Размер имеет значение

Мегапиксельная гонка привела к появлению компактных фотоаппаратов, делающих снимки в высочайшем разрешении. Однако качество таких фотографий оставляет желать лучшего.

Leika S2 (около $28 000) Основные типы матриц Foveon ХЗ Еще большие матрицы Все владельцы цифровых фотоаппаратов знают, что количество мегапикселей — важная, но отнюдь не самая главная характеристика. в условиях плохого освещения шумы превращают даже самую хорошую фотографию в набор зернистых пятен. Этот эффект особенно заметен при высоких значениях ISO и проявляется в разноцветных точках на фотографии и искажении цветов. А все из-за того, что компактные фотоаппараты оснащаются слишком маленькой по размерам матрицей, содержащей огромное количество пикселей. CHIP поможет вам разобраться во всех технических нюансах и расскажет о характеристиках, которые в большей степени влияют на качество фотографий, чем количество мегапикселей.

Матрицы: технические основы цифровой фотографии

Компактные цифровые фотоаппараты обычно основаны на CCD-матрице (Charge-Coupled Device — «прибор с зарядовой связью»), выполненной на основе кремния и состоящей из светочувствительных элементов. Преобразование фотона в электрон происходит за счет внутреннего фотоэффекта. Затем заряды каждого отдельного пикселя последовательно считываются и усиливаются.

Зеркальные цифровые фотокамеры Canon и Nikon оснащены CMOS-матрицами (Complementary Metal Oxide Semiconductor — КМОП).

Каждый пиксель в таких матрицах снабжен собственным усилителем считывания, а выборка сигнала может происходить произвольно по аналогии с микросхемами памяти. К основным преимуществам CMOS-матриц относится более низкое энергопотребление и более высокое быстродействие по сравнению с CCD-матрицами. Кроме того, отдельные усилители считывания повышают чувствительность в условиях плохого освещения, а возможность произвольного доступа к пикселям можно использовать для обеспечения качественного режима живого просмотра изображения на ЖК-экране фотоаппарата.

На данный момент матрицы типа CMOs наряду с CCD являются наиболее распространенными и передовыми. Однако существует еще и матрица Fujifilm Super CCD, которая по техническим параметрам очень близка к обычной CCD, а также Foveon X3 с послойной схемой цветоделения — в данный момент она используется лишь в камерах компании Sigma.

Вне зависимости от строения матрицы на практике важно лишь то, насколько велика площадь, на которой расположены пиксели. Именно эта площадь является решающим фактором при определении размера каждого из пикселей и расстояния между ними. Чем меньше размер пикселя, тем меньше он получает света. И чем ближе друг к другу расположены пиксели, тем больше порождается шумов.

Типы матриц и их особенности

CCD / CMOS : почти везде. На этих матрицах светочувствительные элементы, воспринимающие три основных цвета (красный, зеленый и синий), выстроены в шахматном порядке. Размер CCD и CMOS-матриц постепенно увеличивается. При одинаковом количестве пикселей большая поверхность играет решающую роль для меньшего количества шумов.

SUPER CCD EXR : теперь еще лучше. На Fujifilm Super CCD EXR, модифицированной форме обычной CCD-матрицы, ячейки расположены в виде сот. Красные и синие ячейки сгруппированы попарно, что снижает шумы, так как одноцветные пиксели находятся рядом. Первые камеры с матрицами Super CCD EXR появились на рынке в начале 2009 года.

FOVEON X 3: гениальный незнакомец. Первоначально Foveon ХЗ-матрицы использовались только в камерах фирмы Sigma (DPI и SD14). На них пиксели расположены в три слоя. Они одинаково чувствительны к синему, зеленому и красному цветам. Технология использует физический эффект, согласно которому волны различной длины проникают в матрицу на разную глубину.

Размеры матрицы: в полном формате у пикселей достаточно места

Размер матрицы обычно указывается либо по диагонали в долях дюйма (1 дюйм = 2,54 см — например, 1/1,7″ или 2/3″), либо по длинам сторон в миллиметрах. При этом стоит учитывать, что публикуемый в формате 1/n дюйма размер не является линейным размером диагонали матрицы. Это условность, соответствующая внешнему диаметру некой виртуальной трубки видикона (передающая электронно-лучевая трубка). Трубка видикона проецирует кружок изображения, диаметр которого приблизительно равен 2/3 внешнего диаметра трубки. Например, диагональ матрицы формата 1/1,7″ равна приблизительно 9,9 мм.

Самыми большими на данный момент являются среднеформатные матрицы (45×30 мм), которые вскоре будут встраиваться в камеры Leica S2.

Во многих более дешевых моделях цифровых зеркальных фотоаппаратов сейчас используются так называемые полноформатные матрицы размером 36×24 мм, потому уместить на них достаточное количество пикселей не составляет проблемы.

Немного меньше по размеру матрицы формата APS-C, которые используются в зеркальных моделях среднего класса. С размерами примерно 25×16,7 мм на них достаточно места для размещения большого количества пикселей — от 6 до 14 миллионов. При таких условиях качество фотографий не страдает и шумы не представляют проблемы.

Формат Four-Thirds используется компаниями Olympus и Panasonic в их DSLR-камерах. Размер такой матрицы составляет 17,3×13 мм и на них размещается около 10 млн пикселей.

Компактные камеры обычно оснащаются очень маленькими матрицами. Несмотря на это, они зачастую содержат такое же количество пикселей, как и некоторые модели цифровых зеркальных фотоаппаратов. Поэтому борьба с шумами в них представляет собой весьма непростую задачу. Если фотография сделана в отпуске, в хорошую погоду, то разница не столь заметна: при таком освещении камеры работают с невысокой светочувствительностью (ISO 100).

Однако при плохом освещении, начиная с ISO 400, у большинства компактных камер становятся заметны шумы. На фотографиях появляются огрехи — у некоторых компактных камер уже начиная с ISO 200. В цифровых зеркальных камерах этот эффект проявляется в основном начиная с ISO 800.

В последнее время некоторые модели компактных камер стали оснащаться относительно большими по размеру матрицами формата 1/1,7″, содержащими от 12 до 14 млн пикселей. Например, Sony Cyber-shot DSC-W300 (13,4 Мпикс) показывает вполне приличные результаты.

Вывод

Большое количество мегапикселей само по себе не гарантирует получение снимков отличного качества. Если размеры матрицы небольшие, то цифровые шумы испортят не одну сотню фотографий, особенно при плохом освещении.

Наш совет прост: при выборе цифрового фотоаппарата обращайте внимание не только на его разрешающую способность, но и на тип и формат установленной матрицы. При прочих равных условиях предпочтение стоит отдавать фотоаппаратам с матрицами большего размера — более крупные пиксели улавливают больше света.