Какой размер матрицы видеокамеры лучше: Размер матрицы. Что это такое?

Содержание

Матрицы для камер видеонаблюдения. На что обращать внимание? / Хабр

Качество изображения видеокамеры во многом зависит от используемого в ней светочувствительного сенсора (матрицы). Ведь поставь хоть лучший процессор для оцифровки видео – если на матрице получено плохое изображение, хорошим оно уже не станет. Попытаюсь популярно объяснить, на что следует обращать внимание в характеристиках сенсора камеры видеонаблюдения, чтобы потом не было мучительно больно при взгляде на изображение…

Тип матрицы

В интернете вы наверняка найдете информацию о том, что в камерах видеонаблюдения применяются CCD (ПЗС, прибор с зарядовой связью) и CMOS (КМОП, комплементарная структура металл-оксид-полупроводник) светочувствительные матрицы. Забудьте! Давно остался только CMOS, только хардкор.

CCD матрицы, при всех их достоинствах (лучшая светочувствительность и цветопередача, меньший уровень шумов) – уже практически не используются в видеонаблюдении. Потому что сам принцип их действия CCD матриц – последовательное считывание заряда по ячейкам – слишком медленный, чтобы удовлетворить запросы быстрых современных видеокамер высокого разрешения.

Ну и самое главное CCD дороже в производстве, а в условиях современной высококонкурентной среды на счету каждая копейка прибыли. Вот почему все ключевые производители сосредоточились на выпуске именно CMOS матриц.

Осталось производителей, между прочим, не так и много. Крупнейшими, по состоянию на начало 2017 года, являются компании: ON Semiconductor Corporation (в свое время поглотившая известную профильную компанию Aptina), Omnivision Technologies Inc., Samsung Electronics и Sony Corporation. Кроме того, матрицы для собственных нужд производит, например, компания Canon, Hikvision.

Конкуренцию старым брендам пытаются создать молодые, полные энтузиазма и денег китайские чипмейкеры «второго эшелона», вроде компании SOI (Silicon Optronics, Inc.) и др. Трудно сказать, выживет ли молодая поросль, когда на рынке CMOS сенсоров наступит насыщение и станет слишком тесно. Но в любом случае в этом сегменте не исключено появление новых игроков и обострение борьбы, ведь наладить производство CMOS сенсоров не слишком и сложная по современным меркам задача.

Крупные мировые бренды типа Hikvision или Dahua обычно предпочитают работать с производителями матриц первого эшелона или собственными. Локальные же ведут себя по разному. Например, Tecsar даже в недорогих камерах использует матрицы с хорошей репутацией от ON Semiconductor, Omnivision и Sony. В в ассортименте других “народных” марок, например Berger, широко представлены сенсоры SOI и т.д.

https://youtu.be/7UE-NU6a1CA

Как делаются матрицы цифровых камер

Лидерские качества CMOS

CMOS технология предусматривает размещение электронных компонентов (конденсаторов, транзисторов) непосредственно в каждом пикселе светочувствительной матрицы.

Структура пикселя и CMOS матрицы

Это уменьшает полезную площадь светочувствительного элемента и снижает чувствительность, плюс активные элементы повышают уровень собственных шумов матрицы. Зато технология позволяет осуществлять преобразование заряда светочувствительного элемента в электрический сигнал прямо в матрице и гораздо быстрее сформировать цифровой сигнал изображения, что критично для видеокамер. Именно поэтому CMOS лучше подходят для камер видеонаблюдения, где требуется быстрая смена кадров.

Принцип работы CCD и CMOS матриц

Плюс возможность произвольного считывания ячеек CMOS матрицы дает возможность буквально «на лету» изменять качество и битрейт получаемого видео, что невозможно для CCD. А энергопотребление CMOS-решений ниже, что тоже немаловажно для компактных камер наблюдения.

Да будет цвет

Для получения цветного изображения матрица разлагает световой поток на составляющие цвета: красный, зеленый и синий. Для этого используются соответствующие светофильтры. Разные производители варьируют размещение и количество светочувствительных элементов разного цвета, но суть от этого не меняется.

Принцип формирования изображения на светочувствительной матрице:

Р – светочувствительный элемент
Т — электронные компоненты

Как устроен и работает КМОП сенсор камеры можно также посмотреть на этом видео от Canon:

CMOS матрицы всех производителей базируются на вышеописанных общих принципах, отличаясь лишь в деталях реализации на кремнии. Например, в погоне за дешевизной и сверхприбылью, чипмейкеры стараются выпускать матрицы как можно меньшего размера. Расплата за это неизбежна…

Почему большой – это хорошо

Типоразмер (или другими словами формат) матрицы обычно измеряют по диагонали в дюймах и указывают в виде дроби, например 1/4″, 1/3″, 2/3″, 1/2 дюйма и др.

Первое правило выбора лучшей матрицы довольно простое: при одинаковом количестве пикселей (разрешении), чем больше физические размеры сенсора – тем лучше. У большей матрицы крупнее пиксели, а значит, она улавливает больше света. Пиксели большей матрицы расположены менее тесно, а значит меньше влияние взаимных помех и ниже уровень паразитных шумов, что напрямую влияет на качество получаемого изображения. Наконец, более крупная матрица позволяет получить большие углы обзора при использовании объектива с одним и тем же фокусным расстоянием!

Светочувствительная матрица производства ON Semicondactor для камер видеонаблюдения

Светочувствительная матрица, установленная на плате видеокамеры

Увы, большеформатные матрицы в массовых камерах видеонаблюдения сейчас практически не используются в силу дороговизны и самих матриц, и объективов для них, которые должны иметь более крупные линзы и, соответственно, габариты и стоимость.

На сегодня в камеры устанавливают в основном матрицы типоразмера 1/2″ – 1/4″ (это самые крошечные). Выбирая камеру, нужно четко понимать, что покупая ультрадешевую модель с 1/4″ матрицей производства SOI и крохотным объективом с пластиковыми линзами сомнительной прозрачности, вы не сможете создать систему видеоконтроля приемлемого качества, на которой можно было бы хорошо различать небольшие детали отснятых событий, особенно при съемке в условиях слабой освещенности.

Выбирая же камеру с матрицей Sony типоразмера 1/2.8″ вы априори получите гораздо лучший результат по качеству видео, камеру с такой матрицей уже вполне можно использовать в профессиональной системе видеонаблюдения. И чувствительность у такой камеры будет заведомо выше, что позволит лучше снимать в условиях слабой освещенности: в плохую погоду, в сумерках, в полутемном помещении и т.п. С увеличением разрешения при том же размере матрицы светочувствительность падает, и это тоже нужно учитывать при выборе. Для камеры, установленной в темной подворотне у черного хода, имеет смысл выбрать матрицу с меньшим разрешением и более высокой чувствительностью, чем камеру ультравысокого разрешения с низкой чувствительностью матрицы на которой из-за шумов ничего нельзя будет толком различить.

Светочувствительность

Светочувствительность матрицы определяет возможность ее работы в условиях слабого окружающего освещения. С точки зрения физики это выглядит совсем банально: чем меньше световой энергии достаточно для получения изображения матрицей, тем выше ее светочувствительность. Но! Будем откровенны, гнаться за высокой чувствительностью уже особо не стоит. Дело в том, что современные камеры видеонаблюдения благополучно переходят в режимы «день/ночь», при снижении освещенности переводя матрицу в режим черно-белого изображения с более высокой чувствительностью. Плюс автоматическое включение инфракрасной подсветки дает камерам возможность отлично снимать даже в полной темноте. Например, в закрытом помещении без окон и с выключенным светом, когда об уровне какой-то внешней освещенности даже речи нет. Светочувствительность остается критичной для камер лишенных ИК подсветки, но использовать такие в современном видеонаблюдении – почти моветон. Хотя корпусные модели без подсветки все еще продаются, конечно.

Сравнение матриц разных производителей

Вообще правило таково: чем выше освещенность, тем лучше снимет матрица и, соответственно, камера. Поэтому не рекомендуется ставить камеры по полутемным закоулкам, даже если у них хорошая чувствительность. Имейте в виду, что в спецификации матриц камер обычно указывается минимальный уровень освещенности, когда можно зафиксировать хоть какое-то изображение. Но никто не обещает, что это изображение будет хотя бы приемлемого качества! Оно будет отвратительным в 100% случаев, на нем с трудом можно будет что-либо разобрать. Для достижения хотя бы удовлетворительного результата рекомендуется снимать как минимум при освещенности хотя бы в 10-20 раз большей, чем минимально допустимая для матрицы.

Производители придумали ряд технических решений, чтобы улучшить чувствительность CMOS матриц и снизить потери света в процессе фиксации изображения. Для этого в основном используется один принцип: вынести светочувствительный элемент как можно ближе к микролинзе матрицы, собирающей свет. Сначала компания Sony предложила свою технологию Exmor, сократившую путь прохождения света в матрице:

Затем прогрессивные производители дружно перешли на использование матриц с обратной засветкой, позволяющей не только сократить путь света сквозь матрицу, но и сделать полезную площадь светочувствительного слоя больше, разместив его над другими электронными элементами в ячейке:

Технология обратной засветке дает камере максимальную чувствительность. Отсюда вывод – «при прочих равных условиях» лучше приобрести камеру использующую матрицу с обратной засветкой, чем без таковой.

Для улучшения изображения в условиях слабого освещения для слабочувствительных дешевых матриц производители камер могут использовать различные ухищрения. Например, режим «медленного затвора», а говоря проще – режим большой выдержки. Однако «размазывание» контуров движущихся объектов уже на этапе фиксации изображения матрицей в таком режиме не позволяет говорить о мало-мальски качественной видеосъемке, поэтому такой подход совершенно неприемлем в охранном видеонаблюдении, где важны детали.

Определенным прорывом в качестве изображения стало появление технологии Starlight, впервые появившейся в камерах Bosch в 2012 году. Эта технология, благодаря комбинации огромной светочувствительности матрицы (порядка 0,0001 — 0,001 люкс) и очень эффективной технологии шумоподавления позволила получать очень качественное цветное изображение с видеокамер в условиях слабой освещенности и даже в ночное время.

Тогда как традиционный способ преодоления слабой освещенности – использование ИК подсветки – дает возможность получить четкое изображение лишь в монохромном режиме (оттенках серого), камеры с технологией Starlight позволяют получить цветную картинку, обладающую гораздо большей информативностью. В частности, при слабой освещенности система видеонаблюдения с технологией Starlight легко сможет различать цвета автомобилей, одежды и др. важные признаки.

Вот демонстрация технологии Starlight в действии:

Итоги

При выборе камеры видеонаблюдения обязательно обращайте внимание на характеристики матрицы, а не только ее разрешение. Ведь от этого в значительной степени будет зависеть качество изображения, а следовательно и полезность камеры. В первую очередь следует обращать внимание на надежный бренд, типоразмер и разрешение матрицы, светочувствительность принципиальна лишь для камер лишенных ИК-подсветки.

Очень рекомендую брать камеру с матрицей, по которой можно найти вменяемый даташит с подробной информацией, а не покупать кота в мешке. Например, вы легко найдете спецификации на матрицы производства ON Semiconductor, Omnivision или Sony. А вот мало-мальски подробных характеристик матриц SOI не сыскать днем с фонарем. Возникает подозрение, что производителю есть что скрывать…

А общий итог такой: CMOS матрицы безоговорочно победили в устройствах видеонаблюдения и в ближайшем будущем не собираются сдаваться какой-либо конкурирующей технологии.

Матрица камеры — что это такое, типы и сравнение матриц CCD и CMOS

Обновлено: 16.03.2022

Матрица камеры (светочувствительный сенсор) является основным элементом камеры видеонаблюдения. Представлена в виде интегральной схемы из фотодиодов. Основная задача матрицы — преобразование в аналоговый электрический сигнал или в поток цифровых данных проецированного на нее оптического изображения. По большей степени, качество итогового изображения напрямую зависит от матрицы видеокамеры. Объясняется это тем, что такая немаловажная часть камеры видеонаблюдения как процессор отвечает только за оцифровку полученного изображения. Если же изначально на процессор поступило плохое изображение от матрицы, то процессор будет оцифровывать видео изначально плохого качества. Зачастую производители выпускают одинаковые по характеристикам камеры , но с разными типами матриц. По итогу Вы получите абсолютно два разных по качеству изображения. Цена на такие камеры может разниться до 35%.

Итак, какую же матрицу выбрать ?

Типы матриц камер: CCD и CMOS

Различают два типа матриц, применяемых в камерах видеонаблюдения:

CCD матрица (ПЗС — прибор с зарядовой связью)
CMOS (КМОП — комплементарная структура металл-оксид-полупроводник)

Изначально считалось, что CCD матрицы превосходят по всем параметрам CMOS матрицы. И всегда производят классификацию по двум вышеуказанным типам. В действительности же развитие технологий CMOS матриц шагнуло далеко вперед и на сегодняшний день они мало чем отличаются от CCD матриц. И как итог развития — на сегодняшний день практически во всех камерах видеонаблюдения применяются CMOS матрицы с высоким разрешением. Данные два типа матриц различаются как по устройству, так и по принципу действия.

Сравнение матриц CCD и CMOS формата

Несмотря на все плюсы CCD матриц на сегодняшний день они практически не применяются в камерах видеонаблюдения. Основными критериями ухода с рынка стали высокая цена производства и медленный принцип действия CCD матриц. С нарастающими требованиями к системам видеонаблюдения по скорости обработки информации принцип последовательного считывания заряда по ячейкам стал неактуален для рынка камер видеонаблюдения. А высокая конкурентная среда на рынке заставила многих производителей пересмотреть экономическую составляющую производства и это стало ключевым фактором исключения CCD матриц с рынка камер видеонаблюдения.

Обзор матриц камер: производители

ON Semiconductor Corporation
Omnivision Technologies Inc.
Samsung Electronics
Sony Corporation
Silicon Optronics (SOI)
Xiaomi

Компания Silicon Optronics является компанией второго эшелона. Мировые бренды камер видеонаблюдения используют при производстве матрицы компаний первого эшелона либо собственного производства.

Размер матрицы

Размер — условное соотношение длины матрицы к одному Видикону.

Размер матрицы измеряется в дюймах и указывается в соотношении дроби 1/2″, 1/2,8″, 1/3″, 1/4″, 1/6″ и т.д. Но в качестве дюйма выступает именно Видикон или так называемый «Видиконовый дюйм». Видикон (Видиконовый дюйм) — условный дюйм при диагонали 16мм.

Таким образом если производитель пишет, что размер матрицы 1/2″, то подразумевается, что ее диагональ равна 8мм.

Соответствие дюймов и фактических размеров матрицы можно взять из таблицы:

Формат	1”	½”	1/3”	¼”
Высота, мм	9,6	4,8	3,6	2,4
Ширина, мм	12,8	6,4	4,8	3,2

При одинаковом количестве пикселей у большей матрицы больше каждый отдельно взятый пиксель, а значит в общем матрица получает больше света. Также пиксели расположены дальше друг от друга и как следствие создается меньшее влияние взаимных помех и ниже уровень паразитных шумов.

Разрешение матрицы видеокамеры и светочувствительность матрицы камер

Итоговое изображение, полученное в результате преобразования цифрового потока напрямую зависит от матрицы. Поэтому не стоит пренебрегать этим параметром при выборе. Принято считать, что чем больше размер матрицы, тем лучше: тем больше света получает и как следствие меньше шумов, четче картинка и больше угол обзора. Однако правильнее считать за основу не размер матрицы, а размер одной ячейки — пикселя. Поэтому правильнее считать размер матрицы в сочетании с количеством пикселей.

При прочих равных — камера с одинаковым размером матрицы, но с разным количеством пикселей будет иметь кардинально разные изображения. Существует зависимость — чем больше пикселей при одинаковом размере матрицы, тем меньше света они получают, а значит тем хуже итоговое изображение.

Основной характеристикой при выборе матрицы является светочувствительность. Единица измерения светочувствительности — 1 Люкс (Лк) или иными словами производная одного Люмена (единица измерения светового потока) на единицу измерения площади (квадратный метр). Простыми словами Люмен — минимальное количество света, необходимое для четкого и качественного изображения. Существует зависимость: чем меньше значение светочувствительности, тем позднее камера переходит в черно-белый режим. IP камеры видеонаблюдения и их светочувствительность стоит подбирать под определенные задачи и расположение.

Какая матрица лучше?

Во-первых, изначально надо определить конкретные задачи и условия, в которых будет использоваться камера видеонаблюдения. Во-вторых, характеристики камер надо рассматривать в совокупности, а не отдельно взятую характеристику. Например большее количество пикселей при одинаковом размере матрицы дадут худшее изображение. Ну и помните — чем больше размер матрицы, тем дороже она стоит. Подбирайте оборудование с оптимальным соотношением цена/качество.

Надеемся наша статья была Вам полезна и вы разобрались что такое матрица камеры видеонаблюдения, какие типы матриц бывают. Узнали основные характеристики — размер, светочувствительность и разрешение матрицы.

Надеемся, наша статья была Вам полезна.

С уважением группа «Гарант»

Вернуться к списку

Размер матрицы все, что нужно знать | Статьи | Фото, видео, оптика

Раньше было вполне логичным, что покупая компактную камеру, вы получали небольшую матрицу, а если выбирали крупногабаритную зеркалку со сменными объективами, матрица на ней была значительно больше. Это сказывалось на качестве фотографий, поскольку чем больше матрица, тем более детализированы были изображения.

Сейчас это в принципе, тоже в какой-то мере актуально, матрица — это самая дорогая часть камеры в плане производства, и чем больше матрица, тем и камера, соответственно, дороже. Потому на дорогие камеры обычно не устанавливаются матрицы 1/2.3 дюймовые, а на дешевых, соответственно, не найти полнокадровую.

Но надо сказать, что сейчас многие производители стали предлагать компактные камеры с относительно большими матрицами, точно так же как и камеры под сменные объективы с меньшими матрицами. Так что разобраться в ситуации, пожалуй, стало сложнее. Небольшие матрицы способны отлично срабатывать в различных условиях, и даже имеют некоторые преимущества перед большими.

За последние годы и сама технология создания матриц значительно продвинулась вперед, так что сегодня большое количество предлагаемых вариантов может смутить даже опытного пользователя, что уж говорить о тех, кто приобретает первую фотокамеру. А ведь размер матрицы еще и на фокусном расстоянии сказывается, так что учитывать при выборе камеры действительно нужно очень многое.

Итак, мы решили разобраться в различных типах матриц, чтобы расставить все по местам. Но для начала нужно уточнить, как именно размер матрицы влияет на эффективное фокусное расстояние.

Фокусное расстояние

Итак, мы уже выяснили, что размер матрицы связан с фокусным расстоянием, то есть с тем, какой именно объектив подойдет вашей камере. Если вы приобретаете компактный девайс с не съемным объективом, проблема сама собой отпадает, то есть с позиции покупателя это гораздо проще. Но не просто так профессионалы выбирают именно те камеры, где объективы можно менять. Любой объектив должен иметь поле (круг) изображения или диаметр света, который существует в объективе и который покрывает размер матрицы. Есть одно исключение, к которому мы вернемся позже.

Итак, встроенные или нет, объективы всегда помечены реальным фокусным расстоянием, а не эффективным фокусным расстоянием, которое вы получите при использовании на той или иной камере. Но проблема в том, что различные объективы с различной маркировкой могут в итоге обеспечить одно и то же фокусное расстояние для работы. Почему? Потому что они предназначены для разных матриц. Именно поэтому производители помимо маркировки указывают эквивалент, где основным расстоянием считается 35мм или полнокадровая матрица.

Вот — один из примеров: камера с матрицей меньше чем полнокадровая вполне может использоваться с 18-55мм объективом, но на деле фокусное расстояние, которое вы получите будет ближе к 27-82мм. Это все происходит потому, что матрица не достаточно велика, чтобы использовать объектив точно так же как смог бы полнокадровый. Из-за того, что периферическое пространство внутри объектива не принимается в расчет, получается тот же эффект как от использования объектива с большим фокусным расстоянием.

В компактных камерах может был установлен 19мм объектив, но из-за размера матрицы, который меньше фуллфрейма, вы получите в итоге большее фокусное расстояние, около 28мм. Точная длина определяется кроп-фактором, то есть числом, на которое нужно увеличить данное под фуллфрейм фокусное расстояние, чтобы выяснить какое расстояние получится на той или иной камере.

Размеры матриц

1/2.3 дюйма

Размер такой матрицы примерно 6.3 x 4.7 мм. Это — самая маленькая матрица, которую можно найти в современных камерах, и чаще всего — в бюджетных компактных моделях. Разрешение такой матрицы составляет, как правило, 16-20 Мп.

По крайней мере такой расклад был самым популярным какое-то время назад. Сегодня многие производители стали делать больший упор на любительские фотоаппараты с большими матрицами, так что и размер такой не так распространен как ранее.

Однако, преимущество в том, что такой размер позволяет получить компактную камеру и использовать ее с длиннофокусными объективами, например компактными суперзумами. А большая матрица значит, что и объектив понадобится больший.

При хорошем освещении такие камеры могут предоставить неплохой результат, но для более придирчивых фотографов они точно не подойдут, поскольку при низкой освещенности будут зернить.

1/1.7 дюймов

Размер этих матриц 7.6 x 5.7мм. С такой матрицей гораздо проще выделить объект съемки из фона, и соответственно, производительность в плане деталей как в тени, так и на свету. Так что использовать их можно уже в более разнообразных условиях. Раньше такие камеры были самыми распространенными среди любителей, но сейчас их место стремительно занимают дюймовые матрицы, о которых речь и пойдет дальше.

А вот 1/1.7 дюймовые матрицы используются в некоторых относительно устаревших камерах Q-серии Pentax.

Дюймовые матрицы

Размер дюймовой матрицы 13. 2мм x 8.8мм. Сегодня такие матрицы очень популярны на различных типах камер, размер позволяет им оставаться легкими и компактными. Логично, что самый популярный способ применения для дюймовой матрицы — это карманные любительские камеры, на которых объектив будет лимитирован 24-70мм или 24-100мм (если брать эквивалент 35мм). Однако, на некоторых суперзум камерах он тоже используется?, примеры — это Sony RX10 III и Panasonic FZ2000.

Гораздо лучше дюймовая матрица нам знакома по камерам Nikon серии 1, например Nikon 1 J5 — отличной и легкой камере, которая способна делать отличные фото и снимать 4К видео. Такую матрицу можно встретить даже среди смартфонов — Panasonic CM1.

Камеры с дюймовой матрицей способны показать результаты, значительно отличные от предыдущих вариантов. Качество их будет высоким, а даже компактные камеры, как правило, имеют широкую максимальную апертуру, так что на матрицу попадает достаточно света, потому и фотографии выходят четкими и резкими.

Частично, это результат технологии, а не только размера матрицы. Матрицы современного производства могут более эффективно захватывать свет.

Микро 4/3

Матрица микро 4/3 имеет физический размер 17.3 x 13мм. Этот формат используется в компактных зеркалках и беззеркалках Olympus и Panasonic. Они ненамного больше по размеру, чем дюймовые матрицы, но меньше чем APS-C, речь о которых пойдет ниже.

По сути, микро 4/3 — это четверть размера полнокадровой матрицы, так что считать для нее активное фокусное расстояние предельно просто: достаточно умножить фокусное расстояние на 2.

Иными словами, 17мм объектив на камере с матрицей микро 4/3 обеспечит фокусное расстояние такое же, как 34мм объектив на полнокадровой матрице. По аналогии, 12-35мм даст 24-70мм и так далее.

На камере Lumix DMC-LX100 используется матрица микро 4/3 разрешением 12.8 Мп. Это — одна из компактных цифровых камер, которые обладают большим количеством функций и небольшим размером. Камера оснащена объективом Leica с фокусным расстоянием 24-75мм.

APS-C

Средний физический размер такой матрицы 23. 5 x 15.6мм. Такая матрица используется на зеркальных камерах для начинающих и любительских камерах, а сейчас и на многих беззеркалках. Матрица APS-C обеспечивает отличный баланс между качеством изображения, размером и вариативностью в плане совместимости с различными объективами.

Не все APS-C матрицы одинаковы по размеру, ведь это зависит от производителя тоже. Например, матрицы APS-C на камерах Canon физически немного меньше чем те, что установлены в Nikon и Sony, таким образом ее кроп-фактор равен 1.6x, а не 1.5x. В любом случае, APS-C — это всегда отличный вариант и профессиональные фотографы нередко предпочитают его для съемок природы и спортивных мероприятий, потому что благодаря кроп-фактору появляется возможность “приблизиться” к объекту съемки имеющимся объективом.

APS-C доступны на некоторых компактных камерах, например Fujifilm X100F, это обеспечивает высокое качество для фотографий на портативных камерах, особенно в комплекте с объективами с постоянным фокусным расстоянием. 23мм объектив на Fujifilm X100F, имеет широкую максимальную апертуру, потому с помощью этой камеры можно без труда добиться узкой глубины резкости.

APS-H

Размер матриц APS-H как правило равен 26.6 x 17.9мм. Сегодня этот формат практически не встречается, и ассоциируется только с устаревшими моделями Canon EOS-1D (EOS-1D Mark III и Mark IV). Сейчас, правда, в этой серии используются фуллфреймы.

Поскольку APS-H больше чем APS-C, но меньше полнокадровой матрицы, кроп-фактор, соответственно равен 1.3х, потому 24мм объектив обеспечит на такой камере фокусное расстояние приблизительно 31мм.

Одна из последних фотокамер, где можно встретить такую матрицу — это Sigma sd Quattro H. Однако и Canon решили не отказываться от APS-H совсем, и предпочли применить эту матрицу для камер наблюдения, а не для зеркальных фотоаппаратов.

Фуллфрейм

36 x 24мм она же фуллфрейм, она же полнокадровая матрица и она же примерно такая же по размеру как негатив пленочной фотографии. Используются полнокадровые матрицы на любительских и профессиональных камерах и считаются самым удобным вариантом для съемок. Размер такой матрицы позволяет ей принимать на себя больше света, вследствие чего и фото получаются выше по качеству чем с меньшими матрицами. Соответственно, и когда речь идет о количестве пикселей, выбор больше. А разрешение полнокадровых матриц варьируется от 12 до 50Мп.

Кроп-фактор, конечно, в случае с полнокадровой матрицей значения не имеет, так как маркировка объектива будет соответствовать активному фокусному расстоянию. Однако же, некоторые объективы, созданные под APS-C матрицы все равно можно использовать с фуллфреймами, но разрешение будет ограничено (камера обрежет углы, чтобы избежать виньетирования). Но проверять совместимость, разумеется, нужно всегда, иначе есть риск повредить зеркало.

Средняя (медиум) матрица

44мм x 33мм — размер такой матрицы. Это, очевидно, больше фуллфрейма и с момента появления такие матрицы вызвали оживленный интерес и дискуссии. Они использованы в камерах Fujifilm GFX 50S, Hasselblad X1D и Pentax 645Z, последняя немного старше остальных. Применяются они в основном, исключительно профессиональными фотографами в силу цены таких камер и их специфики.

Не факт, что на этом развитие матриц как таковых остановится, но пока что это — все доступные на рынке типы матриц, а какая подойдет для ваших фото интересов, решать только вам.

Размер сенсора камеры в фотографии

Задумывались ли вы о том, что такое «лучший» размер сенсора камеры ? важность размера сенсора камеры играет роль при выборе производителя, объективов, корпусов и многого другого в вашей фотографии! Некоторые жанры получают значительные преимущества при использовании одного формата над другим. Общая тенденция — чем больше, тем лучше, но ниже вы можете найти несколько сюрпризов!

В этом руководстве вы узнаете размер сенсора камеры 9.0004 , я расскажу не только о самых популярных форматах, но и о том, как извлечь из них максимум пользы. Мы рассмотрим все, начиная с сенсора смартфонов и заканчивая профессиональными камерами среднего формата и тем, что каждая из них может предложить для вашей фотографии. Сравнительные таблицы размеров датчиков Handy также дадут вам более четкое представление о том, с чем вы работаете.

Что означает размер сенсора камеры?
Сравнительная таблица размеров датчиков
Значение размера сенсора камеры
Какой лучший размер сенсора камеры?

ПОЛУЧИТЕ НАШУ БЕСПЛАТНУЮ ЭЛЕКТРОННУЮ КНИГУ ДЛЯ
ОСНОВЫ ФОТОГРАФИИ

20 УРОКОВ И 80+ СТРАНИЦ С ПРИМЕРАМИ, ИНФОГРАФИКОЙ, СОВЕТАМИ И ДРУГИМ ОБРАЗОМ!

Что означает размер сенсора камеры?
Размер сенсора цифровой камеры — это тема, которая усложняется только из-за различных потребностей фотографического сообщества. Однако понимания, что такое датчик, нет. Датчик — это область цифровой камеры, которая чувствительна к свету и записывает изображение, когда она активна.
Датчики обычно измеряются в миллиметрах (а иногда и в дюймах). Например, полнокадровые сенсоры максимально приближены к стандартной 35-мм пленке (35,00 x 24,00 мм). Иногда вы увидите некоторые отклонения в пределах 1-2 мм в пределах формата. APS-C имеет довольно много различий между брендами.
Размер сенсора камеры и качество изображения взаимосвязаны. Но больше не всегда значит лучше! Сенсоры меньшего размера имеют не только применение, но и явные преимущества, которые мы обсудим ниже.
Разрешение камеры , также известное как количество мегапикселей, является мерой количества отдельных фотосайтов на сенсоре. Мегапиксели и датчики цифровой камеры имеют другие отношения, о которых мы поговорим позже. Но пока вы можете связать мегапиксели (MP) с деталями.
Сравнительная таблица размеров датчиков цифровых камер
Хотя цифры дают нам хорошее представление о различных размерах, иногда бывает сложно представить их по-настоящему. Таблица сравнения размеров сенсора этой камеры отображает относительную разницу между каждым из наиболее распространенных на рынке форматов сенсоров камер.
Сравнение размеров и типов датчиков камеры
Размер датчика мобильных телефонов с камерой варьируется по размеру, но датчик 1/2,55″ (используемый в iPhone 11) находится на большем конце спектра.

1-дюймовые сенсоры камеры имеют следующий размер и используются в большинстве компактных камер. Имея размеры 12,80 x 9,60 мм, они также достаточно велики, чтобы улавливать приличное количество света. 9Дрон 0003 phantom 4 использует 1-дюймовый датчик, как и многие датчики мостовой (усовершенствованной компактной) камеры .

Датчики Micro 4/3rd с размерами 17,00 x 13,00 мм — это первый шаг к камерам со сменными объективами. Сменные объективы обеспечивают гибкость творчества и лучшее качество изображения по сравнению с универсальными зум-объективами на компактных камерах. Panasonic и Olympus являются основными доступными брендами Micro 4/3rd.

Далее следует размер сенсора камеры APS-C, , который имеет площадь примерно 23,60 x 15,60 мм. Многие бренды добавляют или убирают миллиметры здесь. Canon, Nikon, Fujifilm, Pentax и Sony являются основными производителями матриц APS-C, и большинство камер, использующих этот размер сенсора, предназначены для начинающих и опытных фотографов (за некоторыми исключениями).

Начало работы с камерой APS-C — один из самых популярных советов в нашем руководстве для начинающих фотографов .

Полнокадровый сенсор с размером часто используется в качестве базовой линии для кроп-фактора и других измерений. Эти датчики размером 35,00 x 24,00 мм являются самыми большими, которые вы найдете в потребительских моделях. К распространенным брендам полнокадровых камер относятся Sony, Canon и Nikon, и большинство моделей предназначены для продвинутых и профессиональных фотографов.

Если вы хотите самый большой размер сенсора камеры , вам нужно смотреть на средний формат , который представляет собой более широкий диапазон, обычно от 43,80 x 32,90 мм до 53,0 x 40,20 мм. Оттуда также существует большой формат, но теперь мы смотрим на шестизначные цены. Эти размеры сенсора камеры предназначены для особых нужд, например, для фотографов, которым требуется огромное разрешение для печати больших изображений.

Значение размера сенсора камеры

Важен ли размер сенсора камеры ? Абсолютно, но это не (всегда) так линейно, как «чем больше, тем лучше». Понимание размера сенсора камеры сводится к знанию преимуществ каждого формата. Как только вы это сделаете, вы будете хорошо подготовлены, чтобы выбрать размер сенсора , который лучше всего соответствует вашим потребностям.

Размер сенсора камеры и качество изображения

Различия в размере сенсора камеры определенно влияют на качество изображения. Но важно определить, что мы подразумеваем под «качеством изображения». Мы говорим о качество фото ; насколько большой отпечаток мы можем сделать? Острота? Разрешение? Динамический диапазон? Глубина резкости?

Как оказалось, даже сенсор смартфона с размером изначально достаточно хорош, чтобы сделать отпечатки неотличимыми от корпуса профессионального уровня, оставляя в стороне динамический диапазон и малую глубину резкости . Следовательно, нам нужно углубиться в более подробные сведения, помимо общего «качества изображения» определенного размера сенсора камеры.

Размер сенсора камеры в мегапикселях

Размер сенсора камеры и разрешение не обязательно связаны друг с другом. 20-мегапиксельная камера телефона и 20-мегапиксельная полнокадровая камера имеют 20 миллионов пикселей и одинаковое разрешение. Однако у них разное качество изображения, потому что размер сенсора камеры и размер пикселя имеют значение.

Датчик большего размера позволяет иметь более крупные пиксели по сравнению с датчиком меньшего размера с тем же разрешением. Большие пиксели на полнокадровой камере более эффективно собирают свет. Они не только более чувствительны, но и имеют лучший динамический диапазон, позволяющий до получить четкие фотографии.

При хорошем освещении и современных технологиях зазор незначителен. Но как только освещение становится даже немного сложнее, влияние сенсора и размера пикселя становится все более очевидным.

Размер сенсора камеры и фокусное расстояние

Размер сенсора и кроп-фактор не так сложно, как кажется.

Умножение кроп-фактора датчика на фокусное расстояние объектива дает изображение, эквивалентное 35-мм камере (полнокадровой камере). Например, используя 35-мм объектив с Датчик APS-C с 1,5-кратным кроп-фактором обеспечивает угол обзора, эквивалентный 50 мм на полнокадровом теле. Меньшее окно сенсора сокращает обзор, обеспечиваемый 35-мм объективом. Легкий!

Кроп-фактор обеспечивает простое математическое преобразование обратно в полнокадровый формат. Однако, если вы не обучены работе с полнокадровым изображением, не так важно продолжать думать о точках обзора в разных форматах.

Кроп-фактор также дает вам дополнительный охват, давая преимущества меньшим датчикам при съемке объектов издалека. Объектив 200 мм на корпусе Micro 4/3 (кроп-фактор 2,0x) имеет радиус действия полнокадровой камеры 400 мм и весит немного меньше.

Размер сенсора камеры и глубина резкости

Размер сенсора и апертура настройки важно понимать, потому что апертура оказывает аналогичное влияние на глубину резкости. Когда мы уменьшаем диафрагму с f/2 до f/2. 8, количество объектов в фокусе увеличивается. Аналогичный эффект дает использование сенсора меньшего размера с заданной апертурой объектива.

В соответствии с этим, меньших размеров сенсора камеры обеспечивают меньшую глубину резкости по сравнению с камерами большего размера (при одинаковой диафрагме и фокусном расстоянии). Точно так же, чем меньше размер сенсора вашей камеры, тем дальше будет гиперфокальное расстояние .

*Обратите внимание, что мы рассматриваем одинаковое фокусное расстояние в этом размере сенсора камеры и сравнение глубины резкости . Если мы рассмотрим такое же поле зрения , то глубина резкости будет уже в камерах с большими сенсорами и больше в камерах с кропнутыми сенсорами.

Влияние размера сенсора на апертуру составляет примерно стоп света на шаг площади. Если мы используем средний формат в качестве основы, полный кадр предлагает меньшую глубину резкости с точки зрения апертуры. Например, f/2 на полном кадре эквивалентно f/2,8 на среднем формате с точки зрения глубины резкости.

APS-C на стоп меньше, чем полнокадровый, и на 2 стопа меньше, чем средний формат. В целях изоляции объекта f/2 на APS-C выглядит так же, как f/2.8 в полнокадровом формате и f/4 в среднем формате. Микро 4/3 — это еще одна ступень ниже, и так далее.

Вы можете узнать больше об этом в нашей статье DoF в фотографии или в нашем руководстве по основам фотографии в формате PDF .

Размер сенсора камеры при съемке при слабом освещении

ISO и размер сенсора камеры также связаны; ISO 800 на датчиках камеры Micro 4/3rds не будет выглядеть так же чисто, как ISO 800 на полнокадровых датчиках. Для простоты просто имейте в виду, что ISO не является единым стандартом для разных брендов, не говоря уже о размерах сенсора 9. 0004 . Я освещаю шум ISO и в фотографии с немного большей глубиной здесь!

Если вы любите фотографировать ночное небо, в том числе фотографировать Млечный Путь или снимать северное сияние, вам нужны как объективы с большой апертурой, так и камера с сенсором большого размера . Полнокадровые датчики — это хороших размеров сенсора камеры , если вам нравится фотографировать при слабом освещении, потому что в настоящее время они представляют собой лучший баланс между сенсором и размером тела.

Снимок Aurora с матрицей Canon APS-C начального уровня (слева) и полнокадровой матрицей Nikon

Вы можете узнать больше о ISO в фотографии в нашем руководстве.

Какой размер сенсора камеры лучше?
Теперь, когда вы знаете , как размер сенсора камеры влияет на качество фотографий , мы можем обсудить , какой размер сенсора вам подходит? К сожалению, ответ на другой вопрос: каковы ваши потребности как фотографа?

Если вы фотограф, который регулярно делает большие отпечатки плакатов и хочет максимальное количество 9Динамический диапазон 0003, разрешение и , полнокадровый и средний формат — лучший выбор для вас.

Полнокадровая камера — это лучший баланс между размером корпуса, глубиной резкости, производительностью при слабом освещении и разрешением , который вы найдете на современном рынке. Портретные, модные, астро- и пейзажные фотографы обычно находят наибольшую выгоду от полнокадровой съемки, несмотря на цену и налог на вес.

Изображение, сделанное с помощью полнокадровой матрицы Nikon

Тем не менее, размеры матрицы камеры APS-C по-прежнему очень актуальны. APS-C по сравнению с полнокадровыми сенсорами имеют меньшую глубину резкости, разрешение и размер пикселя . Взамен уменьшаются размеры корпуса и линз. А расширение диапазона, обеспечиваемое кроп-фактором, делает их отличным выбором для фотографов-универсалов , которым нужно всего понемногу.

Micro 4/3rds имеет значительный кроп по сравнению с полным кадром, обеспечивая при этом качество изображения профессионального уровня. Фотографы дикой природы, уличные и документалисты может счесть увеличенный радиус действия в сочетании с размерами корпуса и линз идеальными для своих нужд.

Когда вы смотрите на датчики смартфонов и iPhone с диагональю 1 дюйм и 1/2,55 дюйма, поскольку они, как правило, представляют собой модели с фиксированным объективом, вы должны гораздо больше думать о том, какие другие функции предоставляет камера.

Мой личный опыт работы с сенсором камеры размером

В качестве личного опыта я начал свое фотографическое путешествие с сенсором камеры APS-C размером (Nikon D3200). Этот датчик удовлетворил все мои потребности, когда я начинал и занимался обычной фотографией, но через пару лет он отстал во многих аспектах, когда я переключился на съемку 9.0003 в основном пейзажная и ночная съемка.

Млечный путь Изображение, снятое моей первой камерой Nikon D3200 (сенсор APS-C)

Я решил совершить скачок в пользу полнокадровой камеры с сенсором (Nikon D800), и это было одно из лучших решений, которые я когда-либо принимал сделал, имея существенное улучшение результатов моих пейзажных изображений.

Milky Way Изображение, снятое на Nikon D800 (полнокадровый сенсор)

Мой совет: если вы новичок в фотографии, начните с небольшого размера сенсора камеры, такого как APS-C, и, как только вы узнаете свои реальные фотографические потребности , решить лучший размер датчика камеры в соответствии с вашими потребностями. По мере того, как вы будете снимать и совершенствоваться, вы, естественно, поймете, стоит ли обновление до размера сенсора полнокадровой камеры или нет , поскольку сенсор камеры большего размера не только тяжелее и дороже, но и требует больших вложений в объективы. , компьютерное оборудование и т. д.

Часто задаваемые вопросы о датчике цифровой камеры

Ниже вы найдете ответы на некоторые из наиболее распространенных вопросов, которые я получаю в связи с размерами датчика цифровых камер .

Каков размер сенсора моей камеры?

Датчик вашей камеры с размером , скорее всего, будет размером со смартфон (переменный, но близкий к 1/2,55″), 1″, Micro 4/3rds, APS-C или полнокадровый. Вы можете увидеть размер сенсора камеры в характеристиках вашей камеры.

Как размер сенсора камеры влияет на качество фотографий?

Размер сенсора в основном влияет на глубину резкости, светосилу, характеристики ISO, поле зрения и динамический диапазон. Каждый из них оказывает важное влияние на итоговое изображение, которое вы создаете.

Чем больше сенсор камеры, тем лучше?

Если вы цените большую глубину резкости, производительность при слабом освещении и вам нужен максимально возможный динамический диапазон, то больший размер сенсора камеры определенно лучше. Если вы цените размер, вес, производительность и не заботитесь о большой глубине резкости, сенсоры камер меньшего размера могут предложить вам больше.

Как измеряется размер сенсора?

Размер датчика измеряется по длине и ширине прямоугольного датчика в миллиметрах (мм). Производители камер выбрали определенные размеры сенсоров, чтобы создать выбор объективов.

Насколько велика полнокадровая матрица?

Полнокадровый, с разрешением 35,00 x 24,00 мм, является самым большим широко доступным форматом матрицы. APS-C — это следующий размер, Micro 4/3, затем 1″, и оттуда вы можете найти большинство размеров сенсора камеры смартфона, например 1/2,55″.

Как я могу сравнить различные размеры сенсора камеры?

Лучше всего проверить характеристики различных моделей камер. В качестве альтернативы, посмотрите выше на 9Таблица сравнения размеров сенсора камеры 0003 Я выложил!

Какой самый большой сенсор камеры?

Датчики большого формата не ограничены. Самые большие широко доступные датчики находятся в камерах среднего формата, в диапазоне от 43,80 x 32,90 мм до 53,0 x 40,20 мм.

Какой датчик камеры лучше всего подходит для съемки при слабом освещении?

Чем больше сенсор, тем лучше при слабом освещении. Тем не менее, на данный момент полнокадровая камера — это лучший баланс между ценой, выбором, размером и функциями.

Какой датчик камеры лучше всего подходит для крупной печати?

Чем больше сенсор, тем лучше для оптимального динамического диапазона и разрешения. Если вы печатаете особенно большие, обратите внимание на средний формат. В противном случае полнокадровые камеры с высоким разрешением обеспечивают наилучшую производительность для больших отпечатков.

Заключение

Размеры сенсора камеры — это тема для компьютерных фанатов, которая может касаться очень технических деталей. Моя цель, однако, состояла в том, чтобы показать размер сенсора камеры понятным и простым способом.

Лучшего размера сенсора камеры не существует, но он полностью зависит от ваших потребностей.

Прежде чем выбрать лучший для вас, убедитесь, что вы знакомы с различными размерами сенсоров камер на рынке, каковы плюсы и минусы каждого размера сенсора , и постарайтесь найти баланс между вашим бюджетом и вашими потребностями. фотографические цели.

Не камера делает фотографа, но правильный размер сенсора камеры поможет вам сделать снимки, о которых вы мечтаете!

Пожалуйста, дайте мне знать о любых вопросах, связанных с размером сенсора цифровой камеры , в комментариях!

Модель проекционной камеры | IMATEST

Текущая документация
Просмотреть предыдущую документацию
Просмотреть устаревшую документацию
Все версии документации

Установились в текущем выпуске

Модель прокольной камеры описывает математики преобразования мировой точки в изображение. Это делается, принимая модель камеры с точечным отверстием. В сочетании с моделью искажения, которая характеризует отклонение от модели обскуры, этим методом можно моделировать большинство камер*. 9j\left(\mathbf{X}_{i}\right)\)

Существуют три компонента для применения модели проективного преобразования: внешние характеристики, модель камеры с точечным отверстием и искажение точек для учета Разница между встроенной камерой и моделью с обскурой.

Проекция трехмерных точек в модели камеры-обскуры.

Изображение спроецированных точек.

Внутренние свойства камеры описывают свойства модели камеры-обскуры, которые связывают мировые координаты камеры относительно камеры с координатами изображения. В модели точечного отверстия лучи проходят по прямой линии от объекта сцены через точечное отверстие в фокальную плоскость. Это геометрия подобных треугольников, связывающих мировые координаты с координатами изображения. В математической модели для этого используются 5 параметров: фокусное расстояние в направлениях x и y, основная точка в направлениях x и y и перекос между направлениями x и y.

Параметры

Фокусное расстояние

В пинхоле, модель, фокусное расстояние, \(f\) — расстояние от пинхола до фокальной плоскости по оптической оси. Системы с большим фокусным расстоянием будут иметь большее увеличение в более узком поле зрения (FOV), тогда как меньшие фокусные расстояния будут иметь больший охват.

Можно иметь разное фокусное расстояние в каждом направлении фокальной плоскости. В этом случае фокусное расстояние по оси \(y\) изменяется на \(\alpha\).

\(f_y=\alpha\cdot f\)

Для настоящей камеры-обскуры \(f_x=f_y\) (\(\alpha=1\)), однако на практике они могут быть связаны с факторами, включая производственные дефекты , искажение объектива и изображения, полученные с помощью сканирующей системы. Интерпретация неравных фокусных расстояний заключается в том, что эффективная форма пикселя не является квадратной.

Основная точка

Точка \((pp_x, pp_y)\) — это основная точка, представляющая собой пиксельную координату пересечения оптической оси с фокальной плоскостью. Функция сдвига наклона-сдвига перемещает фокальную плоскость (и основную точку) относительно оптической оси.

Перекос

Коэффициент перекоса \(s\) вводит сдвиговое преобразование изображения. Это 0 для многих камер. Случаи, когда он отличен от нуля, включают съемку изображения (введение гомографии) и несинхронизацию процесса выборки пикселей из устройства захвата кадров. Ненулевой наклон означает, что оси x и y камеры не перпендикулярны друг другу.

Внутренняя матрица

Внутренняя матрица \(\mathbf{K}\) представляет собой матрицу верхнего треугольника, которая преобразует мировую координату относительно камеры в однородную координату изображения. Существуют две общие и эквивалентные формы внутренней матрицы:

\(\mathbf{K}=\begin{bmatrix} f & s & pp_x \\ 0 & f\cdot\alpha & pp_y \\ 0 & 0 & 1\end{bmatrix}\)

\(\ mathbf{K}=\begin{bmatrix} f_x & s & pp_x \\ 0 & f_y & pp_y \\ 0 & 0 & 1\end{bmatrix}\)

Многие камеры могут быть представлены более простой внутренней матрицей. Если перекос равен 0:

\(\mathbf{K}=\begin{bmatrix} f_x & 0 & pp_x \\ 0 & f_y & pp_y \\ 0 & 0 & 1\end{bmatrix}\)

Если перекос равен 0 и \(\alpha=1\): 9\top\) будет точкой относительно камеры. Предположим, что

\(\begin{bmatrix}x\\y\\w\end{bmatrix}=\begin{bmatrix} f & 0 & pp_x \\ 0 & f & pp_y \\ 0 & 0 & 1 \end{bmatrix}\begin{bmatrix}X\\Y\\Z\end{bmatrix}\)

\(\begin{bmatrix}x\\y\\w\end{bmatrix}=\begin{bmatrix } f \cdot X + pp_x \cdot Z \\ f \cdot Y + pp_y \cdot Z\\Z\end{bmatrix}\)

После преобразования в неоднородные координаты

\(\begin{bmatrix}x’\ \y’\end{bmatrix}=\begin{bmatrix} \displaystyle\frac{f \cdot X + pp_x \cdot Z}{Z} \\ \displaystyle\frac{f \cdot Y + pp_y \cdot Z}{ Z}\end{bmatrix}=\begin{bmatrix} f \cdot \displaystyle\frac{X}{Z} + pp_x \\ f \cdot \displaystyle\frac{Y}{Z} + pp_y\end{bmatrix} \)

Проверка этого результата показывает, что расстояние от оптической оси (главной точки) пропорционально отношению расстояния точек мира от оптической оси к расстоянию до камеры. Это означает, что точка, которая находится в два раза дальше от оптической оси и в два раза дальше от камеры, будет отображаться в одну и ту же точку изображения. С одной камеры лучшая реконструкция точки, которую можно сделать, состоит в том, что точка лежит где-то на линии.

Единицы

Все эти значения рассчитываются в единицах количества пикселей. Шаг пикселя, \(p\), используется для преобразования количества пикселей в физические единицы. Например: 9{-1}=\displaystyle\frac{1}{f}\begin{bmatrix} 1 & 0 & -pp_x \\ 0 & 1 & -pp_y \\ 0 & 0 & f\end{bmatrix}\)

Модель искажения камеры описывает отклонение физической камеры от модели проективной камеры. Он преобразует неискаженные точки 2D-изображения в искаженные точки 2D-изображения (те, которые находятся за пределами камеры). Модель обратного искажения преобразует искаженные точки изображения в неискаженные.

Внешний вид камеры описывает положение и ориентацию камеры в мире. Существует два способа описания преобразования координат между мировыми и относительными координатами камеры: преобразование точки и преобразование осей (поза). Они оба имеют одинаковую форму матрицы вращения/перемещения и являются обратными друг другу.

Центр камеры соответствует расположению входного зрачка камеры. В панорамной фотографии это часто называют точкой отсутствия параллакса. Камеры с большим полем зрения (например, камеры типа «рыбий глаз») будут иметь разное расположение входного зрачка при разных углах поля зрения. Для этих камер используется осевое расположение входного зрачка.

Преобразование точки

Описание преобразования точки преобразует точку мира в точку относительно камеры. Его матрица вращения/перемещения непосредственно умножается на внутреннюю матрицу, чтобы сформировать матрицу камеры. 9\top\mathbf{t}\).

Преобразование осей

Преобразование осей также известно как поза. Поза камеры (внешние признаки) описывает относительное положение и ориентацию камеры. Обратная матрица поворота/перемещения позы умножается справа на матрицу внутренних свойств, чтобы сформировать матрицу камеры. {-1}\begin {bmatrix}X\\Y\\Z\\1\end{bmatrix}\) 9{\top}\mathbf{t}\\&&&\end{массив}\right]\begin{bmatrix}X\\Y\\Z\\1\end{bmatrix}\)

В обозначении позы камеры центр камеры расположен в \(\mathbf{t}\).

Матрица камеры, \(\mathbf{P}\), представляет собой комбинацию внутренней матрицы камеры и точечного преобразования.

\(\mathbf{P}=\left[\begin{array}{ccc}&&\\&\mathbf{K}&\\&&\end{array}\right]\left[\begin{array} {ccc|c}&&&\\&\mathbf{R}&&\mathbf{t}\\&&&\end{массив}\right]\)

Матрица камеры преобразует точки мира в однородные координаты изображения.

Мировые точки в точки изображения

Преобразование мировой координаты в относительную координату камеры путем умножения на преобразование мировой точки в точку изображения. Это преобразование является обратным позе.
Применение внутренней матрицы камеры к относительной координате камеры для получения однородной координаты изображения.
Преобразовать однородную координату изображения в неоднородную координату.
Примените модель искажения, чтобы определить положение изображения точки мира в фокальной плоскости.

Обозначение точечного преобразования

\(\begin{bmatrix}x\\y\\w\end{bmatrix}=\underbrace{\left[\begin{array}{ccc}&&\\&\mathbf{K} &\\&&\end{массив}\right]}_{\mathrm{intrinics}}\underbrace{\left[\begin{array}{ccc|c}&&&\\&\mathbf{R}&&\mathbf{ t}\\&&&\end{массив}\right]}_{\mathrm{inverse\ pose}}\begin{bmatrix}X\\Y\\Z\\1\end{bmatrix}\) 9{\ top} \ mathbf {t} \\ & & & \ end {массив} \ right]} _ {\ mathrm {inverse \ pose}} \ begin {bmatrix} X \\ Y \\ Z \\ 1 \ end {bmatrix }\)

\(\begin{bmatrix}x’\\y’\end{bmatrix}=\begin{bmatrix}\mathrm{distort}_{x}\!\!\left(\displaystyle\frac{ x}{w}\right) \\\mathrm{distort}_{y}\!\!\left(\displaystyle\frac{y}{w}\right)\end{bmatrix}\)

Точки изображения в линии

Примените модель обратного искажения, чтобы не искажать точки изображения. Это помещает их в геометрию камеры-обскуры.
Преобразовать координату изображения в однородную координату с весом \(w\). Можно использовать любое действительное, ненулевое \(w\), однако два общих значения — это 1 или расстояние от центра камеры до мировой точки.
Умножьте координату однородного изображения на обратную внутреннюю матрицу камеры. Этот вектор является вектором направления линии между точкой и центром камеры в координатах относительно камеры.
Примените вращение положения камеры (обратное матрице преобразования точки) к вектору направления. Отдельно вычислите центр камеры, чтобы сформировать точку на 3D-линии. 9\top\right|\right|\) — расстояние от центра камеры (расположение входного зрачка) до мировой точки.
Почему это важно и насколько они велики?
Миф о мегапикселях хорошо относился к производителям камер на протяжении многих лет, когда постоянно увеличивающиеся и часто бессмысленные цифры продали миллионы камер. Но потребители становятся мудрее к этому. Мы все видели сомнительные изображения с камер с большим количеством мегапикселей и знаем, что в какой-то момент мегапиксели не имеют значения для большинства людей — 16-мегапиксельная компактная камера никогда не будет так же хороша, как 12-мегапиксельная полнокадровая зеркальная камера. Что имеет значение, так это размер сенсора!
Почему размер датчика изображения камеры важен?
Размер сенсора камеры в конечном счете определяет, сколько света она использует для создания изображения. Проще говоря, датчики изображения (цифровой эквивалент пленки, которую ваш отец мог использовать в своей камере) состоят из миллионов светочувствительных пятен, называемых фотосайтами, которые используются для записи информации о том, что видно через линзу. Поэтому само собой разумеется, что больший датчик может получить больше информации, чем меньший, и создавать более качественные изображения.
Подумайте об этом так: если бы у вас была компактная камера с обычно маленьким датчиком изображения, ее фотосайты были бы карликами по сравнению с фотообъектами DSLR с тем же количеством мегапикселей, но с гораздо большим сенсором. Имея возможность получать больше информации, большие фотообъекты DSLR смогут создавать фотографии с лучшим динамическим диапазоном, меньшим уровнем шума и улучшенными характеристиками при слабом освещении, чем его брат с меньшим датчиком. Что, как мы знаем, делает фотографов счастливыми.
Разница в размерах между полнокадровой матрицей и матрицей APS-C (DX)
Датчики большего размера также позволяют производителям увеличивать разрешение своих камер, то есть они могут создавать более подробные изображения, не слишком жертвуя другими атрибутами качества изображения. Например, полнокадровая камера с разрешением 36 мегапикселей будет иметь размер пикселей, очень похожий на размер пикселя камеры APS-C с разрешением 16 мегапикселей.
А я-то думал, что мегапиксели не имеют значения!
Мегапиксели — это страстная тема для фотографов; они там с «что лучше, Canon или Nikon?» дебаты. Некоторые утверждают, что никому не нужно больше 16 мегапикселей (пару лет назад было восемь), в то время как другие считают, что дополнительная детализация стоит компромисса с точки зрения шума и вычислительной мощности компьютера, необходимой для обработки дополнительных большие файлы.
Правда в том, что всегда будет баланс между эффективностью сенсорной технологии, качеством объектива, размером сенсора изображения и тем, что вы хотите делать со своими фотографиями. Если вы собираетесь сильно обрезать изображения или печатать их очень большими, дополнительное разрешение может быть полезным, если вы только делитесь ими в Интернете или производите обычные отпечатки, не так много. Что мы можем с уверенностью сказать, так это то, что вы можете рассчитывать на мегапиксели только в сочетании с размером сенсора.
Каковы другие характеристики больших сенсоров?
Таким образом, датчики большего размера могут помочь вам получать изображения более высокого качества, но они имеют ряд других характеристик, как хороших, так и плохих. Первое и наиболее очевидное влияние большего сенсора камеры — это размер; Мало того, что датчик займет больше места на вашем устройстве, ему также потребуется объектив большего размера, чтобы наложить на него изображение.
Вот почему производители смартфонов обычно придерживаются очень маленьких датчиков, они хотят, чтобы устройства были карманными и не имели дело с большим количеством линз большего размера. Это также объясняет, почему профессиональное фотооборудование до сих пор такое большое и тяжелое. Стоимость производства датчиков большего размера также означает, что устройства, в которых они установлены, также имеют более высокую цену.
Если бы HTC One имел полнокадровую матрицу, а не 1/3-дюймовую матрицу, он не поместился бы в вашем кармане, как показывает это сравнение с Canon 5D Mark III
Датчики большего размера также могут лучше выделять объект в фокусе, в то время как остальная часть изображения размыта. Камеры с меньшими датчиками с трудом справляются с этой задачей, потому что их нужно отодвигать дальше от объекта или использовать объектив с более широким углом (и намного быстрее), чтобы сделать тот же снимок. Для воспроизведения полнокадрового кадра 28 мм f/2,8 на 1/3-дюймовом сенсоре размером с мобильный телефон потребуется объектив 4 мм f/0,4!
Угол обзора также следует учитывать при просмотре камер с датчиками разного размера, особенно если между ними используются одинаковые объективы. Камеры с датчиками меньшего размера, чем полнокадровый формат 35 мм (рассматриваемый как стандарт), имеют то, что описывается как кроп-фактор. Таким образом, цифровая зеркальная фотокамера с матрицей APS-C имеет кроп-фактор 1,5×1,6x, что означает, что она обрезает изображение до полнокадрового изображения — использование 28-мм объектива на APS-C дает вид, аналогичный 45-мм объективу на полнокадровом изображении.
Какие датчики разного размера — полнокадровые, APS-C, MFT, 1 дюйм, 2/3 дюйма, 1/2,3 дюйма, 1/3,2 дюйма — могли бы запечатлеть при использовании одного и того же объектива для этой фотографии
На изображении выше показано, что могли бы захватить датчики меньшего размера, если бы для этой фотографии использовался тот же объектив. Вы можете понять, почему устройства с меньшими сенсорами используют объективы с гораздо более широким углом обзора, особенно к тому времени, когда вы доберетесь до смартфонов. Объективы на этих камерах часто имеют фокусное расстояние, эквивалентное 35-мм формату, чтобы дать лучшее представление об угле обзора, который они дают.
Тенденция к камерам с большими матрицами
В последние годы производители камер осознали, что все больше и больше фотографов хотят получать изображения более высокого качества, которые можно получить только за счет большей матрицы. Таким образом, мы видели, как устройства (от смартфонов до зеркальных фотокамер) продавались с датчиками большего размера, чем в прошлом.
Sony RX100 — компактная камера с большим сенсором, чем у большинства
.
На рынке смартфонов Nokia лидирует с большими матрицами — в настоящее время пиком является Nokia 808 Pureview, которая имеет 1/1,2-дюймовый сенсор и может создавать изображения, конкурирующие со многими компактными камерами. Что касается камер типа «наведи и снимай», Sony RX100 представляет собой 1-дюймовый сенсор, а Canon выпустила не совсем компактную G1 X с 1,5-дюймовым сенсором.
В беззеркальных системах со сменными объективами также используются небольшие камеры с датчиками большего размера, обычно от Micro Four Thirds до APS-C… которые также используются в компактных устройствах для энтузиастов, таких как Fuji X100 (теперь X100S) и Nikon COOLPIX A. В то же время цены на полнокадровые цифровые зеркальные фотокамеры, такие как Nikon D600 и Canon 6D, также упали, что сделало доступной съемку с большим сенсором на гораздо более широком рынке.
Что означают различные показания датчиков?
Иногда производители могут быть странно скрытными в раскрытии точного размера сенсора изображения камеры. И даже когда они добровольно предоставляют эту информацию, она часто связана с трудным для понимания соглашением об именах… как, возможно, доказал последний раздел. Серьезно, сколько людей смогут точно сказать вам, насколько велик 1/1,2-дюймовый датчик или датчик Micro Four Thirds, не консультируясь в Интернете?
Как ни странно, в основном дробные измерения, используемые для детализации размера сенсора, восходят к эпохе, когда электронные лампы использовались в видео- и телекамерах. Но обозначение размера все равно не так просто, как измерение диагонали сенсора. Вместо этого это измерение внешнего диаметра трубы, необходимое для создания изображения, когда полезное изображение занимает две трети круга. Да, это безумие.
Также не помогает то, что разные производители используют одно и то же название для обозначения разных размеров, например APS-C. В то время как датчик Canon APS-C имеет размеры 22,2 x 14,8 мм, предложения Sony, Pentax, Fujifilm и Nikon (DX) варьируются от 23,5 x 15,6 мм до 23,7 x 15,6 мм.
Хотя мы хотели бы, чтобы все производители камер указывали размер своих сенсоров в миллиметрах, мы не ожидаем, что это произойдет в ближайшее время. Итак, тем временем, вот пара графиков, показывающих некоторые из наиболее распространенных размеров сенсора по отношению к полнокадровому.
Различные размеры сенсоров по сравнению друг с другом показывают, насколько велики Full Frame, APS-H, APS-C (Nikon, Sony Pentax), APS-C (Canon), 1,5 дюйма, Micro Four Thirds, 1 дюйм, 1/1,2-дюйма. дюймовые, 2/3-дюймовые, 1/1,7-дюймовые, 1/2,3-дюймовые и 1/3,2-дюймовые датчики
Simon Crisp/New Atlas
Различные размеры сенсоров от Full Frame до 1/3,2 дюйма по сравнению друг с другом
Simon Crisp/New Atlas
Очевидно, что есть камеры среднего формата с еще большими датчиками, чем показанные здесь, но если вы ищете одну из них, надеюсь, вы уже знаете, чем они отличаются.
Сенсор какого размера обычно используется в разных камерах?
В смартфонах обычно используются датчики размером 1/3,2 дюйма или 1/3 дюйма, хотя в Nokia 808 используется датчик размером 1/1,2 дюйма.
Simon Crisp/New Atlas
Камеры для смартфонов . В большинстве смартфонов, включая iPhone 5, используется крошечный датчик изображения размером 1/3,2 дюйма. В реальном исчислении это составляет всего 4,54 x 3,42 мм и объясняет, как они могут делать устройства такими тонкими и легкими, а также почему страдает качество изображения и производительность при слабом освещении, особенно когда они могут иметь целых 12 мегапикселей. HTC One использует чуть больший 1/3-дюймовый сенсор (4,8 x 3,6 мм) и меньшее количество пикселей, чтобы бороться с этим. Бесспорный король сенсоров для смартфонов, Nokia 808, имеет сенсор размером 1/1,2 дюйма (10,67 x 8 мм).
Размеры матрицы, обычно используемые в компактных камерах, включают 1/1,7 дюйма, 1/2,3 дюйма и 1/2,7 дюйма. Здесь показано сравнение с полнокадровой матрицей
Simon Crisp/New Atlas
Компактные камеры . С сенсорами размером от 1/2,7 дюйма (5,37 x 4,04 мм) легко понять, почему смартфоны делают многие компактные камеры излишними. Бюджетные компакты просто не имеют сенсоров, достаточно больших для получения значительно более качественных изображений. Типичные компактные камеры, такие как Canon IXUS 255 HS и Samsung Galaxy Camera, используют 1/2,3-дюймовые сенсоры (6,17 x 4,55 мм), в то время как более компетентные, такие как Canon S110, Panasonic DMC-LX7 и Nikon P7000, имеют больший размер. 1/1,7 дюйма (7,6 х 5,7 мм).
Размеры датчиков, обычно используемые в более дорогих компактных камерах, таких как Sony RX100, Canon G1 X и Fujifilm X20, включают 1,5-дюймовый, 1-дюймовый и 2/3-дюймовый
Simon Crisp/New Atlas
.
Компактные камеры более высокого класса . С ростом спроса и падением цен на производство более крупных сенсоров растет число компактных камер более высокого класса с сенсорами большего размера. Например, Fujifilm X20 имеет сенсор размером 2/3 дюйма (8,8 x 6,6 мм), а Sony RX100 имеет еще больший 1-дюймовый сенсор (13,2 x 8,8 мм). Canon G1 X даже может похвастаться 1,5-дюймовым сенсором (18,7 x 14 мм).
Компактные камеры сверхвысокого класса, такие как Nikon COOLPIX A, Fujifilm X100S и Sony RX1, используют сенсоры ASP-C или полнокадровые
Simon Crisp/New Atlas
Компактные устройства сверхвысокого класса – Размер сенсора снова увеличивается, а ассортимент компактных устройств сверхвысокого класса снова увеличивается. Это такие камеры, как Leica X2, Fuji X100S и Nikon COOLPIX A, каждая из которых оснащена датчиком ASP-C (23,7 x 15,6 мм) вместе с объективом с фиксированным фокусным расстоянием. Есть также Sony RX1, которая делает то же самое, но с полнокадровым датчиком (36 x 24 мм).
Размеры датчиков, используемых в беззеркальных камерах, варьируются от полнокадровых до 1/2,3 дюйма, включая APS-C, APS-C (Canon) Micro Four Thirds и 1-дюймовый
Simon Crisp/New Atlas
.
Системы беззеркальных камер — На рынке беззеркальных камер представлен широкий диапазон размеров сенсоров. Меньшие включают 1/2,3-дюймовый (6,17 x 4,55 мм) датчик, который используется в Pentax Q, и 1-дюймовый (12,8 x 9,6 мм) датчик, используемый в Nikon 1 Series. В камерах Panasonic, таких как LUMIX GF5 и предложениях Olympus (включая серию PEN и OMD EM-5), используется датчик Micro Four Thirds размером 4/3 дюйма (17,3 x 13 мм).
Предложения APS-C, которые включают Canon EOS M (22,2 x 14,8 мм), линейку NEX от Sony и Fujifilm (23,5 x 15,6 мм), становятся еще больше… да, не все датчики APS-C имеют одинаковый размер. Дальномеры Leica, такие как Leica M, имеют полнокадровый датчик (36 x 24 мм).
Размеры сенсора, обычно используемые в цифровых зеркальных фотокамерах, включают APS-C (который немного различается в зависимости от производителя) и полнокадровый. APS-H — это размер между APS-C и полнокадровым, который используется в таких камерах, как Canon EOS 1D M4 9. 0002 Саймон Крисп/Новый Атлас
Цифровые зеркальные фотокамеры — К тому времени, когда вы перейдете к цифровым зеркальным фотокамерам и другим профессиональным камерам, размер сенсора, очевидно, увеличится. В большинстве цифровых зеркальных камер Canon, Nikon, Pentax или Sony используется датчик APS-C (22,2 x 14,8 мм для Canon и 23,5–23,7 x 15,6 мм для других) или полнокадровый (36 x 24 мм) сенсор. В то время как полнокадровые цифровые зеркальные фотокамеры в течение ряда лет были резервом профессионалов, в настоящее время выпускаются более ориентированные на потребителя модели, такие как Nikon D600 и Canon 6D.
Подводя итоги…
Очевидно, что все больше людей осознают, что большие датчики изображения означают более качественные фотографии (по крайней мере, столько же, если не больше, чем мегапиксели), и, к счастью, производители камер начинают удовлетворять этот спрос. как Sony RX100 и Nikon COOLPIX A, которые, по-видимому, только начало.
Тем не менее, мы хотели бы, чтобы производители камер и смартфонов были немного более прозрачными в отношении того, какой размер датчика используется в разных устройствах, а не скрывали его в каком-то листе спецификаций в трудно поддающемся расшифровке формате или опускали его. вообще. Ритейлерам также необходимо активизироваться и начать публиковать информацию о размерах сенсоров. Только знание (и понимание) этой информации позволит потребителям принять обоснованное решение о том, что они покупают.
Очевидно, что не каждое устройство может упаковать датчик значительно большего размера, поскольку в игру вступают другие факторы, такие как форм-фактор и стоимость, но должны ли датчики в смартфонах и большинстве компактных камер быть такими крошечными? Да, сенсор большего размера на Nokia 808 добавил значительный рельеф, но мало кто из пользователей обращает на это внимание, когда оглядывается на свои фотографии, а сенсор большего размера не обязательно означает переход к таким пропорциям.
По мере совершенствования сенсорной технологии мы видим, что датчики меньшего размера намного лучше работают, но больший размер всегда будет лучше. Оправдывает ли улучшенное качество изображения более крупное устройство и цену? Только вы знаете ответ… но мы надеемся, что это руководство поможет вам лучше понять важность размера сенсора при покупке следующей камеры.