Матриця фотоапарата - її пристрій, характеристики, рекомендації з вибору
Матриця фотоапарата - один з основних компонентів сучасної фототехніки. На її поверхні будується зображення, яке фіксується чутливими елементами (їх називають пікселями). Існує безліч ефективних алгоритмів подальшої обробки сигналу, але саме матриця варто на самому початку електронного тракту фотокамери і найбільшою мірою впливає на якість фотознімку.
До появи матриці використовувалася плівка. Принципово пристрій фотоапарата з тих пір змінилося мало. Зображення, як і раніше, будується об'єктивами різних типів на світлочутливої поверхні, а далі за допомогою різних технологічних процесів переноситься або на папір, або на дисплей комп'ютера. Але матриця має перед плівкою одна істотна перевага - миттєве отримання результату. Саме це головним чином і визначило повсюдне застосування матриць в якості фотосенсорів.
Пристрій і типи матриць
Сучасна матриця - це мікросхема, поверхня якої складається з безлічі чутливих до світла елементів. Кожен елемент є самостійним світлоприймач, що перетворює падаючий на нього світло в електричний сигнал, який після попередньої обробки записується на карту пам'яті. Зображення, яке ми бачимо, складається із сукупності записаних в цифровому вигляді сигналів з кожного елемента, а значить, має дискретну структуру.
Існує дві технології перетворення світла в сигнал, на яких може працювати матриця фотоапарата. Перша заснована на властивості напівпровідникових діодів накопичувати електричний заряд під впливом світла, і носить назву ПЗС (прилад із зарядним зв'язком) або CCD (те ж саме по-англійськи). Друга технологія також використовує накопичення заряду, але в якості приймача застосовується не діод, а транзистор, що дозволяє організувати посилення сигналу безпосередньо в самому светочувствительном елементі. Ця технологія називається КМОП (розшифровка мало що скаже неспеціалісту, приводити її не буду) або CMOS по-англійськи. Відповідно існують і два типи матриць - ПЗС і КМОП.
Перша матриця працювала за технологією ПЗС, оскільки ця технологія простіше і була впроваджена першої. Зараз більш перспективним вважається принцип КМОП, оскільки попереднє посилення сигналу безпосередньо в елементі матриці дозволяє підвищити чутливість, знизити шуми, скоротити енергоспоживання і зменшити вартість матриці. Незважаючи на це, ПЗС матриці все ще продовжують використовуватися і сьогодні.
Елементи, з яких складається матриця фотоапарата, здатні фіксувати тільки інтенсивність падаючого на них світла. Для того, щоб записати колір. необхідно, як мінімум, три таких елемента (таку кількість пов'язано з особливостями сприйняття кольору людським оком, мають три види колбочок), кожен з яких відповідає за свою область спектра. Щоб реалізувати колірну чутливість, перед кожним елементом ставиться світлофільтр, який пропускає тільки цілком певний колір - червоний, зелений або синій (модель RGB - Red-Green-Blue - яка використовується в переважній більшості матриць).
Таким чином, виходить, що матриця складається з набору трьох видів сенсорів, при цьому розташовуватися вони можуть різними способами - чотирикутником, у деяких матриць шестикутником, та й кількість елементів різного кольору може бути різним. Наприклад, в широко поширеному фільтрі Байєра на кожен червоний і блакитний елемент доводиться два зелених, при цьому вони ще й розподілені випадковим чином. Це зроблено, щоб змоделювати підвищену колірну чутливість людського ока до зеленого кольору.
А що ж тоді таке всім відомий піксель. Це легко зрозуміти, якщо уявити собі, що фотоапарат працює так само, як око. Зображення будується зіницею (об'єктив), сприймається сітківкою з паличками і колбочками (матриця) і обробляється мозком (процесор). Власне саму картинку ми бачимо мозком, адже структура сітківки так само дискретна, як і матриця фотоапарата.
Так ось піксель - це логічна структура, що формується в результаті обробки сигналу процесором фотоапарата за спеціальними алгоритмами. Піксель може складатися і з одного світлочутливого елемента, і з трьох і більше. Наприклад, у вже знайомому нам фільтрі Байєра колір кожного елемента обчислюється за інформацією, отриманою від оточуючих його елементів, а отже, піксель складається з одного світлочутливого елемента. У різних матриць і алгоритмів це може бути по-різному.
За великим рахунком, нам все сказане не так важливо. На технологічному полі б'ються виробники фототехніки, випускаючи все більш досконалі матриці і постійно покращуючи алгоритми обробки зображень. Що дійсно потрібно розуміти, так це те, що для нас як користувачів, матриця складається з пікселів. кожен з яких є елементом зображення, що несе інформацію про інтенсивність світла і його кольорі. А алгоритм обробки ми взагалі навряд чи дізнаємося, оскільки свої ноу-хау виробники бережуть як зіницю ока.
Ми розглянули, як влаштована матриця фотоапарата, а тепер перейдемо до її основних характеристик, розуміння сенсу яких допоможе вам правильно вибрати хороший фотоапарат.
Розмір матриці
Найважливіша характеристика. І ось чому. Будь-приймач випромінювання володіє шумами. т. е. на корисний сигнал завжди накладається паразитний шум. Матриця не є винятком. З теорії відомо, що чим більше світла надходить в приймач випромінювання, тим менше відносний вплив шуму. Звідси випливає очевидний висновок: чим більше площа чутливого елемента, тим більше на нього падає світла, тим менше шум.
Таким чином, щоб матриця менше шуміла, вона повинна мати більший розмір і менше пікселів. В цьому випадку можна буде знімати з більшою чутливістю ISO, з довгими витримками. в темний час доби, вночі і т. д. і отримувати при цьому фотографії високої якості. Розглянемо, які розміри мають сучасні матриці.
Історично склалося так, що замість того, щоб просто вказати розміри, наприклад в міліметрах, для позначення розмірів матриць використовуються малозрозумілі і заплутані величини типу 1 / 2,7 ". Це довжина діагоналі матриці в частках дюйма (треба ж таке придумати!). Проте, таке позначення вказується найбільш часто, і є думка, що це робиться спеціально. щоб заплутати споживача, оскільки виробники не дуже люблять афішувати розмір матриці. З розміром тісно пов'язане поняття кроп фактора - відносини діагоналі повного кадру до діагоналі матриці, який також не цілком очевидний, але часто вказується в характеристиках фотоапарата.
Найбільша матриця з доступних (среднеформатниє ми тут розглядати не будемо через їх дуже високу вартість) має розмір повного кадру 24х36 мм (кадр малоформатної плівкової камери). Така матриця застосовується в повнокадрових зеркалках і дорогих бездзеркальних фотоапаратах. Відрізняється високою чутливістю, малими шумами і відмінною якістю зображення.
Всі інші матриці менше. Найменші використовуються в компактних любительських мильницях. вони ж мають і самі низькі показники. Зате і ціна таких фотоапаратів досить доступна. Рекомендація тут одна: купуйте фотоапарат з більшою матрицею.
роздільна здатність матриці
Друга важлива характеристика. Відповідає за деталізацію зображення. Вимірюється в мільйонах пікселів - мегапикселях (Мпікс.). Чим більше дозвіл, тим більшого формату фотографію можна надрукувати і більше збільшити зображення на моніторі. Іншими словами, тим більша кількість інформації несе цифровий знімок.
На жаль, ця характеристика сильно постраждала в маркетингових війнах виробників фототехніки. Коли цифрова фотографія тільки починалася, дозвіл дійсно було головним параметром матриці. Тоді матриця фотоапарата мильниці мала дозвіл 3 - 4 Мпікс. а у професійних дзеркалок близько 6. Цього мало, оскільки з 6 Мпікс. можна надрукувати фотографію розміром не більше А4, але ж це професійна камера!
Але потім почалася гонка мегапікселів. яка призвела до того, що якість зображення недорогий мильниці з 16 Мпікс. стало гірше, ніж у дзеркалки з 10 Мпікс. Маленька матриця 1 / 2,7 "просто не в змозі забезпечити прийнятний світловий потік для 16 Мпікс. втиснутих в 5,27х3,96 мм. Знімок виходить гучним, шумоподавляющіе алгоритми замилюють картинку, чіткість падає. Загалом, біда. А адже з 16 Мпікс можна було б легко надрукувати фотографію 40х30 см і навіть більше (!). Правда, в разі матриці більшого розміру (наприклад, формату APS-C розміром 25,1 × 16,7 мм). а не з тієї, про яку я говорю.
Ви самі повинні вирішити, фотографії якого формату будете друкувати або розглядати на моніторі. А рекомендація тут полягає в тому, що краще вибрати матрицю з меншим дозволом, але з великим розміром, вона точно буде працювати краще. Наприклад, для матриць згаданого вище формату APS-C оптимальним можна вважати дозвіл 12 - 16 Мпікс. А чи часто ви друкуєте фотографії формату А3?
світлочутливість матриці
Ця характеристика визначає можливість матриці реєструвати слабкі світлові потоки, т. Е. Знімати в темряві або з короткими витягами. Визначається в одиницях міжнародного стандарту ISO. Як ми вже говорили вище, чим більше чутливість, тим більше шумів. Матриця фотоапарата типу КМОП шумить менше, ніж ПЗС. Велика за розмірами менше, ніж маленька. З меншим дозволом менше ніж з великим.
Зазвичай фотоапарат налаштований за замовчуванням на чутливість 100 ISO. Якісні великі матриці на 200 ISO. Рекомендую знімати з якомога меншою чутливістю. Підвищення чутливості призводить до шумів і виправдано тільки тоді, коли по-іншому зняти кадр взагалі неможливо, наприклад, вночі без штатива або швидкого руху об'єктів в умовах недостатньої освітленості. У всіх інших випадках встановлюйте чутливість якомога менше.
Співвідношення сигнал / шум матриці
Цей параметр як раз і відображає гучність матриці. Практично ми вже розглянули, як матриця фотоапарата створює шуми і від чого вони залежать. Додам лише те, що крім типу, розміру, чутливості, шум залежить ще і від температури матриці, чим вона вища, тим шум більше. А при інтенсивній роботі матриця нагрівається. У бездзеркальних фотоапаратах матриця працює постійно, а в зеркалках тільки в момент спрацьовування затвора, тому при інших рівних умовах матриці навіть аматорських дзеркальних фотоапаратів шумлять менше.