Úvaha nad rozlišením digitálů a kinofilmu (2)

Po zveřejnění minulého článku se sešly velice zajímavé příspěvky, které vnesly do této problematiky trochu světla (a někdy i “stínu”). Každopádně z nich vyplynulo, že to není tak jednoduché, jak jsem si původně představoval, ale že je zapotřebí do toho zapojit více “faktorů”.

V tomto článku přináším “jen” došlé reakce na minulý díl. Některé jsem ponechal v jejich původní podobě, jak je autor zaslal, jiné jsem jen mírně upravil, aby lépe zapadly do kontextu. Opět budu rád, pokud mi napíšete svoje názory na zde prezentovanou problematiku.

Miroslav Velen napsal:

Vaše úvaha na téma rozlišení digitálů je velmi zajímavá, pouze bych si dovolit upravit Váš výpočet:
pokud vezmeme rozlišovací schopnost kinofilmu jako cca 140 čar/mm tak abychom nepřišli o žádnou informaci musíme ho “navzorkovat” dvojnásobným rozlišením tj. 280 bodů/mm. Pokud bychom skenovali negativ s 140 čarami/mm pouze s rozlišením 140 “skenů”/mm (tj. cca 3400 dpi) tak by se mohlo stát, pokud bychom se trefili vždy na hranu černá/bílá, že naskenujeme šedý řádek. V teorii signálu existuje tzv. Shannonova věta, která říká (velmi volné pojetí, nejsem v tom zase tak kovaný, takže prosím o shovívavost 🙂 ), že pokud chceme zachovat nějakou frekvenci, tak musíme provést vzorkování s dvojnásobnou frekvencí (víc je zbytečně moc a méně nestačí). To je mimochodem důvod proč samplování zvuku na CD je provedeno s frekvencí 44 kHz (max. rozlišení uchem je asi 22 kHz, abychom ho zachovali, tak musíme samplovat dvojnásobkem). Takže pro získání plného rozlišení 140 čar/mm musíme skenovat
280 “skenů”/mm tj. asi 6800 dpi. Tím dostaneme rozlišení kinofilmového políčka cca 68 milionů pixelů. Tato nutnost dvojnásobného “vzorkování” má mimo jiné za následek, že skenováním na kinofilmovém skeneru v rozlišení kolem 2700 dpi dáva rozlišení kolem 50 čar/mm a tudíž se moc nehodí na testování rozlišovací schopnosti objektivu a filmu (leda tak na levné zoomy).

U digitální fotografie je ještě problém, že daný pixel na snímači je buď R nebo G nebo B (nebo jiný dle použité barevné masky), tj. foťák musí interpolovat barvy, aby dostal na každý bod celou RGB hodnotu. Kinofilmový skener pro každý skenovaný pixel sejme celou trojici RGB (ať osmi- nebo deseti- nebo dvanáctibitově) tj. pixel nese 3*n bitů barevné informace. Digitální foťáky (s výjimkou tří snímačových – to je ale asi těžce profesionální záležitost) mají před každým snímacím pixelem buď R nebo G nebo B filtr (nebo CMY – podle použitého barevného prostoru), tj. pixel obsahuje n bitů barevné informace a úplná 3*n RGB informace se musí doplnit nějakou interpolací z okolních bodů. Takže pokud by na řádku vedle sebe ležely pixely R G B a měli postupně hodnoty 10 20 30 tak z toho interní algoritmus udělá (například) tři RGB body (10,20,30) (10,20,30) (10,20,30). Takže z toho je vidět, že digitální foťáky trojnásobně nafukují objem dat, který sejmou a který z nich pak leze ven. Organizace R, G a B pixelů ale většinou není vedle sebe, ale je to třeba do mřížky 2*2 (RG GB) (jelikož na CCD snímač není stejnoměrně citlivý na všechny barvy), nebo do různých hexagonálních útvarů apod.

s heslem “Digitální fotografie ještě ne” :-), přeji hezký den

Radka Turcajová napsala:

K tomu tvému článku o rozlišení filmu vs. rozlišení skenu – nejsi sám, kdo tenhle problém řeší (viz např. http://www.users.uswest.net/~rnclark/scandetail.htm).

Ta tvoje úvaha o čarách na filmu a pixelech jde v zásadě dobrým směrem, ale je v tom jeden hák. Ono totiž když budeš mít čáry přesně o hustotě 150 čar/mm a představíš si, že každé čáře odpovídá jeden pixel, tak to vypadá hezky, ale když si představíš, že bys těma 150 pixelama chtěl také zachytit čáry, které mají hustotu jen třeba 120 čar/mm, tak už se to bude dělat blbě, že jo. Tam se ti hustota čar a vzorkování (pixelů) rozchází a abys těch 120 čar/mm nějak rozumně vyjádřil, budeš muset použít nějaké stínování a na to potřebuješ extra pixely. S 1.25 pixelu na čáru toho moc nenastínuješ. V tom článku zmíněném výše autor navrhuje 2 pixely na čáru (4 samples per period).

Problém je také v tom, že ty čáry s maximalní hustotou představují jen jeden obrázek, který je navíc velmi speciální, protože obsahuje jen jednu frekvenci (frekvenci těch čar). Ty ale chceš skenovat i jiné obrázky a normální obecný obrázek se skládá ze všech možných frekvencí (dá se do nich rozložit pomocí Fourierovy transformace). Když film zachytí scénu, zachytí všechny frekvence až do toho jistého maxima. Takže když chceš obrázek věrně reprezentovat pixelama, musíš být taky schopný vyjádřit všechny frekvence až do toho maxima. Tudíž pro film s maximální frekvencí např. 140 čar/mm potřebuješ víc
než 140 pixelů/mm, protože se 140 pixelama sice zachytíš dobře frekvenci 140 čar/mm, ale ne třeba 130 a 120, které také jsou v normálních obrázcích přítomné.

Ondřej Neff napsal:

Nejčastěji udávaný počet je pět až šest milionů efektivních zrn, tedy aktivovaných světlem, vyvolaných a ustálených. V neexponované emulzi se uvádí u kinofilmu kolem 25 milionů zrn. To je ovšem velmi hrubý počet. Záleží na tom, jaký je to film. Krystaly halových sloučenin stříbra mají velikost od 0.5 do 3 mikronů. V procesu vyvolávání se kolem aktivovaných zrn vytvářejí obláčky barviv. Tyto obláčky jsou různě veliké, někdy vznikají i z více zrn, mohou splývat a překrývat se. Záleží na expozici a také na
vyvolávacím procesu. Navíc zrna jsou ve vrstvě uspořádána nepravidelně. Je třeba vzít v úvahu i tvar a umístění zrn ve vrstvě. Kodak uvedl už někdy před dvaceti lety tzv. T – zrna, která neměla tvar – dejme tomu – brambory, tedy nepravidelného, leč v zásadě kulatého mikro-objektu, ale plošky, která
byla navíc orientována plochou kolmo na směr dopadajících světelných paprsků. V procesu zvětšování pak nedocházelo k nežádoucím efektům při průchodu fotonů kolem oblých stran zrn (či spíš barevných obláčků). Tato zrna mají dnes všechny moderní filmové materiály. Proto je možno zvětšovat z kinofilmu i velké zvětšeniny nad formát 50×60 a přece má divák iluzi ostrého obrazu – protože vidí ostrá zrna. To uvádím na ilustraci teze, že nezáleží jenom na počtu zrn!

Domnívám se, že u spotřební digitální fotografie skutečně bude ta hranice někde kolem pěti milionů, že obrázky budou uspokojivě kvalitní a pak vývoj půjde směrem na zlevnění výrobních technologií snímačů, aby se cena fotoaparátů srazila lehce nad úroveň klasických fotografických přístrojů. Tento proces čekám do tří let.

Petr Vermoužek napsal:

Ve vašem výpočtu potřebného rozlišení jste se dopustil malého přehlédnutí. Pro zobrazení jedné čáry jsou totiž potřeba minimálně 2 pixlíky (čára a mezera). Jinak je myslím úvaha v pořádku, jen velikosti obrázku vyjdou 4-krát větší.

Nevím, zda uvažované rozlišení klasického filmového systému neberete příliš vysoké. Myslím, že při normálním focení lze počítat s max rozlišením kolem 80 čar/mm, a to jen s móóóc dobrou technikou a velmi těžkým stativem a šnečí rychlostí filmu. Vždyť rozlišení systému je:

1/rozlišení systému = 1/rozlišení filmu + 1/rozlišení objektivu

Při filmu 140 č/mm a s reprodukčním objektivem 250 č/mm vychází systémové rozlišení cca 90 č/mm. Pro vámi uvažované rozlišení by bylo třeba použít reprodukční film (až 400 čar/mm) a mikrofilmový objektiv (až 400 č/mm). Fotit by pak šlo jen statické scény (citlivost kolem 3 ISO/ASA, světelnost cca 5,6, pracovní clona 11).

Já tedy navrhuji tento výpočet:

80 x 24 x 2 = 3840 (počet čar/mm x výška políčka x 2 pixely na zobrazení čáry)
a
80 x 36 x 2 = 5760 (počet čar/mm x šířka políčka x 2 pixely na zobrazení čáry)

=> 22,12 M pixelů.

Při 3 barvách a 8 bitech/barvu to dá soubor cca 67 MB, při 12 bitech na barvu a dvoubajtovém uložení to již je macek kolem 130 MB. Na CD by tedy vešlo pouhých 5 fotek!

V tomto rozlišení pracuje nový Polaroid 4000 (4000 DPI). Bohužel jsem jej ještě nezkoušel (dodává Conquest, a nic o něm neví – poznatek z Invexu). Kdysi jsem se však u kamaráda v jeho grafickém studiu dostal k bubnovému scaneru 10 000 DPI. Krásně jsem si vyhrál s diáky nafocenými na filmu 64 ASA (myslím že to byl nějaký profesionální Kodak). Bylo zajímavé, že mezi 4000 DPI a 6400 DPI byl ještě znatelný rozdíl. Ještě zajímavější byly pokusy s Ilford Pan F. Tam byl rozdíl mezi 4000 a 6400 DPI ještě mnohem větší. Musím však poznamenat, že již asi nenarůstala “fotografická kvalita”, tedy objem přenesené informace, ale spíš “ornamentální detaily” – zaostřovalo se zrno a čistily přechody.

Srovnávat jen rozlišení je však značně zavádějící. Na Invexu jsem si hrál s E10 od Olympusu a koukal na tisky vytvořené z tohoto čtyřmegáče. Dojem z tisků připomínal spíš střední formát, tedy datový obsah o řád větší, než tento foťák má.

Závěr?

Na závěr bych jen shrnul svoje dojmy, které jsem po přečtení těchto reakcí a po shlédnutí výše uvedené stránky nabyl. V první řadě je to fakt, že rozlišení filmového materiálu nelze asi jednoduchým způsobem přesně kvantifikovat. Důvodem je výskyt zrna – což mimochodem je a bude patrně největší rozdíl mezi klasickou a digitální fotografií – který sám o sobě díky nepravidelnosti takovýto výpočet znemožňuje. Na druhou stranu ale příspěvky ukázaly, že ještě sken o rozlišení 6000 DPI získá z kinofilmu lepší výsledek, nežli skeny s nižším rozlišením. To mi dává naději, že lze alespoň porovnávací metodou stanovit horní hranici rozlišení, které má pro sken z negativu ještě nějaký smysl.

Dalším závěrem je to, že počínaje určitým rozlišením se digitální fotoaparáty vyrovnají běžným “konzumním” přístrojům na klasický kinofilm a možná je jednou i nahradí. Ale kdo chce maximální kvalitu, měl by ještě nějakou dobu u klasického filmu zůstat… Zcela jistě ale platí, že digitální přístroje si najdou svoje příznivce, někteří z nich dokonce opustí klasický film. Jiní budou tyto dvě technologie kombinovat a někteří od klasického filmu nikdy k digitálu neodejdou…

Pokud Vás uvedené téma zaujalo a chtěli byste se podělit také o svoje názory a zkušenosti, prosím napište mi nebo přidejte příspěvek do diskuse přímo pod článkem.