Выбираем фотоаппарат. Часть 4. Матрица и объектив

Главные параметры фотоаппарата, как уже неоднократно указывалось в предыдущих частях обзора, определяются характеристиками матрицы и оптики. Это те параметры, которые влияют на качество картинки в первую очередь. В последнее время стало модным гонятся за количеством пикселей в фотоаппарате и совсем не обращать внимания на физический размер матрицы. Это неправильно…

На первом месте должен стоять параметр — ФИЗИЧЕСКИЙ РАЗМЕР МАТРИЦЫ. Только от этого параметра и качества объектива зависят качества фотоаппарата и фотографий. Об этом много пишут, но не все читают специальную литературу. Я постараюсь очень коротко обобщить интернетовскую информацию по данному вопросу, а также сформулировать и пояснить основные понятия. Итак, матрица цифрового фотоаппарата состоит из множества отдельных светочувствительных элементов — пикселей, каждый такой элемент формирует одну точку на изображении. Чем больше разрешение матрицы, тем выше детализация получаемого снимка. Количество пикселей на матрице называется разрешением матрицы и измеряется в мегапикселях (миллионах пикселях). Каждый такой пиксель воспринимает свет и преобразует его в электрический заряд (чем ярче свет — тем сильней заряд). Если бы использовалась информация только о яркости света, то картинка получилась бы черно-белой. Чтобы она была цветной, ячейки покрывают цветными фильтрами, обычно это так называемые RGB фильтры (Red – красный, Green – зеленый, Blue –синий). Фильтр пропускает в ячейку лучи только своего цвета, поэтому каждый пиксель для процессора фотоаппарата имеет либо красный, либо зеленый, либо синий цвет и яркость этого цвета. Эти три цвета являются основными, а все остальные цвета получаются путем смешения основных. Процессор рассчитывает цвет каждого пикселя, анализируя информацию с соседних с ним пикселей. При этом сигнал с матрицы, для процессора будет выглядеть как сигнал от красных, зеленых и синих пикселей с различной яркостью. Таким образом, процессор формирует цифровое изображение. При печати изображения у пикселей появляется физический размер, и именно он и описывается разрешением при печати. Чем больше пикселей на дюйм (pixels per inch — ppi) будет на распечатке, тем менее заметными будут отдельные пиксели, и тем более реалистичным будет выглядеть отпечаток. Чем выше разрешение матрицы, тем более четкую и детализированную фотографию вы можете получить. Так же чем выше разрешение матрицы, тем большего размера фотографию вы можете напечатать без потери качества. Для качественной печати фотографии 10х15 кв.см достаточно фотоаппарата с разрешением 2 Мпикс, для печати фото А4 – 10 Мпикс. Для демонстрации снимков на экране компьютера этого более чем достаточно, поэтому гнаться за большим числом мегапикселей не имеет особого смысла. Гораздо важнее обратить внимание на физический размер матрицы цифрового фотоаппарата. Практически все, кто только начинают пользоваться цифровыми фотоаппаратами либо даже и не слышали о таком понятии, как физический размер матрицы, либо слышали, но не понимают его значимости. А многие просто путают физический размер с разрешением. Однако, на самом деле, физический размер матрицы — это одна из важнейших характеристик, влияющих на качество получаемых фотографий. Ситуация осложняется и окончательно запутывается еще и потому, что вместо реальных геометрических размеров матрицы — длины и ширины в миллиметрах, в паспорте приводятся некие мифические цифры, о которых я упомянул выше и которые понять чрезвычайно сложно.

В Википедии есть хорошее описание размера матрицы.
Размеры фотосенсоров чаще всего обозначают как “типоразмер” в виде дробных частей дюйма (например, 1/1.8″ или 2/3″), что фактически больше реального физического размера диагонали сенсора. Вот основные типоразмеры матриц, которые используются в цифровых камерах и вносятся в технический паспорт аппарата (в дюймах):

1 / 3.2 “; 1 / 2.7 “; 1 / 2,5″; 1 / 1,8″; 2 / 3″; APS-C

Эти обозначения происходят от стандартных обозначений размеров трубок телекамер в 1950-х годах. Они выражают не размер диагонали самой матрицы, а внешний размер колбы передающей трубки. Инженеры быстро установили, что по различным причинам диагональ полезной площади изображения составляет около двух третей диаметра трубки. Это определение стало устоявшимся (хотя и должно было быть давно отброшено). Не существует чёткой математической взаимосвязи между “типом” сенсора, выраженном в дюймах, и его фактической диагональю. Однако, в грубом приближении, можно считать, что диагональ матрицы составляет две трети типоразмера. Если добросовестно посчитать для каждого типоразмера сначала диагональ, а потом определить ее длину и ширину, и нарисовать основные типоразмеры матриц в реальном масштабе, то они будут выглядеть так:

На нижнем рисунке приведены реальные размеры матриц. Давайте теперь составим перечень матриц по типоразмерам:

• Матрицы размера 1 / 3.2″ – самые маленькие матрицы, соотношение сторон 4:3, физический размер 3.4 х 4.5 кв.мм, используются в недорогих и компактных фотоаппаратах.
• Матрицы размером 1 / 2.7″ , соотношение сторон 4:3, физический размер 4.0 х 5.4 кв.мм, используются в недорогих и компактных фотоаппаратах.
• Матрицы размера 1 / 2,5″, соотношение сторон 4:3, то есть 4,3 х 5,8 кв.мм используются в большинстве компактных камер с несменной оптикой.
• Матрицы размера 1 / 1,8″ , соотношение сторон 4:3, геометрический размер 5,3 х 7,2 кв.мм, используются в компактных камерах с несменной оптикой, среднего и выше среднего ценового диапазона (обычно в фотоаппаратах с разрешением от 8 Мпикс и более, но не обязательно).
• Матрицы размера 2 / 3″ , соотношение сторон 4:3, физический размер 6,6 х 8,8 кв.мм иногда используются в дорогих компактных камерах с несменной оптикой.
• Матрицы размера 4 / 3″ , физический размер 18 х 13,5 кв.мм, соотношение сторон 4:3, используются в дорогих камерах.
• DX, APS-C формат, соотношение сторон 3:2, размер около 24 х 18 кв.мм. Матрицы таких размеров наиболее часто встречаются в цифровых зеркальных фотоаппаратах. Они соответствуют «полукадру» 35 мм кадра. Подавляющее большинство любительских, полупрофессиональных и даже профессиональных камер используют матрицы такого размера в силу того, что они относительно дёшевы в производстве и при этом размер пикселя остаётся довольно большим даже при 10 Мп разрешении.
• Полнокадровая матрица размера 36 х 24 кв.мм, соотношение сторон 3:2, по размерам соответствующая классическому 35 мм кадру (3:2). На рынке представлено всего несколько моделей фотоаппаратов с матрицей такого размера. Такие матрицы дороги и сложны в производстве.

Самое высокое качество цифровых фотографий получается с матрицы размером 6х4,5 см. Это примерно 32-40 мегапикселей, а фотографии весят в среднем 160 мегабайт. Кстати, стоимость такой матрицы, без фотоаппарата, составляет 25 000 евро, а с аппаратом до 45 тысяч евро! Как видите, чем больше размер матрицы, тем меньшее увеличение необходимо для получения фотографии. Какое качество фотографии размером А-4 будет с каждой из этих матриц, как вы думаете? Возможно ли получить отличное качество большой фотографии с матрицы компакта размером с горошину, даже если производители пишут, что она размером в 12 мегапикселей? В то время как матрица в 12 мегапикселей у профессионального фотоаппарата  имеет размер  негатива фотопленки — 36мм x 24 мм, что в 1,5 раза больше матрицы APS-C и в 2 раза больше, чем матрица 4/3.

А теперь, когда мы выяснили основные физические размеры матриц, давайте поговорим о том, на что же эти размеры влияют.

Во-первых, размер матрицы влияет на размер и вес самой фотокамеры. Поскольку размеры оптической части линейно зависят от размера матрицы, то фотоаппарат с матрицей 1/1,8″ при прочих равных условиях будет больше по размеру, чем фотоаппарат с матрицей 1 / 2.7″ .

Во-вторых, размер матрицы влияет на количество цифрового шума, передаваемого вместе с основным сигналом на светочувствительные элементы матрицы.

Шумы могут возникать по множеству причин, это либо дефекты в структуре матрицы, либо токи утечки (заряд может пробивать изоляцию и переходить с одного пикселя на другой), так же шум возникает в результате нагрева матрицы (так называемый тепловой шум, когда при повышении температуры на 6-8 градусов шум увеличивается в 2 раза). Сам по себе показатель шума нет смысла рассматривать, о нем нужно говорить в соотношении сигнал/шум. Физический размер матрицы и размер каждого пикселя в отдельности значительно влияют на количество шумов. Чем больше физический размер матрицы, тем больше ее площадь и тем больше света на нее попадает, в результате чего полезный сигнал матрицы будет сильнее и соотношение сигнал/шум будет лучше. Это позволяет получать более яркую, качественную картинку с естественными цветами. Так же при большом размере каждого отдельного пикселя, слой изоляции, разделяющий пиксели друг от друга, толще и меньше зарядов ее пробивает, т.е. токов утечки меньше, а соответственно шумов меньше. Представьте, что на матрице одного и того же размера расположено либо 4 Мпикс, либо 8 Мпикс, и представьте толщину изоляции, которой они разделены друг от друга. Чем меньше пикселей приходится на единицу площади матрицы, тем лучше (выше реальная чувствительность, ниже уровень цветовых шумов, качественнее цветопередача). Кроме того, как уже было написано выше, матрица маленького размера из-за небольшого количества, попадающего на нее света, имеет слабый полезный сигнал, в результате его приходится сильнее усиливать, а вместе с полезным сигналом усиливаются и шумы, которые становятся более заметными.

Реальный размер матриц у современных аппаратов можно увидеть на странице Яндекс-маркет

Вывод

Следовательно, если вы хотите максимальное качество фотографий, покупаете фотоаппарат с максимально большой матрицей, насколько вам может позволить ваш бюджет. Поскольку физический размер матрицы напрямую связан с количеством попадающего на матрицу света, то чем матрица больше, тем качественней будут фотографии в условиях плохой освещенности. Однако, чудес не бывает, и увеличение размера матрицы неминуемо повлечет за собой увеличение размеров и стоимости фотоаппарата.

Теперь, я думаю, всем понятно, почему мыльницы с размером матрицы 5,27х3,96 кв.мм стоят намного дешевле, чем зеркалки с размером матрицы 15,1х22,7 кв.мм. Цена соответствует качеству.

Объектив.

И в заключение несколько слов об объективе. Во вторую очередь после матрицы качество снимка зависит от объектива. Объектив проецирует картинку на матрицу. Чем лучше объектив, тем четче и контрастнее будет картинка. Вот те параметры, которые должен иметь идеальный универсальный объектив.

1. Большой зум

2. Высокое качество картинки

3. Компактный размер

4. Низкая цена

К сожалению, идеальных объективов нет. Из этих четырех пунктов для реальных объективов в лучшем случае выполняются только три, а чаще 2. Одним словом, объектив не может быть компактным, светосильным, обладать супер-зумом и одновременно быть дешевым. Выбирайте, кому что больше нравится.

Чем больше светосила объектива, тем больше возможностей у фотографа снимать хорошие кадры без вспышки в режиме недостаточной освещенности. Со светосильным объективом нет необходимости применять вспышку, которая портит все, и нет необходимости увеличивать значение ISO матрицы, что всегда приводит к повышению шума уже при значении ISO -200 ед.

Диафрагма 1,8 – лучшее значение светосилы объектива компактного фотоаппарата.

Для зеркального фотоаппарата лучше купить объектив с максимальным значением диафрагмы 1,4.

Если вы хотите снимать репортаж, лучше купить объектив с переменным фокусным расстоянием – зум.

Если хотите делать фотографии высокого качества, выбирайте объективы с постоянным фокусным расстоянием.

Принимайте во внимание только оптическое значение увеличения фотоаппарата.

Фокусное расстояние. Чем меньше величина нижнего предела фокусного расстояния компактного фотоаппарата, тем лучше.  Более широкоугольный в этом случае объектив позволит вам сделать более эффектные фотографии и снять всю вашу компанию в комнате. Обычный же объектив не позволит снять более трех человек.

Кстати! Новый объектив Nikon 50mm f/1.4G AF-S Nikkor будет работать с автофокусом и на дешевых зеркальных моделях Nikon.

Удачного вам выбора и хороших покупок!

13.02.2014

Автор Михаил Назаров