Fotograferen bij weinig licht met het EOS R System

Er zijn veel situaties waarin je moet werken bij weinig licht. Denk bijvoorbeeld aan foto's van nachtelijke hemels en sterren, het fotograferen van wildlife in het donker en het vastleggen van lichtstrepen of creatieve luminografie met lange belichtingstijden. Misschien maak je wel foto's van stadsgezichten in het donker of een zonsondergang, of doe je een shoot in een kolenmijn, waar het hele doel juist is om de duisternis van de omgeving vast te leggen. Het gebruik van een flitser is dan uitgesloten. Veel fotografen werken het liefst tijdens het zogenaamde 'gouden uur' (net voor zonsopkomst en net na zonsondergang), wanneer warme kleuren en zacht, diffuus licht de boventoon voeren, maar wanneer het licht over het algemeen minder sterk is dan overdag.

Nachtfotografie en fotografie bij weinig licht kunnen zeer indrukwekkende resultaten opleveren, maar makkelijk zijn beide soorten fotografie absoluut niet. Fotografie draait per definitie om het vastleggen van licht en hoe minder licht je tot je beschikking hebt, hoe moeilijker het is om details en een groot bereik van tinten te laten zien in je foto's. Doordat je minder goed kunt zien, wordt het scherpstellen moeilijker. Ook aan de autofocus heb je niets als de camera zelf niets ziet. Bij een langere sluitertijd om meer licht op de sensor te laten vallen, loop je een groter risico op vervaging. Als je de ISO of lichtgevoeligheid verhoogt, zorgt dit vaak voor ongewenste beeldruis.

In dit artikel gaan we dieper in op de vorderingen op het gebied van cameratechnologie en ontwerpinnovaties, hoe deze belangrijke problemen bij nachtfotografie en fotografie bij weinig licht oplossen en de positieve impact hiervan op de prestaties bij weinig licht van Canon's EOS R System-camera's.

Fotografen gebruiken lichtmeters om de helderheid van een scène te meten en op basis daarvan hun camera-instellingen aan te passen. Deze maateenheid noemen we de belichtingswaarde of EV (Exposure Value). Een hogere waarde (zoals +10 EV) wordt gebruikt voor een onderwerp met veel licht, terwijl voor donkere scènes een lagere EV wordt gebruikt. In de praktijk worden de volgende belichtingswaarden gebruikt in veelvoorkomende situaties: 

• Daglicht (fel zonlicht, harde schaduwen) = 15 EV
• Nevelig zonlicht, zachte schaduwen = 14 EV
• Bewolkt, diffuus licht (geen schaduwen) = 12-13 EV
• Landschap net na zonsondergang = 11 EV
• Fel verlicht sportstadion in het donker = 9 EV
• Verlichte straat in het donker = 8 EV
• Standaard interieur van huis = 7 EV
• Kerstboomverlichting = 4-5 EV
• Verlichte gebouwen op grote afstand = 2 EV
• Nachtlandschap verlicht door een volle maan = -4 EV
• Nachtlandschap verlicht door een halve maan = -5 EV

Je zult zien dat vele verschillende combinaties van diafragma en sluitertijd allemaal dezelfde EV hebben. De helderheid van een scène in de buitenlucht tijdens het gouden uur heeft een EV van 10 (ISO100, 1/500 sec en f/1.4), maar bij 1 sec en f/32 is die EV-waarde hetzelfde. Als je de ISO ook wijzigt en instelt op ISO400, dan krijg je bij 1/60 sec en f/16 ook een EV van 10. Met andere woorden: er is niet één correcte instelling om een goed belichte foto van een bepaalde scène te krijgen. (Dit is hetzelfde principe dat je camera toepast wanneer je bijvoorbeeld de modus Diafragmavoorkeuze gebruikt in plaats van de volledige handmatige modus: als je het diafragma wijzigt, past de camera automatisch de sluitertijd aan voor de juiste belichting.)

Dit is heel handig, omdat het wijzigen van de belichtingsinstellingen niet alleen van invloed is op de belichting, maar ook op hoe de foto eruit komt te zien. Een ander diafragma is bijvoorbeeld ook van invloed op de scherptediepte. Je kunt dus niet altijd een groter diafragma (lager f-nummer) gebruiken om meer licht binnen te laten, omdat dit ook leidt tot een ondiepere scherptediepte. Dit heeft een negatieve invloed op het resultaat als je bijvoorbeeld een landschapsfoto maakt die zowel op de voor- als achtergrond scherp moet zijn.

Als je bij weinig licht fotografeert, kun je dan vaak ook beter een langere sluitertijd gebruiken. Bij een langere belichting loop je alleen wel het risico op vervaging door camerabeweging of bewegende onderwerpen. Gelukkig beschikken de EOS R System-camera's over geavanceerde technologieën die dit kunnen voorkomen.

Zelfs al heb je je camera op een zeer stevig statief bevestigd, dan nog kan het indrukken van de sluiterknop zorgen voor beweging die tot een onscherpe foto leidt. Dit is vooral het geval bij een langere belichtingstijd. Je kunt dit vermijden door de sluiterknop op afstand in te drukken, bijvoorbeeld met een speciale sluiteractivering op afstand of via de Canon Camera Connect-app op je smartphone of tablet. Op spiegelreflexcamera's kunnen kleine, maar waarneembare trillingen ontstaan door het openklappen van de spiegel om de sensor bloot te stellen, maar op systeemcamera's zoals die uit de EOS R System-serie is dit fenomeen verleden tijd. Zo beschikken de nieuwste camera's en objectieven van Canon over verschillende beeldstabilisatietechnologieën die zijn ontworpen om bewegingsonscherpte te compenseren en te minimaliseren, wat de oorzaak ook is.

• Voor de optische beeldstabilisatie in IS-objectieven worden gyrosensoren in het objectief gebruikt om beweging te detecteren en een groep 'zwevende' elementen in het objectief die kunnen bewegen om deze beweging te compenseren. Zo wordt het beeld statisch waargenomen door de camerasensor.
• Het systeem van de baanbrekende EOS R gaat nog een stapje verder. De beeldsensor van de camera herkent namelijk ook beeldverschuivingen en stuurt bewegingsvectorgegevens terug naar de processor van het objectief, dat vervolgens de stabiliteit in realtime afstemt. Dit systeem kan nauwkeurig onscherpte met een lage frequentie detecteren en deze compenseren. Deze soort onscherpte kan vooral voor problemen zorgen bij lange belichtingstijden, maar was voorheen moeilijk te herkennen met gyroscoopsensoren. Deze Dual Sensing IS-technologie wordt mogelijk gemaakt door de extra snelheid en bandbreedte die de RF-objectiefvatting levert bij de communicatie tussen de camera en het objectief.
• In camera's met in-body beeldstabilisatie (IBIS), geïntroduceerd op de EOS R5 en EOS R6 in 2020, 'drijft' de sensor magnetisch en kan deze ook bewegen om camerabeweging te compenseren.

Als je in het donker of met een statief fotografeert, zet je IS voor lange belichtingen uit. IS biedt sowieso geen uitkomst als je je onderwerp niet goed genoeg kunt zien om adequaat scherp te stellen. Gelukkig hebben de EOS R System-camera's ook ultramoderne autofocussystemen die effectief zijn bij zeer lage EV-waarden.

Dual Pixel CMOS AF is een door Canon ontwikkelde technologie die in 2013 werd geïntroduceerd en de nieuwste cameramodellen beschikken nu over de tweede versie hiervan. Elke pixel op de Dual Pixel CMOS-sensor heeft twee onafhankelijke fotodiodes (de onderdelen van de sensor die de intensiteit of helderheid van het licht opnemen). De cameraprocessor vergelijkt de signalen van de twee fotodiodes en als deze overeenkomen, is het desbetreffende punt van de afbeelding scherp. Als de signalen verschillen, worden de paren fotodiodes van een groep pixels vergeleken en wordt berekend in welke richting en in hoeverre het objectief moet worden aangepast om goede scherpstelling te bereiken. Dit werkt zelfs bij zeer weinig licht. Het draait namelijk niet om het absolute niveau, maar om de relatieve signaalsterkte van de paren fotodiodes.

Bovendien gebruiken andere AF-systemen slechts een beperkt aantal, speciaal daarvoor bedoelde individuele pixels voor fasedetectie-AF, maar gebruikt Dual Pixel CMOS AF elke pixel in de beeldsensor. Dat betekent dat het actieve AF-gebied in feite het volledige afbeeldingsframe beslaat. Bovendien kan de camera zo aanzienlijk beter een onderwerp in het frame volgen, omdat er geen tussenruimtes zijn tussen de AF-punten. Het systeem werkt zowel voor video's als foto's en is baanbrekend geweest voor filmmakers die betrouwbare scherpstelling en onderwerptracking nodig hebben.

"Dual Pixel CMOS AF-technologie is grensverleggend geweest voor de mogelijkheden van AF bij weinig licht. De AF werkt nu zelfs bij EV-waarden van -6 en lager", aldus Mike. "Gezichts- en oogdetectie zijn mogelijk rond -1 EV en met de technologie kan AF ook bij kleine diafragma's worden gebruikt."

Canon EOS R System-camera's kunnen de autofocus gebruiken bij ongekend lage lichtniveaus:¹

• Canon EOS R10: -4 EV
• Canon EOS R7: -5 EV
• Canon EOS RP: -5 EV
• Canon EOS R: -6 EV
• Canon EOS R6: -6 EV
• Canon EOS R5: -6 EV
• Canon EOS R6 Mark II: -6,5 EV
• Canon EOS R3: -7,5 EV

Mike benadrukt: "Alle AF-systemen hebben een bepaalde mate van contrast nodig om te kunnen meten en voor scherpstelling." AF is niet effectief als het lichtniveau dermate laag is dat er geen contrast kan worden waargenomen of als er überhaupt te weinig contrast is. Als je fotografeert bij weinig licht, moet je soms de ISO verhogen.

Wat is ISO? ISO is een standaardschaal om de lichtgevoeligheid van de sensor van een film- of digitale camera te meten. De naam is afkomstig van de Internationale Organisatie voor Standaardisatie, die in de jaren '70 van de vorige eeuw de oudere ASA- en DIN-standaarden voor film samenvoegden tot één nieuwe standaard. Films met een hogere ISO bevatten meer lichtgevoelig zilverhalide, meestal in de vorm van grotere korrels. Daarom zag je in dit soort films vaak ook letterlijk zeer korrelige beelden. Bij digitale fotografie zorgt een hogere ISO-waarde voor een hogere gain of sterker elektronisch signaal dat wordt geproduceerd door de fotonen die het oppervlak van de sensor raken.

In tegenstelling tot wat vaak wordt beweerd, zorgt dit op zichzelf niet voor extra beeldruis, de digitale tegenhanger van korrel in films. Beeldinformatie is afhankelijk van licht. Bij het maken van foto's bij weinig licht is de signaal-ruisverhouding dus hoe dan ook slechter. Het opschroeven van de gain versterkt alleen maar de beeldinformatie en de ruis die al in het beeld aanwezig zijn. De ruis valt daardoor dus nog meer op.

In moderne Canon-camera's wordt dit probleem aangepakt door ruisreductietechnologieën die steeds beter worden. "De mogelijkheden voor ruisreductie in de huidige Canon EOS- en Cinema EOS-camera’s zijn geavanceerder dan ooit", zegt Mike. Zo hebben de camera's ingebouwde en geautomatiseerde algoritmes voor ruisreductie bij hoge ISO's. (De algoritmes kunnen worden toegepast bij alle ISO-waarden, maar het effect is het best zichtbaar bij hoge ISO's.)

"Elke camera heeft kleurtoon- en luminantiepatronen die in het systeem in kaart zijn gebracht”, legt Mike uit. "Deze voorinstellingen, die zijn gebaseerd op de sensorspecificatie en ISO-waarden, vertellen de camera dat wanneer een JPEG wordt gemaakt met een bepaalde ISO, er een specifieke ruisreductiewaarde moet worden toegepast."

En dan zijn er nog andere geïntegreerde technologieën zoals ruisreductie bij meerdere opnamen, waarmee willekeurige ruis wordt verwijderd door afbeeldingen die op dezelfde plek zijn genomen met elkaar te vergelijken, en ruisreductie bij lange sluitertijden, waarbij een moderne versie van 'dark frame subtraction' wordt gebruikt om de ruis met een vast patroon die tijdens een lange belichting wordt gegenereerd in kaart te brengen.

Naast dergelijke technologieën blijft Canon ook sensors met hoge gain ontwikkelen die een betere resolutie en hogere signaal-ruisverhouding hebben en werken in combinatie met nog geavanceerdere DIGIC-beeldprocessors. Zo bestaat de van achteren verlichte sensor in de EOS R3 uit twee lagen circuits aan de achterkant van de chip, waardoor deze meer licht kan vangen en de ruis aanzienlijk kan verminderen. Dankzij dit ontwerp kan de sensor zelf ook beter profiteren van de processorcircuits. "Doordat we de analoog-digitaalomzetters dichter bij het signaal kunnen plaatsen, is er minder kans op interferentie die voor meer ruis zorgt. Zo krijg je dus scherpere beelden", vertelt Mike.

Dankzij het gelaagde sensorontwerp kan de sensor bovendien sneller beeldgegevens verzenden naar de DIGIC X-processor van de camera, die bij zeer weinig licht over het vermogen beschikt om ruis door hoge ISO-waarden te beperken.

De CMOS-sensors die worden gebruikt in de EOS R System-serie bieden allemaal aanzienlijke voordelen ten opzichte van de CCD-chips in oude camera's. Zo vangen ze om te beginnen licht efficiënter op, waardoor je bij hoge ISO-waarden betere resultaten met minder ruis krijgt. De fotoreceptoren hebben ook een grotere verzadigingscapaciteit, wat betekent dat ze een veel groter dynamisch bereik kunnen vastleggen.

Filmmakers profiteren op hun beurt van Canon's revolutionaire DGO-sensortechnologie (Dual Gain Output) in de professionele EOS C300 Mark III- en EOS C70-videocamera's. Op de DGO-sensor wordt elke pixel in realtime met twee verschillende versterkingsniveaus uitgelezen. Het hogere versterkingssignaal legt details in schaduwen vast en vermindert ruis, terwijl het lagere versterkingssignaal details in de lichte delen vastlegt. De informatie van deze twee niveaus wordt vervolgens gecombineerd tot één superscherp beeld met een enorm dynamisch bereik van meer dan 16 stops. DGO-technologie verbruikt niet meer energie dan een traditionele sensor, maar je kunt er wel scherpe HDR-beelden mee vastleggen, zelfs bij weinig licht.

Tot slot nog iets over sensoren. "Een hoger aantal Megapixel betekent niet dat je automatisch ook betere foto's krijgt, en zeker niet bij weinig licht", zegt Mike. Stel dat je twee camera's met hetzelfde aantal Megapixel hebt, maar de een heeft een grotere sensor dan de ander. De camera met de grotere sensor zal dan betere foto's produceren bij weinig licht. De afzonderlijke pixels, of beter gezegd fotosites, op de grotere sensor zijn namelijk fysiek groter dan die op de kleinere sensor. Je moet het zo zien: een brede emmer vangt meer regenwater op dan een smalle emmer, en zo werkt het hier ook. Een grotere fotosite kan meer licht vangen, wat cruciaal is bij het maken van foto's bij weinig licht.

Als je daarentegen twee camera's met dezelfde sensorgrootte hebt, dan zal de camera met het lagere aantal Megapixel in dezelfde omstandigheden beter presteren bij weinig licht. Minder pixels in hetzelfde gebied betekent namelijk dat elke fotosite groter is en dus meer licht vangt, wat zorgt voor een betere signaal-ruisverhouding.

Mike zegt dat het belangrijk is om hier rekening mee te houden bij het beoordelen van cameraspecificaties. "De EOS R6 Mark II moest geschikt zijn voor gebruik in zoveel mogelijk omstandigheden. Bij het ontwerp hebben we daarom de perfecte balans gezocht tussen een betere resolutie en dezelfde uitmuntende prestaties bij weinig licht."

Camera's uit de EOS R System-serie hebben ook andere functies die van pas komen bij weinig licht. Zo gebruiken de systeemcamera's een elektronische sluiter, die in tegenstelling tot een mechanische sluiter geen bewegende elementen heeft die subtiele trillingen veroorzaken.

Daarnaast bieden de hoogwaardige elektronische zoekers (EVF's) in de EOS R System-serie enkele aanzienlijke voordelen bij het maken van foto's bij weinig licht. Het licht van een EVF maakt het een stuk makkelijker om een slecht verlichte scène te zien en je onderwerpen duidelijk in beeld te krijgen. Dit in tegenstelling tot een optische zoeker (OVF), waarbij je enorm je best moet doen om iets te zien in het donker. Wanneer je in het donker fotografeert, bijvoorbeeld bij astrofotografie, biedt een OVF niet dezelfde helderheid als een EVF. Met een elektronische zoeker kun je bovendien functies gebruiken die niet beschikbaar zijn op een OVF, zoals Focus Peaking en Focus Assist Zoom.

Een ander groot voordeel van een EVF ten opzichte van een OVF is dat je een livepreview kunt zien van het beeld dat je gaat vastleggen, waarbij je geselecteerde Picture Style en andere instellingen al zijn toegepast. Met de livepreview kun je direct zien of je de belichting moet aanpassen voordat je op de sluiterknop drukt.

Met een objectief uit de RF-serie krijg je nog betere resultaten. Een aantal RF-objectieven heeft een nieuwe Subwavelength Structure Coating en een Air Sphere Coating om reflecties en overstraling te voorkomen, die vaak een risico vormen bij het maken van foto's met veel tegenlicht, zoals tijdens zonsopgang of -ondergang.

Alle EOS R System-camera's maken gebruik van objectiefcorrectie en andere gegevens die worden opgeslagen in ieder objectief. Hiermee kan de camera de optische fouten en tekortkomingen van elk objectief corrigeren tijdens het vastleggen van beelden in de JPEG-indeling of tijdens RAW-verwerking in de camera als je RAW-bestanden vastlegt. De DLO-technologie (Digital Lens Optimizer) van Canon kan veel objectiefaberraties corrigeren in de camera, waaronder de effecten van diffractie wanneer je foto's maakt met lange belichtingstijden en kleine diafragma's.

"Canon heeft alle objectieven getest bij verschillende scherpstellingen, diafragma's en zoomposities om erachter te komen welke aberraties optreden", vertelt Mike. "DLO kan deze aberraties dus corrigeren en zo foto's met een hogere resolutie produceren dan normaal gesproken mogelijk zou zijn. Dit werkt met zowel RF- als EF-objectieven die je gebruikt op EOS R System-camera's."

Van baanbrekende beeldstabilisatie en autofocusopties tot geavanceerde ruisreductie en sensor- en processortechnologieën, de Canon EOS R System-camera's en RF-objectieven worden steeds verder verbeterd om de belangrijke problemen van fotografie bij weinig licht te verhelpen en leveren prestaties die voorheen ondenkbaar waren.

¹ Autofocusprestaties tijdens een fotosessie met een f/1.2-objectief, middelste AF-punt, 1-beeld AF, bij 23 °C / 73 °F, ISO100. Met uitzondering van RF-lenzen met Defocus Smoothing-coating.