Матрица фотоаппарата – Матрица фотоаппарата — основа основ

Содержание

Матрица фотоаппарата - все самое главное и ничего лишнего

По сравнению с фотокамерами прошлых лет, у цифровых камер очень мало механических узлов. Их заменили электронные компоненты. Остался неизменным только принцип получения фотографии, который заключается в переносе видимого изображения на какой-либо физический носитель. У старых фотокамер это была светочувствительная плёнка, а у современных цифровых устройств – матрица фотоаппарата. Статья может быть полезна тем, кто интересуется фотографией не только, как искусством, но и хочет понять некоторые конструктивные особенности фотокамер и принципы получения изображения.

Формирование изображения в фотокамере

Матрица, фотодатчик, сенсор – это названия одного и того же устройства, входящего в конструкцию фотоаппарата и являющегося его основным элементом. По конструкции матрица это прямоугольная пластинка разных размеров из химически чистого кремния, на которой методом вакуумного напыления организовано большое количество n-p переходов. Эти переходы представляют собой светочувствительные фотодиоды или фототранзисторы. Таким образом, матрица это интегральная микросхема с несколькими миллионами светочувствительных элементов. Когда на фотодиод попадет свет, он преобразуется в электрический сигнал. В зависимости от объекта съёмки количество света может быть большим или меньшим. Электрические потенциалы с матрицы считываются построчно или поэлементно, затем обрабатываются процессором.

Типы матриц

Матрицы фотоаппаратов могут быть изготовлены по разным технологиям и иметь разные размеры. В фотокамерах применяются следующие виды сенсоров:

  • ПЗС;
  • КМОП;
  • Live-MOS;
  • 3 CCD.

ПЗС матрица состоит из полупроводниковых фотодиодов, а считывание электрических потенциалов осуществляется по горизонтальным строкам. Полевые структуры КМОП намного экономичнее, но за счёт электронных преобразований при считывании, качество картинки несколько хуже, чем на матрице ПЗС. Live-MOS является усовершенствованным КМОП сенсором. Его отличают повышенная чувствительность и быстрая передача сигналов. В матрице используется малошумящий усилитель и низковольтное питание. Это разработка Панасоник, которая применяется в фотоаппаратах этой компании, а так же в камерах Leica и Olympus. 3CCD или трёхматричный сенсор обеспечивает высококачественную цветопередачу с малым уровнем шумов. Разделение цветов осуществляется дихроидной призмой маленького размера с записью каждого из основных цветов на отдельную матрицу. К недостаткам системы 3CCD относятся большие размеры устройства и высокая цена камеры.

Важные характеристики матриц

Полупроводниковая матрица цифрового фотоаппарата имеет ряд основных характеристик, от которых зависит качество изображения. Это следующие параметры:

  1. Размер
  2. Количество пикселей
  3. Чувствительность
  4. Динамический диапазон
  5. Соотношение сигнал/шум

К дополнительным характеристикам относится напряжение питания и энергопотребление. Они не влияют на картинку и в описании фотоаппарата обычно не указываются.

Кроп фактор

Это главный параметр полупроводниковой матрицы. От него, и в меньшей степени от количества пикселей, зависят важнейшие характеристики изображения, снятого камерой. Кроп фактор это цифра, показывающая, на сколько реальная матрица меньше полнокадрового стандарта. Full Frame – это размер матрицы 24 Х 36 мм. Такими сенсорами оснащаются самые дорогие и профессиональные фотоаппараты. Этот размер соответствует кадру на стандартной фотоплёнке. Для снижения стоимости фототехники, а так же для производства компактных и лёгких любительских фотокамер «мыльниц» применяются матрицы маленького размера.

Существует общепринятый ряд форматов светочувствительных матриц. За полнокадровыми матрицами следует размер 16 Х 24 мм, что соответствует кроп-фактору 1,5. Самыми маленькими сенсорами, применяемыми в недорогих фотоаппаратах, являются матрицы с размерами 4,5 Х 3,4 мм. Это кроп фактор 7,6. Они применяются в дешёвых моделях фотокамер, где высокое качество кадра не требуется.

Разрешение, мегапиксели

Количеством мегапикселей обычно хвастаются продавцы фотоаппаратов, когда предлагают товар начинающим фотолюбителям. К этому параметру следует относиться с осторожностью. Кадр цифрового фотоаппарата состоит из миниатюрных полупроводниковых элементов. Каждый пиксель это сверхминиатюрный фотодиод или фототранзистор. Теоретически получается, что чем больше пикселей, тем выше качество изображения, точнее проработка мелких деталей или разрешение. На практике большое количество пикселей повышает качество изображения только на матрицах большого размера.

 Если размер кристалла небольшой, а изготовитель фотоаппаратов сумел разместить на нём большое количество светочувствительных элементов, то качество изображения будет невысоким. Очень важным для матрицы является не только размер отдельных фотоэлементов, но и расстояние между ними. Маленькие расстояния приводят к перегреву матрицы и возрастанию цифрового шума, который характеризуется цветными точками по всему изображению. Кроме того, при сильном диафрагмировании объектива фотокамеры, за счёт дифракции, вокруг элементов изображения будет появляться цветовая окантовка. Поэтому кадр, снятый на фотоаппарате с матрицей 5,4 Х 4,0 мм и 16 Мп, будет гораздо хуже снимка, полученного на камере с размерами матрицы 8,8 Х 6,6 мм и 10 Мп. Считается, что, в камерах, превышение числа мегапикселей свыше 25 будет излишним. Отчасти это связано с разрешением принтеров для фотопечати, когда самые продвинутые модели печатают фотографии с разрешением 9 600 Х 2 400 точек, что соответствует 23,4 мегапикселей.

Светочувствительность

Этот параметр в цифровых фотокамерах является относительной величиной. Кремниевая пластина со светочувствительными элементами имеет постоянную чувствительность. Всё дело в уровнях сигнала, которые поступают с фотодиодов для дальнейшего преобразования. Если на сенсор фотоаппарата поступает мало света, то электрический сигнал с него будет слабым и фотография будет тёмной. Для того чтобы сделать изображение более светлым слабый сигнал можно усилить. Изменяемый коэффициент усиления и является чувствительностью фотоаппарата. Для удобства фотографов чувствительность матрицы выражается в тех же единицах, что и у западного стандарта на фотоматериалы ASA. Соотношение чувствительности ISO и отечественных фотоплёнок выглядит следующим образом:

  • 50 – 45;
  • 64 – 65;
  • 100 – 90;
  • 160 – 130;
  • 320 – 250.

В левой графе величина чувствительности фотоаппарата, а в правой чувствительность фотоплёнки по ГОСТ.

Отношение сигнал/шум

Мелкие цветные точки на изображении возникают от разных причин. Прежде всего, сама матрица даже при отсутствии засветки будет выдавать слабый электрический потенциал. Это и есть шум. Чтобы он не влиял на изображение, уровень полезного сигнала должен намного превышать уровень шума. Шумовые характеристики матрицы повышаются с уменьшением размера пикселя и расстояния между отдельными точками. Поэтому самой некачественной картинкой будет та, которая получена на маленьком сенсоре с большим количеством мегапикселей. Шум фотокамеры заметно возрастает при увеличении коэффициента усиления или чувствительности. Поэтому, если это возможно, рекомендуется снимать на минимальной чувствительности. Отрицательно влияет на качество изображения нагрев матрицы фотоаппарата. Это происходит, когда она постоянно работает, выводя изображение на дисплей. Профессионалы стараются работать с оптическим видоискателем фотокамеры. В этом случае питание на матрицу подаётся только на очень короткое время, и она не успевает нагреться.

Динамический диапазон

Этот параметр определяется промежутком между минимальным и максимальным значением экспозиции, которые отчётливо видны на снимке. Если у фотоаппарата указан динамический диапазон 8 ступеней или EV, то на снимке будут видны объекты, отличающиеся по яркости в 256 (28) раз. Все предметы, яркость которых выше, получатся совершенно белыми. Нижний порог определяется уровнем шумов самой матрицы, а верхний максимальным электрическим зарядом фотодиода.

Какой фотоаппарат выбрать

При желании снимать всё подряд, не задумываясь о высоком качестве снимка, можно приобрести любой фотоаппарат типа компакт или «мыльница». Отсутствие ручных режимов, большое количество сюжетных программ и фокусировка на лица, делает такой фотоаппарат простым в обращении и удобным для бытового использования. Для получения качественных снимков подойдёт недорогой фотоаппарат с матрицей большего размера и с возможностью ручной установки некоторых параметров съёмки. Ещё больше возможностей предоставляет пользователю беззеркальная камера «суперзум». Обладая небольшими размерами, она позволяет снимать интересные сюжеты на большом удалении от объекта съёмки, поэтому подойдёт для туристов и путешественников. Самые качественные снимки получаются с помощью зеркальной камеры, хотя её применение ограничивается большими размерами и весом. Если Вы хотите узнать все нюансы выбора фотокамеры, наши эксперты подготовили подробные инструкции в статье как выбрать фотоаппарат.

Итоги

При выборе фотоаппарата следует сначала ориентироваться на размер матрицы. Не стоит гнаться за большим количеством точек на изображении. 12-16 Мп более чем достаточно для получения и печати фотографий хорошего качества. Цифровой зум для камеры не слишком важен, так как он только позволяет растянуть центральную часть изображения на весь экран с ухудшением качества. Многие параметры не указываются в спецификации на фотоаппарат, поэтому перед выбором модели неплохо почитать отзывы фотолюбителей на специальных сайтах.

my-photocamera.ru

Что такое матрица в фотоаппарате и её основные параметры

Матрица фотокамеры служит для преобразования попадающего на нее с объектива светового потока в электрические сигналы, которые затем камера и преобразует в снимок. Делается это при помощи фотодатчиков, расположенных на матрице в большом количестве.

Что такое матрица фотоаппарата - это микросхема, состоящая из фотодатчиков, которые реагируют на свет.

Структура самой матрицы является дискретной, то есть состоящей из миллионов элементов (фотоэлементов), преобразующих свет.

Поэтому в характеристиках фотоаппарата как раз и указывается количество элементов матрицы, которое мы знаем как мегапиксели (Мп). 1 Мп = 1 миллиону элементов.

Именно от самой матрицы и зависит количество мегапикселей фотоаппарата, которое может принимать значение от 0.3 (для дешевых телефонных фотоаппаратов) до 10 и больше мегапикселей у современных фотоаппаратов. Например, 0,3 Мп это в переводе уже 300 тысяч фотоэлементов на поверхности матрицы.

Характеристиками матрицы можно считать такие параметры:
  • Физический размер
  • Разрешение (мегапиксели)
  • Светочувствительность
  • Отношение сигнал-шум

Внешний вид матрицы

Сама матрица фотоаппарата формирует черно белое изображение, поэтому для получения цветного изображения, элементы матрицы могут покрывать светофильтрами (красный, зеленый, синий). И если сохранять фотографию в формате JPEG и TIFF, то цвета пикселей фотоаппарат вычисляет сам, а при использовании формата RAW пиксели будут окрашены в один из трех цветов, что позволит обработать такой снимок на компьютере без потери качества.


Физический размер

Еще одной характеристикой матрицы является размер. Обычно размер указывается как дробь в дюймах. Чем больше размер, тем меньше шума будет на фотографии и больше света регистрируется, а значит, больше оттенков получится.

Размер матрицы очень важный параметр всего фотоаппарата.



Разные размеры матрицы

Чувствительность и шумы

В фототехнике применительно к матрицам используется термин «эквивалентная» чувствительность. Происходит это потому, что настоящую чувствительность измеряют различными способами в зависимости от назначения матрицы, а применяя усиление сигнала и цифровую обработку, можно сильно изменить чувствительность в больших пределах.

Светочувствительность любого фотоматериала показывает способность этого материала преобразовывать электромагнитное воздействие света в электрический сигнал. То есть, сколько нужно света, что бы получить нормальный уровень электрического сигнала на выходе.

Чувствительность матрицы (ISO) влияет на съемки в темных местах. Чем больше чувствительность можно выставить в настройках, тем лучше будет качество снимков в темноте при нужных диафрагме и выдержке. Значение ISO может быть от нескольких десятков до нескольких десятков тысяч. Недостатком большой светочувствительности может быть проявление шума на фотографии в виде зернистости. Так же чувствительность участвует в настройке экспозиции.


Размер и количество пикселей

Размер матрицы и ее разрядность в мегапикселях связаны между собой такой зависимостью: чем меньше размер, тем должно быть и меньше мегапикселей. Иначе из-за близкого размещения фотоэлементов возникает эффект дифракции и может получиться эффект замыливания на фотографиях, то есть пропадет четкость на снимке.

Еще размер матрицы и ее разрешение определяют размер пикселя и соответственно динамический диапазон, который показывает возможность фотокамеры отличить самые темные оттенки от самых светлых и передать их на снимке.

Так же чем больше размер пикселя, тем больше отношение сигнал-шум ведь больший по размерам пиксель может собрать больше света и увеличивается уровень сигнала. Поэтому при одинаковом размере матрицы меньшее количество мегапикселей может быть даже полезнее для качества фотографии.

Чем больше физический размер пикселя (англ. pixel - picture element), тем больше он сможет собрать падающего на него света и тем больше будет соотношение сигнал-шум при заданной чувствительности. Можно и по-другому сказать: при заданном соотношении сигнал-шум будет выше чувствительность. Это означает, что можно увеличивать значение чувствительности при настройке экспозиции без боязни получить шумы на фотографии. Разумеется шумы появятся, только значение ISO, при котором это произойдет, будет разным для разных фотокамер. Поэтому зеркалки со своими большими матрицами по этим показателям сильно опережают компакты.

Размер пикселя зависит от физического размера матрицы и её разрешения. Размер пикселя влияет на фотографическую широту. Дополнительно о количестве мегапикселей.


Матрица на плате

Разрешение

Разрешение матрицы зависит от количества используемых пикселей для формирования изображения. Объектив формирует поток света, а матрица разделяет его на пиксели. Но оптика объектива также имеет свое разрешение. И если разрешение объектива не достаточное, и он передает две светящиеся точки с разделением черной точкой как одну светящуюся, то точного разрешения фотоаппарата, которое зависит от значения Мп, можно и не заметить.

Поэтому результирующее разрешение фотокамеры зависит и от разрешения матрицы и от разрешения объектива, измеряемое в количестве линий на миллиметр.

И максимальным это разрешение будет, когда разрешение объектива соответствует разрешению матрицы. Разрешение цифровых матриц зависит от размера пикселя, который может быть от 0,002 мм до 0,008 мм (2-8 мкм). Сегодня количество мегапикселей на фотосенсоре может дистигать значения 30 Мп.



Структура матрицы

Отношение сторон матрицы

В современных фотоаппаратах применяются матрицы с форматами 4:3, 3:2, 16:9. В любительских цифровых фотоаппаратах обычно используется формат 4:3. В зеркальных цифровых фотоаппаратах обычно применяют матрицы формата 3:2, если специально не оговорено применение формата 4:3. Формат 16:9 редко используется.


Тип матрицы

Раньше в основном использовались фотосенсоры на основе ПЗС (прибор зарядовой связи, по-английски CCD - Charge-Coupled Device). Эти матрицы состоят из светочувствительных светодиодов и используют технологию приборов с зарядовой связью (ПЗС). Успешно применяется и в наше время.

Но в 1993 году была реализована технология Activ Pixel Sensors. Её развитие привело к внедрению в 2008 году КМОП-матрицы (комплиментарный металл-оксид-полупроводник, по-английски CMOS - Complementary-symmetry/Metal-Oxide Semiconductor). При этой технологии возможна выборка отдельных пикселей, как в обычной памяти, а каждый пиксель снабжен усилителем. Так же матрицы на этой технологии могут иметь и автоматическую систему настройки времени экспонирования для каждого пикселя. Это позволяет увеличить фотографическую широту.

Фирма Panasonic создала свою матрицу Live-MOS-матрицу. Она работает на МОП технологии. Применяя такую матрицу можно получить живое изображение без перегрева и увеличения шумов.

Откуда берутся шумы на снимках и как их уменьшить.

Как можно почистить матрицу в зеркальном фотоаппарате.

Как размер матрицы влияет на качество снимков.

vybrat-tekhniku.ru

типы, размер, разрешение, светочувствительность, чистка

Ни один фотоаппарат не может обойтись без матрицы. Современные модели оснащаются ей практически поголовно. Так произошло в момент, когда цифровые аналоги начали вытеснять устаревшие пленочные технологии. Матрица фотоаппарата является одним из основных компонентов, без которых невозможна эксплуатация всего прибора в целом, ведь его роль если и не является ключевой, то, по крайней мере, может считаться одной из ведущих. Именно матрица отвечает за качество будущего снимка, цветопередачу, четкость, полноту кадра. Как и другие важные элементы фототехники, матрица обладает рядом основных параметров, на которые обычно принято ориентироваться при выборе той или иной модели.

Типы матриц

Матрица цифрового фотоаппарата – это, в первую очередь, микросхема. Она преобразует световые лучи, которые, преломившись в системе линз и зеркал, попадают на нее. В результате такого преображения получается электрический сигнал, который выводится в цифровом виде, образуя снимок. За весь этот процесс отвечают специальные фотодатчики, расположенные на самой плате. Чем больше количество датчиков, чувствительных к свету, тем больше разрешение, и, как следствие, качество конечного снимка.

Встречаются матрицы следующих типов.

  1. ПЗС – тип матрицы фотоаппарата, который дословно расшифровывается как прибор зарядовой связи. В английском варианте – Charge-Coupled Device. Весьма известная аббревиатура, которая, впрочем, не так часто встречается в наши дни. Многие используют приборы, в основе которых лежат светодиоды, имеющие высокую светочувствительность, созданные на основе ПЗС системы, но, несмотря на широкую распространенность, данный вид микросхем все больше вытесняется более современным.
  2. КМОП-матрица. Формат матрицы, введенный в эксплуатацию в 2008 году. Впрочем, история создания данного формата уходит корнями в далекий 93-й, когда впервые была опробована технология APS. КМОП-матрица – это комплиментарный металл-оксид-полупроводник. Данная технология позволяет производить выборку отдельного пикселя почти так же, как и в стандартной системе памяти, к тому же, каждый пиксель оснащается дополнительным усилителем. Поскольку данная система является более современной, она зачастую оснащается автоматической подстройкой времени экспонирования каждого пикселя по отдельности. Данное улучшение позволяет получить полный кадр без потери боковых границ, а так же без потери верха и низа кадра. Полноразмерная матрица чаще всего бывает выполнена по технологии КМОП.
  3. Существует еще один тип матрицы – Live-MOS-матрица. Ее выпустила фирма «Панасоник». Данная микросхема функционирует при помощи технологии, в основе которых лежит МОП. МОП-матрица позволяет делать качественные профессиональные снимки без высокого уровня шума, а также исключает перегрев.

Физический размер матрицы

Размер матрицы фотоаппарата – одна из ее важнейших характеристик. Как правило, его указывают в дюймах в виде дроби. Больший размер подразумевает меньшее количество шумов на конечном снимке. К тому же, чем больше физический размер, тем больше световых лучей способна зарегистрировать матрица. Объем и количество лучей напрямую влияют на качество передачи оттенков и полутонов.

Кроп-фактор — это соотношение размеров кадра пленочного фотоаппарата 35 мм к размерам матрицы цифрового фотоаппарата. Все дело в том, что процесс создания цифровой матрицы довольно дорогостоящий, и поэтому производители постарались максимально сократить ее размер.

Если сравнить фото, сделанное с одним объективом на фотоаппарате с полнокадровой матрицей и фотоаппарате с «кропнутой» матрицей, то в первом случае угол охвата будет больше, и само изображение шире. Получается, что кропнутая матрица обрезает готовую картинку, отсюда и пошло такое название – кроп от англ. crop  (резать).

Чаще всего кроп-фактор используют для замера наиболее точного расстояния фокуса у объектива, устанавливая его на различные приборы. Здесь вступает в игру такое понятие, как эквивалентное фокусное расстояние (ЭФР), которое вычисляется путем умножения фокусного расстояния (ФР) на кроп-фактор. Так, объектив с полнокадровой матрицей (кроп=1) и объективом с ФР 50 мм зафиксирует такое же по размерам изображение, как и кропнутая матрица 1,6 с объективом с ФР 30 мм. В этом случае можно сказать, что ЭФР у этих объективов одинаковое. Ниже приведена таблица, в которой можно провести сравнение, как меняется ЭФР в зависимости от кроп-фактора.

Количество мегапикселей и разрешение матрицы

Матрица сама по себе является дискретной. Она состоит более чем из миллиона элементов, которые и преобразовывают световой поток, идущий от линз. В характеристике каждой модели фотоаппарата можно отыскать такой параметр матричной платы как количество светочувствительных элементов или разрешение матрицы, измеряемое в мегапикселях.

Один мегапиксель равен одному миллиону светочувствительных датчиков, улавливающих преломленные в линзах лучи. Разумеется, чем этот параметр будет больше, тем лучший снимок получится сделать.

Правда, здесь есть и обратная зависимость. Если физический размер матрицы меньше, то и количество мегапикселей должно быть пропорционально меньше, в противном случае не удастся избежать эффекта дифракции: фотографии будут замыленными, без четкости.

Чем больше размер пикселя, тем больше он способен зафиксировать лучей, падающих на него. Размер пикселей напрямую связан с размерами матрицы, и влияет, в основном, на широту кадра. Чем больше количество мегапикселей с правильным соотношением размеров матрицы, тем больше лучей света смогу уловить датчики. Количество зафиксированных лучей напрямую влияет на исходные параметры преобразуемого материала: резкость, цветность, объем, контрастность, фокус.

Таким образом, разрешение фотокамеры влияет на качество снимка. Зависимость разрешения от объема использующихся пикселей очевидна. В объективе при помощи сложной расстановки оптических элементов формируется необходимый световой поток, который потом матрица поделит на пиксели. Оптические приборы тоже обладают собственным разрешением. Более того, если разрешение объектива достаточно мало, а передача двух светящихся точек, разделяемых одной темной, происходит как единого целого, то разрешение будет не столь отчетливо выделяться. Происходит это именно из-за прямой зависимости и привязки к числу мегапикселей.

Важно: на качественный снимок влияет как параметр разрешения матрицы, так и разрешение оптики объектива. Измеряется оно количество линий на 1 мм. Своего максимального значения разрешение достигает, когда оба показателя — и матрица, и объектив — соответствуют друг другу.

Если говорить о разрешении современных цифровых микросхем, то оно складывается из размера пикселя (от 2 до 8 мкм). На сегодняшний день на рынке представлены модели с показателями до 30 мп.

Светочувствительность

В фотоаппаратах по отношению к матрице принято использовать термин эквивалентной чувствительности. Связано это с тем, что подлинную чувствительность можно измерять различными способами в зависимости от множества параметров матрицы. Зато, применив усиление сигнала и цифровую обработку, пользователь может обнаружить высокие пределы чувствительности.

Параметры светочувствительности демонстрируют возможность исходного материала преобразовываться из электромагнитных воздействий потока света в электрический двоичный сигнал. Проще говоря, показывать, сколько требуется света для получения объективного уровня электрического импульса на выходе.

Параметр чувствительности (ISO) чаще всего используется фотографами для демонстрации возможности съемки в условиях плохого освещения. Увеличение чувствительности в параметрах прибора позволяет улучшить качество конечного снимка при необходимом значении диафрагмы и выдержки. ISO может достигать значения от нескольких десятков до тысяч и десятков тысяч единиц. Негативной стороной высоких значений светочувствительности является появление «шумов», которые проявляются в виде эффекта зернистости кадра.

Как проводить чистку матрицы в домашних условиях

Битые пиксели не всегда могут быть таковыми на самом деле. В действительности, когда происходит смена объектива, на матрицу могут попасть частицы мусора, вызывающие эффект «битого пикселя». Чистка матрицы фотоаппарата нужна для профилактики этого эффекта, а также для более комфортной работы с прибором.

Со временем, в особенности, если устройство эксплуатируется подолгу в различных погодных условиях, матрица может покрыться слоем пыли. При нарушении герметичности в области крепления объектива на поверхность может попасть небольшое количество влаги, что тоже может негативно сказаться на качестве кадра. Чистку можно доверить профессионалам из сервисного центра, а можно провести и самостоятельно, в домашних условиях.

Важно не забывать, что помещение, в котором будет происходить процедура, должно быть как можно менее пыльным, без сильных сквозняков. Прежде чем приступать к самой процедуре, необходимо убедиться, что аккумуляторная батарея заряжена.

Первый и самый простой способ очистки стеклянной поверхности кремниевой пластины микросхемы – сдувание пыли. Для этого следует использовать самую обычную грушу для чистки объективов, она продается в любом крупном магазине бытовой техники. К сожалению, использование груши помогает только при снятии легкого налета небольших песчинок пыли. Для более крупных частиц, которые могли прилипнуть к поверхности, может потребоваться что-то более основательное.

Если груша не помогла справиться с пятнами на матрице, можно попробовать использовать специальный набор для очистки стеклянной поверхности. Стоит он несколько дороже, но эффективность очистки значительно выше.

  1. Первый пункт в очистке – использование специального пылесоса. Его сборка не занимает много времени и детально описана в инструкции к набору. На конце устройства находится мягкий наконечник, так что повреждение прибора во время работы исключено. Лучше всего будет прочистить при помощи пылесоса не только стеклянную поверхность, но и все скрытые полости, доступные для чистки.
  2. После уборки при помощи пылесоса можно начинать влажную уборку. Она осуществляется при помощи специальных щеточек, одна из которых влажная, другая сухая. Этот вид уборки нужен для пылинок, которые, будучи мокрыми, попали на поверхность стекла, и, высохнув, прикрепились к нему, создав эффект «битого пикселя». Влажная щетка пропитана специальным раствором, который эффективно удаляет засохшие песчинки и пылинки, не оставляя пятен и разводов. Необходимо проводить по стеклу плавными аккуратными движениями, лишь слегка нажимая на саму щетку. Оставшаяся влага довольно быстро испарится сама. Даже если после влажной уборки на стекле остается пара капель, то они прекрасно удаляются сухой щеточкой (кисточкой).
  3. Третий этап – финальный, проводим сухой щеточкой по матрице и убеждаемся, что она чистая.

После очистки можно попробовать сделать тестовый снимок, чтобы убедиться, что процедура прошла успешно. Для этого необходимо закрыть диафрагму до максимального значения и сделать снимок чистого белого листа, приведя объектив в состояние полной расфокусировки. Затем сравнить качество снимков до и после.

Почистить матрицу зеркального фотоаппарата довольно просто, для этого не требуется каких-то глубоких знаний или большого опыта, достаточно желания, немного терпения и знания базовых принципов очистки высокоточной оптической техники.

Заключение

Матрица фотоаппарата является важнейшей деталью любой современной зеркалки. Без нее невозможно сделать снимок, а от ее параметров зависит дальнейшее использование устройства. Если параметры матрицы выбраны неправильно, фотоаппарат не будет оптимально справляться со своими задачами. Матрица не требует какого-то дополнительного ухода, кроме периодической чистки стеклянной поверхности.

Следует отметить, что светочувствительные датчики очень хрупкие и плохо переживают падение прибора даже с небольшой высоты, поэтому эксплуатировать фотоаппарат рекомендуется с максимальной осторожностью и аккуратностью.

tehnika.expert

Какая матрица для фотоаппарата лучше: как выбрать

Покупая фотоаппарат, неважно какой: профессионального класса или рядовой бюджетный компакт для съемок друзей и семьи на природе, хочется, чтобы снимки получались качественными, а сам аппарат давал как можно больше свободы. Зная, какая матрица для фотоаппарата лучше, можно не впадать в ступор в магазине при виде двух моделей разных марок, которые выглядят одинаково, но стоят очень по-разному. Все дело в сенсоре, который и отвечает за то, какое изображение будет получаться и насколько гибкие рамки пользования фотоаппаратом будут у владельца.

Немного технических сведений

Матрицы цифровых фотоаппаратов делятся на два основных типа по применяемым полупроводникам и технологии считывания информации.

  1. Тип матрицы ПЗС (CCD) — самый распространенный. Это достаточно дешевая технология, информация об изображении считывается последовательно с каждой ячейки.
  2. КМОП матрицы CMOS дороже, но эффективнее в плане скорости работы, поскольку позволяют считывать данные сразу со всех светочувствительных элементов. Такие сенсоры устанавливаются в дорогих камерах, поскольку ни один производитель не пройдет мимо шанса предоставить пользователю возможности съемки с очень малыми выдержками, что в свою очередь усложняет аппаратно-программный комплекс.

Большинство фотоаппаратов пользовательского класса оснащено ПЗС матрицами. При этом ставится вполне ожидаемое условие: для получения действительно качественных снимков при естественном освещении (или при недостаточном) лучше использовать штатив, поскольку время выдержки будет значительным. Аналогично — не получится делать снимки крайне быстро, поскольку нужно время на получение и обработку изображения.

Некоторые производители решают последнюю проблему достаточно просто: оснащают фотоаппараты буфером памяти. Туда помещаются кадры до обработки, когда ведется съемка в так называемом спортивном режиме — серией за короткий промежуток времени.

Дорогие фотокамеры, оснащенные КМОП матрицами, позволяют делать снимки «с рук» с малой выдержкой, имеют высокую светочувствительность и низкий уровень шума. С помощью такого оборудования можно проводить экспонометрию, снижается время автофокусировки, естественно, легко сделать хороший кадр.

Еще одна технология, которая применяется в самой дорогой фототехнике — многослойные матрицы. Это не очередной пункт в списке «виды матриц». Светочувствительная зона таких аппаратов состоит из трех слоев ПЗС, каждый из которых считывает только один цвет. В результате качество изображения просто потрясает. Техника с данной технологией особо маркируется: 3CCD.

Последнее, что стоит упомянуть, – технологические размеры матриц. ПЗС сенсоры можно сделать маленькими, они построены на кремниевых элементах. А КМОП матрицы достаточно большие, что является еще одним рациональным доводом в пользу их применения в дорогой профессиональной технике.

Количественный показатель качества

Задавая себе вопрос, какая матрица фотоаппарата лучше,- можно достаточно быстро получить ответ без необходимости вникать в технологические особенности. Обратите внимание на следующие характеристики:

  • заявленное количество мегапикселей в характеристике камеры;
  • эффективное количество пикселей, которое ответственные производители указывают в документации к фотоаппарату;
  • возможные размеры изображений, которые можно делать с помощью камеры.

Производители дешевых моделей фотоаппаратов часто лукавят, указывая, прежде всего, размерность картинки и выставляя огромные цифры как эффективный рекламный ход. Это не говорит о качестве получаемых снимков. Типы матриц фотоаппаратов могут быть разного класса. Однако если сенсор не имеет достаточной разрешающей способности, большие изображения на выходе будут иметь низкую детализацию и высокий уровень шума.

Еще больше о качестве камеры скажет соотношение между заявленными мегапикселями матрицы и количеством эффективных точек. Это напрямую говорит о применяемой оптике. Если аппаратная часть выполнена ответственно, заявленное и эффективное количество пикселей будет почти одинаково, что не только положительно характеризует продажную цену, но и напрямую отвечает за качество снимков.

Светочувствительность и шумы

Светочувствительность матрицы — еще одна характеристика, которая описывает фотоаппарат. Покупать камеру стоит, ориентируясь на планируемые возможности применения. Сегодня в документации в графе светочувствительности можно встретить очень высокие цифры — до 51000 и больше. Однако это не говорит напрямую о возможности делать качественные снимки. Нет и рекомендаций, какой должна быть светочувствительность. Работает все следующим образом:

  • для получения хорошего изображения требуется обеспечить выдержку, время которой зависит от уровня освещенности и светочувствительности матрицы;
  • при среднем и низком освещении приходится применять штатив;
  • если хочется продолжать снимать «с рук», можно программно поменять уровень светочувствительности матрицы в настройках фотоаппарата.

Однако высокая светочувствительность при малой установленной выдержке — это прямой путь к появлению шумов на снимке. Повышенная зернистость, появление мозаики — это те черты, которые раздражают и требуют тщательной вторичной обработки изображения.

Уровень светочувствительности является определяющим только при четком осознании того, в каких именно условиях будет использоваться камера. К примеру, при работе со штативом можно покупать фотоаппарат с высоким показателем, это даст широкие возможности съемки при самых разных освещениях без применения вспышки.

Физическая геометрия сенсора

Физический размер матрицы фотоаппарата в миллиметрах — еще один фактор, который не только напрямую отвечает за качество снимков, но и очень сильно формирует цену камеры. У самых лучших моделей соотношение размерности, которое основано на стандартном формате пленки 35 мм, близко к единице. Чем дешевле модель, тем выше показатель «кроп», обрезки, который сигнализирует о том, что матрица меньше по габаритам.

Чем меньше площадь сенсора, тем ниже охват визуального пространства перед объективом и:

  • ниже общее количество света, которое падает на матрицу, следовательно, приходится повышать светочувствительность и увеличивать цифровой шум;
  • больше теряется малых деталей, появляется размытие, это вызывают малые размеры, до которых преобразуется кадр.

Высокие значения кропа в фотоаппарате также означают, что разница в освещенности объектов в поле зрения фотоаппарата будет сглаживаться, что очень негативно сказывается на снимках, полученных в вечернее время без вспышки, например.

Коэффициент размерности указывается в документации к камере. Неважно, ориентируетесь ли на бюджетную или профессиональную модель — лучше будет купить аппарат с большой в геометрическом смысле матрицей.

Заключение

Невозможно сказать, какая матрица лучше. Выбирать фотоаппарат следует исходя из режимов, в которых он будет использоваться. Невозможно провести и всесторонне сравнение матриц фотоаппаратов – каждая проиграет в каком-то случае.

Правильно предсказанные условия съемок позволят камерам даже с относительно посредственными матрицами делать очень хорошие снимки. Главный фактор, который нужно учитывать обязательно — геометрические размеры матрицы. Тем, кто хочет получать действительно большие изображения в пикселях, также нужно обратить внимание на количество эффективных мегапикселей фотоаппарата.

tehnopanorama.ru

Матрица фотоаппарата. Типы и характеристики.

Матрица фотоаппарата самая важная составляющая часть любой камеры. Именно она ответственна за создание изображения, после поступления на ее поверхность светового потока. Если описать матрицу научными словами, то это будет звучать следующим образом, микросхема состоящая из светочувствительных элементов, фотодиодов. Посмотрите следующий снимок, где показано месторасположение матрицы в блоке самого фотоаппарата («тушке»).

Матрица фотоаппарата самым прямым образом влияет на качество итогового изображения, что в сочетании с профессиональным фотообъективом приводит к точной и полной передаче всех деталей реальности.

 

1. Размер матрицы

2. Количество пикселей

3. Светочувствительность

Теперь подробнее о каждой из указанных характеристик.

Физический размер матрицы, т.е соотношение длины и ширины, измеряемой в миллиметрах, одна из самых важных характеристик матрицы. Чем больше размер, тем лучше будет качество фотографии. Почему? Большая по размеру матрицу, получает больше света, что в свою очередь связано с фактором ISO/светочувствительности. Даже при высоких значения ISO, количество шумов на фотоснимке, сделанном на профессиональную камеру с большой матрицей, будет минимальное. Чего нельзя сказать о фотоснимке сделанном, при участии маленькой матрицы.

Далее на картинке вы можете изучить самые распространенные размера матрицы в соотношение к диагонали.

Количество пикселей в матрице фотоаппарата влияет на размер изображения. Все профессиональные зеркальные фотокамеры снабжены матрицей с большим числом мегапикселей. Как результат, вы сможете распечатать большую фотографию, плакат или постер и все цвета и детали при этом, будут переданы в наилучшем качестве.

                    Типы матриц фотоаппарата.

По применяемой технологии матрицы бывают нескольких типов, но самые популярные из них:

ПЗС (CCD — Charge Coupled Device). Данный тип матрицы выпускается практически всеми фирмами производителями фотокамер (Nikon, Canon, Sony и др.). Один из очевидных плюсов высокая чувствительность и маленький уровень шумов, что положительно влияет на качество фотографии, но высокое энергопотребление.

КМПО (CMOS — Complementary Metal Oxide Semiconductor). Основные плюсы данного вида матрицы низкое энергопотребление и высокое быстродействие. В наши дни данный вид матрицы самый распространенный.

Далее, для примера я привела небольшую сравнительную характеристику фотокамер двух фирм лидеров производителей Nikon и Canon.

Профессиональные фотокамеры Nikon D5 (21,33 Мп), D810a (37,09 Мп) имеют КМОП-матрицу размером 35,9 x 24,0 мм. Компактные фотокамеры, например Nikon CoolPix L340, L2750 снабжены ПЗС матрицей.

Профессиональные фотокамеры Canon EOS – 1D X II Mark (21,5 Мп), EOS 5DS R (50,6 Мп) имеют CMOS матрицу. У Canon даже такие компактные камеры как PowerShot SX720 HS, SX 620HS также работают на  КМПО матрице.

На этом я заканчиваю свою статью под названием «Матрица Фотоаппарата», дальше будет еще больше полезных и интересных статей. Подписывайтесь на обновления моего блога, и вы будете первыми получать новые статьи.

blogphotografelena.ru

Матрица фотоаппарата

Никого сейчас не удивишь цифровой фото камерой, каждая из которых наделена матрицей фотоаппарата. Что такое матрица фотоаппарата, почему ее название матрица цифрового фотоаппарата, какие ее функции.

Почти два столетия прошло с тех пор, как был создан первый прототип фотоаппарата. Принцип работы фотокамеры остался прежним: попадание светового потока через объектив и фиксация на светочувствительном элементе. Ранее использовались пленочные элементы с свойственной им химической реакцией. Новая эра фотоаппаратов преподнесла нам цифровые фотокамеры.

Матрица фотоаппарата, а точнее матрица цифрового фотоаппарата — это электронная схема, состоящая из миллионов крошечных светочувствительных диодов, которые реагируют на световой поток, попадающий на них. Один такой светодиод матрицы цифрового фотоаппарата приносит вашему изображению ровно один пиксель.

Теперь представьте себе матрицу фотоаппарата, передающую 12 миллионов пикселей. Сложно? Вовсе нет: 12 мегапикселей — это площадь матрицы в пикселях. К примеру, если соотношение сторон матрицы 3:4, то на матрице цифрового фотоаппарата будет располагаться 3 тысячи пикселей в столбце и таких столбцов  4 тысячи.

Как выглядит матрица фотоаппарата. Какой физический размер матрицы фотоаппарата?

Особенность электроники матрицы цифрового фотоаппарата заключается  в накоплении эклектического заряда в зависимости от количества попадающего света на матрицу фотоаппарата. Если происходит переизбыток энергии на пикселе или группе пикселей матрицы цифрового фотоаппарата, то эта энергия начинает переходить на соседние пиксели. В результате, когда фотографируете солнце вы получаете световой пучок разной окружности.

Важно знать: чем качественнее и дороже матрица, а главное, чем больше физический размер матрицы цифрового фотоаппарата, тем больше расстояние между её пикселями, тем менее заметен эффект распределения энергии на соседние пиксели.

Количество пикселей на матрице должно увеличиваться с увеличением качества и\или размера матрицы цифрового фотоаппарата. Иначе, новые пиксели теряют свою эффективность. Размер матрицы цифрового фотоаппарата — важная характеристика!

Для начала, что это такое. Раньше, в эпоху пленочных фотоаппаратов с этим было просто — вместо матрицы была светочувствительная пленка-негатив. Стандарт был 35мм (физический размер 24×36 мм). В современном же цифровом фотоаппарате вместо пленки устанавливается светочувствительная матрица - интегральная микросхема, состоящая из светочувствительных элементов (фотодиодов). Матрица предназначена для преобразования спроецированного на нее оптического изображения в поток цифровых данных. Фотоматрица оцифровывает («нарезает» на пиксели) то изображение, которое формируется объективом фотоаппарата.

Существуют несколько типов матриц, применяемых в цифровых камерах, основные из которых CCD и CMOS. CCD-матрица обеспечивает лучшие показатели при съемке динамичных и мелких объектов, у нее низкий уровень шума и высокий коэффициент заполнения. CMOS-матрица же используется в изделиях, для которых критична конечная стоимость, благодаря своей недорогой стоимости, низкого энергопотребления.

Итак, физический размер матрицы. Необходимо отметить, что физический размер матрицы — одна из важнейших характеристик фотоаппарата, влияющих на качество получаемых фотографий. Физический размер — это ее геометрический размер (длина и ширина в миллиметрах). Однако чаще всего размеры фотосенсоров чаще всего обозначают в виде дробных частей дюйма, например 1 / 2.5″. Так как эта величина обратная, то и соответственно, размер матрицы больше, если число после дроби меньше. Для примера, приведем соотношение наиболее часто используемых матриц:

Диагональ матрицы Геометрический размер
1 / 3.2″ 3.4 х 4.5мм
1 / 2.7″ 4.0 х 5.4мм
1 / 2.5″ 4.3 х 5.8мм
1 / 2.3″ 4.6 х 6.2мм
1 / 1.8″ 5.3 х 7.2мм
2 / 3″ 6.6×8.8мм
1″ 9.6 х 12.8мм
APS-C (матрица, в 1.6 раза меньше APS)    15 х 23мм
полный формат (APS) 24 х 36мм

 
Проще ориентироваться не на размер матрицы в обратных значениях дюйма, а на кроп-фактор. Кроп-фактор — это коэффициент, показывающий во сколько раз матрица фотоаппарата меньше полного формата. Например, для наиболее распространенного размера матрицы современных мыльниц 1 / 2.3″ кроп-фактор составит 5.62, т.е. матрица в 5.62 раза меньше полноформатной.

Размер матрицы влияет на количество цифрового шума, передаваемого вместе с основным сигналом на матрицу. Наличие цифрового шума, в свою очередь, придает фотографии неестественный вид и создается впечатление, что на фотографии наложена матовая пленка. Чем больше физический размер матрицы, тем больше ее площадь и тем больше света на нее попадает, в результате чего полезный сигнал матрицы будет сильнее и соотношение сигнал / шум будет лучше. Это позволяет получать более яркую, качественную картинку с естественными цветами.

nikon3100.ru

Матрица цифрового фотоаппарата. Принцип работы.

Продолжаю начатый в предыдущей публикации разговор об устройстве цифрового фотоаппарата.

Одним из главных элементов цифрового фотоаппарата, отличающих его от фотоаппаратов пленочных является светочувствительный элемент, так называемый ЭОП или светочувствительная матрица цифрового фотоаппарата. О матрицах фотоаппаратов уже говорилось ранее, теперь же рассмотрим несколько подробнее устройство и принцип работы матрицы, хотя и достаточно поверхностно, чтобы не слишком утомлять читателя.

В настоящее время большинство цифровых фотоаппаратов оснащены ПЗС-матрицами.

Рассмотрим в общих чертах устройство ПЗС- матрицы.

 

 

Полупроводники, как известно, делятся на полупроводники n-типа и p-типа. В полупроводнике n-типа имеется избыток свободных электронов, а в полупроводнике p-типа избыток положительных зарядов, «дырок» (а следовательно недостаток электронов). На взаимодействии таких двух типов полупроводников и основана вся микроэлектроника.

Так вот, элемент ПЗС-матрицы цифрового фотоаппарата устроен следующим образом. См. Рис.1:


Рис.1

Если не вдаваться в подробности, то ПЗС-элемент или прибор с зарядовой связью, в английской транскрипции: charge-coupled-device – CCD, представляет собой МДП (металл-диэлектрик-полупроводник) конденсатор. Он состоит из подложки p-типа — слоя кремния, изолятора из двуокиси кремния и пластин-электродов. При подаче на один из электродов положительного потенциала, под ним образуется зона обедненная основными носителями — дырками, т. к. они оттесняются электрическим полем от электрода вглубь подложки. Таким образом под данным электродом образуется потенциальная яма, т. е. энергетическая зона благоприятная для перемещения в нее неосновных носителей – электронов. В этой яме накапливается отрицательный заряд. Он может храниться в данной яме достаточно долго из-за отсутствия в ней дырок и, следовательно, причин для рекомбинации электронов.

В светочувствительных матрицах электродами являются пленки поликристаллического кремния, прозрачного в видимой области спектра.

Рис.2

Фотоны падающего на матрицу света попадают в кремниевую подложку, образуя в ней пару дырка-электрон. Дырки, как сказано выше смещаются вглубь подложки, а электроны накапливаются в потенциальной яме.

Накопившийся заряд пропорционален количеству фотонов падающих на элемент, т. е. интенсивности светового потока. Таким образом на матрице создается зарядовый рельеф, соответствующий оптическому изображению.

Далее используется  свойство ПЗС-элементов перемещать заряды под действием подаваемых тактовыми импульсами потенциалов на электроды смещения.

Перемещение зарядов в ПЗС-матрице.

В каждом ПЗС-элементе имеется несколько электродов, на которые подаются разные потенциалы.

Рис.3.

При подаче на соседний электрод (см. рис. 3) потенциала, большего, чем на данном электроде, под ним образуется более глубокая потенциальная яма, в которую перемещается заряд из первой потенциальной ямы. Таким образом заряд может перемещаться из одной ПЗС-ячейки в другую. Показанный на рис.3  ПЗС-элемент называется трехфазным, бывают еще и 4-х фазные элементы.

Рис.4. Схема работы трехфазного прибора с зарядовой связью – сдвигового регистра.

Для преобразования  зарядов в импульсы тока (фототока) используются последовательные регистры сдвига (см. рис.4). Такой регистр сдвига и является строкой ПЗС-элементов. Амплитуда импульсов тока пропорциональна величине передаваемого заряда, и пропорциональна,таким образом, падающему световому потоку.  Последовательность импульсов тока, образующихся при считывании последовательности зарядов, затем подается на вход усилителя.

Линейки близко расположенных друг к другу ПЗС-элементов  объединяются в ПЗС-матрицу. Работа такой матрицы  основывается на создании и передаче локального заряда в потенциальных ямах, создаваемых электрическим полем.

Рис.5.

 Заряды всех ПЗС-элементов регистра синхронно перемещаются в соседние ПЗС-элементы. Заряд, который находился в последней ячейке, поступает на выход из регистра, а затем подается на вход усилителя.

На вход последовательного регистра сдвига подаются заряды перпендикулярно расположенных регистров сдвига, которые в совокупности называются параллельным регистром сдвига. Параллельный и последовательный регистры сдвига и составляют ПЗС-матрицу (см. рис.4).

Перпендикулярные к последовательному регистру сдвиговые регистры носят название столбцов.

Перемещение зарядов параллельного регистра строго синхронизовано. Все заряды одной строки смещаются одновременно в соседнюю. Заряды последней строки попадают в последовательный регистр. Таким образом за один рабочий цикл строка зарядов из параллельного регистра попадает на вход последовательного, освобождая место для вновь образуемых зарядов.

Работа последовательного и параллельного регистров синхронизуется тактовым генератором. В состав матрицы цифрового фотоаппарата также входит микросхема, подающая потенциалы на электроды переноса регистров и управляющая их работой.

ЭОП такого типа носит название полнокадровой матрицы (full-frame CCD-matrix). Для его работы необходимо наличие светонепроницаемой крышки, которая сначала открывает ЭОП для экспонирования светом, затем, когда на него попало количество фотонов, необходимое для накопления достаточного заряда в элементах матрицы, закрывает его от света. Такая крышка является механическим затвором, как в пленочных фотоаппаратах. Отсутствие такого затвора приводит к тому, что при перемещении зарядов в сдвиговом регистре ячейки продолжают облучаться светом, добавляя к заряду каждого пиксела лишние электроны, не соответствующие световому потоку данной точки. Это приводит к «размазыванию» заряда, соответственно к искажению получаемого изображения.

Скорость работы такого ЭОПа зависит не только от скорости считывания как с параллельного , так и с последовательного регистров, но еще и наличием механического затвора, который влияет на длительность интервала между экспонированием отдельных кадров.

С целью уменьшения интервала между экспонированием отдельных кадров была разработана матрица с буферизацией кадра.

Здесь была рассмотрена физика восприятия света светочувствительным элементом ПЗС-матрицы, но ничего не говорится о цвете. В принципе ПЗС-элемент воспринимает все цвета почти одинаково (есть некоторая спектральная чувствительность, но об этом позже). Каким же образом с помощью Пзс-элементов создается цветное изображение рассматривается далее.

Предлагаю вам на десерт ролик с изумительной музыкой, в котором представлены армянский дудук и скрипка:

Поделиться в соц. сетях

Об авторе

Я живу в г Новосибирске. Образование высшее - НГТУ, физикотехнический факультет. В настоящее время на пенсии. Семья: жена, две дочери, две внучки. Работал в последнее время в электронной промышленности в ОКБ по разработке и производству приборов ночного видения. Люблю музыку- классику, джаз, оперу, балет. Главное увлечение - любительская фотография.

makal47.ru

admin

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о