1103110411051106

Размеры матрицы фотоаппарата и шумы.

Опубликовано:Инструменты фотографа., Цифровая фотография|Tags: матрица фотоаппарата, размеры матрицы, шумы матрицы|By: Алексей Макеев|07/02/20127 комментариев

В предыдущей статье  говорилось о том, что матрица фотоаппарата характеризуется прежде всего таким важным параметром, как физический размер  матрицы  . Этот параметр напрямую связан с величиной шумов матрицы.

Шумы матрицы фотоаппарата.

Давайте разберемся что-такое шумы и какую роль они играют в цифровой фотографии. А роль эта весьма существенна и порой ставит под сомнение преимущества цифровой фотографии вообще.

Шумы свойственны любым электронным устройствам, а цифровой фотоаппарат — это достаточно сложное электронное устройство.

Шумы в электронике — это случайные выбросы на фоне основного сигнала, несущего информацию. Источники их появления различные: флуктуации электромагнитного поля, космическое излучение, внутренние явления в электронных устройствах, в частности тепловое движение электронов. Источники весьма разнообразны, выявить их непростая задача. Но наиболее сложно влиять на причины внутренние, присущие любым полупроводниковым элементам.

Важным показателем является такой параметр, как отношение сигнал/шум. Это и есть тот фактор, на который воздействуют в электронике. Он показывает насколько уровень полезного сигнала превышает уровень шумов. В электронных устойствах происходит усиление слабых сигналов, и если их уровень соизмерим с уровнем шумов, то и шумы будут усиливаться в той же мере, и толку от такого усиления мало.

Светочувствительная матрица  фотоаппара может изготавливаться по разной технологии. В основном в настоящее время производится два типа светочувствительных сенсора :

• CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor – комплементарная структура металл-окисел-полупроводник), в русской транскрипции КМОП-элементы;

• CCD ( Chardged  Couple Devices -приборы с зарядовой связью, в русской транскрипции ПЗС-элементы.

Чем больше площадь светочувствительной матрицы, тем больше размер отдельных ячеек (пикселей), тем меньшее количество света необходимо, чтобы в них создать необходимый электрический сигнал, который затем преобразуется в элемент изображения. Значит тем более чувствителен к свету такой сенсор. Но и отношение сигнал/шум у такого элемента больше, что и требуется. Таким образом большие по размерам матрицы выигрывают и по параметру отношения сигнал/шум, или попросту по шумам.

В чем проявляются шумы на изображении, получаемом цифровым фотоаппаратов.

Шумы обычно проявляются в виде мелких точек ( артефактов ), другого цвета, чем окружающие, особенно это заметно в теневых участках снимка. Могут появляться цветовые ореолы вокруг контура изображения.

Вот пример снимка, вобщем интересный вид на грозовые облака на закате:

Но снимок подвергся критике из-за шумов. Действительно, если рассмотреть в увеличенном масштабе фрагмет кадра:

И особенно в теневых участках:

 Можно видеть наличие точек другого цвета, которые мешают восприятию снимка.

Конечно можно и кое-что сделать в редакторах изображений, в частности в фотошопе. Но не всегда это приводит к положительным результатам. Это почти всегда ведет к ухудшению резкости, «замыленности» фотографии:

В принципе шумят все камеры, но в разной степени.

Большая по размерам матрица фотоаппарата в отношении шумов явно предпочтительнее.

Чем больше величина чувствительности  ISO, которая устанавливается в регулировках фотоаппарата, тем больше уровень шумов. Это вызвано тем, что реальную чувствительность непосредственно матрицы фотоаппарат выдает лишь на минимальных ее значениях. Большие значения ISO обеспечиваются усилением сигнала с матрицы. При этом усилитель  усиливает шумы матрицы и вносит свои. Поэтому  для получения меньших шумов снимать нужно на меньших величинах ISO.

Так если взять за основу чувствительность матрицы APS-C 23 х 15мм (фотоаппараты типа Canon D60 ) 400 – 600 ISO, то у матриц 2/3″ реальная чувствительность при сопоставимом уровне шумов будет 150 ISO,  у матриц 1/1,8″ – 100 ISO, а у матриц 1/2,7″ – 50 ISO.

Понятно, почему профессионалы предпочитают работать с фотокамерами, имеющими большие матрицы. Так фотоаппарат Canon EOS 500D имеет матрицу размером 22,3 х 14,9 мм ( площадь 330 мм² ) сравните с хорошими компактами, имеющими матрицы 1 / 2,5“ — 5,76  х 4,29 мм ( площадь 25мм² ) .

Правда большие матрицы как правило бывают в дорогих фотокамерах…

А реальная чувтсвительность фотопленки (при большей разрешающей способности) достигает 3200 ISO, а есть примеры и большей чувтсвительности, причем фотопленка совершенствуется. И такая чувтствительность и такое разрешение пока недостижимо для цифровых фотоаппаратов.

Вопросы уменьшения шумов на изображении при обработке его в фотошопе прекрасно рассмотрены в видеоуроках Евгения Карташова, с которыми можно познакомиться здесь.

Но величина шумов матрицы связана еще и с чувствительностью фотокамеры.