Pixelshift, verschoven pixels

GROTERE EN/OF SCHERPERE FOTO'S DANKZIJ BEWEGENDE SENSORS. Het fenomeen pixelshift is niet nieuw. Het wordt al behoorlijk lang toegepast in industriële toepassingen en ook in professionele camera's is het al langer in gebruik. Nu komt deze techniek voor het eerst in serieuze consumentencamera's ter beschikking. Dat klinkt behoorlijk interessant, maar wat kun je er eigenlijk mee? Tekst en beeld: Ger Meesters

Door

Ger Meesters

27 maart 2018

Hasselblad was een van de eerste merken die aan het begin van deze eeuw serieus inzette op deze techniek, aanvankelijk met een digitale achterwand van de pas overgenomen Deense scannerfabrikant Imacon, de Ixpress 384C MultiShot. Deze achterwand telde in feite slechts 16 miljoen pixels (4080 x 4080 pixels), maar legde de beelden vast in 16 bits-kleurdiepte, waardoor een opname ook al 96 MB groot was (en 48 MB bij een kleurdiepte van 8 bits). Er was trouwens ook een versie met een basisresolutie van 22 megapixel (4080 x 5440 pixels, de 528C). De Single-Shot modus werd gebruikt voor bewegende onderwerpen en bij opnames met de camera in de hand, maar dus wel met een bovengemiddelde kleurdiepte van 16 bits. Hierdoor had je dus al veel meer beeldinformatie tot je beschikking.

De Ixpress 528C kon in combinatie met Hasselblads en veel andere middenformaatcamera’s al in het begin van de eeuw tot indrukwekkende prestaties komen.

In de Multi-Shot modus van de achterwand werden vier opnames gemaakt: een voor iedere kleur, maar met een extra groene opname voor extra scherpte. Deze vier opnames werden dan gecombineerd tot één opname. Dit levert natuurlijk alleen maar een goed resultaat op wanneer camera én onderwerp onbeweeglijk stil stonden: perfect voor product- en reproductiefotografie, dus, omdat je een beeld krijgt dat vrij is van moiré omdat er niet geïnterpoleerd hoeft te worden: het beeld word ‘ontbayerd’!
De Micro-Step modus (ook wel 4xRes-modus genoemd) gebruikte 16 opnames per beeld door iedere pixel als het ware op te delen in vier subpixels, waardoor een beeld ontstond van 8160 x 10880 pixels en een bestandsomvang van 528 MB (bij de basisresolutie van 22 MP). Voor een enkele foto verschoof de sensor 16x één pixel (telkens naar links, rechts, boven en beneden). Ook in dit geval werd elke kleur telkens afzonderlijk opgenomen en groen tweemaal. Overigens kon je deze achterwand ook monteren op andere middenformaatcamera’s die inmiddels tot de geschiedenis behoren, zoals de Rollei 600X, de Contax 645AF, een hele reeks Mamiya’s, de Fuji GX680 en alle camera’s die ook reguliere Hasselblad-achterwanden accepteerden. Latere achterwanden waren uitsluitend geschikt voor Hasselblads.
Sindsdien heeft Hasselblad veel Multi-Shot camera’s geproduceerd in de H-serie, die schitterende beelden leverden met een enorme resolutie, een groot dynamisch bereik en grote kleurbetrouwbaarheid. De jongste camera met deze techniek is de onlangs geïntroduceerde Hasselblad H6D-400C MS. Om zijn trucje te kunnen uitvoeren dient deze camera wel verbonden te zijn met een pc of mac. Er worden dan 6 opnames met de 100 MP-sensor gemaakt, de eerste vier met telkens een pixel verschil en de laatste twee met een halve pixel verschil. Het resultaat is een 400 MP-bestand dat als 2,4 GB 16 bits tiff wordt afgeleverd (23.200x 17.400 pixels). De verkoopprijs bedraagt een slordige 40.000 euro.

Binnen ieders bereik
Maar goed, dat was toen en nu bij Hasselblad, camera’s die helaas niet voor iedereen zijn weggelegd. Maar daar komt zo langzamerhand verandering in, omdat steeds meer camera’s die betaalbaar zijn voor de gemiddelde fotograaf het trucje ook hebben geleerd. Het gaat dan om camera’s waarbij de beeldstabilisatie via een beweegbare beeldsensor werkt, deze techniek wordt ook ingezet bij de pixel shift. In dit artikel voelen we er daar een paar van aan de tand.
Wat dan meteen opvalt is, dat de fabrikanten de techniek op verschillende manieren gebruiken. Enerzijds zijn er camera’s die de verschuivende pixels gebruiken om tot een groter beeld te komen, dat wil zeggen meer pixels en dus een hogere resolutie, en er zijn ook camera’s die de techniek gebruiken om te ‘ontbayeren’, dat wil zeggen net zoveel pixels als het originele beeld, maar zonder de noodzaak om de gegevens van de pixels te interpoleren. De resulterende beelden zijn dan scherper, vertonen minder ruis en hebben een groter dynamisch bereik.
De eerste techniek wordt vooral toegepast door Micro Four Thirds-camera’s die nu eenmaal het nadeel hebben dat ze een relatief kleine sensor hebben van (momenteel) maximaal 20,3 megapixel. Om de strijd aan te gaan met full-frame camera’s die tegenwoordig tot 40-50 megapixel gaan is het daarom een goede strategie om deze functie in te bouwen. In het algemeen geldt dat de techniek alleen foutloos werkt als de camera vanaf statief wordt gebruikt en wanneer je een stationair onderwerp fotografeert. Hoewel Olympus en Pentax wel enige beweging in het onderwerp kunnen compenseren, door de laatste drie opnames te vergelijken met de eerste, komt daar met de Pentax K-1 Mark II pas echt verandering in (zie kader).
Het gaat ons in de rest van het artikel om de volgende camera’s die anders dan de voornoemde Hasselblad binnen het financiële bereik van (semi)professionele fotografen liggen:

Olympus OM-D E-M1 MK II
De Olympus OM-D E-M1 Mark II is niet de eerste Olympus-camera die hoge-resolutie opnames kan maken door de sensor te verschuiven, dat was de OM-D E-M5 II uit 2015. Voor zo’n opname worden acht opnames gemaakt die worden gecombineerd tot een 50 MB opname. In principe zou je de opnames uit de losse hand kunnen maken, omdat de beeldstabilisatie probeert om de handbewegingen te compenseren. Beter is het echter om vanaf statief te werken. Het beeld wordt opgeslagen als jpeg (ca. 22 MB, raw/orf, ca. 64 MB) en een zogenoemd ORI-bestand van 18 MB dat alleen in Olympus Viewer geopend zou kunnen worden (door het te hernoemen naar .ORF kun je het ook openen in een ander bewerkingsprogramma). Het beeld meet 6120 x 8120 pixels en 49,6 megapixel.

modus: High Resolution
aantal opnames: 8x

Panasonic Lumix DC-G9
De Panasonic Lumix DC-G9 is de eerste Panasonic Lumix-camera die in staat is om hoge-resolutiebeelden te maken door middel van een verschuivende sensor. Er worden acht opnames gemaakt die in de camera worden gecombineerd tot een 30MB groot bestand in jpeg en een 131,5 MB groot raw-bestand. De bestanden meten 7776 x 10.368 pixels (80,6 MP). Het is bij het maken van de acht opnames natuurlijk van groot belang dat de camera niet beweegt en ook dat het onderwerp onbeweeglijk is. Tijdens onze opnamesessie bleek er af en toe toch wat te bewegen, waardoor er op een van de opnames [P1011684] ‘spookopnames’ te zien zijn van een voorbijvliegende meeuw, wat op zich wel grappig is en soms relatief gemakkelijk te corrigeren, maar niet altijd. Daarom is het iets om op bedacht te zijn.

modus: Multi-shot Pixel Shift Resolution
aantal opnames: 4x

Pentax K-1 (Mark I)
De Pentax K-1, die we hier de bijnaam Mark I hebben gegeven omdat er inmiddels een Mark II is aangekondigd, gebruikt de verschuivende pixels om tot een hogere scherpte te komen. De camera maakt vier opnames die telkens een pixel naar links, rechts, boven en beneden zijn verschoven ten opzichte van elkaar. Hierdoor wordt elke pixelpositie gesampled met een rode, blauwe en twee keer een groene pixel. Hierdoor hoeft het uiteindelijke beeld niet worden ontbayerd, dat wil zeggen dat de kleurwaarde van iedere pixel niet hoeft te worden geïnterpoleerd met de informatie van naastgelegen pixels. Het resultaat is een scherper beeld met minder ruis en een groter dynamisch bereik. Dit is mede door gebruik van de elektronische sluiter bij het maken van de vier opnames, zodat er ook bij wat langere sluitertijden geen sprake is van onscherpte door trillingen die veroorzaakt kunnen worden door de opklappende spiegel en de bewegende sluitergordijnen. Alle bewerkingen worden in de camera uitgevoerd. De opnames worden opgeslagen in een raw/pef-bestand, dat kan worden beschouwd als een container waarin de vier afzonderlijke opnames zijn opgeslagen. Zo’n bestand meet dan ook circa 170 MB. Daarnaast wordt een jpeg opgeslagen van zo’n 21 MB.

Sony A7R III
Wat voor de Pentax K-1 geldt, gaat ook op voor de manier waarop Sony werkt: er worden vier opnames gemaakt met telkens een pixel verschuiving. Opmerkelijk genoeg dienen de vier opnames minstens 1 seconde en maximaal 30 seconde na elkaar gemaakt te moeten worden – wat overigens wel vanzelf gaat. Ze worden alle vier echter los bewaard als raw-bestand (in het voor Sony gebruikelijke arw-formaat) en kunnen niet in de camera worden samengevoegd. In een afzonderlijk programma – het pakket Imaging Edge (http://support.d-imaging.sony.co.jp/app/imagingedge/en/) kunnen deze vier bestanden dan op de computer (schermweergave minimaal 1280 x 720 pixels –PC: Windows 7 SP1, Windows 8.1 of Windows 10 (64 bits); Mac: MacOS X v. 10.11 of hoger) worden gecombineerd tot een nieuw raw-bestand (in het nieuwe arq-formaat, met de Q van ‘quartet’). Dit nieuwe raw-bestand kan net als een normaal raw-bestand naar smaak worden bewerkt, waardoor de fotograaf alle vrijheid heeft die hij zich maar kan wensen. Dit biedt bijzonder veel voordelen en de resultaten zijn zonder meer goed te noemen. Het zijn wel enorme bestanden, elk van de vier losse raw-bestanden is al 85 MB en het arq-bestand meet 342 MB en een tiff-bestand uiteindelijk 253 MB. Sinds kort is er een extern programma (SonyPixelShift2DNG, versie 0.8.5.4, van FastRawViewer) beschikbaar, vooralsnog als bèta-versie, om de arq-bestanden om te zetten naar dng-bestanden. Het voordeel van een dng-bestand is dat het – mocht Imaging Edge je niet bevallen – in vrijwel elk programma kan worden geopend.

De Pentax en Sony maken vier opnames die ten opzichte van elkaar telkens een pixel naar links, rechts, boven en beneden zijn verschoven.

De Sony A7R Mark III pakt de boel net even wat anders aan als de andere drie camera’s. De vier opnames voor een multi-shotopname worden afzonderlijk bewaard door de camera als op het oog normale arw-bestanden. Ze zijn echter geoormerkt en worden door de Viewer in het Imaging Edge-pakket herkend als behorende bij de set van vier. Eenmaal geïmporteerd, worden ze gecombineerd tot een nieuw raw-bestand. In dit geval kreeg dat de naam _DSC9664_PSMS.ARQ. De eerste underscore geeft aan dat de opname is gemaakt in de kleurruimte AdobeRGB, wat niet per se noodzakelijk is. De toevoeging PSMS duidt erop dat dit een Pixel Shift Multi Shot-opname betreft. Het samengevoegde bestand kan in Edit van het Imaging Edge-pakket als normaal raw-bestand naar smaak worden bewerkt alvorens het te exporteren. De hoogste kwaliteit is een 16 bits tiff van liefst 253,2 MB groot.

PANASONIC. In deze multi-shot-opname met de Panasonic Lumix DC-G9 is te zien dat er juist een meeuw voorbij vloog, waarvan vijf ‘spookbeelden’ duidelijk te herkennen zijn. De eerste vier daarvan zijn relatief eenvoudig te verwijderen, maar de laatste valt half over het gebouw, terwijl er nog drie zorgen voor een storende onscherpte. Deze zijn niet zo gemakkelijk te verwijderen. Toch iets om op te letten.

PANASONIC. De hele opname met de uitgebreide resolutie dankzij Pixel Shift (7776 x 10,368 pixels). Vergeleken met het ‘enkele’ bestand valt de neutrale kleurstelling op, naast uiteraard de enorme detaillering van het beeld. Op 100 procent zijn de mazen in de netten zeer duidelijk. Let op: dit is een jpeg direct uit de camera. Nabewerking van het raw-bestand zal ongetwijfeld nog extra scherpte kunnen opleveren.

OLYMPUS. Een beeld van de Olympus OM-D-E-M1 Mark II met Pixel Shift heeft een omvang van 6120 x 8120 pixels (49,6 MP) en is daarmee iets groter dan dat van de Sony A7R Mark III. De afzonderlijke mazen van het net rechts zijn nog net te onderscheiden. Jpeg direct uit de camera.

PANASONIC. Een opname met de normale resolutie (3888 x 5184 pixels) met dezelfde instellingen en onder exact dezelfde lichtomstandigheden gemaakt binnen dezelfde seconde. Opvallend is de wat rode zweem in de jpeg, die via het raw-bestand natuurlijk gemakkelijk is weg te werken. Van de netten rechts zijn de afzonderlijk mazen nauwelijks van elkaar te onderscheiden.

PENTAX. Ook met de Pentax K-1 (Mark I), waarbij de jpeg in de camera is aangemaakt, zijn de afzonderlijke mazen in het net prima te onderscheiden. De beelden zijn dan ook fors van formaat met een raw-bestand van 170 MB (in feite een container met de vier oorspronkelijke raw-bestanden) en een jpeg van ruim 19 MB.

SONY. Met de Sony A7R III. De vergelijking met de overige camera’s gaat niet helemaal op, omdat dit een 16 bits tiff is en niet zoals de andere een 8 bits jpeg, maar er komt nu eenmaal geen jpeg met hoge kleurresolutie direct uit de camera. Opvallend is de enorme scherpte waarbij zelfs de fijnste mazen ‘open’ zijn. Het is de vraag of dit in druk (waarbij het beeld gerasterd wordt) nog zichtbaar is.

Ik was vooral onder de indruk van de prestaties van de Panasonic Lumix G9. Het 80 MP-beeld is verbluffend.

Pentax K-1 Mark II
Tijdens het schrijven van dit artikel heeft Ricoh de Pentax K-1 Mark II aangekondigd. Anders dan bij de Pentax K-1 (Mark I) probeert Pentax hierbij de natuurlijke bewegingen van de fotograaf te gebruiken om meerdere opnames te maken voor de opnames met verschuivende pixels. Dit is de Dynamic Pixel Shift Resolution, dat onderdeel uitmaakt van het nieuwe Pixel Shift Resolution System II.
De camera analyseert vier snel na elkaar gemaakte opnames en voegt die vervolgens samen tot een beeld met een hogere resolutie. Als er te veel beweging is zal het samenvoegen niet goed lukken en krijg je moiré (mozaic noise) te zien. Als je in raw of raw+ werkt, kun je de aparte opnames echter wel in de camera nabewerken. Hoe een en ander in de praktijk uitpakt moeten we nog vaststellen, maar de techniek belooft veel goeds. Eigenaren van de Pentax K-1 (Mark I) kunnen hun toestel overigens – tegen betaling – laten opwaarderen naar de Mark II-versie. Er wordt dan onder meer een printplaat in de camera vervangen.

Conclusie
Op welke manier ook, pixel shift is een uitstekende manier om de kwaliteit van de beelden te verbeteren, zij het in de grootte, zij het in de diepte. Beide MTF-camera’s leveren beelden die kunnen wedijveren met de foto’s van full-frame spiegelreflexen of systeemcamera’s. Ik was vooral onder de indruk van de prestaties van de Panasonic Lumix DC-G9. Het 80 MP-beeld is verbluffend. Niet dat de Olympus OM-D-E-M1 Mark II een slecht beeld levert, maar 80 MP is nu eenmaal indrukwekkender dan 50 MP.
De beide full-frame camera’s leveren beelden met hun normale resolutie die echter veel scherper tonen, omdat de pixelinformatie viermaal is gesampled, een keer voor rood, een keer voor blauw en twee keer voor groen. Hierdoor hoeft de beeldinformatie niet geïnterpoleerd te worden. Dat de Pentax K-1 (Mark I) alles in-camera doet, kan een voordeel lijken, maar voor de echte nabewerking van de foto zul je toch ook de raw-beelden van Pentax in een beeldbewerkingsprogramma willen doen. Dat kan met Silky Pix 7.0, dat wordt meegeleverd met de camera, of in Adobe LightRoom of Adobe Camera Raw (vanaf 9.5.1).
De vier beelden van de Sony A7R III zul je in het (gratis te downloaden) programma Viewer moeten bewerken, maar dat is bepaald geen straf. Het werkt prima en je kunt alle gebruikelijke raw-bewerkingen doen, zoals witbalans- en lenscorrecties en de kleine correcties die nodig kunnen zijn na het samenvoegen van de beelden.
We hebben de proefopnames gemaakt in de haven van IJmuiden waar in het weekeinde veel kotters liggen afgemeerd en er weinig scheepvaartverkeer is. De haven lag er bij als een spiegel, alleen vloog er af en toe een meeuw in beeld. Bij een tweede sessie voer er een schip voorbij, waardoor de afgemeerde schepen een beetje op en neer deinden. Met het blote oog was dat niet waar te nemen, maar op de opnames soms duidelijk te zien in de vorm van moiré.