Este artigo tem como objetivo abordar a questão: como o tamanho do sensor de sua câmera digital influencia diferentes tipos de fotografia? o tamanho do sensor é análogo a escolher entre câmeras de filme de 35 mm, médio e grande formato – com algumas diferenças notáveis exclusivas da tecnologia digital. Muitas vezes surge muita confusão sobre este tópico porque há tantas opções de tamanhos diferentes e muitas trocas offs relacionados à profundidade de campo, ruído da imagem, difração, custo e tamanho / peso.
A leitura de fundo sobre este tópico pode ser encontrada em o tutorial sobre sensores de câmeras digitais.
VISÃO GERAL DOS TAMANHOS DO SENSOR
Os tamanhos dos sensores atualmente têm muitas possibilidades, dependendo de seu uso, faixa de preço e portabilidade desejada. O tamanho relativo para muitos deles é mostrado abaixo:
As séries 1Ds / 5D e Nikon D3 da Canon são os sensores full frame mais comuns. As câmeras Canon como a Rebel / 60D / 7D têm um fator de corte de 1,6X, enquanto as câmeras SLR da Nikon convencionais têm um fator de corte de 1,5X. O gráfico acima exclui o fator de corte de 1,3X, que é usado nas câmeras da série 1D da Canon.
Os telefones com câmera e outras câmeras compactas usam tamanhos de sensor na faixa de ~ 1/4 “a 2/3 “. Olympus, Fuji e Kodak se uniram para criar um sistema 4/3 padrão, que tem um fator de corte 2X em comparação com o filme de 35 mm. Existem sensores de formato médio e maiores, mas são muito menos comuns e, atualmente, proibitivamente caros. Estes portanto, não será abordado aqui especificamente, mas os mesmos princípios ainda se aplicam.
FATOR DE CULTURA & MULTIPLICADOR DE COMPRIMENTO FOCAL
O fator de corte é o tamanho da diagonal do sensor em comparação com um sensor full frame de 35 mm. É chamado assim porque, ao usar uma lente de 35 mm, esse sensor efetivamente corta essa parte da imagem em seu exterior (devido ao seu tamanho limitado).
Ângulo de visão de quadro completo de 35 mm Pode-se inicialmente pensar que jogar fora as informações da imagem nunca é ideal, no entanto, tem suas vantagens . Quase todas as lentes são mais nítidas em seus centros, enquanto a qualidade se degrada progressivamente em direção às bordas. Isso significa que um sensor recortado descarta efetivamente as partes de qualidade mais baixa da imagem, o que é bastante útil ao usar lentes de baixa qualidade (já que normalmente têm a pior qualidade de borda).
Fotografia não cortada
Corte central 
Corte de canto Por outro lado, isso também significa que se está carregando uma lente muito maior do que o necessário – um fator particularmente relevante para quem carrega sua câmera por longos períodos períodos de tempo (consulte a seção abaixo). O ideal seria usar quase toda a luz da imagem transmitida pela lente, e essa lente seria de qualidade alta o suficiente para que sua alteração na nitidez fosse insignificante em relação às bordas.
Além disso, o desempenho óptico da grande angular lentes raramente são tão boas quanto comprimentos focais maiores. Como um sensor cortado é forçado a usar uma lente de ângulo mais amplo para produzir o mesmo ângulo de visão de um sensor maior, isso pode degradar a qualidade. Sensores menores também ampliam mais a região central da lente, então seu limite de resolução provavelmente será mais aparente para lentes de qualidade inferior. Veja o tutorial sobre a qualidade da lente da câmera para saber mais sobre isso.
Da mesma forma, o multiplicador de distância focal relaciona a distância focal de uma lente usada em um formato menor a uma lente de 35 mm produzindo um ângulo de visão equivalente, e é igual ao fator de colheita. Isso significa que uma lente de 50 mm usada em um sensor com fator de corte de 1,6X produziria o mesmo campo de visão que uma lente de 1,6 x 50 = 80 mm em um sensor full frame de 35 mm. que ambos os termos podem ser um tanto enganosos. A distância focal da lente não muda apenas porque uma lente é usada em um sensor de tamanho diferente – apenas seu ângulo de visão. Uma lente de 50 mm é sempre uma lente de 50 mm, independentemente do tipo de sensor. Ao mesmo tempo, “fator de corte” pode não ser apropriado para descrever sensores muito pequenos porque a imagem não é necessariamente cortada (ao usar lentes projetadas para esse sensor).
CONSIDERAÇÕES DE TAMANHO E PESO DA LENTE
Sensores menores requerem lentes mais leves (para ângulo de visão, faixa de zoom, qualidade de construção e faixa de abertura equivalentes). Essa diferença pode ser crítica para a fotografia de vida selvagem, caminhadas e viagens, porque todas elas costumam utilizar lentes mais pesadas ou requerem carregar equipamentos por longos períodos de tempo.O gráfico abaixo ilustra essa tendência para uma seleção de lentes telefoto Canon típicas em fotografia de esportes e vida selvagem:
Uma implicação disso é que se for necessário que o assunto ocupe a mesma fração da imagem em uma câmera de 35 mm, como usar uma lente 200 mm f / 2.8 em uma câmera com fator de corte de 1,5X (exigindo 300 mm lente f / 2.8), seria necessário carregar 3,5 vezes mais peso! Isso também ignora a diferença de tamanho entre os dois, o que pode ser importante se alguém não quiser chamar a atenção em público. Além disso, lentes mais pesadas normalmente custam muito mais.
Para Câmeras SLR, tamanhos de sensores maiores resultam em imagens maiores e mais nítidas no visor, o que pode ser especialmente útil durante o foco manual. No entanto, eles também serão mais pesados e custarão mais porque requerem um prisma / penteespelho maior para transmitir a luz da lente para o visor e em direção ao seu olho.
PROFUNDIDADE DOS REQUISITOS DE CAMPO
Conforme o tamanho do sensor aumenta, a profundidade de campo diminui para uma determinada abertura (ao preencher o quadro com um assunto do mesmo tamanho e distância). Isso ocorre porque os sensores maiores exigem que um se aproxime do assunto ou use uma distância focal maior para preencher o quadro com esse assunto. Isso significa que é necessário usar tamanhos de abertura progressivamente menores para manter a mesma profundidade de campo em sensores maiores. A calculadora a seguir prevê a abertura e o comprimento focal necessários para atingir a mesma profundidade de campo (enquanto mantém a perspectiva).
* Se a mesma perspectiva for desejada.
Como exemplo cálculo, se alguém quisesse reproduzir a mesma perspectiva e profundidade de campo em um sensor de quadro completo como aquela obtida usando uma lente de 10 mm em f / 11 em uma câmera com fator de corte de 1,6X, seria necessário usar uma lente de 16 mm e uma abertura de aproximadamente f / 18. Alternativamente, se alguém usasse uma lente 50 mm f / 1.4 em um sensor full frame, isso produziria uma profundidade de campo tão rasa que exigiria uma abertura de 0,9 em uma câmera com fator de corte de 1,6X – o que não é possível com lentes de consumo!
Retrato (DoF raso)
Paisagem (DoF grande)
Uma profundidade de campo mais rasa pode ser desejável para retratos porque melhora o desfoque de fundo, enquanto um maior profundidade de campo é desejável para fotografia de paisagem. É por isso que as câmeras compactas lutam para produzir um desfoque de fundo significativo em retratos, enquanto as câmeras de grande formato lutam para produzir a profundidade de campo adequada em paisagens.
Observe que a calculadora acima pressupõe que você tenha uma lente no novo sensor (# 2) que pode reproduzir o mesmo ângulo de visão do sensor original (# 1). Se, em vez disso, você usar a mesma lente, os requisitos de abertura permanecerão os mesmos (mas você terá que se aproximar do objeto). Esta opção, no entanto, também muda a perspectiva.
INFLUÊNCIA DA DIFRAÇÃO
Sensores maiores podem usar aberturas menores antes que o disco arejado de difração se torne maior que o círculo de confusão (determinado pelo tamanho da impressão e critérios de nitidez). Isso ocorre principalmente porque os sensores maiores não precisam ser aumentados tanto para obter o mesmo tamanho de impressão. Por exemplo: pode-se teoricamente usar um sensor digital de até 8 x 10 polegadas e, portanto, sua imagem não precisa ser ampliada para uma impressão de 8 x 10 polegadas, enquanto um sensor de 35 mm exigiria uma ampliação significativa.
Use a seguinte calculadora para estimar quando a difração começa a reduzir a nitidez. Observe que isso só mostra quando a difração será visível quando vista na tela a 100% – se isso será aparente na impressão final também depende da distância de visualização e do tamanho da impressão. Para calcular isso também, visite: limites de difração e fotografia.
Lembre-se de que o início da difração é gradual, então as aberturas ligeiramente maiores ou menores do que o limite de difração acima não aparecerão repentinamente melhor ou pior, respectivamente. Além disso, o acima é apenas um limite teórico; os resultados reais também dependem das características da lente. Os diagramas a seguir mostram o tamanho do disco de ar (capacidade de resolução máxima teórica) para duas aberturas contra uma grade que representa o tamanho do pixel:
Resolução dos limites de densidade de pixels
(Requisito de DOF raso)
Resolução dos limites do disco Airy
(Requisito Deep DOF)
Uma implicação importante dos resultados acima é que o pixel limitado por difração o tamanho aumenta para sensores maiores (se os requisitos de profundidade de campo permanecerem os mesmos).Este tamanho de pixel se refere a quando o tamanho do disco arejado se torna o fator limitante na resolução total – não a densidade de pixels. Além disso, a profundidade de campo limitada pela difração é constante para todos os tamanhos de sensores. Esse fator pode ser crítico ao decidir sobre uma nova câmera para o uso pretendido, porque mais pixels podem não necessariamente fornecer mais resolução (para seus requisitos de profundidade de campo). Na verdade, mais pixels podem até prejudicar a qualidade da imagem, aumentando o ruído e reduzindo a faixa dinâmica (próxima seção).
TAMANHO DO PIXEL: NÍVEIS DE RUÍDO & GAMA DINÂMICA
Sensores maiores geralmente também têm pixels maiores (embora nem sempre seja o caso), o que lhes dá o potencial de produzir ruído de imagem menor e ter uma faixa dinâmica mais alta. A faixa dinâmica descreve a faixa de tons que um sensor pode capturar abaixo, quando um pixel se torna completamente branco, mas ainda acima, quando a textura é indiscernível do ruído de fundo (quase preto). Como os pixels maiores têm um volume maior – e, portanto, uma faixa maior de capacidade de fótons – eles geralmente têm uma faixa dinâmica mais alta.
Observação: cavidades mostrado sem filtros de cor presentes
Além disso, pixels maiores recebem um fluxo maior de fótons durante um determinado tempo de exposição (no mesmo f-stop), então seu sinal de luz é muito mais forte. Para uma determinada quantidade de ruído de fundo, isso produz uma relação sinal / ruído mais alta – e, portanto, uma foto de aparência mais uniforme.
Maior Pixels (com um sensor maior)
Pixels menores (com um sensor menor)
Esse nem sempre é o caso, pois a quantidade de ruído de fundo também depende do processo de fabricação do sensor e da eficiência com que a câmera extrai as informações tonais de cada pixel (sem introduzir ruído adicional). Em geral, porém, a tendência acima é verdadeira. Outro aspecto a considerar é que, mesmo que dois sensores tenham o mesmo ruído aparente quando vistos a 100%, o sensor com a contagem de pixels mais alta produzirá uma impressão final com aparência mais limpa. Isso ocorre porque o ruído é menos ampliado para o sensor de maior contagem de pixels (para um determinado tamanho de impressão), portanto, esse ruído tem uma frequência mais alta e, portanto, parece mais granulado.
CUSTO DE PRODUÇÃO DE SENSORES DIGITAIS
O custo de um sensor digital aumenta drasticamente à medida que sua área aumenta. Isso significa que um sensor com o dobro da área custará mais do que o dobro, então você está efetivamente pagando mais por unidade de “área de sensor” conforme muda para tamanhos maiores.
Wafer de silício (dividido em pequenos sensores)
Silício Wafer (dividido em grandes sensores)
Pode-se entender isso observando como os fabricantes fazem seus sensores digitais. Cada sensor é cortado de uma folha maior de material de silício chamada wafer, que pode conter milhares de chips individuais. Cada wafer é extremamente caro (milhares de dólares), portanto, menos chips por wafer resultam em um custo por chip muito mais alto. Além disso, a chance de um defeito irreparável (muitos pixels quentes ou outro) terminar em um determinado sensor aumenta com a área do sensor, portanto, a porcentagem de sensores utilizáveis diminui com o aumento da área do sensor (rendimento por wafer). Supondo que esses fatores (chips por wafer e rendimento) sejam os mais importantes, os custos aumentam proporcionalmente ao quadrado da área do sensor (um sensor 2X mais custa 4X mais). A fabricação no mundo real tem uma relação tamanho versus custo mais complicada, mas isso dá uma ideia dos custos disparados.
Isso não quer dizer que certos sensores de tamanho sempre serão proibitivamente caros; seu preço pode eventualmente cair, mas o custo relativo de um sensor maior tende a permanecer significativamente mais caro (por unidade de área) quando comparado a algum tamanho menor.
OUTRAS CONSIDERAÇÕES
Alguns As lentes estão disponíveis apenas para determinados tamanhos de sensores (ou podem não funcionar como pretendido de outra forma), o que também pode ser considerado se elas ajudarem no seu estilo de fotografia. Um tipo notável são as lentes de inclinação / deslocamento, que permitem aumentar (ou diminuir) a profundidade de campo aparente usando o recurso de inclinação. As lentes de inclinação / mudança também podem usar o deslocamento para controlar a perspectiva e reduzir (ou eliminar) as linhas verticais convergentes causadas ao apontar a câmera acima ou abaixo do horizonte (útil em fotografia de arquitetura). Além disso, as lentes ultra-grande angular rápidas (f / 2.8 ou maior) não são tão comuns para sensores cortados, o que pode ser um fator decisivo se necessário em esportes ou fotojornalismo.
CONCLUSÕES: DETALHE GERAL DA IMAGEM & FATORES CONCORRENTES
A profundidade de campo é muito mais rasa para sensores de formato maior, no entanto, também se pode usar um abertura menor antes de atingir o limite de difração (para o tamanho de impressão escolhido e critérios de nitidez). Então, qual opção tem potencial para produzir a foto mais detalhada? Sensores maiores (e contagens de pixels correspondentemente mais altas) sem dúvida produzem mais detalhes se você puder sacrificar a profundidade de campo. Por outro lado, se você deseja manter a mesma profundidade de campo, tamanhos maiores de sensores não têm necessariamente uma vantagem de resolução. Além disso, a profundidade de campo limitada pela difração é a mesma para todos os tamanhos de sensores. Em outras palavras, se alguém fosse usar a menor abertura antes que a difração se tornasse significativa, todos os tamanhos de sensor produziriam a mesma profundidade de campo – embora a abertura limitada da difração seja diferente.
Outro resultado importante é que, se a profundidade de campo for o fator limitante, o tempo de exposição necessário aumenta com o tamanho do sensor para a mesma sensibilidade. Este fator é provavelmente mais relevante para fotografia macro e noturna. Observe que mesmo que as fotos possam ser tiradas com a câmera na mão em um formato menor, essas mesmas fotos podem não ser necessariamente tiradas com a câmera na mão em um formato maior.
Por outro lado, os tempos de exposição podem não necessariamente aumentar tanto quanto um pode supor inicialmente, porque sensores maiores geralmente têm ruído mais baixo (e podem, portanto, usar uma configuração de ISO de sensibilidade mais alta, mantendo ruído percebido semelhante).
Idealmente, ruído percebido os níveis (em um determinado tamanho de impressão) geralmente diminuem com sensores de câmera digital maiores (independentemente do tamanho do pixel).
Não importa o tamanho do pixel, sensores maiores inevitavelmente têm mais área de captação de luz. Teoricamente, um sensor maior com pixels menores ainda terá ruído aparente menor (para um determinado tamanho de impressão) do que um sensor menor com pixels maiores (e uma contagem total de pixels muito menor resultante). Isso ocorre porque o ruído na câmera de resolução mais alta fica menos ampliado, mesmo que pareça mais barulhento em 100% na tela do computador. Alternativamente, pode-se conceber a média de pixels adjacentes no sensor de contagem de pixels mais alta (reduzindo assim o ruído aleatório) enquanto ainda se atinge a resolução do sensor de contagem de pixels mais baixa. É por isso que as imagens reduzidas para a web e as pequenas impressões parecem tão livres de ruído.
Geral: sensores maiores geralmente fornecem mais controle e maior flexibilidade artística, mas em o custo de exigir lentes maiores e equipamentos mais caros. Esta flexibilidade permite criar uma profundidade de campo mais rasa do que possível com um sensor menor (se desejado), mas ainda assim alcançar uma profundidade de campo comparável a um sensor menor usando uma velocidade ISO mais alta e uma abertura menor (ou ao usar um tripé ).