Преобразование оптического сигнала в цифровых фотокамерах

Матрицы, имеющие размеры  как у кадра фотопленки — 24х36 мм, называют «Full Frame» (FF). Ими оснащаются дорогие профессиональные камеры. Между  тем, размеры матриц современных  фотоаппаратов принято соотносить с размерами классического пленочного кадра.

На рисунке даны сравнительные  размеры сенсоров различных фотокамер  и полноразмерной матрицы (кадр 35 мм пленки).

 

 

Типоразмер матриц

Тип	Соотношение сторон	Диагональ	Ширина	Высота
1/3.6"	4:3	5.000	4.000	3.000
1/3.2"	4:3	5.680	4.536	3.416
1/3"	4:3	6.000	4.800	3.600
1/2.7"	4:3	6.721	5.371	4.035
1/2.5"	4:3	7.182	5.760	4.290
1/2"	4:3	8.000	6.400	4.800
1/1.8"	4:3	8.933	7.176	5.319
1/1.7"	4:3	9.500	7.600	5.700
2/3"	4:3	11.000	8.800	6.600
1"	4:3	16.000	12.800	9.600
4/3" 1,3(3)"	4:3	22.500	18.000	13.500
1.8" (APS-C)	3:2	28.400	23.700	15.700
кадр 35 мм	3:2	43.300	36.000	24.000

Размеры матриц фотокамер

№	Модель камеры	Обозначение в  дюймах	Размер матрицы  мм	Кроп
1.	ФЭД	плёнка 35 мм	36 x 24	1
2.	Nikon	"APS-C"	23.7 x 15.6	1.5
3.	Pentax	"APS-C"	23.5 x 15.7	1.5
4.	Sony	"APS-C"	23.6 x 15.8	1.5
5.	Canon	"APS-C"	22.3 x 14.9	1.6
6.	Olympus	4/3	18.3 x 13.0	2
7.	компакт	1"	12.8 x 9.6	2.7
8.	компакт	2/3"	8.8 x 6.6	4
9.	компакт	1/1.8"	7.2 x 5.3	4.8
10.	компакт	1/2"	6.4 x 4.8	5.6
11.	компакт	1/2.3"	6.16 x 4.62	6
12.	компакт	1/2.5"	5.8 x 4.3	6.2
13.	компакт	1/2.7"	5.4 x 4.0	6.7
14.	компакт	1/3"	4.8 x 3.6	7.5

Совсем не обязательно  запоминать эти сведения. Достаточно просто понимать, что число 1/1.8 больше, чем, скажем, 1/3, но значительно меньше размера APS-C.

Если вы вздумаете пересчитать  дюймы в миллиметры, то обнаружите явное расхождение в цифрах. Дело в том, что по давней традиции здесь  использованы нестандартные "телевизионные" дюймы, применявшиеся раньше для  обозначения размеров видиконов  телекамер.

Ещё один термин, напрямую связанный  с размером кадра - кроп-фактор (англ. «crop-factor»). Это всего лишь коэффициент, показывающий во сколько раз диагональ  вашей матрицы меньше диагонали 35-мм кадра. Большинство зеркальных цифровых камер оснащены матрицей так  называемого формата APS (22 х 15 мм), что  означает кроп-фактор 1.6. Переход от миллиметров к кроп-фактору удобен по двум причинам:

1. Зеркальные цифровые  аппараты используют объективы,  предназначенные для 35-мм камер,  и фокусное расстояние на этих  объективах пишут в расчете  именно на 35-м кадр. За счет  того, что размер матрицы меньше, на ней запечатлевается только  часть картинки, проецируемой объективом, то есть, на итоговом снимке  мы имеем большее увеличение  при прочих равных. Или, говоря  другими словами, меньший угол  обзора. Эквивалентное фокусное  расстояние при этом увеличивается  ровно в K раз, где K - кроп-фактор .

2. Даже если у вас  незеркальная камера и эквивалентное фокусное расстояние объектива вы уже знаете, кроп-фактор тоже может быть полезен. Например, для расчета зоны ГРИП (глубины резко изображаемого пространства), которая, скажем, в портретной зоне, после ряда упрощений определяется формулой (K*A)*P2/32, где К - кроп-фактор, А - диафрагменное число, Р - диагональ прямоугольника на расстоянии фокусировки, полностью занимающего кадр. Как видим, для портретной зоны ГРИП пропорциональна значению диафрагмы и при уменьшении размера матрицы уменьшается также пропорционально. Например, у компактной ЦФК с матрицей 1/1.8" (кроп-фактор примерно равен 5) при прочих равных (одинаковое ЭФР, расстояние до объекта, величина диафрагмы) ГРИП будет в 5 раз больше чем у пленочной камеры. Иногда это минус (хуже размывается фон при портретной съемке), но везде можно найти и плюсы. Так, для макросъемки увеличенная глубина резкости очень часто полезна.

Одним из преимуществ зеркальных фотоаппаратов является возможность  смены объектива, и кроп-фактор —  главная характеристика, определяющая совместимость объектива и ка-меры. Также этот параметр позволяет легко рассчитать фокусное расстояние и, соответстве-нно, поле зрения системы «камера-объектив».

Устанавливая объектив, кроп-фактор которого не подходит для Вашей камеры, Вы рискуете повредить зеркало фотоаппарата, так как такой объектив может  иметь иной рабочий отрезок, расчетное  расстояние от тыльной стороны объектива  до матрицы. Поэтому при работе со сменными объективами мы рекомендуем  обращать внимание на значение кроп-фактора, которое обозначается как Kf.

Еще раз подчеркнем, что  кроп-фактор зеркального фотоаппарата — фиксированная величина, жестко привязанная к размерам матрицы. Поэтому при выборе формата матрицы  Вашей будущей камеры поинтересуйтесь  также ассортиментом объективов соответствующего кроп-фактора. Ведь не исключено, что однажды Вы решите расширить свой «арсенал».

Теперь давайте подумаем: зачем вообще делать матрицы разного  размера? Причин для этого несколько. Во-первых, матрица небольшого размера  позволяет резко уменьшить габариты и вес оптической системы, ведь сюжет  теперь нужно проецировать на участок  совсем небольшой площади и площадь  линз тоже можно уменьшить. Во-вторых, себестоимость производства светочувствительных  матриц сильно зависит от их размера (маленькая матрица на порядок  дешевле полноразмерной). Именно поэтому  любители фотографии получили в свое распоряжение недорогие компактные камеры с отличной "дальнобойной" оптикой. Но везде есть и оборотная  сторона: у матриц небольшого типоразмера  наблюдаются проблемы с размытием  фона (см. выше) и с наличием шумов. Поэтому для тех, кому это критично, выпускаются более качественные модели с матрицами увеличенного размера, которые, конечно, и стоят  подороже, и имеют бОльшие габариты/массу.

Пропорции в  цифровой фотографии

Пропорция фотоснимка –  это не что иное, как отношение  высоты изображения к его ширине. Пропорции квадрата составляют один к одному (1:1), а 35-мм фотопленки – 1,5:1. Большая часть размеров ПЗС-матриц находится в этих пределах. В некоторых  цифровых камерах пропорции матрицы  и видоискателя не совпадают. В этом случае вы не сможете получить полное представление о фотографируемой  сцене.

Изображение	Ширина х Высота	Пропорциональность
пленка 35 мм	36 х 24 мм	1,50
монитор	1024 х 768 пикселей   800 х 600   640 х 480	1,33
Nikon 959	1600x1200 пикселей	1,33
Фотобумага	4 x6дюймов(10х 15 см)	1,50
Фотобумага	8 х 10 дюймов (20 х 25 см)	1,29
HDTV  (цифровое телевидение)	16 x 9	1,80
Стационарное	8 1/2 x 11	1,29

Для того чтобы вычислить  пропорции любой ПЗС-матрицы, необходимо разделить большее число в  разрешении камеры на меньшее. Например, если матрица имеет разрешение 1800 х 1600, необходимо разделить 1800 на 1600. В  данном случае пропорциональность 1,33 не совпадает с пропорцией 35-мм пленки (рис. 9).

Если пропорция полученного  при помощи цифровой камеры изображения  не совпадает с пропорциями устройства вывода на печать или экран, то изображение  преобразуется до их размеров, а  следовательно, возможно его искажение.

На больших датчиках меньше глубина резкости, нежели на малых, а значит легче добиться эффекта  размытия заднего плана. И на большом  размере матрицы объектив, поставленный на фотоаппарат, будет более широкоуголен, чем поставленный на обрезок, а на обрезке – станет более длиннофокусным. Пропорции прямоугольников говорят  именно об этом, а не только о кропах, пикселях, размерах матриц и прочей, далёкой от фотоискусства и творчества информации.

Кстати, эти прямоугольники говорят и о стоимости тоже! Когда авторитетно рассказывают, что цена зеркалки упала почти  до размеров топовых компактов, то забывают сказать что это самая дешёвая  зеркалка из любительского класса, и при этом не упоминают о разнице  в цене топовых зеркалок и мыльниц  нижнего диапазона за 3 тысячи рублей - а разница эта огромна:)

Меньше всего матрица  в фотокамерах мобильных телефонах. Вот реклама от фотокамеры мобильника Тошибы:

"Toshiba объявила о том,  что она обновила и расширила  модельный ряд ПЗС матриц Dynastron для встраивания в мобильные  телефоны и коммуникаторы. Две  новые модели, 3,2-мегапиксельный  сенсор ET8EE6-AS и 2-мегапиксельный ET8EF2-AS – существенный прогресс в  уменьшении размеров ПЗС матриц  для мобильных телефонов и  прочих устройств, снабженных  фотокамерой. Обе новые модели  ПЗС матриц представляют собой  существенный шаг вперёд в  области миниатюризации при сохранении  высокого разрешения. Сенсор ET8EE6-AS представляет  собой 3.2-мегапиксельную ПЗС матрицу  размером 1/3.2 оптического формата,  превосходя предыдущее достижение  компании – размер формата  в 1/2.6 дюйма."

Кстати, уже появился ещё  меньший формат - 1/4 дюйма.

Вот так - "существенный прогресс в уменьшении размеров ПЗС матриц"!

Куда больший размер имеют  матрицы в зеркалках. На рисунках ниже мы можем сравнить размеры матрицы  компактов и зеркальных фотоаппаратов. Зеркальная фотокамера укомплектована, в основном, матрицей формата "APS-C", которая имеет размер 22.7 х 15.1, или 23.7 х 15.6 мм.

Компакты  

1/3.2"   1/2.7"   1/2.5"   1/1.8"   2/3"  
Компакты и мыльницы имеют малый размер, вес и приемлемую цену. Это их основное, главное и, пожалуй, единственное преимущество :)

Кропнутые зеркальные камеры

Матрица у таких зеркалок куда больше, чем у компактов, но, тем не менее, эти зеркалки называют "фотокамера с кропнутой матрицей", камера с урезанным сенсором и  даже обрезок... Вы думаете матрицу "обрезали" чтобы уменьшить размер фотоаппарата, или сделать его дешевле? Нет, это просто попытка удешевить  производство, а цену продаж оставить на том же уровне). В общем, матрицы  сделали меньшего размера чем  плёночный кадр. На картинках изображён  сенсор формата 4/3 (в основном это  зеркалки Олимпус), а рядом формат APS-C - Nikon D50, Canon EOS 400D, Pentax K10D и многие другие. Первые в 2 раза мельче полнокадровых  матриц, APS-C - меньше в 1.5-1.6 раза. Увы, такие  фотокамеры меньше габаритами почему то не стали, чем плёночные зеркалки! Для камер APS-C нередко выпускают "цифровой" объектив с меньшей  световой площадью покрытия, но можно  использовать и старую "плёночную" оптику - если позволяет байонет (стыковочное  крепление объектива с фотокамерой). При этом следует помнить - используя  неавтофокусные объективы, придётся фокусироваться вручную.

Зеркальные камеры  полнокадровые 36x24 мм

Больший сенсор имеют, как  правило, очень дорогие профессиональные фотокамеры, у них размер матрицы - как у плёночного кадра: 36 х24 мм. Интересно, что выпускать их начали позже цифромыльниц и позже обрезанных цифрозеркалок. Для матриц с большей площадью требуется объектив, покрывающий эту площадь, в данном случае полнокадровый (например, плёночная оптика). А вот наоборот не выйдет. Т.е. маленький объектив для кропнутых фотокамер на полноразмерной матрице использовать нельзя...

Итак, подведём итоги. Чем  больше матрица, тем больше возможностей у камеры, как по цветопередаче, как  по разрешению, так и по размерам печатного оттиска. Цена фотоаппарата в очень значительной степени  зависит от матрицы.

Литература

Реферат подготовлен по материалам сайтов:

http://www.a-photo.net

http://www.photokit.ru

http://www.fotopapa.com

http://www.fotogl.com

http://www.mobi.ru

http://www.kroupski.ru

http://digital.pho.to

http://i-see-world.ru