Размер матрицы 2 3: Фотоматрица — Википедия – Размер матрицы все, что нужно знать

Ознакомьтесь с обзором матриц, формирующих фотоизображение. Часть 2

Часть 2. История развития форматов

Владимир Нескоромный

Главный редактор сайта alphapro.sony.ru

Продолжение. Начало материала (часть 1) здесь.

 

Компания-производитель камеры сообщает обычно размер изображения в мегапикселях, а также условный размер матрицы, к примеру, «полный кадр», APS-C, «4/3», разнообразные дюймовые дроби. С практической точки зрения, фотографу полезнее знать кроп-фактор. Это коэффициент пересчета фокусного расстояния объектива для получения с помощью разных камер и объективов одного и того же по передаче перспективы снимка.

Если кроп-фактор 1,5х, это значит, что 50-мм объектив на определенной камере будет работать как 75-мм на полнокадровой. А также, что гиперфокальное расстояние будет примерно в эти же полтора раза меньше. Начало зоны резкости расположится ближе к фотографу, а сама она будет шире.

Чтобы определить кроп-фактор, нужно разделить принятую за «единицу измерения» диагональ малоформатного (24х36 мм) кадра, а это 43,3 мм, на диагональ матрицы выбранной камеры.

 

Два дюйма — две эпохи

Цифровая фотография унаследовала технологии и стандарты как пленочной, так и видеозаписывающей техники. Так, для расчета кроп-фактора мы используем величину диагонали (43,3 мм) кадра 35-мм кинопленки с перфорацией. Именно эта пленка и, конечно, камеры Leica, где она применялась, в свое время обеспечили популярность этому формату. А вот дюймовым дробям в маркировке матриц мы обязаны видеокамерами, вернее телекамерам.

В телекамерах на заре телевидения использовались для регистрации видеосигнала электронно-лучевые передающие телевизионные трубки — видиконы. Их технологический размер, а именно внешний диаметр трубки, обозначался в дюймах. Этот размер дошел до эпохи цифровых камер как отраслевой стандарт производства теле/видеоаппаратуры. Важно отметить, что этот стандарт характеризует не размер светочувствительной области, а габаритные размеры видикона. В прошлом это было важно для возможности независимой разработки и ремонта телекамер.

Реальный размер светочувствительной зоны матрицы составляет примерно две трети от видиконовской трубки. (Точно узнать значение размеров можно из справочников или из документации аппарата.) Поэтому когда говорят «видиконовский дюйм», то имеется в виду не 25,4 мм (общепринятый дюйм), а около 17 мм (16,93 мм). Иными словами, сам видикон имел габариты 24,5 мм, а диагональ его светочувствительного элемента составляла 17 мм.

Напомним, что для кадра 24х36 мм с диагональю 43,3 мм цифровая фотография унаследовала технологии и стандарты как пленочной, так и видеозаписывающей техники. Так, для расчета кроп-фактора мы используем величину диагонали (43,3 мм) кадра 35-мм кинопленки с перфорацией. Именно эта пленка и, конечно, камеры Leica, где она применялась, в свое время обеспечили популярность этому формату. А вот дюймовым дробям в маркировке матриц мы обязаны видеокамерами, вернее телекамерам.

Сколько дюймов?

Именно в видиконовских дюймах измеряют сенсоры компактных камер. Например, в камерофоне Sony Ericsson Cyber-Shot C905 (2008) установлен КМОП-сенсор с диагональю 1/ 2,5 дюйма. Как это значение перевести в традиционные миллиметры? Нужно единицу разделить на 2,5 и умножить на 16,93 мм. Получается 6,77 мм. Напомним, что диагональ 35-мм кадра равна 43,3 мм. Значит, диагональ сенсора камерофона в 6,4 раза меньше, чем полный кадр. Иными словами, кроп-фактор 6,4х.

Теперь рассмотрим объектив. В спецификациях сказано, что его фокусное расстояние составляет f=5,91 мм. Умножаем это значение на полученный кроп-фактор 6,4х и получаем эквивалентное фокусное расстояние f=38 мм.

Соответственно, популярный формат Four Thirds (4/3 дюйма) пересчитываем следующим образом: 4 делим на 3 и умножаем на 16,93; получается 22,57 мм, что почти в два раза меньше, чем полный кадр (кроп-фактор 2х). Собственно, так и пересчитывается оптика для системы Four Thirds.  

В камерафоне Sony Ericsson Cyber-Shot C905 (2008) установлен КМОП-сенсор с диагональю 1/ 2,5 дюйма. Кроп-фактор 6,4х. Фокусное расстояние объектива экв. f=38 мм.

Пленочный формат в цифровых камерах

Терминология современных цифровых камер сберегла для нас память об одной из последних попыток автоматизации и цифровизации пленочной фотографии. В 1990-х годах компании-производители фототехники и фотоматериалов приняли новый набор отраслевых стандартов под названием «Усовершенствованная фотосистема»/Advanced Photo System (APS).

В серийных образцах APS-камер использовалась 24-мм пленка с более тонким слоем фотоэмульсии, по сравнению с 35-мм, и с лучшими характеристиками. В камеру заряжалась почти традиционная кассета, но уменьшенного размера. При съемке можно было выбрать различное соотношение сторон кадра, например, 3:2, 16:9 или 3:1 (панорама). Первый режим съемки маркировался «С» (Classic), второй — «H» (High Definition), третий — «P» (Panoramic).

Собственно, когда стали появляться цифровые камеры, а полный кадр все еще был непозволительной роскошью, разработчики решили использовать APS-формат применительно к новым цифровым моделям. Они выбрали формат, который ближе к фотографии, а не видиконовский из видеоиндустрии.

Например, камера ILCE-6500 оснащается сенсором APS-C с площадью кадра 23,5х15,6 мм. Как мы уже написали, это Classic, соотношение сторон 3:2. Попробуем просчитать кроп-фактор. При диагонали 28,20 мм кроп-фактор составляет 1,54х.

Матрица формата APS-C (23,5×15,6 мм). Разрешение 20 Мпикс.

Заключение

Хотя в качестве отправной точки для пересчета и был выбран кадр узкой пленки 24х36 мм, он не является вершиной пирамиды матриц. Современные технологии уже обеспечили доступность матриц и камер больше малого формата. И если говорить о цифровом среднем формате, то следует сказать, что для него кроп-фактор меньше единицы, например, 0,79х, Но цифра эта малоинформативна для практического применения. Фотографы, использующие среднеформатные камеры, не пересчитывают свои объективы на малоформатные, а оперируют более профессиональным термином — «угол поля зрения объектива». Но это тема уже для другого материала.

 

Примечания:

1_ Four Thirds — Стандарт крепления объективов для цифровых зеркальных фотокамер.

2_ Advanced Photo System (APS) — «Усовершенствованная фотосистема» («А-Пэ-Эс»).

3_«С» (Classic) — Классический формат.

4_«H» (High Definition) — Формат высокой четкости.

5_«P» (Panoramic) — Панорамный формат.

похожие статьи

Размер матрицы и что такое кроп фактор — 100dorog.org

 Немного истории.

 

            Совсем недавно были времена, когда в фотоаппаратах и видеокамерах использовали фотопленку, а не светочувствительную матрицу или сенсор. И большинство специалистов говорили, что по качеству никогда не сможет электронный чип заменить пленку. В те времена большинство фотографов использовали фотопленки с форматом кадра 36х24 мм. Стали появляться все больше фотоаппаратов и видеокамер с электронным сенсором внутри и постепенно они вытеснили пленочное оборудование и в любительской и в профессиональной сфере. Сначала такие сенсоры были больших размеров и с малым количеством мегапикселей. Потом количество мегапикселей стало стремительно увеличиваться. Размеры матриц при этом уменьшались. Дошло до того, что матрицы начали помещаться на спичечной головке и при этом иметь больше 10 мегапикселей. Понятно, что качество картинки при этом нельзя назвать удовлетворительным. Матрицы и оптика к ним стали настолько малыми по размеру, что их уже спокойно можно было ставить даже в мобильные телефоны. Мобильные телефоны стали конкурировать с любительскими видеокамерами и на сегодняшний момент практически вытеснили их с рынка. И только благодаря тому, что фотоаппараты имели большие по физическому размеру сенсоры и при этом они тоже могли снимать видео, они не только сохранились на рынке, но и заняли свое достойное место в профессиональном и любительском  фото и видео деле.

 

 

Размеры сенсора.

 

           Иногда приходится видеть в интернете картинки, на которых изображены сравнительные размеры разных матриц. Эти картинки никак не отражают настоящие физические размеры матриц и имеют только относительные размеры. Покупатели начинают думать, что они покупают камеру с большим сенсором, а на самом деле сенсор там стоит «микроскопических» размеров. И как бы ни старались производители, какие бы мощные процессоры они не «запихивали» в камеру, улучшить качество уже не получится. Неминуемо будут возникать шумы, хроматические аберрации, засветка соседних пикселей и другие явления, отрицательно влияющие на качество картинки. Например Panasonic в своих последних любительских видеокамерах ставил не одну, а сразу три матрицы, каждая из которых принимала свой цвет: красный, синий или зеленый. Потом картинки объединялась в одну, и на изображении не было заметно смещения по цвету. Но физические размеры матрицы в камере

Panasonic TM900 всего 3х2 мм каждая, и качество все равно уступает качеству изображения с одноматричных камер, но с большим физическим размером сенсора.

 

 Размеры матриц на картинке изображены с большим увеличением и не соответствуют их реальным размерам.

 

 

             Видимо, чтобы окончательно запутать пользователей и чтобы они не понимали ситуацию, производители стали обозначать размеры светочувствительных сенсоров в дюймах. Только эти дюймы не имеют никакого отношения к настоящим дюймам, которыми измеряют длину. Например, ставшие сейчас популярными матрицы в 1″ — дюйм, применяемые на фотоаппаратах Nikon 1 и Sony RX100 имеют физический размер примерно

13х9 мм. По диагонали такая матрица имеет 16,4 мм (Sony Cybershot DSC-RX100). Для справки: реальный один дюйм равен 2,54 сантиметра.  Или есть такой «экзотический» размер сенсора — 1.5″ (18.7 х 14 mm) – ставится на камеры Canon G1X.

 

 

Реальные размеры наиболее популярных сенсоров представлены на следующей картинке:

 

 

 

 

 

 

Кроп фактор — Crop Factor

 

             Для того, чтобы фотографам как можно более «безболезненно» перейти с пленки на цифровой сенсор, производители стали делать самый крупный сенсор такого же размера как и кадр фотопленки – 24х36 мм. Такой сенсор принято считать полнокадровым или фулл фрейм (Full Frame). Соответственно кроп фактор для него приравняли к единице. Кстати, из-за этого многие ошибочно считают, что раз кроп фактор равен «1», то такую матрицу нужно принимать за эталон качества.

 

             Чем меньше матрица, тем выше будет кроп фактор. Измеряется он в относительных размерах матрицы к размеру 36х24мм. Таким образом, если мы возьмем следующий популярный размер матриц – примерно 25х16 мм, обозначаемый как APS-sensor (APS-C, APS-H  или DX), то кроп фактор для таких матриц будет примерно равен 1,5. Значит физический размер такой матрицы в полтора раза меньше полнокадрового. Сенсоры такого размера ставятся во многие зеркальные и беззеркальные камеры таких производителей как Canon, Nikon и Sony.

 

Panasonic и Olympus применяют в своих аппаратах сенсор обозначаемый как 4/3″. Физические размеры примерно – 17,3х13,0 мм. Кроп фактор равен 2.

 

Дальше идет уже упоминавшийся выше размер матрицы  1″ — кроп-фактор равен 2.7

Сенсор 2/3″  –  кроп фактор = 4

1/1.8″ — кроп фактор примерно равен 5. Сейчас это редкий размер сенсора и тут важно его не перепутать с 1/8. (Сенсор размером 1/8″ — это размер просто «микроскопических» матриц, которые ставят на самые дешевые видеокамеры и в мобильные телефоны).

1/1.7″ (примерно 7,5 х 5,5 мм) = 4,6 crop factor (Canon S100, Olympus XZ-1, Panasonic LX-5)

1/2,3″ соответствует 6,17 x 4,55 мм (1/2,33″ — 6,1 x 4,6 мм) — кроп фактор примерно 6

1/3″ матрица — кроп фактор = 7.2

1/6″ – кроп фактор = 14,7

 

 

             Важно заметить, что к размерам сенсора никаким образом не имеют отношения мегапиксели «втиснутые» в эту матрицу. Чем больше мегапикселей в матрице одинакового размера, тем значит меньше каждый отдельный светоприёмный пиксель. Высокое разрешение иногда достигается методом интерполяции – информацию с одного реального пикселя расписывают на несколько несуществующих и таким способом фиктивно увеличивают мегапиксели матрицы. На мой взгляд, последний способ является прямым обманом покупателей.

 

Пример: возьмем и сравним новый полноразмерный full frame сенсор Nikon D800 с 36,3 мегапикселей и Sony NEX-5N с APS-C сенсором  (23,4×15,6 мм) с 16 мегапикселями. Получаем 16Х1,5 (кроп фактор) = 24 мегапикселя. Значит, если бы мы разместили точно такие же пиксели как в NEX-5N на полноразмерном сенсоре, то они получились бы больше по своему размеру, чем у нового Nikon D800. Слава Богу, последнее время производители одумались и «гонка мегапикселей» уже в прошлом.

 

Очень важно:

             Если взять две камеры с объективами с одинаковым фокусным расстоянием и при этом с разными физическими размерами матриц, то мы получим изображение с разными фокусными расстояниями. Чтобы избежать путаницы, принято значение фокусного расстояния приводить к тому, какое оно было бы для полноразмерной матрицы, тоесть умножать его на кроп фактор данной конкретной матрицы.

Например, мы имеем аппарат с сенсором APS-C (кроп 1,5) и объектив 18-55 мм. Значит в реальности мы получим снимки как если бы мы снимали на полноматричную  (full frame) камеру с объективом 24-82 мм. Получается, что при одинаковых объективах, наиболее широкоугольную картинку мы можем получить только с самой крупной по размеру матрицы.

 

 

 

Если Вам понравилась статья, расскажите о ней друзьям в социальных сетях (кнопки ниже) — 284101

Похожие статьи:

Фото-видео камеры → Светосила объектива

Фото-видео камеры → ГРИП и что такое диафрагма и как она влияет на глубину резкости

Фото-видео камеры → Какие бывают объективы — широкоугольные и длиннофокусные

Фото-видео камеры → Фотоаппарат для путешествий

Фото-видео камеры → Panasonic GF3 в сравнении с Sony NEX-5

К вопросу о выборе объектива

Планируя развернуть систему видеонаблюдения, вы неизбежно задаетесь вопросами: куда и сколько установить камер? Как определить наилучшие места их расположения, чтобы избежать «слепых зон»? На каком расстоянии от объектов наблюдения установить камеры, чтобы в итоге получилось достаточно четкое изображение нужных деталей?

На вид и качество изображения большое влияние оказывают не только параметры видеокамеры и объектива, но и их правильное сочетание. Так, иногда отличный, дорогой объектив может давать даже худшее изображение, чем альтернативная дешевая модель.

Расскажем об основных факторах, влияющих на качество и масштаб видеоизображения, которые следует учитывать при выборе объектива для камеры, чтобы по максимуму использовать их возможности и при этом избежать ненужных затрат.

Угол обзора объектива
Одной из важных характеристик систем видеонаблюдения является угол обзора объектива. От него напрямую зависит количество и возможные места установки камер на объекте. Угол обзора объектива определяет величину видимого объекта и масштаб изображения в кадре.

Рис. 1 Оптическая схема получения изображения на матрице

Из этой схемы видно, что на величину угла обзора напрямую влияет не только фокусное расстояние объектива, но и размеры матрицы:

И если с фокусное расстояние определить довольно легко, зная модель объектива, то с размером матриц не все так просто.

Размер матрицы видеокамеры
В зависимости от соотношения сторон (4:3 или 16:9), у матриц с одной и той же диагональю физические размеры различны (Таблица 1). Поэтому, например, камера на матрице 1/3’’ с соотношением сторон 4:3 дает больший угол обзора по вертикали и меньший по горизонтали, чем камера на матрице с такой же диагональю, но соотношением 16:9.

Формат матрицы	Диагональ матрицы (мм)	Соотношение сторон
		4:3		16:9
		Ширина (мм)	Высота (мм)	Ширина (мм)	Высота (мм)
1/4	4.23	3.39	2.54	3.69	2.08
1/3	5.64	4.52	3.39	4.92	2.77
1/2.8	6.05	4.84	3.63	5.27	2.96
1/2.7	6.27	5.02	3.76	5.47	3.07
1/2.5	6.77	5.42	4.06	5.90	3.32
1/2	8.47	6.77	5.08	7.38	4.15

Таблица 1 Зависимость физических размеров матрицы от соотношения сторон

В целях облегчения подбора совместимой оптики и расчета углов обзора обычно заявляют ближайшее из стандартных значений для диагонали матрицы: 1’’, 1/2’’, 1/2.5’’, 1/2.7’’, 1/2.8’’, 1/3’’, 1/4’’. При этом измерять ее принято в видиконовых дюймах. Эта единица измерения, равная 2/3 обычного дюйма, была введена со времен зарождения телевидения, когда приёмным элементом в телекамере служила электронная трубка («видикон»), а размер обозначал её диаметр (в который должен был вписываться с запасом снимаемый кадр).

Помимо этого необходимо помнить, что на некоторых режимах работы камеры часть пикселей матрицы не используется. Поэтому при определении угла обзора следует говорить не столько о размере матрицы, сколько о размере активной области матрицы.

Для наглядности приведем несколько примеров:

N1000 (Рис. 2): для всех возможных режимов работы активная область матрицы остается неизменной.

Рис. 2 N1000. 0.3 Мп, VGA, 1/4’’

Размер матрицы: 3.7 х 2.77мм, диагональ 4,62 мм=1/3.67 видиконовых дюйма (ближайшее значение 1/4’’).

N37210 (Рис. 3): в зависимости от режима работы активная область матрицы изменяется почти на 30% по вертикали и 25% по горизонтали.

Рис. 3 N37210. 2 Мп, FullHD, 1/2.7’’

Размер матрицы: 5.71 х 3.14 мм, диагональ 6.52 мм=1/2.6 видиконовых дюйма (ближайшее значение 1/2.7’’). При разрешении 1024х768 размер активной области матрицы уменьшается до 4.58 х 2.32 мм.

BD2570 (Рис. 4): в зависимости от режима работы активная область матрицы изменяется почти на 50% по вертикали и 25% по горизонтали.

Рис. 4 BD2570. 5 Мп, 1/2.5’’

Размер матрицы: 5.61 х 4.31 мм, диагональ 7.08 мм=1/2.39 видиконовых дюйма (ближайшее значение 1/2.5’’). При разрешении 1280х720 размер активной области матрицы уменьшается до 4.22 х 2.21 мм.

Из этих примеров видно, что величина матрицы может отличаться от указанной в паспорте, а размер ее активной области — меняться в зависимости от режима работы.

Однако, при вычислении угла обзора следует учитывать не только эту особенность, но и тот факт, что аберрации реального объектива приводят к усложнению расчетов.

В большинстве объективов, используемых в CCTV, повышение качества изображения осуществляется путем усложнением оптической системы с целью уменьшения аберраций, влияющих на разрешающую способность. Это часто приводит к увеличению геометрических аберраций, таких как дисторсия (рис. 5), воспринимаемых как побочный эффект.

Рис. 5 Идеальное изображение без дисторсии (а), изображение с дисторсией типа «подушка» (б), изображение с дисторсией типа «бочка» (в)

Например, положительная дисторсия сокращает угол обзора непропорционально быстро при уменьшении активной области матрицы (синяя рамка на рис. 6).

Рис. 6 Кадры, сделанные объективом с дисторсией (а) и объективом без дисторсии (б)

Этот эффект наблюдается как при смене режимов работы одной и той же камеры, так и при установке объектива на матрицы разных форматов. Например, видимый угол обзора у 8-мм дисторзирующего объектива на матрице 1/2 может быть как у 6-мм, а на матрице 1/3 — как у 7-мм.

Непропорциональное уменьшение угла обзора реального объектива с положительной дисторсией объясняется смещением фокальной плоскости в центре кадра, в отличие от идеального объектива (рис. 7), для которого верны соотношения

Рис. 7 Оптическая схема идеального объектива (а) и реального объектива с положительной дисторсией (б)

Таким образом, спрогнозировать, какими будут качество и масштаб видеоизображения для пары «камера-объектив» можно достаточно точно только если учитывать все влияющие на это параметры видеосистемы. Универсальный калькулятор BEWARD позволяет не просто вычислить области видимости и углы обзора, но и подобрать подходящие объективы для камер BEWARD.

Подбор объектива: формат матрицы | БИК Дом оптики

Матрица (сенсор, фотоприемник)- это устройство камеры, где формируется телевизионное изображение,как правило представляет собой микросхему,состоящую из фотодиодов. При прохождении лучей света (фотонов) фотодиоды генерируют попавший свет в электрический сигнал. Соответственно, чем больше света попадет,тем лучше будет сигнал. Как правило один фотодиод содержит три пикселя RGB, расположенных в трех уровнях один под одним каждый и представляют собой ячейку фотоприемника. От количества пикселей зависит разрешение (детализация) получаемого изображения.Чем больше пикселей содержит матрица, тем выше будет детализация.

Одной из основных характеристик матрицы является её физический размер.В спецификациях к камерам производителями принято указывать размеры матрицы в дюймах.К примеру, матрица формата 1/3″ имеет размеры: горизонтальный 4.8 x вертикальный 3.6 мм. Размер матрицы влияет на такие важные показатели,как вес и габариты камеры, цифровой шум на изображении и поле зрения при использовании с тем или иным объективом.На большую по площади матрицу попадает большее количество света, тем самым получая на выходе изображение с меньшим количеством шумов.Стоит отметить,что на показатели шума также влияет размер пикселей.При большом размере пикселей слой изоляции между ними тоже больше, а следовательно ток утечки уменьшается.

При подборе оптики к тому или иному формату ТВ камеры нужно руководствоваться простым правилом: выбранный объектив должен либо быть равным формату матрицы камеры либо превосходить его.Если объектив спроектирован для работы с сенсором меньших размеров,чем установленный в камере, то на изображении появится тёмная окантовка или так называемое «виньетирование«.Если объектив спроектирован для работы с сенсором большего размера,чем установленный в камере,то часть информации на изображении будет находится за пределами матрицы, таким образом сужается поле зрения (угол обзора).Во втором случае,отсекание краевых участков на изображении позволяет использовать самую «продуктивную» часть объектива — центральную область,в которой разрешение оптики,измеряемое в линиях/мм всегда больше,чем на краях,поэтому и качество изображения будет выше.

Поясняющее изображение:

К примеру, объектив Kowa LMVZ655 формата 1/2″ можно с успехом использовать на камерах с сенсором 1/2″,1/3″,но нежелательно на 2/3″.

Соотношение основных оптических форматов сенсоров и их физические размеры приведены в таблице: