DIGITÁLIS KAMERA ÉRZÉKELŐ MÉRETEI

Ez a cikk arra a kérdésre keresi a választ:hogyan befolyásolja a digitális fényképezőgép érzékelőjének mérete a különböző típusú fotózásokat? Az érzékelő méretének kiválasztása megegyezik a 35 mm-es, közepes formátumú és nagy formátumú filmes fényképezőgépek közötti választással – néhány figyelemre méltó különbséggel, amely a digitális technológiára jellemző. Gyakran sok zűrzavar merül fel ezzel a témával kapcsolatban, mert nagyon sokféle méretválaszték létezik, és rengeteg kompromisszum létezik a mélységélesség, a képzaj, a diffrakció, a költségek és a méret/súly tekintetében.

A témával kapcsolatos háttérismeretek a digitális fényképezőgépek érzékelőiről szóló oktatóanyagban találhatók.

AZ ÉRZÉKELŐMÉRETEK ÁTTEKINTÉSE

A szenzorméretek jelenleg számos lehetőséget kínálnak felhasználásuktól, árponttól és kívánt hordozhatóságtól függően. Ezek közül sok relatív mérete az alábbiakban látható:

A Canon 1Ds/5D és Nikon D3 sorozatai a leggyakoribb full frame szenzorok. A Canon fényképezőgépek, például a Rebel/60D/7D mindegyike 1,6-szoros, míg a hagyományos Nikon SLR fényképezőgépek 1,5-szeres kivágási tényezővel rendelkeznek. A fenti táblázat nem tartalmazza a Canon 1D sorozatú fényképezőgépeiben használt 1,3-szoros kivágási tényezőt.

A kamerás telefonok és más kompakt fényképezőgépek ~1/4" és 2/3" közötti méretű érzékelőket használnak. Az Olympus, a Fuji és a Kodak közösen létrehoztak egy szabványos 4/3-os rendszert, amely 2-szerese a 35 mm-es filmhez képest. Léteznek közepes formátumú és nagyobb érzékelők is, azonban ezek sokkal kevésbé elterjedtek, és jelenleg megfizethetetlenül drágák. Ezekkel tehát itt konkrétan nem foglalkozunk, de továbbra is ugyanazok az elvek érvényesek.

TERMÉSZTÉNYEZŐ ÉS GYŰJTŐTÉNYSZORZÓ

A kivágási tényező az érzékelő átlós mérete a teljes keretes 35 mm-es érzékelőhöz képest . Azért hívják így, mert 35 mm-es objektív használatakor egy ilyen szenzor hatékonyan kivágja a kép ennyi részét a külső oldalán (a korlátozott mérete miatt).

35 mm teljes képkocka látószöge

Kezdetben azt gondolhatnánk, hogy a képi információk eldobása soha nem ideális, de megvannak a maga előnyei. Szinte minden lencse középpontjában a legélesebb, míg a minőség fokozatosan romlik a szélek felé. Ez azt jelenti, hogy a levágott érzékelő hatékonyan eldobja a kép legrosszabb minőségű részeit , ami nagyon hasznos gyenge minőségű objektívek használatakor (mivel ezeknek jellemzően a legrosszabb élminőségük van).

Kivágás nélküli fénykép Center Crop Corner Crop

Másrészt ez azt is jelenti, hogy a szükségesnél sokkal nagyobb objektívet hordunk – ez a tényező különösen fontos azok számára, akik hosszabb ideig hordják a fényképezőgépüket (lásd lentebb). Ideális esetben szinte az összes, az objektívről áteresztett képfényt felhasználnánk, és ez az objektív elég jó minőségű lenne ahhoz, hogy élességének változása elhanyagolható legyen a szélei felé.

Ezenkívül a nagylátószögű objektívek optikai teljesítménye ritkán olyan jó, mint a hosszabb gyújtótávolság . Mivel a levágott érzékelő kénytelen szélesebb látószögű lencsét használni, hogy ugyanolyan látószöget állítson elő, mint egy nagyobb érzékelő, ez ronthatja a minőséget. A kisebb szenzorok az objektív középső részét is jobban megnövelik, így a felbontási korlát valószínűleg jobban látható a gyengébb minőségű objektíveknél. Erről a fényképezőgép objektív minőségéről szóló oktatóanyagban talál további információt.

Hasonlóképpen, a gyújtótávolság-szorzó egy kisebb formátumban használt objektív gyújtótávolságát egy 35 mm-es objektívhez viszonyítja, amely azonos látószöget biztosít , és egyenlő a terméstényezővel. Ez azt jelenti, hogy egy 1,6-szoros vágási tényezővel rendelkező érzékelőn használt 50 mm-es objektív ugyanazt a látómezőt produkálja, mint egy 1,6 x 50 =80 mm-es objektív egy 35 mm-es full frame érzékelőn.

Figyelmeztetni kell, hogy mindkét kifejezés félrevezető lehet. Az objektív gyújtótávolsága nem változik csak azért, mert az objektívet más méretű érzékelőn használják – csak a látószöge. Az 50 mm-es objektív mindig 50 mm-es lencse, az érzékelő típusától függetlenül. Ugyanakkor előfordulhat, hogy a „kivágási tényező” nem megfelelő a nagyon kicsi érzékelők leírására, mivel a kép nem feltétlenül van kivágva (ha az adott érzékelőhöz tervezett objektíveket használunk).

AZ LENCSÉMÉRET ÉS TÖMEG MEGJEGYZÉSEK

Kisebb érzékelőkhöz világosabb lencsék szükségesek (az egyenértékű látószög, zoom tartomány, felépítési minőség és rekeszérték tartománya érdekében). Ez a különbség kritikus lehet a vadon élő állatok, a túrázás és az utazási fotózás során, mivel ezek gyakran nehezebb objektíveket használnak, vagy hosszabb ideig tartó felszerelést igényelnek. Az alábbi táblázat ezt a trendet szemlélteti a sport- és vadfotózásban jellemző Canon teleobjektívek válogatásánál:

Ennek az a következménye, hogy ha valaki megköveteli, hogy a téma a képnek ugyanazt a részét foglalja el egy 35 mm-es fényképezőgépen, mint egy 200 mm-es f/2,8-as objektív használata esetén egy 1,5-szeres kivágási tényezővel (300 mm-es f/2,8-as kamera szükséges). objektív), 3,5-szer akkora súlyt kellene cipelnie! Ez figyelmen kívül hagyja a kettő közötti méretkülönbséget is, ami fontos lehet, ha valaki nem akarja felhívni a figyelmet a nyilvánosság előtt. Ezenkívül a nehezebb lencsék általában sokkal többe kerülnek.

A tükörreflexes fényképezőgépeknél a nagyobb szenzorméretek nagyobb és tisztább keresőképet eredményeznek, ami különösen kézi élességállításnál lehet hasznos. Ezek azonban nehezebbek és drágábbak is lesznek, mivel nagyobb prizmára/öttükörre van szükségük ahhoz, hogy a fényt az objektívből a keresőbe és a szem felé továbbítsák.

MÉLYSÉGI MEZŐKÖVETELMÉNYEK

Az érzékelő méretének növekedésével a mélységélesség csökken egy adott rekesznyílásnál (ha a keretet azonos méretű és távolságú témával töltik ki). Ennek az az oka, hogy nagyobb szenzorokhoz szükség van egyre, hogy közelebb kerüljenek a témához, vagy hosszabb gyújtótávolságot kell használni a keret kitöltéséhez azzal a témával. Ez azt jelenti, hogy fokozatosan kisebb rekesznyílásokat kell használni ahhoz, hogy a nagyobb érzékelőknél is ugyanaz a mélységélesség maradjon. A következő számológép megjósolja a szükséges rekesznyílást és gyújtótávolságot az azonos mélységélesség eléréséhez (a perspektíva megőrzése mellett).

*Ha ugyanazt a perspektívát kívánjuk.

Példaszámításként, ha valaki ugyanazt a perspektívát és mélységélességet akarja reprodukálni teljes képkocka érzékelőn, mint amit egy 10 mm-es objektív f/11-nél elért egy 1,6-szoros kivágási tényezőjű fényképezőgépen, akkor egy 16 mm-es objektív és nagyjából f/18-as rekesznyílás. Alternatív megoldásként, ha valaki 50 mm-es f/1,4-es objektívet használ teljes képkocka-érzékelőn, akkor olyan sekély mélységélességet eredményezne, hogy 0,9-es rekeszértékre lenne szükség egy 1,6-szoros kivágási tényezővel rendelkező fényképezőgépen – ez nem lehetséges fogyasztói objektívekkel!

Portré
(sekély DoF) Tájkép
(nagy DoF)

A kisebb mélységélesség kívánatos lehet portrék készítésekor, mert javítja a háttér elmosódását, míg a tájképfotózásnál a nagyobb mélységélesség kívánatos. Ez az oka annak, hogy a kompakt fényképezőgépek nehezen képesek jelentős háttérelmosódást produkálni a portréknál, míg a nagyformátumú fényképezőgépek a tájképek megfelelő mélységélességét.

Ne feledje, hogy a fenti számológép feltételezi, hogy az új érzékelőn (#2) van egy lencse, amely ugyanazt a látószöget képes reprodukálni, mint az eredeti érzékelőn (#1). Ha ehelyett ugyanazt az objektívet használja, akkor a rekeszre vonatkozó követelmények változatlanok maradnak (de közelebb kell kerülnie a témához). Ez a lehetőség azonban a perspektívát is megváltoztatja.

A DIFRAKCIÓ BEFOLYÁSA

A nagyobb méretű érzékelők kisebb rekesznyílásokat használhatnak, mielőtt a diffrakciós levegős korong nagyobb lesz, mint a zavaró kör (a nyomtatási méret és az élesség kritériumai határozzák meg). Ennek elsősorban az az oka, hogy a nagyobb érzékelőket nem kell annyira felnagyítani, hogy azonos nyomtatási méretet lehessen elérni. Példaként:elméletileg akár 8x10 hüvelykes digitális érzékelőt is lehetne használni, így a képét egyáltalán nem kellene nagyítani egy 8x10 hüvelykes nyomtatáshoz, míg egy 35 mm-es szenzornál jelentős nagyításra lenne szükség.

A következő számológép segítségével becsülje meg, hogy a diffrakció mikor kezd csökkenteni az élességet. Ne feledje, hogy ez csak azt mutatja meg, hogy mikor lesz látható a diffrakció, ha 100%-ban nézi a képernyőn – az, hogy ez látható lesz-e a végső nyomaton, a megtekintési távolságtól és a nyomtatási mérettől is függ. Ennek is kiszámításához látogasson el ide:diffrakciós határértékek és fényképezés.

Ne feledje, hogy a diffrakció kezdete fokozatos, így a fenti diffrakciós határnál valamivel nagyobb vagy kisebb rekeszértékek hirtelen nem fognak jobban vagy rosszabbul kinézni. Továbbá a fentiek csak elméleti határt jelentenek; A tényleges eredmények az objektív jellemzőitől is függnek. A következő diagramok a levegős lemez méretét (elméleti maximális feloldási képességet) mutatják két rekesz esetén a pixelméretet reprezentáló rácshoz viszonyítva:

Pixelsűrűség-korlátok felbontása
(Sekély DOF követelmény) Airy Disk Limits Resolution
(Deep DOF követelmény)

A fenti eredmények fontos következménye, hogy nagyobb érzékelők esetén a diffrakciókorlátozott pixelméret növekszik (ha a mélységélességi követelmények változatlanok maradnak). Ez a pixelméret arra utal, amikor a levegős lemezméret válik a teljes felbontás korlátozó tényezőjévé – nem a pixelsűrűség. Ezen túlmenően a diffrakció-korlátozott mélységélesség minden szenzorméretnél állandó. Ez a tényező kritikus lehet, amikor új fényképezőgépet választ a tervezett felhasználáshoz, mivel a több képpont nem feltétlenül biztosít nagyobb felbontást (a mélységélesség követelményei szerint). Valójában a több képpont még a képminőséget is ronthatja a zaj növelésével és a dinamikatartomány csökkentésével (következő rész).

PIXELMÉRET:ZAJSZINT ÉS DINAMIKAI TARTOMÁNY

A nagyobb érzékelők általában nagyobb pixelekkel is rendelkeznek (bár ez nem mindig van így), ami alacsonyabb képzajt és nagyobb dinamikatartománnyal rendelkezik. A dinamikatartomány azon tónusok tartományát írja le, amelyeket az érzékelő képes rögzíteni, ha egy pixel teljesen fehér lesz, de a felett, ha a textúra nem megkülönböztethető a háttérzajtól (közel fekete). Mivel a nagyobb pixeleknek nagyobb a térfogata – és ezáltal nagyobb a fotonkapacitási tartománya –, ezek általában nagyobb dinamikus tartománnyal rendelkeznek.

Megjegyzés:az üregek színszűrő nélkül láthatók

Továbbá a nagyobb pixelek nagyobb fotonfluxust kapnak adott expozíciós idő alatt (ugyanazon f-stop mellett), így a fényjelük sokkal erősebb. Adott mennyiségű háttérzaj esetén ez magasabb jel/zaj arányt eredményez – és így simább képet ad.

Nagyobb képpontok
(nagyobb érzékelővel) Kisebb képpontok
(kisebb érzékelővel)

Ez azonban nem mindig így van, mivel a háttérzaj mértéke az érzékelő gyártási folyamatától is függ, és attól, hogy a kamera milyen hatékonyan vonja ki a tónusinformációt az egyes pixelekből (további zaj nélkül). Általában véve azonban a fenti tendencia igaz. Egy másik szempont, amelyet figyelembe kell venni, hogy még ha 100%-os nézetben két érzékelőnek ugyanaz a látszólagos zaja, a magasabb pixelszámmal rendelkező érzékelő tisztább kinézetű végső nyomatot készít . Ennek az az oka, hogy a nagyobb pixelszám-érzékelőnél (adott nyomtatási méretnél) a zaj kevésbé nő fel, ezért ennek a zajnak nagyobb a frekvenciája, és így finomabb szemcsésnek tűnik.

DIGITÁLIS ÉRZÉKELŐK ELŐÁLLÍTÁSÁNAK KÖLTSÉGE

A digitális érzékelő ára drámaian megemelkedik a terület növekedésével. Ez azt jelenti, hogy egy kétszer akkora területű érzékelő több mint kétszer annyiba kerül, így ténylegesen többet kell fizetni egységenként „érzékelő ingatlanonként”, ha nagyobb méretre vált.

Silicon Wafer
(kis érzékelőkre osztva) Silicon Wafer
(nagy érzékelőkre osztva)

Ezt megérthetjük, ha megnézzük, hogyan készítik a gyártók digitális érzékelőit. Mindegyik szenzort egy nagyobb szilícium anyagból, úgynevezett ostyából vágják ki, amely több ezer egyedi chipet tartalmazhat. Mindegyik ostya rendkívül drága (több ezer dollár), ezért kevesebb chip per ostya sokkal magasabb költséget jelent. Továbbá annak az esélye, hogy egy helyrehozhatatlan hiba (túl sok forró pixel vagy egyéb) kerüljön egy adott érzékelőbe, az érzékelő területével nő, ezért a használható szenzorok százalékos aránya az érzékelőterület növekedésével (szeletenkénti hozam) csökken. Feltételezve, hogy ezek a tényezők (szeletenkénti chipek és hozam) a legfontosabbak, a költségek az érzékelő területének négyzetével arányosan nőnek (egy 2-szer nagyobb érzékelő négyszer annyiba kerül). A valós gyártásnál bonyolultabb a méret/költség viszony, de ez képet ad az egekbe szökő költségekről.

Ez azonban nem jelenti azt, hogy bizonyos méretű érzékelők mindig megfizethetetlenül drágák lesznek; az ára végül csökkenhet, de egy nagyobb érzékelő relatív költsége valószínűleg lényegesen drágább marad (területegységre vetítve), néhány kisebb mérethez képest.

EGYÉB SZEMPONTOK

Egyes objektívek csak bizonyos szenzorméretekhez állnak rendelkezésre (vagy másképp nem működhet rendeltetésszerűen), ami szintén szempont lehet, ha ezek segítik az Ön fényképezési stílusát. Az egyik figyelemre méltó típus a tilt/shift lencsék, amelyek lehetővé teszik a látszólagos mélységélesség növelését (vagy csökkentését) a dönthető funkció segítségével. A dönthető/eltolásos objektívek az eltolást is használhatják a perspektíva szabályozására, és csökkentik (vagy kiküszöbölik) a konvergáló függőleges vonalakat, amelyeket a fényképezőgép horizont fölé vagy alá történő célzása okoz (építészeti fotózásnál hasznos). Továbbá gyors, ultraszéles látószögű objektívek (f/2,8 vagy nagyobb) nem olyan gyakoriak a levágott érzékelők esetében, ami döntő tényező lehet, ha szükséges a sportban vagy a fotóriporterekben.

KÖVETKEZTETÉS:ÁLTALÁNOS KÉP RÉSZLETEI ÉS VERSENY TÉNYEZŐK

A mélységélesség sokkal sekélyebb a nagyobb formátumú érzékelők esetében, de kisebb rekeszértéket is használhatunk a diffrakciós határ elérése előtt (a választott nyomtatási méret és élesség kritériumai szerint). Tehát melyik lehetőség képes a legrészletesebb fotó elkészítésére? A nagyobb érzékelők (és ennek megfelelően nagyobb pixelszám) kétségtelenül több részletet produkálnak, ha megengedheti magának, hogy feláldozza a mélységélességet. Másrészt, ha ugyanazt a mélységélességet szeretné megőrizni, a nagyobb szenzorméretek nem feltétlenül jelentenek felbontási előnyt . Továbbá a diffrakcióval korlátozott mélységélesség minden érzékelőméretnél azonos . Más szóval, ha a legkisebb rekesznyílást használnánk, mielőtt a diffrakció jelentőssé válna, minden szenzorméret azonos mélységélességet eredményezne – még akkor is, ha a diffrakciós korlátozott rekesz eltérő lesz.

Műszaki megjegyzések :Ez az eredmény azt feltételezi, hogy az Ön pixelmérete összemérhető a diffrakciós, korlátozott levegős lemez méretével minden egyes szóban forgó érzékelőnél, és minden objektív hasonló minőségű. Ezenkívül a dönthető objektív funkció sokkal gyakoribb a nagyobb formátumú kamerákban – ez lehetővé teszi a fókuszsík szögének megváltoztatását, ezáltal növelve a látható DoF.

Egy másik fontos eredmény, hogyha a mélységélesség a korlátozó tényező, akkor a szükséges expozíciós idő az érzékelő méretével növekszik ugyanazon érzékenység mellett. Ez a tényező valószínűleg leginkább a makró és éjszakai tájképek fotózására vonatkozik. Ne feledje, hogy még ha kézben is készíthetők fotók kisebb formátumban, ugyanazok a fotók nem feltétlenül készülnek kézben nagyobb formátumban.

Másrészt az expozíciós idők nem feltétlenül nőnek annyira, mint elsőre gondolnánk, mivel a nagyobb érzékelők általában alacsonyabb zajszinttel rendelkeznek (és így megengedhetik maguknak, hogy magasabb érzékenységű ISO-beállítást használjanak, miközben fenntartják a hasonló észlelt zajt).

Ideális esetben az észlelt zajszint (adott nyomtatási méret mellett) általában csökken a nagyobb digitális fényképezőgép érzékelőivel (a pixelmérettől függetlenül) .

Nem számít, mekkora a pixelméret, a nagyobb érzékelők elkerülhetetlenül több fénygyűjtő területtel rendelkeznek. Elméletileg egy nagyobb, kisebb pixelekkel rendelkező érzékelő még mindig alacsonyabb látszólagos zajjal rendelkezik (adott nyomtatási mérethez), mint egy kisebb, nagyobb pixelekkel rendelkező érzékelő (és ennek eredményeként sokkal alacsonyabb a teljes pixelszám). Ennek az az oka, hogy a nagyobb felbontású kamera zaja kevésbé nő, még akkor is, ha a számítógép képernyőjén 100%-ban zajosabbnak tűnhet. Alternatív megoldásként elképzelhető, hogy a szomszédos pixeleket a magasabb pixelszámú érzékelőben átlagoljuk (ezzel csökkentve a véletlenszerű zajt), miközben továbbra is elérjük az alacsonyabb pixelszámú érzékelő felbontását. Ez az oka annak, hogy a webre kicsinyített képek és a kis nyomatok olyan zajmentesek.

Műszaki megjegyzések :Mindez azt feltételezi, hogy a mikrolencse hatékonysága és a pixeltávolság közötti különbségek elhanyagolhatóak. Ha a pixeltávolságnak állandónak kell maradnia (a kiolvasás és a chipen lévő egyéb áramkörök miatt), akkor a nagyobb pixelsűrűség kisebb fénygyűjtő területet eredményez, hacsak a mikrolencsék nem tudják kompenzálni ezt a veszteséget. Ezenkívül ez figyelmen kívül hagyja a rögzített mintázat vagy a sötétáram zajának hatását, amely jelentősen változhat a kamera típusától és a kiolvasó áramkörtől függően.

Összességében:A nagyobb érzékelők általában nagyobb vezérlést és nagyobb művészi rugalmasságot biztosítanak, de nagyobb objektívek és drágább felszerelések árán . Ez a rugalmasság lehetővé teszi, hogy kisebb mélységélességet hozzon létre, mint amennyire lehetséges kisebb érzékelővel (ha szükséges), de ennek ellenére egy kisebb érzékelővel összehasonlítható mélységélességet érhet el nagyobb ISO-érzékenység és kisebb rekeszérték használatával (vagy állvány használatával). ).