Почему размер матрицы камеры и размер записываемого файла могут различаться

Обновлено: 04.07.2024

В мире фотографии используется разнообразное количество матриц, их типоразмеров от разных производителей. Однако, все они подчинены одним и тем же принципам работы.

Начнем мы с самой маленькой частицы, с одного пикселя. Сразу оговоримся, что пиксель это не корректное обозначение в фотографической матрице, правильно –сенсель (сенсель — от sensor element)однако этот вариант не прижился и во всем мире говорят пиксель. Задача каждого пикселя, передать информацию о том, сколько он получил света. Эта информация выражается в количестве тока прошедшего через него. Частица настолько мала, что уже сейчас не далек тот день, когда всего несколько фотонов (мельчайших частиц света) смогут передавать информацию одному пикселю. Чем больше фотонов попало на пиксель, тем более сильный ток регистрирует процессор, «понимая», таким образом, сколько света получил пиксель. Учитывая, что в матрице используется огромное количество пикселей, то работа процессора нагружается с ростом увеличения этого числа. Производители фототехники, увеличивая матрицу или её разрешение (Разрешение–число пикселей на единицу площади), меняют процессор на более производительный или ставят их несколько. Таким образом, каждый пиксель в матрице «видит» мельчайший участок общего изображения в зависимости от расположения его на матрице. Для того чтобы фотография получалась цветная, пиксели закрыли цветными фильтрами, таким образом три рядом стоящих пикселя передают разную информацию о том, сколько света они получили, в соответствии с теми фильтрами, которые на них установлены. Грубо говоря, все изображения черно-белые, но из-за фильтров на пикселях они несколько разные, в дальнейшем три черно-белых изображения накладываются друг на друга и им сообщаются цвета. Это происходит гораздо сложнее, чем мы описали, но данной информация достаточно для понимания работы матрицы. Более глубокое изучение предмета приведет нас уже не к изучению фотографии, а к изучению физики и радиоэлектроники. Наша цель другая, понимать, что маленькому пикселю, просто необходима ваша помощь, для того чтобы количество света упавшего на него было достаточным, оставаясь при этом таким, как вы бы хотели видеть на изображении.

В нашем глазе около 135-140млн. рецепторов, это своего рода маленькие пиксели которые позволяют нам все видеть, при этом учитывая, что у нас два глаза, мозг получает информацию от почти 300Мп источника! В современной матрице пиксели в полном формате перешагнули рубеж в 50 Мпикс. И продолжают увеличивать это количество, прогресс не остановится и после преодоления возможностей человеческого глаза. А по некоторым позициям, современные матрицы обошли возможность человеческого глаза. Безусловно, мы расскажем о технической стороне устройства фотоаппарата, но вы как фотографы, должны понимать, что техническая часть, не будет иметь большого значения, в конечном счете, больше и важнее будет сам момент съемки, творческое начало и ценность момента запечатленного изображения. Сколько же нужно пикселей для фотосъемки? Необходимо понимать и осознавать, что вы в дальнейшем планируете делать с полученным изображением. Огромное количество информации о матрицах, плотности пикселей и т.п. можно прочитать в интернете. Некоторые писатели обзоров пишут верно, но, как правило, следствие и выводы не совсем верны. Нужно понимать, что производители матриц и фотоаппаратов не станут выпускать в рынок технику хуже, чем предыдущие модели, соответственно выводы «умников», что большое количество пикселей, вредит изображению в корне не верно, оно верно только с позиции неизменности факторов. Почему-то свежеиспеченные блогеры или консервативные фотографы, считают себя умнее групп наилучших инженеров трудящихся над созданием новой модели фототехники, понимаете, что это как минимум глупо. Пример: Грузовой автомобиль нагрузили щебнем в 6 тонн, и он продемонстрировал чудесные показания, проехал со скоростью 60 км/ч, 250 км. Через несколько лет выпустили новый грузовик и нагрузили в него по объему столько же но уже свинцовой дроби, весом 12 тонн. И вот, на данном этапе начинается обсуждения, «умников», что он не сможет проехать, что дробь слишком тяжела, рассматривается размер дробин и т.д. и т.п. Однако грузовик проехал со скоростью 80 км/ч. 300 км. Потому что у него новый двигатель, новое шасси и т.п.

Важно понимать, что любая новейшая техника, лучше ранее выпущенной, и это касается не только фотоаппаратов, бывают исключения, которые стоит рассматривать отдельно, почему же они стали вдруг хуже, но это не про фототехнику.

Что необходимо понимать про матрицу? Количество пикселей – количество информации, чем больше пикселей, тем больше информации о снимке и это всегда хорошо. Из большого количества данных можно выбрать данные необходимые, остальные вырезать, а из меньшего количества, больше уже не сделать. В начале урока мы задали вопрос, как будет использоваться полученный снимок. Например, размер монитора – Full HD 1920×1080 (16:9) 2,07 Мпикс. Размер формата А4 – 2480х3508 при плотности 300dpi (количество точек на дюйм при печати) составляет 8,7Мп. Соответственно 10 на 15 примерно – 2 Мпикс. получается, что 50 Мпикс. матрица и не нужна вовсе? Это не так. Большее количество пикселей позволяет более творчески подходить к работе, вы сможете кадрировать (обрезать) фотографию довольно долго без потери качества для печати. Плакат размером А3- это уже почти 35Мп! Получается, что для работы нужен фотоаппарат с большим разрешением? Нет, достаточно иметь фотоаппарат, который будет отвечать запросам клиента, помните, мы разговаривали о пленке и количество её разрешения определили в 25 Мпикс? Так вот, для практически всех нужд этого будет вполне достаточно. Для печати плаката, вам не нужно 300dpi (Dots per inch — мера разрешения изображения, измеряется числом точек, приходящихся на линейный дюйм поверхности. Например: 300dpi означает, что на один квадратный дюйм нанесли 90000 точек), так как его смотрят на более дальнем расстоянии от глаз, чем фотографию 10 на 15см, поэтому смело можно посчитать плакат А3 в 150 или даже 72 dpi. Давайте посчитаем, какой размер фотографии можно напечатать с матрицы размером 24Мп. Получаем размер изображения 6000 на 4000 пикселей. Если мы используем разрешение 72 dpi то размер фотоотпечатка будет 6000/72 и 4000/72 дюймов , получаем по длинной стороне 83,3 дюйма, по короткой 55,5 дюймов, один дюйм 2,54см. получается 211см на 140 см. или грубо в свободной речи можно произнести фразу: « Два на полтора». Вот такую фотографию можно распечатать, а по правилу просмотра нужно отойти от нее на 1,5 длины диагонали, длина диагонали у нас, по теореме Пифагора =2,5 метра, получается, что просматривать данный формат нужно с дистанции–3,75 м. с такого расстояния, человек не увидит, что разрешение 72 или 300, сможет полноценно насладится вашим творческим замыслом, в галереях рекомендуем выставлять ограждение, чтобы не было возможности подойти ближе, однако если вы распечатаете с разрешением 300dpi, то такой необходимости не будет, можно рассматривать вплотную… Данный пример приведен не для рекомендации в покупке, а пониманию вопроса. Минус матриц с низким разрешением понятен – проигрываем в размере конечного снимка, но есть и плюсы. Нет смысла, снимать на камеру в 36 Мпикс блюда с едой, если вам надо сделать меню или разместить их в интернете, для этих целей может подойти фотоаппарат и с 12 Мпикс. С большим запасом по разрешению. Аналогично и в работе с рекламой авто в интернете. При работе на пляже фотографируя отдыхающих с обезьянками или еще кем либо. Много еще где необязательно, а точнее мы настоятельно рекомендуем НЕ использовать высокое разрешение на камерах, там, где это не требуется. Минусы высокого разрешения заключаются в большей части в мифах, но есть и реальные: 1. Объем информации измеряется в мегабайтах, соответственно нужны более мощные карты памяти и компьютер для обработки старенький уже не подойдет, обязательно надо это понимать. 2.Не все объективы смогут реализовать потенциал матрицы, а те что смогут, очень не дешевы. 3. Производители борются с проблемой «шевеленки» (микросмаз), но все равно про это не стоит забывать. Больше минусов нет.

На этом рисунке указаны размеры матриц, без привязки к мегапикселям. Однако можно понимать, что легкое кадрирование, фотографии может резко сократить количество пикселей вашей фотографии, поэтому старайтесь кадр строить правильно до нажатия на спуск, если есть такая возможность. Помните, что обрезая фотографию вы обрезаете и стоимость вашего фотоаппарата.

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.

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.

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.

Читайте также: