Что такое зум пиксель

Обновлено: 07.07.2024

Если спросить пользователей смартфонов, что делает камеру лучшей, большинство из них назовет количество мегапикселей. Честно говоря, они не ошиблись бы. Ведь это один из признаков хорошей камеры. Поэтому неудивительно, что производители уделяют им столько внимания – известные бренды демонстрируют мобильные устройства с 12, 16 и даже 30 МП.

Прежде чем мы углубимся в эту тему, нужно разобрать, что такое пиксели.

Что такое пиксели?

На цифровом изображении это – крошечная точка, содержащая визуальные данные; это – крошечные строительные блоки, из которых создается картинка. Общее количество строительных блоков известно как мегапиксели.

Когда говорят, что фотография смартфона имеет разрешение 12 МП, это означает, что она состоит из 12 млн маленьких точек разных цветов (4 млн в ширину и 3 млн в высоту).

Это называется разрешением. Оно определяет детали. Чем больше этих пикселей, тем более детальным будет изображение.

Картинки с высоким разрешением можно распечатать в большом размере, не беспокоясь о пикселизации. Чем меньше количество мегапикселей изображения, тем меньше его физический размер при печати или отображении с оптимальным качеством.

Что влияет на качество изображения?

Среди пользователей распространено мнение, что чем больше мегапикселей, тем лучше качество изображения. Хотя в этом есть доля правды, на самом деле это не так. Точнее, не совсем так.

Есть и другие характеристики, которые влияют на качество картинки, такие как матрица, размер пикселя и линзы, диафрагма.

Матрица

Это устройство, состоящее из светочувствительных фотосайтов (также называемых пикселями), которые улавливают световые фотоны, когда они попадают в камеру. Процессор изображения берет эту световую информацию с матрицы и использует ее для воссоздания изображения сцены.

Разные камеры имеют разные размеры сенсоров. У хорошей будет сенсор, очень близкий к полному дюйму.

Если один телефон имеет матрицу 1/3 дюйма (iPhone X), а другой – 1/1,7 дюйма (Huawei Mate 30 Pro), то датчик 1/1,7 – больший из двух.

Чем меньше размер сенсора, тем хуже будет качество картинки.

Размер пикселя

Пиксели (или фотосайты) на датчике отвечают за улавливание света, попадающего в камеру. Чем они больше, тем больше света может уловить датчик. В результате получаются хорошо экспонированные изображения даже в условиях плохого освещения.

У хорошей камеры телефона будет не только большой сенсор, но и довольно большие пиксели. Это особенно важно для сенсоров камерофонов из-за того, насколько все они маленькие. Если пиксели слишком малы, изображения будут искажены явным цифровым шумом.

Если светоприемные области датчика недостаточно велики, чтобы принимать много света, то шум будет очень заметен.

В 2020 году самый большой размер пикселя на сенсорах камеры составил 2,4 мкм, как у Huawei P40 Pro. Интересно, что у P30 Pro пиксели меньше (0,8 мкм). Однако, как и во многих смартфонах с большим количеством мегапикселей, в нем используется их объединение.

Объединение позволяет соединить соседние пиксели на датчике вместе для создания более крупных пикселей. Например, Samsung Galaxy S20 Ultra может увеличивать размер с 0,8 мкм до 2,2 мкм.

Если в камере телефона маленький сенсор и пиксели, полученные фото будут низкого качества.

Диафрагма

Это диаметр отверстия, через которое свет попадает в камеру. Он работает почти так же, как радужная оболочка наших глаз, которая расширяется или сжимается, чтобы регулировать количество света, попадающего на фоторецепторы в задней части глаза.

Насколько темным или ярким будет изображение, зависит от размера этого отверстия, который выражается в диафрагмах. Чем меньше значение диафрагмы, тем шире отверстие и, следовательно, тем больше света попадает на датчик.

Пиксел - (от слов picture element- элемент изображения) представляет собой элементарную цветную точку, совокупность которых образует изображение.

Матрица состоит из мегапикселов, или миллионов пискелов. Чем их больше, тем выше разрешение камеры. Современные камеры обладают матрицами с разрешением 4,6,8 и более Мпикс. Например, для печати фотографий в форматах 10х15 и 15х20 вполне достаточно разрешения 4 или 6 Мпикс.

Из чего состоит матрица?

Матрица состоит из множества светочувствительных ячеек – пикселов.
Каждая ячейка при попадании на нее света вырабатывает электрический сигнал, пропорциональный интенсивности светового потока. Поскольку используется информация только о яркости света, картинка получается черно-белой. Чтобы она была цветной, ячейки покрывают цветными фильтрами. В большинстве матриц каждый пиксел покрыт красным, синим или зеленым фильтром, в соответствии с цветовой схемой RGB (red-green-blue). Используют только три цвета, так как эти цвета – основные, а все остальные получаются путем их смешения. Фильтр пропускает в ячейку лучи только своего цвета.

Полученная на матрице картинка состоит только из пикселов красного, синего и зеленого цвета – именно в таком виде записываются файлы формата RAW (необработанный формат). Для записи файлов JPEG и TIFF камера анализирует цветовые значения соседних ячеек и рассчитывает цвет пикселов.

Обычно фотоаппраты бывают 2, 4, 8, 16 мпкс. Соотношение сторон кадра компактных цифровых фотоаппаратов изготавливаются с соотношением сторон 4:3, редко 16:9. В зеркальных цифровых фотоаппаратах применяют матрицы с соотношением сторон 3:2. В меню фотоаппарата пользователь может выбрать соотношение сторон из имеющихся в фотокамере вариантов, например 16:9, 3:2, 4:3, 1:1, 4:5. При этом кадра будет обрезан по высоте или ширине.

Что такое зум? Какие виды зума бывают?

Зумом называют возможность объектива камеры увеличивать объекты съемки в несколько раз. Число раз, в которые камера может "приблизить" объект, называется кратностью зума.
Если мы говорим о цифровой камере, то необходимо разделять два термина: оптический зум и цифровой зум.

Оптический зум – это то изображение, которое вам позволяет сделать камера при помощи оптических линз. Другими словами, это плавный переход от общего плана к крупному без потери качества(!). Оптический зум 3Х – 4Х означает, что камера, изменяя фокусное расстояние линз, может «приблизить» вас к снимаемому объекту в 4 раза.

Цифровой зум просто увеличивает фрагмент, как это бы сделал графический редактор. При этом новых пикселей не добавляется, а просто увеличивается размер имеющихся. Следовательно, теряется качество изображения. Картинка не выявит никаких новых деталей. Тот же результат можно получить, если увеличить этот снимок на компьютере при помощи графического редактора.

Пример фрагментов пейзажа, полученых с использованием оптического и цифрового зума.

Результат:


Использовалось приближение оптическим зумом	Использовалось приближение цифровым зумом

Экспозиция

Экспозиция - это количественная мера световой энергии, падающей на светочувствительный элемент, результат взаимодействия параметров диафрагмы и выдержки.
Часто употребляется термин -экспонирование, в течение которого происходит съемка. Если значения выдержки и диафрагмы выставлены верно, то кадры будут выглядеть натурально и соответствовать действительности. От экспозиции во многом зависит качество снимка — недостаточная экспозиция (называемая фотографами недодержкой) приводит к плохой проработке деталей в тенях, избыточная экспозиция (передержка) — к плохой проработке светлых участков.

Переэкспонированный кадр	Недоэкспонированный кадр	Фотография с правильной экспозицией

Выдержка

Выдержка - время воздействия света на чувствительный материал - матрицу (или пленку).
Это время, в течение которого затвор фотоаппарата остается открытым, и свет воздействует на матрицу. Выдержка измеряется в секундах. Показатель выдержки также выбирается в зависимости от творческих задач фотографа:

Если требуется снять объект, движущийся на большой скорости – необходимо установить малое время выдержки, например 1/1000 – это будет соответствовать времени воздействия света, равного 1/1000 секунды.

Для съемки с проводкой – четкого изображения движущегося объекта на размытом фоне – понадобятся средние выдержки: 1/30 – 1/60 сек.

Для неподвижных объектов оправдано применение длительных выдержек, особенно для ночной съемки, когда максимально открытой диафрагмы недостаточно для нормальной экспозиции.

Короткая выдержка. Света не хватило для правильного экспонирования.	Длительная выдержка. Изображение выглядит естественно.

движущиеся объекты получаются размытыми;
фотокамера будет реагировать на малейшие движения рук и смещения аппарата, в этих случаях необходим штатив или неподвижная опора для фотоаппарата.

Диафрагма

Диафрагма - устройство в объективе, позволяющее изменять количество света, попавшего на пленку.
Диафрагма изменяет диаметр «отверстия», тем самым регулирует количество света, который освещает матрицу. Диаметр «отверстия» характеризуется диафрагменным числом (в обиходе – диафрагмой).

Например, для портретной съемки выбирают малое диафрагменное число, 3,5. Это позволяет делать фигуру человека резкой, а задний план размытым. Для пейзажной съемки нужно выбирать большее диафрагменное число - 4 или 5,6 или даже 8, чтобы все объекты в кадре были резкими.

Глубина резкости

Глубина резкости изображаемого пространства – это расстояние между двумя плоскостями в пространстве, в пределах которых объекты на снимке воспринимаются четкими, а не размытыми.
Выбором диафрагмы можно изменять глубину резко изображаемого пространства. Таким образом, можно создавать различные художественные эффекты.

Регулирование глубины резкости используется для того, чтобы акцентировать объект съёмки, находящийся в окружении других, второстепенных предметов. Традиционным примером является портрет, когда необходимо получить резкое лицо и размытый фон. Небольшая глубина резкости позволяет легко добиться этого эффекта. В качестве обратного примера можно привести пейзажную съёмку, где для резкой передачи деталей, как на переднем, так и на заднем плане, необходима максимальная глубина резкости.

Пример получения разной глубины резкости:

Диафрагменное число f 2.8 Выдержка 1/600	Диафрагменное число f 8 Выдержка 1/25

Чем больше диафрагменное число (чем меньше диаметр отверстия диафрагмы), тем больше глубина резкости.
Чем дальше от объектива находится объект съёмки, тем больше глубина резкости.
Чем меньше фокусное расстояние объектива (чем больше угол зрения объектива), тем больше глубина резкости.

Фокуcноe paccтояниe объeктивa

Фокусное расстояние - расстояние между пленкой и оптическим центром объектива, сфокусированного на бесконечность. По соотношению фокусного расстояния и диагонали кадра объективы подразделяются на нормальные, короткофокусные, длиннофокусные, а также на объективы с переменным фокусным расстоянием.

Коpоткофокуcныe объeктивы обecпeчивaют большиe углы обзоpa. Объeктивы c большим фокуcным paccтояниeм пpeдcтaвляют cобой тeлeобъeктивы c мaлыми углaми обзоpa, но позволяют снимать удаленные предметы с большим, чем у обычных объективов увеличением.

Что такое ISO?

ISO - это числовой параметр, который регулирует светочувствительность. Чем он выше, тем ярче и насыщеннее будут ваши фотографии.
То есть, чем выше значение ISO, тем меньше света и времени требуется матрице, чтобы запечатлеть кадр без вспышки. Но(!) c увеличением чувствительности матрицы, увеличивается так называемый шум (неприятная зернистость). С увеличением выдержки снимок может получиться нерезким (начиная с выдержки 1/60 сек).

В данном примере фотограф установил разные ISO при прочих равных условиях.

ISO = 50	ISO = 400

Что такое DPI и почему именно 300 DPI?

Существует два разных понятия о разрешении изображения.

1. Абсолютное разрешение фотографии - размер изображения в пикселах. Если фотоаппарат имеет матрицу 8 MegaPixel, которая формирует изображение размером в пикселах 3264*2448, то и в файл оно будет записано такого же размера 3264*2448. Важно понимать, что если после редактирования в какой-либо программе снимок остаётся такого-же размера, то и разрешение его не изменится.

2. DPI (аббревиатура от англ. dots per inch (точек на дюйм) - величина, определяющая количество точек (элементов растрового изображения) на единицу площади (или единицу длины). Это разрешение определяет, насколько детальным будет ваше изображение при печати. Т.о. реальное разрешение в DPI получается только при печати, исходя из формата бумаги и размеров фотографии в точках. Пока неизвестны параметры печати, и фотография находится у вас на компьютере, у такой фотографии нет понятия DPI. Оно обретет смысл только при выводе на печать.

Фотоаппарат с матрицей 6 MegaPixel даст вам фотографию 3000 на 2000 пикселов. Попробуем напечатать имеющуюся на компьютере фотографию размером 3000 на 2000 пикселов с разрешением в 300 DPI. Учтем, что 1 дюйм это 2,54 см. Таким образом, при 300 DPI в каждом дюйме будет 300 пикселей. Разделив длину 3000 на 300 получим кол-во дюймов = 10 . Переведя в см, получим длину 25,4 см. Тоже самое сделаем с шириной. (2000/300)*2.54 = 16.9 см. Наша фотография (3000 на 2000 пикселей) при печати с разрешением 300 DPI будет иметь размеры отпечатка 25.4 см на 16.9 см.

Возьмем обратную ситуацию. Требуется напечатать фотографию 4х6 дюйма (10х15 см).
Фотография размером 600x900 пикселей (0.5 Мпи), будет напечатана разрешением 150dpi
Фотография размером 1200x1800 пикселей (2 Мпи), будет напечатана разрешением 300dpi
Фотография размером 2400х3600 пикселей (8 Мпи), будет напечатана разрешением 600dpi

Таким образом, значение DPI, записанное в файл, хранящийся на компьютере, не влияет на качество фотографии.

Откуда же берется запись DPI в свойствах файла? В свойствах файла записывается рекомендуемое разрешение просмотра на мониторе. Вы можете поменять это значение на любой другое целое число. При этом никаких изменений в качестве фотографии, хранящейся у вас на компьютере, не произойдет. Если вас просят изображения именно в 300 DPI, смело меняйте это значение в файле! Сделать это можно в Photoshop, Exif Pilot и других редакторах.

Что обозначает гистограмма?

Гистограмма представляет собой график, по которому можно оценить яркость фотографии. Другими словами, это диаграмма распределения яркостей снимка – от самой тёмной области до самой яркой. Шкала снизу разделена пропорционально уровням яркости: слева она соответствует самым тёмным областям снимка, а справа – самым светлым, с оттенками серого между ними. По вертикальной шкале отложено количество пикселов. Гистограмма позволяет более точно установить экспозицию.

В каком формате снимать?

Некоторые камеры позволяют выбрать формат фотографий.

Тренажер для фотографа

Литература и интернет-справочники:

1. Н.М. Биржаков Цифровое фото в простых примерах. Москва "Олма-Пресс" 2006г.

В современных смартфонах и фотоаппаратах зум может быть двух типов, и они кардинально отличаются между собой. Рассказываем, чем именно.

Если в описании смартфона или фотоаппарата вы видите, скажем, строку «10-кратный зум», не спешите радоваться. Может получиться так, что этот зум — цифровой, и при его максимальном значении качество получается отвратительным. С оптическим все иначе: разница в качестве картинки будет практически незаметна при любом значении. Так что не помешает знать, чем отличаются эти два варианта.

Что такое оптический зум?

Фотоаппарат с оптическим увеличением «приближает» изображение перед его захватом. Это происходит путем физического перемещения линз внутри объектива камеры относительно друг друга. У некоторых фотоаппаратов объектив при использовании функции в буквальном смысле выезжает вперед. Так вы условно «приближаетесь» к объекту, который хотите заснять. Линзы увеличивают изображение объекта и позволяют заснять его без потери качества.

Чтобы уяснить себе разницу между двумя типами приближения, надо запомнить две принципиальных пункта об оптическом типе:

оптический зум — это «хардверный» вариант увеличения;
приближение происходит до съемки.

Что такое цифровой зум?

Камера с цифровым типом приближения снимает изображение с того отдаления, на котором вы находитесь физически. А потом увеличивает определенную его часть, которую вы хотели бы снять поближе, при помощи программного обеспечения. Кусочек картинки в буквальном смысле вырезается и растягивается до максимального количества мегапикселей, которое имеет сенсор вашей камеры. Фотоаппараты с высоким разрешением могут увеличивать изображение с минимальной потерей качества, но большинство любительских уже при значениях 5х (пятикратный зум) превращают картинку в набор заметных пикселей.

Отличие программного зума от «оптики», таким образом, следующее:

цифровой зум — это «софтверный» вариант увеличения;
приближение происходит после съемки.

Какой зум лучше: цифровой или оптический?

Разберемся, какой вид приближения дает лучшее качество снимка. Если вам хоть раз приходилось программно увеличивать картинки, нам кажется, вы уже догадались. Но все-таки объясним. При цифровом приближении обрезается часть изображения, а затем увеличивается до разрешения, с которым снимает ваша фототехника (например, 4000 x 3000, если у ваc аппарат c датчиком на 13 Мп). Понятное дело, что из-за этого качество снимка снижается по сравнению с исходным — пиксели растягиваются, картинка размывается.

А вот между оптическим зумом и разрешением фотографии нет никакой связи. «Оптика» увеличивает объект съемки до определенного размера, как если бы вы навели на него лупу. А фотоаппарат снимает «изображение под лупой». Таким образом, у вас получается снимок увеличенного объекта с максимальным разрешением (тем же 4000 x 3000).

Так что «хардверный» вариант, разумеется, дает намного более качественные снимки по сравнению с программным. Современные смартфоны часто имеют оба типа зума — правда, при оптическом линзы остаются неподвижными, но используются разные типы объективов. Например, недавно представленный vivo X50 Pro (мы его уже тестировали) умеет 5-кратный оптический зум, а с добавлением оптического может «приближать» объекты в 60 раз!

Если зума нет, а хочется.

Цифровое приближение применяется в большинстве компактных бытовых фотокамер, а также в ручных видеокамерах, «глазках» видеонаблюдения и большинстве смартфонов. Что же делать, если хочется делать красивые снимки на телефон, а на профессиональную технику бюджета нет? Посоветуем пару штуковин, которые добавляют «оптику» к камере обычного мобильника.

Внешние объективы для смартфона

Они надеваются как прищепка на корпус смартфона. Таким образом, вы можете использовать и преимущества «оптики», и цифровое увеличение телефона, чтобы в комбинации получить вполне себе четкий снимок. На рынке представлен большой ассортимент таких аксессуаров с разной степенью приближения. Их цена варьируется в районе 500-1500 рублей. Выгоднее покупать комплекты типа такого.

Более продвинутый, но менее мобильный вариант, позволяющий снимать на смартфон четкие видео с приближением — монокуляр с треногой. Тренога устанавливается в нужном месте, к конструкции клипсой крепится смартфон так, чтобы глазок фотообъектива «смотрел» в монокуляр. И все — можно выкручивать «оптику», приближая объект съемки.

Итого: не ведитесь на уловки, не гонитесь за максимально большим зумом. Скорее всего, он будет цифровым, и использовать большие значения вы не сможете. А вот оптический зум — реальный помощник фотографа.

Вот еще несколько интересных материалов на тему фотосъемки:

Масштабирование, как и многие другие характеристики камеры, немного сложнее, чем можно представить в рекламных кампаниях. Производители смартфонов, такие как Samsung, теперь могут похвастаться 10-кратным, 50-кратным или даже 100- кратным увеличением. Но возможно ли это вообще? Давайте посмотрим на разницу между оптическим и цифровым зумом.

Что на самом деле означает масштабирование?

Что такое зум и что значит 5x или 10x? С точки зрения оптической физики, не так много, потому что зума не существует.

Увеличение объектива (насколько объектив увеличивает удаленные объекты) зависит от его фокусного расстояния и результирующего поля зрения. Объектив с большим фокусным расстоянием (по сравнению с размером датчика изображения ) имеет меньшее поле зрения. Это заставляет далекие объекты казаться ближе, чем через объектив с более коротким фокусным расстоянием.

Существует достаточно факторов, чтобы линзы не продавались в зависимости от того, насколько они увеличивают объекты; скорее они продаются на основе их фокусного расстояния.

Маркетинг широкоугольного объектива Huawei P40 Pro утверждает, что он имеет 0,6-кратный оптический зум. Huawei

Однако производители смартфонов используют зум несколько иначе. Увеличение 1x широко принято в качестве поля зрения основной камеры. Смартфоны, такие как iPhone 11 Pro, добавляют еще более широкий объектив и называют это 0,5-кратным зумом, вместо того, чтобы сбрасывать 1x до нового самого широкого угла.

В отличие от компактных камер, это означает, что вы можете ожидать в основном одинакового грубого увеличения с разными смартфонами с 10-кратным увеличением.

Huawei P40 Pro также имеет объектив перископа с 5-кратным оптическим зумом. Huawei

Все, что вам действительно нужно знать, это то, что масштабирование зависит от основного фокусного расстояния объектива и размера сенсора, а также от реальности.

Но в чем разница между оптическим и реальным увеличением (я буду продолжать использовать это слово для удобства, но на самом деле я имею в виду «видимое увеличение» или «более узкое относительное поле зрения»)?

Как работает оптический зум

Оптический зум обеспечивается объективами с большим фокусным расстоянием, по крайней мере, по отношению к размеру сенсора камеры. Длинный телеобъектив для цифровых зеркальных фотоаппаратов, подобных тем, которые используют спортивные фотографы на играх, имеет фокусное расстояние от 500 до 1000 мм. Вот почему они такие здоровенные.

На камерах меньшего размера фокусное расстояние может быть меньше. Компактные камеры могут получить отличный оптический зум с объективами 100 мм. Они все еще довольно большие, но намного меньше, чем телескопы, используемые на футбольных матчах.

В смартфонах производители начали использовать линзы перископа для лучшего оптического увеличения. Они смогли установить 5-кратный зум-объектив (примерно эквивалент увеличения 100-миллиметрового объектива на зеркальной фотокамере, так что неплохо) в свои флагманские телефоны, не делая их толще. Это действительно захватывающее событие.

Тем не менее, 5x еще далеко от 100x, так как же производители добиваются этого со своими заявлениями?

Как работает цифровой зум

Возьмите, например, снимок ниже с iPhone Xs. В этом телефоне есть 2-кратный оптический зум и 10-кратный цифровой зум. Увеличенный снимок имеет заметно меньшее разрешение.

Это проблема цифрового зума. В то время как оптический зум увеличивает без потери качества изображения, цифровой зум его уменьшает. И чем больше вы увеличиваете масштаб, тем хуже становится качество изображения.

Усилить!

Таким образом, производители смартфонов используют следующие приемы, чтобы улучшить цифровой зум и минимизировать потерю качества:

Использование сенсоров невероятно высокого разрешения: Samsung Galaxy S20 имеет телеобъектив на 64 МП. Такой датчик с высоким разрешением означает, что нужно обрезать больше изображения и, следовательно, иметь больший цифровой зум.
Pixel binning: Объединение нескольких пикселей в единый супер-пикселей обеспечивает более высокое качество на цифровое увеличение в изображениях, а не только кадрирование позже.
Искусственный интеллект и машинное обучение: многообещающие перспективы в области фотографии. Производители фотоаппаратов могут использовать его для автоматического повышения качества изображений с цифровым увеличением.

Однако высокие уровни цифрового увеличения невозможны без оптического увеличения. Эти безумные 50- и 100-кратные зумы возможны только потому, что они представляют собой гибрид оптического и цифрового зума. Настоящий оптический объектив выполняет часть тяжелой работы, в то время как цифровые методы обеспечивают более заметный зум.

Samsung, возможно, увеличивает свои показатели масштабирования , но есть настоящие улучшения в технологии линз, лежащие в основе некоторой шумихи.

Максимальное использование Zoom

Нынешняя ориентация на увеличение камеры в смартфонах интересна. Однако в определенный момент это становится просто глупо.

Объектив с 5-кратным или даже 10-кратным оптическим зумом открывает множество интересных возможностей съемки для людей. Это также делает специализированные камеры еще более востребованными. С таким зумом вы можете фотографировать своих детей, занимающихся спортом, диких животных в саду за домом и все остальное, к чему вы физически не можете приблизиться.

Хотя цифровой зум автоматически не является плохой вещью (особенно, когда им не злоупотребляют), у слишком большого увеличения есть некоторые недостатки. Конечно, есть потеря качества изображения, но также становится все труднее делать фотографии.

При 20-кратном или 30-кратном увеличении (что примерно эквивалентно 1000 мм на зеркальной фотокамере) вам нужно держать телефон невероятно неподвижно, чтобы сделать хороший снимок. Малейшее подергивание приведет к размытому фото, и все, что вы пытаетесь сфотографировать, выйдет за пределы кадра.

Это также при условии, что вы снимаете при хорошем освещении. При слабом освещении вам понадобится штатив для вашего смартфона, чтобы получить что-то, напоминающее резкое фото.

Читайте также: