Влияние размера матрицы на ее характеристики

Наш читатель, Александр Хлупнов, поделился своим мнением о влиянии размера сенсора фотокамеры на ее характеристики. Спасибо, Александр, публикуем вашу статью.

Хотим мы, или нет, но фотоаппарат необходим для регистрации информации, т.е. памяти о каком либо событии. Количественной мерой информации может служить объем фотографии в Мрiх (мегапикселях). Очевидно, чем больший объем информации, тем она ценнее. Для цифровой фотографии объем информации определяется размером матрицы. Качество фотографии зависит от ряда технических характеристик матрицы, таких как глубина цвета (бит), динамический диапазон (ЕВС) и чувствительность ISO (low-light ISO). Наиболее полная характеристика матриц цифровых фотоаппаратов приведена на сайте независимой лаборатории DxOMark. Выберем для примера характеристики некоторых зеркальных фотоаппаратов  фирмы Nikon, которые лучше знакомы автору статьи. Это, конечно, профессиональные полнокадровые и аппараты с «кропнутой» матрицей. Для полноты анализа в этой таблице приведены сведения и о некоторых фотоаппаратах фирмы Canon. Приведенная таблица содержит такие данные матриц фотоаппаратов, как разрешение в Мрiк, начальной цене, годе выпуска, общей оценки матрицы на сайте DxOMark, глубине цвета (бит), динамическом диапазоне (ЕВС), чувствительности в ISO (low-light ISO).

Анализ приведенных данных показывает, что у всех рассматриваемых  фотоаппаратов, приблизительно, одинаковые значения глубины цвета и   динамического диапазона.  Фотоаппараты с полнокадровой матрицей имеют выше чувствительность в ISO. Анализ матриц современных зеркальных фотоаппаратов показывает, что у полнокадровых аппаратов при числе ячеек 46 Мрix (D850) размер ячейки составляет 4,35 мкм, что соизмеримо с ячейкой «кропнутой» матрицы 24 Мрix (D7200) – 3,92 мкм. Следовательно, учитывая эти геометрические размеры ячеек матриц, можно сделать вывод о том, что диапазон чувствительности матриц рассматриваемых фотоаппаратов  во многом определяется электронным обеспечением фотоаппарата.

Для сравнения влияния размера матрицы на качество фотографии  выберем зеркальные камеры с матрицами 24 Мрix, например, D750 и D7200. В этом случае качество фотографии не будет зависеть от размера  матрицы, а будет определяться только техническими характеристиками как матрицы, так и фотоаппарата. Из данных таблицы 1 можно сделать вывод, что  эти параметры близки.

Таблица 1. Матрицы фотоаппаратов   

      Дальнейшее сравнение требует рассмотрение системы  «матрица + объектив». Для корректного анализа возьмем характеристики объективов фирмы Nikon (Nikkor), приведенные на сайте DxOMark. При выборе объективов необходимо учитывать, что для сохранения неизменным объема регистрируемой информации требуется соблюдать угол обзора объектива, т.е. для аппаратов Nikon с «кропнутой» матрицей, фокусное расстояние объективов должно быть в 1,5 раза меньше, чем у полнокадровой матрицы. Обычно штатный объектив для аппарата с полнокадровой матрицей 50 мм, а эвивалентный ему штатный объектив для аппарата с «кропнутой» матрицей уже 35 мм. Если использовать зумы, то для полнокадровых матриц применяются штатные объективы 24-70 мм, 24-85 мм, 24-120 мм, а соответствующие им для «кропнутой» матрице  18-55 мм, 16-80 мм, 16-85 мм. Конечно, есть и другие объективы, но для примера выберем ниболее доступные и менее дорогие. Для характеристики объектива приводится  общая оценка сайта, начальная цена, год выпуска, резкость в Мрiх, передача Тстор, мскажения %, виньетирование ЭВ, КГИ аберрация в мкм. Наиболее важной для анализа является резкость объектива в Мрiх, т.к. этот параметр определяет объем информации, которая с помощью объектива передаётся на матрицу фотоаппарата. Остальные характеристики определяют качество передаваемой информации и при анализе могут не учитываться. Так как характеристики объективов зависят от параметров матрицы фотоаппарата, то в этой таблице указано, каким фотоаппаратом получены эти данные.

Таблица 2. Характеристики объективов 

Сравним снимки, выполненные фотоаппаратом Nikon D750 с объективом Nikkor 50mm f/1.8D  и фотоаппаратом D7200 с объективом 35mm f/1.8G. У фотоаппарата D750 разрешение снимка будет в этом случае 19 Мрiх. Для фотоаппарата D7200 с разрешением матрицы 24,3 Мрiх, разрешение объектива 35mm f/1.8   будет чуть выше, чем у D500, у которого матрица с разрешением 20.9 Мрiх, и может быть принята 11 Мрiх. В результате этого анализа получаем, что на фотоаппаратах с одинаковым разрешением матрицы 24 Мрiх при съёмке на полнокадровой и «кропнутой» матрицах одинаковой области пространства получаем снимки с разным разрешением. Для полнокадровой матрицы, т.е. D750 разрешение 19 Мрiх, а у D7200 – с «кропнутой» -  11 Мрiх.

Подобный анализ можно провести для других объективов и матриц цифровых фотоаппаратов, используя данные DxOMark.

Рассмотрим беззеркальный фотоаппарат (можно сказать квазизеркальный) Nikon 1 V1 с матрицей в 1 дюйм. Объектив 18,5 мм эквивалентен 50 мм на полный кадр  (множитель 2,7). Разрешение этого объектива из таблицы 2 – 6 Мрiх, т.е. существенно меньше, чем у фотоаппарата D700 с объективом 50mm (10 Мрiх).  Ещё больше разница будет, если применить штатный зум 10-30mm, у которого разрешение всего 3 Мpix.

Съемка аппаратом с «кропнутой», т.е. меньшей по размерам матрицей, приводит к существенному уменьшению объёма получаемой информации по сравнение с полнокадровой матрицей, и как следствие, к ухудшению качества снимка.

Для современных фотоаппаратов с полнокадровыми матрицами постоянно выпускаются новые объективы с увеличенным разрешением, что позволяет увеличить объем получаемой информации, т.е. качества фотографий.

Надеюсь, что приведенный анализ, базирующийся на объективных технических характеристиках, поможет однозначно решить вопрос о том, какой цифровой фотоаппарат лучше,  с  полнокадровой или «кропнутой»  матрицей, или сделать более широкий вывод, о том, что объем информации увеличивается при росте размеров матрицы.