Размеры матриц фотоаппаратов таблица
Раньше было вполне логичным, что покупая компактную камеру, вы получали небольшую матрицу, а если выбирали крупногабаритную зеркалку со сменными объективами, матрица на ней была значительно больше. Это сказывалось на качестве фотографий, поскольку чем больше матрица, тем более детализированы были изображения.
Сейчас это в принципе, тоже в какой-то мере актуально, матрица — это самая дорогая часть камеры в плане производства, и чем больше матрица, тем и камера, соответственно, дороже. Потому на дорогие камеры обычно не устанавливаются матрицы 1/2.3 дюймовые, а на дешевых, соответственно, не найти полнокадровую.
Но надо сказать, что сейчас многие производители стали предлагать компактные камеры с относительно большими матрицами, точно так же как и камеры под сменные объективы с меньшими матрицами. Так что разобраться в ситуации, пожалуй, стало сложнее. Небольшие матрицы способны отлично срабатывать в различных условиях, и даже имеют некоторые преимущества перед большими.
За последние годы и сама технология создания матриц значительно продвинулась вперед, так что сегодня большое количество предлагаемых вариантов может смутить даже опытного пользователя, что уж говорить о тех, кто приобретает первую фотокамеру. А ведь размер матрицы еще и на фокусном расстоянии сказывается, так что учитывать при выборе камеры действительно нужно очень многое.
Итак, мы решили разобраться в различных типах матриц, чтобы расставить все по местам. Но для начала нужно уточнить, как именно размер матрицы влияет на эффективное фокусное расстояние.
Фокусное расстояние
Итак, мы уже выяснили, что размер матрицы связан с фокусным расстоянием, то есть с тем, какой именно объектив подойдет вашей камере. Если вы приобретаете компактный девайс с не съемным объективом, проблема сама собой отпадает, то есть с позиции покупателя это гораздо проще. Но не просто так профессионалы выбирают именно те камеры, где объективы можно менять. Любой объектив должен иметь поле (круг) изображения или диаметр света, который существует в объективе и который покрывает размер матрицы. Есть одно исключение, к которому мы вернемся позже.
Итак, встроенные или нет, объективы всегда помечены реальным фокусным расстоянием, а не эффективным фокусным расстоянием, которое вы получите при использовании на той или иной камере. Но проблема в том, что различные объективы с различной маркировкой могут в итоге обеспечить одно и то же фокусное расстояние для работы. Почему? Потому что они предназначены для разных матриц. Именно поэтому производители помимо маркировки указывают эквивалент, где основным расстоянием считается 35мм или полнокадровая матрица.
Вот — один из примеров: камера с матрицей меньше чем полнокадровая вполне может использоваться с 18-55мм объективом, но на деле фокусное расстояние, которое вы получите будет ближе к 27-82мм. Это все происходит потому, что матрица не достаточно велика, чтобы использовать объектив точно так же как смог бы полнокадровый. Из-за того, что периферическое пространство внутри объектива не принимается в расчет, получается тот же эффект как от использования объектива с большим фокусным расстоянием.
В компактных камерах может был установлен 19мм объектив, но из-за размера матрицы, который меньше фуллфрейма, вы получите в итоге большее фокусное расстояние, около 28мм. Точная длина определяется кроп-фактором, то есть числом, на которое нужно увеличить данное под фуллфрейм фокусное расстояние, чтобы выяснить какое расстояние получится на той или иной камере.
Размеры матриц
1/2.3 дюйма
Размер такой матрицы примерно 6.3 x 4.7 мм. Это — самая маленькая матрица, которую можно найти в современных камерах, и чаще всего — в бюджетных компактных моделях. Разрешение такой матрицы составляет, как правило, 16-20 Мп.
По крайней мере такой расклад был самым популярным какое-то время назад. Сегодня многие производители стали делать больший упор на любительские фотоаппараты с большими матрицами, так что и размер такой не так распространен как ранее.
Однако, преимущество в том, что такой размер позволяет получить компактную камеру и использовать ее с длиннофокусными объективами, например компактными суперзумами. А большая матрица значит, что и объектив понадобится больший.
При хорошем освещении такие камеры могут предоставить неплохой результат, но для более придирчивых фотографов они точно не подойдут, поскольку при низкой освещенности будут зернить.
1/1.7 дюймов
Размер этих матриц 7.6 x 5.7мм. С такой матрицей гораздо проще выделить объект съемки из фона, и соответственно, производительность в плане деталей как в тени, так и на свету. Так что использовать их можно уже в более разнообразных условиях. Раньше такие камеры были самыми распространенными среди любителей, но сейчас их место стремительно занимают дюймовые матрицы, о которых речь и пойдет дальше.
А вот 1/1.7 дюймовые матрицы используются в некоторых относительно устаревших камерах Q-серии Pentax.
Дюймовые матрицы
Размер дюймовой матрицы 13.2мм x 8.8мм. Сегодня такие матрицы очень популярны на различных типах камер, размер позволяет им оставаться легкими и компактными. Логично, что самый популярный способ применения для дюймовой матрицы — это карманные любительские камеры, на которых объектив будет лимитирован 24-70мм или 24-100мм (если брать эквивалент 35мм). Однако, на некоторых суперзум камерах он тоже используется?, примеры — это Sony RX10 III и Panasonic FZ2000.
Гораздо лучше дюймовая матрица нам знакома по камерам Nikon серии 1, например Nikon 1 J5 — отличной и легкой камере, которая способна делать отличные фото и снимать 4К видео. Такую матрицу можно встретить даже среди смартфонов — Panasonic CM1.
Камеры с дюймовой матрицей способны показать результаты, значительно отличные от предыдущих вариантов. Качество их будет высоким, а даже компактные камеры, как правило, имеют широкую максимальную апертуру, так что на матрицу попадает достаточно света, потому и фотографии выходят четкими и резкими.
Частично, это результат технологии, а не только размера матрицы. Матрицы современного производства могут более эффективно захватывать свет.
Микро 4/3
Матрица микро 4/3 имеет физический размер 17.3 x 13мм. Этот формат используется в компактных зеркалках и беззеркалках Olympus и Panasonic. Они ненамного больше по размеру, чем дюймовые матрицы, но меньше чем APS-C, речь о которых пойдет ниже.
По сути, микро 4/3 — это четверть размера полнокадровой матрицы, так что считать для нее активное фокусное расстояние предельно просто: достаточно умножить фокусное расстояние на 2.
Иными словами, 17мм объектив на камере с матрицей микро 4/3 обеспечит фокусное расстояние такое же, как 34мм объектив на полнокадровой матрице. По аналогии, 12-35мм даст 24-70мм и так далее.
На камере Lumix DMC-LX100 используется матрица микро 4/3 разрешением 12.8 Мп. Это — одна из компактных цифровых камер, которые обладают большим количеством функций и небольшим размером. Камера оснащена объективом Leica с фокусным расстоянием 24-75мм.
Средний физический размер такой матрицы 23.5 x 15.6мм. Такая матрица используется на зеркальных камерах для начинающих и любительских камерах, а сейчас и на многих беззеркалках. Матрица APS-C обеспечивает отличный баланс между качеством изображения, размером и вариативностью в плане совместимости с различными объективами.
Не все APS-C матрицы одинаковы по размеру, ведь это зависит от производителя тоже. Например, матрицы APS-C на камерах Canon физически немного меньше чем те, что установлены в Nikon и Sony, таким образом ее кроп-фактор равен 1.6x, а не 1.5x. В любом случае, APS-C — это всегда отличный вариант и профессиональные фотографы нередко предпочитают его для съемок природы и спортивных мероприятий, потому что благодаря кроп-фактору появляется возможность “приблизиться” к объекту съемки имеющимся объективом.
APS-C доступны на некоторых компактных камерах, например Fujifilm X100F, это обеспечивает высокое качество для фотографий на портативных камерах, особенно в комплекте с объективами с постоянным фокусным расстоянием. 23мм объектив на Fujifilm X100F, имеет широкую максимальную апертуру, потому с помощью этой камеры можно без труда добиться узкой глубины резкости.
Размер матриц APS-H как правило равен 26.6 x 17.9мм. Сегодня этот формат практически не встречается, и ассоциируется только с устаревшими моделями Canon EOS-1D (EOS-1D Mark III и Mark IV). Сейчас, правда, в этой серии используются фуллфреймы.
Поскольку APS-H больше чем APS-C, но меньше полнокадровой матрицы, кроп-фактор, соответственно равен 1.3х, потому 24мм объектив обеспечит на такой камере фокусное расстояние приблизительно 31мм.
Одна из последних фотокамер, где можно встретить такую матрицу — это Sigma sd Quattro H. Однако и Canon решили не отказываться от APS-H совсем, и предпочли применить эту матрицу для камер наблюдения, а не для зеркальных фотоаппаратов.
Фуллфрейм
36 x 24мм она же фуллфрейм, она же полнокадровая матрица и она же примерно такая же по размеру как негатив пленочной фотографии. Используются полнокадровые матрицы на любительских и профессиональных камерах и считаются самым удобным вариантом для съемок. Размер такой матрицы позволяет ей принимать на себя больше света, вследствие чего и фото получаются выше по качеству чем с меньшими матрицами. Соответственно, и когда речь идет о количестве пикселей, выбор больше. А разрешение полнокадровых матриц варьируется от 12 до 50Мп.
Кроп-фактор, конечно, в случае с полнокадровой матрицей значения не имеет, так как маркировка объектива будет соответствовать активному фокусному расстоянию. Однако же, некоторые объективы, созданные под APS-C матрицы все равно можно использовать с фуллфреймами, но разрешение будет ограничено (камера обрежет углы, чтобы избежать виньетирования). Но проверять совместимость, разумеется, нужно всегда, иначе есть риск повредить зеркало.
Средняя (медиум) матрица
44мм x 33мм – размер такой матрицы. Это, очевидно, больше фуллфрейма и с момента появления такие матрицы вызвали оживленный интерес и дискуссии. Они использованы в камерах Fujifilm GFX 50S, Hasselblad X1D и Pentax 645Z, последняя немного старше остальных. Применяются они в основном, исключительно профессиональными фотографами в силу цены таких камер и их специфики.
Не факт, что на этом развитие матриц как таковых остановится, но пока что это — все доступные на рынке типы матриц, а какая подойдет для ваших фото интересов, решать только вам.
Раньше было вполне логичным, что покупая компактную камеру, вы получали небольшую матрицу, а если выбирали крупногабаритную зеркалку со сменными объективами, матрица на ней была значительно больше. Это сказывалось на качестве фотографий, поскольку чем больше матрица, тем более детализированы были изображения.
Сейчас это в принципе, тоже в какой-то мере актуально, матрица — это самая дорогая часть камеры в плане производства, и чем больше матрица, тем и камера, соответственно, дороже. Потому на дорогие камеры обычно не устанавливаются матрицы 1/2.3 дюймовые, а на дешевых, соответственно, не найти полнокадровую.
Но надо сказать, что сейчас многие производители стали предлагать компактные камеры с относительно большими матрицами, точно так же как и камеры под сменные объективы с меньшими матрицами. Так что разобраться в ситуации, пожалуй, стало сложнее. Небольшие матрицы способны отлично срабатывать в различных условиях, и даже имеют некоторые преимущества перед большими.
За последние годы и сама технология создания матриц значительно продвинулась вперед, так что сегодня большое количество предлагаемых вариантов может смутить даже опытного пользователя, что уж говорить о тех, кто приобретает первую фотокамеру. А ведь размер матрицы еще и на фокусном расстоянии сказывается, так что учитывать при выборе камеры действительно нужно очень многое.
Итак, мы решили разобраться в различных типах матриц, чтобы расставить все по местам. Но для начала нужно уточнить, как именно размер матрицы влияет на эффективное фокусное расстояние.
Фокусное расстояние
Итак, мы уже выяснили, что размер матрицы связан с фокусным расстоянием, то есть с тем, какой именно объектив подойдет вашей камере. Если вы приобретаете компактный девайс с не съемным объективом, проблема сама собой отпадает, то есть с позиции покупателя это гораздо проще. Но не просто так профессионалы выбирают именно те камеры, где объективы можно менять. Любой объектив должен иметь поле (круг) изображения или диаметр света, который существует в объективе и который покрывает размер матрицы. Есть одно исключение, к которому мы вернемся позже.
Итак, встроенные или нет, объективы всегда помечены реальным фокусным расстоянием, а не эффективным фокусным расстоянием, которое вы получите при использовании на той или иной камере. Но проблема в том, что различные объективы с различной маркировкой могут в итоге обеспечить одно и то же фокусное расстояние для работы. Почему? Потому что они предназначены для разных матриц. Именно поэтому производители помимо маркировки указывают эквивалент, где основным расстоянием считается 35мм или полнокадровая матрица.
Вот — один из примеров: камера с матрицей меньше чем полнокадровая вполне может использоваться с 18-55мм объективом, но на деле фокусное расстояние, которое вы получите будет ближе к 27-82мм. Это все происходит потому, что матрица не достаточно велика, чтобы использовать объектив точно так же как смог бы полнокадровый. Из-за того, что периферическое пространство внутри объектива не принимается в расчет, получается тот же эффект как от использования объектива с большим фокусным расстоянием.
В компактных камерах может был установлен 19мм объектив, но из-за размера матрицы, который меньше фуллфрейма, вы получите в итоге большее фокусное расстояние, около 28мм. Точная длина определяется кроп-фактором, то есть числом, на которое нужно увеличить данное под фуллфрейм фокусное расстояние, чтобы выяснить какое расстояние получится на той или иной камере.
Размеры матриц
1/2.3 дюйма
Размер такой матрицы примерно 6.3 x 4.7 мм. Это — самая маленькая матрица, которую можно найти в современных камерах, и чаще всего — в бюджетных компактных моделях. Разрешение такой матрицы составляет, как правило, 16-20 Мп.
По крайней мере такой расклад был самым популярным какое-то время назад. Сегодня многие производители стали делать больший упор на любительские фотоаппараты с большими матрицами, так что и размер такой не так распространен как ранее.
Однако, преимущество в том, что такой размер позволяет получить компактную камеру и использовать ее с длиннофокусными объективами, например компактными суперзумами. А большая матрица значит, что и объектив понадобится больший.
При хорошем освещении такие камеры могут предоставить неплохой результат, но для более придирчивых фотографов они точно не подойдут, поскольку при низкой освещенности будут зернить.
1/1.7 дюймов
Размер этих матриц 7.6 x 5.7мм. С такой матрицей гораздо проще выделить объект съемки из фона, и соответственно, производительность в плане деталей как в тени, так и на свету. Так что использовать их можно уже в более разнообразных условиях. Раньше такие камеры были самыми распространенными среди любителей, но сейчас их место стремительно занимают дюймовые матрицы, о которых речь и пойдет дальше.
А вот 1/1.7 дюймовые матрицы используются в некоторых относительно устаревших камерах Q-серии Pentax.
Дюймовые матрицы
Размер дюймовой матрицы 13.2мм x 8.8мм. Сегодня такие матрицы очень популярны на различных типах камер, размер позволяет им оставаться легкими и компактными. Логично, что самый популярный способ применения для дюймовой матрицы — это карманные любительские камеры, на которых объектив будет лимитирован 24-70мм или 24-100мм (если брать эквивалент 35мм). Однако, на некоторых суперзум камерах он тоже используется?, примеры — это Sony RX10 III и Panasonic FZ2000.
Гораздо лучше дюймовая матрица нам знакома по камерам Nikon серии 1, например Nikon 1 J5 — отличной и легкой камере, которая способна делать отличные фото и снимать 4К видео. Такую матрицу можно встретить даже среди смартфонов — Panasonic CM1.
Камеры с дюймовой матрицей способны показать результаты, значительно отличные от предыдущих вариантов. Качество их будет высоким, а даже компактные камеры, как правило, имеют широкую максимальную апертуру, так что на матрицу попадает достаточно света, потому и фотографии выходят четкими и резкими.
Частично, это результат технологии, а не только размера матрицы. Матрицы современного производства могут более эффективно захватывать свет.
Микро 4/3
Матрица микро 4/3 имеет физический размер 17.3 x 13мм. Этот формат используется в компактных зеркалках и беззеркалках Olympus и Panasonic. Они ненамного больше по размеру, чем дюймовые матрицы, но меньше чем APS-C, речь о которых пойдет ниже.
По сути, микро 4/3 — это четверть размера полнокадровой матрицы, так что считать для нее активное фокусное расстояние предельно просто: достаточно умножить фокусное расстояние на 2.
Иными словами, 17мм объектив на камере с матрицей микро 4/3 обеспечит фокусное расстояние такое же, как 34мм объектив на полнокадровой матрице. По аналогии, 12-35мм даст 24-70мм и так далее.
На камере Lumix DMC-LX100 используется матрица микро 4/3 разрешением 12.8 Мп. Это — одна из компактных цифровых камер, которые обладают большим количеством функций и небольшим размером. Камера оснащена объективом Leica с фокусным расстоянием 24-75мм.
Средний физический размер такой матрицы 23.5 x 15.6мм. Такая матрица используется на зеркальных камерах для начинающих и любительских камерах, а сейчас и на многих беззеркалках. Матрица APS-C обеспечивает отличный баланс между качеством изображения, размером и вариативностью в плане совместимости с различными объективами.
Не все APS-C матрицы одинаковы по размеру, ведь это зависит от производителя тоже. Например, матрицы APS-C на камерах Canon физически немного меньше чем те, что установлены в Nikon и Sony, таким образом ее кроп-фактор равен 1.6x, а не 1.5x. В любом случае, APS-C — это всегда отличный вариант и профессиональные фотографы нередко предпочитают его для съемок природы и спортивных мероприятий, потому что благодаря кроп-фактору появляется возможность “приблизиться” к объекту съемки имеющимся объективом.
APS-C доступны на некоторых компактных камерах, например Fujifilm X100F, это обеспечивает высокое качество для фотографий на портативных камерах, особенно в комплекте с объективами с постоянным фокусным расстоянием. 23мм объектив на Fujifilm X100F, имеет широкую максимальную апертуру, потому с помощью этой камеры можно без труда добиться узкой глубины резкости.
Размер матриц APS-H как правило равен 26.6 x 17.9мм. Сегодня этот формат практически не встречается, и ассоциируется только с устаревшими моделями Canon EOS-1D (EOS-1D Mark III и Mark IV). Сейчас, правда, в этой серии используются фуллфреймы.
Поскольку APS-H больше чем APS-C, но меньше полнокадровой матрицы, кроп-фактор, соответственно равен 1.3х, потому 24мм объектив обеспечит на такой камере фокусное расстояние приблизительно 31мм.
Одна из последних фотокамер, где можно встретить такую матрицу — это Sigma sd Quattro H. Однако и Canon решили не отказываться от APS-H совсем, и предпочли применить эту матрицу для камер наблюдения, а не для зеркальных фотоаппаратов.
Фуллфрейм
36 x 24мм она же фуллфрейм, она же полнокадровая матрица и она же примерно такая же по размеру как негатив пленочной фотографии. Используются полнокадровые матрицы на любительских и профессиональных камерах и считаются самым удобным вариантом для съемок. Размер такой матрицы позволяет ей принимать на себя больше света, вследствие чего и фото получаются выше по качеству чем с меньшими матрицами. Соответственно, и когда речь идет о количестве пикселей, выбор больше. А разрешение полнокадровых матриц варьируется от 12 до 50Мп.
Кроп-фактор, конечно, в случае с полнокадровой матрицей значения не имеет, так как маркировка объектива будет соответствовать активному фокусному расстоянию. Однако же, некоторые объективы, созданные под APS-C матрицы все равно можно использовать с фуллфреймами, но разрешение будет ограничено (камера обрежет углы, чтобы избежать виньетирования). Но проверять совместимость, разумеется, нужно всегда, иначе есть риск повредить зеркало.
Средняя (медиум) матрица
44мм x 33мм – размер такой матрицы. Это, очевидно, больше фуллфрейма и с момента появления такие матрицы вызвали оживленный интерес и дискуссии. Они использованы в камерах Fujifilm GFX 50S, Hasselblad X1D и Pentax 645Z, последняя немного старше остальных. Применяются они в основном, исключительно профессиональными фотографами в силу цены таких камер и их специфики.
Не факт, что на этом развитие матриц как таковых остановится, но пока что это — все доступные на рынке типы матриц, а какая подойдет для ваших фото интересов, решать только вам.
Рад вновь приветствовать вас, дорогой читатель. С вами на связи, Тимур Мустаев. Ранее на нашем блоге уже обозревались светочувствительные элементы фотоаппаратов, их свойства, кроп-фактор, количество мегапикселей и прочие параметры. Сегодня настал тот день, когда я вам расскажу более подробно, какой размер матрицы фотоаппарата лучше и почему.
В чём подвох?
Итак, если вы заинтересовались этой темой, значит, вы заинтересованы в улучшении качества своих фотографий. Вы, наверняка, уже слышали байку от рекламщиков, что на качество фотографии влияет только лишь количество мегапикселей. На самом деле, это не совсем так. Почему? Давайте разбираться.
Практически в каждом магазине фотооборудования есть, как минимум, один постер, кричащий о новой камере со встроенной матрицей супер высокого разрешения. Естественно, стоить она будет много больше, чем «скромные» конкуренты, поэтому рекламировать их гораздо выгоднее.
Размер матрицы
Если говорить о габаритах датчика, то здесь любого читателя ожидает огромный диапазон вариантов. От миллиметровых сенсоров смартфонов до огромных светочувствительных элементов кинокамер. Я постараюсь затронуть лишь фотокамеры, насколько это будет возможно.
Итак, существует специальная классификация размеров матриц фотоаппаратов. Таблица, приведённая ниже, показывает более наглядно различия в их длине и ширине.
Как мы здесь видим, начинается с 1/3-½ дюйма. Как правило, такие сенсоры устанавливаются в наиболее дешёвых вариантах любительских мыльниц. Соотношение сторон таких матриц составляет 4:3. Вообще, этого достаточно для формирования семейного фотоальбома, но ведь мы не для этого начали так подробно изучать фотографию, верно?
Камеры с соотношением 2/3, 4/3 дюйма имеют такое же соотношение сторон, однако, пикселям на них более «комфортно», что положительно сказывается на качестве, потому применяются такие элементы на более дорогих фотоаппаратах.
Остальные варианты представляют собой сенсоры, с соотношением сторон 3:2, а также составляют половину от полного кадра. Последний пункт таблицы – Full Frame. Он полностью соответствует своему названию и представляет собой золотой стандарт – 35-миллиметровый светочувствительный элемент. 35-мм сенсор, кстати говоря, соответствует размеру плёнки старых камер, о чём уже говорилось ранее, в одной из прошлых статей.
Каков итог?
Настал тот момент, когда нужно формулировать тезисы. Итак, первый из них – чем шире и выше матрица, тем дальше пиксели находятся друг от друга. Как результат, пиксели «чувствуют себя более комфортно» в таких условиях: они меньше подвергаются перегреву и, сами по себе, имеют большие габариты, за счёт чего каждый из них может захватить большее количество света.
Исходя из этого, делаем вывод, что две камеры с одинаковым количеством мегапикселей и разной величиной сенсора получат различный конечный снимок. Камера с большим датчиком получит фотографию более качественную.
Мегапиксели
Как бы реклама не заверяла, что их количество сильно влияет на качество фотографии, это не совсем так. Вообще, число фотодиодов определяет не столько качество, сколько количество занимаемого в памяти объёма светового отпечатка, который передаётся на процессор. Конечно, высокое разрешение – это хорошо, только если они расположены на матрице соответствующего размера. Иначе, элементы будут перегревать друг друга, из-за чего на фотографиях может образоваться шум.
Благодаря тому, что огромное количество фотографов начинает разбираться в этом вопросе, производители начали создавать пиксели большей величины, чем раньше. А какой от этого толк?
Всё просто: площадь пикселя обширнее, следовательно, он способен захватить большее количество света и передать его на процессор для обработки.
Как мы знаем, многие камеры имеют определённый диапазон регулировки разрешения конечной фотографии. Так вот, подавляющая часть зеркалок имеют показатель от 12 до 24 Мп, а профессиональные – 10-36 Мп, причём площади сенсоров отличаются в 2 и более раз.
В чём смысл всего этого? Можно выбрать среднее разрешение меж двух крайних значений. Это обеспечит быструю обработку снимка и задействует лишь часть пикселей, из-за чего увеличится расстояние между работающими элементами. Такой лайфхак позволит избавиться от лишних шумов.
В чём же итог? Всё просто: под каждый случай будет хороша определённая матрица, однако, сравнение конечных результатов покажет превосходство полнокадрового датчика. Причиной тому универсальность последнего.
Если у вас есть зеркальная фотокамера и вы хотите научиться ею пользоваться, чтобы получать красивые фотографии, предлагаю вашему вниманию « Цифровая зеркалка для новичка 2.0 » или « Моя первая ЗЕРКАЛКА ». Данный видео курс, просто находка для новичка. Ознакомившись с его содержимым, вы получите отличные знания о зеркалки. Помните, саморазвитие — это большой шаг в будущее своего успеха.
Цифровая зеркалка для новичка 2.0 — у вас NIKON? Этот курс для вас.
Моя первая ЗЕРКАЛКА — у вас CANON? Этот курс для вас.
Надеюсь, у меня получилось рассказать о матрицах в фотоаппаратах, какая лучше и почему стоит выбирать больший сенсор. Если статья была интересна, а также полезна для вас – расскажите о ней друзьям, подпишитесь на обновления блога, впереди нас ждёт масса полезных фотостатей.
Влияние размера матрицы на ее характеристики
Наш читатель, Александр Хлупнов, поделился своим мнением о влиянии размера сенсора фотокамеры на ее характеристики. Спасибо, Александр, публикуем вашу статью.
Хотим мы, или нет, но фотоаппарат необходим для регистрации информации, т.е. памяти о каком либо событии. Количественной мерой информации может служить объем фотографии в Мрiх (мегапикселях). Очевидно, чем больший объем информации, тем она ценнее. Для цифровой фотографии объем информации определяется размером матрицы. Качество фотографии зависит от ряда технических характеристик матрицы, таких как глубина цвета (бит), динамический диапазон (ЕВС) и чувствительность ISO (low-light ISO). Наиболее полная характеристика матриц цифровых фотоаппаратов приведена на сайте независимой лаборатории DxOMark. Выберем для примера характеристики некоторых зеркальных фотоаппаратов фирмы Nikon, которые лучше знакомы автору статьи. Это, конечно, профессиональные полнокадровые и аппараты с «кропнутой» матрицей. Для полноты анализа в этой таблице приведены сведения и о некоторых фотоаппаратах фирмы Canon. Приведенная таблица содержит такие данные матриц фотоаппаратов, как разрешение в Мрiк, начальной цене, годе выпуска, общей оценки матрицы на сайте DxOMark, глубине цвета (бит), динамическом диапазоне (ЕВС), чувствительности в ISO (low-light ISO).
Анализ приведенных данных показывает, что у всех рассматриваемых фотоаппаратов, приблизительно, одинаковые значения глубины цвета и динамического диапазона. Фотоаппараты с полнокадровой матрицей имеют выше чувствительность в ISO. Анализ матриц современных зеркальных фотоаппаратов показывает, что у полнокадровых аппаратов при числе ячеек 46 Мрix (D850) размер ячейки составляет 4,35 мкм, что соизмеримо с ячейкой «кропнутой» матрицы 24 Мрix (D7200) – 3,92 мкм. Следовательно, учитывая эти геометрические размеры ячеек матриц, можно сделать вывод о том, что диапазон чувствительности матриц рассматриваемых фотоаппаратов во многом определяется электронным обеспечением фотоаппарата.
Для сравнения влияния размера матрицы на качество фотографии выберем зеркальные камеры с матрицами 24 Мрix, например, D750 и D7200. В этом случае качество фотографии не будет зависеть от размера матрицы, а будет определяться только техническими характеристиками как матрицы, так и фотоаппарата. Из данных таблицы 1 можно сделать вывод, что эти параметры близки.
Таблица 1. Матрицы фотоаппаратов
Модель фотокамеры | Мрiх | Цена | Дата выпуска | Оценка DxOMark | Бит | ЕВС | ISO |
Nikon D850 | 45,7 | $3300 | 08.2017 | 100 | 26,4 | 14,8 | 2660 |
Canon EOS 50 Ds | 50,6 | $3700 | 02.2015 | 87 | 24,7 | 12,4 | 2381 |
Nikon D810 | 36,3 | $3300 | 06,2014 | 97 | 25,7 | 14,8 | 2853 |
Nikon D750 | 24,3 | $2300 | 09,2014 | 93 | 24,8 | 14,5 | 2956 |
Nikon D5 | 20,8 | $6500 | 01,2016 | 88 | 25,1 | 12,3 | 2434 |
Nikon D700 | 12,1 | $2699 | 07,2008 | 80 | 23,5 | 12,2 | 2290 |
Canon EOS 6D | 20,2 | $2099 | 09,2012 | 82 | 23,2 | 11,8 | 2786 |
Nikon D7200 | 24,2 | $1200 | 03,2015 | 87 | 24,5 | 14,6 | 1333 |
Nikon 1 V1 | 10,1 | $1000 | 09,2011 | 54 | 21,3 | 11,0 | 346 |
Nikon D3400 | 24,2 | $650 | 08,2016 | 86 | 24,8 | 13,9 | 1192 |
Nikon D500 | 20,9 | $2000 | 01,2016 | 84 | 24,1 | 14,0 | 1324 |
Canon EOS 80D | 24,2 | $1200 | 02,2016 | 79 | 23,6 | 13,3 | 1135 |
Дальнейшее сравнение требует рассмотрение системы «матрица + объектив». Для корректного анализа возьмем характеристики объективов фирмы Nikon (Nikkor), приведенные на сайте DxOMark. При выборе объективов необходимо учитывать, что для сохранения неизменным объема регистрируемой информации требуется соблюдать угол обзора объектива, т.е. для аппаратов Nikon с «кропнутой» матрицей, фокусное расстояние объективов должно быть в 1,5 раза меньше, чем у полнокадровой матрицы. Обычно штатный объектив для аппарата с полнокадровой матрицей 50 мм, а эвивалентный ему штатный объектив для аппарата с «кропнутой» матрицей уже 35 мм. Если использовать зумы, то для полнокадровых матриц применяются штатные объективы 24-70 мм, 24-85 мм, 24-120 мм, а соответствующие им для «кропнутой» матрице 18-55 мм, 16-80 мм, 16-85 мм. Конечно, есть и другие объективы, но для примера выберем ниболее доступные и менее дорогие. Для характеристики объектива приводится общая оценка сайта, начальная цена, год выпуска, резкость в Мрiх, передача Тстор, мскажения %, виньетирование ЭВ, КГИ аберрация в мкм. Наиболее важной для анализа является резкость объектива в Мрiх, т.к. этот параметр определяет объем информации, которая с помощью объектива передаётся на матрицу фотоаппарата. Остальные характеристики определяют качество передаваемой информации и при анализе могут не учитываться. Так как характеристики объективов зависят от параметров матрицы фотоаппарата, то в этой таблице указано, каким фотоаппаратом получены эти данные.
Таблица 2. Характеристики объективов
Объектив | Цена | Дата выпуска | Оценка DxOMark | Мрiх | Камера |
AF Nikkor 50mm f/1.4D | $329 | 06.1995 | 37 | 22 | D800E |
AF Nikkor 50mm f/1.4D | $329 | 06.1995 | 27 | 15 | D500 |
AF Nikkor 50mm f/1.8D | $134 | 02.2002 | 32 | 24 | D800E |
AF Nikkor 50mm f/1.8D | $134 | 02.2002 | 22 | 11 | D500 |
AF Nikkor 50mm f/1.8D | $134 | 02.2002 | 29 | 19 | D750 |
AF Nikkor 50mm f/1.8D | $134 | 02.2002 | 21 | 10 | D700 |
AF-S Nikkor 24-70mm f/2.8 G ED | $1800 | 08.2007 | 30 | 21 | D800E |
AF-S Nikkor 24-85mm f/3.5-4.5 G ED VR | $599 | 06.2012 | 24 | 17 | D800E |
AF-S DX Nikkor 35mm f/1.8 G | $195 | 03.2009 | 28 | 10 | D500 |
AF-S DX Nikkor 16-85mm f/3.5-5.6 G ED VR | $630 | 01.2008 | 19 | 8 | D500 |
AF-S DX Nikkor 18-55mm f/3.5-5.6 G VR | $185 | 11.2007 | 17 | 8 | D500 |
Nikon 1 Nikkor 18.5mm f/1.8 | $187 | 09.2012 | 13 | 6 | Nikon 1 V1 |
Сравним снимки, выполненные фотоаппаратом Nikon D750 с объективом Nikkor 50mm f/1.8D и фотоаппаратом D7200 с объективом 35mm f/1.8G. У фотоаппарата D750 разрешение снимка будет в этом случае 19 Мрiх. Для фотоаппарата D7200 с разрешением матрицы 24,3 Мрiх, разрешение объектива 35mm f/1.8 будет чуть выше, чем у D500, у которого матрица с разрешением 20.9 Мрiх, и может быть принята 11 Мрiх. В результате этого анализа получаем, что на фотоаппаратах с одинаковым разрешением матрицы 24 Мрiх при съёмке на полнокадровой и «кропнутой» матрицах одинаковой области пространства получаем снимки с разным разрешением. Для полнокадровой матрицы, т.е. D750 разрешение 19 Мрiх, а у D7200 – с «кропнутой» — 11 Мрiх.
Подобный анализ можно провести для других объективов и матриц цифровых фотоаппаратов, используя данные DxOMark.
Рассмотрим беззеркальный фотоаппарат (можно сказать квазизеркальный) Nikon 1 V1 с матрицей в 1 дюйм. Объектив 18,5 мм эквивалентен 50 мм на полный кадр (множитель 2,7). Разрешение этого объектива из таблицы 2 – 6 Мрiх, т.е. существенно меньше, чем у фотоаппарата D700 с объективом 50mm (10 Мрiх). Ещё больше разница будет, если применить штатный зум 10-30mm, у которого разрешение всего 3 Мpix.
Съемка аппаратом с «кропнутой», т.е. меньшей по размерам матрицей, приводит к существенному уменьшению объёма получаемой информации по сравнение с полнокадровой матрицей, и как следствие, к ухудшению качества снимка.
Для современных фотоаппаратов с полнокадровыми матрицами постоянно выпускаются новые объективы с увеличенным разрешением, что позволяет увеличить объем получаемой информации, т.е. качества фотографий.
Надеюсь, что приведенный анализ, базирующийся на объективных технических характеристиках, поможет однозначно решить вопрос о том, какой цифровой фотоаппарат лучше, с полнокадровой или «кропнутой» матрицей, или сделать более широкий вывод, о том, что объем информации увеличивается при росте размеров матрицы.
Физический размер матрицы фотоаппарата
Так как матрица (фотосенсор) состоит из множества пикселей, то физический размер матрицы фотоаппарата зависит от размеров самого пикселя и их количества, то-есть от разрешения матрицы. А вот размер пикселя зависит от того, какую чувствительность от него требуют. Ведь чем больше размер пикселя, тем больше света он соберет и тем больше будет его светочувствительность и отношение сигнал-шум. Получается, что на больших по размеру фотосенсорах меньше шума и больше светочувствительность, поэтому и такая разница в цене.
Влияние на кроп-фактор и ГРИП
Разные размеры фотосенсора определяют и значение кроп-фактора. Числовое значение кроп фактора получается из отношения диагонали кадра 35 миллиметровой пленки к диагонали матрицы. Чем меньше матрица, тем меньше её диагональ и значит кроп-фактор больше. Значение кроп-фактора влияет на эквивалентное фокусное расстояние, а ЭФК в свою очередь влияет на ГРИП.
Вляние физической величины матрицы на ГРИП происходит по законам оптики. При проведении опыта брали три фотоаппарата и делали снимки при полностью одинаковых настройках, но с тремя разными по размеру фотосенсорами.
И в итоге ГРИП (резкость предметов на разном удалении от фотокамеры) был больше у фотоаппарата с наименьшей матрицей, то есть все предметы были в резкости. А у фотоаппарата с большими матрицами ГРИП был меньше.
Это важно когда вы делаете снимки с размытым фоном. Если на вашей фотокамере фотоэлемент с маленькой диагональю, то будет тяжело получить размытый фон на снимке.
Обозначение матриц
Обозначают размер фотосенсора обычно как дробь дюйма. Например, 1/1.8 дюйма. Такое значение больше реальной диагонали матрицы, для которой это обозначение применяется.
Это обозначение прижилось еще в 50-х годах прошлого века. Тогда это значение применялось для обозначения размера передающей трубки (круглой), которая называлась «видикон». С тех пор и называются эти дюймы — «видиконовские». Тогда было установлено, что полезное изображение по диагонали примерно равно 2/3 диаметра трубки. Потому что прямоугольное изображение помещалось в кругу передающей трубки.
Внешний вид видикона и определение диагонали
Так до сих пор и считается, что реальный размер диагонали матрицы примерно равен 2/3 от значения типоразмера выраженного в дроби дюймов (видиконовских).
Применяются таблицы соответствия значения в дюймах и соотношения сторон фотосенсора в миллиметрах.
| Размер в «видиконовых дюймах» | Диагональ в мм. | Ширина в мм. | Высота в мм. | Площадь матрицы мм2 |
| 1/6″ | 2.67 | 1.97 | 1.47 | 2.90 |
| 1/4″ | 4.00 | 2.95 | 2.21 | 6.53 |
| 1/3.6″ | 4.44 | 3.28 | 2.46 | 8.06 |
| 1/3.2″ | 5.00 | 3.69 | 2.77 | 10.20 |
| 1/3″ | 5.33 | 3.93 | 2.95 | 11.60 |
| 1/2.7″ | 5.93 | 4.37 | 3.28 | 14.32 |
| 1/2″ | 8.00 | 5.90 | 4.42 | 26.10 |
| 1/1.8″ | 8.89 | 6.55 | 4.92 | 32.22 |
| 1/1.7″ | 9.41 | 6.94 | 5.21 | 36.13 |
| 2/3″ | 10.67 | 7.87 | 5.90 | 46.40 |
| 1″ | 16.00 | 11.80 | 8.85 | 104.40 |
| 4/3″ | 21.33 | 15.73 | 11.80 | 185.60 |
Размеры матрицы могут быть указаны в спецификации как диагональ в дюймах, или можно воспользоваться значением кроп-фактора для определения диагонали, а для нахождения кроп-фактора используйте значение фокусного расстояния.
Узнать величину фотосенсора можно по коэффициенту (кроп-фактор), который показывает во сколько раз диагональ матрицы меньше диагонали кадра пленки в 35 мм. А вот для вычисления этого коэффициента можно использовать значения фокусного расстояния и эквивалентного фокусного расстояния (ЭФР). Обычно они обозначаются как две пары чисел (фокусное расстояние должно быть написано на объективе), например, F=18-55 мм. Эквивалентное фокусное расстояние так же обозначается парой чисел Feq=28-84 мм. Теперь берем соответствующие числа и делим, например, 28/18 или 84/55. В результате получим коэффициент, который мы и искали (кроп-фактор), равным 1,53. И можно воспользоваться таблицей для определения физического размера фотоэлемента. Получим, что на фотокамере используется матрица APS 23х15 мм.
Эти отношения площади различных по размеру фотосенсоров (смотрите рисунок) могут примерно показать вам, насколько реальная чувствительность будет различаться у разных фотокамер, какие будут шумы, где и почему большие габариты фотоаппарата.
Чем больше размер сенсора, тем должна быть и больше оптика для обслуживания такой матрицы, поэтому фотоаппараты с большим фотосенсором и сами по размеру больше.
Откуда берутся шумы на снимках и как их уменьшить.
Как можно почистить фотосенсор в зеркальном фотоаппарате.
Строение матрицы фотокамеры и её характеристики.
Антимаркетинг: сравниваем камеры популярных смартфонов
Производители смартфонов прибегают к разным трюкам, показывая возможности встроенных камер и «забывая» сказать, почему вы вряд ли получите аналогичный результат. Мы попробуем подкинуть пищу для размышлений и помочь вам противостоять такой недобросовестной рекламе.
Методика тестированияВ этой статье сравниваются самые ходовые модели 2018 – 2019 года выпуска из среднего ценового сегмента. Формально в него же попадают и подешевевшие флагманы прошлых лет, но давайте ограничимся смартфонами одного исходного класса.
За снимками обратимся к специалистам из GSMArena. Они тестируют камеры смартфонов с 2010 года и накопили очень внушительную базу. Обычному покупателю будет сложно понять результат из тестовых таблиц, поэтому мы сделаем необходимые пояснения.
В сравнении принимают участие только основные (тыловые) камеры, работающие в автоматическом режиме при съёмке одиночных кадров цветных постеров и специальной тестовой карточки – фотографической миры PIMA/ISO 12233.
На всех смартфонах отключены бьюти-фильтры, искусственный недоинтеллект и прочие улучшалки, а где это возможно – установлен стиль изображения «точное». Смартфоны установлены на штатив. Делается серия кадров, из которой вручную выбирается самое резкое изображение. Для полноты картины съёмка повторяется в условиях нормальной и низкой освещённости. Значения ISO и выдержки, а также баланс белого устанавливаются камерами автоматически.
Матрицы и фокусные расстояния у всех разные, поэтому размер изображения тоже будет отличаться. Мы приводим идентичные фрагменты исходных кадров в формате PNG безо всякого масштабирования.
Оптическое разрешениеЕсли говорить о макро-режиме при ярком освещении, то здесь на разрешение больше всего влияет объектив. У всех смартфонов среднего уровня оптика одного класса, поэтому оно примерно одинаковое и находится в районе 12 – 16 линий на миллиметр. Вот как это выглядит на оказавшейся под рукой координатной сетке для цифровых микроскопов (100% кроп без обработки с 12 МП матрицы при ISO 100, съёмка со штатива).
Координатная сетка с шагом 0,1 мм (кликните, чтобы открыть на отдельной вкладке).Между рисками миллиметровой шкалы есть ещё девять тонких линий (цена деления 0,1 мм), и они чётко видны. 20 и более линий на миллиметр (lpmm) смартфон уже не покажет – они просто визуально сольются.
При обычной съёмке (с расстояния 40 см и более) широкоугольный объектив смартфона не способен передать мелкие детали из-за их малого углового размера. На общее восприятие картинки в большей степени влияет уже матрица, а она в любом смартфоне оставляет желать лучшего из-за очень низкого соотношения сигнал/шум. Алгоритмы шумоподавления всегда скрадывают детализацию. Теряется текстура, а эффективное разрешение падает до пары линий на миллиметр.
Вообще измерение оптического разрешения камеры – довольно сложная и дорогая задача. Мы возьмём профессиональные таблицы, но не будем вас мучить математикой. Просто скажем, что коэффициент пересчёта в lpmm для них составляет 0,075. То есть, если вы видите отдельные линии до маркера «20», а на промежуточной отметке «22» они уже слились, значит – разрешение составит полторы линии на миллиметр.
Насколько это много? Такая характеристика типична для цифромыльниц, которые сегодня вытеснили смартфоны. Системные камеры и зеркалки любительского уровня со съёмным объективом в комплекте обычно дают 20-30 lpmm (в самой резкой зоне по центру), а профессиональные – до 100 lpmm, но разглядеть это великолепие можно только при использовании полнокадровых и среднеформатных матриц. В смартфоне такие просто негде разместить.
Сравнение физических размеров матриц у смартфонов и разной фототехники (картинка кликабельна).Оценка результатовВ верхнем ряду каждого снимка представлена пара фрагментов миры. Смотрим, где линии впервые видны по-отдельности. Настолько чётко, что их легко сосчитать. Чем левее (больше значение в подписи), тем выше реальная разрешающая способность камеры. Для наглядного сравнения относительных результатов этого достаточно, а определение точных частотно-контрастных характеристик оставим лабораториям, специализирующимся на оптике.
Второй ряд демонстрирует цветную вышивку на сером фоне. Он хорошо показывает степень детализации изображения и характер его огрубления при съёмке в полутьме.
Третий ряд показывает точность автофокуса на цветном фоне и качество цветопередачи в разных условиях освещения. Некоторые смартфоны искусственно усиливают яркость и/или насыщенность отдельных оттенков, делая цвета неестественными.
Huawei P Smart (2019)Характеристики камеры: 13 MP, f/1.8, PDAF (подробнее см. раздел «Краткий словарь терминов»).
(кликните для увеличения)У Huawei P Smart (2019) камера «мылит» вплоть до отметки «24». Действительно отдельными линии начинают восприниматься с промежуточного маркера 22 и далее (подробнее см. раздел «Оптическое разрешение»). Точнее трудно сказать из-за того, что изображение слегка не в фокусе (напомню, что это лучшая попытка в серии). Автофокус у P Smart явно оставляет желать лучшего.
Правый верхний угол снимка показывает диапазон яркости камеры. На нём видны провалы в тенях. Полутона после отметки 15 сливаются в сплошной чёрный. Впрочем, это совершенно типичный результат для смартфонов. Немного расширить диапазон яркости поможет съёмка в HDR (только статичных объектов со штатива) или в RAW (хотя у смартфонов это повышает разрядность каждого канала всего до 10-12 бит, а не до 14 бит, как у зеркалок).
Пара изображений посередине демонстрирует детализацию при минимальном ISO (слабое или выключенное шумоподавление) и высоком ISO (сильное шумоподавление). На левой картинке текстура вышивки сильно смазана (отчасти это объясняется и небольшой промашкой автофокуса), а на правой сглаживание затронуло даже крупные стежки. Также ожидаемо видим ухудшение цветопередачи – серые вертикальные линии теперь выглядят зелёными (цвета окружающего их фона).
Вообще с цветопередачей тёмных полутонов у Huawei P Smart (2019) дела обстоят неважно, особенно на высоких значениях ISO. Это видно и на картинке с цветными карандашами, где тёмно-зелёный и тёмно-синий грифель на ISO 64 ещё хоть как-то различимы, а при ISO 800 уже выглядят практически одинаково чёрными. Баланс белого также далёк от идеального. Серый фон миры в левом верхнем углу имеет зеленоватый оттенок.
Huawei P20 LiteКамера: 16 MP, f/2.2, PDAF
(кликните для увеличения)У P20 lite лучше сработал автофокус (изображение более резкое), однако из-за мелких пикселей (1,0 мкм) видим сильные цветовые шумы. В результате их подавления итоговое разрешение снимка даже чуть ниже, чем у P Smart – до маркера «20» линии сливаются.
На высоких ISO ослик выглядит бледным и зернистым даже в районе гладкой серой вставки. Кстати, ISO пришлось поднимать до 1000 единиц – сказывается сравнительно низкая светосила объектива.
Зато баланс белого очень хорош, а вертикальные полоски седла в полутьме сохранили настоящий серый цвет – огрубление цветопередачи у P20 Lite не такое сильное. При хорошей освещённости картинка и вовсе радует – угадываются средние по размеру стежки, а на карандашах можно разглядеть текстуру.
Huawei Mate 20 liteКамера: 20 MP, f/1.8, PDAF.
(кликните для увеличения)Число мегапикселей растёт, а эффективная разрешающая способность в лучшем случае остаётся такой же. При ярком освещении все изображения выглядят презентабельно. Цвета не вызывают каких-то сомнений, хотя баланс белого слегка смещён в область более низкой цветовой температуры (серый выглядит желтоватым).
При слабом освещении автофокус промахнулся – вышивка получилась очень смазанной и бледной. Цвета поплыли: серый фон порозовел, а тёмно-зелёный стал более синим (бирюзовым). От текстуры дерева не осталось и следа. В полутьме таким смартфоном даже не стоит пытаться фотографировать.
Honor 8XКамера: 20 MP, f/1.8, PDAF
(кликните для увеличения)Казалось бы, имеем те же 20 мегапикселей при диафрагме 1.8 и то же разрешение, но в итоге получаем немного другой результат. Баланс белого смещён в противоположную сторону: занижен синий канал и слегка завышен зелёный. Провалы в тенях чуть глубже – уже с маркера «13» всё сливается в чёрный. Зато автофокус точнее сработал, из-за чего вышивка выглядит детальнее – очень чёткие края. На высоких ISO изображение такое же замыленное, а серые стежки на зелёном фоне опять стали зелёными.
Honor 10 LiteКамера: 13 MP, f/1.8, PDAF.
(кликните для увеличения)Облегчённая версия десятого «Хонора» вытягивает разрешение до отметки «24» и даже чуть больше, но тёмные полутона сливаются как у всех. Баланс белого слегка смещён в сторону тёплых оттенков. Сами цвета выглядят естественно. Детализация средняя при хорошем освещении. Съёмка в темноте чуть лучше по сравнению с 8X – текстуры сглаживаются, но не пропадают. Тонкие серые полосы также стали зелёными, края объектов заметно размыты из-за сильного шумоподавления.
Motorola (Lenovo) Moto G6Камера: 12 MP, f/1.8, PDAF.
(кликните для увеличения)Отдельные линии видны от промежуточного маркера 22. При 12 Мп эффективное разрешение снимков почти такое же, как у Huawei Mate 20 lite с его 20 Мп сенсором. Сказывается увеличенный размер пикселей (1,4 мкм), дающий сравнительно низкие шумы.
Баланс белого плывёт в сторону низкой цветовой температуры (слегка желтит). Провалы в тенях довольно глубокие (столбики градиентной заливки 14 – 19 сливаются). Текстура карандашей немного смазана, цвета естественные.
При ярком освещении вышивка выглядит очень детально: видно даже мелкие стежки. Это один из самых резких кадров в обзоре. На высоких ISO автофокус наводится точнее, чем у большинства смартфонов, но сглаживание и огрубление цветопередачи при этом сильнее заметны.
Nokia 7.1Камера: 12 MP, f/1.8, Dual Pixel PDAF
(кликните для увеличения)Главное отличие – технология улучшенного фазового автофокуса. Как плоские, таки и объёмные предметы на всех снимках очень чёткие. Эффективное разрешение аналогично Moto G6 – линии сливаются в районе маркера «22».
Алгоритм подавления яркостных шумов здесь менее агрессивный, поэтому сравнительно высокая детализация сохраняется даже на высоких значениях ISO. Цвета почти не бледнеют и слабо искажаются – серые полоски на зелёном фоне остаются серыми.
Samsung Galaxy A7 (2018)Камера: 24 МP, f/1.7, PDAF
(кликните для увеличения)Работу автофокуса трудно назвать образцовой – фотографии карандашей смазаны даже при съёмке в условиях яркого освещения. Оптическое разрешение камеры весьма радует: отдельные линии видны вплоть до маркера «28», хроматических аберраций невооружённым глазом не наблюдается.
Очень заметна светосильная оптика: в то время как другие смартфоны поднимают ISO до 800 – 1000 единиц, A7 в тех же условиях достаточно 400. Как результат – меньше яркостных шумов и чище картинка.
Однако алгоритмы цветового шумоподавления зачем-то сделали очень агрессивными – текстура карандашей пропала полностью даже при ISO50, вместо рисунка дерева видно только мутные пятна. Мелкие стежки на вышивке превратились в группу артефактов. Вот так на уровне софта можно угробить хорошую аппаратную платформу.
Xiaomi RedMi Note 7Камера: 48 MP, f/1.8, PDAF
(кликните для увеличения)С яркостным диапазоном у этой камеры всё как обычно, поэтому мы пропустим 50 оттенков серого, чтобы показать иллюзию 48 мегапикселей за счёт технологии Quad Bayer Array. Здесь её работа отчётливо видна в верхнем ряду.
Повышение количества пикселей матрицы в четыре раза никак не влияет на реальное оптическое разрешение: на обоих снимках линии сливаются за маркером 22. Более того, на них очень заметны хроматические аберрации – это кривая работа алгоритма интерполяции «тетрапикселей» (см. Краткий словарь терминов) на этапе дематризации.
Автофокус не смог точно навестись на резкость, поэтому даже при хорошем освещении мелкие детали смазываются. Текстура карандашей выглядит как артефакты пикселизации. С таким же успехом вы можете растянуть вчетверо картинку, снятую на Honor 8X, Moto G6 или Nokia 7.1.
Xiaomi Mi8 LiteКамера: 12 МP, f/1.9, Dual Pixel PDAF
(кликните для увеличения)Оптическое разрешение чуть выше среднего для группы прямых конкурентов – линии сливаются за маркером «22». Диапазон яркости максимальный для восьмибитной растровой картинки – различимы все градиентные столбики до маркера 16 (B) включительно.
Радуют щадящие алгоритмы шумоподавления. На всех снимках хорошо видна текстура и мелкие детали. Их можно разглядеть даже на ISO 800, что большая редкость.
Баланс белого смещён в сторону жёлто-зелёного оттенка. Автофокус Dual Pixel PDAF работает менее точно, чем аналогичный у Nokia 7.1.
Краткий словарь терминовPDAF – Phase Detection Auto Focus, фазовый автофокус. Для проверки автоматической фокусировки в нём определяется схождение лучей из нескольких точек с центра и краёв объектива. В «зеркалках» он работает шустро и довольно точно, а в телефонах – гораздо хуже из-за габаритных ограничений. В темноте часто промахивается, так как часть лучей просто не фиксируется и проверить их сходимость не удаётся.
Dual Pixel PDAF – улучшенный фазовый автофокус, в котором для оценки резкости используется почти вся площадь матрицы. Гораздо быстрее и точнее PDAF. Разница особенно заметна при низкой освещённости.
Laser AF – лазерный автофокус. Работает как лазерный дальномер. Объект съёмки подсвечивается ИК-лазером, после чего оценивается время получения отражённого от него света. По этим данным вычисляется расстояние до объекта, а блок линз быстро перемещается на заранее заданную величину. В целом работает быстрее PDAF и даёт меньше ошибок (особенно в темноте), но из-за низкой мощности лазера его заявленная дальность ограничена пятью метрами, а реально эффективная – двумя-тремя.
f/x.y – диафрагменное число, или просто диафрагма. Показывает светопропускание объектива через отношение входного зрачка объектива (принимается за единицу) к заднему фокусному расстоянию. У смартфонов регулируемой диафрагмы нет, поэтому f принимается соответствующим её максимально открытому положению. Условно говоря, чем меньше знаменатель – тем лучше. Например, камера с f/1.8 пропускает за единицу времени больше света (обладает большей светосилой), чем с f/2.2. В одинаковых условиях первая будет снимать на более коротких выдержках и/или устанавливать меньшее значение ISO, что положительно скажется на качестве снимка.
ISO – светочувствительность матрицы, оцениваемая по стандарту ISO 12232:2006. Чем выше ISO, тем при более низкой освещённости можно снимать, но достигается это ценой повышения яркостных шумов. На ISO 50 – 200 эти шумы незначительны и картинка выглядит максимально чёткой. На ISO 800 и выше включаются алгоритмы агрессивного шумоподавления, из-за чего изображение становится блёклым и сильно сглаженным. Мелкие детали теряются полностью, цветопередача огрубляется.
1/x.y» – эквивалентный размер матрицы. Чем меньше число в знаменателе, тем крупнее матрица (см таблицу в начале статьи). Сами пиксели (при одинаковом разрешении) тоже крупнее, поэтому ниже уровень цветовых шумов. Проще говоря, в пределах одного поколения матрица 1/1.7″ даёт более детальное изображение, чем 1/2.7″.
X мм – фокусное расстояние в эквиваленте кадра 35-мм плёнки. Чем меньше это значение, тем более широкий угол обзора у камеры. Больше объектов влезает в кадр ценой усиления геометрических искажений.
MP – разрешение матрицы в мегапикселях (миллионах точек). Правило «чем больше, тем лучше» здесь работает только до определённого предела – пока размер пикселей не станет слишком мелким. Сейчас у лучших матриц для смартфонов пиксели от 1,2 мкм и более, но обратите внимание: 1,6 мкм обычно указывается как маркетинговый ход. У современных матриц 40 MP эквивалентны десяти «тетрапикселям» – квадрату из четырёх пикселей под общим светофильтром одного цвета (технология Quad Bayer Array). Здесь 1,6 мкм – сторона квадрата. Нетрудно подсчитать, что размер одного пикселя составляет 0,8 мкм.
ВыводыВ нашем кратком сравнении участвовали десять смартфонов с матрицами от 12 до 48 Мп. С лёгкой руки маркетологов большинство покупателей считают, что чем больше мегапикселей, тем лучше изображение. Возможно, это и было так на заре цифровой фотографии (разница между 0,3 и 3 Мп действительно не вызывает сомнений), но сейчас дальнейшая гонка за разрешением КМОП-сенсора у смартфонов потеряла смысл. Картинка просто становится крупнее, а вот будет ли она детальнее – зависит совершенно от других факторов. Главные из них – свойства оптической системы, физические размеры матрицы и алгоритмы обработки.
Каждый элемент объектива вносит свои оптические аберрации, а процессор обработки изображений ещё сильнее искажает картинку, пытаясь подавить цифровой шум. Особенно это заметно на крошечных матрицах смартфонов. В какой-то момент достигается предел разрешающей способности системы, и вы больше не увидите новых деталей, как бы сильно ни увеличивали фотографию. Первые «зеркалки» с матрицами 3 – 5 Мп и нормальным объективом до сих пор снимают лучше любого смартфона, будь в нём хоть 48 миллионов подслеповатых наноглаз.
Гораздо большее значение для смартфона имеет система автофокуса, светосила и настройка программных алгоритмов шумоподавления. Большинство кадров снимаются с рук, поэтому оптическая стабилизация очень выручит. Если же её нет, или она формальная – добавьте света (это укоротит выдержку и/или ISO, сделав снимок чётче и чище), либо воспользуйтесь штативом.
Баланс белого не совсем корректно определяется всеми смартфонами даже в идеальных условиях съёмки, поэтому по возможности снимайте в RAW. Тогда при постобработке вы просто укажите нужную цветовую температуру, и все полутона автоматически исправятся без потерь. Также этот формат позволит вам немного увеличить диапазон яркости и скорректировать свет/тень без появления заметных артефактов.
Как выбрать камерафон: Сколько мегапикселей нужно смартфону
В далеком 1988 году фирма Fuji представила первый потребительский, по-настоящему цифровой фотоаппарат DS-1P. Он мог делать снимки в 0,4 мегапикселя и сохранять их на съемную карту памяти типа SRAM. А уже в 2000 году снимать цифровые фото умел и мобильный телефон — Sharp J-SH04, релиз которого состоялся в Японии. Да, на то время он делал не совсем качественные кадры, но он их делал! Далее была легендарная К-серия от Sony Ericsson, N-серия Nokia, первый в мире 8-ми мегапиксельный камерофон от Samsung.
С каждым годом фототехника училась снимать все лучше и лучше, появлялись зеркальные и беззеркальные камеры, ультразумы и ультракомпакты. Но если габариты фотоаппаратов позволяли внедрять ту или иную технологию в полном объеме, то с мобильными телефонами это сделать было проблематично. И все же производители стараются улучшать характеристики камер смартфонов, искать золотую середину между габаритами и качеством. Давайте же рассмотрим основные параметры, которые влияют на получаемый снимок.
В первой части этого выпуска рубрики HARD мы рассмотрим самую важную часть любой камеры — матрицу. Светочувствительный сенсор, который преобразует оптический сигнал, получаемый извне, в цифровой снимок.
На качество фотографии влияют несколько параметров:
Размер матрицы. Грубо говоря, чем больше матрица, тем больше света она может принять и тем лучше будет снимок, особенно при плохой освещенности. Размеры принято обозначать в дюймах в дробном виде, например — 1/2,3” (6.17×4.55 мм), 4/3” (17.30×13.00 мм). Максимально большой сенсор имеет размер 36×24 мм, равный кадру 35 мм пленки. Такие матрицы называют «полнокадровыми». Их наличие — это прерогатива профессиональных, дорогих фотоаппаратов. Естественно, что камеры мобильных телефонов не могут оснащаться большими матрицами. Для сравнения приведу следующий рисунок и таблицу:
| Canon EOS 5D Mark II | Nikon D3200 | Olympus PEN E-PL1 | Nikon Coolpix P300 | Samsung Galaxy S4 I9500 |
Тип камеры | Зеркальная | Зеркальная | Беззеркальная | Компактная | Смартфон |
Типоразмер | Full Frame | APS-C | Micro Four Thirds | 1/2.3-inch | 1/3.06-inch |
Размер сенсора, мм | 36.00×24.00 | 23.20×15.40 | 17.30×13.00 | 6.17×4.55 | 4.69×3.53 |
Размер матрицы у всех современных смартфонов примерно одинаковый. Особняком стоят камерофоны от Нокии 808 PureView, Lumia 1020. Первый имеет размер сенсора 1/1.2” (10.67×8.00 мм), а второй — 2 /3” (8.80×6.60 мм). На следующем рисунке вы сможете увидеть визуальное сравнение размеров матрицы некоторых телефонов:
Тип матрицы. По технологии производства сенсоры современных камер делятся в основном на два типа — ПЗС (CCD) и КМОП (CMOS). Я не буду углубляться в детали, скажу лишь, что CMOS матрица на сегодняшний день является наиболее распространённой, так как обладает следующими преимуществами:
- низкой стоимостью производства
- низким энергопотреблением
- более быстрой работой (влияет на скорость фокусировки)
Хотя и есть недостаток она более шумная, нежели CCD. Поясню: цифровой шум — это дефект изображения, который возникает в основном в условиях недостаточной освещенности. Также существуют модернизированные сенсоры на основе технологии CMOS. Например, BSI-CMOS с технологией задней подсветки, которая облегчает попадания света на сенсор, впоследствие чего увеличивается светочувствительность и, соответственно, уменьшается количество цифрового шума. Такая матрица используется в большинстве современных смартфонов. Единственное, что существуют ее вариации в зависимости от производителя. У Sony это Exmor R, Exmor RS, у OmniVision – OmniBSI.
Разрешение матрицы. Сенсор любой камеры состоит из пикселей, которые формируют цифровое изображение. Каждый такой элемент отвечает за одну точку на снимке. Количество пикселей называют разрешением камеры. Чем их больше размещено на матрице, тем лучше будет детализация фотографии, ее размер. В современных камерах их количество измеряется миллионами. Допустим, есть камера, снимающая с максимальным разрешением 3888 на 2592 точек. Умножив эти два числа, мы получим количество пикселей – примерно 10 миллионов. И в характеристиках такой камеры увидим, что она делает снимки в разрешении 10 мегапикселей (Мп). Производители очень любят злоупотреблять этим параметром, повышая его для большей привлекательности продукта. Но количество мегапикселей играло важную роль только на ранних этапах развития цифровых камер, когда разрешение было очень маленькое (0,3 Мп, например) и его не хватало даже для распечатки фотографии 10х15. Сейчас уже не редкость и 40 Мп, но это все лишь маркетинговый ход, уловка для потребителя, не слишком разбирающегося в технических деталях. Указывая в характеристиках камеры большое количество мегапикселей, производитель, при этом забывает упомянуть о важнейшем параметре — физическом размере матрицы. Ведь чем больше пикселей размещено на единице площади матрицы, тем они меньше, а от их размера напрямую зависит количество «цифрового шума» на снимке. Например, фотокамера с разрешением 12 Мп и матрицей 4/3” будет делать намного качественнее снимки, чем аппарат с 40 Мп и сенсором 2/3”. Мы рассмотрели основные характеристики матрицы, есть еще дополнительные: светочувствительность, соотношение сигнал/шум. Но они напрямую зависят от параметров, рассмотренных выше.
Зачастую производители мобильных телефонов не документируют никаких особенностей матриц своих камер кроме мегапикселей. Но почти всегда мы можем найти в спецификациях модель модуля камеры, а по нему уже можно многое узнать. Например, у смартфона Xiaomi Mi4 сенсор Sony MX214, «загуглив» название, выясняем характеристики:
- физический размер — 1/3.06″
- тип — Exmor RS (собственная разработка Sony на основе BSI-CMOS)
- разрешение – 13Мп
На этом я закончу первую часть статьи. Во второй рассмотрим, что же еще, кроме характеристик матрицы, влияет на качество получаемого снимка. А также отвечу на главный вопрос — какими параметрами должна обладать камера настоящего камерофона.
Что такое размер матрицы фотоаппарата, видеокамеры? Как правильно определить размер матрицы?
Продавцы и производители фотоаппаратов стараются обращать внимание покупателей на количество мегапикселей и умалчивать о таком важном параметре, как физический размер матрицы. Конечно, это нечестно, однако маркетинг никто не отменял, и он успешно диктует свои условия, поэтому производители и продавцы просто вынуждены давать пользователям то, чего они хотят.
Почему так важен размер матрицы?
Количество мегапикселей вообще не влияет на качество. Оно только определяет, насколько большим будет изображение. Картинка может быть просто огромной, но плохой. А чтобы она была хорошего качества, необходим большой размер матрицы. Эта информация не нова, но про нее намеренно забывают даже в магазинах.
Между тем хороший размер матрицы фотоаппарата (не максимальный, а просто хороший) важнее разрешения, ведь именно от него зависит качество картинки и то, насколько много света попадет на сам сенсор. Разрешение играет роль только тогда, когда планируется печать фотографий на большом носителе. Например, для печати фото на формате A1 необходимо большое разрешение, но даже здесь 4 Мп будет достаточно. Но для печати на обычной фотобумаге размером 10 х 15 см подойдет разрешение 2 Мп, не более. А вообще, большинство пользователей загружают фото в социальные сети, где они проходят предварительное сжатие.
Что такое размер матрицы?
Это соотношение фактического размера матрицы фотоаппарата к стандартному размеру пленки, который равен 35 мм. Поясним: современные камеры имеют кропнутые (обрезанные) матрицы, поэтому их размер чаще всего не равен и половине стандартного. Однако он всегда указывается в дробной величине (например, 1/3.2″), и покупатель при этом запутывается окончательно.
Часто люди видят большое значение и думают, что это хорошо, но на самом деле большое значение в знаменателе — это плохо. Ведь чем оно будет больше, тем размер матрицы видеокамеры или фотоаппарата будет меньше, а значит, и качество снимков будет хуже.
Типовые размеры
В зависимости от того, насколько дорогой или хороший фотоаппарат, размер матрицы может быть малым, средним или большим. Ниже представим типовые размеры, которые встречаются чаще всего.
Начнем с самых маленьких матриц:
- 1/3.2″ — матрицы с таким размером являются самыми маленькими. Хуже ничего на рынке быть не может. Видя такой параметр в характеристиках фотоаппарата, покупать его не стоит. Физический размер здесь равен 3,4 х 4,5 квадратных миллиметра, и ни один более-менее достойный фотоаппарат не будет оснащаться столь маленькой матрицей.
- 1/2.7″ — этот размер также мал (4 х 5,4 квадратных миллиметра) и встречается только в дешевых камерах.
- 1/2.5″ — физический размер матрицы с таким соотношением равен 4,3 х 5,8 кв. мм. Большинство современных «мыльниц» среднего ценового диапазона оснащаются такими сенсорами. Можно сказать, что это стандарт даже для современных беззеркальных и дешевых зеркальных фотоаппаратов.
- 1/1.8″ — геометрический размер сенсора равен 5,3 х 7,2 кв. мм. Отсюда начинается категория более-менее достойных фотоаппаратов. Дорогие зеркальные камеры среднего уровня могут оснащаться сенсором с такими геометрическими параметрами. Также и простые небольшие мыльницы могут иметь такие матрицы.
- 2/3″ — соотношение, при котором физический размер будет равен 6,6 х 8,8 квадратным миллиметрам. Сенсоры с таким параметром используются в дорогих зеркальных и компактных фотоаппаратах со сменной или несменной оптикой.
- 4/3″ — матрицы с таким соотношением применяются исключительно в дорогих камерах. Здесь размер равен 18 х 13,5 кв. мм.
- DX, APS-C. Редко размер указывается буквами. Если вы видите такой параметр, то это значит, что матрица в фотоаппарате больше предыдущего формата, и ее размер составляет 24 х 18 мм. Он соответствует полукадру 35 мм. Эти матрицы довольно популярны и часто их можно увидеть в полупрофессиональных фотоаппаратах. Они дешевые в изготовлении, а размер пикселя при этом в них остается большим даже при разрешении 11-12 Мп.
- Полнокадровые матрицы. По размеру они соответствуют классическому кадру 35 мм, и их размер составляет 36 х 24 кв. мм. На рынке существует мало фотоаппаратов с такими матрицами. Это профессиональные модели, которые очень дорого стоят. Сами матрицы сложны в производстве, чем и объясняется высокая стоимость фотоаппаратов, созданных на базе этих сенсоров.
Как определить размер матрицы?
Сделать это несложно. Он всегда указывается в технических характеристиках к любой камере. Но это можно даже сделать визуально. Например, цифровые фотоаппараты с матрицами размером 1/2.7″ будут небольшими, легкими. А вот камера с матрицей 1/1.8″ при прочих равных характеристиках будет немного больше и тяжелее.
Размер оказывает влияние на вес и объем камеры, ведь размеры оптики тесно связаны с геометрическими параметрами сенсоров. Профессиональные фотографы могут «на глаз» определить, какой размер матрицы используется в том или ином фотоаппарате.
Шумы
Зернистость на фото — это один из самых распространенных дефектов, который может быть на фото. Если камера имеет небольшую матрицу, то количество света на нее попадает тоже небольшое. Из-за этого при ограниченном свете (например, в помещении) такие камеры делают фотографии с зернистостью (шумами). При равных условиях фотоаппарат с матрицей размером 1/1.8″ сделает фото с меньшим количеством шумов по сравнению с моделью с матрицей 1/2.3″. Конечно, в появлении шумов имеют место также внутренние электрические процессы, дефекты или нагрев матрицы, но это уже не относится к нашей теме.
Заключение
Помните, что фотоаппарат с разрешением 20 Мп и размером матрицы 1/2.3″ сделает фото по качеству хуже, чем камера с разрешение 8 Мп, но матрицей с размером 1/1.8″. Так что дело здесь совсем не в разрешении, которое влияет только на размер изображения. Он то вообще в нынешних условиях не играет роли, ведь в основном люди «заливают» свои фото в социальные сети, где никто не будет открывать их оригинальный размер.
Помните: размером матрицы называется физический реальный размер используемого сенсора, который оказывает наибольшее влияние на качество изображения. Выбирая камеру, в первую очередь обращайте внимание именно на геометрические размеры сенсора, которые всегда указываются в характеристиках. И только затем смотрите на остальные параметры, включая разрешение.
Разрешение 16:9. Соотношение сторон экрана мониторов разных форматовСовременные мониторы оснащаются дисплеями, имеющими высокое разрешение. 16:9 — это стандарт соотношения сторон, позволяющий просматривать цифровой контент, созданный специально для широкоформатных устройств.
далее Что это — матрица в телевизоре? Специфические особенности, виды и заменаПопробуем разобраться, что такое матрица в телевизоре, зачем она нужна и какие типы систем можно встретить в магазинах. Рассматривать мы будем самые распространенные виды устройств, работающие на ЖК-технологиях LCD, LED и «плазме».
далее Что это — интерполяция камеры в телефоне и для чего она нужна?Интерполяция камеры — это искусственное увеличение разрешения изображения. Именно изображения, а не размера матрицы. То есть это специальное программное обеспечение, благодаря которому снимок с разрешением 8 Мп интерполируется до 13 Мп.
далее Узнаем как ие бывают диагонали мониторов? Какой размер монитора подходит для работы и домаПопробуем разобраться, как диагональ экрана монитора влияет на остальные характеристики девайса, и обсудим, на какие модели лучше обратить внимание.
далееК вопросу о выборе объектива
Планируя развернуть систему видеонаблюдения, вы неизбежно задаетесь вопросами: куда и сколько установить камер? Как определить наилучшие места их расположения, чтобы избежать «слепых зон»? На каком расстоянии от объектов наблюдения установить камеры, чтобы в итоге получилось достаточно четкое изображение нужных деталей?
На вид и качество изображения большое влияние оказывают не только параметры видеокамеры и объектива, но и их правильное сочетание. Так, иногда отличный, дорогой объектив может давать даже худшее изображение, чем альтернативная дешевая модель.
Расскажем об основных факторах, влияющих на качество и масштаб видеоизображения, которые следует учитывать при выборе объектива для камеры, чтобы по максимуму использовать их возможности и при этом избежать ненужных затрат.
Угол обзора объектива
Одной из важных характеристик систем видеонаблюдения является угол обзора объектива. От него напрямую зависит количество и возможные места установки камер на объекте. Угол обзора объектива определяет величину видимого объекта и масштаб изображения в кадре.
Из этой схемы видно, что на величину угла обзора напрямую влияет не только фокусное расстояние объектива, но и размеры матрицы:
И если с фокусное расстояние определить довольно легко, зная модель объектива, то с размером матриц не все так просто.
Размер матрицы видеокамеры
В зависимости от соотношения сторон (4:3 или 16:9), у матриц с одной и той же диагональю физические размеры различны (Таблица 1). Поэтому, например, камера на матрице 1/3’’ с соотношением сторон 4:3 дает больший угол обзора по вертикали и меньший по горизонтали, чем камера на матрице с такой же диагональю, но соотношением 16:9.
| Формат матрицы | Диагональ матрицы (мм) | Соотношение сторон | |||
| 4:3 | 16:9 | ||||
| Ширина (мм) | Высота (мм) | Ширина (мм) | Высота (мм) | ||
| 1/4 | 4.23 | 3.39 | 2.54 | 3.69 | 2.08 |
| 1/3 | 5.64 | 4.52 | 3.39 | 4.92 | 2.77 |
| 1/2.8 | 6.05 | 4.84 | 3.63 | 5.27 | 2.96 |
| 1/2.7 | 6.27 | 5.02 | 3.76 | 5.47 | 3.07 |
| 1/2.5 | 6.77 | 5.42 | 4.06 | 5.90 | 3.32 |
| 1/2 | 8.47 | 6.77 | 5.08 | 7.38 | 4.15 |
В целях облегчения подбора совместимой оптики и расчета углов обзора обычно заявляют ближайшее из стандартных значений для диагонали матрицы: 1’’, 1/2’’, 1/2.5’’, 1/2.7’’, 1/2.8’’, 1/3’’, 1/4’’. При этом измерять ее принято в видиконовых дюймах. Эта единица измерения, равная 2/3 обычного дюйма, была введена со времен зарождения телевидения, когда приёмным элементом в телекамере служила электронная трубка («видикон»), а размер обозначал её диаметр (в который должен был вписываться с запасом снимаемый кадр).
Помимо этого необходимо помнить, что на некоторых режимах работы камеры часть пикселей матрицы не используется. Поэтому при определении угла обзора следует говорить не столько о размере матрицы, сколько о размере активной области матрицы.
Для наглядности приведем несколько примеров:
N1000 (Рис. 2): для всех возможных режимов работы активная область матрицы остается неизменной.
Рис. 2 N1000. 0.3 Мп, VGA, 1/4’’Размер матрицы: 3.7 х 2.77мм, диагональ 4,62 мм=1/3.67 видиконовых дюйма (ближайшее значение 1/4’’).
N37210 (Рис. 3): в зависимости от режима работы активная область матрицы изменяется почти на 30% по вертикали и 25% по горизонтали.
Рис. 3 N37210. 2 Мп, FullHD, 1/2.7’’Размер матрицы: 5.71 х 3.14 мм, диагональ 6.52 мм=1/2.6 видиконовых дюйма (ближайшее значение 1/2.7’’). При разрешении 1024х768 размер активной области матрицы уменьшается до 4.58 х 2.32 мм.
BD2570 (Рис. 4): в зависимости от режима работы активная область матрицы изменяется почти на 50% по вертикали и 25% по горизонтали.
Рис. 4 BD2570. 5 Мп, 1/2.5’’Размер матрицы: 5.61 х 4.31 мм, диагональ 7.08 мм=1/2.39 видиконовых дюйма (ближайшее значение 1/2.5’’). При разрешении 1280х720 размер активной области матрицы уменьшается до 4.22 х 2.21 мм.
Из этих примеров видно, что величина матрицы может отличаться от указанной в паспорте, а размер ее активной области — меняться в зависимости от режима работы.
Однако, при вычислении угла обзора следует учитывать не только эту особенность, но и тот факт, что аберрации реального объектива приводят к усложнению расчетов.
В большинстве объективов, используемых в CCTV, повышение качества изображения осуществляется путем усложнением оптической системы с целью уменьшения аберраций, влияющих на разрешающую способность. Это часто приводит к увеличению геометрических аберраций, таких как дисторсия (рис. 5), воспринимаемых как побочный эффект.
Рис. 5 Идеальное изображение без дисторсии (а), изображение с дисторсией типа «подушка» (б), изображение с дисторсией типа «бочка» (в)Например, положительная дисторсия сокращает угол обзора непропорционально быстро при уменьшении активной области матрицы (синяя рамка на рис. 6).
Рис. 6 Кадры, сделанные объективом с дисторсией (а) и объективом без дисторсии (б)Этот эффект наблюдается как при смене режимов работы одной и той же камеры, так и при установке объектива на матрицы разных форматов. Например, видимый угол обзора у 8-мм дисторзирующего объектива на матрице 1/2 может быть как у 6-мм, а на матрице 1/3 — как у 7-мм.
Непропорциональное уменьшение угла обзора реального объектива с положительной дисторсией объясняется смещением фокальной плоскости в центре кадра, в отличие от идеального объектива (рис. 7), для которого верны соотношения
Рис. 7 Оптическая схема идеального объектива (а) и реального объектива с положительной дисторсией (б)Таким образом, спрогнозировать, какими будут качество и масштаб видеоизображения для пары «камера-объектив» можно достаточно точно только если учитывать все влияющие на это параметры видеосистемы. Универсальный калькулятор BEWARD позволяет не просто вычислить области видимости и углы обзора, но и подобрать подходящие объективы для камер BEWARD.
Размер сенсора камеры в фотографии
Задумывались ли вы о том, какой «лучший» размер сенсора камеры составляет ? Важность размера сенсора камеры играет важную роль в выборе производителя, линз, корпуса и многого другого в вашей фотографии! Некоторые жанры получают значительные преимущества при использовании одного формата над другим. Общая тенденция больше, тем лучше, но ниже вы можете найти несколько сюрпризов!
В этом руководстве по размеру сенсора камеры я рассмотрю не только самые популярные форматы, но и способы их наилучшего использования.Мы рассмотрим все, от сенсора смартфонов до профессиональных организаций среднего формата, а также то, что каждый из них может предложить для вашей фотографии. Удобные таблицы сравнения размеров сенсоров также дадут вам более четкое представление о том, с чем вы работаете.
ПОЛУЧИТЕ НАШУ БЕСПЛАТНУЮ ЭЛЕКТРОННУЮ КНИГУ НА
ИЗУЧИТЕ ОСНОВЫ ФОТОГРАФИИ
20 УРОКОВ И 80+ СТРАНИЦ С ПРИМЕРАМИ, ИНФОРМАЦИЕЙ, СОВЕТАМИ И ДРУГИМ!
Что означает размер сенсора камеры?Размер сенсора цифровой камеры — это тема, которая усложняется только из-за меняющихся потребностей фотографического сообщества.Однако понимания того, что такое датчик, нет. Датчик — это область цифровой камеры, которая чувствительна к свету и записывает изображение в активном состоянии.
Датчики обычно измеряются в миллиметрах (а иногда и в дюймах). Например, полнокадровые датчики максимально приближены к стандартной 35-миллиметровой пленке (35,00 x 24,00 мм). Иногда можно увидеть отклонения в пределах 1-2 мм в пределах одного формата. У APS-C довольно много различий между брендами.
Размер сенсора камеры и качество изображения взаимосвязаны.Но больше не всегда значит лучше! Меньшие датчики имеют не только применение, но и явные преимущества, которые мы обсудим ниже.
Разрешение камеры , также известное как количество мегапикселей, является мерой количества отдельных фотосайтов на датчике. У мегапикселей и сенсоров цифровых камер есть и другие отношения, о которых мы поговорим позже. Но пока вы можете соотнести мегапиксели (МП) с деталями.
Таблица сравнения размеров сенсора цифровых фотоаппаратов
Хотя числа дают нам хорошее представление о различных размерах, иногда бывает сложно по-настоящему визуализировать.Эта сравнительная таблица размеров сенсора камеры показывает относительную разницу между каждым из наиболее распространенных форматов сенсора камеры на рынке.
Сравнение размеров и типов сенсора камеры
Размер сенсора мобильных камерофонов может изменяться по размеру, но сенсор 1 / 2,55 ″ (используемый в iPhone 11) относится к более широкому диапазону.
1-дюймовые сенсоры камеры — это следующий размер и используются в большинстве компактных камер.При размере 12,80 x 9,60 мм они также достаточно велики, чтобы улавливать приличное количество света. В дроне phantom 4 используется 1-дюймовый сенсор, как и во многих мостовых (усовершенствованных компактных) сенсорах камеры .
Сенсоры Micro 4 / 3rds с разрешением 17,00 x 13,00 мм — это первый шаг к созданию камер со сменными объективами. Сменные объективы дают вам творческую гибкость и лучшее качество изображения по сравнению с универсальными зум-объективами на компактных камерах. Panasonic и Olympus — основные доступные бренды Micro 4 / 3rds.
Далее идет размер сенсора камеры APS-C, который имеет площадь примерно 23,60 x 15,60 мм. Многие бренды добавляют сюда или убирают миллиметр. Canon, Nikon, Fujifilm, Pentax и Sony являются основными производителями APS-C, и большинство камер, использующих этот размер сенсора, предназначены для начинающих и опытных фотографов (за некоторыми исключениями).
Начало работы с камерой APS-C — один из самых популярных советов в нашем руководстве по фотографии для начинающих.
Полнокадровый сенсор размером часто используется в качестве основы для кроп-фактора и других измерений.Эти сенсоры размером 35,00 x 24,00 мм являются самыми большими из имеющихся в потребительских моделях. К распространенным брендам полнокадровых камер относятся Sony, Canon и Nikon, и большинство моделей ориентировано на опытных и профессиональных фотографов.
Если вам нужна камера с самым большим размером сенсора , вам потребуется среднего формата , который представляет собой более широкий диапазон, обычно от 43,80 x 32,90 мм до 53,0 x 40,20 мм. Оттуда тоже существует большой формат, но сейчас мы смотрим на шестизначные цены.Эти размеры сенсора камеры предназначены для особых нужд, например, для фотографов, которым требуется огромное разрешение для печати больших изображений.
Важность размера сенсора камерыВажен ли размер сенсора камеры ? Абсолютно — но (не всегда) так линейно, как «больше — лучше». Размер сенсора камеры сводится к знанию преимуществ каждого формата. Как только вы это сделаете, у вас будет все необходимое, чтобы выбрать , какой размер датчика лучше всего соответствует вашим потребностям.
Размер сенсора камеры и качество изображения
Различия в размере сенсора камеры определенно сказываются на качестве изображения. Но важно определить, что мы подразумеваем под «качеством изображения». Речь идет о фото качества ; насколько большой отпечаток мы можем сделать? Острота? Разрешение? Динамический диапазон? Глубина резкости?
Как оказалось, даже сенсоров смартфонов с размером сенсора изначально достаточно хороши, чтобы сделать отпечатки неотличимыми от профессионального уровня тела, не считая динамического диапазона и малой глубины резкости .Следовательно, нам нужно глубже погрузиться в более подробные сведения, помимо общего «качества изображения» определенного размера сенсора камеры.
Размер сенсора камерыи мегапикселей
Размер сенсора камеры и разрешение не обязательно связаны друг с другом. Телефонная камера на 20 МП и полнокадровая камера на 20 МП имеют 20 миллионов пикселей и одинаковое разрешение. Однако качество изображения у них разное, потому что размер сенсора камеры и размер пикселя имеют значение.
Датчик большего размера позволяет иметь пиксели большего размера по сравнению с датчиком меньшего размера с тем же разрешением. Более крупные пиксели полнокадровой камеры более эффективно собирают свет. Они не только более чувствительны, но и имеют лучший динамический диапазон, что позволяет получать четких фотографий.
При хорошем освещении и современных технологиях разрыв незначителен. Но как только освещение становится даже немного сложнее, влияние сенсора и размера пикселя становится все более очевидным.
Размер сенсора камеры и фокусное расстояние
Размер сенсора и кроп-фактор не так сложен, как кажется.
Умножение кроп-фактора сенсора на фокусное расстояние объектива дает вам эквивалентное изображение, как если бы вы использовали 35-мм камеру (полнокадровая камера). Например, использование 35-миллиметрового объектива с датчиком APS-C с кроп-фактором 1,5x дает вам эквивалент 50-миллиметрового обзора на полнокадровом теле. Меньшее окно сенсора снижает обзор, обеспечиваемый 35-миллиметровым объективом.Легко!
Коэффициент кадрирования обеспечивает простое математическое преобразование обратно в полнокадровый. Однако, если вы не обучены полнокадровому просмотру, не так важно постоянно думать о точках зрения в разных форматах.
Фактор кадрирования также дает вам дополнительный охват, давая преимущества меньшим сенсорам при съемке объектов издалека. Объектив 200 мм на корпусе Micro 4 / 3rds (кроп-фактор 2,0x) имеет радиус действия 400-мм полнокадровой камеры и весит немного меньше.
Размер сенсора камеры и глубина резкости
Размер сенсора и диафрагма Настройки важно понимать, потому что апертура оказывает аналогичное влияние на глубину резкости . Когда мы уменьшаем диафрагму с f / 2 до f / 2.8, количество объекта в фокусе увеличивается. Аналогичный эффект дает использование сенсора меньшего размера с заданной апертурой объектива.
В соответствии с этим, сенсора камеры меньшего размера предлагают на меньшую глубину резкости по сравнению с сенсором камеры большего размера (при использовании той же диафрагмы и фокусного расстояния). Точно так же, чем меньше размер сенсора вашей камеры, тем дальше будет гиперфокальное расстояние .
* Обратите внимание, что мы рассматриваем такое же фокусное расстояние в этом размере сенсора камеры по сравнению с для сравнения глубины резкости . Если мы рассмотрим , то же поле зрения , глубина резкости будет уже в камерах с более крупными датчиками и больше в камерах с кадрированными датчиками.
Влияние размера сенсора на апертуру составляет примерно стопа света на шаг площади. Если мы используем средний формат в качестве базовой линии, полнокадровый режим обеспечивает меньшую глубину резкости с точки зрения диафрагмы.Например, f / 2 в полнокадровом режиме эквивалентно f / 2,8 в среднем формате с точки зрения глубины резкости.
APS-C на одну ступень меньше, чем при полнокадровом изображении, и на 2 ступени меньше, чем при среднем формате. В целях изоляции объекта, f / 2 на APS-C имеет вид f / 2.8 в полнокадровом формате и f / 4 в среднем формате. Micro 4 / 3rds — еще одна остановка ниже, и так далее по линии.
Вы можете узнать больше об этом в нашей статье DoF in photography или в нашем руководстве по основам фотографии PDF .
Размер сенсора камеры для фотосъемки при слабом освещении
ISO и размер сенсора камеры также связаны; ISO 800 на сенсорах камеры Micro 4 / 3rds не будет выглядеть так чисто, как ISO 800 на полнокадровых сенсорах. Для простоты помните, что ISO не является единым стандартом для разных брендов, не говоря уже о размерах корпуса сенсора . Я покрываю ISO и шум в фотографии немного глубже!
Если вы любите фотографировать ночное небо, в том числе фотографировать Млечный Путь или снимать северное сияние, вам нужны как объективы с большой диафрагмой, так и камера с большим размером сенсора .Полнокадровые датчики — это , хорошие датчики камеры , если вам нравится фотографировать при слабом освещении, потому что они в настоящее время являются лучшим балансом между датчиком и размером тела.
Аврора, снятая с помощью сенсора Canon APS-C начального уровня (слева) и полнокадрового сенсора Nikon
Вы можете узнать больше о ISO в фотографии в нашем руководстве.
Какой размер сенсора лучше всего подходит для камеры?Теперь, когда вы знаете , как размер сенсора камеры влияет на качество фотографий , мы можем обсудить , какой размер сенсора вам подходит? К сожалению, ответ — это другой вопрос: что вам нужно как фотографу?
Если вы фотограф, который регулярно печатает большие плакаты и хочет максимальный динамический диапазон с разрешением и , то полнокадровый и средний формат — лучший выбор для вас.
Полнокадровый — это лучший баланс между размером корпуса, глубиной резкости, характеристиками при слабом освещении и разрешением , который вы найдете на сегодняшнем рынке. Портретные, модные, астрономические и пейзажные фотографы обычно получают наибольшую выгоду от полнокадрового просмотра, несмотря на налог на цену и вес.
Изображение, полученное с помощью полнокадровой матрицы Nikon
Однако размеры сенсора камеры APS-C по-прежнему очень актуальны. APS-C по сравнению с полнокадровыми датчиками имеют на меньшую глубину резкости, разрешение и размер пикселя .Взамен размеры корпуса и линз уменьшаются. А увеличение диапазона, обеспечиваемое кроп-фактором, делает их отличным выбором для универсальных фотографов , которым нужно всего понемногу.
Micro 4 / 3rds имеет значительное кадрирование по сравнению с полнокадровым изображением, при этом обеспечивая качество изображения профессионального уровня. Фотографы дикой природы, уличные и документальные фотографы могут найти дополнительный охват в сочетании с размером тела и объективами, идеально подходящими для их нужд.
Если смотреть на 1 ″ и 1/2.55-дюймовые сенсоры смартфонов и iPhone, поскольку они, как правило, представляют собой модели с фиксированными объективами, вам следует гораздо больше подумать о том, какие еще функции предоставляет камера.
Мой личный опыт работы с размерами сенсора камеры
В качестве личного опыта я начал свое фотографическое путешествие с камеры APS-C с матрицей (Nikon D3200). Этот датчик удовлетворил все мои потребности, когда я начинал заниматься обычной фотографией, но через пару лет он отставал во многих аспектах, когда я решил снимать в основном пейзажную и ночную фотографию.
Изображение Млечного Пути, снятое моим первым Nikon D3200 (датчик APS-C)
Я решил сделать скачок в пользу полнокадровой камеры с сенсором (Nikon D800), и это было одно из лучших решений, которые я когда-либо делал, имея существенное улучшение в результатах моих пейзажных изображений.
Изображение Млечного Пути, снятое камерой Nikon D800 (полнокадровая матрица)
Мой совет: если вы новичок в фотографии, начните с небольшого размера сенсора камеры, такого как APS-C, и, когда вы узнаете свои реальные фотографические потребности, выберите лучший размер сенсора камеры в соответствии с вашими потребностями. По мере того, как вы снимаете и улучшаете, вы, естественно, увидите, стоит ли модернизация до полнокадрового сенсора камеры или нет , поскольку сенсор камеры большего размера не только тяжелее и дороже, но и требует больших вложений в объективы. , компьютерное оборудование и др.
Датчик цифровой камеры F.A.QНиже вы найдете ответы на некоторые из наиболее частых вопросов, которые я получаю, относительно цифровых камер с размером сенсора .
ЗаключениеРазмеры сенсора камеры — это тема для компьютерных фанатов, которая может вникнуть в очень технические детали.Моя цель, однако, состояла в том, чтобы показать размер сенсора камеры в понятной и простой форме.
Лучшего размера сенсора камеры не существует, но он полностью зависит от ваших потребностей.
Перед тем, как выбрать наиболее подходящий для вас вариант, убедитесь, что вы знакомы с различными размерами сенсора камеры, представленными на рынке, каковы плюсы и минусы каждого размера сенсора , и постарайтесь найти баланс между вашим бюджетом и фотографическими возможностями цели.
Камера не делает фотографа, но правильный размер сенсора камеры поможет вам делать снимки, о которых вы мечтаете!
Пожалуйста, дайте мне знать в комментариях по любым вопросам, связанным с сенсором цифровой камеры размером !
Почему это важно и какой именно размер?
Миф о мегапикселях на протяжении многих лет хорошо относился к производителям фотоаппаратов. Те, кто постоянно растет, и часто бессмысленно, продали миллионы фотоаппаратов.Но потребители начинают это понимать. Мы все видели изворотливые изображения с камер с высоким разрешением и знаем, что со временем мегапиксели не будут иметь значения для большинства людей — компактный 16-мегапиксельный компактный объектив никогда не будет так хорош, как 12-мегапиксельный полнокадровый зеркальный фотоаппарат. Какое значение имеет размер сенсора!
Почему важен размер датчика изображения камеры?
Размер сенсора камеры в конечном итоге определяет, сколько света она использует для создания изображения. Проще говоря, датчики изображения (цифровой эквивалент пленки, которую ваш отец мог использовать в своей камере) состоят из миллионов светочувствительных точек, называемых фотосайтами, которые используются для записи информации о том, что видно через объектив.Следовательно, очевидно, что более крупный датчик может собирать больше информации, чем меньший, и давать более качественные изображения.
Подумайте об этом так: если бы у вас была компактная камера с обычно маленьким датчиком изображения, ее фотосайты были бы меньше, чем у цифровой зеркальной камеры с тем же количеством мегапикселей, но с гораздо большей матрицей. Благодаря возможности получать больше информации, большие фотосайты DSLR будут способны отображать фотографии с лучшим динамическим диапазоном, меньшим шумом и улучшенными характеристиками при слабом освещении, чем его брат с меньшим сенсором.Что, как мы знаем, делает фотографов счастливыми.
Разница в размерах между полнокадровым датчиком и датчиком APS-C (DX)
Сенсоры большего размера также позволяют производителям увеличивать разрешение своих камер, т. Е. Они могут создавать более детальные изображения, не жертвуя слишком большим количеством других атрибутов качества изображения. Например, полнокадровая камера с разрешением 36 мегапикселей будет иметь пиксели, очень похожие на размер пикселей камеры APS-C с разрешением 16 мегапикселей.
Но я думал, что мегапиксели не имеют значения!
Мегапикселей — страстный вопрос для фотографов; они там с вопросом «что лучше, Canon или Nikon?» дебаты. Некоторые утверждают, что никому не нужно больше 16 мегапикселей (пару лет назад было восемь), в то время как другие считают, что добавленная детализация стоит компромисса с точки зрения шума и вычислительной мощности компьютера, необходимой для обработки дополнительных большие файлы.
На самом деле это всегда будет баланс между эффективностью сенсорной технологии, качеством линз, размером сенсора и, в конечном итоге, тем, что вы хотите делать со своими фотографиями.Если вы собираетесь сильно обрезать изображения или печатать их очень большими, может быть полезно дополнительное разрешение, если вы только делитесь ими в Интернете или производите обычные отпечатки, не так много. Что мы можем окончательно сказать, так это то, что вы можете делать вызовы только с мегапикселями в сочетании с учетом размера сенсора.
Каковы другие характеристики более крупных датчиков?
Таким образом, сенсоры большего размера могут помочь вам получать изображения более высокого качества, но они обладают рядом других характеристик, как хороших, так и плохих.Первое и наиболее очевидное влияние более крупного сенсора камеры — это размер; Не только сенсор займет больше места на вашем устройстве, но и потребуется больший объектив, чтобы на него отображалось изображение.
Вот почему производители смартфонов обычно используют очень маленькие сенсоры, они хотят, чтобы устройства были компактными, а не иметь дело с большей частью больших объективов. Это также объясняет, почему оборудование для профессиональной фотографии все еще такое большое и тяжелое. Стоимость производства более крупных датчиков также означает, что устройства, упаковывающие их, также имеют более высокую цену.
Если бы у HTC One был полнокадровый сенсор, а не 1/3-дюймовый сенсор, он бы не поместился в вашем кармане, поскольку это сравнение с Canon 5D Mark III показывает
Датчики большего размера также могут лучше изолировать объект в фокусе, в то время как остальная часть изображения становится размытой. Камеры с меньшими сенсорами не справляются с этим, потому что их нужно отодвинуть подальше от объекта или использовать более широкоугольный (и намного более быстрый) объектив, чтобы сделать ту же фотографию.Для воспроизведения полнокадрового снимка 28 мм f / 2,8 на 1/3-дюймовую матрицу размером с мобильный телефон потребуется объектив 4 мм f / 0,4!
Угол обзора также следует учитывать при взгляде на камеры с сенсорами разного размера, особенно если между ними используются одни и те же объективы. Камеры с матрицами меньшего размера, чем полнокадровый 35-миллиметровый формат (считается стандартом), имеют так называемый кроп-фактор. Таким образом, цифровая зеркальная фотокамера APS-C имеет кроп-фактор 1,5×1,6x, что означает, что она обрезается в полнокадровом изображении — с использованием объектива 28 мм на APS-C, что дает вид, аналогичный объективу 45 мм в полнокадровом режиме.
Какие сенсоры разных размеров — полнокадровые, APS-C, MFT, 1 дюйм, 2/3 дюйма, 1 / 2,3 дюйма, 1 / 3,2 дюйма — можно было бы запечатлеть, если бы использовать тот же объектив для съемки этой фотографии
На изображении выше показано, какие сенсоры меньшего размера смогли бы запечатлеть, если бы использовали тот же объектив для съемки этой фотографии. Вы можете понять, почему устройства с меньшими сенсорами используют гораздо более широкоугольные линзы, особенно к тому времени, когда вы дойдете до смартфонов. Объективы этих камер часто имеют фокусное расстояние, эквивалентное 35-мм формату, чтобы лучше понять угол обзора, который они дают.
Тенденция к камерам с более крупными сенсорами
В последние годы производители фотокамер осознали, что все больше и больше фотографов хотят получать изображения более высокого качества, которые достигаются только благодаря более крупному сенсору. Таким образом, мы видели, как устройства (от смартфонов до зеркальных фотокамер) продаются с более крупными сенсорами, чем в прошлом.
Sony RX100 — компактная камера с большим сенсором, чем у большинства
На рынке смартфонов Nokia лидирует с более крупными сенсорами — в настоящее время пиком является Nokia 808 Pureview, который имеет 1/1.2-дюймовый сенсор и может создавать изображения, конкурируя со многими компактными камерами. Что касается компактных камер, Sony RX100 предлагает 1-дюймовый сенсор, а Canon выпустила не совсем компактный G1 X с 1,5-дюймовым сенсором.
В беззеркальных системах со сменными объективами также использовались малогабаритные камеры, оснащенные датчиками большего размера, обычно от Micro Four Thirds до APS-C … которые также стали популярными среди компактных энтузиастов, таких как Fuji X100 (теперь X100S) и Nikon COOLPIX А.В то же время цена полнокадровых зеркальных фотокамер также упала, как и на Nikon D600 и Canon 6D, в результате чего доступность съемки с большим сенсором стала намного шире.
Что означают измерения различных датчиков?
Производители иногда могут быть странно скромными в раскрытии точного размера датчика изображения камеры. И даже когда они добровольно предоставляют эту информацию, это часто делается в виде трудно понятного соглашения об именах… как, возможно, доказал последний раздел.Серьезно, сколько людей смогут точно сказать вам, насколько велик 1 / 1,2-дюймовый датчик или датчик Micro Four Thirds, не обращаясь к Интернету?
Как ни странно, в основном дробные измерения, используемые для определения размера сенсора, восходят к тому времени, когда вакуумные лампы использовались в видео и телевизионных камерах. Но обозначение размера все же не так просто, как измерение диагонали сенсора. Вместо этого это измерение внешнего диаметра трубки, необходимое для получения изображения, когда используемое изображение занимает две трети круга.Да, это безумие.
Также не помогает то, что разные производители используют одно и то же название для обозначения разных размеров, например APS-C. В то время как размер сенсора Canon APS-C составляет 22,2 x 14,8 мм, предложения от Sony, Pentax, Fujifilm и Nikon (DX) варьируются от 23,5 x 15,6 мм до 23,7 x 15,6 мм.
Хотелось бы, чтобы все производители камер указывали размер своих сенсоров в миллиметрах, мы не видим, чтобы это произошло в ближайшее время. Итак, пока что вот пара графиков, показывающих некоторые из наиболее распространенных размеров сенсора по сравнению с полнокадровым.
Разные размеры сенсоров по сравнению друг с другом показывают, насколько велик Full Frame, APS-H, APS-C (Nikon, Sony Pentax), APS-C (Canon), 1,5-дюймовый, Micro Four Thirds, 1-дюймовый, 1 / 1,2- дюймовые, 2/3-дюймовые, 1 / 1,7-дюймовые, 1 / 2,3-дюймовые и 1 / 3,2-дюймовые датчики — этоSimon Crisp / New Atlas
Различные размеры сенсоров от полнокадрового до 1 / 3,2-дюймового по сравнению друг с другомSimon Crisp / New Atlas
Очевидно, что существуют также камеры среднего формата с сенсорами даже большего размера, чем показанные здесь, но если вы хотите приобрести одну из них, надеюсь, вы уже знаете, чем они отличаются.
Датчик какого размера обычно используется в разных камерах?
Размеры сенсора, обычно используемые в смартфонах, составляют 1 / 3,2 дюйма или 1/3 дюйма, хотя в Nokia 808 использовался 1 / 1,2-дюймовый датчикSimon Crisp / New Atlas
.Камеры для смартфонов — В большинстве смартфонов, включая iPhone 5, используется крошечный 1 / 3,2-дюймовый датчик изображения. В реальном выражении это всего лишь 4,54 x 3,42 мм и объясняет, как они могут делать устройства такими тонкими и легкими, а также почему страдает качество изображения и производительность при слабом освещении, особенно когда они могут иметь до 12 мегапикселей.В HTC One для борьбы с этим используется сенсор размером 1/3 дюйма (4,8 x 3,6 мм) и меньшее количество пикселей. Бесспорный король сенсоров для смартфонов, Nokia 808, имеет сенсор размером 1 / 1,2 дюйма (10,67 x 8 мм).
Размеры сенсора, обычно используемые в компактных камерах, включают 1 / 1,7 дюйма, 1 / 2,3 дюйма и 1 / 2,7 дюйма, показанные здесь в сравнении с полнокадровым сенсоромSimon Crisp / New Atlas
Компактные камеры — С сенсорами от 1/2.7 дюймов (5,37 x 4,04 мм), легко понять, почему смартфоны делают многие компактные камеры избыточными. В бюджетных компактах просто нет сенсоров, достаточно больших, чтобы получать значительно более качественные изображения. Типичные компактные камеры, такие как Canon IXUS 255 HS и Samsung Galaxy Camera, используют 1 / 2,3-дюймовые сенсоры (6,17 x 4,55 мм), в то время как более компетентные, такие как Canon S110, Panasonic DMC-LX7 и Nikon P7000, имеют больший размер. 1 / 1,7 дюйма (7,6 x 5,7 мм).
Размеры сенсора, обычно используемые в более дорогих компактных моделях, таких как Sony RX100, Canon G1 X и Fujifilm X20, включают 1.5 дюймов, 1 дюйм и 2/3 дюймаSimon Crisp / New Atlas
Компактные камеры более высокого класса — С ростом спроса и падением цен на производство более крупных датчиков растет число компактных камер более высокого уровня с более крупными датчиками. Например, Fujifilm X20 имеет 2/3-дюймовый (8,8 x 6,6 мм) сенсор, а Sony RX100 имеет еще больший 1-дюймовый сенсор (12,8 x 9,6 мм). Canon G1 X даже может похвастаться 1,5-дюймовым сенсором (18,7 x 14 мм).
Компактные камеры сверхвысокого класса, такие как Nikon COOLPIX A, Fujifilm X100S и Sony RX1, используют датчики ASP-C или полнокадровыеSimon Crisp / New Atlas
Компактные диски сверхвысокого класса — Компактные устройства сверхвысокого класса снова увеличиваются в размере сенсора.Это такие камеры, как Leica X2, Fuji X100S и Nikon COOLPIX A, которые оснащены датчиком ASP-C (23,7 x 15,6 мм) вместе с объективом с фиксированным фокусным расстоянием. Также есть Sony RX1, которая делает то же самое, но с полнокадровым сенсором (36 x 24 мм).
Размеры сенсора, используемого в беззеркальных камерах, варьируются от полнокадрового до 1 / 2,3-дюймового, включая APS-C, APS-C (Canon) Micro Four Thirds и 1-дюймовыйSimon Crisp / New Atlas
Системы беззеркальных камер — На рынке беззеркальных камер существует широкий диапазон размеров сенсоров.Меньшие из них включают 1 / 2,3-дюймовый (6,17 x 4,55 мм) сенсор, который есть в Pentax Q, и 1-дюймовый (12,8 x 9,6 мм) сенсор, используемый в Nikon 1 Series. Камеры Panasonic, такие как LUMIX GF5 и предложения от Olympus (включая серию PEN и OMD EM-5), используют датчик Micro Four Thirds 4/3 дюйма (17,3 x 13 мм).
Еще больше становятся предложения APS-C, которые включают Canon EOS M (22,2 x 14,8 мм), а также линейку NEX от Sony и Fujifilm (23,5 x 15.6 мм)… да, не все датчики APS-C одинакового размера. Дальномеры Leica, такие как Leica M, имеют полнокадровый датчик (36 x 24 мм).
Размеры сенсора, обычно используемые в зеркальных фотокамерах, включают APS-C (который немного варьируется в зависимости от производителя) и полнокадровый — APS-H — это размер между APS-C и полнокадровым, который используется в таких камерах, как Canon EOS 1D M4Simon Crisp / Новый Атлас
DSLRs — К тому времени, когда вы дойдете до DSLR и других профессиональных фотоаппаратов, размер сенсора, очевидно, увеличится.В большинстве зеркалок Canon, Nikon, Pentax или Sony используется датчик APS-C (22,2 x 14,8 мм для Canon и 23,5–23,7 x 15,6 мм для других) или полнокадровый (36 x 24 мм). В то время как полнокадровые зеркальные фотокамеры были резервом профессионалов в течение ряда лет, сейчас выпускаются более ориентированные на потребителя модели, такие как Nikon D600 и Canon 6D.
Подводя итоги …
Понятно, что все больше людей понимают, что более крупные датчики изображения означают более качественные фотографии (по крайней мере, столько, сколько, если не больше, мегапикселей), и, к счастью, производители начинают удовлетворять этот спрос с помощью камер как Sony RX100 и Nikon COOLPIX A, которые, по-видимому, только начало.
Тем не менее, мы хотели бы, чтобы производители камер и смартфонов были немного более прозрачными в отношении того, какой размер сенсора используется в различных устройствах, и не скрывали его в некоторых спецификациях в трудно дешифрируемом формате или опускали его. все вместе. Розничным торговцам также необходимо активизировать усилия и начать публиковать подробную информацию о размере сенсора. Только знание (и понимание) этой информации позволит потребителям принять осознанное решение о том, что они покупают.
Очевидно, что не каждое устройство может укомплектовать сенсор значительно большего размера — поскольку в игру вступают другие вопросы, такие как форм-фактор и стоимость, — но должны ли сенсоры в смартфонах и большинстве компактных камер быть такими крошечными? Да, более крупный сенсор на Nokia 808 добавил значительный удар, но немногие пользователи, кажется, возражают, когда оглядываются на свои фотографии, и более крупный сенсор не обязательно означает переход к этим пропорциям.
По мере совершенствования сенсорной технологии мы наблюдаем гораздо большую производительность меньших сенсоров, но чем больше, тем лучше. Оправдывает ли улучшенное качество изображения более крупное устройство и цену? Только вы знаете ответ … но мы надеемся, что это руководство поможет вам лучше понять важность размера сенсора при покупке следующей камеры.
Полное руководство по размеру пикселя датчика изображения
Если вы когда-нибудь задумывались, какой размер одного пикселя на цифровой камере или как разные размеры датчика влияют на качество изображения, то эта статья для вас.Чтобы получить более общее представление о том, что такое датчик, ознакомьтесь с нашим Руководством по технологии датчиков.
Какая разница между размером пикселя и сенсора?
Чем больше размер сенсора, тем лучше, так как он позволяет разрешать пиксели большего размера на сенсоре, что, в свою очередь, помогает записывать больше света. Более крупный сенсор также позволит производителю предложить более широкий диапазон ISO, а камера сможет снимать с более высокими чувствительностью ISO, сохраняя при этом низкий уровень шума. Например, полнокадровый датчик больше, чем датчик APS-C, а датчик APS-C больше, чем датчик Micro Four Thirds, и поэтому чем больше датчик, тем больше площадь сбора света и тем больше пикселей будет, при условии, что все сенсоры имеют одинаковое количество мегапикселей и используют одну и ту же сенсорную технологию.
Насколько велик пиксель?
Чем больше пикселей вы поместите на сенсор, тем меньше будет пиксель. Например, 18-мегапиксельный сенсор будет иметь меньшие пиксели, чем 12-мегапиксельный сенсор, при условии, что оба сенсора имеют одинаковый размер. Размер каждого пикселя измеряется и отображается в виде микрона с символом мкм или просто микрометром (Википедия). Размер пикселя колеблется от 1,1 микрона у самого маленького сенсора смартфона до 8,4 микрона у полнокадрового сенсора.Например, 8-мегапиксельный сенсор, показанный выше, имеет разрешение 3264 x 2448 пикселей с 327 184 пикселями на площади всего 1 мм x 1 мм.
Ранее мы рассматривали размер сенсора, но мы рассмотрим размер сенсора более подробно, вплоть до уровня пикселей.
Имеет ли значение технология и тип датчика?
Еще одно соображение заключается в том, является ли датчик CMOS-датчиком BSI (с задней подсветкой), стандартным CMOS-датчиком или датчиком CCD. В датчике BSI проводка перемещена в сторону, что означает, что отдельные световые области пикселя могут быть больше, что позволяет большему количеству света достигать их, обеспечивая лучшую производительность при слабом освещении, а также улучшенный динамический диапазон.Вам также необходимо быть в курсе достижений, достигнутых в сенсорной технологии за эти годы, когда производители постоянно работают над уменьшением шума на изображении и улучшением характеристик сенсора.
Мы рассматриваем различные технологии, такие как датчики CCD, CMOS и BSI, в нашем руководстве по технологии цифровых датчиков изображения, и если вы ищете дополнительную информацию о типах датчиков, это стоит прочитать.
№ Если вы ищете лучший датчик для слабого освещения, то вам также следует знать, что диафрагма объектива влияет на характеристики при слабом освещении, чем больше диафрагма, тем лучше (т.е.f / 1,7 лучше, чем f / 3,3), а оптическая стабилизация изображения (OIS) также может помочь получить резкие снимки при слабом освещении, например, при использовании более длинных выдержек. Технология и размер сенсора — это один из аспектов качества изображения, при этом объектив и обработка изображения камерой также играют важную роль в создании окончательного изображения.
Здесь мы сравниваем различные размеры сенсоров камер различных типов, включая смартфоны, компактные камеры, беззеркальные камеры, цифровые зеркальные фотокамеры и камеры среднего формата.Мы будем показывать образцы изображений, и по мере увеличения размера сенсора (и пикселя) вы сами сможете увидеть, как это влияет на шум.
Здесь вы можете сразу перейти к каждому размеру сенсора:
Датчики для смартфонов — от 1/4 до 1 / 2,3 дюйма
Датчик в смартфоне может отличаться по размеру от телефона к телефону, и в смартфонах часто используются самые маленькие из доступных датчиков. Компактный размер смартфонов означает, что они очень редко оснащены оптическим зумом, вместо этого они часто выбирают фиксированный объектив с яркой диафрагмой или, альтернативно, более одной камеры, чтобы использовать дополнительные функции, такие как широкоугольные объективы или двойные камеры. и Т. Д.
Вот таблица, показывающая количество распространенных разрешений смартфонов, тип сенсора, размер и размер пикселя в микронах, а также ссылка на более подробную информацию о каждом смартфоне:
Большинство смартфонов имеют , небольшой датчик и ограниченный диапазон ISO, при этом многие смартфоны имеют максимальную чувствительность ISO 800 и ISO 1600, хотя иногда они предлагают более высокие значения чувствительности ISO. Это может означать, что смартфоны испытывают трудности при слабом освещении, если у них нет яркой диафрагмы, оптической стабилизации изображения или других функций, помогающих в условиях низкой освещенности.
Исключением является Panasonic Lumix CM1, который оснащен 1-дюймовым сенсором. Также есть Nokia PureView 808 с сенсором 1 / 1,2 дюйма.
Huawei P8 при ISO 1600 (при 100%):
Чтобы узнать больше о смартфонах, просмотрите 10 лучших смартфонов для фотографии или ознакомьтесь с другими обзорами смартфонов.
Компактные датчики камеры— от 1/3 дюйма до 1/2 дюйма
Датчик Vivitar Vivicam 8370, показанный выше, — 8-мегапиксельная 1/2.5-дюймовый CMOS-датчик шириной 5,7 мм, разрешением 3264×2448 и размером пикселя 1,74 мкм, то есть линия из 572 пикселей занимает 1 мм. Датчики компактных камер различаются по размеру от 1/3 дюйма до 1/1,7 дюйма или больше. Мы рассмотрим более крупные сенсоры компактных камер в следующем разделе, посвященном компактным камерам премиум-класса.
Вот таблица, показывающая количество распространенных разрешений компактных камер, тип сенсора, размер и размер пикселя в микронах, а также ссылка на более подробную информацию о каждой камере:
Новейшие компактные камеры с сенсором BSI CMOS предлагают широкий диапазон ISO от ISO100 часто до ISO6400.За некоторыми исключениями, не так много компактных камер с размером пикселей, превышающим нормальные, и мы считаем 1,5 микрона и более большими для компактной камеры. Когда вы переходите на следующий уровень, компактную камеру премиум-класса, вы часто найдете датчик большего размера для улучшения качества изображения.
Panasonic Lumix TZ80 при ISO6400 (при 100%):
Чтобы узнать больше о компактных камерах, посмотрите наши 10 лучших карманных камер с зумом или ознакомьтесь с обзорами более компактных камер.
Компактная камераPremium — датчики от 1 дюйма до APS-C
С введением в 2012 году в Sony Cyber-shot RX100 сенсора 1 дюйм , Sony представила компактную камеру с сенсором большего размера, чем обычно, для улучшения качества изображения. Размеры сенсора варьируются от 1 дюйма до APS-C в компактных камерах премиум-класса или усовершенствованных компактных камерах, а в последнее время полнокадровые датчики используются в компактных камерах с фиксированным объективом.
Вот таблица, показывающая количество распространенных разрешений камер премиум-класса, тип сенсора, размер и размер пикселя в микронах, а также ссылка на более подробную информацию о каждой камере:
20-мегапиксельный 1-дюймовый сенсор BSI используется в ряде камер, включая Sony Cyber-shot RX100 II, Panasonic Lumix FZ1000, TZ100 и Canon Powershot G5X, G7X Mark II и т. Д.Sony Cyber-shot RX100 II имеет яркий зум-объектив с переменной диафрагмой, пиксели размером 2,4 микрона и 20-мегапиксельный CMOS-датчик BSI. Датчик Micro Four Thirds на 20 мегапикселей больше, имеет пиксели размером 3,3 микрона, а датчики APS-C имеют еще более крупные пиксели. Для самого большого размера пикселя есть опция полнокадрового сенсора, однако это также приводит к более крупной камере с большими объективами.
Sony Cyber-shot RX100 II при ISO6400 (при 100%):
Увеличение размера сенсора от компактной камеры до 1-дюймового сенсора привело к впечатляющему улучшению шумовых характеристик: сенсор примерно в 4 раза больше, чем у типичной компактной камеры.Для получения дополнительной информации о камерах премиум-класса с сенсором большего размера ознакомьтесь с Топ-10 серьезными компактными камерами премиум-класса.
Сенсоры Micro Four Thirds и Four Thirds
Когда Olympus (и другие) представили систему Four Thirds, они использовали меньший размер сенсора по сравнению с APS-C с двукратным кроп-фактором, поскольку они увидели преимущество в создании меньшей системы камер. Вначале они страдали от шумовых характеристик, в основном из-за использования сенсоров Kodak CCD, но со временем шумовые характеристики сенсоров Micro Four Thirds начали приближаться к сенсорам APS-C, а также по количеству мегапикселей APS. -C датчики увеличились дальше, зазор между ними стал меньше.
Вот таблица, показывающая количество распространенных разрешений Four Thirds и Micro Four Thirds, тип сенсора, размер и размер пикселя в микронах, а также ссылка на более подробную информацию о каждой камере:
| 8 мегапикселей | CCD | Четыре трети | 5,3 мкм | Olympus E-500 (2005 г.), E-300 (2005 г.) |
| 10 мегапикселей | КМОП | Четыре трети | 4.7 мкм | Олимп Е-450 (2009) |
| 12 мегапикселей | КМОП | Четыре трети | 4,3 мкм | Olympus E-5 (2010), E-620 (2009) |
| 16 мегапикселей | КМОП | Micro Four Thirds | 3,75 мкм | Olympus OM-D E-M5 II (2015), Panasonic Lumix GX80 |
| 20 мегапикселей | КМОП | Micro Four Thirds | 3.3 мкм | Olympus PEN F (2016), Panasonic Lumix GX8 |
Камеры стандарта Four Thirds раньше предлагали ограниченный диапазон ISO, однако это быстро изменилось с камерами Micro Four Thirds, предлагающими высокие значения чувствительности ISO.
Olympus OM-D E-M5 Mark II при ISO6400 (при 100%):
Чтобы узнать о других камерах Micro Four Thirds, загляните в Топ-13 лучших беззеркальных камер премиум-класса.
Датчики APS-C
Датчик APS-C различается по размеру в зависимости от камеры, в которой он установлен, при этом датчики Canon APS-C немного меньше других датчиков APS-C.Есть также датчики APS-H, используемые в других камерах от Sigma и Canon.
Вот таблица, показывающая количество распространенных разрешений камер APS-C, тип сенсора, размер и размер пикселя в микронах, а также ссылка на более подробную информацию о каждой камере:
Примечание — для камер APS-C с наиболее распространенным разрешением существует небольшая разница в размере пикселей между 24-мегапиксельной камерой APS-C (с размером пикселя 3,9 микрон) и камерой Micro Four Thirds на 16 мегапикселей (с 3.Размер пикселя 75 микрон), что должно означать, что производительность ISO обоих должна быть относительно одинаковой (при условии, что технология сенсора, используемая в обоих, аналогична), хотя на большинстве 24-мегапиксельных камер APS-C пиксель немного больше, и сенсор также физически больше.
Сравнивая Canon EOS 760D с 24-мегапиксельным датчиком APS-C, он имеет меньшие пиксели на 3,7 микрон по сравнению с 16-мегапиксельным сенсором Micro Four Thirds с 3,75 микрон, что означает, что камеры Micro Four Thirds теоретически могут производить более высокие шумовые характеристики, чем Датчики Canon.(Из-за того, что Canon использует меньшие по размеру датчики формата APS-C 1,6x, чем другие производители).
Nikon D7200 при ISO6400 (при 100%):
Чтобы узнать о других цифровых SLR с датчиками APS-C, посмотрите 10 лучших цифровых SLR APS-C.
Полнокадровые датчики
Предлагая более крупные пиксели, полнокадровый (FF) датчик (FF) доступен в нескольких разрешениях, а популярные камеры часто предлагают датчик на 24 мегапикселя, что дает большие 6.0 микрон пикселей и часто расширенный диапазон ISO до ISO 51200. Вы также можете выбрать сенсор с высоким разрешением, до 50 мегапикселей, но при этом иметь относительно большие пиксели размером 4,1 микрона. Полнокадровый датчик также способен использовать полное изображение полнокадрового объектива, чего не могут сделать камеры с меньшими датчиками (без дополнительных адаптеров).
Вот таблица, показывающая количество распространенных разрешений полнокадровых камер, тип сенсора, размер и размер пикселя в микронах, а также ссылка на более подробную информацию о каждой камере:
Полнокадровый сенсор предлагает больший размер сенсора и большие размеры пикселей, чем APS-C, и по мере увеличения разрешения размер пикселя уменьшается, но даже 50-мегапиксельный сенсор имеет более крупные пиксели, чем 24-мегапиксельный сенсор APS-C.По мере уменьшения размера пикселя доступный диапазон ISO также имеет тенденцию к уменьшению, в зависимости от того, насколько производитель уверен в своем шумоподавлении, шумовых характеристиках и сенсорной технологии. Canon EOS 5DS и 5DS R ограничивают максимальную чувствительность ISO до ISO12800, что ниже максимальной чувствительности ISO на ряде датчиков APS-C (и меньше).
Если вам нужна камера с большими пикселями, вы можете выбрать 12-мегапиксельный полнокадровый сенсор с большими 8,4-микронными пикселями, а на Sony Alpha A7S (и Mark II) диапазон ISO можно расширить до 4 миллионов ISO.
Nikon D750 при ISO6400 (при 100%):
Canon EOS 5DS R при ISO6400 (при 100%):
Чтобы узнать больше о полнокадровых цифровых зеркальных фотокамерах, загляните в нашу десятку лучших полнокадровых зеркальных фотокамер.
Датчики среднего формата
В цифровых камерах среднего форматачасто используются датчики разных размеров в зависимости от разрешения доступного датчика, а в последнее время вместо датчиков CCD используются датчики CMOS.Из-за стоимости сенсоров среднего формата, а также из-за небольшого количества продаж сенсоров среднего формата, сенсоры среднего формата часто оказываются одними из последних сенсоров, которые извлекают выгоду из технологических достижений в сенсорной технологии.
Вот таблица, показывающая количество распространенных разрешений камер премиум-класса, тип сенсора, размер и размер пикселя в микронах, а также ссылка на более подробную информацию о каждой камере:
Среднеформатные камеры предлагают больший сенсор, но также высокое разрешение, что означает, что приоритет не обязательно должен быть сделан при слабом освещении, как в некоторых полнокадровых камерах, а на высоком разрешении.В камерах среднего формата используется ряд датчиков CCD и CMOS, которые имеют ограниченную максимальную чувствительность ISO, что делает их более подходящими для студийных ситуаций, когда вы можете контролировать уровень освещенности и обеспечивать хорошее освещение. Исключением является Pentax 645Z с очень высоким максимальным значением ISO 204800.
Pentax 645Z при ISO6400 (100%):
Примечание к примерам изображений: они взяты из изображений JPEG с камеры, поэтому будут различия в том, как каждая камера обрабатывает файл, причем каждая камера применяет собственную силу шумоподавления.Также есть различия, связанные с балансом белого камеры.
Для расчета размера пикселя необходимо использовать ширину сенсора в миллиметрах, разделенную на ширину изображения в пикселях, и умножить на 1000. Например: сенсор Micro Four Thirds с разрешением 16 мегапикселей, шириной 17,3 мм, деленный на 4608, умноженный на 1000 (источник) .
Ключевые точки датчика:
- Датчики большего размера могут улавливать больше света, но при этом часто имеют более крупные пиксели
- Пиксели большего размера улучшают светочувствительность — чем больше микронное число, тем лучше
- Датчики задней подсветки (BSI) повышают светочувствительность
- Более широкий диапазон ISO также поможет при слабом освещении и часто доступен с более крупными пикселями
- Технологический прогресс в разработке и производстве сенсоров может значительно улучшить качество изображения
- Новые датчики, как правило, работают лучше, чем старые датчики
Дополнительная информация о размере сенсора, факторах урожая и технологии:
Размер сенсора и пикселя
Прогрессивное технологическое развитие сенсоров CCD и CMOS позволяет изготавливать все более тонкие полупроводниковые структуры.Как правило, размеры сенсоров и пикселей уменьшаются, чтобы вырезать все больше и больше сенсоров из одной пластины. Это возможно, потому что чувствительность пикселей также все больше увеличивается, так как шумовые характеристики электроники оптимизируются.
Поскольку в этом отношении также достигнуты технические ограничения, целесообразно сравнить камеры с разными сенсорами и размерами пикселей с одинаковым разрешением, особенно если…
- мало света Требуется
- изображения с низким уровнем шума и высоким динамическим откликом Предполагается провести
- прецизионных измерений
Более крупный сенсор с большими пикселями почти во всех случаях является технически лучшим выбором, однако цена всегда выше.
Размеры сенсоров стандартных камер
Камеры машинного зренияClassic имеют датчики различного размера в зависимости от используемой камеры и разрешения. Большинство камер с меньшими сенсорами используются с так называемой оптикой с байонетом C или, возможно, с CS-креплением. Резьба C-mount имеет фактический диаметр 1 дюйм, то есть 25,4 мм, и шаг резьбы 1/32 дюйма.
Датчики, используемые в стандартных камерах, явно меньше по размеру и имеют диагональ изображения от 4 до 16 мм. Размеры этих сенсоров тоже указаны в дюймах.1-дюймовый сенсор имеет диагональ 16 мм.
дюймовые данные ПЗС- и КМОП-сенсоров имеют только историческое объяснение: приемные трубки телекамер использовались до середины 1980-х и долгое время превосходили ПЗС- или КМОП-сенсоры, изобретенные в конце 1960-х.
Фактический преобразователь изображения трубчатых камер был расположен в стеклянной вакуумной трубке, а различные приемные трубки, среди прочего, были классифицированы в соответствии с их внешним диаметром стеклянной колбы.Диагональ светочувствительной поверхности внутри трубки была, конечно, меньше и составляла примерно две трети внешнего диаметра. Эквивалентные ПЗС-сенсоры, которые должны были заменить электронно-лучевые трубки, должны были покрывать именно эту поверхность. ПЗС-матрица, светочувствительная поверхность которой соответствует 1/2-дюймовой трубке, поэтому называлась 1/2-дюймовым сенсором, даже если это не соответствует реальному размеру ПЗС-сенсора.
В промышленных камерах обычно используются датчики 1/3 дюйма при разрешении 640 x 480 пикселей, в камерах с разрешением 1280 x 1024 пикселей — в основном 1/2 дюйма.В довольно популярной камере с разрешением 1600 x 1200 пикселей часто используется сенсор несколько большего размера с 1 / 1,8 дюйма с тем же размером пикселя.
В целом наблюдается тенденция к уменьшению размеров сенсоров на рынке массовых камер. Если в конце 1980-х стандартный датчик VGA в некоторых случаях имел размер 2/3 дюйма, то сегодня он составляет всего 1/3 дюйма. Миниатюризация является следствием усовершенствованных производственных процессов, которые позволяют изготавливать светочувствительные поверхности меньшего размера с (надеюсь) аналогичными характеристиками.Это позволяет производителям изготавливать большее количество датчиков по более низкой цене из одной пластины. Например, 1/3-дюймовый сенсор имеет только примерно 40% поверхности сенсора 1/2 дюйма и, следовательно, дешевле.
Важно: Если у вас есть выбор между большим и меньшим сенсором для той же версии камеры, выберите больший вариант, если вы…
- проводят точные измерения, например, или тончайшие проверки поверхности с минимальным шумом камеры, искажающим результат.
- спланируйте светочувствительные быстрые приложения с коротким временем воздействия.
- использует цветные камеры, которые, возможно, должны заменить монохромные камеры, и, если доступно мало света, они требуют в 3–4 раза больше света, чем сопоставимый монохромный датчик.
Размеры широкоформатных сенсоров камер с линейным сканированием или камер с линейным сканированием
В случае камер с высокой разрешающей способностью или камер с линейной разверткой, используются датчики значительно большего размера, размером в несколько сантиметров.Размеры этих датчиков обычно не стандартизированы и являются результатом разрешения и размеров пикселей датчиков. Все разрешено и ограничено только бюджетом.
Линейная камера с 2048 пикселями и размером пикселя 10 мкм имеет длину строки 10,48 мм, в случае размера пикселя 14 мкм длина сенсора составляет уже 28,6 мм. Начиная с диагонали сенсора 20 мм, соединение объектива с байонетом C больше не может использоваться.
Эти камеры обычно используют байонет Nikon (байонет F) или M42 — M72 в качестве соединения объектива.Только в этом случае можно использовать датчики высокого разрешения с большими пикселями для создания камер с линейной разверткой с разрешением до 12 тыс. Пикселей или камер с разверткой по площади с разрешением до 28 миллионов пикселей.
Размеры пикселей ПЗС- или КМОП-сенсоров
Вследствие миниатюризации сенсоров размеры пикселей становятся все меньше и меньше. Датчики бытовых фотоаппаратов (от 8 до 12 мегапикселей за 200 евро) сегодня имеют размер пикселей в основном 1,7 мкм, поэтому светоактивная поверхность на пиксель составляет всего примерно 3 мкм2.Это приводит к очень сильному шуму сенсора в случае неоптимальных условий освещения. Для контроля качества с помощью фотоаппаратов это абсолютно недопустимо.
Камеры машинного зрения (с байонетом C) с разрешением от VGA до 2 мегапикселей обычно имеют пиксели от 4,6 до 6,5 мкм с 10-15-кратным увеличением светоактивных поверхностей и, таким образом, явно лучшими результатами сигнала. Если вам нужны изображения с максимально низким уровнем шума и точные результаты измерения, ищите желательно большие пиксели сенсора, даже если эти камеры более дорогие!
Пиксели с длиной края 14 или 10 мкм преимущественно используются в камерах с линейной разверткой.Например, из-за высокой частоты линий, составляющей 18 Гц, максимальное время экспозиции составляет 1000/18000 = 55 мкс для одной строки захваченного изображения. Светоактивная поверхность пикселя в этом случае никогда не может быть достаточно большой.
Полная емкость пикселя
Эта спецификация описывает, сколько электронов может удерживать элемент пикселя, прежде чем он полностью насыщается. Пиксель размером структуры 5,5 мкм может накапливать примерно 20 000 электронов, пиксель 7,4 мкм — 40 000 электронов.
Чем больше полная емкость скважины, тем лучше максимальное отношение сигнал / шум.Обычным камерам с размером пикселя 1,7 мкм требуется всего около 1000 фотонов для насыщения пикселей. В случае оцифровки с 8, 10 или даже 12 битами другие шумовые эффекты (фотонный шум, шум оцифровки, темновой шум) уже могут принимать значительные масштабы, мешать сигналу и, таким образом, оказывать крайне негативное влияние на изображение.
Чем больше полная емкость скважины, тем лучше максимальное отношение сигнал / шум. Обычным камерам с размером пикселя 1,7 мкм требуется всего около 1000 фотонов для насыщения пикселей.В случае оцифровки с 8, 10 или даже 12 битами другие шумовые эффекты (фотонный шум, шум оцифровки, темновой шум) уже могут принимать значительные масштабы, мешать сигналу и, таким образом, оказывать крайне негативное влияние на изображение.
Важное значение для машинного зрения
- Чем меньше пиксели, тем больше света требуется для захвата изображения. В случае короткого времени проверки недостаток света может легко стать проблемой.
- При слабом освещении маленькие пиксели создают явно более шумные изображения, чем большие пиксели, динамический отклик изображения снижается.Шум мешает работе приложения. Используйте яркое освещение или контроллеры светодиодных вспышек, чтобы было больше света!
- Большое количество мегапикселей не всегда помогает. Маленькие пиксельные структуры требуют высококачественного оптического изображения, то есть линз с высоким разрешением. В противном случае создаются размытые изображения с большим количеством пикселей, но без реальных деталей структуры.
- Маленькие пиксели камеры, кроме того, требуют чрезвычайно точного механического выравнивания сенсора, так как глубина резкости значительно уменьшается.Наклон сенсора 5 мкм в корпусе должен быть только вдвое меньше (+ / 1 15 мкм при апертуре = 2,8), чем в случае пикселей с размером структуры 10 мкм. Поэтому ищите поставщиков, производящих качественные, иначе лучший сенсор в камере окажется напрасным.
Согласование камеры с разрешением микроскопа
Максимальное разрешение устройства с зарядовой связью ( CCD ) или дополнительного металлооксидного полупроводникового датчика ( CMOS ) зависит от количества фотодиодов и их размера относительно изображения. проецируется на поверхность матрицы изображения оптической системой микроскопа.При попытке согласовать оптическое разрешение микроскопа с определенной комбинацией цифровой камеры и видеоперехода используйте этот калькулятор для определения минимальной плотности пикселей, необходимой для адекватного захвата всех оптических данных с микроскопа.
Учебное пособие инициализируется случайным образом выбранным образцом, появляющимся в окне Образец изображения (черный ящик) и ограниченным апертурой окуляра или диафрагмой поля проекционного объектива. Цветной прямоугольник, обозначающий размеры ПЗС-матрицы (по умолчанию 2/3 дюйма), накладывается на изображение, чтобы показать фактическую площадь образца, которая фиксируется датчиком.В серых, желтых и красных полях под ползунками: микроскоп , оптическое разрешение (серый), CCD , требуемый размер пикселя (желтый), оптимальный размер матрицы CCD (желтый), увеличение монитора (красный) и Общее увеличение (красный) изображения представлены в микрометрах или продукте. Эти значения постоянно обновляются по мере перевода ползунков. Новый формат ПЗС (размер) можно выбрать с помощью переключателей, появляющихся слева от окна Образец изображения .Физические размеры ПЗС-матрицы выбранного датчика (в миллиметрах) отображаются в правой части окна изображения вдоль прямоугольника, имеющего такое же соотношение сторон, что и микросхема формирования изображения.
Для работы с обучающей программой переместите ползунки Numerical Aperture и Objective Magnification (значения отображаются над ползунками), чтобы установить соответствующие значения для рассматриваемой оптической конфигурации микроскопа. Затем выберите окуляр или проекционный объектив Номер поля (диапазон значений от 18 до 26 миллиметров) и увеличение Video Coupler (от 0.5x и 1,0x). При перемещении ползунка соединителя размер прямоугольника, наложенного на изображение образца, изменяется в учебном пособии, чтобы соответствовать площади образца, захваченной датчиком CCD. Новый образец можно выбрать в любой момент с помощью раскрывающегося меню «Выбор образца ».
Эффективность захвата изображений, сгенерированных оптическим микроскопом, на матрицу фотодиодов ПЗС- или КМОП-матрицы зависит от нескольких факторов, от увеличения объектива, числовой апертуры и разрешения до размера матрицы фотодиодов электронного датчика изображения, аспекта соотношение, увеличение видеосоединителя и размеры отдельных фоточувствительных элементов в матрице.Кроме того, необходимо учитывать параметры, характерные для отображаемого образца, такие как контраст, отношение сигнал / шум, динамический диапазон внутри сцены и время интегрирования.
Максимальное оптическое разрешение ПЗС-матрицы зависит от количества фотодиодов и их размера относительно изображения, проецируемого на поверхность матрицы системой линз микроскопа. Доступные в настоящее время матрицы ПЗС варьируются по размеру от нескольких сотен до многих тысяч пикселей. Современные размеры массивов, используемых в приборах, предназначенных для научных исследований, составляют от 1000 × 1000 до 5000 × 5000 сенсорных элементов.Тенденция в производстве ПЗС потребительского и научного уровня заключается в том, что размер сенсора постоянно уменьшается, и в настоящее время доступны цифровые камеры с фотодиодами размером всего 4 × 4 микрометра.
Адекватное разрешение образца, отображаемого с помощью оптических элементов микроскопа, может быть достигнуто только в том случае, если для каждой разрешимой единицы сделано не менее двух образцов, хотя многие исследователи предпочитают три образца на разрешимую единицу, чтобы гарантировать достаточный выбор. В оптических приборах с ограничением дифракции, таких как микроскоп, предел Аббе оптического разрешения при средней длине волны видимого света (550 нанометров) равен 0.20 мкм при использовании объектива с числовой апертурой 1,4. В этом случае размер сенсора в 10 квадратных микрометров будет достаточно большим, чтобы обеспечить соответствие оптического и электронного разрешения, при этом предпочтительным будет размер сенсора 7 × 7 микрометров. Хотя меньшие фотодиоды в датчике изображения CCD улучшают пространственное разрешение, они также ограничивают динамический диапазон устройства.
В микроскопии изображение обычно проецируется оптической системой на поверхность детектора, которым может быть сетчатка человеческого глаза, электрический датчик изображения или чувствительная химическая эмульсия на традиционной пленке.Чтобы оптимизировать информативность получаемого изображения, разрешение детектора должно точно соответствовать разрешению микроскопа. Спектр длин волн видимого света, используемый для создания изображения образца, является одним из определяющих факторов в работе микроскопа в отношении оптического разрешения. Более короткие длины волн (375-500 нанометров) способны разрешать детали в большей степени, чем более длинные волны (более 500 нанометров). Пределы пространственного разрешения также продиктованы дифракцией света через оптическую систему, термин, который обычно называют разрешением , ограниченным дифракцией, .Исследователи вывели несколько уравнений, которые использовались для выражения взаимосвязи между числовой апертурой, длиной волны и оптическим разрешением:
Где r — разрешение (наименьшее разрешаемое расстояние между двумя точками образца), NA соответствует числовой апертуре объектива, λ — длине волны, NA (Obj) — числовой апертуре объектива, а NA (Cond) — числовой апертуре объектива. числовая апертура конденсатора. Обратите внимание, что уравнения (1) и (2) отличаются коэффициентом умножения, который равен 0.5 для уравнения (1) и 0,61 для уравнения (2) . Эти уравнения основаны на ряде факторов, включая множество теоретических расчетов, выполненных физиками-оптиками для учета поведения объективов и конденсаторов, и не должны рассматриваться как абсолютное значение какого-либо одного общего физического закона. Предполагается, что два точечных источника света могут быть разрешены (отдельно отображены), когда центр диска Эйри, созданный одним из источников, перекрывается с отражением первого порядка в дифракционной картине второго диска Эйри, состояние, известное как Критерий Рэлея .В некоторых случаях, таких как конфокальная и многофотонная флуоресцентная микроскопия, разрешение может фактически превышать пределы, установленные любым из этих трех уравнений. Другие факторы, такие как низкий контраст образца и неправильное освещение, могут способствовать снижению разрешения и, чаще всего, к реальному максимальному значению r (около 0,20 микрон при длине волны среднего спектра 550 нанометров) и числовая апертура от 1,35 до 1,40 на практике не реализуется.
Когда микроскоп находится в идеальном положении и объективы соответствующим образом согласованы с конденсором подэтапа, числовое значение апертуры объектива можно подставить в уравнения (1) и (2) , с добавленным результатом, что уравнение (3 ) сводится к уравнению (2) .Важно отметить, что увеличение не является фактором ни в одном из этих уравнений, потому что только числовая апертура и длина волны освещения определяют разрешение образца. Как упоминалось выше (и это можно наблюдать в уравнениях) длина волны света является важным фактором в разрешающей способности микроскопа. Более короткие длины волн дают более высокое разрешение (более низкие значения для r ) и наоборот. Наибольшая разрешающая способность в оптической микроскопии достигается с помощью света, близкого к ультрафиолетовому, — самой короткой эффективной длины волны изображения.За светом, близким к ультрафиолетовому, следует синий, затем зеленый и, наконец, красный свет, что позволяет различать детали образца. В большинстве случаев микроскописты для освещения образца используют белый свет широкого спектра, генерируемый вольфрамово-галогенной лампой. Спектр видимого света составляет около 550 нанометров, это основная длина волны зеленого света (наши глаза наиболее чувствительны к зеленому свету). Именно эта длина волны использовалась для расчета значений разрешения для учебного пособия и представлена в таблице 1.Значение числовой апертуры также важно в этих уравнениях, и более высокие числовые апертуры также обеспечат более высокое разрешение (см. Таблицу 1).
Как оценить чувствительность камеры
Сравнение производительности камеры с использованием стандарта производительности изображения EMVA1288
Что внутри:
- Введение в измерения характеристик изображения на основе EMVA1288
- Определение различных измерений и способы их измерения
- Сравнение характеристик камер при слабом освещении при разном времени выдержки
- Сравнение традиционной ПЗС-матрицы с современной КМОП-матрицей
- Сравнение поколений сенсоров Sony Pregius
- Заключение
Сравнить основные характеристики камеры, такие как частота кадров, разрешение и интерфейс, легко; используйте наш новый селектор камеры для фильтрации и сортировки 14+ спецификаций EMVA, чтобы найти точное соответствие требованиям вашего проекта.Однако сравнение характеристик изображений камер, таких как квантовая эффективность, временный темновой шум и способность насыщения, имеет тенденцию быть немного более сложным. Во-первых, нам нужно понять, что на самом деле означают эти различные измерения.
Что такое квантовая эффективность и измеряется ли она на пике или на определенной длине волны? Чем отношение сигнал / шум отличается от динамического диапазона? В этом техническом документе рассматриваются эти вопросы и объясняется, как сравнивать и выбирать камеры на основе данных о характеристиках изображения в соответствии со стандартом EMVA1288.
EMVA1288 — это стандарт, который определяет, какие аспекты характеристик камеры следует измерять, как их измерять и как представлять результаты единым методом. Первый раздел официального документа поможет понять различные аспекты работы датчика изображения. В нем будут изложены основные концепции, которые важно понимать при рассмотрении того, как датчик изображения преобразует свет в цифровое изображение и в конечном итоге определяет производительность датчика. На рисунке 1 представлен один пиксель и освещены эти концепции.
Рисунок 1. Как датчик изображения преобразует свет в цифровое изображение
Сначала нам нужно понять шум, присущий самому свету. Свет состоит из дискретных частиц, фотонов, генерируемых источником света. Поскольку источник света генерирует фотоны в случайное время, в воспринимаемой интенсивности света будет шум. Физика света утверждает, что шум, наблюдаемый в интенсивности света, эквивалентен квадратному корню из числа фотонов, генерируемых источником света.Этот тип шума называется дробовым шумом.
Следует отметить, что количество фотонов, наблюдаемых пикселем, будет зависеть от времени экспозиции и интенсивности света. В этой статье мы будем рассматривать количество фотонов как комбинацию времени экспозиции и интенсивности света. Точно так же размер пикселя оказывает нелинейное влияние на способность датчика собирать свет, потому что его необходимо возвести в квадрат, чтобы определить светочувствительную область. Более подробно об этом пойдет речь в следующей статье в контексте сравнения производительности двух камер.
Первым шагом в оцифровке света является преобразование фотонов в электроны. В этой статье не рассматривается, как это делают датчики, а скорее представлена мера эффективности преобразования. Отношение электронов, генерируемых в процессе оцифровки, к фотонам называется квантовой эффективностью (QE). Пример сенсора на Рисунке 1 имеет QE 50%, потому что 3 электрона генерируются, когда 6 фотонов «падают» на сенсор.
Перед тем, как электроны оцифрованы, они сохраняются в пикселе, называемом колодцем.Количество электронов, которое может храниться в лунке, называется емкостью насыщения или глубиной лунки. Если в яму поступает больше электронов, чем емкость насыщения, дополнительные электроны не сохраняются.
Когда пиксель завершает сбор света, измеряется заряд в лунке, и это измерение называется сигналом. Измерение сигнала на рисунке 1 представлено стрелкой. Ошибка, связанная с этим измерением, называется временным темным шумом или шумом считывания.
Наконец, шкала серого определяется путем преобразования значения сигнала, выраженного в электронах, в 16-битное значение пикселя аналогово-цифровых единиц (ADU). Отношение между значением аналогового сигнала и значением цифровой шкалы серого называется усилением и измеряется в электронах на ADU. Параметр усиления, определенный в стандарте EMVA1288, не следует путать с коэффициентом усиления процесса «аналого-цифрового» преобразования.
При оценке характеристик камеры часто используют отношение сигнал / шум и динамический диапазон.Эти два показателя производительности камеры учитывают отношение шума, наблюдаемого камерой, к сигналу. Разница в том, что динамический диапазон учитывает только темпоральный темновой шум, в то время как отношение сигнал / шум также включает среднеквадратичное суммирование дробового шума.
Абсолютный порог чувствительности — это количество фотонов, необходимое для получения сигнала, эквивалентного шуму, наблюдаемому датчиком. Это важный показатель, поскольку он представляет собой теоретическое минимальное количество света, необходимое для наблюдения любого значимого сигнала.Подробности этого измерения будут более подробно описаны в следующих статьях.
Чтобы помочь сравнить датчики и камеры, основанные на стандарте EMVA1288, FLIR провела первое в отрасли всестороннее исследование характеристик изображения более чем 70 моделей камер.
| Измерение | Определение | Под влиянием | Блок |
| Дробовой шум | Корень квадратный из сигнала | Вызвано природой света | e- |
| Размер пикселя | Ну, размер пикселя… | Конструкция датчика | мкм |
| Квантовая эффективность | Процент фотонов, преобразованных в электроны на определенной длине волны | Конструкция датчика | % |
| Временной темновой шум (шум чтения) | Шум в датчике при отсутствии сигнала | Конструкция сенсора и камеры | e- |
| Мощность насыщения (глубина скважины) | Количество заряда, которое может удерживать пиксель | Конструкция сенсора и камеры | e- |
| Максимальное отношение сигнал / шум | Максимально возможное отношение сигнала ко всему шуму, включенному в этот сигнал, , включая дробовой шум и временный темновой шум .” | Конструкция сенсора и камеры | дБ, бит |
| Динамический диапазон | Отношение сигнал / шум, включая только временный темновой шум | Конструкция сенсора и камеры | дБ, бит |
| Абсолютный порог чувствительности | Количество фотонов, необходимое для получения сигнала, равного шуму | Конструкция сенсора и камеры | Ƴ |
| Прирост | Параметр, указывающий, насколько большое изменение электронов необходимо для наблюдения изменения в 16-битных ADU (более известных как серая шкала) | Конструкция сенсора и камеры | e- / ADU |
Сравнение характеристик камер при слабом освещении
Для целей этого технического документа мы будем рассматривать такие приложения, как распознавание номерных знаков (LPR) или оптическое распознавание символов (OCR), где обычно используется монохромное изображение, а количество света, которое может улавливать камера, может быть ограничено из-за короткой выдержки. раз.Достаточно просто определить разрешение, частоту кадров и поле зрения, необходимые для решения проблемы изображения, однако решить, будет ли камера иметь достаточную производительность изображения, может быть сложнее.
Эта проблема обычно решается методом проб и ошибок. Давайте рассмотрим пример, когда разработчик системы технического зрения определяет, что для приложения достаточно VGA-камеры с ¼ ’’ CCD, работающей со скоростью 30 кадров в секунду. Первоначальные тесты могут показать, что камера имеет достаточную чувствительность при выдержке 10 мс, когда объект неподвижен.См. Рисунок 2, на котором показан простой пример с символами B, 8, D и 0, которые могут быть легко перепутаны алгоритмом машинного зрения. Верхнее левое изображение, полученное с помощью ¼ ’’ CCD-камеры, дает изображения, подходящие для обработки изображений.
Рисунок 2: Результаты, полученные с помощью ПЗС-камер 1/4 » и 1/2 » при разном времени выдержки
Однако, когда объект начинает двигаться, время экспозиции необходимо уменьшить, а камера не может предоставить полезную информацию, потому что буквы «B» и «D» нельзя отличить от цифр «8» и «0».Изображения в среднем и нижнем левом углу рисунка 2 показывают ухудшение качества изображения. В частности, ’’ CCD при времени экспозиции 2,5 мс дает изображения, непригодные для обработки изображений.
В данном примере предполагается, что большая глубина резкости не требуется, и поэтому минимальное F-число объектива является приемлемым. Другими словами, невозможно собрать больше света, открыв затвор объектива.
Итак, дизайнеру нужно подумать о другой камере.Вопрос в том, может ли другая камера улучшить производительность системы. Использование более крупного датчика обычно считается хорошим способом решения проблем с низкой освещенностью, поэтому датчик ½ ’’ может быть хорошим выбором. Но вместо того, чтобы продолжать метод проб и ошибок, может оказаться полезным рассмотрение производительности камеры EMVA 1288 по визуализации.
| Камера | Датчик | Размер пикселя (мкм) | Квантовая эффективность (%) | Темпоральный темновой шум (e-) | Емкость насыщения (эл.) |
| Камера 1/4 ’’ (FL3-GE-03S1M-C) | ICX618 | 5.6 | 70 | 11,73 | 14 508 |
| Камера 1/2 » (BFLY-PGE-03S3M-C) | ICX414 | 9,9 | 39 | 19,43 | 25 949 |
Глядя на данные EMVA 1288, можно заметить, что ’’ сенсор имеет лучшую квантовую эффективность и меньший шум, но ½ ’’ ПЗС-матрица имеет больший пиксель и большую емкость насыщения. В этой статье показано, как определить, будет ли камера ½ «» работать лучше.
На рис. 3 камеры сравниваются путем построения графика зависимости величины сигнала от плотности света (фотоны / мкм2). Сигнал как функция плотности света определяется по следующей формуле:
Важное предположение, сделанное в этой статье, заключается в том, что у объективов одинаковое поле зрения, одинаковое число F и одинаковые настройки камеры.
Рисунок 3: Сигнал, создаваемый камерами CCD 1/4 » и 1/2 », в зависимости от уровня освещенности
Подпишитесь, чтобы получить больше подобных статей
Зарегистрироваться
На рисунке показано, что при той же плотности света датчик ½ ’’ будет генерировать более высокий сигнал.Также можно заметить, что насыщение происходит при аналогичном уровне плотности света 700 фотонов / мкм2, однако датчик ½ ’’ имеет значительно более высокую насыщающую способность.
В приложении, рассматриваемом в этом техническом документе, сравнение камер необходимо проводить при низком уровне освещенности. Поэтому рассмотрение уровней шума становится особенно важным.
На рисунке 4 показаны сигнал и шум при слабом освещении. Шум, представленный на рисунке, представляет собой сумму среднеквадратичного значения временного темнового шума и дробового шума, который был рассчитан по следующей формуле:
Рисунок 4: Сигнал и шум ПЗС-камер 1/4 » и 1/2 » при низкой освещенности
График показывает, что абсолютный порог чувствительности (уровень освещенности, при котором сигнал равен шуму) достигается датчиком ½ ’’ на несколько более низком уровне, чем у датчика ’’.Более важной мерой, необходимой для определения того, какая камера будет работать лучше при слабом освещении, является отношение сигнал / шум (SNR).
На рисунке 5 показано соотношение сигнал / шум двух камер в зависимости от уровня освещения.
Рисунок 5: Отношение сигнал / шум для камер CCD 1/4 » и 1/2 » при низкой освещенности
Исходя из более высокого отношения сигнал / шум датчика ½ ’’, теория предполагает, что камеры ½ ’’ должны работать лучше, чем камера ’’ при слабом освещении.
Из изображений на Рисунке 2 видно, что при времени экспозиции 2,5 мс датчик ½ ’’ сохраняет форму символов при всех временах выдержки, в то время как датчик ’’ затрудняет различение символов. Таким образом, датчик ½ ’’ работает лучше, а практические результаты соответствуют теории.
Компания FLIR провела обширное исследование камер и опубликовала результаты работы с изображениями EMVA 1288. Эта информация может использоваться для сравнения производительности различных моделей камер.Хотя реализация камеры действительно влияет на качество изображения, это исследование в целом может быть полезно при сравнении любых двух камер с датчиками, описанными в документе.
FLIR предлагает специальные документы для сравнения камер. Свяжитесь с [email protected], чтобы запросить сравнение моделей камер FLIR.
Следует отметить, что метод, описанный в этом техническом документе, полезен для получения общего представления о том, насколько хорошо одна камера будет работать по сравнению с другой. Этот метод может помочь исключить камеры, которые вряд ли улучшат требуемую производительность, однако окончательная проверка производительности камеры проводится в реальном приложении.
Сравнение традиционной ПЗС-матрицы с современной КМОП-матрицей
Теперь мы сравним характеристики традиционного ПЗС-сенсора и современного КМОП-сенсора в условиях низкой освещенности и в сцене с широким диапазоном условий освещения.
В предыдущем разделе мы показали, что камера с Sony ICX414, ПЗС-матрицей VGA ½ дюйма, работает лучше в условиях низкой освещенности, чем камера с Sony ICX618, ПЗС VGA ’’. Теперь мы сравним ½ ’’ VGA CCD с новым Sony Pregius IMX249, 1/1.2 ’’ КМОП-матрица с разрешением 2,3 мегапикселя с глобальным затвором.
На первый взгляд это может показаться сравнением «яблок с апельсинами», однако стоимость камер с этими двумя датчиками сопоставима и составляет примерно 400 евро, интересующая область VGA в CMOS-камере на самом деле ближе к оптическому размеру » камера и частота кадров также аналогичны при разрешении VGA.
Данные EMVA 1288 для камер показывают, что CMOS-датчик IMX249 имеет значительно лучшую квантовую эффективность, более низкий уровень шума и более высокую насыщающую способность.С другой стороны, матрица CCD ICX414 имеет больший пиксель, что было критическим параметром в примере, представленном в предыдущей статье.
| Камера | Датчик | Размер пикселя (мкм) | Квантовая эффективность (%) | Темпоральный темновой шум (e-) | Емкость насыщения (эл.) |
| Камера CCD 1/2 « (BFLY-PGE-03S3M-C) | ICX414 | 9.9 | 39 | 19,43 | 25 949 |
| 1 / 1,2-дюймовая CMOS-камера (BFLY-PGE-23S6M-C) | IMX249 | 5,86 | 80 | 7,11 | 33,105 |
Рисунок 6. Отношение сигнал / шум датчиков ICX414 CCD и IMX249 CMOS при низких уровнях освещенности
Рисунок 7: Результаты, полученные с помощью датчиков ICX414 CCD и IMX249 CMOS при разном времени экспозиции
Более интересное сравнение проводится при более высокой интенсивности света из-за разницы в способности насыщения между двумя датчиками.На рис. 8 показан сигнал как функция интенсивности света во всем диапазоне интенсивностей света. Из графика видно, что ПЗС-сенсор ICX414 достигнет насыщающей способности около 700 фотонов / мкм 2 , в то время как CMOS-сенсор IMX249 будет насыщаться при более чем 1200 фотонов / мкм 2 .
Рисунок 8: Сигнал, создаваемый ПЗС-матрицей ICX414 и КМОП-матрицей IMX249, в зависимости от уровня освещенности
Первый вывод, который можно сделать, заключается в том, что изображение, создаваемое датчиком ICX414 CCD, будет ярче, чем изображение, созданное датчиком IMX249 CMOS.Если это не очевидно из графика, рассмотрите изображение, которое будет получено при плотности около 700 фотонов / мкм2. В случае сенсора ICX414 CCD изображение должно иметь самые высокие уровни шкалы серого, скорее всего, насыщенное, в то время как сенсор IMX249 CMOS будет выдавать изображение с яркостью чуть более 50% от максимальной. Это наблюдение важно, потому что наивный подход к оценке чувствительности камеры заключается в наблюдении за яркостью изображения. Другими словами, предполагается, что более яркое изображение будет получено с камеры с более высокими характеристиками.Однако это неверно, и в этом примере на самом деле все наоборот: камера, которая создает более темные изображения, на самом деле имеет лучшую производительность.
Рисунок 9: Результаты, полученные с помощью датчиков ICX414 CCD и IMX249 CMOS в сложных условиях освещения
Второе наблюдение заключается в том, что CMOS-датчик IMX249 создает изображения, которые полезны для обработки изображений в более широком диапазоне условий освещения. На рисунке 9 показана одна и та же сцена, полученная двумя камерами.Следует отметить, что более темная часть изображений была улучшена для отображения, однако основные данные не были изменены. Из изображений можно заметить, что ПЗС-матрица ICX414 насыщена в светлых областях сцены, и в то же время она имеет слишком много шума в темных областях, чтобы символы были различимы. Напротив, CMOS-датчик IMX249 создает четкие символы в ярких и темных частях сцены.
Наконец, мы можем сделать вывод, что недавняя технология CMOS с глобальным затвором стала жизнеспособной альтернативой CCD в приложениях машинного зрения.Датчики не только менее дорогие, имеют более высокую частоту кадров при эквивалентном разрешении и не имеют таких артефактов, как размытие и размытие, но и превосходят характеристики изображения ПЗС-матриц.
Сравнение поколений Sony Pregius
Как мы уже говорили в предыдущем разделе, размер сенсора сильно влияет на производительность сенсора из-за того, что более крупные пиксели позволяют собирать в них большее максимальное количество фотонов, а также позволяют собирать больше фотонов при тех же условиях освещения.Компромисс для увеличения размера пикселя заключается в том, что размер сенсора должен быть больше, чтобы соответствовать заданному разрешению, по сравнению с использованием сенсора с меньшим размером пикселя, что увеличивает стоимость сенсора. На рисунке ниже показано, как изменился размер пикселя между различными поколениями сенсоров Sony Pregius.
Рисунок 10: Различия в размере пикселей между датчиками Sony Pregius разных поколений
Несмотря на тенденцию к уменьшению размера пикселя (помимо сенсора 3-го поколения), качество изображения сенсора увеличивалось с каждым поколением, за исключением емкости сенсора.Основная причина улучшения качества изображения заключается в низком временном темновом шуме датчика, обнаруженного во 2-м поколении и более поздних версиях. На приведенном ниже рисунке показано, как временный темновой шум датчика прогрессировал в различных поколениях датчика Pregius.
Рис. 11. Pregius S поддерживает низкий уровень шума чтения
Чтобы получить полное представление о характеристиках датчика изображения, пожалуйста, обратитесь к таблице ниже, где указаны характеристики типичного датчика каждого поколения Pregius.
Наблюдая за таблицей выше, можно заметить, что, несмотря на наименьший размер пикселя, качество изображения датчика Pregius S сравнимо с датчиками 2-го и 3-го поколения, это связано с конструкцией датчика с задней подсветкой, которая позволяет использовать более широкий угол входа фотона, который помогает захватить больше света на пиксель.
Рис. 12. Датчики BSI меняют традиционную конструкцию датчика с передней подсветкой, что упрощает проникновение фотонов на светочувствительный фотодиод каждого пикселя
Эта новая конструкция датчика позволяет семейству датчиков Pregius S поддерживать характеристики изображения предыдущих поколений, используя при этом самый маленький пиксель, что приводит к датчикам с более высоким разрешением по относительно низким ценам.
Заключение
В этом техническом документе мы изучили ключевые концепции, используемые при оценке производительности камеры. Мы представили стандарт EMVA1288 и применили результаты для сравнения характеристик камеры в различных условиях освещения. Есть еще много других аспектов производительности камеры, которые можно учитывать при оценке камеры. Например, квантовая эффективность резко меняется на разных длинах волн, поэтому камера, которая хорошо работает на 525 нм, может не работать так хорошо, когда источник света находится на частотах, близких к инфракрасному (БИК).Точно так же при длительной экспозиции, характерной для флуоресценции и астрономических изображений, необходимо учитывать влияние темнового тока, типа шума, который важен при чрезвычайно низких уровнях освещенности.
Выбрать правильную камеру на основе характеристик изображения непросто, однако мы надеемся, что этот технический документ немного помог разобраться в этой увлекательной и сложной теме.
Отфильтруйте и отсортируйте, используя более 14 спецификаций EMVA, чтобы найти точное соответствие требованиям вашего проекта — попробуйте наш новый селектор камеры.
ObjectID | Обязательно | Числовой | Уникальный идентификатор номера для каждой камеры. | |
CameraID | Обязательно | Строка | Первичный ключ, определяющий параметры камеры. | |
FocalLength | Обязательно | Числовое | Фокусное расстояние объектива камеры, измеренное в микронах. | |
PrincipalX | Дополнительно | Числовой | Координата X главной точки автоколлимации, измеренная в микронах. Если не определено, значение по умолчанию — 0. Основная точка — это смещение между исходным центром и главной точкой автоколлимации (PPA). Предполагается, что главная точка симметрии (PPS) такая же, как и PPA. | |
PrincipalY | Дополнительно | Числовой | Координата Y главной точки автоколлимации, измеренная в микронах.Если не определено, значение по умолчанию — 0. Основная точка — это смещение между реперным центром и PPA. Предполагается, что PPS совпадает с PPA. | |
BlockName | Необязательно | Строка | Имя блока (проекта), в котором находится изображение. | |
NRows | Необязательно | Числовой | Количество строк пикселей в изображении. | |
NColumns | Необязательно | Числовой | Число столбцов пикселей в изображении. | |
NBands | Необязательно | Числовой | Количество полос пикселей в изображении. | |
PixelType | Необязательно | Числовой или Строка | Тип пикселя для изображения в виде числового значения, соответствующего rstPixelType или соответствующей строки. | Числовое значение, соответствующее rstPixelType: PT_U1 = 0, PT_U2 = 1, PT_U4 = 2, PT_UCHAR = 3, PT_CHAR = 4, PT_USHORT = 5, PT_SHORT = 6, PT_ULONG = 7, PT_LONG = 8, = PT_LONG = 8, = PT_LONG = 8, = PT_DOUBLE = 10, PT_COMPLEX = 11, PT_DCOMPLEX = 12, PT_CSHORT = 12, PT_CLONG = 14. |
Строка соответствия: 8_BIT_UNSIGNED, 8_BIT_SIGNED, 16_BIT_UNSIGNED, 16_BIT_SIGNED, 32_BIT_UNSIGNED, 32_BIT_SIGNED, 32_BIT_FLOAT, 1_BIT_BIT, 2_BIT. | ||||
PixelSize | Дополнительно | Числовой | Размер пикселя сенсора. | Единица микрон. |
FilmCoordinateSystem (FCS) | Дополнительно | Integer | Определяет пленочную систему координат сканируемого аэрофотоснимка и цифровой аэрофотосъемки. Он используется для вычисления реперной информации и построения аффинного преобразования. Обычно корпус цифровой аэрофотосъемки совмещен с X камеры. направление полета (вариант 1, X_RIGHT_Y_UP, по умолчанию).FCS используется для размещения не стандартные кейсы. |
|
SRS | Необязательно | Строка | Система координат, связанная с точкой перспективы как путь к файлу или WKID (код EPSG). Для кода EPSG системы координат для x, y и z разделены точкой с запятой (;), например 26918; 5773.Если не определен, по умолчанию используется указанная пользователем система координат или система координат, определенная в пространственной привязке данных мозаики. Пространственная привязка также может быть определена для каждого элемента изображения в наборе данных мозаики. Если параметр SRS определен как в таблице камер, так и в таблице кадров, значение в таблице кадров будет иметь приоритет. | |
OrientationType | Необязательно | Строка | Определяет способ описания параметров внешней ориентации вращения (EO).По умолчанию — OPK. | OPK — указывает, что параметры вращательного EO определены как углы в полях Omega, Phi, Kappa, Angle Direction и Polarity. |
Матрица — указывает, что параметры вращения EO определены как матрица из девяти коэффициентов в поле Матрица. | ||||
AverageZ | Дополнительно | Числовой | Средняя высота земли.По умолчанию используется значение, указанное в свойствах ортотрансформирования типа растра, или ноль, если оно не указано. | |
ApplyECC | Необязательно | Boolean | Указывает, следует ли учитывать кривизну земли при применении преобразований относительно координат земли. По умолчанию — ЛОЖЬ. | True — учитывает кривизну земли при применении преобразований относительно координат земли. |
Неверно — предполагается, что Земля плоская. | ||||
EarthRadius | Дополнительно | Числовой | Альтернативное значение, используемое для кривизны регулировки заземления. Значение по умолчанию — 6378137,0 метров. | Единицы измерения — метры. |
AngleDirection | Дополнительно | Строка | Задает направление углов EO.Значение по умолчанию -1. | -1: указывает, что углы EO указаны по часовой стрелке. |
+1: указывает, что углы EO указаны в направлении против часовой стрелки. | ||||
Полярность | Необязательно | Числовой | Указывает, находится ли плоскость изображения на той же или на противоположной стороне перспективного центра, что и объект или плоскость земли.По умолчанию — 1, что является противоположной стороной. | -1: указывает противоположную сторону плоскости изображения. |
+1: указывает на ту же сторону плоскости изображения. | ||||
Тип искажения | Необязательно | Строка | Определяет способ описания искажения объектива. По умолчанию — DistortionModel. | По умолчанию используется модель искажения. |
Модель искажения — указывает, что коррекция искажения описывается коэффициентами, определенными в полях Radial и Tangential. | ||||
Таблица искажений — указывает, что искажение определяется как набор пар (r, v), указывающих радиальное расстояние и соответствующее значение искажения. Радиальные расстояния и радиальные искажения. поля должны быть заполнены. | ||||
Radial | Для типа искажения = DistortionModel | String | Задает набор из четырех разделенных пробелом или точкой с запятой коэффициентов, описывающих радиальное искажение, например 0; 0; например, 0; 0 для K0; K 1 ; K 2 ; K 3 . | |
Tangential | Для типа искажения = DistortionModel | String | Задает набор из двух разделенных пробелами или точками с запятой 0, например, тангенциальных коэффициентов искажения 918 062; 1 ; P 2 . | |
RadialDistances | Необязательно | Строка | Радиальные расстояния, разделенные пробелом или точкой с запятой, указываются в виде упорядоченного набора значений N Единица измерения микрометры. | |
RadialDistortions | Необязательно | Строка | Значения искажения, разделенные пробелом или точкой с запятой, отображаются в виде упорядоченного набора из N значений Единица измерения микрометры. | |
FilmFiducials | Дополнительно | Numeric | Сохраняет исходные координаты камеры в микронах. | Формат — пары значений, разделенные точкой с запятой, например, «106003.0 -106000.0; -105997.0 -106001. Опубликовано в Разное  Больше в РазноеБольше записей в Разное »
|
Станьте первым комментатором