Где находится матрица в фотоаппарате кэнон
Обновлено: 08.07.2024
Производителей цифровых камер больше, чем тех кто «умеет» делать матрицы. Схем используемых объективов не много. Но споры о том, чьи фотографии лучше не прекращаются. Алгоритмы преобразования сигнала с матрицы «в файл», дизайн и пользовательские функции — то, над чем собственно и могут потрудиться «фирменные» конструкторы.
И все же интересно — много ли зависит от матрицы и могут ли камеры с близкими по характеристикам CCD/CMOS (или даже идентичными) сильно отличаться по фотографическим возможностям и изображению.
Для сравнения были взяты экземпляры распространенных и очень удачных цифровых камер «полупрофессионального» уровня. Все они уже были испытаны ранее и описаны. Технические характеристики и описания: Canon Power Shot G2, Olympus C-5050ZOOM, Casio QV4000 и здесь, Casio QV5700, Nikon Coolpix 5000. Данные о матрицах взяты из этих же материалов, а так же статей о матрицах и итогах года. В прочем SONY и Panasonic не держат секретов об уже выпущенных светочувствительных чипах и найти их описание можно через любую поисковую систему в сети. Труднее установить, что же конкретно установлено в цифровой фотоаппарат.
Отобранные для сравнения аппараты интересны тем, что два из них практически идентичны по конструкции, но имеют матрицы разных производителей и разрешения (Casio), Canon G2 и Casio QV4000 собраны на одинаковых матрицах и объективах, но различны по конструкции и используемым алгоритмам «оцифровки», 5-ти мегапиксельные аппараты собраны на матрицах разных производителей и размеров. Так что есть, что сравнить.
Одной из ключевых характеристик цифрового фотоаппарата является его «шумность». Она и была использована для сравнения камер. Про методики определения и оценки шум можно посмотреть здесь и здесь. «Мерой шумности для цифровой фотографии можно считать стандартное отклонение — среднеквадратичное отклонение от среднего, которое выводит Photoshop для всей картинки или выделенной ее области в меню «Гистограмма» (можно смотреть значение среднего и отклонения для яркости L или любого из цветов выбранного цветового пространства RGB, HSB, LAB)».
Светочувствительные матрицы используются во многих устройствах. Самое известное из них — фотокамера. Цифровые сенсоры заменили собой пленку, сделав съемку существенно проще и дешевле, открыв для масс возможность делать тысячи снимков, платя лишь раз — при покупке фотоаппарата.
Откуда берется цвет
Матрица фотоаппарата — весьма непростое устройство, хотя на первый взгляд представляет собой просто ряды светочувствительных фотодиодов. Ее основная задача заключается в преобразовании полученных импульсов в электрический ток. Причем сделать это нужно так, чтобы в итоге получилось цветное изображение с высокой детализацией.
Когда фотографы спорят о том, матрица чьего фотоаппарата более точно и глубоко передает цвет, они даже не задумываются, что каждый из пикселей — монохромный. Цвет появляется благодаря хитрым системам. Таким, как мозаичные фильтры. Это самая распространенная технология получения цветного изображения. Матрица накрыта тончайшим фильтром, который делит сенсор на субпиксели. Каждому из них присваивается свой цвет, в дальнейшем таким образом формируется общая картинка. Существует целый ряд подтипов, наиболее известным из которых является фильтр Байера, названный в честь сотрудника компании Kodak, доктора Брайса Э. Байера (Bryce Bayer), создавшего эту технологию в 1976 году. Данный светофильтр делит каждый пиксель на два зеленых, красный и синий субпиксели. Таким образом изображение делится на точки, но метод не лишен недостатков. Главный из них — потеря четкости, так как недостающую информацию приходится интерполировать, то есть вычислять, дорисовывать. Тем не менее сегодня проблема потеряла остроту, поскольку пиксели стали настолько маленькими,что увидеть потерю резкости крайне сложно.
Какие есть типы матриц
Сколько мегапикселей достаточно
Чем больше — тем лучше. В идеале, конечно. Ведь каждый пиксель —это дополнительная информация, которая повышает резкость, а в конечном итоге и детализацию. Но не все так просто.
Прежде всего, хочу разочаровать всех жаждущих заполучить фотокамеру с условными тремя мегапикселями и рабочими ISO 102400. Дело ведь не в том, что производители не хотят считаться с энтузиастами, которым не нужно сверхвысокое разрешение при отсутствии шумов. Такую матрицу сделать даже с современными технологиями непросто.
В записывающей и воспроизводящей аппаратуре на смену фотопленкам и кинескопам пришли матрицы. Визуально они похожи на прямоугольные таблицы со столбцами и строчками, но значительно меньше по размеру. Каждая клетка-ячейка – это один или несколько электронных элементов, выполняющих общую функцию. Называют их пикселями, а количество измеряют миллионами. От типа и характеристик матрицы прямо зависит качество фото и видео.
Устройство матрицы камеры
Геометрические размеры такой матрицы очень малы. Например, у видеокамеры Sony FDR-AX33 диагональ 7,76 миллиметров.
У других моделей она может быть чуть больше или меньше. Поэтому ее относят к микроэлектронным устройствам.
Элементы матрицы закреплены на тонкой пластине и связанны между собой электрически. Микроэлектронные устройства подобной конструкции называют интегральными микросхемами. Следовательно, матрица камеры является интегральной микросхемой. Сокращенно ИМС.
Элементы принимающей матрицы светочувствительные. Они изменяют свои свойства под действием света. Природа света довольно сложна, но можно условно сказать, что он «состоит» из элементарных частиц – фотонов. Отсюда названия: фотоматрица и фотоэлементы.
Принцип работы фотоматрицы
Главную роль при фото- и видеосъемке играет свет, исходящий от солнца или от источников искусственного освещения. Свет падает на предметы, отражается от них, фокусируется в объективе и проецируется на матрицу цифровой камеры.
Преобразование полученного света сначала в электрический заряд, а затем в электрический сигнал – это и есть основная задача и основной принцип работы фотоматрицы.
Из аналогового в цифровой
Сигнал напряжения непрерывен и определен в любой промежуток времени, поэтому он по определению является аналоговым. Его сложно записать, передать, воспроизвести без ошибок и помех. Поэтому его преобразуют в цифровой сигнал. Для этой цели используется еще один электронный компонент камеры – аналого-цифровой преобразователь.
Сигнал напряжения поступает в АЦП, где сначала проходит дискретизацию. При этой операции выделяются одинаковые интервалы времени, которым соответствуют определенные значения напряжения. На следующем этапе выполняется квантование – разбиение значений напряжения на уровни и их округление.
После всех преобразований на выходе из АЦП получается цифровой сигнал. Далее он кодируется и превращается в двоичный код из нулей и единиц. После сжатия в виде файла сохраняется на карте памяти или другом носителе. Это ваша фотография или видеофильм в цифровом виде. Вы можете воспроизвести и просмотреть его на ноутбуке или смартфоне, переслать другу или разместить в социальных сетях.
Типы принимающих матриц
Первые цифровые фотоаппараты потребительского класса, были оснащены CCD-матрицами. Современные представители: Kodak PIXPRO FZ43 и Nikon Coolpix A300.
Пиксель CCD – это только один фотоэлемент. Он пассивен, так как электрический ток в нем протекает произвольно. Сигналы считываются с одного или двух каналов и последовательно: от одного ряда к другому. Для оцифровки передаются за пределы подложки матрицы.
Процесс длится несколько микросекунд, но быстродвижущийся объект успеет изменить положение и изображение на снимке может получиться размытым. Так как вся CCD состоит из фотоэлементов, у нее высокая светочувствительность. Качественные снимки получаются даже при плохом освещении.
Большинство современных цифровых фото- и видеокамер оснащены CMOS-матрицами. Они установлены в фотоаппарате Nikon D3400, в видеокамере Sony HDR-CX625 и многих других.
Пиксель CMOS матрицы активен – он включает не только фотоэлемент, но и элемент для усиления электрического тока. Сигнал считывается в любом порядке и с любого участка матрицы. На одной подложке с пикселями установлен и АЦП.
Благодаря такой архитектуре, CMOS обеспечивают более быструю передачу данных. Фото мчащегося по автотрассе Феррари получится без искажений. Также снижается энергопотребление – камера в автономном режиме проработает дольше.
В то же время из-за дополнительных элементов на подложке размер пикселей у CMOS меньше, поэтому они улавливают не весь поступивший свет. Это влияет на качество снимков, сделанных при слабом освещении. По этой же причине могут возникать цифровые шумы – дефекты изображения в виде зернистости.
С развитием технологий характеристики CMOS улучшаются. Обновлённые BSI CMOS установлены во многих камерах Panasonic, включая модели HC-V800, HC-VX1, HC-VXF1. Они обладают более высокой светочувствительностью. Даже при слабом освещении изображения получаются с высокой детализацией и глубокой цветопередачей.
Матрицы в ЖК-дисплеях
Когда вы смотрите телевизор Hartens 32 или работаете на ноутбуке Lenovo IdeaPad, изображение воспроизводится с помощью жидкокристаллического дисплея. Английская аббревиатура – LCD. Такая технология массово используется в производстве цифровой видеотехники.
Жидкокристаллические матрицы имеют многослойную структуру. В центре – слой жидких кристаллов. Они совмещают в себе свойства кристаллических тел и жидкостей, одновременное проявление текучести и упорядоченного расположения. Каждый пиксель LCD «наполнен» жидкими кристаллами. Для подачи электрического напряжения к пикселям подведены электроды.
От носителя к дисплею
При передаче цифровой информации с носителя на монитор важным звеном является видеокарта. Ее графический редактор выполняет расчеты выводимого изображения. При помощи видеоконтроллера изображение формируется в видеопамяти. Он же обеспечивает формирование сигналов развертки для монитора. За передачу цифрового сигнала на ЖК-дисплей отвечает устройство TMDS.
Если у видеокарты нет выхода DVI, она не сможет передать цифровой сигнал. В этом случае он преобразуется сначала в аналоговый, а затем через АЦП самого дисплея вновь в цифровой. Процессы таких преобразований аналогичны тем, о которых рассказывалось выше.
Далее цифровой сигнал примет контролер дисплея, раскодирует его, преобразует в сигнал управления дисплеям, масштабирует изображение, выполнит цветовую коррекцию, сформирует уровни напряжения.
В зависимости от уровня напряжения, молекулы жидких кристаллов изменяют свою пространственную ориентацию. Вместе с этим меняется и способность пикселей пропускать свет, то есть меняется их прозрачность. Такой эффект и дает возможность воспроизводить и просматривать видеофильмы и фотографии.
Передающие матрицы IPS и TN
Матрицы IPS и TN отличаются между собой геометрией поверхностей и материалами изготовления. Общим остается наличие жидких кристаллов. В TN LCD стержневидные молекулы закручены в спирали. У пикселей высокая скорость отклика, но при этом угол обзора экрана невелик и на нём нет насыщенного черного цвета. Позже была внедрена технология TN+film, в которой угол обзора увеличили за счет дополнительного слоя. Пример – ноутбук HP 15-bw662ur.
В дисплеях более поздней технологии IPS жидкие кристаллы расположены параллельно и в одной плоскости. При подаче напряжения они одновременно меняют свое положение. Это дает высокую яркость и большой угол обзора. Но скорость отклика во время игр оставляет желать лучшего. В новых модификациях IPS LCD скорость отклика повышена до 5 и более миллисекунд. При таких показателях они становятся хорошим вариантом не только для просмотра фильмов, но и для игр. IPS-дисплеем снабжены ультрабук Huawei Matebook 13, планшеты Lenovo TAB4 10 Plus, Lenovo Yoga Book C930, Apple iPad Pro 2018 и многие другие гаджеты.
В культовой киноленте главный герой выбирал между красной и синей таблеткой, между реальностью и иллюзиями. Так и выбор матрицы определяет, каким предстанет мир на ваших фото и видео, на экранах телевизоров, дисплеях планшетов и мониторах ноутбуков.
Объектив фотоаппарата формирует изображение, которое попадает на светочувствительную матрицу. Устройство матрицы фотоаппарата таково, что когда фотоны света попадают на его светочувствительную область, то происходит генерация и накопление электрического заряда.
Эта величина заряда напрямую зависит от чувствительности матрицы, интенсивности освещения и его продолжительности воздействия. В литературе можно встретить название ПЗС матрица. ПЗС – это условное сокращение слов «прибор с зарядовой связью». В англоязычной литературе встречается название CCD (Couple – Charged Device).
Как работает матрица
Упрощенно процесс преобразования света в электрический заряд можно свести к следующему. После подачи электрического потенциала образуется потнециальная яма, которая хранит заряд, который в свою очередь обеспечивается внутренним фотоэффектом.
Чем больше яркость света, тем больше количество фотонов упадет на ПЗС-матрицу, и соответственно, больший заряд будет накоплен в яме. Этот заряд иначе называется фототоком. Его значение очень мало и для считывания его требуются дополнительные усилия.
Основные характеристики матрицы
Одной из самых главных характеристик ПЗС – матрицы является ее разрешение. Как правило, разрешение записывается двумя числами, первое из которых характеризует количество столбцов матрицы, второе – количество строк.
Цифровое изображение собирается из маленьких точек, которые называются пикселями. Чем больше количество пикселей содержит матрица, тем четче будет разрешение снимка.
Количество пикселей матрицы исчисляется миллионами, и поэтому для удобства ввели кратную величину, называемую мегапиксель. Именно число мегапикселей с гордостью назовет вам любой продавец при покупке цифрового фотоаппарата в качестве его основной характеристики.
Современные цифровые фотоаппараты обладают разрешением более 10 мегапикселей. Чем больше это разрешение, тем большее количество деталей изображения будет зафиксировано. Но есть обратная сторона – увеличение объема файла изображения и повышение качества снимка.
Гнаться за мегапикселями бессмысленно. Сколько бы устройство матрицы фотоаппарата не включало в себя мегапикселей, качество изображения не будет лучше, если в фотоаппарате стоит дешевая оптика. Вы сами в этом можете убедиться сделав снимки с помощью сотового телефона с матрицей в 5 или 10 мегапикселей и фотоаппаратом с аналогичным разрешением матрицы. Особенно разительным будет отличие при недостаточном освещении.
Читайте также: