Když jsem nedávno v diskuzním fóru narazil na téma váha zaplněné grafické karty, tak jsem jej nejdříve bral jako žert. Ale fyziku mám rád, a tak mi to přece jen začalo vrtat hlavou a zkusil jsem si k tomu něco dohledat v odborné literatuře. 

A ejhle!

Naši uživatelé neobjevili nic převratného – fyzikům, kteří se zabývají polovodiči, je ten jev dlouhodobě znám – věděli o něm již Willard Boyle a George Smith, kteří v Bellových laboratořích v roce 1969 vynalezli CCD. 

Efekt, který uživatelé popisují, laickou veřejnost dlouho nezajímal z jednoho prostého důvodu – kapacity paměťových karet byly tak malé, že si nárustu jejich hmotnosti prostě nemuseli všímat.

Ale v posledních letech se kapacita karet zvyšuje obrovským tempem a spolu s tím se do popředí dostává i ona doposud opomíjená vlastnost – závislost jejich hmotnosti na tom, jak jsou zaplněny a jakými typy souborů.

Je trapné, že mi to dosud unikalo a je to trapné o to více, že mám státnice z fyziky, které jsem tedy evidentně absolvoval jen jakýmsi nedopatřením.

Je tedy na čase, abych si elementární teorii trochu zopáknul a třeba to přijde vhod i vám. Na zmíněný problém se podíváme ze dvou úhlů – z hlediska klasické mechaniky a pak z hlediska kvantové teorie. Nechci věc příliš komplikovat matematikou, takže to pojmu spíš populárně a pro zájemce o podrobnější vysvětlení doplňuji alespoň odkazy na příslušné kapitoly ve Wikipedii.

Pokud je vám fyzika cizí, tak teoretické kapitoly klidně přeskočte a přejděte na konec článku přímo k praktickým tipům pro snížení hmotnosti vašich fotografií.

Fotografování z hlediska klasické mechaniky

Z hlediska klasické fyziky je popis procesu pořízení fotografie velmi komplikovaný a hlavně – má velmi důležité důsledky pro výrobce fotoaparátů.

Jen pro ilustraci – světlo se šíří rychlostí zhruba 300 000 km/s, při pořízení fotografie světlo proniká na čip fotoaparátu a zde dochází k naprosto brutálnímu zpomalení – z 300 000 km/s musí fotony na několika setinách milimetru zpomalit na nulu.

Mnoho fotografů si vůbec neuvědomuje, k jakým zpětným rázům tady může docházet v závislosti na použité cloně a objektivu. Vzpomeňte si, jak ve filmu proradný zločinec vystřeluje ze své zbraně a zpětný ráz jím smýkne dozadu. Podobně – náraz kulky do těla oběti s touto také často pořádně zacvičí.

Ale v případě střílení se bavíme o rychlostech kulky do nějakých 500 metrů za sekundu. Je jasné, že zpomalení z 500 m/s na nulu je procházka růžovou zahradou v porovnání se zpomalením z 300 000 kilometrů za sekundu, ke kterému dochází při fotografování!

Nyní již snad trochu rozumíme tomu, s jakými problémy musí zápolit výrobci fotoaparátů – zdaleka nejde jen o kvalitu pořízených fotografií, jde i o ochranu zdraví a (u extrémně světelných objektivů) i života fotografa! Mechanismus, který tlumí ony obrovské energie, které vznikají při fotografování, je sice v teoretických rysech znám (viz další kapitola), ale konkrétní technická řešení jsou přísně střeženým „know how“ jednotlivých výrobců.

Možná si říkáte – co je to za hloupost? Proč by měly vznikat nějaké rázy? Když mám na foťáku krytku, tak na ni (stejně jako na cokoliv jiného) světlo z okolí také dopadá a žádné rázy nevznikají.

Ano, ale taky nevzniká žádná fotografie! Když světlo (fotony) naráží na krytku, tak se zase odráží, a protože jde o dokonale pružný ráz, tak žádné zpětné rázy nevznikají, protože nedojde k předání kinetické energie fotonu.

Ale při pořízení fotografie jde o úplně jinou situaci – fotony jsou detektorem pohlceny a zbržděny na nulovou rychlost. Jde tedy o ráz dokonale nepružný, při kterém dojde k předání veškeré pohybové energie. Část této energie se spotřebuje na vybuzení elektronů a tím pro záznam fotografie, ale část energie se promění v mechanickou energii, která působí zpětný ráz. Při nevhodně konstruovaném detektoru by mohlo dojít k tomu, že se příliš velká část energie přilétajících fotonů přemění na energii mechanickou a fotograf držící přístroj u oka by získal (v lepším případě) „krásný“ monokl.

Fotografování z pohledu kvantové mechaniky

Potíže popsané v předchozí kapitole byly fyzikům známy již dlouhou dobu, ale řešení našel až Einstein v roce 1905 s využitím poznatků právě se rodící kvantové teorie. To nejdůležitější shrnul v tzv. Einsteinově rovnici fotoelektrického jevu.

V roce 1921 Einstein dostal za vysvětlení fotoelektrického jevu a za svůj přínos k teoretické fyzice Nobelovu cenu.

Při vysvětlování nechci zabíhat do přílišných detailů, takže hlavní myšlenky shrnu alespoň v náznacích.

Začnu od Adama, tedy od čipu, který je v každém digitálním fotoaparátu. Tento čip je CCD detektorem, který využívá podobně jako všechny ostatní světlocitlivé součástky fyzikálního jevu známého jako fotoefekt. Tento jev spočívá v tom, že částice světla (foton) při nárazu do atomu dokáže přemístit některý z jeho elektronů ze základního do tzv. excitovaného stavu. (zdroj: Wikipedia)

S pomocí již zmíněné Einsteinovy rovnice fotoelektrického jevu mají teoretičtí fyzikové velmi dobře zmapovaný tzv. vnitřní fotoelektrický jev, který popisuje situaci, kdy dopadající světlo uvolňuje elektrony, které ale z látky neunikají, ale zůstávají zde a fungují v ní jako tzv. „vodivostní elektrony“.

Elektron v excitovaném stavu má (díky energii získané nárazem a pohlcením fotonu) mnohem větší klidovou hmotnost než klasický elektron, čímž se vysvětluje to, že tyto „excitované elektrony“ po doputování do paměťového média zvyšují jeho hmotnost.

Podrobné zmapování procesu absorbce fotonu v CCD detektoru je tedy klíčové pro vyřešení rázů zmíněných v předchozí kapitole.

Tolik tedy suchá teorie. V další kapitole se podíváme na praktické kroky, kterými může fotograf snížit hmotnost svých digitálních fotografií.

Praktické tipy

1. Používejte komprimované formáty (např. JPG), budete-li fotit do RAWu, počítejte s výrazným zvýšením hmotnosti karty.
2. Pokud vyrážíte fotit na hory, zformátujte si před výletem pamětovou kartu, Váš batoh pak bude o něco lehčí.
3. U paměťových karet s větší kapacitou hrozí při jejich zaplnění a při neopatrné manipulaci riziko rozlomení v důsledku přetížení karty! Osvícení výrobci a prodejci proto u karet s větší kapacitou uvádějí i její nosnost ( např. zde: http://www.megapixel.cz/…-extreme-iii ). Vybírejte tedy paměťová média i podle tohoto parametru.
4. Pokud předem víte, že budete fotografie publikovat jako černobílé, fotografujte přímo v černobílém režimu. Ukládání dvoubarevných dat je výrazně méně paměťově (a hmotnostně) náročné.
5. Uvědomte si, že vliv na hmotnost mají jen pixely, které nesou nějakou informaci. „Černé pixely“ informaci nenesou, a proto nemají vliv na celkovou hmotnost. Pokud tedy často fotíte snímky s velkým podílem černých ploch, bude vás hmotnost karty trápit velmi málo. V opačném případě (což bude asi většina) počítejte s důsledky popsanými v článku.

Vaše zkušenosti

Konkrétní hmotnosti jednotlivých fotografií se mohou velmi lišit v závislosti na mnoha faktorech. Podělte se v diskuzi pod článkem o vaše zkušenosti při konkrétních hodnotách nastavení, při konkrétních fotaparátech atd.