Ten artykuł ma na celu odpowiedź na pytanie: w jaki sposób rozmiar czujnika aparatu cyfrowego wpływa na różne rodzaje fotografii? rozmiar matrycy jest analogiczny do wyboru między 35 mm, średnioformatowymi i wielkoformatowymi aparatami na kliszę – z kilkoma zauważalnymi różnicami charakterystycznymi dla technologii cyfrowej. Często pojawia się wiele nieporozumień w tym temacie, ponieważ istnieje tak wiele różnych opcji rozmiarów i tak wiele zawodów zniżki związane z głębią ostrości, szumem obrazu, dyfrakcją, kosztem i rozmiarem / wagą.
Dodatkowe informacje na ten temat można znaleźć w samouczek na temat czujników aparatu cyfrowego.
PRZEGLĄD ROZMIARÓW CZUJNIKÓW
Rozmiary czujników mają obecnie wiele możliwości, w zależności od ich zastosowania, ceny i pożądanej przenośności. Względny rozmiar wielu z nich pokazano poniżej:
Seria 1Ds / 5D firmy Canon i Nikon D3 to najpopularniejsze matryce pełnoklatkowe. Aparaty Canon, takie jak Rebel / 60D / 7D, mają współczynnik przycięcia 1,6x, podczas gdy popularne lustrzanki jednoobiektywowe firmy Nikon mają współczynnik przycięcia 1,5 raza. Powyższa tabela nie obejmuje współczynnika przycięcia 1,3X, który jest stosowany w aparatach Canon serii 1D.
Telefony z aparatem i inne kompaktowe aparaty fotograficzne wykorzystują matryce o rozmiarach od ~ 1/4 „do 2/3 Firmy Olympus, Fuji i Kodak połączyły siły, aby stworzyć standardowy system 4/3, który ma współczynnik przycięcia 2X w porównaniu z filmem 35 mm. Istnieją matryce średniego formatu i większe, jednak są one znacznie mniej powszechne i obecnie są zbyt drogie. Te w związku z tym nie będzie tutaj szczegółowo omawiane, ale nadal obowiązują te same zasady.
CROP FACTOR & FOCAL LENGTH MULTIPLIER
Współczynnik przycięcia to przekątna sensora w porównaniu do pełnoklatkowego sensora 35 mm. Nazywa się to, ponieważ przy zastosowaniu obiektywu 35 mm taki czujnik skutecznie przycina taką część obrazu na zewnątrz (ze względu na jego ograniczony rozmiar).
Kąt widzenia na pełnej klatce 35 mm Na początku można by pomyśleć, że odrzucanie informacji o obrazie nigdy nie jest idealne, ale ma swoje zalety . Prawie wszystkie soczewki są najostrzejsze w środku, podczas gdy jakość pogarsza się stopniowo w kierunku krawędzi. Oznacza to, że przycięty czujnik skutecznie odrzuca części obrazu o najniższej jakości, co jest bardzo przydatne w przypadku korzystania z obiektywów o niskiej jakości (ponieważ zazwyczaj mają one najgorszą jakość krawędzi).
Nieprzycięte zdjęcie
Przytnij do środka 
Przycinanie narożnika Z drugiej strony oznacza to również, że nosi się znacznie większy obiektyw, niż jest to konieczne – jest to szczególnie istotne dla osób noszących aparat w celu wydłużenia okresy czasu (patrz sekcja poniżej). Idealnie byłoby użyć prawie całego światła obrazu przechodzącego z obiektywu, a obiektyw ten byłby wystarczająco wysokiej jakości, aby jego zmiana ostrości była nieistotna w kierunku jego krawędzi.
Dodatkowo właściwości optyczne obiektywu szerokokątnego soczewki rzadko są tak dobre, jak dłuższe ogniskowe. Ponieważ przycięty czujnik jest zmuszony do używania obiektywu o szerszym kącie, aby uzyskać ten sam kąt widzenia, co większy czujnik, może to pogorszyć jakość. Mniejsze czujniki również bardziej powiększają środkowy obszar obiektywu, więc granica rozdzielczości będzie prawdopodobnie bardziej widoczna w przypadku obiektywów o niższej jakości. Więcej informacji na ten temat można znaleźć w samouczku dotyczącym jakości obiektywu aparatu.
Podobnie mnożnik ogniskowej wiąże ogniskową obiektywu używanego w mniejszym formacie z obiektywem 35 mm dającym równoważny kąt widzenia, oraz jest równa współczynnikowi uprawy. Oznacza to, że obiektyw 50 mm zastosowany w matrycy ze współczynnikiem przycięcia 1,6x zapewniłby takie samo pole widzenia, jak obiektyw 1,6 x 50 = 80 mm na matrycy pełnoklatkowej 35 mm.
Uwaga że oba te terminy mogą być nieco mylące. Ogniskowa obiektywu nie zmienia się tylko dlatego, że obiektyw jest używany na matrycy o innej wielkości – tylko jego kąt widzenia. Obiektyw 50 mm to zawsze obiektyw 50 mm, niezależnie od typu czujnika. Jednocześnie „współczynnik przycięcia” może nie być odpowiedni do opisania bardzo małych czujników, ponieważ obraz niekoniecznie jest przycięty (w przypadku korzystania z soczewek zaprojektowanych dla tego czujnika).
ROZMIAR I WAGA OBIEKTU
Mniejsze czujniki wymagają lżejszych obiektywów (dla równoważnego kąta widzenia, zakresu zoomu, jakości wykonania i zakresu przysłony). Ta różnica może być krytyczna w przypadku fotografii dzikiej przyrody, wędrówek i podróży, ponieważ wszystkie one często używają cięższych obiektywów lub wymagają noszenia sprzętu przez dłuższy czas.Poniższy wykres ilustruje ten trend w wyborze teleobiektywów Canon typowych dla fotografii sportowej i przyrodniczej:
Oznacza to, że jeśli wymaga się, aby obiekt zajmował ten sam ułamek obrazu w aparacie 35 mm, co przy użyciu obiektywu 200 mm f / 2,8 w aparacie o współczynniku przycięcia 1,5x (wymagającym 300 mm f / 2.8), trzeba by było udźwignąć 3,5 razy tyle! Pomija to również różnicę rozmiarów między nimi, co może być ważne, jeśli nie chce się przyciągać uwagi publiczności. Ponadto cięższe soczewki zwykle kosztują znacznie więcej.
Dla Lustrzanki jednoobiektywowe, większe rozmiary matryc dają większe i wyraźniejsze obrazy w wizjerze, co może być szczególnie pomocne przy ręcznym ustawianiu ostrości. Jednak będą one również cięższe i droższe, ponieważ wymagają większego pryzmatu / pentamirror, aby przekazywać światło z obiektywu do wizjera i w kierunku oka.
WYMAGANIA DOTYCZĄCE GŁĘBOKOŚCI POLA
Wraz ze wzrostem rozmiaru czujnika głębia ostrości będzie się zmniejszać dla danego otworu (podczas wypełniania kadru obiektem o tej samej wielkości i odległości). Dzieje się tak, ponieważ większe czujniki wymagają zbliżenia się do obiektu lub użycia dłuższej ogniskowej, aby wypełnić kadr tym obiektem. Oznacza to, że należy używać coraz mniejszych rozmiarów apertury, aby zachować tę samą głębię ostrości na większych czujnikach. Poniższy kalkulator przewiduje wymaganą aperturę i ogniskową w celu uzyskania tej samej głębi ostrości (z zachowaniem perspektywy).
* Jeśli pożądana jest ta sama perspektywa.
Jako przykład obliczenia, jeśli ktoś chciałby odtworzyć tę samą perspektywę i głębię ostrości na pełnoklatkowym sensorze, jaki uzyskano przy użyciu obiektywu 10 mm przy f / 11 na aparacie ze współczynnikiem przycięcia 1,6X, należałoby użyć obiektywu 16 mm i aperturę mniej więcej f / 18. Alternatywnie, gdyby ktoś użył obiektywu 50 mm f / 1,4 na matrycy pełnoklatkowej, dałoby to głębię ostrości tak płytką, że wymagałoby przysłony 0,9 w aparacie ze współczynnikiem przycięcia 1,6X – niemożliwe w przypadku obiektywów konsumenckich!
Portret (płytkie DoF)
Krajobraz (duże DoF)
Mniejsza głębia ostrości może być pożądana w przypadku portretów, ponieważ poprawia rozmycie tła, podczas gdy większa głębia ostrości jest pożądana w przypadku fotografii krajobrazowej. Z tego powodu aparaty kompaktowe mają trudności z uzyskaniem znacznego rozmycia tła na portretach, podczas gdy aparaty wielkoformatowe mają problemy z uzyskaniem odpowiedniej głębi ostrości w krajobrazach.
Pamiętaj, że powyższy kalkulator zakłada, że nowy czujnik jest ustawiony na obiektywie. (# 2), który może odtwarzać ten sam kąt widzenia, jak na oryginalnym czujniku (# 1). Jeśli zamiast tego użyjesz tego samego obiektywu, wymagania dotyczące przysłony pozostaną takie same (ale będziesz musiał zbliżyć się do obiektu). Ta opcja jednak zmienia również perspektywę.
WPŁYW DYFRAKCJI
Większe rozmiary czujników mogą używać mniejszych otworów, zanim przewiewny dysk dyfrakcyjny stanie się większy niż krąg zamieszania (określony przez rozmiar wydruku i kryteria ostrości). Dzieje się tak głównie dlatego, że większe czujniki nie muszą być tak powiększane, aby uzyskać ten sam rozmiar wydruku. Na przykład: teoretycznie można by użyć czujnika cyfrowego o wielkości nawet 8×10 cali, a więc jego obraz nie musiałby w ogóle być powiększany do druku 8×10 cali, podczas gdy czujnik 35 mm wymagałby znacznego powiększenia.
Użyj następującego kalkulatora do oszacowania, kiedy dyfrakcja zaczyna zmniejszać ostrość. Zwróć uwagę, że pokazuje to tylko wtedy, gdy dyfrakcja będzie widoczna podczas oglądania na ekranie w 100% – to, czy będzie to widoczne na ostatecznym wydruku, zależy również od odległości oglądania i rozmiaru wydruku. Aby to również obliczyć, odwiedź: granice dyfrakcji i fotografia.
Należy pamiętać, że początek dyfrakcji jest stopniowy, więc apertury nieco większe lub mniejsze niż powyższa granica dyfrakcji nie będą nagle wyglądać odpowiednio lepiej lub gorzej. Ponadto powyższe jest tylko teoretyczną granicą; rzeczywiste wyniki będą również zależały od właściwości soczewki. Poniższe diagramy pokazują rozmiar przewiewnego dysku (teoretyczna maksymalna zdolność rozdzielcza) dla dwóch apertur na podstawie siatki reprezentującej rozmiar piksela:
Rozdzielczość limitów gęstości pikseli
(wymóg płytkiej głębi ostrości)
Rozdzielczość limitów dysku powietrznego
(wymaganie głębokiej głębi ostrości)
Ważną konsekwencją powyższych wyników jest to, że piksel o ograniczonej dyfrakcji rozmiar zwiększa się w przypadku większych czujników (jeśli wymagania dotyczące głębi ostrości pozostają takie same).Ten rozmiar piksela odnosi się do sytuacji, gdy przewiewny rozmiar dysku staje się czynnikiem ograniczającym całkowitą rozdzielczość, a nie gęstość pikseli. Ponadto głębia ostrości ograniczona dyfrakcją jest stała dla wszystkich rozmiarów czujników. Ten czynnik może być krytyczny przy podejmowaniu decyzji o wyborze nowej kamery do zamierzonego zastosowania, ponieważ więcej pikseli niekoniecznie musi zapewniać większą rozdzielczość (zgodnie z wymaganiami dotyczącymi głębi ostrości). W rzeczywistości więcej pikseli może nawet pogorszyć jakość obrazu, zwiększając szum i zmniejszając zakres dynamiczny (następna sekcja).
ROZMIAR PIKSELI: POZIOMY SZUMÓW & ZAKRES DYNAMICZNY
Większe czujniki generalnie mają również większe piksele (chociaż nie zawsze tak jest), co daje im możliwość generowania niższego szumu obrazu i wyższego zakresu dynamiki. Zakres dynamiczny opisuje zakres tonów, które czujnik może wychwycić poniżej, gdy piksel staje się całkowicie biały, ale powyżej, gdy tekstura jest nieodróżnialna od szumu tła (blisko czerni). Ponieważ większe piksele mają większą objętość – a tym samym większy zakres pojemności fotonów – mają one zazwyczaj większy zakres dynamiczny.
Uwaga: wnęki pokazane bez filtrów barwnych
Ponadto większe piksele otrzymują większy strumień fotonów w danym czasie naświetlania (przy tej samej wartości przysłony), więc ich sygnał świetlny jest znacznie silniejszy. Przy danej ilości szumów w tle daje to wyższy stosunek sygnału do szumu – a tym samym gładsze zdjęcie.
Większe Piksele (z większym czujnikiem)
Mniejsze piksele (z mniejszym czujnikiem)
Jednak nie zawsze tak jest, ponieważ ilość szumu tła zależy również od procesu produkcji czujnika i tego, jak wydajnie aparat wydobywa informacje o tonach z każdego piksela (bez wprowadzania dodatkowego szumu). Ogólnie rzecz biorąc, powyższy trend jest prawdziwy. Innym aspektem, który należy wziąć pod uwagę, jest to, że nawet jeśli dwa czujniki mają ten sam pozorny szum, gdy są oglądane w 100%, czujnik z większą liczbą pikseli da czystszy wydruk końcowy. Dzieje się tak, ponieważ szum jest mniej powiększany dla czujnika o większej liczbie pikseli (dla danego rozmiaru wydruku), dlatego szum ten ma wyższą częstotliwość i dlatego wydaje się drobnoziarnisty.
KOSZT WYKONANIA CZUJNIKÓW CYFROWYCH
Koszt czujnika cyfrowego rośnie dramatycznie wraz ze wzrostem jego powierzchni. Oznacza to, że czujnik o dwukrotnie większej powierzchni będzie kosztował ponad dwa razy więcej, więc efektywnie płacisz więcej za jednostkę „nieruchomości czujnika”, gdy przechodzisz do większych rozmiarów.
Wafel silikonowy (podzielony na małe czujniki)
Krzem Wafer (podzielony na duże czujniki)
Można to zrozumieć, patrząc na to, jak producenci wytwarzają swoje cyfrowe czujniki. Każdy czujnik jest wycinany z większego arkusza materiału silikonowego zwanego płytką, który może zawierać tysiące pojedynczych chipów. Każdy wafel jest niezwykle drogi (tysiące dolarów), dlatego mniej chipów na wafel skutkuje znacznie wyższym kosztem jednego chipa. Co więcej, szansa, że nieodwracalna usterka (zbyt wiele gorących pikseli lub w inny sposób) pojawi się w danym czujniku, wzrasta wraz z powierzchnią czujnika, dlatego procent użytecznych czujników spada wraz ze wzrostem powierzchni czujnika (wydajność na płytkę). Zakładając, że te czynniki (chipy na płytkę i wydajność) są najważniejsze, koszty rosną proporcjonalnie do kwadratu powierzchni czujnika (czujnik 2 razy większy kosztuje 4 razy więcej). Produkcja w świecie rzeczywistym ma bardziej skomplikowaną zależność między wielkością a kosztem, ale daje to wyobrażenie o gwałtownym wzroście kosztów.
Nie oznacza to, że czujniki o pewnych rozmiarach zawsze będą zbyt drogie; ich cena może w końcu spaść, ale relatywny koszt większego czujnika prawdopodobnie pozostanie znacznie droższy (na jednostkę powierzchni) w porównaniu do niektórych mniejszych rozmiarów.
INNE UWAGI
Niektóre soczewki są dostępne tylko dla niektórych rozmiarów matryc (lub mogą nie działać zgodnie z przeznaczeniem), co również może być brane pod uwagę, jeśli pomogą one Twojemu stylowi fotografowania. Jednym z godnych uwagi typów są soczewki tilt / shift, które pozwalają zwiększyć (lub zmniejszyć) pozorną głębię ostrości za pomocą funkcji pochylenia. Obiektywy uchylno-przesuwne mogą również wykorzystywać przesunięcie do kontrolowania perspektywy i zmniejszania (lub eliminowania) zbieżnych linii pionowych spowodowanych skierowaniem aparatu powyżej lub poniżej horyzontu (przydatne w fotografii architektonicznej). Co więcej, szybkie obiektywy ultraszerokokątne (f / 2,8 lub większe) nie są tak powszechne dla przyciętych czujników, co może być decydującym czynnikiem, jeśli zajdzie taka potrzeba w sporcie lub fotoreportażu.
WNIOSKI: OGÓLNE SZCZEGÓŁY OBRAZU & CZYNNIKI KONKURENCYJNE
Głębia ostrości jest znacznie płytsza w przypadku czujników o większym formacie, jednak można również użyć mniejszy otwór przysłony przed osiągnięciem granicy dyfrakcji (dla wybranego rozmiaru wydruku i kryteriów ostrości). Która opcja ma więc potencjał do uzyskania najbardziej szczegółowego zdjęcia? Większe czujniki (i odpowiednio większa liczba pikseli) niewątpliwie dają więcej szczegółów, jeśli możesz sobie pozwolić na poświęcenie głębi ostrości. Z drugiej strony, jeśli chcesz zachować tę samą głębię ostrości, większe rozmiary czujników niekoniecznie mają przewagę rozdzielczości. Ponadto głębia ostrości ograniczona dyfrakcją jest taka sama dla wszystkich rozmiarów czujników. Innymi słowy, gdyby ktoś użył najmniejszej apertury, zanim dyfrakcja stałaby się znacząca, wszystkie rozmiary czujników dawałyby tę samą głębię ostrości – nawet jeśli dyfrakcyjnie ograniczona apertura będzie inna.
Innym ważnym wynikiem jest to, że jeśli czynnikiem ograniczającym jest głębia ostrości, wymagany czas ekspozycji zwiększa się wraz z rozmiarem czujnika dla tej samej czułości. Ten czynnik jest prawdopodobnie najbardziej istotny dla fotografii makro i nocnych krajobrazów. Zwróć uwagę, że nawet jeśli zdjęcia można robić z ręki w mniejszym formacie, te same zdjęcia niekoniecznie muszą być robione z ręki w większym formacie.
Z drugiej strony, czasy naświetlania niekoniecznie mogą się wydłużyć tak bardzo, jak jeden może początkowo założyć, ponieważ większe czujniki generalnie mają niższy szum (i dlatego mogą pozwolić sobie na użycie wyższego ustawienia czułości ISO przy zachowaniu podobnego postrzeganego szumu).
Idealnie, szum odczuwalny poziomy (przy danym rozmiarze wydruku) zwykle zmniejszają się wraz z większymi czujnikami aparatu cyfrowego (niezależnie od rozmiaru piksela).
Bez względu na rozmiar piksela, większe czujniki nieuchronnie mają więcej obszaru zbierania światła. Teoretycznie większy czujnik z mniejszymi pikselami nadal będzie miał niższy pozorny szum (dla danego rozmiaru wydruku) niż mniejszy czujnik z większymi pikselami (i wynikający z tego znacznie niższa całkowita liczba pikseli). Dzieje się tak, ponieważ szum w kamerze o wyższej rozdzielczości jest mniej powiększany, nawet jeśli na ekranie komputera może wyglądać bardziej głośno w 100%. Alternatywnie, można sobie wyobrazić uśrednienie sąsiednich pikseli w czujniku o większej liczbie pikseli (zmniejszając w ten sposób losowy szum), nadal osiągając rozdzielczość czujnika o mniejszej liczbie pikseli. Dlatego obrazy zmniejszone do Internetu i małe wydruki wyglądają tak bezszumowo.
Ogólnie: większe czujniki ogólnie zapewniają większą kontrolę i większą elastyczność artystyczną, ale przy koszt wymagania większych obiektywów i droższego sprzętu. Ta elastyczność pozwala stworzyć płytszą głębię ostrości niż jest to możliwe przy użyciu mniejszego czujnika (jeśli jest to pożądane), ale mimo to można uzyskać porównywalną głębię ostrości z mniejszym czujnikiem, używając wyższej czułości ISO i mniejszej apertury (lub używając statywu) ).