Матрица

Сегодня разговор о матрице или сенсоре цифрой камеры.

Это элемент фотоаппарата преобразующий световое изображение в электрический сигнал, который, пройдя обработку в процессоре, сохраняется на карте памяти.

Обычно главным параметром матрицы считают количество мегапикселей (миллионов пикселей). Но это не совсем так.

Пиксель - элемент изображения.
На дисплеях (мониторах) пиксель излучает три цвета: красный, зеленый, синий. В зависимости от интенсивности каждого получаем какой то цвет. RGB модель цвета (Red, Green, Blue). Интенсивность каждого цвета может принимать значения от 0 до 255.

Например, код (0,0,0) - черный цвет, (255,255,255) -белый, (255,0,0) - красный, (255,255,0) - желтый.

На матрице пиксель преобразует упавший на него цвет в три: RGB. Т.е. выполняет обратную функцию. Упал белый цвет - на выходе код (255,255,255). Коды с каждого пикселя считывается, обрабатывается процессором камеры и сохраняется на карте памяти.

Размер пикселя, с одной стороны ограничен остротой зрения человека (примерно 0,1 мм). Если крупней, то картинка будет восприниматься как мозаика. Другой его качеством (технологией).

Существенное влияние на качество изображения имеет размер матрицы. Матрица большего размера, даже с меньшим числом мегапикселей, зачастую дает лучшее качество изображения.

Не встречал ни одного менеджера продаж (продавца), который, на вопрос: "Какой размер матрицы у фотоаппарата?", дал бы иной ответ чем: "Столько то мегапикселей" или "1600х1200 пк".
А в мм? В ответ недоуменный взгляд. Что бы стать в его глазах гуру (или довести его до предобморочного состояния), можно задать еще вопросик: "Какой хотя бы кроп-фактор?" А на самом деле все просто.

Самый популярный, общепризнанный и т д формат кадра это 36х24 мм на 35 мм пленке. Казалось бы заполнить его пикселями и никаких проблем. Но такая матрица сама по себе была бы очень дорогая и повлекла бы за собой усложнение всей электроники камеры. Короче, такой фотоаппарат по цене был бы доступен далеко, далеко не каждому.

Выход один сделать матрицу меньше. Помещаем эту матрицу в центр кадра вместо 35 мм пленки (красная рамка).

Наш 50 мм объектив превратился чуть ли не в телевик. На самом деле изменился угол зрения за счет того, что мы матрицей сделали вырезку из стандартного 35 мм кадра. На практике это выглядит так, как будто мы снимаем более длиннофокусным объективом, которому присваиваем эффективное фокусное расстояние Fэф. 

Fэф равно F объектива умноженному на кроп-фактор. Кроп в переводе вырезка. И на самом деле это отношение диагонали 35 мм кадра к диагонали матрицы. Почему диагонали, а не стороны?

Объектив рисует круглое изображение из которого делается прямоугольная вырезка.
Роль диагонали играет диаметр круга.

Чувствую, что начинаю вгонять Вас в тоску, а по сему от ликбеза переходим к практике.

На "фасаде" объектива моего Lumix написано: 2,8-3,3/6-72. По светосиле неплохой объектив, при изменении фокуса в 12 раз (оптический ZOOM = 12) светосила почти не изменяется. 6-72 - какому фокусу они соответствуют для 35 мм кадра (см картинку в конце 2 статьи).  При разном размере матрицы будем иметь разные Fэф.

Если бы продавец назвал кром-фактор (у моей камеры 6), то

• 6-72 превращаются в 36-432 мм. Почти от широкополосного до супер телеобъектива.
• диагональ матрицы в 6 раз меньше диагонали кадра 36х24 (42 мм), т е 42/6=7,2 мм. Хорошо это или плохо - обсудим ниже.

Но продавец молчит, как партизан. Сбоку на объективе читаем 35 mm ... 36-432. Это Fэф. Делим его на F (6-72) и знаем кром-фактор (6), а значит и диагональ матрицы. Зная соотношение сторон кадра (2:3) и вспомнив теорему Пифагора (а квадрат плюс b квадрат = ...) можем узнать ее геометрические размеры. Все просто.

На моем Lumix она имеет размеры 5,8х4,3 мм. Матрица на картинке в начале статьи еще меньше.

Дома изучая инструкцию замечаете, что матрица имеет размер 1/2,5". Переведя в mm (25мм:2,5=10мм), имеем 10. У Вас допустим 7 мм. Вроде бы пустяк, но разница 10 и 7 - это весьма существенно. Площадь кадра пропорциональна квадрату, т е 100 и 49 - разница в два раза. На самом деле все ОК. Просто это анахронизм в обозначении размера матрицы, взятый из 50-ых годов прошлого века. Так, по моему, обозначался размер видеоконта - элемента, преобразующего изображение в видеосигнал в телевизионных станциях.

10 - это диаметр круга. Наилучшая картинка в 2/3 от центра. Из этой области и формируют кадр (картинка выше). Примерно 7 мм.

С какой же матрицей покупать фотоаппарат? Все зависит от Ваших целей и финансовых возможностей. Об этом будет специальная статья. А эта посвящена матрице.

Немножко из практики.
Мой первый двухмиллионик имел матрицу 1/3,6" (3х4мм). Ее площадь 12 кв. мм. Поделив 12 на 2 млн. пикселей имеем площадь 1 пиксела равной 0,000006 кв. мм. Не устраивало качество печати. При печати на формате А4 (210х297 мм) - размытость. Мало пикселей.

На Lumix матрица 5,8х4,3 мм (S=16 кв. мм), пикселей 6 млн. Площадь пиксела 0,0000026 кв. мм. Качество печати отличное: могу напечатать плакат из 9 листов А4. Такой плакат с волком висит на стене в даче (картинка ниже, ширина доски стены 14 см). 14х5=70 мм.Было бы плохо, я бы не повесил его на даче. Но побольше шумов, которые, впрочем, убираются в Фотошопе.

Я молчу про телефон, в котором матрица 1/8": 2,5х1,7 мм, S=4 кв. мм, 4 млн. пикселей.

И последнее. Проверьте матрицу на "битые" или, как их еще называют "мертвые" пиксели.
Это пиксели, которые не меняют свой цвет (брак).
Сделайте несколько снимков (для прогрева матрицы). Закройте объектив крышкой и сделайте снимок. Следующий снимок чисто белого фона (лист бумаги на весь кадр). Внимательно посмотрите 2 последних снимка. На 1 не должно быть светлых точек, на 2 - темных. Допускается то ли 3, то ли 5.

Вот и все. Устали? Приглашаю в лес за малиной.