osobny dysk systemowy i osobny na dane? Zapomnijcie. W ogóle czegoś takiego nie ma. I teraz, ludzie wychowani na dawnych systemach (nie wszyscy), czują się niekomfortowo. Bo nic nie rozumieją i na nic nie mają wpływu. Natomiast nowe pokolenie, przyjmuje taką sytuację, jako coś normalnego. Bo nie musi i nie chce zaprzątać sobie głowy, jakimiś pierdołami, w stylu – a jak to działa?

Jeśli dobrze się przyjrzeć dzisiejszemu komputerowi, to jest on tak zbudowany, żeby typowy osobnik, należący do dzisiejszego społeczeństwa, mógł zrobić to, co 99 procent pozostałych osobników. Kupić wszystko przez internet, zapłacić rachunki, oraz wciągnąć się dobrowolnie na jedną z dostępnych „volkslist”, w celu wymiany z innymi osobnikami, kompletnie niepotrzebnych i pozbawionych sensu informacji. Pamiętacie taką scenę z filmu Wall-e, kiedy głos z komputera mówi, że teraz modny jest kolor niebieski i wszyscy ludzie leżący na fotelach, naciskają guzik, po którym ich kombinezony stają się niebieskie?

No więc właśnie do tego wszystko prowadzi. Zastanówcie się więc dobrze. Jeżeli za jakiś czas Samsung, albo Xiaomi, wypuści nowy smartfon, który będzie miał 20 Gigapikseli i podobnie jak reklamowane w tej chwili Google Pixel, zrobi z waszym zdjęciem to, co sam uzna za stosowne (usunie zbędnych ludzi, podmieni tło na fajniejsze i kolory na bardziej przypominające raj z czasopism typu „Strażnica”), a także wstawi uśmiech tym waszym bliskim, którzy pozując do zdjęcia zapomnieli się uśmiechnąć), to znaczy że już prawie jesteście tymi bezwolnymi grubasami ze statku kosmicznego „Ziemia”. Że żyjecie w Matrixie i jest Wam z tym dobrze. A Wy, „Mistrzowie”, za każdym razem, kiedy zachwalacie kolejnego gównianego smartfona i piejecie z zachwytu nad artykułem, w którym jakiś cymbał, za garść srebrników tłumaczy Wam, że „różnica nie jest właściwie zauważalna”, przybliżacie moment, w którym w tym Matrixie znajdziemy się my wszyscy. I winę za to będziecie ponosili Wy! Pożyteczne, bezmyślne bateryjki…

Plik RAW, nad którym trzeba popracować, bo inaczej g… na nim widać? Aparat, w którym trzeba ustawić ręcznie ostrość i do tego dobrać odpowiednią przysłonę, żeby uzyskać określony efekt? Część zdjęć nieudanych? Konieczność wstawania o świcie, żeby złapać lepsze oświetlenie? Proszę bardzo. Decyduję się na to wszystko, bo jestem fotografem. Bo fotografia to moja pasja. A dwieście megapikseli w telefonie? Inteligentny system Google Pixel? AF wykrywający oczy? Wiecie co?

Spadajcie na drzewo…