Цифровая фотография набирает популярность с каждым годом. Современные камеры позволяют делать потрясающие снимки. Но мало кто задумывается, что качество фото во многом зависит от такого параметра, как размер пикселя. Чем он больше, тем выше будет четкость и детализация снимков. Давайте разберемся, как именно размер пикселя влияет на результат.
1. Определение пикселя
Пиксель (pixel) - это минимальный элемент растрового изображения. Из множества пикселей формируется цифровое фото.
Каждый пиксель имеет определенные характеристики:
- Цвет
- Яркость
- Положение в пространстве изображения
Размер пикселя измеряется в микрометрах (мкм) или нанометрах (нм):
- В современных камерах - от 1 до 10 мкм
- В смартфонах - около 1-1,5 мкм
2. Зависимость от размера матрицы
Размер пикселя напрямую зависит от формата матрицы в камере. Существуют матрицы нескольких типов:
- Полнокадровые (36x24 мм)
- Среднеформатные (например, Hasselblad - 60x40 мм)
- Матрицы APS-C (25x16 мм) в зеркальных камерах
- Миниатюрные матрицы (5-7 мм) в компактных камерах и смартфонах
- Чем больше физический размер матрицы - тем крупнее пиксели при одинаковом разрешении
Например, в 36-мегапиксельном full-frame полнокадровом фотоаппарате Nikon D810 размер одного пикселя составляет 4,88 мкм. А в компактной камере Sony DSC-RX100 с таким же разрешением в 20 Мп размер пикселя всего 2,41 мкм. Почти в 2 раза меньше!
Большой формат матрицы имеет следующие преимущества:
- Более крупные пиксели
- Меньше шумов
- Большая светочувствительность
Но есть и минус - высокая стоимость полнокадровых камер и объективов к ним.
3. Влияние на светочувствительность
Одно из главных преимуществ большего размера пикселя - это повышенная светочувствительность.
Ведь чем крупнее "водосборная область" каждого пикселя, тем большее количество света он может уловить и преобразовать в электрический сигнал.
А большее количество света означает:
- Повышение отношения сигнал/шум
- Улучшение качества при съемке в условиях низкой освещенности
- Возможность использования более высоких значений светочувствительности ISO без потери качества
Таким образом, чем больше размер пикселя, тем выше потенциал камеры в плане светосилы и шумоподавления.
| Камера | Размер пикселя | Макс. ISO без потери качества |
| Canon EOS 5D Mark IV | 5,36 мкм | ISO 3200 |
| Sony A7R IV | 3,76 мкм | ISO 1600 |
Как видно из таблицы, чем больше пиксель - тем выше потери качества.
4. Влияние на резкость и четкость
Еще один важный аспект - влияние размера пикселя на резкость и четкость снимков.
Чем меньше пиксель, тем вероятнее проявление дифракции и оптических аберраций, которые размывают снимок.
А значит при бОльшем размере пикселя:
- Меньше дифракционных эффектов
- Выше возможная глубина резкости
- Больше диаметр круга рассеяния
Из-за этого с матрицей крупного формата можно получить острые снимки на всю глубину кадра с передачей мелких деталей.
Например, в пейзажной фотографии это играет огромную роль, чтобы одновременно были резки деревья на переднем плане и горы на заднем.
А в портретной съемке большой размер пикселя обеспечивает резкое изображение каждого волоска и черточки на лице модели.
5. Снижение уровня шумов
Бóльший размер пикселя также способствует снижению уровня шумов на изображении.
Ведь мелкий пиксель вынужден сильнее усиливать слабый световой сигнал, чтобы получить нужный уровень яркости. А усиление сигнала неизбежно вносит дополнительные шумы.
Чем меньше нужно усиливать сигнал с каждого пикселя, тем ниже шумы
Поэтому снимки с камеры с крупным пикселем отличаются пониженным уровнем шумов и более однородными областями одного цвета.
6. Увеличение динамического диапазона
Еще одно следствие бóльшего размера пикселя - расширение динамического диапазона снимка.
Ведь динамический диапазон определяется разницей между минимально и максимально возможной яркостью точек.
А чем больше пиксель, тем больше фотонов он может собрать, тем выше верхняя граница динамического диапазона.
Это особенно важно при съемке сюжетов с ярко освещенными и темными участками - например натюрмортов со свечами.
7. Баланс разрешения и размера
Сегодня на рынке представлен огромный выбор камер с сенсорами разных типоразмеров и разрешений.
С одной стороны, хочется иметь как можно больше мегапикселей. Но с другой - важно, чтобы размер пикселя был достаточно велик.
Где же золотая середина?
8. Тенденции и перспективы
Куда движется прогресс в развитии технологий производства матриц для цифровых камер?
Смогут ли инженеры научиться совмещать все преимущества высокого разрешения и большого размера пикселя?
Компромисс высокого разрешения и низкого шума
Часто производители камер вынуждены идти на компромисс между количеством мегапикселей и шумами изображения.
Ведь чем выше разрешение матрицы при одинаковом размере - тем мельче пиксели и выше уровень шумов.
Например, в линейке камер Nikon D810 и D850 разрешение составляет 36 и 45 Мп соответственно. Но из-за меньшего размера пикселя в D850 шумы на максимальных ISO выше.
Светосила или детализация?
Перед покупкой камеры часто возникает выбор: отдать предпочтение светосиле и низким шумам или детализации изображения.
- При съемке при слабом освещении лучше выбрать камеру с менее, но крупными пикселями
- Для съемки пейзажей или документов с мелкими деталями лучше иметь большее количество, пусть даже мелких пикселей
Увеличение матриц сохраняет баланс
Один из способов сохранить компромисс между разрешением и шумами - постепенно увеличивать формат матриц.
Так было с переходом от full frame к среднему формату, а теперь и к матрицам размером 70x56 мм в камерах Fujifilm GFX.
Совершенствование техпроцесса производства
Еще один путь прогресса - совершенствование технологий производства матриц, повышение их однородности и чувствительности.
Это позволит при высоком разрешении сохранять достаточно большой размер пикселя.
