IT Expert: Як влаштована матриця фотокамери

IT Expert світ технологій Наука і техніка Андрій Виноградов

| 28.05.2014

Звідки береться колір

Які є типи матриць

Скільки мегапікселів достатньо

Світлочутливі матриці використовуються в багатьох пристроях. Найвідоміше з них - фотокамера. Цифрові сенсори замінили собою плівку, зробивши зйомку істотно простіше і дешевше, відкривши для мас можливість робити тисячі знімків, сплачуючи лише раз - під час купівлі фотоапарата.

Звідки береться колір

Матриця фотоапарата дуже непроста пристрій, хоча на перший погляд є просто ряди світлочутливих фотодіодів. Її основне завдання полягає в перетворенні отриманих імпульсів в електричний струм. Причому зробити це потрібно так, щоб в результаті вийшло кольорове зображення з високою деталізацією.

Коли фотографи сперечаються про те, матриця чийого фотоапарата більш точно і глибоко передає колір, вони навіть не замислюються, що кожен з пікселів - монохромний. Колір з'являється завдяки хитрим системам. Таким, як мозаїчні фільтри. Це найпоширеніша технологія отримання кольорового зображення.

Матриця накрита найтоншим фільтром, який ділить сенсор на субпіксель. Кожному з них присвоюється свій колір, в подальшому таким чином формується загальна картинка. Існує цілий ряд підтипів, найбільш відомим з яких є фільтр Байєра, названий на честь співробітника компанії Kodak, доктора Брайса Е. Байєра (Bryce Bayer), який створив цю технологію в 1976 році.

Даний світлофільтр ділить кожен піксель на два зелених, червоний і синій субпіксель. Таким чином зображення ділиться на точки, але метод не позбавлений недоліків. Головний з них - втрата чіткості, так як відсутню інформацію доводиться інтерполювати, тобто обчислювати, домальовувати. Проте сьогодні проблема втратила гостроту, оскільки пікселі стали настільки маленькими, що побачити втрату різкості вкрай складно.

Втім, існують і альтернативні системи отримання кольорового зображення. Наприклад, матриця Foveon, яку використовує в своїх фотокамерах компанія Sigma. Foveon X3 по суті складається з трьох матриць (не плутати з трьохматрична системами 3CCD!), Розташованих один над одним, але не пропускає світло певного спектру.

), Розташованих один над одним, але не пропускає світло певного спектру

Тому немає необхідності застосовувати інтерполяцію - то, що потрапило на матрицю, записується в файл. Але і ця система не ідеальна: головним чином Foveon X3 страждає через високі шумів. Справа в тому, що ідеально розподілити отриманий світло по верствам вкрай непросто, і деяка частина світла поглинається «чужим» шаром. Зрозуміло, зображення від цього не поліпшується.

Система 3CCD використовується в відеокамерах, скажу про неї коротко - спеціальна призма ділить світ на три складові і кожна матриця формує своє зображення, об'єднує в одне силами процесора.

Які є типи матриць

Існує два основних типи: ПЗС (прилад із зарядним зв'язком - Charge-Coupled Device, CCD) і КМОП (комплементарна структура «метал-оксид-напівпровідник» - Complementary Metal-Oxide-Semiconductor, CMOS). Вдаватися в технічні подробиці я не стану - принципова різниця полягає в методі зняття заряду з світлочутливого елемента сенсора. На тематичних форумах можна прочитати не одну сотню сторінок, написаних користувачами, які намагаються довести, що ПЗС краще КМОП і навпаки. Якщо ж поглянути на механізм формування зображення, стає ясно, що на передачу кольору впливають багато параметрів і спосіб передачі електричного сигналу від пікселя до процесора - далеко не головний. Ви напевно помічали, що різні моделі фотокамер мають свою фірмову передачу кольору і навіть рівень шумів. При цьому виробників матриць небагато. Безумовним лідером вважається компанія Sony, чиї матриці використовують також Nikon і Pentax. Погляньте на необроблені JPEG від Pentax K10D, Nikon D80 і Sony A100. Характерні особливості картинки добре видно, незважаючи на те, що у всіх трьох варто один і той же ПЗС-сенсор дозволом 10 Мп.

Так що там різні виробники! За часів співпраці Samsung і Pentax різниця в зображенні «клонів» була досить значною. Зображення, що формуються на 14-Мп матриці корейського виробництва більш грамотно формувалися в «рідному» Samsung GX-20, ніж в Pentax K20D, тому і передача кольору була точніше, і шуми меншими. Все це доводить: набагато важливіше правильно обробити сигнал.

Все це доводить: набагато важливіше правильно обробити сигнал

Останнім аргументом на користь того, що ПЗЗ «крутіше» КМОП є те, що середній формат до останнього часу використовував тільки матриці першого типу. Але це відбувалося швидше через те, що даний ринок розвивається повільніше, адже попит на дорогі і не універсальні среднеформатниє камери не обчислюється мільйонами. А в нинішньому році КМОП прийшов і в вищий сегмент - саме ці матриці встановлені в Pentax 645Z, а також в цифровому заднику Phase One IQ250.

Скільки мегапікселів достатньо

Чим більше тим краще. В ідеалі, звичайно. Адже кожен піксель - це додаткова інформація, яка підвищує різкість, а в кінцевому підсумку і деталізацію. Але не все так просто.

Перш за все, хочу розчарувати всіх спраглих дістати фотокамеру з умовними трьома мегапікселями і робочими ISO 102400. Адже справа не в тому, що виробники не хочуть зважати на ентузіастами, яким не потрібно надвисокий дозвіл при відсутності шумів. Таку матрицю зробити навіть з сучасними технологіями непросто.

Але не треба засмучуватися! Прогрес не стоїть на місці, і сьогоднішні матриці краще колишніх. Не вірите? Добре, давайте розглянемо питання в часі. Ви можете подивитися на тематичний форум, і ви знайдете не один десяток повідомлень, що, мовляв, нова 24-Мп камера - це вже занадто, отже й є матриця з 14 Мп - на ній пікселі «жирні», а значить, краще! Відкриваєш теми трьох-п'ятирічної давності, де говорять: «Ех, наробили цілих 14 Мп, куди стільки? Краще б зробили нову 10-Мп, але з меншими шумами ». Вісім років тому та ж історія спостерігалася при переході від 6 Мп до 10 Мп. До чого це я? До того, що, незважаючи на зростання дозволу, раніше камерою з матрицею формфактору APS-C можна було знімати на ISO 200-400, сьогодні ж я без побоювання можу виставити і ISO 1600, а іноді і 3200. При цьому слід враховувати, що, якщо знизити дозвіл кадру з 24 до 6 Мп, шуми теж знизяться, навіть без застосування додаткових алгоритмів. Якщо додати до цього можливість вирізати фрагменти кадру (якщо дозволяє оптика) в значно більшому ступені, ніж при низькій роздільній здатності, дійсно виходить, що чим більше пікселів, тим краще. Головне, щоб робили матриці досвідчені інженери, наприклад, як в тій же Sony.

Ключові слова: цифрова фотокамера

Журнал: Журнал IT-Expert [№ 05/2014] , Підписка на журнали

Не вірите?
Відкриваєш теми трьох-п'ятирічної давності, де говорять: «Ех, наробили цілих 14 Мп, куди стільки?
До чого це я?

Лента Новостей

Скачать лучший антивирус для Android бесплатно на русском языке
С появлением большого количества приложений и сайтов под мобильную платформу Андроид возросла и опасность занести вирус на свое устройство. В лучшем случае вредоносный файл внесет незначительные изменения

Какой бесплатный антивирус для Андроид лучше
Каждый день пользователи смартфонов под управлением операционной системы «Андроид» подвергаются атакам вирусов, которых становится все больше и больше.          В современном мире количество пользователей

Нужен ли антивирус для Android? ТОП-5 антивирусов для андроид
Здравствуйте. Коснемся такой вот интересной многим темы и хотя сомневаюсь что на данный момент подобные статьи могут попасть на верхние строки поисковых систем. Но этот сайт как личная энциклопедия для

Как узнать какая программа вызывает сбои. Что делать если компьютер тормозит, зависает, глючит.
После продолжительного использования стационарного компьютера или ноутбука на базе Windows пользователи могут столкнуться с ситуацией, когда ПК стал сильно тормозить и работает медленно. Причин торможения

Антивирус для Андроид. Какой лучше?
На сегодняшний день очень важна защита телефона не только в повседневной работе, а и в сети. Для этого создано множество антивирусов и из-за подобного разнообразия довольно сложно определится какой

Рейтинг лучших антивирусов для Андроид
Лучший антивирус для Андроид — 360 Security 360 Security — это пакет защиты для мобильной системы Android, созданный китайской компанией QIHU. Он имеет антивирусный сканер обнаружения вредоносного и опасного

Топ-5: Лучшие бесплатные антивирусы для Android (Рейтинг 2016 года)
Смартфоны и планшеты требуют защиты от вредоносного кода, в том числе вирусов, троянов и так далее. Для этого существуют платные и бесплатные антивирусы. И сегодня мы составим рейтинг пяти лучших антивирусов,

FAQ: Какой антивирус лучший для Андроид, лучшие антивирусы на Android
Огромная распространенность устройств под управлением Android поставила под угрозу безопасность пользовательских данных и денежных счетов по двум причинам. Во-первых, широкий круг пользователей привлекателен

10 лучших бесплатных антивирусов для Android
Что вы делаете, когда покупаете новый смартфон на Android? Вы можете загружать свои любимые приложения, которые часто используете. В вашем списке может быть много приложений для социальных сетей, таких

Лучший антивирус для Андроид 2017
Интернет несет в себе массу возможностей и вместе с ними большое количество опасностей. На платформе Андроид главную угрозу для смартфона представляют Трояны — вирусные программы, которые похищают личную

*/ ?>
Яндекс цитирования
Adobe Photoshop | 2D графика, 2D анимация Adobe Illustrator | графика, вектор, анимация Adobe Flash | графика, вектор, анимация Adobe Acrobat | графика, текст Adobe After Effects | графика, анимация, спецэффекты Adobe Premiere Pro | графика, анимация, спецэффекты, монтаж Sound Forge | редактирование звука и музыки ZBrush | программа для трёхмерного моделирования Autodesk Mudbox — графическая программа, для создания 3D объектов, 2D скетчей, карт неровностей, карт нормалей, карт замещения. UVLayout - приложение для создания и редактирования UV координат треxмерных объектов Autodesk 3DMax | 3D графика, 3D моделирование, 3D анимация Autodesk Maya | 3D графика, 3D моделирование, 3D анимация Cinema 4D | 3D графика, 3D моделирование, 3D анимация Blender | 3D графика, 3D моделирование, 3D анимация