Лучший ответ Какая точка и снимки хороши в условиях низкой освещенности? говорит, что (1) быстрый объектив / широкая диафрагма (2) разумная обработка по ISO 400+ и (3) большой сенсор в сочетании имеют решающее значение при съемке в условиях низкой освещенности.
Первое, что я понимаю (это дает больше света), второе, которое я понимаю («пленка» более чувствительна к свету). Извините, я не понимаю третьего фактора.
Ответы:
Легче всего понять разницу, когда у обоих больших и меньших датчиков одинаковые мегапиксели. Если у нас есть пара гипотетических камер, одна с меньшим сенсором APS-C и одна с полнокадровым сенсором, и предположим, что обе имеют 8 мегапикселей, разница сводится к плотности пикселей .
Размер датчика APS-C составляет около 24x15 мм, а у датчика Full Frame (FF) - 36x24 мм. С точки зрения области, APS-C датчика составляет около 360 мм ^ 2 , и FF является 864mm ^ 2 . Теперь вычисление действительной площади сенсора, который является функциональными пикселями, может быть довольно сложным с точки зрения реального мира, поэтому мы предположим , что на данный момент идеальные сенсоры идеальны , где общая площадь поверхности сенсора выделена для функциональных пикселей, предположим, что эти пиксели используются максимально эффективно и предполагают, что все другие факторы, влияющие на свет (такие как фокусное расстояние, апертура и т. д.), эквивалентны. Учитывая это, и учитывая, что наши гипотетические камеры имеют 8-мегапиксельную камеру, ясно, что размер каждого пикселядля датчика APS-C меньше, чем размер каждого пикселя для датчика FF. В точном выражении:
APS-C: 360 мм ^ 2/8
000 000 пикселей =
0,000045 мм ^ 2 / px -> 0,000045 мм ^ 2 * (1000 мкм / мм) ^ 2 = 45 мкм ^ 2 (квадратные микроны)
-> sqrt (45 мкм ^ 2) = 6,7 мкмFF:
864 мм ^ 2/8 000 000 пикселей = 0,000108 мм ^ 2 / px
-> 0,000108 мм ^ 2 * (1000 мкм / мм) ^ 2 = 108 мкм ^ 2 (микрон)
-> sqrt (108 мкм ^ 2) = 10,4 мкм
Проще говоря, нормализованные термины «размер пикселя», или ширина или высота каждого пикселя (обычно цитируемые на веб-сайтах фотооборудования), имеют:
Размер пикселя APS-C = 6,7 мкм, размер пикселя
FF = 10,4 мкм
С точки зрения размера пикселя, камера FF 8mp имеет в 1,55 раза больше пикселей, чем камера APS-C 8mp. Однако одномерная разница в размерах пикселя не рассказывает всей истории. Пиксели имеют двумерную область, над которой они собирают свет, поэтому, принимая во внимание разницу между областью каждого пикселя FF и каждым пикселем APS-C, рассказывается вся история:
108 мкм ^ 2/45 мкм ^ 2 = 2,4
(Идеализированная) камера FF имеет 2,4-кратную , или около 1 остановки , мощность сбора света (идеализированной) камеры APS-C! Вот почему больший датчик более полезен при съемке в условиях низкой освещенности ... он просто имеет большую мощность сбора света в любой заданный период времени.
С другой стороны, больший пиксель способен захватывать больше фотонных ударов, чем меньший пиксель в любой заданный период времени (мое значение «чувствительности»).
Теперь пример и вычисления прежде всего предполагают «идеализированные» датчики или датчики, которые являются совершенно эффективными. Реальные сенсоры не идеализированы, и их не так просто сравнивать по типу яблок и яблок. Реальные датчики не используют каждый пиксель, выгравированный на их поверхности с максимальной эффективностью, более дорогие датчики, как правило, имеют встроенную более продвинутую «технологию», такую как микролинзы, которые помогают собирать еще больше света, меньшие нефункциональные промежутки между каждый пиксель, изготовление проводов с подсветкой, которое перемещает столбец / строку, активирует и считывает проводку под фоточувствительными элементами (в то время как обычные конструкции оставляют эту проводку выше (и мешают) фоточувствительным элементам) и т. д. Кроме того, часто используются полнокадровые датчики имеют более высокое число мегапикселей, чем меньшие сенсоры, что еще больше усложняет задачу.
Реальным примером двух реальных датчиков может быть сравнение датчика Canon 7D APS-C с датчиком Canon 5D Mark II FF. Датчик 7D составляет 18 мегапикселей, а датчик 5D - 21,1 мегапикселя. Большинство датчиков оцениваются в грубых мегапикселях и обычно имеют немного больше, чем их рыночное число, так как многие граничные пиксели используются в целях калибровки, что затруднено механикой фильтра датчиков и т. Д. Поэтому мы предположим, что 18-мегапиксельная и 21,1-мегапиксельная являются действительными количество пикселей в мире. Разница в светосилах этих двух датчиков тока и современных датчиков:
7D APS-C:
360 мм ^ 2/18 000 000 пикселей * 1 000 000 = 20 мкм ^ 2 / px 5DMII FF: 864 мм ^ 2/21 100 000 пикселей * 1 000 000 = 40,947 ~ = 41 мкм ^ 2 / px41 мкм ^ 2/20 мкм ^ 2 = 2,05 ~ = 2
Полнокадровая камера Canon 5D MkII обладает в 2 раза большей светосилой, чем камера 7D APS-C. Это было бы перевести на примерно один останавливается на сумму дополнительной нативную чувствительности. (В действительности, 5DII и 7D имеют максимальный собственный ISO 6400, однако 7D немного шумнее, чем 5DII как на 3200, так и на 6400, и кажется, что нормализуется только около ISO 800. См. Http: / /the-digital-picture.com/Reviews/Canon-EOS-7D-Digital-SLR-Camera-Review.aspx ) В отличие от этого, 18-мегапиксельный датчик FF будет иметь примерно 1,17-кратную светосилу 21-мегапиксельного датчика FF 5D MkII, так как меньше пикселей распределяется по одной и той же (и больше, чем APS-C) области.
Строго говоря, это не размер сенсора, который делает его лучше, это размер пикселя.
Большие пиксели имеют большую площадь поверхности для захвата света и накапливают более высокое напряжение от высвобождения электронов, когда фотоны (свет) ударяются о поверхность. Собственный шум, являющийся в основном случайным, поэтому является относительно низким по сравнению с более высоким напряжением, которое увеличивает отношение сигнал / шум (S / N).
Подразумеваемые данные, которые вы пропустили, состоят в том, что у более крупных датчиков, как правило, больше пикселей. Просто сравните полнокадровый 12-мегапиксельный D3S с урезанным 12-мегапиксельным D300S. Каждый пиксель имеет в 2,25 раза большую площадь поверхности, поэтому у D3S такая звездная производительность с высоким ISO.
РЕДАКТИРОВАТЬ (2015-11-24):
Для неверующего анонимного downvoter есть более новый и лучший пример. У Sony есть две почти идентичные полнокадровые камеры, A7S II и A7R II. Их датчики одинакового размера, но первый имеет разрешение 12 Мп, а второй 42 Мп. Характеристики A7S II при слабом освещении и диапазоне ISO значительно опережают A7R II, достигая ISO 409 600 против 102 400. Это разница в два этапа только для больших пикселей.
Размер одного пикселя практически не имеет значения. Это городская легенда!
Имеются две идентичные камеры с сенсором одинакового размера, но с разным количеством пикселей (скажем, 2MP и 8MP) - и для этого другой размер пикселя. Количество света, попадающего на датчик, зависит от диаметра объектива, а не от размера пикселя. Без сомнения, 8-мегапиксельная картинка будет более шумной, чем 2-мегапиксельная, но если вы уменьшите 8-мегапиксельную карту до 2-мегапиксельной, вы получите почти такую же картинку - с почти таким же уровнем шума. Это простая математика. Я говорю почти потому, что логика датчика стоит размера. Так как на 8-мегапиксельном датчике у вас будет в 4 раза больше логики, чем на 2-мегапиксельном, вы получите меньше чистой чувствительной к свету области сенсора. Но это не будет стоить вам 1 стоп (= 50%), может быть, немного, но не так много!
Что на самом деле имеет значение, так это линзы. Если вы снимаете картинку, вас не будут интересовать метрики - ни размер сенсора, ни размер пикселя, ни фокусное расстояние. Вы хотите поймать лицо, группу людей, здание или что-то еще на заданном расстоянии. То, что вас интересует, это угол зрения . Ваше фокусное расстояние будет зависеть от размера датчика и угла обзора. Если у вас маленький датчик, у вас также будет небольшое фокусное расстояние (скажем, несколько мм). Объектив с крошечным фокусным расстоянием никогда не поймает много света, так как его диаметр будет ограничен. Большему сенсору потребуется большее фокусное расстояние, объектив с такой же скоростью будет иметь больший диаметр и, следовательно, захватывать гораздо больше света.
Кому нужно 10MP или больше, кроме печати плакатов? Уменьшенный до нескольких MP все картинки выглядят нормально. Размер сенсора не ограничивает качество изображения напрямую, но ваш объектив будет. Хотя размер линзы часто зависит от размера сенсора (не должен). Но я видел камеры с маленькими сенсорами и большим количеством MP, но отличными объективами (скажем, больше 2 см в диаметре), которые снимают великолепные снимки.
Я написал статью об этом некоторое время назад. Это на немецком языке, у меня не было времени перевести его на английский - извините за это. Это более многословно и объясняет некоторые проблемы (особенно проблему шума) немного подробнее.
Размер отдельного пикселя не имеет значения. Несколько маленьких пикселей могут быть математически объединены в один большой, торгуя детали для чувствительности.
Камера с большим сенсором имеет для данного угла обзора объектив с большим фокусным расстоянием, чем камера с маленьким датчиком. Эта более длинная линза имеет для данной диафрагмы большую физическую апертуру (отверстие в радужной оболочке). Это приводит к большему количеству света, попадающего в систему, и обеспечивает лучшую производительность при слабом освещении Это также объясняет меньшую глубину резкости.
Поверхность цифрового датчика покрыта фотосайтами. Они записывают изображение внешнего мира в проекции объектива. Во время экспонирования образующие лучи в форме фотонов бомбардируют поверхность сенсора. Попадание фотонов пропорционально яркости сцены. Другими словами, фотосайты, которые получают попадания фотонов, которые соответствуют ярко освещенным областям сцены, получают больше попаданий фотонов, чем фотосайты, которые соответствуют слабо освещенным областям изображения. Когда экспозиция завершена, фотосайты содержат электрический заряд, пропорциональный яркости сцены. Тем не менее, степень заряда на всех фотосайтах слишком слабая, чтобы быть полезной без усиления. Следующим шагом в процессе формирования изображения является усиление зарядов.
Усиление похоже на увеличение громкости радио или телевизора. Усиление усиливает силу сигнала изображения, но оно также вызывает искажения в виде статики. В цифровых изображениях мы не называем это искажение статическим; мы называем это «шум». Индуцированный шум фактически называется шумом с фиксированной структурой. Это связано с тем, что каждый фотосайт имеет немного разные характеристики. Другими словами, каждый из них реагирует на усиление по-своему. В результате некоторые фотосайты, у которых было мало попаданий фотонов, будут отображаться черными, если они должны быть темно-серыми или серыми. Это фиксированный шаблон шума. Мы уменьшаем, не увеличивая усиление (поддерживая низкий уровень ISO) и используя программное обеспечение в камере.
Поскольку фиксированный шаблонный шум, как правило, обусловлен высоким усилением, очевидно, что большее количество попаданий фотонов на любом данном фотосайте генерирует более высокий заряд и требует меньшего усиления. Суть в том, что более крупные чипы обработки изображений содержат более крупные фотосайты с большей площадью поверхности, что позволяет получать больше фотонов во время экспозиции. Чем больше хитов, тем меньше усиление; таким образом, меньше искажений из-за фиксированного шаблона шума.
Большие датчики, как правило, немного хуже при слабом освещении для захвата изображения. Объективы большего размера обычно доступны для более крупных датчиков, а объективы большего размера обычно лучше при слабом освещении, если вы не против уменьшенной глубины резкости.
В Интернете много говорится, что количество света, собираемого датчиком, пропорционально размеру датчика. Это неверно При одинаковом угле обзора объектива на датчик будет проецироваться одинаковое количество света независимо от его размера. Если полнокадровый датчик и датчик MFT имеют одинаковое количество элементов пикселя, то каждый элемент будет обнаруживать одинаковое количество света, независимо от их размера. Подумайте об этом: положите лист бумаги на солнце за кругом стекла - ничего не происходит. Сконцентрируйте свет на небольшом участке этой бумаги с увеличительным стеклом того же диаметра, что и вышеупомянутый круг стекла, и бумага будет нагреваться, потому что плотность энергии в области фокусировки намного больше. То же самое относится и к датчикам изображения; маленький датчик = более высокая плотность энергии, чем у большого датчика = одинаковая энергия на единицу площади на обоих датчиках. Причина большего шума на меньших датчиках лежит в другом месте; возможно, радиочастотные помехи между плотно упакованными элементами восприятия изображений.