Матрица: ключевые аспекты и мегапиксели
Рассматриваем понятие матрицы в контексте фотографии, обсуждаем её основные характеристики и поясняем, почему количество мегапикселей не всегда является решающим фактором для оценки качества изображения в современных условиях.
Матрица — это ключевая составляющая фотоаппарата, которая улавливает свет и преобразует его в цифровые данные изображения. Ранее фотоаппараты использовали светочувствительную плёнку для записи изображений. Матрица в зеркальном или цифровом фотоаппарате является технологическим развитием этого принципа. Матрица состоит из множества миниатюрных фотодиодов, каждый из которых обладает светочувствительностью и преобразует попадающий свет в электрический сигнал. Каждый фотодиод соответствует одному пикселю цифрового изображения. Таким образом, пиксель матрицы — это крошечный квадратик, которому соответствуют определенные цвет и уровень яркости, зафиксированные фотодиодом. Все пиксели вместе формируют изображение, которое отображается на мониторе или экране.
В современных устройствах они настолько мелкие, что невооруженный глаз не способен различить отдельные пиксели, и изображение воспринимается как единое целое. В современных камерах количество пикселей (то есть фотодиодов на матрице, улавливающих свет) может достигать огромных значений, измеряемых в миллионах штук. Иными словами, речь идет о мегапикселях (Мп). Число мегапикселей обозначает количество миллионов пикселей, из которых состоит матрица. Чтобы определить это число, достаточно умножить количество пикселей по горизонтали на их количество по вертикали. Например, если у нас есть матрица размером 5184x3456, то количество мегапикселей составит 18 (5184×3456=18 мегапикселей). Максимальное разрешение Canon EOS 850D составляет 6400×4000 пикселей, что эквивалентно 24 МП. Термин “разрешение матрицы фотоаппарата” означает количество пикселей по длине и высоте. Кажется, что все просто: чем больше мегапикселей у матрицы, тем лучше.
Однако это было актуально в прошлом, когда технология только развивалась. Более важным является физический размер пикселя (фотодиода) на матрице. Если он больше, на него попадает больше света и на фотографии будет меньше шумов. Вот почему, если вечером снять один и тот же объект на смартфон и фотоаппарат, то на фотографии с фотоаппарата будет меньше шумов, а качество изображения будет выше. Несмотря на то, что по количеству мегапикселей смартфон может превосходить камеру! Дело в том, что физический размер пикселей у смартфона значительно меньше. Именно поэтому профессиональные камеры и полупрофессиональные камеры никогда не были компактными.
Матрица представляет собой прямоугольную пластину со светочувствительными элементами на ней. Чем больше эти элементы (которые впоследствии становятся пикселями), тем выше качество изображения. Пиксели могут иметь одинаковый размер на матрицах разных размеров. Однако в этом случае их будет меньше, и разрешение камеры будет ниже. Теоретически, чем больше матрица, тем больше на ней можно разместить фотодиодов большего размера. Матрицы могут быть разных форматов. За условную точку отсчета размеров принимается полный кадр. Физический размер полнокадровой матрицы составляет 36x24 мм.
Кроп-фактор является условным коэффициентом, который указывает, насколько меньше матрица камеры по сравнению с полнокадровой матрицей. Полнокадровая матрица служит отправной точкой, и именно по этой причине в приведенной ниже таблице кроп-фактор полнокадровой матрицы равен единице. Камеры с матрицей меньшего размера, чем полнокадровая, называют “кропнутыми”.
Кроп-фактор уменьшает угол обзора, поскольку захватывает меньшую область по сравнению с полнокадровой камерой. Это подобно тому, как смотреть через свернутый в трубку лист бумаги: без него виден полный вид, а с ним – только отдельные детали. Для кропнутых камер существует своя оптика, не подходящая для полнокадровых камер. У Canon такая оптика маркируется буквами EF-S, у Nikon – DX. Например, объектив Canon EF-S 10–18mm или Nikon 35mm f/1.8G AF-S DX. Фирма Sony обозначает свою полнокадровую оптику маркировкой FE, тогда как маркировка E используется для кропнутой оптики. Например, Sony E 18–105mm f/4 G OSS PZ и Sony FE 24mm F1.4 GM. На кропнутую камеру можно поставить оптику для полнокадровой камеры, однако угол обзора при этом будет меньше.
Степень зернистости и уровень детализации изображения на фотографии зависят от размера матрицы. При съемке в условиях недостаточного освещения, вечером или ночью, эти параметры становятся особенно важными. В светлое время суток, при ярком солнечном свете, разница будет не столь заметна. Динамический диапазон обозначает способность камеры фиксировать широкий спектр яркостей без потери качества в областях тени и света. Этот параметр также улучшается с увеличением размера матрицы. Глубина цвета, то есть количество оттенков и полутонов, которые способна зафиксировать камера, также напрямую связана с размером матрицы. Это становится особенно заметно на фотографиях с однотонными зимними пейзажами. Однако стоит отметить, что данный параметр важен не всегда. Размер камеры, как правило, прямо пропорционален размеру матрицы - чем больше матрица, тем больше и тяжелее камера. Кроп-фактор определяет широту обзора камеры. Меньший кроп-фактор соответствует более узкому обзору. Визуально объект, снятый на камеру с кропнутым сенсором, кажется ближе.
Этот параметр, если его рассматривать в контексте матрицы, отражает взаимосвязь между значением ISO и способностью камеры улавливать детали изображения. Чем выше значение ISO, тем меньше деталей может зафиксировать камера и тем больше вероятность появления шумов на изображении. Минимальное значение ISO может варьироваться в зависимости от модели камеры, но в большинстве случаев оно начинается от 50 или 100. Например, для Nikon D5600 этот диапазон составляет от 100 до 25000, в то время как для PENTAX K-70 - от 100 до 3200.
Матрицы различаются в зависимости от технологии, используемой в их производстве. В недавнем прошлом основными конкурирующими типами были: – CCD (Charge-Coupled Device, ПЗС в русской аббревиатуре), в которых мельчайшей структурной единицей является диод. – CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor, КМОП в русской аббревиатуре), основанные на транзисторах с различной проводимостью каналов. В настоящее время большинство фотоаппаратов оснащены CMOS-матрицами, поскольку они имеют ряд преимуществ, таких как низкое энергопотребление, меньшее количество шумов на изображениях, лучшая работа в условиях низкой освещенности и более низкая стоимость производства по сравнению с CCD-матрицами.
Стабилизация изображения в фотографии считается полезной функцией, которая помогает уменьшить размытость изображения, особенно при съемке с рук с использованием длинных значений выдержки. Многие производители, такие как Sony, Panasonic, Olympus и Nikon, внедряют эту технологию в свои продукты. Примером может служить Sony Alpha A7C или Panasonic Lumix DC-GH5, которые обе имеют матричную стабилизацию. Несмотря на то что стабилизация считается маркетинговым ходом, поскольку она не является универсальным решением для всех проблем, профессионалы все же признают, что штатив остается наиболее надежным способом фиксации камеры. Более того, стабилизация может быть менее эффективной при использовании очень длинных выдержек (более 1 секунды). Если сравнивать матричную и оптическую стабилизацию, то первая имеет преимущество в виде отсутствия влияния на светосилу объектива, что является положительным моментом. Однако оптическая стабилизация считается более эффективной и надежной.