Матрицы и камеры


Производителей цифровых камер больше, чем тех кто «умеет» делать матрицы. Схем используемых объективов не много. Но споры о том, чьи фотографии лучше не прекращаются. Алгоритмы преобразования сигнала с матрицы «в файл», дизайн и пользовательские функции — то, над чем собственно и могут потрудиться «фирменные» конструкторы.

И все же интересно — много ли зависит от матрицы и могут ли камеры с близкими по характеристикам CCD/CMOS (или даже идентичными) сильно отличаться по фотографическим возможностям и изображению.

Для сравнения были взяты экземпляры распространенных и очень удачных цифровых камер «полупрофессионального» уровня. Все они уже были испытаны ранее и описаны. Технические характеристики и описания: Canon Power Shot G2, Olympus C-5050ZOOM, Casio QV4000 и здесь, Casio QV5700, Nikon Coolpix 5000. Данные о матрицах взяты из этих же материалов, а так же статей о матрицах и итогах года. В прочем SONY и Panasonic не держат секретов об уже выпущенных светочувствительных чипах и найти их описание можно через любую поисковую систему в сети. Труднее установить, что же конкретно установлено в цифровой фотоаппарат.

Отобранные для сравнения аппараты интересны тем, что два из них практически идентичны по конструкции, но имеют матрицы разных производителей и разрешения (Casio), Canon G2 и Casio QV4000 собраны на одинаковых матрицах и объективах, но различны по конструкции и используемым алгоритмам «оцифровки», 5-ти мегапиксельные аппараты собраны на матрицах разных производителей и размеров. Так что есть, что сравнить.

То, что дизайнеры могут по разному использовать ресурсы матриц хорошо видно на примере Canon G2 и Casio QV4000. При одной и той же матрице и объективе, аппараты отличаются максимальным форматом кадра, диапазоном возможных светочувствительностей (у Casio вообще единственное базовое значение ISO) и наличием RAW (у Casio формально RAW нет). Возможно, что такая «искусственная скромность» Casio результат «рыночного соглашения». И это вполне вероятно — ведь множество функций Casio QV4000 скрыты от «рядового пользователя» (смотри здесь) но все же существуют. Прямой конкурент Casio QV5700 с 1/1,8″ матрицей Panasonic — Olympus C-5050 с такой же по размеру и разрешению матрицей от Sony. В Nikon Coolpix 5000 установлена 5 мегапиксельная и в 2/3″ — большая матрица с наибольшим размером отдельного чувствительного элемента — 3,4 микрона. При таком «большом» элементе и матрице максимальная диафрагма в F/8 и то только для широкого угла выглядит скромной в сравнении с F/10 у Olympus с его меньшей матрицей.

камера
Canon PowerShot G2
Olympus С-5050 Zoom
Casio QV4000
Casio QV5700
Nikon 5000
матрица
Sony ICX406AQ
Sony
ICX452
Sony ICX406AQ
Panasonic MN39594PH-L
Sony ICX282
матрица, размер
1/1,8″
1/1,8″
1/1,8″
1/1,8″
2/3″
матрица, эффективных элементов
млн
3,9
4,92
3,98
4,92
4,92
Размер элемента мкм
3,12×3,12
2,775×2,775
3,12×3,12
2,7×2,7
3,4×3,4
чувствительность
50, 100, 200, 400
100, 200, 400
64 (100)
50, 100, 200, 400, 800
100, 200, 400, 800
кадр
2272×1704
2560×1920
2240×1680
2560×1920
2560×1920
диафрагма
F/2,0 — F/2,5 -F/8
F/1,8 — F/10
F/2,0 — F/2,5 -F/8
F/2,0 — F/2,5 -F/8
W F/2,8 — F/8
T F/4,8 — F/7,6

Одной из ключевых характеристик цифрового фотоаппарата является его «шумность». Она и была использована для сравнения камер. Про методики определения и оценки шум можно посмотреть здесь и здесь. «Мерой шумности для цифровой фотографии можно считать стандартное отклонение — среднеквадратичное отклонение от среднего, которое выводит Photoshop для всей картинки или выделенной ее области в меню «Гистограмма» (можно смотреть значение среднего и отклонения для яркости L или любого из цветов выбранного цветового пространства RGB, HSB, LAB)».

При испытаниях на световой столик укладывалась молочная пленка, запечатанная черными чернилами различной плотности в четырех отдельных зонах. Камера устанавливалась на штатив и производилась съемка с максимальной и минимальной возможной для камеры чувствительностью. Для сглаживания неоднородностей тестового объекта объектив камеры расфокусировался, а диафрагма устанавливалась максимально открытой. Баланс белого устанавливался вручную, экспозиция по экспонометру и с вилкой ±1 ступень выдержки. Съемка производилась в TIFF или RAW. Из снимка вырезались 4 квадратика различной оптической плотности размером 150×150 пикс. Таким образом для каждого фотоаппарата было получено по набору однородных квадратиков для максимальной и минимальной чувствительности. С помощью Photoshop можно определить для каждого из квадратиков значение яркости L и стандартного отклонения яркости dL. Далее не составит труда построить зависимость шума от яркости L. Величиной, характеризующей шум традиционно считается 20хLg(dL/L). Исходные данные в Excel можно посмотреть здесь. Зависимость шума от яркости для каждой камеры представлена в фильме Shockwave Flash:

Для удобства сравнения можно «включить» только необходимые камеры и величины светочувствительности.

Лучший результат при минимальной чувствительности у Nikon 5000. И это не удивительно — его чувствительный элемент наибольший, а система фильтров C-Y-G-M теоретически использует свет более эффективно, чем G-R-G-B. Так же вполне логично и то, что Canon G2 и Casio QV4000 шумят почти одинаково. 5-ти мегапиксельная матрица SONY 1/1,8″ (Olympus C-5050) шумит чуть сильнее конкурента от Panasonic (Casio QV5700). На максимальной чувствительности Nikon 5000 с его ISO 800 уступает только Olympus C-5050 с ISO 400 и лучше других аппаратов с ISO 400 и 800. Так что размер отдельной ячейки все еще важен.

Дополнительно для визуальной оценки «шумности» приведены фрагменты квадратиков близкой яркости для минимальной возможной чувствительности и разных камер (яркость некоторых фрагментов немного изменена для «удобства» сравнения, у фрагмента Casio QV4000 цвета приведены к «серому», так как ручной баланс «сработал» некорректно):

Olympus C5050ZOOM

ISO64 1/100 c F/2,6

шум

Nikon Coolpix 5000

ISO100 1/37 c F/4,8

шум

Canon PS G2

ISO50 1/8 c F/2,5

шум

Casio QV4000

ISO 64 (100) 1/139 c F/2

шум

Casio QV5700

ISO 50 1/93 c F/2

шум

Выводы:

1. Большая матрица с большим светочувствительным элементом шумит меньше.

2. Шумы Canon G2 и Casio QV4000 очень похожи и если предположить, что у этих аппаратов с одинаковыми матрицами и объективами алгоритмы оцифровки разные, то надеяться на «всесилие математики» в борьбе с шумами пока рано и главное все же матрица.

3. Так как камеры собраны на базе близких по характеристикам матриц (или вообще одних и тех же), то как и в случае с пленкой выбирать следует (в одном классе) тот фотоаппарат, который устраивает вас функционально и просто вам «по душе».



Камеры предоставлены компанией «Компьютер для любителей фото»





Дополнительно

Нашли ошибку на сайте? Выделите текст и нажмите Shift+Enter

Код для блога бета

Выделите HTML-код в поле, скопируйте его в буфер и вставьте в свой блог.