Матрица фотоаппарата

Матрица в фотоаппарате преобразует падающий на неё световой поток в цифровых данных при помощи фотодатчиков.

По своей структуре матрица дискретна, она состоит из множества элементов, которые преобразуют свет. Эти элементы именуются мегапикселями, количество которых указывается в характеристиках камеры. От размера матрицы зависит количество мегапикселей, которое может быть от 0,3 – это, как правило, камеры в мобильных телефонах, до 10 и более – для современных цифровых камер.

Для матрицы свойственны следующие характеристики:

Физические размеры матрицы (соотношение высоты и ширины)

Количество мегапикселей, или разрешение матрицы

Чувствительность фотоматериала

Соотношение сигнала и шума

Изначально сформированное в матрице изображение – черно белое, а для получения цветного изображения мегапиксели матрицы могут быть покрыты светофильтрами (красными, зелеными или синими). Поэтому если хотите сохранить фото в формате JPEG или TIFF, тогда цвета элементов камера определит самостоятельно, если же сохранять в формате RAW, тогда мегапиксели будут окрашены в цвет фото фильтра.

Физические размеры матрицы

Одной из первых характеристик матрицы является её размер. Как правило, он указывается в виде дроби, которая отражает высоту и ширину матрицы в дюймах. От размера матрицы зависит качество фото, схема здесь простая – чем больше размеры, тем меньше «шумов», а соответственно повышается качество фотографии и проявляется большее количество оттенков.

Физические размеры матрицы очень важны, так как от них зависит качество фотографий, более подробно об этой характеристике, возможно узнать на нашей странице.

Светочувствительность и «шумы» матрицы

«Эквивалентная» светочувствительность – этот термин применяется для определения светочувствительности матрицы. Ввиду того, что настоящую чувствительность можно измерить различными способами, это зависит от функционального назначения матрицы, с применением усиления сигнала и цифровой обработки можно в значительной степени изменить светочувствительность матрицы.

Чувствительность фото матрицы, в общем, как и прочего фотоматериала, отражает его способность к преобразованию светового потока в цифровой сигнал. Проще говоря, отвечает на вопрос: какое количество светового потока понадобится, чтобы получить хороший уровень сигнала на выходе.

Светочувствительность, или, другими словами, ISO демонстрирует возможности фотосъемки в местах с ограниченным освещением. Здесь всё просто – чем выше светочувствительность – тем лучше получается фотография, сделанная при ограниченном освещении или при его отсутствии, но следует учитывать то, что высокая светочувствительность способствует появлению «шумов» на фотографии. Подробнее о шуме матрицы на фотографии.

Количество мегапикселей

Физический размер матрицы и количество мегапикселей в ней взаимосвязаны следующим образом: чем меньше физический размер матрицы, тем меньше, в идеале, должно быть мегапикселей. Если же не соблюдать это правило, тогда может произойти размытие фотоснимка, то есть – появятся «шумы». Физический размер фотоматрицы и её разрешение влияют на размер пикселя, а следовательно и на способность матрицы отличать различные оттенки.

Чем больше пиксель – тем большее количество шума может получиться, это происходит из за того, что больший по размеру пиксель собирает большее количество света, а следовательно и увеличивает уровень сигнала. Исходя из этого, можно сделать вывод о том, что меньшее количество мегапикселей, при одинаковых размерах матрицы, может выдать более высокое качество фотоснимков.

С английского pixel - picture element и чем он больше, тем больший поток света он собирает, а соответственно, усиливает количество шума при установленной светочувствительности. Говоря другими словами – при определенном соотношении сигнал-шум повысится светочувствительность. Размер пикселя зависит от непосредственного размера фотосенсора (матрицы) и её разрешения, он также влияет на фотографическую широту.

Разрешение

Количество активных пикселей, которое используется для формирования изображения и есть разрешение матрицы. Благодаря объективу формируется световой поток, который матрица разделяет на пиксели, однако и каждому объективу присуще своё разрешение. Если же разрешение объектива меньше, чем разрешение матрицы, тогда он определяет две светящиеся точки разделенные одной черной, как одну светящуюся, что затрудняет восприятие точного разрешения матрицы.

Именно из-за этого результирующее разрешение камеры в целом зависит не только от матрицы, но и от объектива, а измеряется оно количеством линий на миллиметр. В идеале, разрешение объектива должно соответствовать разрешению матрицы, так будет оптимально. Размер пикселя колеблется от 2 до 8мкм, от них зависит разрешение фотоматрицы.

Соотношение сторон матрицы

Для современных фотокамер характерны матрицы со следующими форматами: 16:9, 3:2, 4:3. Формат матрицы зависит от класса фотоаппарата, так формат 4:3 зачастую используется в любительских камерах, в зеркальных фотоаппаратах используют матрицы с соотношением сторон 3:2, но так же может использоваться и формат 4:3. Достаточно редок в использовании формат 16:9.

Технологии изготовления

До 1993 года применялись фотосенсоры CCD - Charge-Coupled Device – приборы зарядовой связи, такие матрицы состояли из светодиодов и применяли технологию зарядовой связи. Эта технология актуальна и в наше время.

Но прогресс не стоит на месте и в 1993 году впервые была применена технология Activ Pixel Sensors. Именно развитие этой технологии подарило нам в 2008 году матрицу из комплиментарного металл-оксид-полупроводника, или CMOS (Complementary-symmetry/Metal-Oxide Semiconductor). Технология CMOS предоставляет возможность выборки отдельных пикселей, как в памяти, при этом каждый пиксель оснащен усилителем. Ещё одной отличительной особенностью данного типа матриц является способность автоматически настраивать время экспонирования для конкретного пикселя. При помощи данной технологии увеличивается фотографическая широта.

Одной из первых Live-MOS-матрицу представила фирма Panasonic. Применение данной матрицы позволило получить живое изображение без перегрева и без увеличения количества «шума».

Итак, подведем итоги, как оказалось количество мегапикселей матрицы не является решающим показателем, следует учитывать также и ряд других характеристик.