Что собой представляет матрица цифрового фотоаппарата

Требования к глубине резкости

При увеличении размера сенсора глубина резкости при заданной диафрагме уменьшится (для предмета съёмки тех же размеров и на том же расстоянии). Происходит это потому, что сенсор большего размера для заполнения кадра потребует либо приблизиться к предмету съёмки, либо использовать большее фокусное расстояние. Сокращение дистанции фокусировки означает сокращение глубины резкости, для компенсации которого потребуется увеличить число диафрагмы (закрыть её сильнее). Следующий калькулятор определяет необходимые диафрагму и фокусное расстояние для сохранения глубины резкости (при неизменной перспективе).

В качестве примера расчёта, если захотеть воспроизвести ту же перспективу и глубину резкости на полнокадровом сенсоре, которые были получены при помощи объектива 10 мм при диафрагме f/11 на камере с кроп-фактором 1.6, понадобилось бы использовать объектив 16 мм и диафрагму порядка f/18. Иначе, если использовать объектив 50 мм f/1.4 на полнокадровом сенсоре, полученная глубина резкости была бы настолько мала, что на камере с кроп-фактором 1.6 для этого потребовалась бы диафрагма 0.9 — для потребительских объективов недостижимая!

Малая глубина резкости может быть желательна для портретов, поскольку она улучшает размытие фона, тогда как большая глубина резкости желательна для пейзажно-ландшафтной съёмки. Вот почему компактные камеры бьются за получение хорошего размытия фона на портретах, тогда как камеры большого формата бьются за требуемую глубину резкости пейзажей.

Примите во внимание, что вышеприведенный калькулятор предполагает, что у вас есть объектив для второго сенсора, который может воспроизвести угол зрения первого. Если вы используете один и тот же объектив, требования по диафрагме сохранятся, но вам потребуется приблизиться к объекту (или отдалиться от него)

Однако при этом заодно изменится перспектива.

Экспонирование, структура и характеристики матрицы фотоаппарата

Что такое экспонирование матрицы?

Данный термин можно часто услышать от профессиональных фотографов. Он означает всю процедуру получения снимка.

При нажатии кнопки для осуществления снимка, открывается затвор; свет попадает на матрицу; происходит экспонирование. Оно продолжается вплоть до закрытия затвора.

Как правило, слово «матрица» фотографы не произносят, предпочитая заменять его на словосочетания «процесс экспонирования», «в течение экспонирования» и т. п.

 

Дискретная структура матрицы

Матрица, по своей структуре, является совокупностью фотодиодов или транзисторов. Именно за их счёт фиксируется свет, который превращается затем в электрический сигнал. Один фотодиод производит 1 пиксель итогового изображения.

Характеристики матрицы и их перечень

Как и прочие современные приборы, фотоаппараты сильно отличаются. Аппараты разных ценовых категорий будут обладать разными матрицами, которые, в свою очередь, будут оснащены разными характеристиками и свойствами.

Матрицу правильно считать «сердцем» камеры, подобно, например, двигателю в автомобиле. То есть, таким элементом, который определяет работу всей системы.

Следовательно, бюджетные модели фотокамер будут гораздо более ограничены в своих функциях, чем дорогие профессиональные аппараты.

Тем не менее все матрицы имеют следующие основные характеристики, в зависимости от которых их и можно категоризировать:

• Размер;
• Разрешение;
• Отношение сигнала к шуму;
• ISO;
• Динамический диапазон.

Ранее также существовала классификация по типу, однако сейчас эта характеристика является устаревшей.

Вы участвуете в этих фотоконкурсах?

Начало: 27-12-202 Фотографии принимаются до: 22-01-2023 Голосование до: 26-01-2023 Тема: техника, транспорт и механизмы Жанр: объектная фотография

Начало: 23-12-202 Фотографии принимаются до: 18-01-2023 Голосование до: 22-01-2023 Тема: цветы Жанр: натюрморт, объектная фотография

Интересные публикации на сайте

В настоящее время нет ни одного человека, кто бы не фотографировал хоть раз в свой жизни

И совсем неважно делали это своей камерой или по просьбе других владельцев фотокамер.Большой интерес вызывают ..

Классический фотопортрет – это портретная фотография, сделанная по всем правилам и канонам художественного портрета (как понятия в живописи) и фотоискусства как такового.Много правил в фотографи…

Новые фотоконкурсы на сайте

Начало: 29-12-202 Фотографии принимаются до: 24-01-2023 Голосование до: 28-01-2023 Тема: времена года – зима Жанр: жанровая фотография, документальная фотография, все жанры

Начало: 23-12-202 Фотографии принимаются до: 18-01-2023 Голосование до: 22-01-2023 Тема: минимализм Жанр: жанровая фотография, документальная фотография, все жанры

Виды матриц в зависимости от их размера. Главная и побочная диагонали. След матрицы.

Пусть задана некая матрица $A_{m\times n}$. Если $m=1$ (матрица состоит из одной строки), то заданную матрицу называют матрица-строка. Если же $n=1$ (матрица состоит из одного столбца), то такую матрицу называют матрица-столбец. Например, $\left( \begin{array} {ccccc} -1 & -2 & 0 & -9 & 8 \end{array} \right)$ – матрица-строка, а $\left( \begin{array} {c} -1 \\ 5 \\ 6 \end{array} \right)$ – матрица-столбец.

Если для матрицы $A_{m\times n}$ верно условие $m\neq n$ (т.е. количество строк не равно количеству столбцов), то часто говорят, что $A$ – прямоугольная матрица. Например, матрица $\left( \begin{array} {cccc} -1 & -2 & 0 & 9 \\ 5 & 9 & 5 & 1 \end{array} \right)$ имеет размер $2\times 4$, т.е. содержит 2 строки и 4 столбца. Так как количество строк не равно количеству столбцов, то эта матрица является прямоугольной.

Если для матрицы $A_{m\times n}$ верно условие $m=n$ (т.е. количество строк равно количеству столбцов), то говорят, что $A$ – квадратная матрица порядка $n$. Например, $\left( \begin{array} {cc} -1 & -2 \\ 5 & 9 \end{array} \right)$ – квадратная матрица второго порядка; $\left( \begin{array} {ccc} -1 & -2 & 9 \\ 5 & 9 & 8 \\ 1 & 0 & 4 \end{array} \right)$ – квадратная матрица третьего порядка. В общем виде квадратную матрицу $A_{n\times n}$ можно записать так:

Говорят, что элементы $a_{11}$, $a_{22}$, $\ldots$, $a_{nn}$ находятся на главной диагонали матрицы $A_{n\times n}$. Эти элементы называются главными диагональными элементами (или просто диагональными элементами). Элементы $a_{1n}$, $a_{2 \; n-1}$, $\ldots$, $a_{n1}$ находятся на побочной (второстепенной) диагонали; их называют побочными диагональными элементами. Например, для матрицы $C=\left(\begin{array}{cccc}2&-2&9&1\\5&9&8& 0\\1& 0 & 4 & -7 \\ -4 & -9 & 5 & 6\end{array}\right)$ имеем:

Элементы $c_{11}=2$, $c_{22}=9$, $c_{33}=4$, $c_{44}=6$ являются главными диагональными элементами; элементы $c_{14}=1$, $c_{23}=8$, $c_{32}=0$, $c_{41}=-4$ – побочные диагональные элементы.

Сумма главных диагональных элементов называется следом матрицы и обозначается $\Tr A$ (или $\Sp A$):

Например, для матрицы $C=\left(\begin{array} {cccc} 2 & -2 & 9 & 1\\5 & 9 & 8 & 0\\1 & 0 & 4 & -7\\-4 & -9 & 5 & 6 \end{array}\right)$ имеем:

Понятие диагональных элементов используется также и для неквадратных матриц. Например, для матрицы $B=\left( \begin{array} {ccccc} 2 & -2 & 9 & 1 & 7 \\ 5 & -9 & 8 & 0 & -6 \\ 1 & 0 & 4 & -7 & -6 \end{array} \right)$ главными диагональными элементами будут $b_{11}=2$, $b_{22}=-9$, $b_{33}=4$.

Светочувствительность и шумы

Светочувствительность матрицы – еще одна характеристика, которая описывает фотоаппарат. Покупать камеру стоит, ориентируясь на планируемые возможности применения. Сегодня в документации в графе светочувствительности можно встретить очень высокие цифры – до 51000 и больше. Однако это не говорит напрямую о возможности делать качественные снимки. Нет и рекомендаций, какой должна быть светочувствительность. Работает все следующим образом:

• для получения хорошего изображения требуется обеспечить выдержку, время которой зависит от уровня освещенности и светочувствительности матрицы;
• при среднем и низком освещении приходится применять штатив;
• если хочется продолжать снимать “с рук”, можно программно поменять уровень светочувствительности матрицы в настройках фотоаппарата.

Однако высокая светочувствительность при малой установленной выдержке – это прямой путь к появлению шумов на снимке. Повышенная зернистость, появление мозаики – это те черты, которые раздражают и требуют тщательной вторичной обработки изображения.

Уровень светочувствительности является определяющим только при четком осознании того, в каких именно условиях будет использоваться камера. К примеру, при работе со штативом можно покупать фотоаппарат с высоким показателем, это даст широкие возможности съемки при самых разных освещениях без применения вспышки.

Тип CMOS или КМОП

Отличительной чертой CMOS-матриц можно считать низкое энергопотребление, что является неоспоримым плюсом.

К особенностям данной технологии можно отнести:

• Произвольное считывание ячеек, что позволяет получать высококачественное несмазанное изображение;
• Отсутствие «вертикальных столбцов света», возникающих из-за яркости точечных объективов;
• Доступность цены;
• Низкая чувствительность матрицы из-за сниженной площади светочувствительного элемента, что является небольшим минусом;
• Низкое время сканирования, из-за чего объекты, расположенные в качестве, периодически могут искажаться;
• Обработка картинки на пикселе, повышающая число помех.

Как работает сенсор?

Сегодня сенсоры цифровые. Раньше роль сенсора выполняла пленка. И то, и другое – носители, на которые записываются изображения. Объектив плюс некий тип сенсора – это базовое условие для создания изображения. В камере есть еще множество частей, но два этих элемента – ключевые для создания картинки.

Как я упоминал ранее, существует несколько разных технологий работы сенсоров камер. Два самых популярных вида – «CCD» (сокр. от англ. charge-coupled device – прибор с зарядовой связью, ПЗС-матрица) и «CMOS» (сокр. от англ. complementary metal oxide semiconductor – комплементарная логика на транзисторах металл-оксид-полупроводник, КМОП-матрица).

CCD-матрицы работают путем передачи электрического заряда и конвертирования его в цифровой сигнал. CMOS-матрицы используют красный, зеленый и синий фильтры и пропускают данные через металлическую проводку на фотодиоды. Большинство современных сенсоров – CMOS. CCD-матрицы, похоже, достигли своих технологических пределов, и в новых камерах встречаются реже.

В довесок к распространенным CCD и CMOS сенсорам, Sigma разработала собственный тип матрицы, названный «Foveon», что вызвало определенный ажиотаж. Используя запатентованную технологию, Sigma утверждает, что их новая камера SD1 будет способна создавать 46-мегапиксельные изображения на сенсоре размерности APS-C. Это достигается при помощи трехслойной матрицы, в которой каждый слой отвечает за 15.3 мегапикселя.

Некоторые оспаривают справедливость такого амбициозного утверждения, и пока камера не выпущена, судьи ждут. Но сенсор «Foveon» существует уже несколько лет, и другие камеры (с меньшим разрешением) его используют. Вы можете провести исследование и посмотреть, насколько вам понравятся результаты с этого сенсора.

Методы получения цветного изображения

Сам по себе пиксель фотоматрицы является «чёрно-белым». Для того, чтобы матрица давала цветное изображение, применяются специальные технические приёмы.

Трёхматричные системы

Основная статья: 3CCD

Пример работы дихроической призмы

Поступающий в камеру свет, попадая на пару дихроидных призм, делится на три основных цвета: красный, зелёный и синий. Каждый из этих пучков направляется на отдельную матрицу (чаще всего используются CCD матрицы, поэтому в наименовании соответствующей аппаратуры употребляется обозначение 3CCD).

Трёхматричные системы применяются в видеокамерах среднего и высокого класса.

Достоинства трёх матриц по сравнению с одноматричными

• лучше передача цветовых переходов, полное отсутствие цветного муара;
• выше разрешение: отсутствует необходимый для устранения муара размывающий (low-pass) фильтр;
• выше светочувствительность и меньший уровень шумов;
• возможность введения цветокоррекции постановкой дополнительных фильтров перед отдельными матрицами, а не перед съёмочным объективом, позволяет добиться существенно лучшей цветопередачи при нестандартных источниках света.

Недостатки трёх матриц по сравнению с одноматричными

• принципиально бо́льшие габаритные размеры;
• трёхматричная система не может использоваться с объективами с малым рабочим отрезком;
• в трёхматричной схеме есть проблема сведе́ния цветов, так как такие системы требуют точной юстировки, причём, чем большего размера матрицы применяются и чем больше их физическое разрешение, тем сложнее добиться необходимого класса точности.

Матрицы с мозаичными фильтрами

Основная статья: Массив цветных фильтров

Во всех таких матрицах пиксели расположены в одной плоскости, и каждый пиксель накрыт светофильтром некоего цвета. Недостающая цветовая информация восстанавливается путём интерполяции (подробнее…

).

Существует несколько способов расположения светофильтров. Эти способы различаются чувствительностью и цветопередачей, при этом чем выше светочувствительность, тем хуже цветопередача:

• RGGB — фильтр Байера, исторически самый ранний;
• RGBW имеют более высокую чувствительность и фотографическую широту (типично выигрыш чувствительности в 1,5—2 раза и 1 ступень по фотографической широте), частный случай RGBW-матрицы — CFAK-матрица компании Kodak;
• RGEB (красный — зелёный — изумрудный — синий);
• CGMY (голубой — зелёный — лиловый — жёлтый).

Матрицы с полноцветными пикселами

Существуют две технологии, позволяющие получать с каждого пикселя все три цветовые координаты. Первая применяется в серийно выпускаемых камерах фирмы Sigma, вторая — на середину 2008 года существует только в виде прототипа.

Многослойные матрицы (Foveon X3)

Основная статья: Foveon X3

Фотодетекторы матрицы X3 компании Foveon расположены в три слоя — синий, зелёный, красный. Название сенсора «Х3» означает его «трёхслойность» и «трёхмерность».

Матрицы X3 применяются в цифровых фотоаппаратах Sigma.

Полноцветная RGB-матрица Nikon

В полноцветных матрицах Nikon (патент Nikon от 9 августа 2007) лучи RGB предметных точек в каждом пикселе, содержащем одну микролинзу и три фотодиода, проходят через открытую микролинзу и падают на первое дихроичное зеркало. При этом синяя составляющая пропускается первым дихроичным зеркалом на детектор синего, а зелёная и красная составляющие отражаются на второе зеркало. Второе дихроичное зеркало отражает зелёную составляющую на детектор зелёного, и пропускает красную и инфракрасную составляющие. Третье дихроичное зеркало отражает красную составляющую на детектор и поглощает инфракрасную составляющую.

Несмотря на то, что прототип матрицы уже создан (2008 год), этот патент вряд ли найдёт своё применение в ближайшее время из-за существенных сложностей в технологии.

По сравнению со всеми прочими системами, кроме трёхматричных, данная технология имеет потенциальное преимущество в эффективности использования светового потока по сравнению с технологиями RGBW или фильтром Байера. (Точный выигрыш зависит от характеристик пропускания фильтров).

По сравнению с Foveon X3, данная технология выигрывает в качестве цветопередачи.

По сравнению с 3CCD системами, данный тип матрицы выигрывает в возможности использования в зеркальных аппаратах и в отсутствии необходимости точной юстировки оптической системы.

Устройство одного пикселя матрицы

Архитектура пикселей у производителей разная. Для примера здесь приводится архитектура ПЗС-пикселя.

Пример субпикселя ПЗС-матрицы с карманом n-типа

Схема субпикселей ПЗС-матрицы с карманом n-типа (на примере красного фотодетектора)Обозначения на схеме субпикселя ПЗС-матрицы

— матрицы с карманом n-типа:1 — фотоны света, прошедшие через объектив фотоаппарата;2 — микролинза субпикселя;3 — R — красный светофильтр субпикселя, фрагмент фильтра Байера;4 — прозрачный электрод из поликристаллического кремния или сплава индия и оксида олова;5 — оксид кремния;6 — кремниевый канал n-типа: зона генерации носителей — зона внутреннего фотоэффекта;7 — зона потенциальной ямы (карман n-типа), где собираются электроны из зоны генерации носителей заряда;8 — кремниевая подложка p-типа.

Микролинза субпикселя

Основная статья: Микролинзы

Буферные регистры сдвига на ПЗС-матрице, равно как и обрамление КМОП-пиксела на КМОП-матрице «съедают» значительную часть площади матрицы, в результате, каждому пикселю достаётся лишь 30 % светочувствительной области от его общей поверхности. У матрицы с полнокадровым переносом эта область составляет 70 %. Именно поэтому в большинстве современных ПЗС-матриц над пикселем устанавливается микролинза. Такое простейшее оптическое устройство покрывает бо́льшую часть площади ПЗС-элемента и собирает всю падающую на эту часть долю фотонов в концентрированный световой поток, который, в свою очередь, направлен на довольно компактную светочувствительную область пиксела.

Принцип работы фотоматрицы

Светочувствительная матрица или фотосенсор представляет собой интегральную микросхему (проще говоря, кремниевую пластину), состоящую из мельчайших светочувствительных элементов – фотодиодов.

Существует два основных типа сенсоров: ПЗС (Прибор с Зарядовой Связью, он же CCD – Charge-Coupled Device) и КМОП (Комплементарный Металл-Оксид-Полупроводник, он же CMOS – Complementary Metal-Oxide-Semiconductor). Матрицы обоих типов преобразовывают энергию фотонов в электрический сигнал, который затем подлежит оцифровке, однако если в случае с ПЗС матрицей сигнал, сгенерированный фотодиодами, поступает в процессор камеры в аналоговой форме и лишь затем централизованно оцифровывается, то у КМОП матрицы каждый фотодиод снабжён индивидуальным аналого-цифровым преобразователем (АЦП), и данные поступают в процессор уже в дискретном виде. В целом, различия между КМОП и ПЗС матрицами хоть и принципиальны для инженера, но абсолютно несущественны для фотографа. Для производителей же фотооборудования имеет значение ещё и тот факт, что КМОП матрицы, будучи сложнее и дороже ПЗС матриц в разработке, оказываются при этом выгоднее последних при массовом производстве. Так что будущее, скорее всего, за технологией КМОП в силу чисто экономических причин.

Фотодиоды, из которых состоит любая матрица, обладают способностью преобразовывать энергию светового потока в электрический заряд. Чем больше фотонов улавливает фотодиод, тем больше электронов получается на выходе. Очевидно, что чем больше совокупная площадь всех фотодиодов, тем больше света они могут воспринять и тем выше светочувствительность матрицы.

К сожалению, фотодиоды не могут быть расположены вплотную друг к другу, поскольку тогда на матрице не осталось бы места для сопутствующей фотодиодам электроники (что особенно актуально для КМОП матриц). Восприимчивая к свету поверхность сенсора составляет в среднем 25-50 % от его общей площади. Для уменьшения потерь света каждый фотодиод накрыт микролинзой, превосходящей его по площади и фактически соприкасающейся с микролинзами соседних фотодиодов. Микролинзы собирают падающий на них свет и направляют его внутрь фотодиодов, повышая таким образом светочувствительность сенсора.

Основа любой фотографии – свет. Он проникает в камеру через объектив, линзы которого формируют изображение предмета на светочувствительной матрице. При нажатии на кнопку спуска затвор камеры открывается (как правило, на доли секунды) и происходит экспонирование кадра, т.е. освещение матрицы потоком света заданной интенсивности. В зависимости от желания получить светлый или тёмный снимок, может потребоваться различное количество света, т.е. различная экспозиция.

По завершении экспонирования электрический заряд, сгенерированный каждым фотодиодом, считывается, усиливается и с помощью аналого-цифрового преобразователя превращается в двоичный код заданной разрядности, который затем поступает в процессор фотоаппарата для последующей обработки. Каждому фотодиоду матрицы соответствует (хоть и не всегда) один пиксель будущего изображения.

Разрядность определяет количество оттенков, т.е. градаций яркости для каждого пикселя. Чем выше разрядность, тем более плавные тональные переходы способна запечатлеть камера. Большинство цифровых зеркальных камер способно сохранять 12 или 14 бит информации для каждого пикселя. 12 бит означает 212=4096 оттенков, а 14 бит – 214=16384 оттенка.

Как выбрать профессиональный фотоаппарат: основные параметры

Если абстрагироваться от типа модели, то на выбор влияют следующие характеристики:

• количество мегапикселов – камень преткновения новичков в сфере фотографии, от которого зависит разрешение фото. Многие думают, то чем их больше, тем лучше, но слишком большая цифра приводит к увеличению шума на снимке, особенно при матрице небольшого размера;
• размер матрицы – действительно важная цифра. Чем больше матрица, тем меньше шума на фото и тем лучше и глубже оно получится;
• ISO или чувствительность матрицы – параметр, от которого зависит съемка в темноте. Чем он выше, тем больше шанс, что вы сможете сделать снимок лунной дорожки на море или селфи в темном лесу у костра;
• светосила – влияет на качество обратно пропорционально, то есть, чем меньше светосила на краях диапазона зуммирования, тем лучше для фото. Оптимальное значение этого параметра для хорошей мыльницы – f2.8-4.0. При выборе объектива для зеркального фотоаппарата значение светосилы меняется при помощи сменной оптики;
• оптический зум – возможность приближать изображение, лучше всего этот параметр у аппаратов класса ультразум, от чего и название;
• цифровой зум – одна из самых бесполезных возможностей, так как при цифровом приближении серьезно страдает качество изображения;
• стабилизация – сводит к минимуму последствия дрожания рук, бывает оптической, механической и электронной. Первый вариант самый надежный, и его стоит выбирать, если вы часто собираетесь снимать в движении;
• видоискатель – съемка с его помощью значительно уменьшает расход батареи, так как не задействует экран. Кроме того, он очень сильно выручает при съемке против солнца, когда на экране практически ничего не видно;
• питание – здесь вам предстоит сложный выбор между пальчиковыми батарейками и литий-ионным аккумулятором. Последний не в лучшую сторону влияет цену модели и не подходит для использования в других аппаратах, зато его можно перезаряжать, в отличие от батареек. Компромиссный вариант – пальчиковые аккумуляторы, которые можно перезаряжать;
• память – носитель данных принципиальной роли не играет, в большинстве моделей используются SD или microSD-карты. Исключением является продукция компании Sony, в которой используются карты MS. Чем больше показатель объема, тем больше фото вы сможете хранить на карте.

Также, если вы хотите правильно выбрать цифровой фотоаппарат или зеркальную модель для использования вне студии, стоит уделить внимание защите линзы и качеству корпуса. Защита может быть от влаги, пыли и других неблагоприятных факторов, а модель без такой защиты, скорее всего, не переживет съемку в экстремальных условиях. Кстати, под экстремальными условиями для фототехники имеется в виду даже банальный дождь или обилие пыли в воздухе, поэтому защитой пренебрегать на стоит

Традиционно лучшая защита у гаджетов марки Pentax

Кстати, под экстремальными условиями для фототехники имеется в виду даже банальный дождь или обилие пыли в воздухе, поэтому защитой пренебрегать на стоит. Традиционно лучшая защита у гаджетов марки Pentax.

Вес и размер модели выбирается в зависимости от ваших нужд

Если вы часто путешествуете и для вас очень важно иметь возможность быстро достать устройство из кармана, щелкнуть затвором и положить обратно в карман, то зеркалка вам вряд ли подойдет. Не оценят тяжелую и крупную профессиональную технику и походники, а вот для студии имеет смысл только качество съемки, а не размер или вес

Кроп-фактор и множитель фокусного расстояния

Кроп-фактором называют отношение диагонали полного кадра (35 мм) к диагонали сенсора. Называют его так, поскольку при использовании 35 мм объектива сенсор по сути обрезает края изображения (в связи со своим уменьшенным размером).

Угол зрения полного кадра 35 мм

На первый взгляд можно предположить, что потеря информации об изображении никогда не будет уместна, но в действительности в ней есть свои преимущества. Практически все объективы наиболее резки в центральной части, и по мере приближения к краю деградация качества нарастает. Это означает, что урезанный сенсор по сути теряет части изображения худшего качества, что может оказаться весьма полезным при использовании объективов низкого качества (поскольку у них граничное качество, как правило, наихудшее).

Полный снимок	Центральный фрагмент	Угловой фрагмент

С другой стороны это означает, что используется намного больший объектив, чем эт ов действительности необходимо — что становится особенно заметно, если камеру приходится носить долгое время (см. ниже). В идеале следовало бы использовать практически всё изображение, передаваемое объективом, и объектив должен быть при этом достаточно высокого качества, чтобы изменения резкости от центра к краям были пренебрежимо малы.

Вдобавок, оптическое качество широкоугольных объективов редко настолько же велико, как у объективов с большими фокусными расстояниями. Поскольку обрезанный сенсор вынужден использовать более широкоугольные объективы для получения того угла обзора, который возможен для сенсора большего размера, это ухудшает качество. Кроме того, сенсоры меньшего размера больше используют центральное поле зрения объектива, так что пределы его разрешающей способности станут более заметны для объективов худшего качества.

Аналогично, множитель фокусного расстояния относит фокусное расстояние объектива, используемого с сенсором меньшего формата, к фокусному расстоянию объектива с таким же углом зрения на 35 мм, и он равен кроп-фактору. Это означает, что объектив 50 мм, используемый с сенсором, кроп-фактор которого равен 1.6, обеспечит тот же угол зрения,что и объектив 1.6 x 50 = 80 мм для полно кадрового сенсора 35 мм.

Учтите, что каждый из этих терминов может несколько дезориентировать. Фокусное расстояние объектива в действительности не меняется при использовании его с сенсором другого размера — изменяется исключительно угол зрения. Объектив 50 мм всегда будет объективом 50 мм, вне зависимости от типа сенсора. В то же время «кроп-фактор» может быть неподходящим термином для описания малых сенсоров, поскольку обрезание изображения далеко не всегда имеет место (если используются объективы, разработанные для данного сенсора).

Какая матрица для фотоаппарата лучше

В 1981 году компания Sony представила миру первый цифровой фотоаппарат. Изобретатели создали цифровой заменитель плёнки — матрицу. Этот прорыв дал возможность делать тысячи снимков и сохранять их в цифровом виде. Качество изображения стало зависеть не только от оптики, но и от размеров и свойств матрицы.

1

Что же это за свойства? Сначала вспомним, как формируется изображение. Матрица фотоаппарата — это решетка с плотной структурой. Она состоит из крошечных светочувствительных элементов — фотодиодов. Свет, собранный объективом, попадает на матрицу. Фотодиоды преобразуют этот свет в электрический заряд. Далее заряд поступает в процессор.

Он «читает» поступившие заряды и преобразует их в цифровой язык. После этого создается пиксель. Он хранит в себе информацию о яркости и цветовом оттенке, в виде цифр и битов. Каждый пиксель повторяя расположение фотодиода помещается на изображение. Миллионы крошечных пикселей формируют снимок, который записывается на карту памяти.

Матрица — это воспринимающая часть фотоаппарата.

Когда на неё попадают фотоны света, она преобразует их в электричество.

2

Теперь рассмотрим, какие параметры матрицы влияют на качество картинки:

• физический размер;
• размер фотодиода.

Два этих параметра влияют на:

• светочувствительность;
• резкость;
• разрешение;
• динамический диапазон цветов.

3

Стандартный размер 35-миллиметровой пленки был взят за основу при создании матрицы. Лучшие камеры обладают 35 мм (24х36 мм) матрицей. Такой размер позволяет захватить максимально много пространства в кадр. Большая матрица имеет ряд преимуществ. Но производство таких сенсоров относительно дорогое. Чтобы сделать технику доступнее, размеры матрицы начали уменьшать.

В любительской зеркальной камере она уменьшена в 1,5 раза – от размера 36х24 мм до размера 15,7х23,6 мм. «Уменьшение в 1,5 раза» называют кроп-фактором. В «мыльницах» матрица уменьшена в 5 раз от 35 мм. Чем меньше размер матрицы — тем меньше пространства она сможет захватить.

При одинаковом месте съемки маленькая матрица обрежет кадр.

Очень частое заблуждение, что меняется фокусное расстояние.

4

У каждой матрицы есть чувствительность. Она зависит от размера фотодиода. Чем больше фотодиод, тем больше «полезного» света он воспринимает. В последствии камера с большим фотодиодом позволяет:

• Фотографировать на больших ISO без цифрового шума.
• Использовать более короткую выдержку, чтобы получить резкое изображение.

5

В матрице с большими пикселями более широкий динамический диапазон цветов. Но нельзя увеличивать размер фотодиода на маленькой матрице. Если это сделать, то уменьшится количество мегапикселей (разрешение).

Посмотрите на характеристики двух камер. Canon 1Ds Mark II – полнокадровая, но из-за большого размера пикселя имеет максимальное разрешение, как и Nikon D7000/5100.

6

Так происходит, потому что разрешение определяется количеством пикселей на дюйм (ppi или dpi). Чем меньше размер фотодиода — тем больше пикселей поместится в одном дюйме. Один миллион пикселей называют мегапикселем. Но их значимость сильно переоценивают маркетологи. Большое разрешение вам понадобится только при распечатке больших изображений.

Для того чтобы распечатать фотографию 10х15 см, хватит 2 мегапикселя. Для наглядности возьмите любое изображение с большим разрешением. В графическом редакторе уменьшите его на 50%. Сравните два изображения. Они выглядят совершенно одинаково. Вы заметите потерю детализации, только если увеличить масштаб.

Для примера использовался фотоаппарат Nikon D5100.

Отталкиваясь от вышесказанного, можно сделать вывод: физический размер матрицы и её свойства – и есть показатель качества. Для макросъемки важнее детализация изображения и количество пикселей. Для съемок в плохом освещении подойдет более светочувствительная матрица.

Для любительской съемки могут подойти качественные «цифровики» с маленькой матрицей. Снимайте тем, что у вас есть. Ведь для того чтобы получить хорошую фотографию, не нужна дорогая техника.

Какой бы большой ни была ваша матрица, она не обеспечит глубокий смысл снимка или завораживающий пейзаж.

Выводы

1. Тип матрицы выбирать особо не приходится — в 99% случаев это будет CMOS (КМОП)
2. Производителя матрицы выбрать сложно — если это не топовый Sony — то в Datasheet камеры о производителе вряд ли расскажут. Хотя понятно, что есть очень приличные «середнички» — типа Aptina (ON Semiconductor Corporation) и OmniVision, а есть совсем бюджетные SOI (Silicon Optronics, Inc.).
3. Выбрать формат (размер) матрицы просто — чем больше матрица, тем больше светочувствительность. Самые бюджетные камеры, как правило, имеют размер 1/4″. Такие матрицы кроме как для DIY вряд ли имеет смысл использовать. Для внутренних камер — 1/3″ может быть нормальным вариантом. Для внешних камер — хотя бы 1/2.8″. Больше — лучше. Но нужно не забывать, что чем больше матрица — тем шире угол обзора, это тоже может быть одним из факторов выбора.
4. Разрешение матрицы должно быть минимально достаточным для решения целевых задач наблюдения. «Переразмеривать» разрешение матрицы — грубейшая ошибка! При прочих равных — большое разрешение приводит к маленькой светочувствительности (меньше физический размер пикселя), огромному bitrate — нагружающему локальную сеть, огромным расходам на хранение архива. Это совершенно не нужные траты.
5. Развертка может быть только прогрессивная! Никаких 1080i!
6. Соотношение сторон кадра — почти для любых задач лучше подходит 16:9 за редким исключением. «Коридорный» формат точно нужен для внутренних камер и внешних при защите периметра.
7. Про светочувствительность — нужно .
8. Технологии Starlight, Lightfinder, DarkFighter, ColorVu и др. помогают сохранять цветное изображение при низкой освещенности. Это работает — если для решения целевой задачи наблюдения важен цвет — выбираем камеры, поддерживающие данные технологии.

Мой online-курс для начинающих «Проектирование видеонаблюдения»