Разрешение цифрового аппарата

Цифровое оборудование

Среди обладателей цифровых фотоаппаратов уже давно стало доброй традицией меряться мегапикселями. Однако все ли хорошо понимают, что это такое, и зачем нужны эти самые мегапиксели ?

Пиксель (а не мегапиксель) – элементарная частица цифрового изображения. Сокращение от английских слов «picture element». Массив пикселей составляет цельное изображение подобно тому, как из отдельных элементов складывается мозаика. Каждый пиксель несет информацию о том, какова яркость и цвет изображения в данной точке. Каждый пиксель задается двоичным числом, состоящем из 1-48 бит информации. В зависимости от количества бит в пикселе, изображение может иметь разное количество цветов и оттенков. При помощи однобитных пикселей кодируется черно-белое изображение, не имеющее цвета и градаций яркости, например текст на лазерном принтере. Черно-белое фотоизображение кодируется 8 битами на каждый пиксель. Для представления цветных изображений используют от 4 до 48 бит, однако для фотоизображений необходимо не менее 24 бит на каждый пиксель. В этом случае, в каждой точке изображение представляет собой сумму трех основных цветов – красного, зеленого и синего, яркость каждого из которых кодируется 8 битами и может принимать 256 различных значений. Однако для получения высококачественных фотоизображений такого числа оттенков цвета может быть недостаточно, и наиболее совершенные модели цифровых аппаратов могут использовать до 36 бит на каждый пиксель (12 бит на каждый цвет), что соответствует 4096 оттенков каждого цвета. При дальнейшей обработке на компьютере количество бит на каждый пиксель может достигать 48.

Изображения, состоящие из сплошного массива пикселей называют растровыми. Всякий такой массив имеет прямоугольную форму и состоит из целого числа строк и столбцов. Чтобы растровое изображение воспринималось человеком как фотореалистичное, геометрические размеры каждого пикселя должны быть несравнимо малы по сравнению с размерам самого изображения. Так например, на компьютерном мониторе изображение состоит из пикселей размерами около 0,25 мм, а для печати высококачественных фотографий размер пикселя должен составлять 0,08 мм.

Разрешение цифровой фотокамеры это максимальный размер изображения в пикселях, которое можно получить при помощи этой цифровой фотокамеры. Для краткости, производители цифровых фотокамер перемножают ширину и высоту изображения в пикселях и выражают в мегапикселях (миллионах пикселей). Такое обозначение не несет информации о соотношении ширины и высоты изображения, но поскольку это соотношение для цифровых фотокамер примерно одно и то же, и составляет около 4:3, оно дает приблизительное представление о размерах изображения. Например, разрешение в 2,1 мегапикселя может составлять 1600х1200 пикселей, а разрешение в 5 мегапикселей может составлять 2560х1920 или 2560х1704. Чаще всего, разрешение цифровой камеры совпадает с разрешением ее светочувствительной матрицы, однако бывают и исключения, например камеры с матрицами SuperCCD. Кроме того, практически все цифровые камеры позволяют получать снимки с разрешением меньше максимального, для экономии места в памяти.

Зачем нужно разрешение ?
Если мы возьмем снимок, сделанный к примеру пятимегапиксельным фотоаппаратом и попытаемся рассмотреть его на мониторе так, чтобы каждый пиксель на экране отображал один пиксель снимка, т.е. в масштабе 100%, мы увидим, что наш снимок на экран не помещается, и довольно сильно. Зачем же тогда нужны эти самые мегапиксели?

Дело в том, что на бумаге дело обстоит не совсем так, как на мониторе. Размер предельно малой точки, различимой человеческим глазом на изображении с расстояния 25 сантиметров составляет 0,08 мм. Исходя из этого, общепринятым стандартом высококачественной печати фотоизображений считается 300 пикселей на дюйм (ppi или dpi). Однако на практике фотография на экране монитора выглядит вполне реалистично, не смотря на то, что размер пикселя на экране монитора составляет около 0,25 мм. Поэтому фотореалистичность изображения может сохраняться и при больших размера пикселя, примерно до 0,25 мм, что соответствует 100 пикселям на дюйм.

Соответственно, легко посчитать, какого размера можно напечатать изображение заданного разрешения:

Зачем понижать разрешение матрицы цифрового фотоаппарата? Или можно ли заставить дешевый компакт снимать как зеркалка

Многие обладатели недорогих компактных фотомыльниц мечтают со временем перейти на «более серьезную технику». Покупка цифровой зеркалки иногда надолго откладывается по разным причинам, и человек продолжает снимать дешевым компактом даже не подозревая, что получаемые им зернистые и недостаточно четкие фотографии в один момент могут стать гораздо лучше, стоит только выполнить одно несложное действие.

Не секрет, что одним из самых важных критериев выбора цифровой компактной камеры, особенно у не очень искушенных любителей, подчас становится количество мегапикселей на матрице. Сейчас уже никого особо не удивишь 20-мегапиксельными сенсорами, которые ранее встречались только в профессиональной фототехнике Hi-End класса.

Теперь же можо пойти в магазин и всего за тройку-пятерку тысяч рублей купить себе фотоаппарат с таким фантастическим разрешением. Да что там фотоаппарат. Сейчас уже появились сотовые телефоны, на матрице которых содержится 30-40 мегапикселей.

Однако, купив такую чудесную вещицу, некоторые пользователи, особенно те, кто обращает внимание не только на разрешение получаемых фотографий, но и на их качество, замечают, что фото получается не таким резким, как хотелось бы, цветопередача тоже оставляет желать лучшего. Про динамический диапазон фотографии вообще не идет речь, а зернистость, то есть цифровой шум, на некоторых снимках просто убивает всякое желание продолжать фотосъемку.

Фотограф снова начинает мечтать о цифровой зеркалке, откладывая свою фотокарьеру до того счастливого момента, когда он вернется из магазина с вожделенной коробкой в руках, внутри которой дожидается своего часа какой-нибудь Nikon или Canon.

Мало кто из простых фотолюбителей знает, что даже копеечной мыльницей можно снимать достаточно качественные фотографии, которые хоть и будут проигрывать снимкам с зеркалкок, но будут выглядеть гораздо лучше, чем то, что мы снимаем с настройками «из коробки».

Давайте попробуем взять в руки наш добрый старый цифровой компакт (даже самый простенький), залезем в меню настроек и обратим свое внимание на значок для установки разрешения. По умолчанию фотоаппарат настроен так, чтобы снимать в самом высоком разрешении. Просто удивительно, но некоторые фотолюбители за всю свою деятельность ни разу не меняли значения этого параметра.

Да и зачем? Это раньше, когда карта памяти стоила $24, а вмещала только 17 кадров наивысшего качества, приходилось снижать качество картинки, чтобы иметь некоторый запас кадров. Особенно актуально это было в поездках. Иногда приходилось таскать с собой простенький ноутбук (весом килограмма три с половиной) с единственной целью — сгрузить на него отснятый материал, чтобы иметь возможность освободить карту памяти и снимать дальше.

С другой стороны, можно было купить более емкую карту памяти, но стоили они в те времена столько, что дешевле было таскать с собой ноутбук. Например, карта на 32 мегабайта (именно МЕГАБАЙТА) могла вместить уже около 136 кадров наивысшего качества (разрешениеv 1280х960 px). Сейчас смешно, а по тем временам это был огромный запас! Стоила такая карточка $60 (или около того).

Теперь, когда память для фотоаппаратов стоит копейки, никто особо не заморачивается насчет того, что на карте места не хватит. Купил SD карту на 32Gb и снимай хоть целую неделю, место все равно будет (некоторым хватает на месяц и даже больше).

Так зачем же нам менять разрешение и переходить, например с 20Mpx фотографий на 10Mpx? Или даже на 5Mpx?

А резон в этом есть, причем самый, что ни на есть, реальный.

Как я уже писал однажды, чем выше разрешение матрицы, тем мельче каждый конкретный пиксель. Мельче пиксель — меньше света, который он улавливает. Меньше света — надо компенсировать программным усилением сигнала. Вот вам и цифровой шум. Вы же знаете, что такое цифровой шум, или, как его еще называют, «зернистость»? Вот посмотрите на это фото. Оно же все в точечку:

Если же, напротив, пиксель относительно крупный, он улавливает больше светового потока через объектив и усиление или вовсе не требуется или нужно в гораздо меньшей степени. Отсюда — более чистая картинка.

Профессиональные фотоаппараты с огромными матрицами (не по мегапикселям, а по физическому размеру), имеют просто огромные пиксели выражаясь фигурально, разумеется. Они дают очень чистую картинку без единого намека на цифровой шум. Неудивительно, что профессиональные фотографы имеют фотоаппараты с так называемыми полнокадровыми матрицами размером 36х23 мм.

Но что же делать обычным начинающим фотолюбителям, которые еще не скопили на профессиональный полноматричный фотоаппарат, а снимки все равно хотят делать как можно более качественные.

Ответ очень прост: выберите более скромное разрешение. Конечно, в результате вы получите фотографии, которые нельзя будет напечатать на листе ватмана без потери качества (если там вообще уместно вести речь о качестве). Размеры отпечатков будут скромнее, но формат А4 и даже А3 при разрешении 10Mpx получается вполне на уровне.

Зато вы получите вот такие, гораздо более чистые фотографии, чем при максимальном разрешении.

Наверное вы догадались, что сначала идет общий вид каждой фотографии. Он сильно уменьшен, поэтому слегка потерял в качестве. Вторыми номерами идут полномасштабные фрагменты фотоснимков. Возможно, вы обратили внимание на то, какими четкими они стали получаться и какое ровное, практически без цифрового шума небо вы видите.

Согласен, все относительно. Конечно профессиональный фотоаппарат с такой же оптикой снимет лучше. Но если бы вы посмотрели, чем я сделал эти фотографии!

Все они сняты очень простой дешевой цифровой мыльницей Panasonic DMC-SZ1.

Он помещается в карман рубашки и в нем нет никаких ручных настроек. Но. Вы видели снимки. Не находите, что они выглядят более чем достойно для такого фотоаппарата?

А надо-то всего ничего! Залезаем в меню настроек и отказываемся от самого высокого разрешения. Ставим примерно вдвое меньше. Матрица остается та же самая, но пикселей на ней становится вдвое меньше. Как результат — соседние пиксели группируются и получается этакий сборный пиксель. Он крупнее чем каждый отдельно взятый, картинка становится чище. Ну, а то, что нельзя будет на простынях печатать — так ли часто вы это делаете?

По моему скромному мнению — лучше пусть картинка будет поменьше (кстати, не в два раза, как вам может показаться), но почище. В размере мы проиграем немного, а в качестве выиграем значительно.

Посмотрите на то, как отличается физический размер фотографии, полученной с 20-мегапиксельной и 10-мегапиксельной матрицы. Мне кажется, выбор вполне очевиден.

Выбор фотоаппарата

Сколько мегапикселей должно быть в фотоаппарате?

Сколько мегапикселей должен иметь хороший цифровой фотоаппарат? Если вы собираетесь хранить ваши фотографии в электронном виде и показывать родственникам на экране монитора или телевизора, а так же посылать друзьям по электронной почте, то вам подойдет цифровой фотоаппарат с минимальным количеством пикселей, однако не стоит покупать фотоаппарат если его матрица содержит меньше 5х мегапикселей — это уже устаревшая модель.

Но здесь есть один нюанс. При фотографировании практически все пиксели матрицы участвуют в построении изображения. После фотосъёмки, полученное изображение должно быть сохранено — обычно в виде файла jpeg или jpg — это одно и то же.

JPEG — сокращение английских слов J oint P hotography E xperts G roup — объединенная группа экспертов по машинной обработке фотоизображений. Эта группа, как раз, и придумали алгоритм сжатия картинки, для её сохранения в электронном виде. JPEG — самый распространённый формат цифровых графических файлов пригодный для печати и просмотра практически на любых электронных устройствах с экраном: компьютерах, смартфонах, стовых телефонах, видеоплеерах, телевизорах и т.п.

Большинство цифровых фотоаппаратов позволяют задавать степень сжатия изображения: чем меньше сжатие, тем больше размер файла, тем больше мелких деталей картинки.

Даже если 5ти мегапиксельный цифровой фотоаппарат позволяет получать отличные отпечатки размером более чем 10 × 15 см, но вы экономите объём карты памяти, то качество фотографий резко ухудшается. В приведённой ниже таблице указаны размеры отпечатков снимков, сохранённых с минимальным сжатием. Печать в профессиональной фотолаборатории с разрешением 300 dpi (англ. dot per inch – точек на дюйм).

Мегапиксели, размер отпечатка и емкость карты памяти

Итак, вывод напрашивается сам собой: чем больше мегапикселей, тем меньше ограничений на размер качественного снимка, соответственно, фотоаппарат с бóльшим количеством пикселей будет всегда лучше! Именно это и пытается внушить нам реклама фотоаппаратов. И поддаваясь влиянию рекламы, большинство людей считает, что чем больше пикселей, тем лучше фотоаппарат — это отличный пример того, как мы подвержены рекламе и к качеству фотоаппарата не имеет никакого отношения.

На самом деле, количество мегапикселей не самая важная характеристика цифрового фотоаппарата — вы ведь не собираетесь размещать свои фотографии на рекламных щитах? Если вы уже знаете, какой максимальный размер отпечатка вам нужен, то вы уже можете сказать, сколько мегапикселей должен иметь ваш фотоаппарат (сейчас вы должны посмотреть на табличку выше :о)

Количество мегапикселей важно, если вы собираетесь
распечатывать ваши фотографиина большом формате.

Но не спешите, не всё так просто! Есть некоторые технические моменты, о которых в рекламе никогда вам не скажут… Да и продовцов-консультантов в магазине фототоваров такие вопросы ставят в тупик, потому, что они тоже смотрят рекламу… Настало время узнать всю правду о мегапикселях, которую очень стараются скрыть в рекламе цифровых фотоаппаратов.

Количество пикселей фотоаппарата

Матрица цифрового фотоаппарата состоит из пикселей (pixels), которые представляют собой полупроводниковый фотоэлемент, способный реагировать на освещенность. Направляя на фотоэлементы поток света с объектива, мы на выходе получаем электрический сигнал. Электроника фотокамеры записывает этот сигнал в память в виде снимка в графическом формате.

Посмотрим, на что влияет количество мегапикселей на матрице. Реклама говорит, что чем выше количество пикселей, тем большая детализация изображения и тем лучше фотография. Теоретически это правильно, но до какого-то предела. Большое разрешение фотокамеры нужно, например, если печатать плакат больших размеров. Но если печатать фотографию 15х10 см и выставить на принтере разрешение 300 dpi (это хорошее качество, применяемое в полиграфии), то может хватить и снимка с разрешением в 2 Мп. А что бы напечатать в таком же качестве фотографию формата А4, то необходимо разрешение 7-10 Мп. Поэтому необходимо подумать, а стоит ли переплачивать за разрешение больше 10 Мп.

Цена не должна напрямую зависеть от количества пикселей. Ведь мы уже сказали, что увеличивать количество мегапикселей можно до определенного предела, так вот предел этот определяется качеством фотографии.


Структура матрицы фотокамеры

Так же высокое разрешение снимка может пригодится при редактировании. Вырезая в графическом редакторе часть снимка и увеличивая его, мы получаем достаточное разрешение этого участка если общее разрешение фотоснимка было высоким.

На качество фотографии помимо разрешения матрицы влияет еще и размер каждого пикселя, а об этом в рекламе молчат. При увеличении количества пикселей уменьшается их размер и, соответственно, уменьшается объем собираемого фотоэлементом света. А это приводит к плохой цветопередаче, увеличению шумов, уменьшению светочувствительности. И подумайте, как меняется размер пикселя, если при таком же размере матрицы увеличить их количество? Это в зеркальных фотоаппаратах большие матрицы и там количество мегапикселей может быть больше 10 Мп без ущерба для качества фотографии.


Структура пикселя

Выбирая фотоаппарат, Вы должны знать, на что влияет показатель количества пикселей и не гнаться бездумно за их числом.

Но если Вам действительно нужна детализация, то тогда вы осознано выберете фотоаппарат с большим количеством мегапикселей. Главное знать, что вы себе выбираете и брать то, что Вам нужно действительно для съемки и не попадаться на уловки маркетологов.

Как работает цифровой фотоаппарат

Для полного контроля над процессом получения цифрового изображения необходимо хотя бы в общих чертах представлять себе устройство и принцип работы цифрового фотоаппарата.

Единственное принципиальное отличие цифровой камеры от плёночной заключается в природе используемого в них светочувствительного материала. Если в плёночной камере это плёнка, то в цифровой – светочувствительная матрица. И как традиционный фотографический процесс неотделим от свойств плёнки, так и цифровой фотопроцесс во многом зависит от того, как матрица преобразует свет, сфокусированный на неё объективом, в цифровой код.

Принцип работы фотоматрицы

Светочувствительная матрица или фотосенсор представляет собой интегральную микросхему (проще говоря, кремниевую пластину), состоящую из мельчайших светочувствительных элементов – фотодиодов.

Существует два основных типа сенсоров: ПЗС (Прибор с Зарядовой Связью, он же CCD – Charge-Coupled Device) и КМОП (Комплементарный Металл-Оксид-Полупроводник, он же CMOS – Complementary Metal-Oxide-Semiconductor). Матрицы обоих типов преобразовывают энергию фотонов в электрический сигнал, который затем подлежит оцифровке, однако если в случае с ПЗС матрицей сигнал, сгенерированный фотодиодами, поступает в процессор камеры в аналоговой форме и лишь затем централизованно оцифровывается, то у КМОП матрицы каждый фотодиод снабжён индивидуальным аналого-цифровым преобразователем (АЦП), и данные поступают в процессор уже в дискретном виде. В целом, различия между КМОП и ПЗС матрицами хоть и принципиальны для инженера, но абсолютно несущественны для фотографа. Для производителей же фотооборудования имеет значение ещё и тот факт, что КМОП матрицы, будучи сложнее и дороже ПЗС матриц в разработке, оказываются при этом выгоднее последних при массовом производстве. Так что будущее, скорее всего, за технологией КМОП в силу чисто экономических причин.

Фотодиоды, из которых состоит любая матрица, обладают способностью преобразовывать энергию светового потока в электрический заряд. Чем больше фотонов улавливает фотодиод, тем больше электронов получается на выходе. Очевидно, что чем больше совокупная площадь всех фотодиодов, тем больше света они могут воспринять и тем выше светочувствительность матрицы.

К сожалению, фотодиоды не могут быть расположены вплотную друг к другу, поскольку тогда на матрице не осталось бы места для сопутствующей фотодиодам электроники (что особенно актуально для КМОП матриц). Восприимчивая к свету поверхность сенсора составляет в среднем 25-50 % от его общей площади. Для уменьшения потерь света каждый фотодиод накрыт микролинзой, превосходящей его по площади и фактически соприкасающейся с микролинзами соседних фотодиодов. Микролинзы собирают падающий на них свет и направляют его внутрь фотодиодов, повышая таким образом светочувствительность сенсора.

Основа любой фотографии – свет. Он проникает в камеру через объектив, линзы которого формируют изображение предмета на светочувствительной матрице. При нажатии на кнопку спуска затвор камеры открывается (как правило, на доли секунды) и происходит экспонирование кадра, т.е. освещение матрицы потоком света заданной интенсивности. В зависимости от желания получить светлый или тёмный снимок, может потребоваться различное количество света, т.е. различная экспозиция.

По завершении экспонирования электрический заряд, сгенерированный каждым фотодиодом, считывается, усиливается и с помощью аналого-цифрового преобразователя превращается в двоичный код заданной разрядности, который затем поступает в процессор фотоаппарата для последующей обработки. Каждому фотодиоду матрицы соответствует (хоть и не всегда) один пиксель будущего изображения.

Разрядность определяет количество оттенков, т.е. градаций яркости для каждого пикселя. Чем выше разрядность, тем более плавные тональные переходы способна запечатлеть камера. Большинство цифровых зеркальных камер способно сохранять 12 или 14 бит информации для каждого пикселя. 12 бит означает 2 12 =4096 оттенков, а 14 бит – 2 14 =16384 оттенка.

Динамический диапазон

Под динамическим диапазоном матрицы подразумевают отношение между максимальным уровнем сигнала фотодиодов и уровнем фонового шума матрицы, т.е., по сути, – отношение между максимальной и минимальной интенсивностью света, которые матрица способна воспринять.

Чем больше фотонов способен уловить фотодиод до того, как он достигнет насыщения, тем большим динамическим диапазоном будет обладать сенсор в целом. Ёмкость фотодиодов пропорциональна их физическому размеру, а потому, при прочих равных условиях, фотоаппарат с бо́льшей матрицей, а значит, и с более крупными фотодиодами, будет обладать большим динамическим диапазоном и меньшим уровнем шума.

Кроме того, бо́льшая матрица обычно означает более высокое максимальное значение чувствительности ISO для конкретной модели фотоаппарата. Ведь повышение ISO в цифровой камере – это всего лишь усиление электрического сигнала непосредственно перед его оцифровкой. Естественно, что вместе с полезным сигналом усиливается и шум, а значит, матрица с большим отношением сигнал/шум обеспечивает более чистую картинку при высоких значениях ISO.

Формирование цветного изображения

Возможно, некоторые из читателей уже заметили, что матрица цифрового фотоаппарата в том виде, в каком она описана выше, способна воспринимать лишь чёрно-белое изображение. Совершенно верно. Фотодиод регистрирует лишь интенсивность освещения (по принципу один фотон – один электрон), но не имеет возможности определить цвет, зависящий от длины световой волны или, иначе говоря, от энергии конкретных фотонов.

Чтобы решить эту проблему, каждый из фотодиодов снабжается светофильтром красного, зелёного или синего цвета. Красный светофильтр пропускает лучи красного цвета, но задерживает синие и зелёные лучи. Аналогичным образом ведут себя зелёный и синий светофильтры, пропуская лучи только своего цвета. В результате каждый фотодиод становится восприимчив лишь к ограниченному спектру световых волн.

Цветные светофильтры, покрывающие фотодиоды, образуют узор или мозаику, называемую массивом цветных фильтров. Существует множество вариантов взаимного расположения светофильтров, но в большинстве цифровых камер используется т.н. фильтр Байера, состоящий на 25 % из красных, на 25 % из синих и на 50 % из зелёных элементов. Вдвое большее количество зелёных светофильтров используется потому, что человеческий глаз обладает повышенной чувствительностью именно к световым лучам зелёного цвета, из-за чего неточность в передаче зелёного канала на фотографии особенно заметна.

Полученное с помощью массива цветных фильтров изображение не является в полной мере цветным, ведь каждый фотодиод сообщает процессору камеры информацию лишь об одном из основных цветов: красном, зелёном или синем. Недостающая цветовая информация для каждого пикселя восстанавливается в процессе дебайеризации. Процессор фотоаппарата анализирует данные из расположенных по соседству элементов и, используя хитроумные алгоритмы интерполяции, рассчитывает значения красного, зелёного и синего цвета для каждого пикселя, получая в конечном итоге полноцветное RGB изображение.

Печально, но платой за цвет является трёхкратное снижение чувствительности матрицы, поскольку, при использовании фильтра Байера, световой поток, достигающий каждого фотодиода, ослабляется светофильтром примерно втрое. Кроме того, страдает резкость изображения. Заявленное производителем разрешение матрицы отражает её, так сказать, чёрно-белое разрешение, в то время как цветное изображение формируется посредством интерполяции соседних пикселей, что несколько размывает картинку.

Также матрицы с массивом цветных фильтров ведут себя из рук вон плохо в условиях монохромного освещения. Например, при свете натриевых ламп низкого давления полноценно работают только красные фотодиоды. Зелёные получают минимум света, а синие и вовсе не воспринимают никакой информации. В результате фотография выходит довольно зернистой даже при умеренных значениях ISO, поскольку изображение приходится восстанавливать почти исключительно на основании красных пикселей, которых на матрице всего 25 %.

Существуют альтернативные подходы к получению цветного изображения вроде трёхматричных систем 3CCD или трёхслойных фотосенсоров Foveon X3, однако и они не лишены недостатков и по распространённости значительно уступают матрицам с фильтром Байера.

Предварительная фильтрация света

Поверх фильтра Байера и микролинз сенсор накрыт дополнительным фильтром, прозрачным для видимого света, но непроницаемым для инфракрасных лучей. Необходимость в ИК фильтре продиктована высокой чувствительностью матрицы не только к видимому, но также и к инфракрасному излучению. ИК фильтр отсекает световые лучи с длиной волны свыше 700 нм и приводит диапазон частот, воспринимаемых фотосенсором, в соответствие с чувствительностью человеческого глаза.

Для съёмки же в инфракрасном диапазоне выпускаются специальные камеры без ИК фильтра.

К ультрафиолетовому излучению (с длиной волны меньше 400 нм) сенсор цифрового фотоаппарата практически не восприимчив, и потому в специальном УФ фильтре не нуждается.

Помимо фильтра, задерживающего инфракрасное излучение, фотосенсор часто снабжается ещё и т.н. оптическим фильтром нижних частот или сглаживающим фильтром, задача которого состоит в лёгком размытии изображения. Дело в том, что если снимаемый объект имеет области с мелкими деталями, размер которых сопоставим с размерами фотодиодов матрицы, то при оцифровке изображения возможно появление неестественно выглядящих артефактов вроде муара. Фильтр нижних частот сглаживает мельчайшие детали изображения, т.е. снижает частоту исходного аналогового сигнала до уровня, не превышающего частоту дискретизации. Это позволяет уменьшить риск возникновения артефактов оцифровки ценой незначительного снижения резкости конечного снимка.

Чем выше разрешение цифрового фотоаппарата, тем меньше необходимость в сглаживающем фильтре, и потому в последнее время всё чаще выпускаются модели без оного. При разрешении матрицы свыше 15-20 мегапикселей аберрации объектива и дифракция на отверстии диафрагмы обеспечивают естественное и неизбежное размытие изображения, что делает намеренное ухудшение резкости с помощью фильтра нижних частот излишним.

Теперь вы знаете, как работает цифровая камера, и обладаете достаточным представлением об определённых технических слабостях цифровой фотографии на настоящем этапе её развития. Само собой разумеется, что сведения эти дополняют, но ни в коем случае не заменяют глубокое и всестороннее понимание экспозиции.

Спасибо за внимание!

Post scriptum

Если статья оказалась для вас полезной и познавательной, вы можете любезно поддержать проект, внеся вклад в его развитие. Если же статья вам не понравилась, но у вас есть мысли о том, как сделать её лучше, ваша критика будет принята с не меньшей благодарностью.

Не забывайте о том, что данная статья является объектом авторского права. Перепечатка и цитирование допустимы при наличии действующей ссылки на первоисточник, причём используемый текст не должен ни коим образом искажаться или модифицироваться.

Разрешение фотоаппарата: важная характеристика или та, которой можно пренебречь

Многие отталкиваются от разрешения фотоаппарата как от основного критерия при выборе, правильно ли это?

Фотоаппарат, если разобраться, достаточно сложное устройство. На самом деле, информация о сделанной фотографии изначально попадает в виде светового потока. Лишь потом свет преобразовывается в читабельный формат, который мы с вами можем наблюдать с помощью специального дисплея. Перед тем как мы увидим картинку, свет пройдет сложную обработку.

Итак, самым светочувствительным и важным элементом цифрового фотоаппарата или его зеркального аналога является матрица. Она считается не менее важным параметром, чем объективы. Что такое матрица?

Каждый зеркальный фотоаппарат имеет матрицу, которая представлена специальными светочувствительными элементами. То же самое можно сказать и про цифровую модель. Каждый светочувствительный элемент очень маленький. Он имеет свое собственное название — пиксель. Количество пикселей считается очень важным параметром. Их увеличение говорит про более высокую точность снимка. Это можно показать на примере кирпичного дома. Для эксперимента необходимо представить стену кирпичного дома, которая будет состоять из разнообразных кирпичиков, между которыми будут практически незаметны стыки. Если взять кирпичики побольше, то стыки на них также увеличатся. Особенно заметным это увеличение будет в случае если на эти кирпичики или блоки нанести специальный рисунок. В таком случае стыки между блоками будут еще более заметными. Все это приведет к искажению качества фото снимков. То же самое и с фотоаппаратом, чем больше будет пикселей, тем более четким станет детализированность фото снимка.

Необходимо ограничивать понятия: количество и размер пикселей. Одним из ключевых отличий зеркальной фотокамеры от цифровой является размер пикселей. В данном случае важным является тот факт, что сами пиксели в зеркальном фотоаппарате намного больше чем в цифровом. Если вернутся к нашей модели в виде стены дома, то мы получим меньшее количество стыков за счет увеличения самих блоков.

На что влияет разрешение фотоаппарата? Многие пытаются выбрать фотоаппарат с максимально большим разрешением. К чему это приводит? Иногда нет необходимости приобретать фотоаппарат с большим разрешением, если вы планируете печатать снимки стандартных размеров. В данном случае вы просто перепаиваете за один из параметров.

По большому счету параметр «разрешение матрицы» является удачно спланированным мифом, придуманным опытными маркетологами для быстрой продажи своих устройств. Разрешение скорее влияет на качество и четкость готовых снимков больших размеров. Например, когда мы печатаем фотографию маленького размера, мы получаем максимально компактное изображение. Даже если и есть нечеткость — она убирается за счет уменьшения самого размера. Когда мы увеличивает изображение — оно растягивается. Таким образом мы растягиваем и увеличиваем каждый пиксель (просто по другому изображение не увеличится). Увеличение пикселей обязательно приведет к появлению лишних шумов, что в свою очередь отразится на ухудшении качества. Если у вас есть зазор разрешения, то даже плакатные снимки будут максимально четким и детализированными.

Разрешение матрицы цифрового фотоаппарата.

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.

Кол-во пикселей на матрице называется разрешением матрицы и измеряется в мега пикселях (миллионах пикселях). Каждый такой пиксель воспринимает свет и преобразует его в электрический заряд (чем ярче свет — тем сильней заряд). Поскольку используется информация только о яркости света, картинка получается черно-белой. Чтобы она была цветной, ячейки покрывают цветными фильтрами.

В большинстве матриц каждый пиксель покрыт красным, синим или зеленым фильтром, так называемые RGB фильтры ( R ed – красный, G reen – зеленый, B lue –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.

Расположение фильтров бывает различным, но наиболее распространен так называемый фильтр Баера, когда применяются светофильтры трёх основных цветов в следующем порядке:

Как видите, зеленых ячеек в два раза больше, чем ячеек других цветов. Это связано с особенностями человеческого зрения, наиболее чувствительного именно к зелёной области спектра. Потеря данных в этой области была бы наиболее заметна. В модифицированном фильтре Байера, R G B E , одна из зеленых ячеек заменена светло-голубой (E-изумрудной, англ. emerald ), что даёт лучшую цветопередачу. (технология разработанная SONY ).

Как происходит расчет цвета пикселей.

Допустим есть матрица состоящая из красных, зеленых и синих пикселей:

Теперь фотографируем изображение:

При этом сигнал с матрицы, для процессора будет выглядеть как сигнал от красных, зеленых и синих пикселей с различной яркостью:

После обработки, процессор вычисляет цвет каждого отдельного пикселя, используя информацию о других цветах с соседних ячеек и формирует цифровое изображение:

Как видно на картинке, это изображение получилось более размытым, чем исходное. Такой эффект связан с потерей части информации в результате прохождения света через цветовые фильтры и обработкой изображения процессором. Для исправления размытости процессор фотоаппарата автоматически повышает чёткость изображения. Дополнительно, в этот момент процессор может применить и другие операции: изменить контрастность, яркость, подавлять цифровой шум и т. д. в зависимости от модели аппарата. Многие из этих функций производятся фотоаппаратом автоматически, более дорогие модели имеют возможность дополнительной, ручной корректировки.

Так же существуют матрицы RGBW ( добавлен White — белый) , в них добавлены пиксели не имеющие цветового фильтра, свет попадает на пиксель беспрепятственно и он дает более сильный сигнал (такие матрицы выпускает KODAK).

Использование такого пикселя позволяет получать более яркое изображение в условиях недостаточного освещения, но при этом возможны потери мелких цветовых деталей, т.к. существует области 2х2 пикселя, где есть только два цвета, например белый и синий или белый и зеленый и т.д, что затрудняет корректный расчет цвета.

Разрешение матрицы и печать фотографий.

При печати печати изображения у пикселей появляется физический размер, и именно он и описывается разрешением при печати. Чем больше пикселей на дюйм (англ. — pixels per inch — ppi) будет на распечатке, тем менее заметными будут отдельные пиксели, и тем более реалистичным будет выглядеть отпечаток.

Насколько высоким должно быть разрешение печати, чтобы глаз не различал отдельные пиксели и воспринимал изображение как качественное?

72 ppi — cтандартное разрешение для компьютерных мониторов или отпечатков, разглядываемых издали (например, плакатов). При близком расстоянии пиксели заметны.

150 ppi — достаточно высокое разрешение, чтобы глаз не замечал отдельных пикселей и воспринимал картинку как целое.

300 ppi — фотографическое качество печати. Дальнейшее увеличение разрешения нужно, только если отпечаток будут рассматривать через увеличительное стекло.

Как посчитать?

Для печати фотографии размером 10х15 без потери качества потребуется фотоаппарат с разрешением примерно 2,16 Мпикс = 1800*1200, точнее 2,09 Мпикс=1770*1181 (высота фотографии = 10 см, 10 см делим на 2,54 – столько сантиметров в одном дюйме, получаем 3,937 — столько составляет высота бумаги в дюймах, в один дюйм должно вместиться 300 точек, соответственно 3,937*300 = 1181 ), ширина = 15/2,54*300 = 1770).

В принтерах, д ля разрешения изображения при печати употребляется сокращение dpi (dots per inch — точек на дюйм).

Лазерные и струйные принтеры не способны отобразить все варианты цвета одного пикселя одной точкой на бумаге. Вместо того, чтобы точь-в-точь передавать цвет каждого пикселя, принтер наносит на бумагу комбинацию разноцветных точек, которые с определенного расстояния воспринимаются нами как единое целое. Именно потому, что для печати одного пикселя требуется множество принтерных точек, разрешение принтера и разрешение изображения — это совершенно разные вещи.

Существует простое практическое правило : чтобы вычислить, какое разрешение картинки потребуется для изготовления высококачественного отпечатка, разделите разрешение вашего принтера на четыре. Например, если на принтере указано, что его разрешение — 1200 dpi, максимального качества вы сможете добиться, если пошлете на печать картинку с разрешением 300 ppi.

В цифровых фотолабораториях при печати каждая точка на фотобумаге экспонируется в произвольный цвет и разрешение в точках на дюйм (dpi) соответствует разрешению в (ppi). Поэтому если лаборатория печатает с разрешением 300 dpi, качество отпечатков будет не хуже, чем на принтере с разрешением 1200 dpi.

Прогресс не стоит на месте, а современные принтеры выдают разрешение до 5760х1440 dpi. Какое разрешение фотоаппарата необходимо что бы использовать разрешающую способность такого принтера в полную силу. Для того что бы посчитать какое разрешение фотоаппарата необходимо для печати фотографии с размерами 10х15, необходимо разделить разрешение принтера на 4 (т.к. одна точка не отображает всех оттенков, см . выше). Получим 1440х360, таким образом для печати фото 10х15 потребуется разрешение 5,9*1440=8496, 3,937*360=1417, 8496*1417 = приблизительно 12 МПикс. для печати А4 приблизительно 42 Мпикс.

Выгоды разрешения матрицы.

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 см достаточно фотоаппарата с разрешением 2 Мпикс, для печати фото А4 – 10 Мпикс.

Если вы хотите использовать в полную силу возможности современных фото принтеров, то для печати фото 10х15 см вам уже понадобиться фотоаппарат с разрешением матрицы 12Мпкс, а А4 — 42 Мпикс!

Кроме того, то, что вы не планируете печатать большие фотографии сегодня, не говорит о том, что вы не захотите напечатать их завтра, поэтому хорошее разрешение никогда не помешает, но его необходимо всегда учитывать с еще одним параметром — это физический размер матрицы цифрового фотоаппарата.

Смотрите еще:

  • Разрешение рисунков Что такое DPI? Что такое мегапиксели? DPI — это аббревиатура от «Dots Per Inch» и означает точек на дюйм. DPI = 1PPI (пикселей на дюйм). Дюйм — единица длины равная 2,541 см. Пиксель — «picture element» — это точка (минимальная частичка) […]
  • Пассивные оптические сети Правила проектирования и монтажа Курс на оптические PON-сети Минский завод СП ЗАО "Белтелекабель", находящийся в Шабанах, начал рекламировать волоконно-оптический кабель для построения горизонтальной проводки при реализации проектов "Волокно в дом" (PON-сети), […]
  • Директор ведет учебную нагрузку как оформить табель Как в табеле учета рабочего времени в школе отразить отработанные часы учителя? Вопрос-ответ по теме Как в табеле учета рабочего времени в школе указывать фактически отработанные часы учителя. У проверяющих на это разные мнения и […]
  • От 24042008 года 48-фз об опеке и попечительстве Федеральный закон от 24 апреля 2008 г. N 48-ФЗ "Об опеке и попечительстве" (с изменениями и дополнениями) Федеральный закон от 24 апреля 2008 г. N 48-ФЗ"Об опеке и попечительстве" С изменениями и дополнениями от: 18 июля 2009 г., 1 июля […]
  • Правила умножения и деления чисел в степени Свойства степени Напоминаем, что в данном уроке разбираются свойства степеней с натуральными показателями и нулём. Степени с рациональными показателями и их свойства будут рассмотрены в уроках для 8 классов. Степень с натуральным […]
  • Закон про митний тариф україни О Таможенном тарифе Украины (неофициальный текст) ЗАКОН УКРАЇНИ Про Митний тариф України Стаття 1. Цим Законом встановлюється Митний тариф України (додається). Митний тариф України є невід'ємною частиною цього Закону та містить перелік […]
  • Ограничение пенсий работающим пенсионерам 2018 Пенсии работающим пенсионерам в 2018 году: последние новости из Госдумы Согласно проведенным недавно социологическим исследованиям, около 48% россиян после достижения ими пенсионного возраста продолжают работать, при этом цифра работающих […]
  • Колунин адвокат Все адвокаты города Адвокаты - Тюмень Консультация с адвокатом, информация о юридических услугах по номеру телефона: +7-906-824-26-46; +7 (3452) 46-76-46; Адрес адвокатской конторы: г. Тюмень, Республики, 59, 829 офис; 8 этаж Описание: […]