Εγγραφή | Χάσατε τον κωδικό;

 
Interpolation - Fujifilm SuperCCD

Λίγο πολύ όλοι όσοι ασχολούμαστε με ψηφιακή φωτογραφία, θα έχουμε ακούσει για αυτή την τεχνολογία που πρώτη η Fujifilm εισήγαγε, την δυνατότητα να προβλέπει με software (αλγόριθμο) πώς θα ήταν η φωτογραφία αν ο οπτικός της αισθητήρας είχε μεγαλύτερη ανάλυση(!), δηλαδή το λεγόμενο και γνωστό μας interpolation. Θα σκεφτείτε τώρα: πόσο τέλειος είναι αυτός ο αλγόριθμος ώστε να πετύχει τόσο καλό αποτέλεσμα; Ε ναι είναι! Το μαρτυρούν όλοι οι κάτοχοι Fujifilm ότι έχει γίνει θαύμα. Ο αλγόριθμος αυτός σχεδόν διπλασιάζει την ανάλυση του οπτικού αισθητήρα δηλαδή για παράδειγμα με ανάλυση 3,3ΜΡ και τη μέθοδο αυτή που καλείται interpolation φτάνει τα 6 ΜΡ και το αποτέλεσμα είναι εκπληκτικό.

Πώς λειτουργεί όμως αυτός ο αλγόριθμος;

Ας πούμε για παράδειγμα ότι σε ένα τραπέζι μπιλιάρδου snooker τοποθετούμε τις μπάλες και αριθμημένες όπως ακριβώς είναι και στην πραγματικότητα: Κόκκινη=1, Κίτρινη=2, Πράσινη=3, Καφέ=4, Μπλε=5, Ροζ=6, Μαύρη=7
Ας φτιάξουμε τώρα ένα τετράγωνο με μπάλες ως εξής:
5,5,5,5,5
5,5,?,5,5
5,5,5,5,5
Μία μπάλα λείπει όμως. Μπορούμε να μαντέψουμε τι χρώμα είναι η μπάλα που λείπει; Και βέβαια μπορούμε αφού όλες είναι μπλε χρώματος (5), άρα και αυτή θα είναι μπλε (υπολογίζοντας από τα χρώματα που βλέπουμε γύρω της). Αυτό που μόλις κάναμε είναι interpolation.
Ας δούμε τώρα ένα άλλο παράδειγμα και συγκεκριμένα χτίζουμε ένα τετράγωνο με 4 μπλε (5) μπάλες γύρω γύρω και μια να λείπει στο κέντρο. Οι μπάλες γύρω από αυτήν που λείπει παίρνουν ελαφρά και το χρώμα αυτής στο κέντρο που λείπει. Επομένως αν όλες γύρω γύρω είναι μπλε (5) και η μπάλα που λείπει είναι καφέ (4), τότε θα έχουν ένα ελαφρώς "καφετί" μπλε χρώμα:
4.75,4.75
?
4.75,4.75
Οι τέσσερις μπάλες γύρω γύρω είναι κάτι λιγότερο από χρώμα 5 δηλαδή είναι περισσότερο μπλε παρά καφέ. Επομένως έχουμε δύο πιθανές απαντήσεις για τη μπάλα στο κέντρο που λείπει: Είτε ότι είναι και αυτή 4.75 δηλαδή καφετί μπλε, είτε ότι είναι καφέ (4).
Δηλαδη το πρώτο σενάριο δείχνει ως εξής:
4.75,4.75
4.75
4.75,4.75
(όλες οι μπάλες είναι καφετί μπλε) ενώ το δεύτερο σενάριο δείχνει ως εξής:
4.75,4.75
4
4.75,4.75
(όλες οι μπάλες είναι μπλε και αυτή στο κέντρο καφέ, οπότε οι γύρω γύρω παίρνουν- καθρεφτίζουν θα λέγαμε και το καφέ χρώμα, αναμιγνύονται δηλαδή με αυτό) Το σενάριο 1 είναι το χρησιμοποιούμενο interpolation στο photoshop (και στα υπόλοιπα προγράμματα επεξεργασίας φωτογραφίας). Εξετάζει δηλαδή όλα τα pixels (μπάλες) γύρω από αυτό που λείπει και του δίνει το ίδιο χρώμα θεωρώντας έναν μαθηματικό μέσο όρο για τα γύρω χρώματα. Αυτό όμως φυσικά δεν στέκει διότι όπως ξέρουμε δεν υπάρχουν καφετί μπλε μπάλες στο μπιλιάρδο παρά μόνο καφέ και μπλε!

Αντίθετα στο σενάριο 2 που είναι και το χρησιμοποιούμενο από τη Fuji, κοιτάζει τα χρώματα και σκέφτεται όπως και εμείς λέγοντας ότι αν οι μπάλες (pixels) παίρνουν ένα καφετί μπλε χρώμα αυτό συμβαίνει όχι επειδή όλες έχουν τέτοιο χρώμα αλλά επειδή καθρεφτίστηκε μια ποσότητα άλλου χρώματος από το γειτονικό pixel (μεσαία μπάλα). Δηλαδή αν η μπάλα πάνω έχει λίγο καφέ αλλά και η μπάλα από κάτω έχει λίγο καφέ (ενώ είναι μπλε μπάλες), τότε η μεσαία σίγουρα θα είναι καφέ! Επομένως ο αλγόριθμος interpolation της Fuji προσθέτει λεπτομέρεια παρά από το να προσθέτει πληροφορία! Άρα η interpolated ανάλυση είναι μεγαλύτερη από την πραγματική και το κυριότερο είναι ακριβής!!!

Λέγεται μάλιστα ότι σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού αποτυγχάνει λίγο ο αλγόριθμος αυτός αφού όπως είναι φυσικό δεν έχει τη σωστή πληροφορία, αλλά σε συνθήκες κανονικού φωτισμού, λέγεται ότι δεν υπάρχουν άλλες κάμερες που να βγάζουν καλύτερες φωτογραφίες στα ίδια MP.

Συγκεκριμένα για το interpolation που χρησιμοποιεί η Fuji στο SuperCCD της: πχ για την Fujifilm 6900z, είτε χρησιμοποιείς 2,1ΜΡ ανάλυση, είτε 3,3ΜΡ (που είναι και η ανάλυση του αισθητήρα), είτε 6ΜΡ (που είναι η ανάλυση με interpolation), η παραγόμενη φωτογραφία θα είναι αποτέλεσμα φωτογραφίας τραβηγμένης στα 6ΜΡ με interpolation και κατόπιν downsample στην επιλεγμένη μικρότερη ανάλυση και τέλος αποθήκευση στην smartmedia με ταυτόχρονη συμπίεση σε jpeg. Το παραπάνω σημαίνει ότι η όποια μικρή απώλεια θα υπάρχει στις μικρές αναλύσεις λόγω του downsampling, αφού όλες πάνε πρώτα από τα 6 ΜΡ. Άρα την καλύτερη φωτογραφία με κάμερες fujifilm τις τραβάς στη μέγιστη ανάλυση με interpolation!

Περαιτέρω μελέτη πάνω στο θέμα έρχεται να αντικρούσει τον παραπάνω ισχυρισμό: Κάποιοι επιστήμονες και μελετητές/σχεδιαστές οπτικών αισθητήρων ισχυρίζονται το παραπάνω ενώ κάποιοι άλλοι ισχυρίζονται για τον Super CCD της Fujifilm ότι τελικά παράγει κανονικά τη φωτογραφία στην ανάλυση του αισθητήρα της (δηλαδή τα 3,3ΜΡ στην περίπτωση της 6900z) χωρίς να την ανάγει στα 6 ΜΡ και κατόπιν να την "μικρύνει" στα 3 ΜΡ. Ο αισθητήρας της Fuji αποτελείται από οκταγωνικά στοιχεία, τα οποία μάλιστα είναι αρκετά μεγάλα αλλά με κενά μεταξύ τους. Ο αισθητήρας χρειάζεται να παράγει ένα ορθογώνιο αποτέλεσμα (φωτογραφία) από αυτά τα οκταγωνικά στοιχεία επομένως είναι υποχρεωμένος να εφαρμόσει interpolation για να πάρει ορθογώνιο αποτέλεσμα από την κλίση των 45 μοιρών που έχει η πλευρά του οκτάγωνου. Εδώ λοιπόν έρχεται να προστεθεί το παραπάνω ερώτημα: Κάνει υποχρεωτικά interpolation ή απλώς χρησιμοποιεί τα κέντρα των οκταγώνων για να παράγει την τελική φωτογραφία;



Η εικόνα μας δείχνει μια γραφική απεικόνιση για τον οπτικό αισθητήρα της Fuji. Τα κόκκινα ορθογώνια είναι τα παραγόμενα με interpolation και μάλιστα μπορούμε να δούμε ότι εξέχουν και οι γωνίες. Τα φωτοστοιχεία όπως βλέπουμε συλλέγουν φως από όλες τις κατευθύνσεις (βλέπε την ανωτέρω εξήγηση με βάση το μπιλιάρδο). Ένας συμβατικός αισθητήρας συλλέγει φως μόνο από μια κατεύθυνση και έτσι εξηγείται η υπεροχή της Fuji σε αυτό.

Γεγονός πάντως είναι το εξής: Αν γράψουμε τη λέξη: "Φ*τ*γρ*φία" και την διαβάσετε ως "Φωτογραφία" τότε αυτό που μόλις πετύχατε είναι να πάρετε πρωτογενή πληροφορία, να την περάσετε από αλγόριθμο interpolation και κατόπιν προσθέτοντας πληροφορίες που στην αρχή δεν υπήρχαν, να αποτυπώσετε το τελικό αποτέλεσμα ορθότατα! Αν λοιπόν μια κάμερα πάρει τη "Φ*τ*γρ*φία" και την αποτυπώσει ως "Φωτογραφία", τότε έχει παράγει ένα τέλειο και ακριβέστατο αποτέλεσμα.

Γενική πάντως άποψη είναι ότι το interpolation της Fujifilm είναι πολύ πιο ακριβές από οποιοδήποτε άλλο και ότι φυσικά μια Fujifilm με αισθητήρα 3 ΜΡ αλλά με δυνατότητα παραγωγής φωτογραφίας στα 6 ΜΡ με interpolation, φυσικά θα δώσει φωτογραφία ανώτερη από την εικόνα που θα δώσει μια κάμερα με ανάλυση απλώς 3 ΜΡ. Ένας συμβατικός οπτικός αισθητήρας συλλαμβάνει μια πραγματική εικόνα με ακριβώς τη χειρότερη δυνατή τοποθέτηση - η ελάχιστη ανάλυση ευθυγραμμίζεται με την τελειότερη λεπτομέρεια σε μια τυπική εικόνα, ενώ η μέγιστη ανάλυση ευθυγραμμίζεται με την ελάχιστη συγκέντρωση πληροφοριών της πραγματικής εικόνας. Αυτό βέβαια είναι γνωστό εδώ και χρόνια και αναγνωρίζεται ότι αν μπορούσε να κατασκευαστεί ένας οπτικός αισθητήρας σε διάταξη αξόνων με 45 μοίρες γωνία (η οκταγωνική δομή των στοιχείων που περιγράψαμε παραπάνω) τότε θα είχε προφανώς πολύ καλύτερη απόδοση σε όλες τις περιπτώσεις αφού έχουν μεγαλύτερη πυκνότητα από τα ορθογώνια φωτοστοιχεία και επίσης έχουν μια χαρακτηριστικά χωρικής ανάλυσης που ταιριάζουν καλύτερα με τη σφαιρική συμμετρία του φακού και τα γεωμετρικά του χαρακτηριστικά. Η Fuji ήταν η πρώτη εταιρία να υλοποιήσει αυτές τις ιδέες σε εμπορικά προϊόντα και να αποδείξει ότι μια θεωρία πολλών δεκαετιών παλιά μπορεί να αποδωθεί τέλεια στην πράξη. Για αυτό και ο οπτικός αισθητήρας SuperCCD της Fuji κέρδισε το βραβείο Τεχνικού Επιτεύγματος ΙΕΕΕ Walter Kosonocky έτους 2000. Ο Walter Kosonocky ήταν ένας από τους πρωτοπόρους στην τεχνολογία οπτικών αισθητήρων. Ούτε αυτός, ούτε το ίδιο το ΙΕΕΕ φημίζονται για απόδοση βραβείων και επαίνων σε τεχνολογίες που δεν τις αξίζουν!

Το ερώτημα όμως που ακόμα παραμένει είναι αν ο αισθητήρας της Fuji συλλαμβάνει την εικόνα στην κανονική του ανάλυση χρησιμοποιώντας τα κέντρα των οκταγωνικών κυψελών δηλαδή χωρίς καθόλου interpolation στην πραγματική ανάλυση ή αν χρησιμοποιεί interpolation ως εγγενές χαρακτηριστικό του SuperCCD και βγάζει τη φωτογραφία στη μέγιστη ανάλυση και κατόπιν με downsample το κατεβάζει στην επιθυμητή μικρότερη ανάλυση. Είναι ένα ερώτημα που συνεχώς συζητείται και δεν υπάρχει σαφής απάντηση ούτε καν από την ίδια τη Fuji. Διότι τελικά από ότι φαίνεται, μόνο η Fuji γνωρίζει την αλήθεια και κανείς άλλος...
Συγγραφή και επιμέλεια : Μιχάλης Βλαστός (Dr_Michael)
Σεπτέμβριος 2002

Συζητήστε σχετικά με το ανωτέρω θέμα



Διαφημιστικός χώρος


Ο καιρός σήμερα
Καιρός σήμερα και πρόγνωση καιρού για κάθε περιοχή

Το DPGR στο Facebook

ΦωτοΓράφω
Φ
Aπό Samson

Περπατάει. Σκέφτεται. Τα κάνει όλα μηχανικά. Κάτι άλλαξε σ το φρεάτιο. Είδε αυτό που πραγματικά είναι. Νοιώθει φυλακισμένος. Δεν ξέρει γιατί. Δε βλέπει. Είναι καλά κλεισμένος. Είναι θλιμμένος. Είναι σκιά. Σιωπηλός και παραμορφωμένος . Κατάλαβε ότι είναι... Περισσότερα

Wallpapers
Jamaica- Montego Bay
Spartans
9.6 (288.5 πόντοι / 30 ψήφοι)
Helios-macro
Chrisphoto
9.5 (388 πόντοι / 41 ψήφοι)
Νερόμυλος σε κίνηση
Chrisphoto
9.3 (305.5 πόντοι / 33 ψήφοι)
Περισσότερα...

Μεγάλοι Φωτογράφοι
Josef Koudelka
Εγώ δεν προσπαθώ να καταλάβω. Για μένα το πιο ωραίο πράγμα είναι να ξυπνάω, να βγαίνω έξω και να κοιτάζω. Το κάθε τι.

Φωτογραφικές ρήσεις
Η φωτογραφία παίρνει μια στιγμή από το χρόνο, αλλάζοντας τη ζωή ακινητοποιώντας την.
- Dorothea Lange