Размеры матриц фотоаппаратов таблица: Размер матрицы. Что это такое?

Практически все, кто только начинают пользоваться цифровыми фотоаппаратами либо даже и не слышали о таком понятии, как физический размер матрицы, либо слышали, но не понимают его значимости. А многие просто путают физический размер с разрешением.

Однако, на самом деле, физический размер матрицы это одна из важнейших характеристик, влияющих на качество получаемых фотографий.

Давайте сначала поговорим о том, какие именно геометрические размеры матриц встречаются в современных цифровых фотоаппаратах, а потом будем разбираться с их влиянием на снимки.

Сразу хочу предупредить, что вот так с ходу узнать, какого размера матрица стоит на том или ином фотоаппарате можно очень редко. Как правило, ни продавцы ни производители эту характеристику нигде не указывают. Продавцы, наверное, потому что и сами далеко не всегда ее знают, а производители вообще не понятно почему.

Итак, что такое физический размер матрицы?

Все предельно просто – это ее геометрический размер – длина и ширина в миллиметрах.

Однако, по какой-то неизвестной мне традиции, в спецификациях к цифровым фотоаппаратам этот размер указывается ни в миллиметрах а в обратном количестве дюймов. Выглядит это так 1 / 3.2, что соответствует 3.4 * 4.5 мм.

Но, к сожалению, даже размер в дюймах найти в характеристиках фотоаппарата обычно не представляется возможным. Поэтому для выяснения физического размера матрицы приходится прибегать к расчетам. Для облегчения нашей участи воспользуемся следующей таблицей:

В первой колонке таблицы находится тот самый физический размер, который мы ищем, во второй, размер в дюймах, принятый в спецификации, а в третьей коэффициент, показывающий во сколько раз диагональ матрицы меньше диагонали кадра 35мм. пленки обычного фильма ( KF = 1).

Для расчета нам потребуются две величины, которые как правило присутствуют в характеристиках любого цифрового фотоаппарата.

К примеру, если F = 7 – 21мм, а Feq = 35 – 105мм, то делить нужно либо 35/7, либо 105/21. В результате получится коэффициент KF = 5. Теперь по вышеприведенной таблице находим KF равный или приблизительно равный 5, и получаем в результате, что матрица имеет физический размер 1 / 1,8″ или 5,3 * 7,2мм.

Давайте составим перечень матриц по типоразмерам:
Матрицы размера 1 / 3.2″ – самые маленькие матрицы, соотношение сторон 4:3, физический размер 3.4 * 4.5 мм, используются в недорогих и компактных фотоаппаратах.
Матрицы размером 1 / 2.7″ , соотношение сторон 4:3, физический размер 4.0 * 5.4 мм, используются в недорогих и компактных фотоаппаратах.

А теперь, когда мы выяснили основные физические размеры матриц, давайте поговорим о том, на что же эти размеры влияют.

Во-первых, размер матрицы влияет на размер и вес самой фотокамеры. Поскольку размеры оптической части линейно зависят от размера матрицы, то фотоаппарат с матрицей 1/1,8″ при прочих равных условиях будет больше по размеру чем фотоаппарат с матрицей 1 / 2.7″ .

Во-вторых, размер матрицы влияет на количество цифрового шума, передаваемого вместе с основным сигналом на светочувствительные элементы матрицы.

Наличие цифрового шума предает фотографии неестественный вид, при котором создается впечатление что на фотографию сверху наложена маска из точек различного цвета и яркости.

Шумы могут возникать по множеству причин, это либо дефекты в структуре матрицы, либо токи утечки (заряд может пробивать изоляцию и переходить с одного пикселя на другой), так же шум возникает в результате нагрева матрицы (так называемый тепловой шум, когда при повышении температуры на 6-8 градусов шум увеличивается в 2 раза).

Сам по себе показатель шума нет смысла рассматривать, о нем нужно говорить в соотношении сигнал / шум.

Физический р азмер матрицы и размер каждого пикселя в отдельности значительно влияют на кол-во шумов. Чем больше физический размер матрицы, тем больше ее площадь и тем больше света на нее попадает, в результате чего полезный сигнал матрицы будет сильнее и соотношение сигнал / шум будет лучше. Это позволяет получать более яркую, качественную картинку с естественными цветами.

Так же при большом размере каждого отдельного пикселя, слой изоляции, разделяющий пиксели друг от друга, толще и меньше зарядов ее пробивает, т.е. токов утечки меньше, а соответственно шумов меньше.

Представьте, что на матрице одного и того же размера расположено либо 4000 пикселей (4 Мпикс) , либо 8000 (8 Мпикс), и представьте толщину изоляции, которой они разделены друг от друга.

Кроме того, как уже было написано выше, матрица маленького размера из-за небольшого количества, попадающего на нее света, имеет слабый полезный сигнал, в результате его приходиться сильнее усиливать, а вместе с полезным сигналом усиливаются и шумы, которые становятся более заметными.

Вывод!

Поскольку физический размер матрицы напрямую связан с количеством попадающего на матрицу света, то чем матрица больше, тем качественней будут фотографии в условиях плохой освещенности. Однако увеличение размера матрицы неминуемо повлечет за собой увеличение размеров и стоимости фотоаппарата.

Удачного вам выбора!

• Tags:анатомия камеры

Главная

Фотогалерея

Игры и конкурсы

Новичкам

Статьи

Новости

Обьявления

Бесплатный софт

Таблица характеристик матриц цифровых фотоаппаратов.  (update 15.03.2012) 

Кто здесь?

Эту таблицу я сделал уже много лет назад, для наглядного сравнения цифровых фотоаппаратов. В те годы было много путаницы даже с понятием «кропа» и «полного формата», не говоря уже про компактные и среднеформатные аппараты. Скудная информация была разбросана по многочисленным сайтам производителей фототехники, и сравнить камеры наглядно было практически невозможно. Всё это вводило в заблуждение многих фотолюбителей, разжигая яростные споры на профильных форумах.

Чтобы как-то упорядочить ситуацию и привести к одному знаменателю любые камеры — от мыльниц до среднеформатных камер, я решил использовать понятие плотности пикселей — DPI (хотя, возможно, будет правильней сказать ppi). Почему я выбрал именно этот параметр, который раньше нигде не использовался для этого? Просто потому, что имевшаяся в открытом доступе информация, позволяла рассчитывать его идеально точно, без погрешностей. Зная длину и ширину матрицы, а также количество пикселей, я мог без труда, абсолютно точно рассчитать их плотность.

Удобная в использовании, наглядная таблица, позволила двигаться дальше, по пути познания технических характеристик матриц, и, со временем, обросла массой дополнительных «полезностей». Сегодня в таблице собраны самые разные параметры, имеющие отношение к матрицам цифровых фотоаппаратов. Это и размер пикселя, и точный кроп-фактор, и площадь матрицы, и дифракционное ограничение диафрагмы. С помощью этой таблицы можно легко отслеживать тренды развития фототехники, прогнозировать грядущие изменения или просто выбирать камеру.

Разобраться в многочисленных параметрах таблицы сходу не так просто. Помочь фотографу в этом должны специальные статьи, сопровождающие таблицу, раскрывающие её особый смысл.

 Часть первая. Увеличивает ли кроп-фактор способность объективов «приближать»?

   Поскольку я занимаюсь фотографией дикой природы, часто бывает просто невозможно подойти ближе к объекту съёмки (из-за риска испугать животное или птицу). И тут во всесь рост встаёт проблема нехватки фокусного расстояния объективов (говоря простым языком — способности оптики «приближать удалённые объекты»). На заре цифровой фотографии, было крайне распространено мнение, что камеры с «кропнутой» матрицей увеличивают фокусное расстояние объективов в кроп раз. Тут я постараюсь объяснить, почему неправильно так думать. 

   Сейчас у меня есть две камеры. Одна полноформатная — Canon EOS 5D Mark II, вторая с кроп-фактором 1,6х — Canon EOS 20D. Кроп-фактор 1,6, означает, что диагональ матрицы 20D в 1,6 раза меньше, чем диагональ матрицы 5D MarK II. 43mm разделить на 27mm равно 1,6.

С кроп-фактором разобрались. Матрица уменьшилась. Но оптика то осталась прежней. Объектив, например, 300мм подходит как к 20D, так и к 5D Mark II. Что будет, если один и тот же кадр снять на 5D Mk II и на 20D? Самая наглядная и точная метафора — взять большой напечатанный кадр, и вырезать из него середину ножницами. Какая разница, резать матрицу или уже готовый кадр? Вот так:

  Конечно, на вырезанном кадре птица выглядит крупнее. Часто, начинающими фотографами, это свойство кропа ошибочно воспринимается как плюс. Но на самом деле, плюсом вовсе не является. Зачем спешить, и «вырезать кадр» до съёмки? А если птица подлетит ближе, или нам захочется вырезать не середину, а край снимка? На полноформатной матрице мы можем резать как угодно, а можем вообще не резать. А вот кроп вариантов уже не оставляет. Вылезшие за край кадра крылья уже не вернуть, и потенциально хороший снимок отправляется в корзину.

примеры основных кроп-факторов: 1.3х, 1.6х и 2х

 Спорить, что лучше, кроп или полный формат я тут не стану. Кроп может быть дешевле или быстрее. Тут у каждого своё решение. Вместо ненужных споров, предлагаю ответить на вопрос, какая характеристика камеры может по-настоящему способствовать качественному приближению? И ответ прост — плотность пикселей (столбик dpi в таблице). Для того, чтобы понять, почему это так, давайте рассмотрим ещё один пример из жизни. В этот раз, для удобства, возьмём две полноформатные камеры — 5D и 5D Mark II. Особо подчеркну, что для конечного результата совершенно не важно, полный формат у нас или кроп, тут играет роль только один параметр — плотность пикселей. У 5D это 3101 dpi, у 5D Mark II — 3955 dpi. 

   Представьте сафари: яркий солнечный день, низкая чувствительность ISO, отличная оптика. И вдруг мы видим дикого леопарда в 100 метрах от нас. Делаем снимок, и зверь скрывается. 100 метров — это далеко. Для того, чтобы кадр хорошо смотрелся, нам волей-неволей придётся сильно кадрировать, оставив 1/10 от полного кадра (для простоты подсчёта). Математика подсказывает, что кадр с камеры 5D (12мп) после кадрирования будет состоять из 1,2мп (12 разделить на 10), что очень мало и не годится для качественной печати. А вот снимок с 5D MII (21мп) будет состоять из 2,1 мп, что уже значительно лучше! И я ещё раз хочу подчеркнуть — совершенно не важно, кроп у нас, или полный формат. 20D, у которой плотность 3955dpi (как и у 5D Mark II), аналогичный кадр, в тех-же самых условиях, тоже состоял бы из 2,1 мп. Несмотря на то, что матрица там всего 8 мегапикселей. Тут играет роль только плотность пикселей. 

Часть вторая. Меньше пиксель — больше шум

   Из первой части можно сделать вывод — давайте наращивать плотность пикселей, что бы картинка была лучше. Но не всё так просто. Чем больше плотность пикселей, тем меньше площадь каждого конкретного пикселя (такой столбик тоже есть в таблице). Чем меньше площадь пикселя, тем меньше фотонов света он улавливает. Фотоны — это полезный сигнал. Чем их меньше, тем хуже соотношение сигнал/шум, тем хуже чувствительность камеры.

   Скажу просто — камеры, которые мне приходилось тестировать, с размером пикселя менее 6 микрон, имеют плохую чувствительность и более высокий шум. Это моё мнение, мой опыт. Пока что никаких исключений в этом правиле я не видел. Возможно, когда-нибудь, технологии позволят делать новые камеры более чувствительными, но пока так. Возникает вопрос, что выбрать? Плотность пикселей или чувствительность? Тут всем придётся искать свой собственный ответ. Кому интересно моё мнение, смотрите следующие два абзаца, но… никому его не навязываю. 🙂 

   Я проанализировал свои снимки, за последние несколько лет, размышляя, может ли большая плотность пикселей увеличить качество моих снимков. Результат оказался очень неожиданным: снимков, качество которых можно улучшить за счёт плотности пикселей, оказалось крайне мало. Помимо моих кривых рук, виной тому стали многие естественные факторы — шумы, шевелёнка, качество оптики, «воздух», не точный АФ и пр. Причём, 90% снимков, которые можно было бы улучшить повышенной плотностью пикселей, в улучшении и не нуждались — все они и так обладали достаточным качеством. 

   Показательно, что большая часть некачественных фотографий страдала из-за недостатка чувствительности. Шевелёнка и шумы мне, как фотографу дикой природы, сейчас мешают гораздо сильнее. 16-25 мегапикселей на полном формате — мой идеал на сегодняшний день.  

   Также не стоит забывать про ДД — динамический диапазон, который очень тесно связан с шумами, т.к. они ограничивают его в тенях. Меньше пиксель — меньше и ДД. Выводы тут каждый сам для себя сделает. А тех, кому важнее окажется плотность пикселей, я хочу предупредить об ещё одном коварном враге, который будет вечно подстерегать Вас, и от которого Вам не скрыться. По крайней мере в этой Вселенной. Это дифракция… 

  Часть третья. Дифракция в фотографии. Теория

Для этой части моей статьи все рисунки взяты из
замечательного учебного пособия про дифракцию:
Tutorials: difraction & photography. Очень рекомендую
его всем, кто хочет глубоко разобраться в этой теме.

В этой части матрица ни причём, а отдуваться всё равно приходится. За физику. Какое отношение имеет дифракция к матрице цифрового фотоаппарата? Никакого. Но давайте рассмотрим, что же мы имеем ввиду под словом дифракция, когда говорим о головной боли фотографов?

Если не вдаваться в подробности, то дифракция — это физическое явление, которое мешает нам сильно закрывать диафрагму, снижая качество получаемого изображения.

  Если рассмотреть причины дифракции, то мы увидим, что появляется она при прохождении света через диафрагму. После прохождения диафрагмы, лучи идут уже не столь прямо, как нам хотелось бы, а немного «расслаиваются», расходятся в стороны. В результате каждый лучик образует на поверхности матрицы не просто точку, а «кружок и круги по воде» — дифракционные кольца, или, как это ещё называют диск Эри (по фамилии учёного, английского астронома — George Biddell Airy):

 Разумеется, что, в отличие от хорошо сфокусированной точки, подобные диски могут залезть на соседние пиксели, если те расположены достаточно плотно. А когда они лезут на соседние пиксели, мы прощаемся с хорошей резкостью.
   Давайте рассмотрим это явление на примере. Зная размер пикселей, мы без труда построим сетку, обозначающую границы пикселей (пунктиром). Далее по формуле мы вычисляем диаметр диска Эри и для упрощения представляем его в виде пятна света. И попробуем наложить диски Эри, характерные для самых распространённых диафрагм, на нашу сетку. Для примера я взял размер пикселя камеры 5D MarkII, а значения диафрагм указаны под каждым рисунком:

Как вы видите, при неизменной сетке пикселей кружок Эри растёт. При f/16 он уже значительно залезает на соседние пиксели, что в реальной жизни будет размывать картинку, не давая нам попиксельной резкости. А при f/22 этот диск занимает почти всю площадь 9 пикселей!
   Зная размеры этого кружка, я могу рассчитать максимально закрытую диафрагму, после которой дальнейшее закрытие, будет ухудшать фотографию. Этот параметр мой коллега с the-digital-picture.comназывает DLA (diffraction limited aperture), что соответствует русскому термину ДОД (дифракционное ограничение диафрагмы). Однако мои расчёты числового значения этого параметра несколько отличаются от вычислений автора вышеуказанного сайта. Например, в своей формуле он, видимо, каким-то образом учитывает и размер всей матрицы (в частности, при равной плотности пикселей, значения DLA 40D (f/9.3) и 1D MarkIV (f/9.1) различаются). Это, конечно же, не может быть верным, когда мы говорим о дифракции на уровне пикселей. Впрочем, наши результаты не сильно расходятся, так что разницей можно принебречь. К тому же, в силу сочетания очень многих факторов (нечеткость границ диска, сложная структура ячеек матрицы и пр.), невозможно с абсолютной точностью назвать величину DLA, после которой начинает наблюдаться деградация изображения.
   Итак, давайте посмотрим, как это работает. Для 5D MarkII (как и для 20D), DLA составляет f/10,8, что очень близко к рисунку выше с подписью f/11. В то же время, для Canon 1D (всего 4 mp, — самые крупные ячейки матрицы среди всех камер Canon), этот параметр составляет f/19,1. Давайте закроем диафрагму до f/16, и посмотрим, как будет выглядеть диск Эри, спроецированный на сетку пикселей 1D и на сетку 5D MarkII (или 1Ds MarkIII или 20D):

 Как видно из этого примера, что позволено Юпитеру, не позволено быку. При съёмке на 1D мы легко можем закрыть диафрагму до f/16, а на 5D Mark II это приведёт к снижению возможной детализации.

Часть третья. Дифракция в фотографии. Практика

   Выше была лишь сухая теория. Она абсолютно верна, но не учитывает того, что оптика очень часто не способна выдать достаточной детализации, на диафрагмах уже DLA. Так как же дело обстоит на практике?
   Действительно, оптика не всегда даёт качество, которое позволило бы нам видеть попиксельную резкость. Более того, как мы знаем, качество изображения растёт по мере закрытия диафрагмы. Из-за этого у качественной оптики мы можем заметить ухудшение качества из-за дифракции на диафрагмах близких к DLA, а вот у плохих это может произойти на значительно позже. Однако, если ухудшение наступает на одно или даже два значения диафрагмы уже DLA, это означает, что матрица камеры с этим объективом никогда не получает достаточно детаелй. Т.е. попиксельной резкости там не будет никогда, иначе дифракцию мы бы смогли заметить на уровне числового значения DLA.
   Что же мы можем наблюдать на камерах с большой плотностью пикселей? Для примера возьмём новую (на момент написания этих строк) камеру Canon EOS 7D. DLA там составляет f/7,2. Что это значит? Это значит, что 7D сможет выдать попиксельную детализацию только на диафрагмах менее 7,2. Возьмём хорошую оптику и посмотрим на результат. Для этого обратимся за помощью к ресурсу The Digital Picture. Там мы можем найти снимок специальной тестовой таблицы на камеру 7D с использованием хорошей оптики (Canon EF 200mm f/2.0L IS USM). Сравним кадр, сделанный при диафрагме 5,6 и 8. Как мы видим, резкость незначительно ухудшается — теория работает! Теперь сравним 5,6 и 11 — вот тут уже идёт заметное падение резкости, причём не только по центру, но даже в углах!
   Весь парадокс камер с высокой плотностью пикселей, что оптике и так сложно передать значительное количество деталей, а передать значительное количество деталей на диафрагмах шире, чем f/8. .. боюсь это задача лишь для действительно великолепных объективов. Таких, как Canon EF 200mm f/2.0L IS USM ~ за 6000$…

   В заключение, для невнимательных читателей, я хочу ещё раз подчеркнуть, что дифракция не является параметром матрицы, искажает изображение до матрицы и не зависит от марки камеры (а если и зависит, разница минимальна и я её не учитываю). 

Наверх