Najlepsza odpowiedź: Jaki punkt i pędy są dobre w warunkach słabego oświetlenia? mówi, że (1) szybki obiektyw / szeroki otwór (2) rozsądne obchodzenie się z ISO 400+ i (3) duży czujnik po złożeniu mają kluczowe znaczenie podczas fotografowania w słabym świetle.
Pierwszy rozumiem (wpuszcza więcej światła), drugi rozumiem („film” jest bardziej wrażliwy na światło). Przepraszam, nie rozumiem trzeciego czynnika.
Odpowiedzi:
Najłatwiej zrozumieć różnicę, gdy zarówno większy, jak i mniejszy czujnik mają te same megapiksele. Jeśli mamy kilka hipotetycznych kamer, jedną z mniejszą matrycą APS-C i drugą z matrycą Full Frame, i zakładamy, że oba mają 8 megapikseli, różnica sprowadza się do gęstości pikseli .
Czujnik APS-C ma wymiary około 24 x 15 mm, a czujnik pełnej klatki (FF) ma wymiary 36 x 24 mm. Pod względem powierzchni czujnik APS-C ma około 360 mm ^ 2 , a FF 864 mm ^ 2 . Teraz obliczanie rzeczywistej powierzchni czujnika, który jest funkcjonalnym pikselem, może być dość złożone z rzeczywistego punktu widzenia, więc na razie przyjmiemy idealne czujniki , w których całkowita powierzchnia czujnika jest przeznaczona na funkcjonalne piksele, załóżmy że piksele te są wykorzystywane tak skutecznie, jak to możliwe, i zakładają, że wszystkie inne czynniki wpływające na światło (takie jak ogniskowa, przysłona itp.) są równoważne. Biorąc to pod uwagę i biorąc pod uwagę, że nasze hipotetyczne kamery mają rozdzielczość 8 megapikseli, jasne jest, że rozmiar każdego pikseladla czujnika APS-C jest mniejszy niż rozmiar każdego piksela dla czujnika FF. Dokładnie:
APS-C:
360
mm ^ 2/8 000 000 pikseli = 0,000045 mm ^ 2 / px -> 0,000045 mm ^ 2 * (1000 µm / mm) ^ 2 = 45µm ^ 2 (mikrony kwadratowe)
-> sqrt (45µm ^ 2) = 6,7 µmFF:
864 mm ^ 2/8 000 000 pikseli = 0,000108 mm ^ 2 / px
-> 0,000108 mm ^ 2 * (1000 µm / mm) ^ 2 = 108µm ^ 2 (mikrony)
-> sqrt (108µm ^ 2) = 10,4µm
Mówiąc prościej, znormalizowane terminy „rozmiar piksela” lub szerokość lub wysokość każdego piksela (powszechnie cytowane na stronach internetowych ze sprzętem fotograficznym), mamy:
Rozmiar piksela APS-C = piksel 6,7 µm Rozmiar piksela
FF = piksel 10,4 µm
Pod względem wielkości pikseli aparat FF 8mp ma 1,55x większe piksele niż aparat APS-C 8mp. Jednowymiarowa różnica wielkości pikseli nie mówi jednak całej historii. Piksele mają dwuwymiarowy obszar, na którym zbierają światło, więc biorąc pod uwagę różnicę między obszarem każdego piksela FF a każdym pikselem APS-C opowiada całą historię:
108µm ^ 2 / 45µm ^ 2 = 2,4
( Idealizowana ) kamera FF ma 2,4-krotność , czyli około 1 stopnia , siły zbierającej światło (idealizowanej) kamery APS-C! Dlatego większy czujnik jest bardziej korzystny podczas fotografowania w słabym świetle ... po prostu mają większą moc gromadzenia światła w danym przedziale czasowym.
Alternatywnie, większy piksel jest w stanie uchwycić więcej uderzeń fotonu niż mniejszy piksel w danym przedziale czasowym (moje znaczenie „czułości”).
Teraz przykład i obliczenia zakładają przede wszystkim „idealizowane” czujniki lub czujniki, które są doskonale wydajne. Rzeczywiste czujniki nie są wyidealizowane, ani nie są tak łatwe do porównania w kategoriach jabłka-jabłka. Rzeczywiste czujniki nie wykorzystują każdego piksela wyrytego na powierzchni przy maksymalnej wydajności, droższe czujniki mają zwykle wbudowaną bardziej zaawansowaną „technologię”, taką jak mikrosoczewki, które pomagają zebrać jeszcze więcej światła, mniejsze niefunkcjonalne przerwy między każdy piksel, podświetlana konstrukcja okablowania, która porusza kolumnę / wiersz aktywuje i odczytuje okablowanie poniżej elementów światłoczułych (podczas gdy normalne projekty pozostawiają to okablowanie powyżej (i zakłócają) elementy światłoczułe) itp. Ponadto, czujniki pełnoklatkowe często mają większą liczbę megapikseli niż mniejsze czujniki, co jeszcze bardziej komplikuje sprawę.
Prawdziwym przykładem dwóch rzeczywistych czujników może być porównanie czujnika Canon 7D APS-C z czujnikiem Canon 5D Mark II FF. Czujnik 7D ma 18mp, podczas gdy czujnik 5D ma 21,1mp. Większość czujników jest oceniana w przybliżonych megapikselach i zwykle ma nieco więcej niż ich liczba na rynku, ponieważ do celów kalibracji używa się wielu pikseli brzegowych, które są zasłonięte przez mechanikę filtrów czujników itp. Więc założymy, że 18mp i 21.1mp są rzeczywiste- liczba pikseli na świecie się liczy. Różnica w mocy zbierającej światło tych dwóch prądowych i nowoczesnych czujników jest następująca:
7D APS-C: 360 mm ^ 2/18 000 000 pikseli * 1 000 000 = 20µm ^ 2 / px
5DMII FF: 864 mm ^ 2/21 100 000 pikseli x 1 000 000 = 40,947 ~ = 41µm ^ 2 / px41µm ^ 2 / 20µm ^ 2 = 2,05 ~ = 2
Aparat pełnoklatkowy Canon 5D MkII ma około 2x większą moc zbierania światła niż aparat 7D APS-C. To przełożyłoby się na dodatkową natywną wrażliwość wartą około jednego przystanku . (W rzeczywistości zarówno 5DII, jak i 7D mają maksymalny natywny ISO 6400, jednak 7D jest nieco głośniejszy niż 5DII zarówno w 3200, jak i 6400, i wydaje się, że normalizuje się tylko przy ISO 800. Patrz: http: / /the-digital-picture.com/Reviews/Canon-EOS-7D-Digital-SLR-Camera-Review.aspx ) Natomiast czujnik FF 18mp miałby około 1,17x moc gromadzenia światła przez czujnik FF 21,1mp 5D MkII, ponieważ mniej pikseli jest rozmieszczonych w tym samym (i większym niż APS-C) obszarze.
Ściśle mówiąc, NIE jest to rozmiar czujnika, który czyni go lepszym, to JEST rozmiar w pikselach.
Większe piksele mają więcej obszarów powierzchni do wychwytywania światła i akumulowania wyższego napięcia z uwalniania elektronów, gdy fotony (światło) uderzą w powierzchnię. Hałas naturalny, który jest w większości losowy, jest zatem relatywnie niższy w porównaniu z wyższym napięciem, które zwiększa stosunek sygnału do szumu (S / N).
Sugerowane dane, których brakowało, to to, że większe czujniki mają zwykle większe piksele. Wystarczy porównać pełnoklatkową 12 MP D3S z przyciętym 12 MP D300S. Każdy piksel ma 2,25 razy większą powierzchnię, dlatego D3S ma tak znakomitą wydajność przy wysokim ISO.
EDYCJA (24.11.2015):
Dla anonimowego niewierzącego wierzącego istnieje nowy i lepszy przykład. Sony ma dwie niemal identyczne pełnoklatkowe kamery, A7S II i A7R II. Ich czujniki są tego samego rozmiaru, ale pierwszy ma rozdzielczość 12 MP, a drugi 42 MP. Wydajność przy słabym świetle i zakres czułości A7S II znacznie wyprzedza A7R II, osiągając ISO 409,600 w porównaniu z 102 400. To różnica dwóch przystanków tylko dla większych pikseli.
Rozmiar pojedynczego piksela jest prawie nieistotny. To miejska legenda!
Biorąc pod uwagę dwa identyczne aparaty z czujnikiem o tym samym rozmiarze, ale różnej liczbie pikseli (powiedzmy 2MP i 8MP) - i dlatego inny rozmiar pikseli. Ilość światła docierającego do czujnika zależy od średnicy obiektywu, a nie od wielkości piksela. Bez wątpienia obraz 8 MP będzie głośniejszy niż obraz 2 MP, ale jeśli zmniejszysz obraz z 8 MP do 2 MP, otrzymasz prawie taki sam obraz - z prawie takim samym poziomem szumu. To proste matematyki. Mówię prawie dlatego, że logika czujnika kosztuje. Ponieważ będziesz miał 4-krotną logikę na czujniku 8MP niż na 2MP, otrzymasz mniej wrażliwy na światło obszar czujnika. Ale to nie kosztuje 1 przystanku (= 50%), może trochę, ale nie tyle!
To, co naprawdę robi różnicę, to soczewki. Jeśli wykonasz zdjęcie, nie będziesz zainteresowany pomiarami - ani rozmiarem czujnika, rozmiarem pikseli, ani ogniskową. Chcesz złapać twarz, grupę ludzi, budynek lub coś innego z danej odległości. Interesuje Cię kąt widzenia . Twoja ogniskowa będzie zależeć od rozmiaru czujnika i kąta widzenia. Jeśli masz malutki czujnik, będziesz miał także małą ogniskową (powiedzmy kilka mm). Obiektyw o małej ogniskowej nigdy nie złapie dużo światła, ponieważ będzie miał ograniczoną średnicę. Większy czujnik będzie wymagał większej ogniskowej, obiektyw o tej samej prędkości będzie miał większą średnicę, a zatem złapie znacznie więcej światła.
Kto potrzebuje 10 MP lub więcej oprócz drukowania plakatów? Skalowane do kilku MP wszystkie zdjęcia wyglądają dobrze. Rozmiar czujnika nie ogranicza bezpośrednio jakości obrazu, ale obiektyw będzie. Chociaż rozmiar obiektywu często zależy od rozmiaru czujnika (nie wolno). Ale widziałem aparaty z małymi czujnikami i dużą ilością MP, ale świetne obiektywy (powiedzmy większe niż 2 cm średnicy), które robią świetne zdjęcia.
Jakiś czas temu napisałem o tym artykuł . Jest w języku niemieckim, nie miałem czasu tłumaczyć go na angielski - przepraszam za to. Jest bardziej szczegółowy i wyjaśnia bardziej szczegółowo niektóre kwestie (zwłaszcza kwestię hałasu).
Rozmiar pojedynczego piksela jest nieistotny. Kilka małych pikseli można połączyć matematycznie w jeden duży, wymieniając szczegóły dotyczące czułości.
Duża kamera z matrycą ma dla danego kąta widzenia dłuższą ogniskową niż mała kamera z matrycą. Ten dłuższy obiektyw ma dla danej przysłony duży otwór fizyczny (otwór w tęczówce). Powoduje to, że więcej światła dostaje się do systemu, i zapewnia lepszą wydajność przy słabym świetle. Uwzględnia również płytszą głębię ostrości.
Powierzchnia czujnika cyfrowego pokryta jest zdjęciami. Zapisują one obraz świata zewnętrznego rzutowany przez obiektyw. Podczas ekspozycji promienie tworzące obraz w postaci fotonów bombardują powierzchnię czujnika. Uderzenia fotonów są proporcjonalne do jasności sceny. Innymi słowy, strony zdjęciowe, które otrzymują uderzenia fotonu, które odpowiadają jasno oświetlonym obszarom sceny, otrzymują więcej uderzeń fotonu niż miejsca, które odpowiadają słabo oświetlonym obszarom obrazu. Po zakończeniu ekspozycji zdjęcia na stronach zawierają ładunek elektryczny proporcjonalny do jasności sceny. Niemniej jednak stopień naładowania na wszystkich stronach jest zbyt słaby, aby był użyteczny, chyba że został wzmocniony. Następnym krokiem w procesie tworzenia obrazu jest wzmocnienie ładunków.
Wzmocnienie jest jak podkręcenie głośności radia lub telewizora. Wzmocnienie uruchamia siłę sygnału obrazu, ale indukuje również zniekształcenia w postaci statycznej. W obrazowaniu cyfrowym nie nazywamy tego zniekształcenia statycznym; nazywamy to „hałasem”. Indukowany hałas jest faktycznie nazywany szumem o ustalonym wzorze. Jest tak, ponieważ każda strona ma nieco inne cechy. Innymi słowy, każdy z nich inaczej reaguje na wzmocnienie. Rezultat jest taki, że niektóre strony, które miały niewiele trafień fotonów, będą miały kolor czarny, kiedy powinny być ciemnoszary lub szary. Jest to naprawiony szum wzoru. Łagodzimy to, nie zwiększając wzmocnienia (utrzymując niski poziom ISO) i oprogramowania w kamerze.
Ponieważ szum o ustalonym wzorze jest generalnie spowodowany wysokim wzmocnieniem, oczywiste jest, że więcej trafień fotonów w danym miejscu na stronie generuje wyższy ładunek i potrzebuje mniejszego wzmocnienia. Najważniejsze jest to, że większe układy obrazujące mają większe witryny z większą powierzchnią, co pozwala na więcej uderzeń fotonów podczas ekspozycji. Więcej trafień przekłada się na mniejsze wzmocnienie; tym samym mniej zniekształceń ze względu na stały szum wzoru.
Większe czujniki są na ogół nieco gorsze w słabym świetle do robienia zdjęć. Większe soczewki są ogólnie dostępne dla większych czujników, a większe soczewki są ogólnie lepsze w słabym świetle, jeśli nie przeszkadza ci zmniejszona głębia ostrości.
W Internecie jest wiele twierdzeń, że ilość światła gromadzonego przez czujnik jest proporcjonalna do wielkości czujnika. To jest niepoprawne. Biorąc pod uwagę ten sam kąt widzenia obiektywu, ta sama ilość światła będzie rzutowana na czujnik niezależnie od jego rozmiaru. Jeśli czujnik pełnoklatkowy i czujnik MFT mają tę samą liczbę elementów pikselowych, wówczas każdy element wykryje taką samą ilość światła, niezależnie od ich wielkości. Pomyśl o tym: połóż kawałek papieru na słońcu za szklanym okręgiem - nic się nie dzieje. Skoncentruj światło na niewielkim obszarze tego papieru za pomocą szkła powiększającego o tej samej średnicy, co wspomniany krąg szkła, a papier się rozgrzeje, ponieważ gęstość energii w obszarze ostrości jest znacznie większa. To samo dotyczy czujników obrazu; mały czujnik = większa gęstość energii niż duży czujnik = taka sama energia na jednostkę powierzchni na obu czujnikach. Powód większego hałasu na mniejszych czujnikach leży gdzie indziej; być może w interferencji częstotliwości radiowych między ściśle upakowanymi elementami wykrywającymi obraz.