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.
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.
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?
