Denne artikel tager sigte på spørgsmålet: hvordan påvirker dit digitalkamera sensorstørrelse forskellige typer fotografering? Dit valg af sensorstørrelse er analog med at vælge mellem 35 mm, mellemformat og stort format filmkameraer – med et par bemærkelsesværdige forskelle, der er unikke for digital teknologi. Der opstår ofte forvirring om dette emne, fordi der både er så mange forskellige størrelsesmuligheder og så mange handel- offs relateret til dybdeskarphed, billedstøj, diffraktion, pris og størrelse / vægt.
Baggrundslæsning om dette emne kan findes i vejledningen om sensorer til digitalkameraer.
OVERSIGT OVER SENSORSTØRRELSER
Sensorstørrelser har i øjeblikket mange muligheder afhængigt af deres anvendelse, prispunkt og ønskede bærbarhed. Den relative størrelse for mange af disse vises nedenfor:
Canons 1Ds / 5D og Nikon D3-serien er de mest almindelige sensorer i fuld frame. Canon-kameraer såsom Rebel / 60D / 7D har alle en 1,6X afgrødefaktor, mens almindelige Nikon SLR-kameraer har en 1,5X afgrødefaktor. Ovenstående diagram udelukker 1.3X beskæringsfaktor, som bruges i Canons 1D-seriekameraer.
Kameratelefoner og andre kompakte kameraer bruger sensorstørrelser i området ~ 1/4 “til 2/3 “. Olympus, Fuji og Kodak gik alle sammen om at skabe et standard 4/3 system, der har en 2X afgrødefaktor sammenlignet med 35 mm film. Mellemformat og større sensorer findes, men disse er langt mindre almindelige og i øjeblikket uoverkommeligt dyre. Disse vil således ikke blive behandlet her specifikt, men de samme principper gælder stadig.
CROP FACTOR & FOCAL LÆNGDE MULTIPLIER
Afgrødefaktoren er sensorens diagonale størrelse sammenlignet med en 35 mm fuld sensor. Det kaldes dette, fordi når en 35 mm linse anvendes, beskærer en sådan sensor effektivt så meget af billedet udvendigt (på grund af dets begrænsede størrelse).
35 mm fuld billedvinkel Man tror oprindeligt, at det aldrig er ideelt at smide billedinformation, men det har dog sine fordele . Næsten alle linser er skarpest i deres centrum, mens kvaliteten gradvist nedbrydes mod kanterne. Dette betyder, at en beskåret sensor effektivt kasserer de laveste kvalitetsdele af billedet, hvilket er ret nyttigt, når du bruger linser af lav kvalitet (da disse typisk har den dårligste kantkvalitet).
Ikke beskåret billede
Centerafgrøde 
Corner Crop På den anden side betyder det også, at man bærer et meget større objektiv, end det er nødvendigt – en faktor, der er særlig relevant for dem, der bærer deres kamera i længere tid perioder (se afsnit nedenfor). Ideelt set ville man bruge næsten alt billedlys, der transmitteres fra linsen, og denne linse ville være af høj kvalitet, så dens skarphedsændring ville være ubetydelig i retning af dets kanter.
Derudover er den optiske ydeevne ved vidvinkel linser er sjældent så gode som længere brændvidder. Da en beskåret sensor er tvunget til at bruge en bredere vinkellins til at producere den samme synsvinkel som en større sensor, kan dette forringe kvaliteten. Mindre sensorer forstørrer også det midterste område af linsen mere, så dets opløsningsgrænse vil sandsynligvis være mere tydelig for linser af lavere kvalitet. Se vejledningen om kameralinsekvalitet for mere om dette.
Tilsvarende relaterer brændvidde-multiplikatoren brændvidden for et objektiv, der bruges i et mindre format, til en 35 mm-linse, der giver en tilsvarende synsvinkel, og er lig med afgrødefaktoren. Dette betyder, at en 50 mm-linse, der bruges på en sensor med en 1,6X beskæringsfaktor, ville producere det samme synsfelt som et 1,6 x 50 = 80 mm-objektiv på en 35 mm fuldformatsensor.
Vær advaret at begge disse udtryk kan være vildledende. Objektivets brændvidde ændres ikke bare fordi en linse bruges på en sensor i en anden størrelse – bare dens synsvinkel. En 50 mm linse er altid en 50 mm linse, uanset sensortype. På samme tid er “afgrødefaktor” muligvis ikke passende til at beskrive meget små sensorer, fordi billedet ikke nødvendigvis er beskåret ud (når du bruger linser designet til denne sensor).
LYSSTØRRELSE OG VÆGTBETYDNINGER
Mindre sensorer kræver lettere linser (for tilsvarende synsvinkel, zoomområde, byggekvalitet og blændeområde). Denne forskel kan være kritisk for fotografering af vilde dyr, vandreture og rejser, fordi alle disse ofte bruger tungere linser eller kræver transportudstyr i længere tid.Diagrammet nedenfor illustrerer denne tendens for et udvalg af Canon-teleobjektiver, der er typiske inden for sport og dyrelivsfotografering:
En implikation af dette er, at hvis man kræver, at motivet optager den samme brøkdel af billedet på et 35 mm kamera som ved brug af et 200 mm f / 2.8-objektiv på et kamera med en 1,5X beskæringsfaktor (kræver en 300 mm f / 2.8-objektiv), ville man være nødt til at bære 3,5 gange så meget vægt! Dette ignorerer også størrelsesforskellen mellem de to, hvilket kan være vigtigt, hvis man ikke ønsker at henlede opmærksomheden offentligt. Derudover koster tungere linser typisk meget mere.
For Spejlreflekskameraer, større sensorstørrelser resulterer i større og klarere søgerbilleder, hvilket kan være særligt nyttigt ved manuel fokusering. Disse vil dog også være tungere og koste mere, fordi de kræver et større prisme / pentamirror for at transmittere lyset fra linsen ind i søgeren og mod dit øje.
STYRKE PÅ FELTKRAV
Når sensorstørrelsen øges, falder dybdeskarpheden for en given blænde (når du fylder rammen med et motiv af samme størrelse og afstand). Dette skyldes, at større sensorer kræver, at man kommer tættere på motivet eller bruger en længere brændvidde for at fylde rammen med motivet. Dette betyder, at man gradvist skal bruge mindre blænderstørrelser for at opretholde den samme dybdeskarphed på større sensorer. Den følgende lommeregner forudsiger den nødvendige blænde og brændvidde for at opnå den samme dybdeskarphed (samtidig med at perspektivet opretholdes).
* Hvis det samme perspektiv ønskes.
Som et eksempel beregning, hvis man ønsker at gengive det samme perspektiv og dybdeskarphed på en fuldformatsensor som den, der opnås ved hjælp af en 10 mm linse ved f / 11 på et kamera med en 1,6X beskæringsfaktor, skal man bruge en 16 mm linse og en blænde på ca. f / 18. Alternativt, hvis man brugte et 50 mm f / 1.4-objektiv på en fuldformatsensor, ville dette give en dybdeskarphed, så overfladisk, at det ville kræve en blænde på 0,9 på et kamera med en 1,6X afgrødefaktor – ikke muligt med forbrugerlinser!
Portræt (lav DOF)
Landskab (stor DoF)
En lavere dybdeskarphed kan være ønskelig for portrætter, fordi det forbedrer slør i baggrunden, mens en større dybdeskarphed er ønskelig til landskabsfotografering. Dette er grunden til, at kompakte kameraer kæmper for at producere betydelig baggrundssløring i portrætter, mens kameraer i stort format kæmper for at producere tilstrækkelig dybdeskarphed i landskaber.
Bemærk, at ovenstående regnemaskine forudsætter, at du har en linse på den nye sensor (# 2), som kan gengive den samme synsvinkel som på den originale sensor (# 1). Hvis du i stedet bruger det samme objektiv, forbliver blændekravene de samme (men du bliver nødt til at komme tættere på motivet). Denne mulighed ændrer imidlertid også perspektivet.
DIFFRAKTIONSINVIRKNING
Større sensorstørrelser kan bruge mindre blænder, før den diffraktion, luftige disk bliver større end forvirringscirklen (bestemt af udskriftsstørrelse og skarphedskriterier). Dette skyldes primært, at større sensorer ikke skal forstørres så meget for at opnå den samme udskriftsstørrelse. Som et eksempel: man kunne teoretisk bruge en digital sensor så stor som 8×10 inches, og derfor ville dens billede slet ikke skulle forstørres til et 8×10 inch print, mens en 35 mm sensor ville kræve betydelig forstørrelse.
Brug følgende regnemaskine til at estimere, hvornår diffraktion begynder at reducere skarpheden. Bemærk, at dette kun viser, når diffraktion vil være synlig, når den ses på skærmen med 100% – om dette vil være tydeligt i den endelige udskrivning, afhænger også af synsafstand og udskriftsstørrelse. For også at beregne dette skal du besøge: diffraktionsgrænser og fotografering.
Husk, at diffraktionens begyndelse er gradvis, så åbninger, der er lidt større eller mindre end ovenstående diffraktionsgrænse, ikke pludselig ser ud bedre eller værre, henholdsvis. Desuden er ovenstående kun en teoretisk grænse; faktiske resultater afhænger også af linseegenskaber. De følgende diagrammer viser størrelsen på den luftige disk (teoretisk maksimal opløsningsevne) for to blænder mod et gitter, der repræsenterer pixelstørrelse:
Pixel Density Limits Resolution Opløsning
(lavt DOF-krav)
Opløsning for luftig diskbegrænsning
(Deep DOF-krav)
En vigtig konsekvens af ovenstående resultater er, at den diffraktionsbegrænsede pixel størrelse øges for større sensorer (hvis dybdeskarphedskravene forbliver den samme).Denne pixelstørrelse refererer til, når den luftige diskstørrelse bliver den begrænsende faktor i total opløsning – ikke pixeltætheden. Desuden er den diffraktionsbegrænsede dybdeskarphed konstant for alle sensorstørrelser. Denne faktor kan være kritisk, når du beslutter dig for et nyt kamera til din tiltænkte anvendelse, fordi flere pixels muligvis ikke nødvendigvis giver mere opløsning (til dine krav til dybdeskarphed). Faktisk kan flere pixels endda skade billedkvaliteten ved at øge støj og reducere det dynamiske område (næste afsnit).
PIXELSTØRRELSE: STØJNIVEAUER & DYNAMISK RANGE
Større sensorer har generelt også større pixels (selvom dette ikke altid er tilfældet), hvilket giver dem potentialet til at producere lavere billedstøj og have et højere dynamisk område. Dynamisk rækkevidde beskriver rækkevidden af toner, som en sensor kan opfange nedenfor, når en pixel bliver helt hvid, men alligevel over, når tekstur ikke kan skelnes fra baggrundsstøj (næsten sort). Da større pixels har et større volumen – og dermed et større område af fotonkapacitet – har disse generelt et højere dynamisk område.
Bemærk: hulrum vist uden tilstedeværende farvefiltre
Desuden modtager større pixels en større strøm af fotoner under en given eksponeringstid (ved samme f-stop), så deres lyssignal er meget stærkere. For en given mængde baggrundsstøj producerer dette et højere signal / støjforhold – og dermed et glattere billede.
Større Pixels (med en større sensor)
Mindre pixels (med en mindre sensor)
Dette er dog ikke altid tilfældet, fordi mængden af baggrundsstøj også afhænger af sensorens fremstillingsproces, og hvor effektivt kameraet udtrækker tonal information fra hver pixel (uden at indføre yderligere støj). Generelt gælder dog ovenstående tendens. Et andet aspekt, der skal overvejes, er, at selvom to sensorer har den samme tilsyneladende støj, når de ses 100%, vil sensoren med det højere pixeltal give et renere udseende. Dette skyldes, at støjen bliver forstørret mindre for den højere pixeltællingssensor (for en given udskriftsstørrelse), derfor har denne støj en højere frekvens og ser således ud til at være finere.
PRODUKTIONSKOSTNAD FOR DIGITALE SENSORER
Omkostningerne ved en digital sensor stiger dramatisk, når dens område stiger. Dette betyder, at en sensor med dobbelt areal vil koste mere end dobbelt så meget, så du betaler effektivt mere pr. Enhed “sensor fast ejendom”, når du flytter til større størrelser.
Silicon Wafer (opdelt i små sensorer)
Silicon Wafer (opdelt i store sensorer)
Man kan forstå dette ved at se på, hvordan producenter fremstiller deres digitale sensorer. Hver sensor er skåret af et større ark siliciummateriale kaldet en wafer, som kan indeholde tusindvis af individuelle chips. Hver wafer er ekstremt dyr (tusinder af dollars), og færre chips pr. Wafer resulterer derfor i en langt højere pris pr. Chip. Desuden øges chancen for, at en uoprettelig defekt (for mange varme pixels eller på anden måde) ender i en given sensor med sensorområdet, derfor går procentdelen af brugbare sensorer ned med stigende sensorareal (udbytte pr. Wafer). Hvis vi antager, at disse faktorer (chips pr. Wafer og udbytte) er vigtigst, øges omkostningerne proportionalt med kvadratet af sensorområdet (en sensor 2X så stor koster 4X så meget). Virkelig produktion har en mere kompliceret størrelse i forhold til omkostningsforhold, men dette giver dig en ide om skyhøje omkostninger.
Dette betyder ikke, at sensorer i bestemte størrelser altid vil være uoverkommeligt dyre; deres pris kan til sidst falde, men de relative omkostninger ved en større sensor vil sandsynligvis forblive betydeligt dyrere (pr. arealenhed) sammenlignet med en mindre størrelse.
ANDRE BETRAGTNINGER
Nogle linser er kun tilgængelige for bestemte sensorstørrelser (eller fungerer muligvis ikke som beregnet på anden måde), hvilket også kan være en overvejelse, hvis disse hjælper din fotograferingsstil. En bemærkelsesværdig type er tilt / shift-linser, der gør det muligt for en at øge (eller formindske) den tilsyneladende dybdeskarphed ved hjælp af tilt-funktionen. Tilt / shift-linser kan også bruge shift til at kontrollere perspektivet og reducere (eller eliminere) konvergerende lodrette linjer forårsaget af at rette kameraet over eller under horisonten (nyttigt i arkitektonisk fotografering). Desuden er hurtige ultravidvinkellinser (f / 2.8 eller større) ikke så almindelige for beskårne sensorer, hvilket kan være en afgørende faktor, hvis det er nødvendigt inden for sport eller fotojournalistik.
KONKLUSIONER: SAMLET BILLEDETALJ & KONKURRERENDE FAKTORER
Feltdybde er meget lavere for sensorer i større format, men man kan også bruge en mindre blænde, inden diffraktionsgrænsen nås (for dit valgte udskriftsstørrelse og skarphedskriterier). Så hvilken mulighed har potentialet til at producere det mest detaljerede foto? Større sensorer (og tilsvarende højere pixeltællinger) giver utvivlsomt flere detaljer, hvis du har råd til at ofre dybdeskarphed. På den anden side, hvis du ønsker at bevare den samme dybdeskarphed, har større sensorstørrelser ikke nødvendigvis en opløsningsfordel. Desuden er den diffraktionsbegrænsede dybdeskarphed den samme for alle sensorstørrelser. Med andre ord, hvis man skulle bruge den mindste blænde, før diffraktion blev signifikant, ville alle sensorstørrelser producere den samme dybdeskarphed – selvom den diffraktionsbegrænsede blænde vil være forskellig.
Et andet vigtigt resultat er, at hvis dybdeskarphed er den begrænsende faktor, øges den krævede eksponeringstid med sensorstørrelse for den samme følsomhed. Denne faktor er sandsynligvis mest relevant for makro- og natbilledfotografering. Bemærk, at selvom fotos kan tages håndholdt i et mindre format, kan de samme fotos ikke nødvendigvis tages håndholdte i det større format.
På den anden side kan eksponeringstiderne ikke nødvendigvis øges så meget som en kan oprindeligt antage, fordi større sensorer generelt har lavere støj (og dermed har råd til at bruge en ISO-indstilling med højere følsomhed, mens de opretholder lignende støj).
Ideelt set opfattet støj niveauer (ved en given udskriftsstørrelse) falder normalt med større digitalkamerasensorer (uanset pixelstørrelse).
Uanset pixelstørrelse har større sensorer uundgåeligt mere lysopsamlingsareal. Teoretisk vil en større sensor med mindre pixels stadig have mindre tilsyneladende støj (for en given udskriftsstørrelse) end en mindre sensor med større pixels (og et resulterende meget lavere samlet pixeltal). Dette skyldes, at støj i kameraet med højere opløsning forstørres mindre, selvom det måske ser mere støjende ud på 100% på din computerskærm. Alternativt kunne man tænke sig at have gennemsnitlige tilstødende pixels i den højere pixeltællingssensor (derved reducere tilfældig støj), mens man stadig opnår opløsningen af den lavere pixeltællersensor. Dette er grunden til, at billeder, der er nedskåret til internettet, og små udskrifter ser så støjfrie ud.
Samlet set: større sensorer giver generelt mere kontrol og større kunstnerisk fleksibilitet, men ved omkostningerne ved at kræve større linser og dyrere udstyr. Denne fleksibilitet gør det muligt for en at skabe en lavere dybdeskarphed end muligt med en mindre sensor (hvis det ønskes), men alligevel opnå en sammenlignelig dybdeskarphed med en mindre sensor ved at bruge en højere ISO-hastighed og mindre blænde (eller når du bruger et stativ ).