ПЗС-матрица — Википедия
ПЗС-ма́трица (сокр. от «прибор с зарядовой связью»), или CCD-ма́трица (сокр. от англ. CCD, «charge-coupled device») — специализированная аналоговая интегральная микросхема, состоящая из светочувствительных фотодиодов, выполненная на основе кремния, использующая технологию ПЗС — приборов с зарядовой связью.
ПЗС-матрицы выпускаются и активно используются компаниями Nikon, Canon, Sony, Fujitsu, Kodak, Matsushita, Philips и многими другими. В России ПЗС-матрицы сегодня разрабатывают и выпускают: ОАО «ЦНИИ „Электрон“» (г. Санкт-Петербург) и его дочернее предприятие АО «НПП „Элар“» (г. Санкт-Петербург,) а также ОАО «НПП „Пульсар“» (г. Москва).
Основная статья: ПЗСПрибор с зарядовой связью был изобретён в 1969 году Уиллардом Бойлом и Джорджем Смитом в Лабораториях Белла (AT&T Bell Labs). Лаборатории работали над видеотелефонией и развитием «полупроводниковой пузырьковой памяти». Приборы с зарядовой связью начали свою жизнь как устройства памяти, в которых можно было только поместить заряд во входной регистр устройства. Однако способность элемента памяти устройства получить заряд благодаря фотоэлектрическому эффекту сделала данное применение ПЗС устройств основным.
В 1970 году исследователи Bell Labs научились снимать изображения с помощью простых линейных устройств.
Впоследствии под руководством Кадзуо Ивамы компания Sony стала активно заниматься ПЗС, вложив в это крупные средства, и сумела наладить массовое производство ПЗС для своих видеокамер.
Ивама умер в августе 1982 года. Микросхема ПЗС была установлена на его надгробной плите для увековечения его вклада.
В январе 2006 года за работы над ПЗС У. Бойл и Дж. Смит были удостоены награды Национальной Инженерной Академии США
В 2009 году эти создатели ПЗС-матрицы были награждены Нобелевской премией по физике.
ПЗС-матрица состоит из поликремния, отделённого от кремниевой подложки, у которой при подаче напряжения через поликремниевые затворы изменяются электрические потенциалы вблизи электродов.
До экспонирования – обычно, подачей определённой комбинации напряжений на электроды – происходит сброс всех ранее образовавшихся зарядов и приведение всех элементов в идентичное состояние.
Далее комбинация напряжений на электродах создаёт потенциальную яму, в которой могут накапливаться электроны, образовавшиеся в данном пикселе матрицы в результате воздействия света при экспонировании. Чем интенсивнее световой поток во время экспозиции, тем больше накапливается электронов в потенциальной яме, соответственно тем выше итоговый заряд данного пикселя.
После экспонирования последовательные изменения напряжения на электродах формируют в каждом пикселе и рядом с ним распределение потенциалов, которое приводит к перетеканию заряда в заданном направлении, к выходным элементам матрицы.
Пример субпикселя ПЗС-матрицы с карманом n-типа[править | править код]
Архитектура пикселей у производителей разная.
Схема субпикселей ПЗС-матрицы с карманом n-типа (на примере красного фотодетектора)- фотоны света, прошедшие через объектив фотоаппарата;
- микролинза субпикселя;
- R — красный светофильтр субпикселя, фрагмент фильтра Байера;
- прозрачный электрод из поликристаллического кремния или сплава индия и оксида олова;
- оксид кремния;
- кремниевый канал n-типа: зона генерации носителей — зона внутреннего фотоэффекта;
- зона потенциальной ямы (карман n-типа), где собираются электроны из зоны генерации носителей заряда;
- кремниевая подложка p-типа.
Классификация по способу буферизации[править | править код]
Матрицы с полнокадровым переносом[править | править код]
Сформированное объективом изображение попадает на ПЗС-матрицу, то есть лучи света падают на светочувствительную поверхность ПЗС-элементов, задача которых — преобразовать энергию фотонов в электрический заряд. Происходит это примерно следующим образом.
Для фотона, упавшего на ПЗС-элемент, есть три варианта развития событий — он либо «срикошетит» от поверхности, либо будет поглощён в толще полупроводника (материала матрицы), либо «пробьёт насквозь» её «рабочую зону». Очевидно, что от разработчиков требуется создать такой сенсор, в котором потери от «рикошета» и «прострела навылет» были бы минимизированы. Те же фотоны, которые были поглощены матрицей, образуют пару электрон-дырка, если произошло взаимодействие с атомом кристаллической решётки полупроводника, или же только электрон (либо дырку), если взаимодействие было с атомами донорных либо акцепторных примесей, а оба перечисленных явления называются внутренним фотоэффектом. Разумеется, внутренним фотоэффектом работа сенсора не ограничивается — необходимо сохранить «отнятые» у полупроводника носители заряда в специальном хранилище, а затем их считать.
Элемент ПЗС-матрицы[править | править код]
В общем виде конструкция ПЗС-элемента выглядит так: кремниевая подложка p-типа оснащается каналами из полупроводника n-типа. Над каналами создаются электроды из поликристаллического кремния с изолирующей прослойкой из оксида кремния. После подачи на такой электрод электрического потенциала, в обеднённой зоне под каналом n-типа создаётся потенциальная яма, назначение которой — хранить электроны. Фотон, проникающий в кремний, приводит к генерации электрона, который притягивается потенциальной ямой и остаётся в ней. Большее количество фотонов (яркий свет) обеспечивает больший заряд ямы. Затем надо считать значение этого заряда, именуемого также фототоком, и усилить его.
Считывание фототоков ПЗС-элементов осуществляется так называемыми последовательными регистрами сдвига, которые преобразовывают строку зарядов на входе в серию импульсов на выходе. Данная серия представляет собой аналоговый сигнал, который в дальнейшем поступает на усилитель.
Таким образом, при помощи регистра можно преобразовать в аналоговый сигнал заряды строки из ПЗС-элементов. Фактически, последовательный регистр сдвига в ПЗС-матрицах реализуется с помощью тех же самых ПЗС-элементов, объединённых в строку. Работа такого устройства базируется на способности
Подача потенциалов на электроды переноса синхронизирована таким образом, что перемещение зарядов потенциальных ям всех ПЗС-элементов регистра происходит одновременно. И за один цикл переноса ПЗС-элементы как бы «передают по цепочке» заряды слева направо (или же справа налево). Ну а оказавшийся «крайним» ПЗС-элемент отдаёт свой заряд устройству, расположенному на выходе регистра — то есть усилителю.
В целом, последовательный регистр сдвига является устройством с параллельным входом и последовательным выходом. Поэтому после считывания всех зарядов из регистра есть возможность подать на его вход новую строку, затем следующую и таким образом сформировать непрерывный аналоговый сигнал на основе двумерного массива фототоков. В свою очередь, входной параллельный поток для последовательного регистра сдвига (то есть строки двумерного массива фототоков) обеспечивается совокупностью вертикально ориентированных последовательных регистров сдвига, которая именуется параллельным регистром сдвига, а вся конструкция в целом как раз и является устройством, именуемым ПЗС-матрицей.
«Вертикальные» последовательные регистры сдвига, составляющие параллельный, называются столбцами ПЗС-матрицы, а их работа полностью синхронизирована. Двумерный массив фототоков ПЗС-матрицы одновременно смещается вниз на одну строку, причём происходит это только после того, как заряды предыдущей строки из расположенного «в самом низу» последовательного регистра сдвига ушли на усилитель. До освобождения последовательного регистра параллельный вынужден простаивать. Ну а сама ПЗС-матрица для нормальной работы обязательно должна быть подключена к микросхеме (или их набору), подающей потенциалы на электроды как последовательного, так и параллельного регистров сдвига, а также синхронизирующей работу обоих регистров. Кроме того, нужен тактовый генератор.
Полнокадровая матрица[править | править код]
Данный тип сенсора является наиболее простым с конструктивной точки зрения и именуется полнокадровой ПЗС-матрицей (full-frame CCD-matrix). Помимо микросхем «обвязки», такой тип матриц нуждается также в механическом затворе, перекрывающем световой поток после окончания экспонирования. До полного закрытия затвора считывание зарядов начинать нельзя — при рабочем цикле параллельного регистра сдвига к фототоку каждого из его пикселов добавляются лишние электроны, вызванные попаданием фотонов на открытую поверхность ПЗС-матрицы. Данное явление называется «размазыванием» заряда в полнокадровой матрице (full-frame matrix smear).
Таким образом, скорость считывания кадра в такой схеме ограничена скоростью работы как параллельного, так и последовательного регистров сдвига. Также очевидно, что необходимо перекрывать световой поток, идущий с объектива, до завершения процесса считывания, поэтому интервал между экспонированием тоже зависит от скорости считывания.
Матрицы с буферизацией кадра[править | править код]
Существует усовершенствованный вариант полнокадровой матрицы, в котором заряды параллельного регистра не поступают построчно на вход последовательного, а «складируются» в буферном параллельном регистре. Данный регистр расположен под основным параллельным регистром сдвига, фототоки построчно перемещаются в буферный регистр и уже из него поступают на вход последовательного регистра сдвига. Поверхность буферного регистра покрыта непрозрачной (чаще металлической) панелью, а вся система получила название матрицы с буферизацией кадра (frame—transfer CCD).
В данной схеме потенциальные ямы основного параллельного регистра сдвига «опорожняются» заметно быстрее, так как при переносе строк в буфер нет необходимости для каждой строки ожидать полный цикл последовательного регистра. Поэтому интервал между экспонированием сокращается, правда при этом также падает скорость считывания — строке приходится «путешествовать» на вдвое большее расстояние. Таким образом, интервал между экспонированием сокращается только для двух кадров, хотя стоимость устройства за счёт буферного регистра заметно возрастает. Однако наиболее заметным недостатком матриц с буферизацией кадра является удлинившийся «маршрут» фототоков, который негативно сказывается на сохранности их величин. И в любом случае между кадрами должен срабатывать механический затвор, так что о непрерывном видеосигнале говорить не приходится.
Матрицы с буферизацией столбцов[править | править код]
Специально для видеотехники был разработан новый тип матриц, в котором интервал между экспонированием был минимизирован не для пары кадров, а для непрерывного потока. Разумеется, для обеспечения этой непрерывности пришлось предусмотреть отказ от механического затвора.
Фактически данная схема, получившая наименование матрицы с буферизацией столбцов (interline CCD matrix), в чём-то сходна с системами с буферизацией кадра — в ней также используется буферный параллельный регистр сдвига, ПЗС-элементы которого скрыты под непрозрачным покрытием. Однако буфер этот не располагается единым блоком под основным параллельным регистром — его столбцы «перетасованы» между столбцами основного регистра. В результате рядом с каждым столбцом основного регистра находится столбец буфера, а сразу же после экспонирования фототоки перемещаются не «сверху вниз», а «слева направо» (или «справа налево») и всего за один рабочий цикл попадают в буферный регистр, целиком и полностью освобождая потенциальные ямы для следующего экспонирования.
Попавшие в буферный регистр заряды в обычном порядке считываются через последовательный регистр сдвига, то есть «сверху вниз». Поскольку сброс фототоков в буферный регистр происходит всего за один цикл, даже при отсутствии механического затвора не наблюдается ничего похожего на «размазывание» заряда в полнокадровой матрице. А вот время экспонирования для каждого кадра в большинстве случаев по продолжительности соответствует интервалу, затрачиваемому на полное считывание буферного параллельного регистра. Благодаря всему этому появляется возможность создать видеосигнал с высокой частотой кадров — не менее 30 кадров секунду.
Зачастую в отечественной литературе матрицы с буферизацией столбцов ошибочно именуют «чересстрочными». Вызвано это, наверное, тем, что английские наименования «interline» (буферизация строк) и «interlaced» (чересстрочная развёртка) звучат очень похоже. На деле же при считывании за один такт всех строк можно говорить о матрице с прогрессивной развёрткой (progressive scan), а когда за первый такт считываются нечётные строки, а за второй — чётные (или наоборот), речь идёт о матрице с чересстрочной развёрткой (interlace scan).
Матрицы с ортогональным переносом изображения[править | править код]
В этих матрицах заряды могут перемещаться в соседние ячейки по команде системы управления. Применяются в космических телескопах для компенсации турбулентности атмосферы, вибрации механизма телескопа и других механических и оптических помех.[2]
Схема для визуального сравнения размеров матриц с различным Kf{\displaystyle K_{f}}| Обозначение | Kf{\displaystyle K_{f}} | Ширина (мм) | Высота (мм) | Диагональ (мм) | Площадь (мм²) | Пример камеры |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Полнокадровые, плёнка типа 135. | 1 — 1,01 | 35,8 — 36 | 23,8 — 24 | 43 — 43,3 | 852—864 | Canon EOS 5D, Canon EOS-1Ds (КМОП-матрица) |
| APS-H | 1,26 — 1,28 | 28,1 — 28,7 | 18,7 — 19,1 | 33,8 — 34,5 | 525,5 — 548,2 | Canon EOS-1D Mark III (КМОП-матрица) |
| 1,33 | 27 | 18 | 32,4 | 486 | Leica M8 | |
| APS-C, DX, 1.8″[3] | 1,44 — 1,74 | 20,7 — 25,1 | 13,8 — 16,7 | 24,9 — 30,1 | 285,7 — 419,2 | Pentax K10D |
| Foveon X3 | 1,74 | 20,7 | 13,8 | 24,9 | 285,7 | Sigma SD14 |
| 4/3″ | 1,92 — 2 | 17,3 — 18 | 13 −13,5 | 21,6 — 22,5 | 224,9 — 243 | Olympus E-330 |
| 1″ | 2,7 | 12,8 | 9,6 | 16 | 122,9 | Sony ProMavica MVC-5000 |
| 2/3″ | 3,93 | 8,8 | 6,6 | 11 | 58,1 | Pentax EI-2000 |
| 1/1,6″ | ≈4 | 8 | 6 | 10 | 48 | Panasonic Lumix DMC-LX3 |
| 1/1,65″ | ≈4 | Panasonic Lumix DMC-LX2 | ||||
| 1/1,7″ | ≈4,5 | 7,6 | 5,7 | 9,5 | 43,3 | Canon PowerShot G10 |
| 1/1,8″ | 4,84 | 7,176 | 5,319 | 8,9 | 38,2 | Casio EXILIM EX-F1 |
| 1/1,9″ | ≈5 | Samsung Digimax V6 | ||||
| 1/2″ | 5,41 | 6,4 | 4,8 | 8 | 30,7 | Sony DSC-D700 |
| 1/2,3″ | 5,6 | 6,16 | 4,62 | 7,70 | 28,46 | Olympus SP-560 UZ |
| 1/2,35″ | ≈6 | Pentax Optio V10 | ||||
| 1/2,4″ | ≈6 | Fujifilm FinePix S8000fd | ||||
| 1/2,5″ | 5,99 | 5,8 | 4,3 | 7,2 | 24,9 | Panasonic Lumix DMC-FZ8 |
| 1/2,6″ | ≈6 | HP Photosmart M447 | ||||
| 1/2,7″ | 6,56 | 5,27 | 3,96 | 6,6 | 20,9 | Olympus C-900 zoom |
| 1/2,8″ | ≈7 | Canon DC40 | ||||
| 1/2,9″ | ≈7 | Sony HDR-SR7E | ||||
| 1/3″ | 7,21 | 4,8 | 3,6 | 6 | 17,3 | Canon PowerShot A460 |
| 1/3,1″ | ≈7 | Sony HDR-SR12E | ||||
| 1/3,2″ | 7,62 | 4,536 | 3,416 | 5,7 | 15,5 | Canon HF100 |
| 1/3,4″ | ≈8 | Canon MVX35i | ||||
| 1/3,6″ | 8,65 | 4 | 3 | 5 | 12 | JVC GR-DZ7 |
| 1/3,9″ | ≈9 | Canon DC22 | ||||
| 1/4″ | Canon XM2 | |||||
| 1/4,5″ | Samsung VP-HMX10C | |||||
| 1/4,7″ | Panasonic NV-GS500EE-S | |||||
| 1/5″ | Sony DCR-SR80E | |||||
| 1/5,5″ | JVC Everio GZ-HD7 | |||||
| 1/6″ | 14,71 | 2,4 | 1,7 | 2,9 | 4,1 | Sony DCR-DVD308E |
| 1/8″ | Sony DCR-SR45E |
| Обозначение | соответствие формату киноплёнки | Ширина (мм) | Высота (мм) | Диагональ (мм) | Площадь (мм²) | Пример камеры |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Super-35 | Super-35 | 24,89 | 18,66 | 31 | 465 | Arri D-21, Red One |
| 65-mm | широкоформатная | 49 | 23 | 54 | 1127 | Sony F65, Phantom 65 |
Светочувствительные линейки[править | править код]
Основная сфера применения линейных световоспринимающих устройств — сканеры, панорамная фотоаппаратура, а также спектроанализаторы и другое научно-исследовательское оборудование.
Координатные и угловые датчики[править | править код]
Матрицы с обратной засветкой[править | править код]
В классической схеме ПЗС-элемента, при которой используются электроды из поликристаллического кремния, светочувствительность ограничена по причине частичного рассеивания света поверхностью электрода. Поэтому при съёмке в особых условиях, требующих повышенной светочувствительности в синей и ультрафиолетовой областях спектра, применяются матрицы с обратной засветкой (англ. back-illuminated matrix). В сенсорах такого типа регистрируемый свет падает на подложку, но для требуемого внутреннего фотоэффекта подложка шлифуется до толщины 10—15 мкм. Данная стадия обработки существенно увеличивала стоимость матрицы, устройства получались весьма хрупкими и требовали повышенной осторожности при сборке и эксплуатации. А при использовании светофильтров, ослабляющих световой поток, все дорогостоящие операции по увеличению чувствительности теряют смысл. Поэтому матрицы с обратной засветкой применяются в основном в астрономической фотографии.
Светочувствительность матрицы складывается из светочувствительности всех её фотодатчиков (сенселей) и в целом зависит от:
- интегральной светочувствительности, представляющей собой отношение величины фотоэффекта к световому потоку (в люменах) от источника излучения нормированного спектрального состава;
- монохроматической светочувствительности — отношения величины фотоэффекта к величине световой энергии излучения (в миллиэлектронвольтах), соответствующей определённой длине волны;
- набор всех значений монохроматической светочувствительности для выбранной части спектра света составляет спектральную светочувствительность — зависимость светочувствительности от длины волны света;
Для увеличения светочувствительности и соотношения сигнал/шум применяется метод группировки соседних сенселей (англ. binning). Принцип работы метода заключается в аппаратном суммировании сигналов от группы соседних сенселей. Например, четыре соседних сенселя, образующих квадрат, объединятся в один. При этом уменьшается разрешение матрицы (в данном примере в четыре раза). Подобные режимы используются в космической и микроскопической съёмке.
- Ю.Р. Носов, В.А. Шилин. Основы физики приборов с зарядовой связью. — М.: Наука, 1986. — 318 с.
- пер. с англ. / Под ред. М. Хоувза, Д. Моргана. Приборы с зарядовой связью. — М.: Энергоиздат, 1981. — 372 с.
- Секен К., Томпсет М. Приборы с переносом заряда/ Пер. с англ. Под ред. В.В. Поспелова, Р.А. Суриса.. — М.: Мир, 1978. — 327 с.
- под ред. П. Йесперса, Ф. Ван де Виле, М. Уайта ; пер. с англ. под ред. Р. А. Суриса. Полупроводниковые формирователи сигналов изображения. — М.: Мир, 1979. — 573 с.
ru.wikipedia.org
размер матрицы, что такое «кроп»
Мне в почте приходит немало вопросов начинающих любителей фотографии, и я решил, что уже пора сделать небольшую серию статей из серии «Фотографии для чайников», в которых предполагается дать объяснения различным фотографическим терминам, рассказать о том, как подбирать себе фотоаппарат под любительские задачи, ну и обязательно будет несколько статей о работе с программой Adobe Lightroom, ибо обработка сделанных снимков не менее важна, чем сам процесс фотографирования.
В данной статье мы поговорим о таком важном параметре, как размер матрицы фотоаппарата, и раскроем завесу тайны над загадочным термином «кроп-фактор».
Продавцы в магазинах и маркетологи обычно любят оперировать количеством мегапикселов у камеры, и их послушать — так какая-нибудь «цифромыльница» с 20 мегапикселами значительно круче зеркалки с 16 мегапикселами. А это вовсе не так. Потому что, кроме всего прочего, в камерах очень важен физический размер матрицы (сенсора), а не только мегапикселы.
Вот в разговорах о фотокамерах продвинутых фотолюбителей и профессионалов часто приходится слышать фразы из серии: «Да у нее же матрица маленькая», «Да там же пятый кроп», «Что можно снять на такую матрицу?», «Full frame — наше все».
Что за матрица такая?
Матрица (светочувствительная матрица, сенсор, фотодатчик) — это микросхема, состоящая из фотодиодов, являющаяся важнейшей частью цифровой фотокамеры.
Проще говоря, матрица — это аналог фотопленки. В пленочных фотоаппаратах изображение через объектив попадало на фотопленку и хранилось на ней, а в цифровых фотоаппаратах изображение через объектив попадает на матрицу, формируется там, но хранится уже на карте памяти или во встроенной памяти камеры.
Так называемая полная матрица (Full Frame) имеет размер, приблизительно равный размеру кадра 35-миллиметровой пленки, на которую производилась съемка в пленочных аппаратах.
Полная матрица дорога в производстве (там высок процент брака), фотоаппараты с ней, как правило, имеют немаленькие размеры, солидный вес и в любом случае стоят дорого, в результате чего камеры с полной матрицей используют в основном только профессионалы. Ну или продвинутые любители с хорошими заработками, для которых термин Full Frame является сакральным.
Чтобы уменьшить стоимость, размер и вес камер, производители додумались делать матрицу меньших размеров — обрезать ее. Английское слово crop и означает — «обрезать». Кроп-фактор — число, показывающее, во сколько раз данную матрицу обрезали по отношению к полной матрице (Full Frame).
Кроп-фактор 1,5 или 1,6 (самый популярный вариант в любительских зеркалках) означает, что матрица тут уменьшена в 1,5 или 1,6 раза по сравнению с полноформатной.
Вот, например, визуальное сравнение размеров матрицы фотокамеры с Full Frame и матрицы любительской зеркалки (с сайта Cameraimagesensor.com).
В продвинутых беззеркальных камерах, которые сейчас активно теснят любительские зеркалки, нередко устанавливается матрица с кроп-фактором 2 — то есть она в два раза меньше полноформатной матрицы. Вот она в сравнении с предыдущими двумя.
В дешевых цифровых «мыльницах» вроде Canon Powershot A1300 устанавливается матрица с кропом что-то вроде 5,62 — вот так это выглядит в сравнении.
Ну и в современных смартфонах сейчас ставят матрицы с кроп-фактором в районе 7,1 — например, в iPhone 5S именно такая установлена. Вот она в масштабе сравнений.
Теперь вопрос: какую все-таки матрицу предпочесть? Нужно ли сразу стремиться к Full Frame, чтобы на нее ежедневно молиться?
С одной стороны, чем больше сенсор, тем лучше качество получаемой фотографии. Конечно, тут играют и многие другие факторы, прежде всего объектив, но просто чисто физически: чем больше матрица, тем лучше качество.
(Кстати, существуют так называемые среднеформатные камеры с сенсорами от 40 мм по ширине и больше, но они уже только для профессионалов и стоят, как хорошие автомобили.)
В чем проявляется это «лучше качество»? В детализации, резкости, четкости, в качестве получаемого отпечатка: если снимок нужно будет использовать в полиграфии, то там полный формат матрицы практически обязателен, чтобы как можно меньше проиграть в качестве при заметном увеличении во время печати.
Кроме того, чем больше исходное изображение, тем проще его кадрировать: то есть вырезать из него кусок кадра и при этом получать приемлемое качество.
Также чем больше матрица, тем лучше камера снимает в плохих условиях освещения: у большой матрицы при высоких значениях светочувствительности значительно меньше проявляется так называемый «шум» (это точки на изображении — как зерно на старых черно-белых фотографиях, снятых на высокочувствительную пленку).
С другой стороны, полный формат, как мы уже говорили, ведет к повышение размеров камеры, увеличению веса и всегда — к высокой цене. И если вы - фотолюбитель, то зачем вам тратить большие деньги и таскать с собой тяжеленную камеру, если вы не очень представляете, что вам это вообще дает?
В результате камеру (и сенсор) нужно подбирать под свои задачи и свой кошелек. Для начинающих вполне подойдет недорогая «мыльница» с кропом 5,7. Продвинутым любителям, которые уже что-то понимают в фотографии и знают, какие возможности им предоставляют те или иные камеры, лучше ориентироваться или на хорошие беззеркалки с кропом 2 — 1,5, или на любительские зеркальные камеры с кропом 1,5 — 1,6, тем более что такие зеркалки сейчас выпускаются компактные и легкие.
www.exler.ru
что это и почему она так важна?
Поделиться статьёй:
При выборе фотоаппарата нужно учитывать множество нюансов, обращать внимание на каждую деталь. И далеко не последнюю роль в процессе выбора играют именно характеристики матрицы, которой оснащена камера. Что же представляет собой эта самая матрица и почему она так важна? Давайте это выясним!
Содержание статьи:
Общее представление о матрице фотоаппарата
Если вы посмотрите в объектив камеры, вы легко найдете матрицу: видите блестящий прямоугольник в самом центре объектива? Да, это она и есть.
Матрица является важнейшим элементом фотокамеры, отвечающим за то, какое изображение мы получим в результате съемки.
По сути она представляет собой микросхему, которая состоит из светочувствительных элементов. Когда на нее падает свет, начинается формирование электрического сигнала определенного уровня интенсивности, который зависит от степени яркости света. При съемке она фиксирует свет, который впоследствии преобразуется в фотографию.
Кстати, количество мегапикселей, которое имеет фотокамера, также зависит именно от матрицы и может колебаться от 0.3 до 10 и более (чем дороже и качественнее фотоаппарат, тем больше мегапикселей он имеет).
Изначально матрица создает монохромное (ч.б) изображение. В цветное оно преобразуется благодаря светофильтрам, которыми покрываются ее составные части.
Особенности строения матрицы
Что касается структуры матрицы, то она является дискретной и складывается из множества частей, в совокупности преобразующих падающий на нее свет. Один фотодиод в составе создает один пиксель фотографии.
Как вы наверняка знаете, каждое цифровое изображение представляет собой что-то вроде мозаики, состоящей из множества точек, которые в совокупности и являются фотографией. Изображение не «распадается» именно потому, что этих точек очень много и они имеют высокую плотность расположения относительно друг друга. Вполне логично предположить, что если бы плотность их расположения была ниже, мы бы увидели, как изображение распадается на эти самые точки, и это было бы наглядной демонстрацией дискретного характера структуры матрицы.
Матрица как альтернатива пленки
В те времена, когда цифровой фототехники еще не существовало, светочувствительным элементов, выполняющим функции матрицы, была пленка. Если проанализировать устройство пленочных и цифровых фотоаппаратов, можно увидеть, что существенных отличий между ними не так уж много. Основным отличием как раз и будет схема приема и преобразования света.
Как именно происходит процесс приема света в фотокамере с пленкой? В тот момент, когда фотограф нажимает кнопку спуска, затвор открывается, в результате чего пленка принимает свет. До того, как затвор вновь закрывается, идет химическая реакция, а ее итогом является формирование фотографии.
Как вы можете заметить, процесс создания фотоснимка был совершенно иным, и в современных фотоаппаратах матрица выполняет именно функцию пленки, то есть генерирует изображение. Они выполняют совершенно одинаковые функции, разница состоит лишь в технике их выполнения и в хранилище созданного изображения, которым в первом случае выступает пленка, а во втором — карта памяти фотоаппарата.
Характеристики матрицы
Необходимо понимать, что матрицы бывают совершенно разными по качественным показателям. В этом вопросе важным сигналом будет цена: в том или ином ценовом сегменте матрицы имеют определенный уровень качества. Будьте готовы к тому, что бюджетные варианты фотоаппарата вряд ли будут обладать высококачественной матрицей. Поскольку матрицу можно смело назвать сердцем камеры, не стоит экономить при выборе. Вы ведь хотите, чтобы ваши снимки были на высоте? Тогда остановите свой выбор на фотоаппарате, оснащенном качественной матрицей.
По каким параметрам следует выбирать матрицу?
- Размер
- Разрешение
- Соотношение сигнал-шум
- Уровень светочувствительности
- Динамический диапазон
Итак, рассмотрим первый параметр из нашего списка, а именно — размер матрицы. Его определяет величина пикселей, а также плотность их расположения относительно друг друга. Меньшая плотность расположения пикселей дает меньший уровень нагрева матрицы и более сильное соотношение сигнала и шума, которое создает более четкую фотографию.
Учтите, что именно размер матрицы является ее главной характеристикой. При выборе на него нужно обратить особое внимание.
Что же обеспечивает размер матрицы и почему он является таким важным параметром?
Итак, размер матрицы диктует:
- Уровень шума фотографии
- Глубину и насыщенность ее цвета
- Динамический диапазон
- Размер фотокамеры
Больший размер матрицы обеспечивает:
- Низкие показатели шума на фотографии. Матрица, имеющая большую поверхность, принимает больше света. Это будет сопряжено с меньшим нагревом, меньшей погрешностью в процессе квантования, соответственно, меньшим уровнем воздействия нежелательных шумов. Чем больше физический размер матрицы, тем меньше посторонних шумов будет на снимке, даже если съемка осуществляется при низком уровне освещения. Если говорить проще, фотография не будет пестрить лишними точками, точно не способствующими эстетике снимка.
- Широкий динамический диапазон
- Насыщенные, глубокие цвета снимка
Глубина цвета является показателем, который определяет возможность камеры идентифицировать любые метаморфозы цвета, даже самые незначительные. Это особенно ценно для фотографий однотонных пейзажей, не имеющих резких цветовых переходов. Большая матрица способна уловить даже самый незначительный цветовой переход, в то время как маленькая не имеет такой возможности.
Единственный недостаток, с которым придется смириться при выборе большой матрицы, это размер самой камеры. Чем больше матрица, тем больше размер камеры. Строго говоря, это вряд ли можно считать серьезным недостатком, учитывая широкий спектр преимуществ, которые дает матрица большого размера.
Виды матрицы
Он определяет способ работы матрицы.
На этом основании матрицы делят на 2 технологии:
- CMOS
- CCD
Конечная цель является одинаковой: накопление света. Разница в том, что является элементом, составляющим структуру. В первой технологии это диод, а во второй — транзистор.
Если говорить о качестве фотографий, то плюсом CCD-технологии были более приятные глазу цвета, а CMOS-технология выгодно отличалась гораздо меньшим уровнем шума.
В наше время подавляющее большинство камер оснащено матрицей CMOS.
Чувствительность матрицы
Она является очень важным параметром. Чем большую чувствительность установить, тем больше возможность зафиксировать на фотографии плохо освещенные объекты. Но при таких условиях будут также увеличиваться нежелательные шумы.
Параметр IS0 является эквивалентным показателем чувствительности. 50 — самый низкий показатель чувствительности, при котором чистое фото не подвергается разрушению шумом.
Сигнал-шум
Это параметр, который находится в непосредственной связи с чувствительностью. Он определяет уровень света и шумов на снимке.
Нужно помнить, что любое фото имеет определенный показатель шума. Светочувствительность характеризуется тем же. Она не может иметь статичных показателей. Они будут меняться, и эти изменения зависят от условий съемки.
Даже если свет совсем отсутствует, фотодатчик все равно продемонстрирует в итоге определенное значение. Как раз это и является шумом. Чтобы получить качественную фотографию, сигнал должен побороть помехи на определенном уровне. Это явление и носит название «сигнал-шум».
Чтобы фотография получилась четкой и не имела нежелательных шумов, нужно правильно настроить фильтры, чтобы они не пропустили эти помехи.
Если увеличивать уровень чувствительности матрицы, действие фильтра будет ослабевать, чтобы поймать слабый сигнал. Но одновременно с этим на снимке отразятся и шумы. Поэтому, чтобы не нужно было усиливать чувствительность, необходимо правильно настроить выдержку.
Что нужно сделать, чтобы ослабить помехи?
Чтобы уровень шума был минимальным, необходимо настраивать минимальную чувствительность матрицы. Однако эта возможность напрямую зависит от того, позволяет ли это выдержка камеры.
Если же требуется уменьшать выдержку, то одновременно с этим необходимо увеличивать чувствительность, что в свою очередь приведет к увеличению уровня шума. Определенное значение приведет к тому, что шумы станут видны на снимке. Потому при съемке выбор стоит между уменьшенной чувствительностью и уменьшенным временем выдержки.
Все это говорит в пользу выбора камеры с большим размером матрицы, позволяющего снижать уровень шума и уменьшать выдержку, чтобы снимать объекты в движении без ущерба качеству изображения.
Разрешение матрицы
Этот параметр для многих является очень важным при выборе камеры. Так ли это? Попробуем разобраться.
Размер пикселя является очень важным параметром, и вот почему это так: когда пиксель больше по размеру, он способен «поймать» больше света. Матрица подобного типа будет давать меньшее количество шумов.
Если матрица имеет большее разрешение, то размер пикселей, которые ее составляют, меньше, а это стимулирует нагрев и поднимает уровень шумов.
Отличительные черты размера пикселя:
- Уровень шумов. Как уже было сказано выше, меньший размер пикселя предполагает высокий уровень шумов.
- Уровень шевеления. Чем меньше размер пикселя, тем выше его чувствительность к дрожанию и смещению камеры.
- Высокие требования к объективу камеры. Чем меньше размер пикселя, тем более высокая разрешающая способность объектива потребуется для качественных снимков.
- Чем больше разрешение фотоаппарата, тем большие возможности должен иметь компьютер, который будет обрабатывать снимки. Если вы хотите получить от съемки отличный результат, но не занимаетесь фотографированием в RAW, то вам предстоит довольно продолжительная и непростая работа в фоторедакторах на компьютере. А при редактировании снимков в очень высоком разрешении, например, составляющем 24 мегапикселя и выше это и вовсе может стать очень сложной задачей.
Динамический диапазон матрицы
Он устанавливает максимальный диапазон яркости фотографии. Каждый из пикселей, составляющих матрицу, имеет свой уровень яркости. Функцией динамического диапазона является идентификация широты яркого участка снимка, который способен охватить фотоаппарат без ущерба качеству наиболее темных и наиболее ярких частей кадра.
Динамический диапазон является статичной характеристикой матрицы. Его невозможно изменить. Правда, есть возможность сделать его более узким, если повысить чувствительность ISO, но это далеко не всегда сможет решить проблему. Строго говоря, это даже нежелательно.
Когда фотоаппарат не справляется с трудными условиями съемки, например, если снимать нужно против солнца, мы получаем на фотографии слишком сильные контрасты, которые действительно режут глаз. При взгляде на такие фотографии даже непрофессионал вынесет кадру строжайший вердикт и, конечно, будет совершенно прав.
При таких результатах съемки говорят, что динамический диапазон матрицы не справляется с условиями, в которых ведется съемка. Обычно для исправления этих недостатков нужно менять компоновку кадра, прибегать к разного рода профессиональным хитростям, которые сгладят досадные несовершенства, словом, делать все то, что с динамическим диапазоном фотоаппарата совершенно не связано, поскольку, как мы уже упомянули выше, менять его показатели невозможно, поскольку они статичны.
Поделиться статьёй:
top100photo.ru
что такое матрица в зеркальном фотоаппарате? каковы её функции? чем лучшая отличается от худшей?
Принцип действия матрицы. Матрица (сенсор, фотодатчик) это устройство фотокамеры, где получается изображение. Собственно это аналог плёночного кадра. Как и в нём, лучи света, собранные объективом, «рисуют» картинку. Разница в том, что на плёнке эта картинка хранится, а на датчиках матрицы под действием света возникают электрические сигналы, которые обрабатываются процессором камеры, после чего изображение сохраняется в виде файла на карту памяти. Сама матрица фотоаппарата представляет собой специальную микросхему с фотодатчиками-пикселями (фотодиодами) . Именно они при попадании света генерируют сигнал, тем больший, чем больше света попадает на этот датчик-пиксель. В чём принципиальная разница цифровой и плёночной фотографии? Это электроника против химии, скажет один. Цифра против плёнки, добавит другой. Но это не исчерпывающие ответы! Фотоплёнка совмещает место рождения снимка и место его хранения. Матрица фотоаппарата тоже рождает изображение, но не хранит его. Функцию хранения снимков в цифровой фотографии выполняет карта памяти. Разрешение матрицы. Итак, матрица фотоаппарата состоит из датчиков пикселей. От количества этих пикселей зависит разрешение (детализация изображения) , размер будущей фотокарточки и, к сожалению, уровень шумов. Чем больше пикселей, тем выше детализация. Например, на матрице расположены 2592 точек по ширине и 1944 по высоте. Если перемножить ширину на высоту то получим 5 038 848 (примерно 5 миллионов) пикселей. В этом случае говорят «фотокамера имеет 5 мегапикселей», «разрешение сенсора 5 Мп» и т. д. Вот как выглядит матрица фотоаппарата, если снять объектив и поднять зеркало: <img src=»//otvet.imgsmail.ru/download/cd8ec9819f13895639753f04cba6e26d_i-1283.jpg» > Светочувствительность. Светочувствительность матрицы складывается из светочувствительности всех её фотодатчиков-пикселей. Зачем же нужно повышать светочувствительность? Качество снимка — не только (и не столько! ) мегапиксели, но и натуральные цвета. А это уже зависит от размеров датчиков-пикселей. Чем больше их собственный размер, тем больше света попадает на датчик, тем чище и естественней будут цвета и меньше цифровые шумы. При слабом освещении выдержка получается длинной и тогда, ввиду угрозы смаза снимка, обычно повышают светочувствительность фотоматериала (светочувствительность обозначают в единицах ISO). В плёночной фотографии для этого меняют плёнку, а цифровая фотокамера проще: ISO меняется в настройках самого фотоаппарата. В мыльницах — только автоматически, в камерах с ручными настройками — либо автоматически, либо задаётся фотографом. В компактах обычные значения от 50 до 1600 единиц ISO (до 400 в 2007 г.) , в зеркалках, как правило, от 100 до 6400 (до 1600 в 2007 г.) . Это нормальные цифры, которые определены размером матрицы — чем больше размер, тем больше светочувствительность. На ещё бОльшие значения вряд ли стоит серьёзно обращать внимание, разве что только у топовых моделей зеркалок. Чем больше размер (физический) матрицы, тем лучшее качество снимка вы получите!
Скажу сразу, если Вы никогда не сталкивались с зеркалками, не советую покупать дорогие модели, потому что при съемке на автомате, с китовым объективом качество фото будет одинаковым что за 15 тысяч, что за 50. А про кропнутые и полнокадровые фотики прочитайте на форумах. В двух словах здесь никто не объяснит.
touch.otvet.mail.ru
Матрица фотоаппарата
Никого сейчас не удивишь цифровой фото камерой, каждая из которых наделена матрицей фотоаппарата. Что такое матрица фотоаппарата, почему ее название матрица цифрового фотоаппарата, какие ее функции.
Почти два столетия прошло с тех пор, как был создан первый прототип фотоаппарата. Принцип работы фотокамеры остался прежним: попадание светового потока через объектив и фиксация на светочувствительном элементе. Ранее использовались пленочные элементы с свойственной им химической реакцией. Новая эра фотоаппаратов преподнесла нам цифровые фотокамеры.
Матрица фотоаппарата, а точнее матрица цифрового фотоаппарата — это электронная схема, состоящая из миллионов крошечных светочувствительных диодов, которые реагируют на световой поток, попадающий на них. Один такой светодиод матрицы цифрового фотоаппарата приносит вашему изображению ровно один пиксель.
Теперь представьте себе матрицу фотоаппарата, передающую 12 миллионов пикселей. Сложно? Вовсе нет: 12 мегапикселей — это площадь матрицы в пикселях. К примеру, если соотношение сторон матрицы 3:4, то на матрице цифрового фотоаппарата будет располагаться 3 тысячи пикселей в столбце и таких столбцов 4 тысячи.
Как выглядит матрица фотоаппарата. Какой физический размер матрицы фотоаппарата?
Особенность электроники матрицы цифрового фотоаппарата заключается в накоплении эклектического заряда в зависимости от количества попадающего света на матрицу фотоаппарата. Если происходит переизбыток энергии на пикселе или группе пикселей матрицы цифрового фотоаппарата, то эта энергия начинает переходить на соседние пиксели. В результате, когда фотографируете солнце вы получаете световой пучок разной окружности.
Важно знать: чем качественнее и дороже матрица, а главное, чем больше физический размер матрицы цифрового фотоаппарата, тем больше расстояние между её пикселями, тем менее заметен эффект распределения энергии на соседние пиксели.
Количество пикселей на матрице должно увеличиваться с увеличением качества и\или размера матрицы цифрового фотоаппарата. Иначе, новые пиксели теряют свою эффективность. Размер матрицы цифрового фотоаппарата — важная характеристика!
Для начала, что это такое. Раньше, в эпоху пленочных фотоаппаратов с этим было просто — вместо матрицы была светочувствительная пленка-негатив. Стандарт был 35мм (физический размер 24×36 мм). В современном же цифровом фотоаппарате вместо пленки устанавливается светочувствительная матрица — интегральная микросхема, состоящая из светочувствительных элементов (фотодиодов). Матрица предназначена для преобразования спроецированного на нее оптического изображения в поток цифровых данных. Фотоматрица оцифровывает («нарезает» на пиксели) то изображение, которое формируется объективом фотоаппарата.
Существуют несколько типов матриц, применяемых в цифровых камерах, основные из которых CCD и CMOS. CCD-матрица обеспечивает лучшие показатели при съемке динамичных и мелких объектов, у нее низкий уровень шума и высокий коэффициент заполнения. CMOS-матрица же используется в изделиях, для которых критична конечная стоимость, благодаря своей недорогой стоимости, низкого энергопотребления.
Итак, физический размер матрицы. Необходимо отметить, что физический размер матрицы — одна из важнейших характеристик фотоаппарата, влияющих на качество получаемых фотографий. Физический размер — это ее геометрический размер (длина и ширина в миллиметрах). Однако чаще всего размеры фотосенсоров чаще всего обозначают в виде дробных частей дюйма, например 1 / 2.5″. Так как эта величина обратная, то и соответственно, размер матрицы больше, если число после дроби меньше. Для примера, приведем соотношение наиболее часто используемых матриц:
| Диагональ матрицы | Геометрический размер |
| 1 / 3.2″ | 3.4 х 4.5мм |
| 1 / 2.7″ | 4.0 х 5.4мм |
| 1 / 2.5″ | 4.3 х 5.8мм |
| 1 / 2.3″ | 4.6 х 6.2мм |
| 1 / 1.8″ | 5.3 х 7.2мм |
| 2 / 3″ | 6.6×8.8мм |
| 1″ | 9.6 х 12.8мм |
| APS-C (матрица, в 1.6 раза меньше APS) | 15 х 23мм |
| полный формат (APS) | 24 х 36мм |
Проще ориентироваться не на размер матрицы в обратных значениях дюйма, а на кроп-фактор. Кроп-фактор — это коэффициент, показывающий во сколько раз матрица фотоаппарата меньше полного формата. Например, для наиболее распространенного размера матрицы современных мыльниц 1 / 2.3″ кроп-фактор составит 5.62, т.е. матрица в 5.62 раза меньше полноформатной.
Размер матрицы влияет на количество цифрового шума, передаваемого вместе с основным сигналом на матрицу. Наличие цифрового шума, в свою очередь, придает фотографии неестественный вид и создается впечатление, что на фотографии наложена матовая пленка. 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.
nikon3100.ru
Физический размер матрицы и его влияние на качество снимков
Не все начинающие пользователи знают, что такое физический размер матрицы. Многие путают его с разрешением, но это разные вещи. При этом, физический размер матрицы — это один из важнейших параметров камеры, который влияет на качество снимков.
Прежде чем приступить к рассмотрению влияния размера матрицы на фотографии, рассмотрим сначала какие именно бывают матрицы.
Иногда бывает не просто узнать какая именно матрица стоит на том или ином фотоаппарате. Продавцы в магазинах зачастую просто не знают этого, а производители крайне редко указывают эту информацию. Почему? Этот загадка.
И всё же, что такое физический размер матрицы?
Как многие могли догадаться, физический размер матрицы — это ей длинна и ширина, измеряемые в миллиметрах.
Исторически сложилось так, что в спецификациях производители указывают физический размер матрицы в обратном количестве дюймов, а не в миллиметрах. Это выглядит следующим образом: 1 / 3.2 — это 3.4 * 4.5 мм.
Зачастую даже в дюймах размер матрицы в спецификациях не указывается, хотя тенденция начинает изменяться. В анонсах новых камер часто можно встретить эту информацию, но не факт, что её можно будет найти в инструкции к камере. В тех случаях, когда размер неизвестен, можно воспользоваться расчетом. Облегчит это занятие таблица со стандартными значениями:
|
В мм. |
В дюймах |
KF |
|
3.4 * 4.5 |
1 / 3.2 « |
7.6 |
|
4.0 * 5.4 |
1 / 2.7 « |
6.4 |
|
4,3 * 5,8 |
1 / 2,5″ |
6.0 |
|
5,3 * 7,2 |
1 / 1,8″ |
4.9 |
|
6,6 * 8,8 |
2 / 3″ |
4.0 |
|
15 * 23 |
APS-C |
1.6 |
Первая колонка содержит значения физического размера матрицы. Вторая колонка указывает соответствующий размер в дюймах. Третья колонка содержит информацию о том, насколько диагональ кадра 35мм больше диагонали матрицы.Чтобы произвести расчет, нужны будут два значения, которые всегда указываются в спецификациях к фотоаппаратам. Это эквивалентное фокусное расстояние и фокусное расстояние. В технической документации и на объективе вся нужная информация должна быть. Если фокусное расстояние и эквивалентное фокусное расстояние известны, вычисления легко провести путем деления второго на первое. Результатом расчета будет значение коэффициента KF.
Пример: имея F = 7 – 21мм, и Feq = 35 – 105мм, можно получить две формулы. Делить можно либо 35/7, либо 105/21. Результатом обеих действий будет KF = 5. По таблице находим самое близкое значение к расчетному и получаем интересующую нас информацию. В нашем случае это физический размер 1 / 1,8″ или 5,3 * 7,2мм.
Рассмотрим матрицы по типоразмерам:
- Самые маленькие матрицы — 1 / 3.2″. Используются они чаще всего в дешевых компактных фотоаппаратах. Их соотношение сторон составляет 4:3, а физический размер — 3.4 * 4.5 мм.
- Матрицы 1 / 2.7″ с соотношением сторон 4:3 и физическим размером 4.0 * 5.4 мм применяются также в недорогих компактах.
- Матрицы 1 / 2,5″ относятся к тому же сегменту камер, что и предыдущие две позиции. Они имеют соотношение сторон 4:3, а размер — 4,3 * 5,8мм.
- Матрицы размером 1 / 1,8″ с соотношением сторон 4:3 и геометрическим размером 5,3 * 7,2 мм применяются в более дорогих компактных камерах. Их можно встретить в устройствах среднего и выше среднего ценового диапазона.
- Размер матриц 2 / 3″ имеет соотношение сторон 4:3, а физический размер 6,6 * 8,8 мм. Часто они применяются в дорогих компактах с не сменной оптикой.
- Матрицы размером 4 / 3″ — физический размер 18 * 13,5 мм и соотношение сторон 4:3 применяются в дорогих камерах.
- DX, APS-C — это формат матриц с соотношением сторон 3:2 и размером около 24 * 18 мм. Эти матрицы применяются в полупрофессиональных и профессиональных зеркальных камерах. Широкое распространение они получили благодаря относительной дешевизне и хорошем качестве снимков.
- Полнокадровая матрица имеет размер 36 * 24 мм. Её соотношение сторон 3:2, а по размеру она соответствует 35 мм кадру. Такие матрицы дорого обходятся в производстве и применяются в профессиональной фототехнике.
- Среднеформатные матрицы имеют формат 60 * 45 мм с соотношением сторон 3:2. Такие матрицы сшиваются из нескольких более простых, что непременно сказывается на стоимости такого производства. Применяются исключительно в дорогих фотоаппаратах.
Разобравшись с основными размерами, стоит поговорить о том, на что же именно они влияют.
Прежде всего, размер матрицы влияет на габариты и вес фотокамеры. Размер оптической части напрямую зависит от размера матрицы, а отсюда можно делать соответствующие выводы.
Также размер матрицы является показателем цифрового шума, который будет передаваться на снимки.
Цифровой шум существенно портит фотографии, создавая впечатление наложенной на снимок маски из точек и царапин.
Шум может возникать по многим причинам. Это может быть дефект самой матрицы, проявляющийся в утечке тока, пробивающегося на соседние пиксели. Также появление шума может быть следствием нагрева матрицы.
На показатели шума влияют как физический размер матрицы, так и размеры пикселей. Чем размер матрицы больше, тем больше света на нее попадает. Соответственно полезной информации больше. Использование больших по размеру матриц позволяет получить более яркое изображение с естественными цветами.
При большом размере пикселей слой изоляции между ними тоже больше, а следовательно ток утечки уменьшается.
Для большего осознания понятия размера пикселя просто представьте две матрицы одинакового размера. На одной матрице 4000 пикселей (4Мп), а на второй 8000 пикселей (8Мп). Представьте теперь разницу в слое изоляции между каждым пикселем для первого и для второго случая.
Стоит заметить, что на матрицы маленького размера попадает мало света, а соответственно полезный сигнал не велик. Его нужно усиливать, а вместе с полезной информацией усиливаются и шумы.
Вывод!
Подводя итог, можно выделить тот факт, что на матрицу большого размера попадает большее количество света. Соответственно снимок будет ярче и четче. Увеличение размера матрицы увеличивает стоимость её производства, а, следовательно, фотоаппараты с матрицами большого физического размера будут стоить намного дороже своих компактных аналогов.
Copyright by TakeFoto.ru
www.takefoto.ru
IT Expert: Как устроена матрица фотокамеры
IT ExpertМир технологийНаука и техника
Андрей Виноградов | 28.05.2014
Откуда берется цвет
Какие есть типы матриц
Сколько мегапикселей достаточно
Светочувствительные матрицы используются во многих устройствах. Самое известное из них – фотокамера. Цифровые сенсоры заменили собой пленку, сделав съемку существенно проще и дешевле, открыв
для масс возможность делать тысячи снимков, платя лишь раз – при покупке фотоаппарата.
Откуда берется цвет
Матрица фотоаппарата весьма непростое устройство, хотя на первый взгляд представляет собой просто ряды светочувствительных фотодиодов. Ее основная задача заключается в преобразовании полученных
импульсов в электрический ток. Причем сделать это нужно так, чтобы в итоге получилось цветное изображение с высокой детализацией.
Когда фотографы спорят о том, матрица чьего фотоаппарата более точно и глубоко передает цвет, они даже не задумываются, что каждый из пикселей – монохромный. Цвет появляется благодаря хитрым системам. Таким, как мозаичные фильтры. Это самая распространенная технология получения цветного изображения.
Матрица накрыта тончайшим фильтром, который делит сенсор на субпиксели. Каждому из них присваивается свой цвет, в дальнейшем таким образом формируется общая картинка. Существует целый ряд подтипов, наиболее известным из которых является фильтр Байера, названный в честь сотрудника компании Kodak, доктора Брайса Э. Байера (Bryce Bayer), создавшего эту технологию в 1976 году.
Данный светофильтр делит каждый пиксель на два зеленых, красный и синий субпиксели. Таким образом изображение делится на точки, но метод не лишен недостатков. Главный из них – потеря четкости, так
как недостающую информацию приходится интерполировать, то есть вычислять, дорисовывать. Тем не менее сегодня проблема потеряла остроту, поскольку пиксели стали настолько маленькими, что увидеть
потерю резкости крайне сложно.
Впрочем, существуют и альтернативные системы получения цветного изображения. Например, матрица Foveon, которую использует в своих фотокамерах компания Sigma. Foveon X3 по сути состоит из трех матриц (не путать с трехматричными системами 3CCD!), расположенных друг над другом, но не пропускает свет определенного спектра.
Поэтому нет необходимости применять интерполяцию – то, что попало на матрицу, записывается в файл. Но и эта система не идеальна: главным образом Foveon X3 страдает из-за высоких шумов. Дело в том,
что идеально распределить получаемый свет по слоям крайне непросто, и некоторая часть света поглощается «чужим» слоем. Разумеется, изображение от этого не улучшается.
Система 3CCD используется в видеокамерах, скажу о ней кратко – специальная призма делит свет на три составляющие и каждая матрица формирует свое изображение, объединяющееся в одно силами процессора.
Какие есть типы матриц
Существует два основных типа: ПЗС (прибор с зарядовой связью – Charge-Coupled Device, CCD) и КМОП (комплементарная структура «металл-оксид-полупроводник» – Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,
CMOS). Вдаваться в технические подробности я не стану – принципиальная разница заключается в методе снятия заряда со светочувствительного элемента сенсора. На тематических форумах можно прочесть не
одну сотню страниц, написанных пользователями, которые пытаются доказать, что ПЗС лучше КМОП и наоборот. Если же взглянуть на механизм формирования изображения, становится ясно, что на
цветопередачу влияют многие параметры и способ передачи электрического сигнала от пикселя к процессору – далеко не главный. Вы наверняка замечали, что разные модели фотокамер имеют свою фирменную
цветопередачу и даже уровень шумов. При этом производителей матриц немного. Безусловным лидером считается компания Sony, чьи матрицы используют также Nikon и Pentax. Взгляните на необработанные
JPEG от Pentax K10D, Nikon D80 и Sony A100. Характерные особенности картинки хорошо видны, несмотря на то, что во всех трех стоит один и тот же ПЗС-сенсор разрешением 10 Мп.
Да что там разные производители! Во времена сотрудничества Samsung и Pentax разница в изображении «клонов» была весьма значительной. Изображения, формируемые на 14-Мп матрице корейского
производства более грамотно формировались в «родном» Samsung GX-20, нежели в Pentax K20D, поэтому и цветопередача была точнее, и шумы меньшими. Все это доказывает: гораздо важнее правильно
обработать сигнал.
Последним доводом в пользу того, что ПЗС «круче» КМОП является то, что средний формат до последнего времени использовал только матрицы первого типа. Но это происходило скорее из-за того, что данный
рынок развивается медленнее, ведь спрос на дорогущие и не универсальные среднеформатные камеры не исчисляется миллионами. А в нынешнем году КМОП пришел и в высший сегмент – именно эти матрицы
установлены в Pentax 645Z, а также в цифровом заднике Phase One IQ250.
Сколько мегапикселей достаточно
Чем больше – тем лучше. В идеале, конечно. Ведь каждый пиксель – это дополнительная информация, которая повышает резкость, а в конечном итоге и детализацию. Но не все так просто.
Прежде всего, хочу разочаровать всех жаждущих заполучить фотокамеру с условными тремя мегапикселями и рабочими ISO 102400. Дело ведь не в том, что производители не хотят считаться с энтузиастами,
которым не нужно сверхвысокое разрешение при отсутствии шумов. Такую матрицу сделать даже с современными технологиями непросто.
Ключевые слова: цифровая фотокамера
Журнал: Журнал IT-Expert [№ 05/2014], Подписка на журналы
www.it-world.ru
Станьте первым комментатором