Матрица фотоаппарата

Матрица. Объектив. Фотоаппарат.





Матрица фотоаппарата – один из основных компонентов современной фототехники. На ее поверхности строится изображение, которое фиксируется чувствительными элементами (пикселями). Матрица существенно влияет на качество фотоснимка.  Существует множество эффективных алгоритмов дальнейшей обработки сигнала, поступающего с матрицы.
Матрица является аналогом фотопленки. Все остальное в фотоаппарате в “послепленочный” период изменилось мало. Изображение, как и раньше, строится объективами разных типов на светочувствительной поверхности, а далее, посредством различных технологических процессов, переносится либо на бумагу, либо на дисплей компьютера. Но матрица имеет перед пленкой одно существенное преимущество – мгновенное получение результата. Именно это главным образом и определило повсеместное применение матриц в качестве фотосенсоров.

Матрица фотоаппарата
Матрица фотоаппарата

Современная матрица — это микросхема, поверхность которой состоит из множества чувствительных к свету элементов. Каждый элемент является самостоятельным светоприемником, преобразующим падающий на него свет в электрический сигнал, который после предварительной обработки записывается на карту памяти. Изображение, которое мы видим, состоит из совокупности записанных в цифровом виде сигналов с каждого элемента, а значит, имеет дискретную структуру.
Существует две технологии преобразования света в сигнал, на которых может работать матрица фотоаппарата:
– технология CCD (charge-coupled device) или ПЗС (прибор с зарядовой связью) основана на свойстве полупроводниковых диодов накапливать электрический заряд под воздействием света (первые матрицы работали на этой технологии);
– технология CMOS (Complementary metal–oxide–semiconductor, CMOS sensor) или КМОП (комплементарная структура металл-оксид-полупроводник) также использует накопление заряда, но в качестве приемника применяется не диод, а транзистор, что позволяет организовать усиление сигнала непосредственно в самом светочувствительном элементе. Эта технология считается более перспективной, так как предварительное усиление сигнала непосредственно в элементе матрицы позволяет повысить чувствительность, снизить шумы, сократить энергопотребление и уменьшить стоимость матрицы.

Светочувствительный элемент матрицы
Светочувствительный элемент матрицы

Элементы, из которых состоит матрица фотоаппарата, способны фиксировать только интенсивность падающего на них света. Для того, чтобы записать цвет, необходимо, как минимум, три таких элемента (такое количество связано с особенностями восприятия цвета человеческим глазом, имеющим три вида колбочек), каждый из которых отвечает за свою область спектра. Чтобы реализовать цветовую чувствительность, перед каждым элементом ставится светофильтр, который пропускает только вполне определенный цвет – красный, зеленый или синий (модель RGB – Red-Green-Blue)  RGB – модель используется в подавляющем большинстве матриц.
Матрица состоит из набора трех видов сенсоров, при этом располагаться они могут разными способами – четырехугольником, у некоторых матриц шестиугольником.
Количество элементов разного цвета может быть разным. Например, в широко распространенном фильтре Байера, на каждый красный и голубой элемент приходится два зеленых, а элементы распределены случайным образом, что моделирует повышенную цветовую чувствительность человеческого глаза к зеленому цвету.

Пиксель.

Пиксель – это логическая структура, формирующаяся в результате обработки сигнала процессором фотоаппарата по специальным алгоритмам. Пиксель может состоять из одного и более светочувствительных элементов. Например, в фильтре Байера, цвет каждого элемента вычисляется по информации, полученной от окружающих его элементов, а следовательно, пиксель состоит из одного светочувствительного элемента.

Размер матрицы.
Размер матрицы
Размер матрицы

Размер матрицы – очень важная характеристика. Чем больше света поступает в приемник излучения, тем меньше относительное влияние шума. Поэтому, чем больше площадь чувствительного элемента, тем больше на него падает света, тем меньше шум.
Чтобы матрица меньше “шумела”, она должна иметь больше размер и меньше пикселей. В этом случае можно будет снимать с большей чувствительностью, с более длинными выдержками, в темное время суток, ночью и т. д. и получать при этом фотографии высокого качества.
Размеры матрицы (ее диагональ) указывают в долях дюйма. С размером матрицы тесно связано понятие кроп фактора – отношения диагонали полного кадра к диагонали матрицы.
Самая большая матрица из доступных, недорогих имеет размер полного кадра 24х36 мм (кадр малоформатной пленочной камеры). Такая матрица применяется в полнокадровых зеркалках и дорогих беззеркальных фотоаппаратах. Отличается высокой чувствительностью, малыми шумами и отличным качеством изображения. Самые маленькие используются в компактных любительских мыльницах, они же имеют и самые низкие характеристики. Зато и цена таких фотоаппаратов весьма доступна. Желательно выбирать фотоаппарат с большей матрицей.

Разрешение матрицы.

Разрешение матрицы – это характеристика, отвечающая за детализацию изображения. Измеряется в мегапикселях – миллионах пикселей. Чем больше разрешение, тем большего формата фотографию можно напечатать и больше увеличить изображение на мониторе. Должно быть соответствие между размером матрицы и разрешением матрицы. Например, маленькая матрица 1/2,7″ не в состоянии обеспечить приемлемый световой поток для 16 МПикс. Снимок получается шумным, шумоподавляющие алгоритмы замыливают картинку, четкость падает. Предпочтительнее выбрать матрицу с меньшим разрешением, но с большим размером, она точно будет работать лучше.

Светочувствительность матрицы.

Светочувствительность матрицы – это характеристика, которая определяет возможность матрицы регистрировать слабые световые потоки, т. е. снимать в темноте или с короткими выдержками. Светочувствительность определяется в единицах международного стандарта ISO. Чем больше чувствительность, тем больше шумов. Матрица фотоаппарата типа КМОП шумит меньше, чем ПЗС. Большая по размерам матрица шумит меньше, чем маленькая. Матрица с меньшим разрешением шумит меньше, чем с большим.
Обычно фотоаппарат настроен по умолчанию на чувствительность 100 ISO. Качественные, крупные матрицы на 200 ISO. Рекомендуется снимать с как можно меньшей чувствительностью. Повышение чувствительности приводит к шумам и оправданно только тогда, когда по-другому снять кадр вообще невозможно, например, ночью без штатива или быстродвижущийся объект в условиях недостаточной освещенности. Во всех остальных случаях  следует устанавливать как можно меньшую чувствительность.

Соотношение сигнал/шум матрицы.

Соотношение сигнал/шум отражает шумность матрицы. Помимо типа, размера, чувствительности матрицы, шум зависит еще и от температуры матрицы, чем она выше, тем шум больше. А при интенсивной работе матрица нагревается. В беззеркальных фотоаппаратах матрица работает постоянно, а в зеркалках только в момент срабатывания затвора, поэтому при прочих равных условиях матрицы даже любительских зеркальных фотоаппаратов шумят меньше.
Шум можно значительно уменьшить при обработке снимков в фоторедакторах, таких как Photoshop. Но не всегда.

Главная рекомендация: не экономьте на матрице !




Leave a Reply