Выбор фотоаппарата. Матрица

размер матрицы цифрового фотоаппарата

Эпиграф

Спросите у любого профессионального фотографа – можно ли сделать качественный снимок мыльницей? Спросите – не поленитесь и не постесняйтесь. «Конечно!» — ответит Вам профессионал, и хитро улыбнувшись, добавит – «Но всё дело в мастерстве». На то он и профессионал, чтобы снимать хоть консервной банкой, хоть Марком Твеном (сленговое название аппарата Canon Mark II). Однако в его арсенале почему-то нету компактной мыльницы – одни зеркалки! А почему, задаст вопрос внимательный читатель? Ответ: отличий зеркалки от компакта очень много, но самый главный среди них – матрица. И, хотя целью данной статьи не является рассказ о выборе зеркальной камеры, нам просто придётся время от времени упоминать различия между компактами и зеркальными моделями.

Договариваемся о понятиях – что же такое матрица.

Не хочу здесь давать подробное и точное с точки зрения физики понятие, но хоть что-то сказать надо, чтобы дальнейший разговор стал предметным. Так вот. В плёночные времена функцию регистрации изображения выполняла фотоплёнка. В цифровом же аппарате эту функцию выполняет датчик изображения — матрица. Важное отличие матрицы от плёнки заключается в двойной роли плёнки – регистрация и сохранение световой информации, в то время как матрица только регистрирует изображение, а за сохранение информации отвечает другое устройство – например, энергонезависимая флеш-память.
размер матрицы цифрового фотоаппаратаМатрица состоит из миллионов отдельных светочувствительных элементов – фотодиодов. Именно в них происходит процесс преобразования света в электрический сигнал. Сам датчик изображения не воспринимает цвет, он только фиксирует относительную яркость сцены. Для ограничения спектра света применяются специальные цветные светофильтры. Таким образом, в каждом фотодиоде может быть зарегистрирован только один цвет – красный, зелёный или синий. Вот эта связка фотодиода со светофильтром называется пикселем. (Вообще определение пикселя более широкое – ведь оно относится и к принтерам, и к мониторам, но в общем случае, всегда – это наименьший логический элемент растрового изображения, либо элемент матрицы дисплеев, формирующих изображение).
размер матрицы цифрового фотоаппаратаЧем больше пикселей на единицу площади содержит изображение, тем выше разрешение матрицы, тем более детальным получается изображение. Вот это определение очень важно для дальнейшего изложения. Поэтому рассмотрим его подробнее. В реальной жизни, отвлеченной от настоящей физики, под разрешением понимается только количество пикселей и полностью игнорируется площадь, на которой они располагаются! «Революционное разрешение у новой камеры Х! 18 мегапикселей!», «Пройден новый этап – 12 мегапикселей в телефоне – реальность!» Знакомо? Вот это – основной козырь маркетологов в борьбе за клиента – количество мегапикселей, как основная величина, характеризующая качество аппарата. На самом же деле – разрешение – это не количество, а количество, отнесенное к площади.
От величины пикселя напрямую зависят ряд очень важных величин – светочувствительность матрицы, отношение сигнал/шум, динамический диапазон. Чем они больше, тем матрица лучше – и наоборот. К сожалению, за более подробной информацией отсылаю интересующихся в глубины сети. А пока твёрдо запоминаем два основных положения – чем больше размер пикселя, тем лучше, и чем больше физический размер матрицы – тем лучше.

Размер матрицы.

размер матрицы цифрового фотоаппаратаВообще размер матрицы выражается довольно странной величиной – единица, разделённая на диаметр колбы передающей трубки телекамеры, по стандарту, применяемому в 50-х годах прошлого века. По сути — обратные дюймы. Типичные значения – 1/2.5”, 1/1.7”. Фактически же эти величины скорее отражают тип матрицы, чем несут реальные данные о размерах. Нам с Вами надо запомнить только вот что – чем меньшая величина стоит в знаменателе дроби, тем размер матрицы больше и наоборот.
Если года три-четыре назад странный размер матрицы ещё указывали в ценнике, то сегодня эта важнейшая характеристика является тайной, да такой, что средний продавец о ней даже не знает. Так вот, открываю Вам тайну: физический размер матрицы подавляющего большинства мыльниц составляет 1/2.5”, или, переведя с понятного-только-инженерам-разработчикам на русский – 5.2*3.9 мм. Вот попробуйте представить, в каких условиях приходится жить и трудиться 12-15-18 миллионам(!) фотодиодов, втиснутым в площадь детского ноготка! В остальных (как правило – моделях класса «Премиум» — типа Canon PowerShot серии G, Panasonic Lumix DMC-LX5 и других) моделях применяется чуть большая матрица — 1/1.7” (или 7.6*5.6 мм), или даже больше (флагманский компакт Olympus ZX-1 – 1/1.63”), причем её чаще всего изготавливают с «разрешением» (ну Вы теперь знаете, о чём речь) «всего» в 10 мегапикселей.
Промежуточное значение размера матрицы у относительно нового класса техники – беззеркальных аппаратов со сменными объективами. Большинство игроков рынка выступили на рынке со своими детищами. Появляется и расширяется ассортимент объективов и прочей обвязки для данного класса фототехники. По всему похоже, что его ждёт большое будущее, однако сегодня эти модели ещё очень дороги (пример – Leica M9. Пусть история фирмы, пусть дизайн, пусть легендарная оптика,  но 230 тысяч(!) — пока извините, я попозже зайду). Так вот – их матрица занимает промежуточное положение между матрицами зеркалок и компактов. Качество же изображения вполне сравнимо с «зеркальным», благодаря нешуточным возможностям современных процессоров и программ обработки изображения в самом фотоаппарате.

В зеркальных камерах используется два типоразмера матриц (ну почти два, с небольшими нюансами) — Full Frame (полноразмерная, 24*36мм, как в плёночных аппаратах) и Crop (с англ. crop — обрезать, подстригать) — вдвое меньшая по площади (размеры 14,8-15,8 * 22,2-23,6мм). В одной из следующих статей мы обязательно углубимся в эту тему (смотрите здесь и здесь).

Сколько мегапикселей нужно.

 размер матрицы цифрового фотоаппаратаЧеловек, в повседневной жизни не сталкивающийся с подробностями частной жизни гаджетов, как правило, бывает сильно удивлён, узнав и осознав, как далеко от правильной дороги может увести маркетинговая галиматья из серии «3 ядра – 3 гига» или «Каждому телефону – 12 мегапикселей».
Сколько же пикселей реально необходимо иметь правильным пацанам в своём фотоаппарате? Для наглядности понимания приведу несколько примеров:

  • ЭЛТ телевизор – 786*576 пикселей = примерно 440 КИЛОпикселей;
  • Обычное фото ВКонтакте = фоторамка – 640*480 пикселей = 300 КИЛОпикселей;
  • размер матрицы цифрового фотоаппаратаПлазменная панель стандарта 1080p или 1080i (у них разрешение одинаковое) = монитор 19” – 1920*1080 = почти 2 МП (вы заметили, что мы только теперь добрались до приставки мега-?);
  • Фотография 13*18 см – 3 МП;
  • Фотография 20*30 см (А4) – 6 МП (вот только честно – Вы часто печатаете такие фотки?).

Таким образом, для печати отпечатка размера А4 с лихвой хватит ШЕСТИ мегапикселей. Зачем же тратить деньги на больший размер, если имеющегося качества хватает за глаза? А ведь мы еще не поговорили о размере получающегося файла, который растёт пропорционально площади кадра, то есть в квадрате.

Другие параметры матрицы.

Светочувствительность. Измеряется по стандарту ISO (Международная организация по стандартизации). Светочувствительность матрицы есть величина постоянная, поэтому её увеличение возможно только за счёт усиления сигнала. Понятно, что при этом усиливаются как полезные бактерии составляющие сигнала, так и шумы. (Вот когда нам очень пригодилась бы большая матрица с большими пикселями – как в зеркалке). Поэтому значительно усилить сигнал не получится. Максимальная величина, до которой ещё можно терпеть усиленные шумы и окажется верхней границей диапазона чувствительностей матрицы.

размер матрицы цифрового фотоаппарата

Шумы матрицы

Когда Вы начнёте знакомиться с описанием матриц в литературе, Вы, скорее всего, столкнётесь с интересным эффектом: чем экономичнее (проще) матрица, тем более восторженные о ней отзывы. Вспомнилась аналогия из мира музыки. В журнале рассматриваются модели акустических колонок – от совсем дешёвых до совсем дорогих. Так вот, судя по описанию, к самым бюджетным моделям почти нет претензий – «высокое качество звучания» и всё. А вот к дорогим – и высокие-то у них не совсем прозрачны, и средние какие-то неопределённые, и басы какие-то размазанные… Примерно так и с матрицами – у бюджетных моделей – диапазон ISO 50-6400 (без проблем), а у дорогих – 100-1600 с возможностью расширения до 3200, но уже «с трудом терпимых». Подробнее о светочувствительности, возможностях, регулировке и применении мы поговорим немного позднее, пока же запомним только, что большая чувствительность не всегда хорошо, и где-то рядом с ней притаился коварный враг – шум (подробнее о шуме смотрите статью Чувствительность).
Соотношение сторон кадра. Матрицы компактных аппаратов выпускаются с соотношением сторон 4:3. Некоторые производители ставят на свои аппараты матрицу 16:9, либо предоставляют возможность установки такого соотношения, за счёт обрезки кадра по высоте. В зеркальных аппаратах применяются матрицы с соотношением 3:2, за исключением Olympus’а, который использует свой стандарт – 4:3.
Тип матрицы. CCD (ПЗС) – применяется при изготовлении большинства матриц для фототехники. выпускаются и активно используются компаниями Nikon, Canon, Sony, Fuji, Kodak, Matsushita, Philips. CMOS (КМОП) – до недавнего времени считалась более удобной, но низкочувствительной, поэтому применение было очень ограниченным. К 2008 стала практически альтернативой ПЗС, являясь при этом более дешёвой в изготовлении. Существуют и другие интересные типы матриц, например матрица с обратной засветкой от Sony, матрица EXR-CMOS от Fuji, позволяющая работать в разных режимах в зависимости от ситуации.

размер матрицы цифрового фотоаппарата

Многослойный фильтр матрицы

Неупомянутыми остались ещё несколько понятий, но они не имеют такого большого значения для выбора аппарата неспециалистом. Сюда относятся: особенности упаковки пикселов (в ряды или в соты), способы снятия информации с матрицы (по рядам или со всей матрицы сразу), особенности светофильтров и линзочек над матрицей (у разных производителей – свои ноу-хау) и другие в том же духе. Понятно, что зачастую подобные решения имеют далеко идущие последствия, понятно, что крупные игроки на рынке не жалеют средств на разработку самых невероятных идей, но! Перед тем, как выставить на рынок очередную новинку, он проходит тщательный анализ, поэтому неспециалист, да даже и специалист, в большинстве случаев и не знает о подобных нюансах. Или знает, но не придаёт особенного значения.

Вывод.

размер матрицы цифрового фотоаппаратаМаркетологи довели ситуацию до абсурда. При размере матрицы 1/2.5” и разрешении больше 6 мегапикселей размеры фотодиодов и расстояния между ними делаются настолько микроскопическими, что потеря качества становится неизбежной – на изображении появляются наши зловредные знакомые – шумы. Автоматика камеры борется с ними путём сложной обработки, которая в конечном итоге только ухудшает качество изображения. Существует целый ряд моделей, созданных в двух вариантах – с разным разрешением. Например, Canon PowerShot A3000 и A3100, с разрешением матриц 10Мп и 12Мп соответственно. Но физический размер матрицы – одинаковый — 1/2.5”. Вот он, абсурд в чистом виде: выгоднее для всех, в том числе и для качества изображения — купить более дешёвую камеру с меньшим разрешением. Физику не обманешь – каждый лишний миллион ячеек на матрице уменьшает светосилу, и, следовательно, динамический диапазон, детализацию снимков.
Сегодня на рынке практически не осталось фотоаппаратов с матрицей меньшей 8 Мп, да и они относятся скорее к камерам начального уровня со слабой обвязкой: объектив, эргономика, питание, экран и т.д. (Евгений Козловский в одной из своих статей о фотографии даже посетовал, что не видит способа убедить маркетологов выпускать трёхмегапиксельную камеру с современным процессором, и тем самым победить рынок). Нас (покупателей) практически лишили выбора: только крохотная шумная матрица с фантастическим, ненужным огромным разрешением.
Считаю это главным выводом главы о матрицах: при прочих равных условиях лучше выбирать аппарат с возможно меньшим разрешением. Подчеркну, что этот вывод не распространяется на зеркальные камеры – у них своя свадьба.
Чудесный окончательный вывод: новичкам, которые верят в магию чисел и в то, что высокая кратность зумов является исключительным условием хороших фотографий, предлагают разнообразные ультразумы и 16-мегапиксельные сенсоры.