понедельник, 19 марта 2012 г.

Размер матрицы. Шумы и цветопередача. Влияние на ГРИП

Шум

К сожалению, маркетинговый приём "народ покупает мегапикселы" действует вовсю. 90% людей на вопрос "каков размер матрицы у аппарата Х?" ответят - "Y Мегапиксел!". А между тем гораздо важнее не мегапикселы, а миллиметры. Именно они определяют площадь поглощения света и многие другие, связанные с этим, характеристики матрицы. И, прежде всего, - её шумы. Дело в том, что у матрицы (в отличие от плёнки) чувствительность можно выставлять в меню. Но наличие в меню строчки "400"(или даже "800") на самом деле ничего не говорит о сравнительной чувствительности матрицы. С ростом выставляемой чувствительности растут и шумы, и только от совести производителя зависит при каком уровне шума он решит остановиться. Т.е. корректнее сравнивать чувствительность на одинаковом уровне шумов. И тут может оказаться, что камера А на своих ISO800 шумит так же, как камера Б на ISO100. При этом, разумеется, без слёз глядеть на результаты камеры Б при ISO800 уже невозможно. Отсюда следует простой вывод - не стоит обращать внимание на декларированный набор чувствительностей. Просто надо забыть про него. Лучше смотреть уровень шумов в независимых обзорах. При прочих равных, разумеется, меньше шумят большие по размерам(в миллиметрах, а не в пикселях!) матрицы. Итак, чем меньше геометрически матрица, тем выше её шумы и (следовательно) ниже реальная чувствительность. В качестве иллюстрации приведу старый сравнительный тест G2 (Кf=5) против D60 (Kf=1.6), хорошо видна разница в цветах и шумах при одной и той же чувствительности и экспозиции: картинка.


Не стоит очень пугаться серых цветов у G2 - объект находился в глубокой тени (снят против света), у хорошо освещённых объектов всё будет не так мерзко.

Часто можно встретить мнение, что при одном и том же геометрическом размере матрицы многомегапиксельные шумят больше (т.к. меньше размер каждого пиксела). Это совершенно справедливо если сравнивать кропы попиксельно (скажем фрагмент 100*100 пикселей от каждой камеры). Но это не совсем корректно, т.к. сравнивать надо конечные ОТПЕЧАТКИ одного размера, т.е. одинаковые ДОЛИ кадров (например, сделав ресайз одинаковых долей кадров до одинаковых размеров). При таком подходе различие уже не столь заметно и гораздо меньше колебаний, связанных с разными настройками встроенного шарпенинга (о шарпенинге подробнее чуть позже, в разделе про разрешение). Если усреднить типичные значения для разных камер, привести их к примерно одинаковому уровню шарпенинга и размерам конечного кадра, а потом померить чувствительность соответствующую более-менее приемлемому уровню шума для ЛЮБИТЕЛЬСКОГО качества, то получится примерно следующая табличка:

Kf            | Размер матрицы  "номинальный" | Чувствительность при сопоставимом ур-не шума
>7            1/2,7" и менее                                    50 ISO
5              1/1,8"                                                  100 ISO
4              2/3"                                                     150 ISO
1,6           - (Canon 300D, 10D, D60)                 400-600 ISO

родвинутости" её вшитого софта и шумоподавителя, но разброс обычно не более чем в полтора раза.

Цветопередача

Тут сложнее объяснить на пальцах, но цвета с бОльших матриц явно чище, переходы между ними более "натуральные". Речь не об ошибках баланса белого, который легко компенсируется. Речь о микроуровне, который, однако легко начинает бросаться в глаза при съёмках человеческой кожи, особенно - детской. И особенно - при печати на фотобумагу.

Ну и про пропадание цветов в тенях Вы уже видели на примере чая Липтон... Тем не менее, типичные любительские "фотки" (пейзажи, архитектура, репортаж) снятые ясным днём вполне качественно печатаются 10*15 даже с самых бюджетных цифромыльниц. Т.е. проблема цветопередачи явно есть, но она не встречается на каждом шагу и не стоит её драматизировать. Просто полезно знать о её существовании и представлять возможности разных камер.

ГРИП и матрица

Если Вы внимательно посмотрите на формулы из раздела про ГРИП и диафрагму, то окажется, что везде диафрагма входит исключительно в паре с обобщённым кропфактором Kf, вот так: "(Kf*A)". Введём новое обозначение:
Aрезк=Kf*A - "резкостная диафрагма"
Таким образом, она равна "яркостной" диафрагме для 35мм-плёнки, и больше неё в Kf раз для матриц. Нетрудно показать, что во все формулы для ГРИП входит именно "резкостная" диафрагма. Таким образом, можно говорить не только об "эффективном фокусном расстоянии" но и об "эффективной с точки зрения резкости" диафрагме.

С точки зрения ГРИП любой цифровой фотоаппарат снимает так же, как плёночный с диафрагменным числом в Kf раз большим.

Получается например что замечательный на первый взгляд объектив 7-28/2-2,8 из-за матрицы в 1/1,8" "превращается" с точки зрения ГРИП в объектив, эквивалентный 35-140/10-14, т.е. хуже многих "хоботков"! (по яркости и экспозиции всё остаётся как было) И это превращение связано исключительно с геометрическим размером матрицы - оно не зависит ни от фирмы-изготовителя, ни от качества, ни от цены. Это - неумолимые законы физики. Это не всегда хорошо и не всегда - плохо. Нужно просто понимать чего Вы лишаетесь и что приобретаете. Чем мельче матрица, тем больше ГРИП - это очень хорошо для макро и пейзажей. Особенно - для макро. Несчастные "плёночники" вынуждены ставить дырки 22 и даже 32, что приводит к длинным выдержкам, громоздким штативам или дорогущим кольцевым вспышкам. Владелец же цифрокомпакта может ставить диафрагму впятеро меньше (т.е. выдержку в ДВАДЦАТЬ ПЯТЬ раз короче!!!). Т.е. практически снимать с рук без штатива и вспышек. Но с портретами ситуация обратная. У "мелких" матриц ГРИП не получается сделать маленькой, в результате на портретах гораздо чётче проработан фон (это отвлекает), а само лицо вообще не имеет градаций резкости, что делает картинку более "плоской". Бытует мнение, что "размытие фона", "боке" и т.п. при съёмке - удел профессионалов, а любителю типа и в фотошопе можно фон размыть. Это в корне неверно. Всё в точности наоборот. Как раз профессионал сможет "сгладить" дефекты чрезмерной ГРИП с помощью подбора соответствующего студийного фона и освещения. У любителя же нет такой возможности - наиболее ценны для него не "студийно-заказные", а "живые" кадры, из реальной жизни, где нет возможности управлять ни фоном, ни освещением. И именно в таких ситуациях маленькая ГРИП сильно выручает. А "фокусы" Фотошопа сделанные неумелыми "любительскими" руками смотрятся обычно очень неестественно. Да и времени отнимают много, а его обычно не хватает...

В качестве иллюстрации применения малой ГРИП я наугад выбрал из своего архива несколько портретов. Ни один из них не был постановочным, все "репортажные". Никакой обработки в фотошопе (кроме самой общей - уровни, ресайз и т.п.) не проводилось. Особенно подчеркиваю это для последнего снимка - размытая окантовка получилась при съёмке сама, это - сетка и борта манежа. Крайне рекомендуется смотреть "большие"(600*900, около 60К) варианты, т.к. маленькие превьюшки дают очень приблизительное представление и сильно пожаты...



Все снимки сняты D60 (Kf=1.6) на диафрагме 1.8 (объектив 50/1.8). Они не претендуют на высокое звание "художественных", это - обычный семейный альбом. Однако за счёт малой ГРИП объём передаётся весьма неплохо... По крайней мере для любительского фото.

Обратите внимание, что я почти нигде не упомянул мегапиксели. Это - не случайно. Болезненное пристрастие к подсчёту мегапикселей сохранилось по инерции с тех дремучих (хоть и хронологически совсем недавних) пор, когда двухмегапиксельная камера была предметом мечтаний, а крепкий "середнячок" гордо красовался надписью 1,3Мп на корпусе. В нынешних условиях, когда практически даже самая бюджетная камера имеет 3 Мпиксела, а значения 4 и 5 довольно типичны, для большинства любительских нужд на первый план выходит не разрешение матрицы, а другие параметры - шумы, цвета, чувствительность, ГРИП и т.п. Это связано с тем, что влияние этих параметров хорошо видно на отпечатках ЛЮБОГО размера, даже 10*15. Даже на приведённых выше портретах размером всего лишь полмегапиксела хорошо виден характер нерезкости, объём и передача цветов. Для выявления разницы между 4- и 5- мегапиксельными матрицами одинакового (геометрического) размера пришлось бы печатать тесты как минимум 20*30, что не часто случается в обычной любительской практике.
Размер матрицы и дифракция

Аппараты с маленькой матрицей и большими мегапикселами подстерегает ещё одна напасть - дифракция. Из-за волновой природы света строгие "точки" геометрической оптики размываются в дифракционные пятнышки. Характерный размер этих пятнышек в микронах - A/2 (более строго - длина волны*A*коэффициент порядка единицы, зависящий от критерия разрешимости, можете поискать в Сети по фразе "пятно Эйри"). Напомню, что А - значение диафрагмы. Т.е. для типичных значений 2-8 размеры соответствующих пятен - 1-4микрона. Много это или мало? Посчитаем. Возьмём "типичный" размер картинки в 5Мпиксел, т.е. грубо 2000точек по высоте. Для плёнки (Kf=1) с её высотой 24мм(24000микрон) получается шаг точки = 24000/2000=12микрон. Для Kf=4 - 3микрона, для Kf=5 - 2.4микрона. Таким образом "замыливание" картинки дифракцией на матрицах 1/1.8" и 2/3" начинается уже с диафрагмы 8, в то время как у 300D(Kf=1.6) - только с 22. Если вспомнить, что аберрации "устаканиваются" лишь в двух стопах от светосилы, которая у цифрокомпактов равна обычно 2-2,8 , то получается, что дальнейшее (более 5Мп) наращивание мегапикселей на матрицах 1/1,8" и 2/3" не имеет практического смысла, только маркетинговый. При бОльшем количестве мегапикселей дифракция начнёт "мылить" уже на диафрагмах 5,6 и даже 4, а на 2-2,8 "мылит" и объектив сам по себе, что съедает весь выигрыш от увеличения мегапикселей...



Комментариев нет:

Отправить комментарий