Tipi di matrici di fotocamere reflex. Dimensione della cornice. O sulle categorie di peso
Nel 1981, Sony ha introdotto la prima fotocamera digitale al mondo. Gli inventori hanno creato un sostituto della pellicola digitale: la matrice. Questa svolta ha reso possibile scattare migliaia di fotografie e salvarle digitalmente. La qualità dell'immagine cominciò a dipendere non solo dall'ottica, ma anche dalle dimensioni e dalle proprietà della matrice.
Quali sono queste proprietà? Innanzitutto, ricordiamo come si forma un'immagine. La matrice della fotocamera è un reticolo con una struttura densa. È costituito da minuscoli elementi sensibili alla luce: fotodiodi. La luce raccolta dall'obiettivo colpisce il sensore. I fotodiodi convertono questa luce in carica elettrica. Successivamente, la carica va al processore. “Legge” gli addebiti in entrata e li converte in linguaggio digitale. Successivamente, viene creato un pixel. Memorizza informazioni sulla luminosità e sulla tonalità del colore sotto forma di numeri e bit. Ogni pixel che ripete la posizione del fotodiodo viene posizionato sull'immagine. Milioni di minuscoli pixel formano l'immagine registrata sulla scheda di memoria.La matrice è la parte ricevente della fotocamera. Quando i fotoni della luce lo colpiscono, li converte in elettricità.
Ora diamo un'occhiata a quali parametri della matrice influiscono sulla qualità dell'immagine:- dimensione fisica;
- dimensione del fotodiodo.
Questi due parametri influenzano:
- fotosensibilità;
- nitidezza;
- autorizzazione;
- gamma dinamica di colori.
Se il luogo di ripresa è lo stesso, una piccola matrice ritaglierà l'inquadratura. Un malinteso molto comune è che la lunghezza focale cambi.
- Scatta fotografie ad ISO elevati senza rumore digitale.
- Utilizzare una velocità dell'otturatore più elevata per ottenere un'immagine nitida.
Guarda le specifiche delle due fotocamere. La Canon 1Ds Mark II è full frame, ma grazie alla grande dimensione dei pixel ha la risoluzione massima, come la Nikon D7000/5100.
Ad esempio, abbiamo utilizzato una fotocamera Nikon D5100.
Sulla base di quanto sopra, possiamo concludere: la dimensione fisica della matrice e le sue proprietà sono un indicatore di qualità. Per la fotografia macro, i dettagli dell'immagine e il numero di pixel sono più importanti. Per le riprese in condizioni di scarsa illuminazione, è adatta una matrice più sensibile alla luce. Per la fotografia amatoriale, potrebbero essere adatte fotocamere digitali di alta qualità con una matrice piccola. Spara con quello che hai. Dopotutto, per ottenere bella foto, non sono necessarie attrezzature costose. Non importa quanto sia grande la tua matrice, non fornirà significato profondo una foto o un paesaggio mozzafiato.
La matrice è una superficie fotosensibile su cui la luce entra attraverso l'obiettivo e viene convertita in impulsi elettronici e, dopo l'elaborazione da parte del processore, vengono memorizzati su una scheda di memoria come fotografie sotto forma di codice digitale. Si può dire che la funzione della matrice è quella di digitalizzare la luce che cade sulla sua superficie; è detta anche sensore, fotosensore.
Risoluzione della matrice della fotocamera
La matrice della fotocamera è costituita da sensori di pixel; la risoluzione dell'immagine digitale dipende dal numero di pixel; maggiore è il numero di pixel, maggiore è il dettaglio dell'inquadratura, più chiaramente saranno visibili i piccoli dettagli. Il numero di pixel sulle fotocamere DSLR viene definito Megapixel. I moderni sensori fotografici delle fotocamere digitali hanno 8-24 milioni di pixel.
Più grande è il sensore della fotocamera, minore è la profondità di campo dell'immagine!
La dimensione della matrice della fotocamera influisce anche sulla dimensione dei pixel; l'area dei pixel di una matrice grande è più grande e, di conseguenza, la sensibilità alla luce e la resa cromatica sono migliori e c'è meno rumore. Da ciò possiamo concludere che non è importante solo il numero di pixel, ma anche la dimensione. Tutti possono esserne convinti se confrontano una foto scattata con una macchina da 12 megapixel e una DSLR con, ad esempio, 10 megapixel.
Ogni pixel forma un punto nell'immagine e maggiore è la risoluzione della matrice, maggiore sarà il dettaglio dell'immagine risultante. Viene chiamato il numero di pixel sulla matrice risoluzione e si misura in megapixel. 1 megapixel = un milione (1.000.000) di pixel.
Se le caratteristiche di una fotocamera DSLR indicano che la dimensione più grande dell'immagine è 5616 per 3744, si scopre che la risoluzione della matrice della fotocamera è 22 megapixel (5616×3744=21026304).
La dimensione fisica della matrice è una delle caratteristiche più importanti della fotocamera, che influisce direttamente sulla qualità dell'immagine. Già dal nome è chiaro che parliamo di dimensioni geometriche e la lunghezza e la larghezza del sensore si misurano in millimetri; nelle caratteristiche di alcune fotocamere la dimensione è indicata come la diagonale della matrice in pollici come 2/3″ . Il valore in pollici è il reciproco, quindi quando si acquista una macchina fotografica è necessario scegliere quella con il numero più piccolo dopo la frazione.
Se devi scegliere tra 2 fotocamere che hanno lo stesso numero di 12 megapixel, ma la prima ha una matrice 1/2.5″, e il secondo 1/1.8″ - è meglio prendere il secondo - la dimensione dei pixel sarà maggiore e, di conseguenza, la qualità delle immagini sarà migliore.
Qui puoi vedere una tabella che mostra il rapporto tra dimensione diagonale e dimensione geometrica.
Le dimensioni influiscono sulla quantità rumore digitale, trasmesso insieme al segnale principale alla matrice. Maggiore è la dimensione fisica della matrice, maggiore è la sua area e maggiore è la luce che riceve, con conseguente segnale più forte dalla matrice e un migliore rapporto segnale-rumore. Ciò ti consente di ottenere un'immagine di alta qualità con colori naturali.
IN l'anno scorso per indicare la dimensione del sensore viene utilizzato anche un coefficiente fattore di raccolto, che mostra quante volte il sensore della fotocamera è più piccolo dell'intero fotogramma (fotogramma intero),
Sotto nella figura puoi vedere e confrontare le dimensioni delle matrici di diverse fotocamere digitali.
La fotosensibilità è una proprietà di un materiale fotosensibile, cioè una pellicola o matrice. La fotosensibilità è un indicatore della velocità con cui un materiale “assorbe” la luce. Secondo gli standard internazionali, viene designata la fotosensibilità ISO.
Quando si scatta con una fotocamera a pellicola, per aumentare la sensibilità alla luce, filmare con colori diversi ISO e in una fotocamera digitale, l'aumento dell'ISO viene effettuato utilizzando pulsanti o menu. Fondamentalmente la scala ha questo: 100,200,400,800,1600,3200,6400,12800. Maggiore è il valore ISO, maggiore è la sensibilità alla luce del materiale.
Il più alto ISO, minore è la luce necessaria per lo scatto e la capacità della fotocamera di scattare in condizioni di scarsa illuminazione migliora. L'indicatore di sensibilità della matrice indica quanto viene amplificato il segnale proveniente da essa. Ciò significa che maggiore è il valore ISO, più forte sarà l'amplificazione del segnale, ma con esso aumenterà anche il rumore. Ne consegue che non bisogna lasciarsi trasportare da valori grandi, perché in questo caso il livello di rumore aumenta, l'immagine risulta molto sgranata e persino inutile.
Valori elevati vengono in soccorso soprattutto di notte o di sera, nelle stanze buie, nei club, anche a casa e quando si riprendono oggetti in rapido movimento, quando è necessario scattare con tempi di posa elevati. Valore ISO consigliato fino a 400 unità.
Tipi di matrici di fotocamere
Quando si sceglie una fotocamera, uno dei fattori importanti è tipo di matrice della fotocamera.
Oggi, i giganti mondiali utilizzano due tipi di sensori nelle loro DSLR. Il primo è CCD, secondo - CMOS.
La tecnologia di oggi CMOS(Semiconduttore complementare ossido di metallo) ha conquistato più del 90% del mercato mondiale e della tecnologia CCD(Dispositivi ad accoppiamento di carica CCD) sta già passando in secondo piano.
Benefici CMOS-tecnologia, questo è un basso consumo energetico. Sensori CMOS contengono convertitori e amplificatori analogico-digitali, il che rende basso il costo del prodotto finale.
Vantaggio CCDÈ basso livello rumore, elevata occupazione dei pixel (circa il 100%) e ampia gamma dinamica.
L'autore di questo articolo è Vladimir Medvedev. L’articolo è stato pubblicato sul sito personale dell’autore all’indirizzo:
vladimirmedvedev.com/dpi.html
Tuttavia, l'autore ha deciso di rifare completamente il sito e l'articolo è scomparso.
L'articolo tratta molto bene e chiaramente il tema della diffrazione ad alti valori di apertura, quindi gli editori del sito web Vt-Tech non potevano ignorarlo. Abbiamo estratto l'articolo dagli archivi dei siti di memorizzazione nella cache e lo abbiamo pubblicato qui.
Durante l'esportazione dell'articolo, le immagini erano leggermente danneggiate: non tutte le immagini dell'articolo originale sono disponibili.
Chi è la
Ho realizzato questa tabella molti anni fa per confrontare visivamente le fotocamere digitali. In quegli anni si faceva molta confusione anche sui concetti di “crop” e “full format”, per non parlare dei dispositivi compatti e medio formato. Su numerosi siti web di produttori di attrezzature fotografiche erano sparse informazioni scarse ed era quasi impossibile confrontare chiaramente le fotocamere. Tutto ciò ha tratto in inganno molti fotografi amatoriali, scatenando accesi dibattiti sui forum specializzati.
Per snellire in qualche modo la situazione e portare qualsiasi fotocamera allo stesso denominatore - dalle fotocamere inquadra e scatta alle fotocamere di medio formato, ho deciso di utilizzare il concetto di densità di pixel - DPI (anche se potrebbe essere più corretto dire ppi) . Perché ho scelto questa particolare opzione, che non è mai stata utilizzata prima per questo scopo? Semplicemente perché le informazioni disponibili al pubblico hanno permesso di calcolarlo in modo perfettamente accurato, senza errori. Conoscendo la lunghezza e la larghezza della matrice, nonché il numero di pixel, ho potuto calcolarne facilmente e con assoluta precisione la densità. Come bonus, il concetto di densità di pixel ha permesso di confrontare una matrice di qualsiasi dimensione con la risoluzione delle scansioni da pellicola (il DPI di una fotocamera digitale e il DPI impostato durante la scansione sono essenzialmente la stessa cosa).
Una tabella visiva di facile utilizzo ci ha permesso di avanzare ulteriormente nel percorso della conoscenza caratteristiche tecniche matrici e, nel tempo, hanno acquisito molta “utilità” aggiuntiva. Oggi la tabella contiene una varietà di parametri relativi alle matrici delle fotocamere digitali. Ciò include la dimensione dei pixel, l'esatto fattore di ritaglio, l'area della matrice e la limitazione di diffrazione dell'apertura. Utilizzando questa tabella, puoi facilmente tenere traccia delle tendenze nello sviluppo dell'attrezzatura fotografica, prevedere i cambiamenti imminenti o semplicemente scegliere una fotocamera.
Non è così semplice comprendere subito i numerosi parametri della tabella. Il fotografo dovrebbe essere aiutato in questo da articoli speciali che accompagnano la tavola, rivelandone il significato speciale.
Buona lettura!
Prima parte. Il fattore di ritaglio aumenta la capacità degli obiettivi di "zoom avanti"?
Poiché sono un fotografo naturalista, spesso è impossibile avvicinarsi al soggetto (a causa del rischio di spaventare l'animale o l'uccello). E qui il problema della mancanza di lunghezza focale degli obiettivi si pone in tutta la sua forza (parlando in un linguaggio semplice- la capacità dell'ottica di “avvicinare oggetti distanti”). Agli albori della fotografia digitale, era estremamente comune la convinzione che le fotocamere con matrice “cropped” aumentassero la lunghezza focale degli obiettivi di un fattore di crop. Qui cercherò di spiegare perché è sbagliato pensare in questo modo.
Ora ho due fotocamere. Uno è a figura intera: Canon EOS 5D Mark II, il secondo con un fattore di ritaglio di 1,6x: Canon EOS 20D. Un fattore di crop di 1,6 significa che la diagonale del sensore 20D è 1,6 volte più piccola della diagonale del sensore 5D MarK II. 43 mm diviso per 27 mm equivale a 1,6.
Abbiamo risolto il fattore crop. La matrice si è ristretta. Ma l'ottica è rimasta la stessa. Un obiettivo, ad esempio, da 300 mm è adatto sia alla 20D che alla 5D Mark II. Cosa succede se lo stesso fotogramma viene ripreso con una 5D Mk II e una 20D? La metafora più visiva e accurata è prendere una grande cornice stampata e ritagliarne la parte centrale con le forbici. Qual è la differenza tra tagliare una matrice o un telaio finito? Come questo:
Naturalmente, l'uccello sembra più grande nell'inquadratura ritagliata. Spesso i fotografi alle prime armi percepiscono erroneamente questa proprietà del ritaglio come un vantaggio. Ma in realtà questo non è affatto un vantaggio. Perché affrettarsi e “ritagliare l’inquadratura” prima di scattare? Cosa succede se l'uccello vola più vicino o vogliamo ritagliare non il centro, ma il bordo dell'immagine? Su una matrice a pieno formato, possiamo tagliare come vogliamo, oppure non possiamo tagliare affatto. Ma il ritaglio non lascia più opzioni. Le ali che sono andate oltre il bordo della cornice non possono essere restituite e una foto potenzialmente buona viene mandata nel cestino.
esempi di fattori di coltura di base: 1.3x, 1.6x e 2x
Non discuterò su quale sia meglio, ritagliare o formato intero. Il raccolto potrebbe essere più economico o più veloce. Qui ognuno prende la propria decisione. Invece di dibattiti inutili, propongo di rispondere alla domanda: quale caratteristica della fotocamera può veramente contribuire allo zoom di alta qualità? E la risposta è semplice: densità di pixel (colonna dpi nella tabella). Per capire perché è così, diamo un'occhiata a un altro esempio di vita reale. Questa volta, per comodità, prenderemo due fotocamere a pieno formato: 5D e 5D Mark II. Vorrei in particolare sottolineare che per il risultato finale non importa affatto se abbiamo un formato completo o un formato ritagliato, solo un parametro gioca un ruolo qui: la densità dei pixel. Per la 5D è 3101 dpi, per la 5D Mark II è 3955 dpi.
Immagina un safari: una luminosa giornata di sole, una sensibilità ISO bassa, un'ottica eccellente. E all'improvviso vediamo un leopardo selvatico a 100 metri da noi. Scattiamo una foto e l'animale scompare. 100 metri sono lontani. Affinché l'inquadratura abbia un bell'aspetto, dovremo ritagliarla molto, lasciando 1/10 dell'intero fotogramma (per facilità di calcolo). La matematica suggerisce che un fotogramma di una fotocamera 5D (12MP) dopo il ritaglio sarà composto da 1,2MP (12 diviso 10), che è molto piccolo e non adatto alla stampa di alta qualità. Ma un'immagine di una 5D MII (21 megapixel) sarà composta da 2,1 megapixel, il che è già molto meglio! E voglio sottolinearlo ancora una volta: non importa se abbiamo un ritaglio o un formato completo. 20D, che ha una densità di 3955 dpi (come la 5D Mark II), una cornice simile, alle stesse condizioni, sarebbe anch'essa da 2,1 megapixel. Nonostante il fatto che la matrice abbia solo 8 megapixel. L'unico ruolo che gioca qui è densità di pixel.
Non è possibile fotografare un leopardo contemporaneamente da due fotocamere, quindi ho provato un test più semplice per mostrare chiaramente la differenza nella densità dei pixel. Sono stati ripresi due fotogrammi di prova da un treppiede, dalla stessa distanza, con la stessa ottica, con la stessa lunghezza focale:
l'intero fotogramma appariva così
quando ti avvicini molto puoi vedere la differenza
Questo non è un confronto tra 450D e 1D Mark III. Questo è un confronto 3514 dpi contro 4888 dpi. In queste condizioni, un risultato simile si otterrà su qualsiasi altra coppia di fotocamere con una densità di pixel simile. È solo che quando ho scritto l’articolo avevo esattamente queste due fotocamere, tutto qui.
Ps:
- I test sono stati effettuati in buone condizioni, e sono stati visualizzati ad alto ingrandimento. Nella vita reale, molto probabilmente, la differenza sarà ancora meno evidente. Che ne valga la pena o no, sta a te decidere.
- Naturalmente, la qualità dei 21 megapixel della 5D Mark II, rispetto ai 12 megapixel della 5D, sarà evidente non solo con un forte ritaglio. Spero che questo sia chiaro a tutti.
Seconda parte. Meno pixel, più rumore
Dalla prima parte possiamo concludere: aumentiamo la densità dei pixel per migliorare l'immagine. Ma non è così semplice. Maggiore è la densità dei pixel, minore è l'area di ciascun pixel specifico (anche questa colonna è nella tabella). Più piccola è l'area del pixel, meno fotoni di luce cattura. I fotoni sono un segnale utile. Meno ce ne sono, peggiore è il rapporto segnale-rumore, peggiore è la sensibilità della fotocamera.
Diciamolo semplicemente: le fotocamere che ho testato con dimensioni dei pixel inferiori a 6 micron hanno una sensibilità scarsa e un rumore più elevato. Questa è la mia opinione, la mia esperienza. Finora non ho visto alcuna eccezione a questa regola. Forse un giorno la tecnologia renderà le nuove fotocamere più sensibili, ma per ora è tutto. La domanda sorge spontanea: cosa scegliere? Densità o sensibilità dei pixel? Qui ognuno dovrà cercare la propria risposta. Se a qualcuno interessa la mia opinione veda i prossimi due paragrafi, ma… non la impongo a nessuno. :)
Ho analizzato le mie immagini negli ultimi anni, chiedendomi se una maggiore densità di pixel potesse migliorare la qualità delle mie immagini. Il risultato è stato davvero inaspettato: c'erano pochissime immagini la cui qualità poteva essere migliorata grazie alla densità dei pixel. Oltre alle mie mani storte, la colpa è di molti fattori naturali: rumore, movimento, qualità dell'ottica, "aria", AF impreciso, ecc. Inoltre, il 90% delle immagini che avrebbero potuto essere migliorate con una maggiore densità di pixel non avevano bisogno di miglioramenti: avevano già tutti una qualità sufficiente.
È significativo questo la maggior parte le fotografie di bassa qualità soffrivano di una mancanza di sensibilità. Come fotografo naturalista, il movimento e il rumore ora mi disturbano molto di più. 16-25 megapixel in pieno formato è il mio ideale oggi.
Inoltre, non dimenticare la gamma dinamica: la gamma dinamica, che è strettamente correlata al rumore, perché lo limitano alle ombre. Pixel più piccoli significa DD più piccolo. Ognuno trarrà qui le proprie conclusioni. E per coloro per i quali la densità dei pixel è più importante, voglio mettere in guardia su un altro insidioso nemico che ti aspetterà sempre e dal quale non potrai nasconderti. Almeno in questo universo. Questa è la diffrazione...
Parte terza. Diffrazione in fotografia. Teoria
Per questa parte del mio articolo, tutte le cifre sono tratte da
meraviglioso sussidio didattico sulla diffrazione:
Esercitazioni: diffrazione e fotografia. Altamente raccomandato
a tutti coloro che vogliono comprendere a fondo questo argomento.
La matrice non ha nulla a che fare con questa parte, ma devi comunque prenderti la colpa. Per la fisica. Cosa c'entra la diffrazione con la matrice di una fotocamera digitale? Nessuno. Ma vediamo cosa intendiamo con la parola diffrazione quando parliamo di grattacapi per i fotografi?
Senza entrare nei dettagli, la diffrazione è un fenomeno fisico che ci impedisce di chiudere troppo il diaframma, riducendo la qualità dell'immagine risultante.
Se consideriamo le cause della diffrazione, vedremo che essa appare quando la luce passa attraverso un diaframma. Dopo aver attraversato il diaframma, i raggi non vanno più dritti come vorremmo, ma “si stratificano” leggermente, divergendo ai lati. Di conseguenza, ogni raggio forma sulla superficie della matrice non solo un punto, ma un "cerchio e cerchi nell'acqua" - anelli di diffrazione o, come viene anche chiamato disco di Airy (dal nome dello scienziato, astronomo inglese - George Biddell Airy):
Naturalmente, a differenza di un punto ben focalizzato, tali dischi possono arrampicarsi sui pixel vicini se sono sufficientemente posizionati stretto. E quando si insinuano sui pixel vicini, diciamo addio alla buona nitidezza.
Consideriamo questo fenomeno con un esempio. Conoscendo la dimensione dei pixel, possiamo facilmente costruire una griglia che indica i confini dei pixel (linee tratteggiate). Più avanti formula calcoliamo il diametro del disco di Airy e, per semplicità, lo rappresentiamo come un punto luminoso. E proviamo ad applicare sulla nostra griglia i dischetti di Airy, caratteristici dei diaframmi più comuni. Ad esempio, ho preso la dimensione dei pixel della fotocamera 5D MarkII e i valori di apertura sono indicati sotto ciascuna figura:
Come puoi vedere, con una griglia di pixel costante, il cerchio di Airy cresce. A f/16, si insinua già in modo significativo nei pixel vicini, il che nella vita reale offusca l'immagine, non dandoci la nitidezza pixel per pixel. E a f/22 questo disco occupa quasi tutta l'area di 9 pixel!
Conoscendo la dimensione di questo cerchio, posso calcolare l'apertura massima chiusa, oltre la quale un'ulteriore chiusura peggiorerà la foto. Questa opzione è il mio collega con the-digital-picture.com chiamate DLA (apertura limitata di diffrazione), che corrisponde al termine russo DOP (apertura limitata dalla diffrazione). Tuttavia, i miei calcoli sul valore numerico di questo parametro sono leggermente diversi dai calcoli dell'autore del sito sopra. Ad esempio, nella sua formula, a quanto pare, tiene in qualche modo conto della dimensione dell'intera matrice (in particolare, a parità di densità di pixel, i valori di DLA 40D (f/9.3) e 1D MarkIV (f/9.1) sono diversi ). Questo, ovviamente, non può essere vero quando parliamo di diffrazione a livello di pixel. Tuttavia, i nostri risultati non differiscono molto, quindi la differenza può essere trascurata. Inoltre, a causa della combinazione di molti fattori (i confini sfumati del disco, la complessa struttura delle celle della matrice, ecc.), è impossibile nominare con assoluta precisione il valore DLA dopo il quale inizia a osservarsi il degrado dell'immagine.
Quindi vediamo come funziona. Per la 5D MarkII (così come la 20D), il DLA è f/10.8, che è molto vicino all'immagine sopra etichettata f/11. Allo stesso tempo, per la Canon 1D (solo 4 mp, le celle a matrice più grandi tra tutte le fotocamere Canon), questo parametro è f/19.1. Fermiamoci a f/16 e vediamo come apparirà il disco di Airy proiettato su una griglia di pixel 1D e su una griglia 5D MarkII (o 1Ds MarkIII o 20D):
Come si vede da questo esempio, ciò che è concesso a Giove non è concesso al toro. Quando si scatta su 1D, possiamo facilmente chiudere l'apertura a f/16, ma sulla 5D Mark II ciò porterà ad una possibile diminuzione del dettaglio.
Parte quarta. Diffrazione in fotografia. Pratica
Quanto sopra era solo una teoria arida. È assolutamente corretto, ma non tiene conto del fatto che molto spesso le ottiche non sono in grado di produrre dettagli sufficienti e le aperture hanno DLA. Allora come funziona in pratica? 
In effetti, l'ottica non sempre fornisce una qualità che ci consenta di vedere la nitidezza pixel per pixel. Inoltre, come sappiamo, la qualità dell'immagine aumenta man mano che si chiude il diaframma. Per questo motivo, con ottiche di alta qualità potremmo notare un peggioramento della qualità dovuto alla diffrazione ad aperture vicine al DLA, ma con quelle scadenti ciò può accadere molto più tardi. Tuttavia, se il degrado si verifica di uno o anche due valori di apertura sullo stesso DLA, ciò significa che il sensore della fotocamera con quell'obiettivo non ottiene mai abbastanza dettagli. Quelli. non ci sarà mai nitidezza pixel per pixel, altrimenti potremmo notare della diffrazione a livello del valore numerico DLA.
Cosa possiamo osservare sulle fotocamere ad alta densità di pixel? Prendiamo ad esempio la nuova fotocamera Canon EOS 7D (al momento in cui scrivo queste righe). Il DLA è f/7.2. Cosa significa? Ciò significa che la 7D sarà in grado di produrre dettagli pixel per pixel solo con aperture inferiori a 7,2. Prendiamo una buona ottica e guardiamo il risultato. Per fare ciò, rivolgiamoci alla risorsa The Digital Picture per chiedere aiuto. Lì possiamo trovare un'istantanea di uno speciale grafico di prova su una fotocamera 7D che utilizza una buona ottica (Canon EF 200mm f/2.0L IS USM). Confrontiamo uno scatto effettuato con l'apertura massima 5,6 e 8
. Come possiamo vedere, la nitidezza peggiora leggermente: la teoria funziona! Ora confrontiamo 5,6 e 11
- qui si nota già un notevole calo di nitidezza, non solo al centro, ma anche negli angoli!
L'intero paradosso delle fotocamere con un'elevata densità di pixel è che è già difficile per l'ottica trasmettere una quantità significativa di dettagli, ma trasmettere una quantità significativa di dettagli ad aperture superiori a f/8... temo che questo sia un compito solo per obiettivi davvero eccezionali. Come Canon EF 200mm f/2.0L IS USM ~ per $ 6000...
In conclusione, per i lettori disattenti, ci tengo a sottolinearlo ancora una volta la diffrazione non è un parametro della matrice , distorce l'immagine a matrice e non dipende dalla marca della fotocamera (e se sì, la differenza è minima e non ne tengo conto).
Ringrazio Dmitry (Dottor Cthulhu) per la sua assistenza nella modifica del testo dell'articolo.Tabella delle caratteristiche delle matrici delle fotocamere digitali
| Modello | Prodotto | Tipo | deputato* | Fattore di raccolto | Dimensione pixel (micron) | Area (mm2) | Dimensioni dello stampo (mm) | Dimensione della matrice (pixel) |
DPI | DLA** | FF*** (mp) |
| Canone | |||||||||||
| 1D | Kodak | CCD | 4,1 | 1,3 volte | 11,6 µm | 548,2 | 28,7×19,1 | 2464 x 1648 | 2181 | f/19,1 | 6,4 |
| D30 | Canone | CMOS | 3,1 | 1,6 volte | 10,5 µm | 342,8 | 22,7×15,1 | 2160 x 1440 | 2417 | f/17,6 | 7,8 |
| 1D | Canone | CMOS | 11,0 | 1,0x | 8,8 µm | 852 | 35,8×23,8 | 4064 x 2704 | 2883 | f/14,8 | 11,1 |
| 1D Marco II | Canone | CMOS | 8,2 | 1,3 volte | 8,2 µm | 548,2 | 28,7×19,1 | 3504 x 2336 | 3101 | f/13,8 | 12,9 |
| 5 D | Canone | CMOS | 12,7 | 1,0x | 8,2 µm | 852 | 35,8×23,9 | 4368 x 2912 | 3101 | f/13,8 | 12,9 |
| 300D/D60/10D | Canone | CMOS | 6,3 | 1,6 volte | 7,4 µm | 342,8 | 22,7×15,1 | 3072 x 2048 | 3400 | f/12,4 | 15,5 |
| 1DS Mark II | Canone | CMOS | 16,6 | 1,0x | 7,2 µm | 864 | ~36×24 | 4992 x 3328 | 3514 | f/12,1 | 16,5 |
| 1D Marco III | Canone | CMOS | 10,1 | 1,3 volte | 7,2 µm | 525,5 | 28,1×18,7 | 3888 x 2592 | 3514 | f/12,1 | 16,5 |
| 1Dx | Canone | CMOS | 17,9 | 1,0x | 6,9 µm | 864 | 36×24 | 5184 x 3456 | 3657 | f/11,7 | 17,9 |
| 350D/20D/30D | Canone | CMOS | 8,2 | 1,6 volte | 6,4 µm | 337,5 | 22,5×15,0 | 3504 x 2336 | 3955 | f/10,8 | 20,9 |
| 5D II/1D III | Canone | CMOS | 21,0 | 1,0x | 6,4 µm | 864 | ~36×24 | 5616 x 3744 | 3955 | f/10,8 | 20,9 |
| 5D III | Canone | CMOS | 22,1 | 1,0x | 6,25 µm | 864 | 36×24 | 5760 x 3840 | 4064 | f/10,6 | 22,1 |
| 1000D/400D/40D | Canone | CMOS | 10,1 | 1,6 volte | 5,7 µm | 328,6 | 22,2×14,8 | 3888 x 2592 | 4455 | f/9,6 | 26,6 |
| Canon EOS 1D Mark IV | Canone | CMOS | 16,1 | 1,3 volte | 5,7 µm | 518,9 | 27,9×18,6 | 4896 x 3264 | 4455 | f/9,6 | 26,6 |
| Canon EOS 450D | Canone | CMOS | 12,2 | 1,6 volte | 5,2 µm | 328,6 | 22,2×14,8 | 4272 x 2848 | 4888 | f/8,7 | 32,0 |
| 500D, 50D | Canone | CMOS | 15,1 | 1,6 volte | 4,7 µm | 332,3 | 22,3×14,9 | 4752 x 3168 | 5413 | f/7,9 | 39,2 |
| 7D/60D/600D | Canone | CMOS | 17,9 | 1,6 volte | 4,3 µm | 332,3 | 22,3×14,9 | 5184 x 3456 | 5905 | f/7,2 | 46,7 |
| 7D Mark II | Canone | CMOS | 19.96 | 1,6 volte | 4,1 µm | 336 | ~22,4 x 15,0 (?) | 5472 x 3648 | ~ 6177 | f/6,9 | 50,3 |
| 5D(r) | Canone | CMOS | 50,3 | 1,0x | 4,1 µm | 864 | 36×24 | 8688 x 5792 | 6130 | f/6,9 | 50,3 |
| Niko | |||||||||||
| D1/D1H | Sony | CCD | 2,6 | 1,5 volte | 11,9 µm | 367,4 | 23,7×15,5 | 2000 x 1312 | 2143 | f/20 | 6,2 |
| D2H | Nikon | JFET | 4,0 | 1,5 volte | 9,6 µm | 367,4 | 23,7×15,5 | 2464 x 1632 | 2641 | f/16.1 | 9,3 |
| D1X**** | Sony | CCD | 5,3 | 1,5 volte | 5,9/11,9 | 369,7 | 23,7×15,6 | 4028 x 1324 | - | - | - |
| D700/D3/D3s | ? | CMOS | 12.1 | 1,0x | 8,4 µm | 860,4 | 36,0 x 23,9 | 4256 x 2832 | 3003 | f/14.1 | 12,2 |
| D4 | ? | CMOS | 16,2 | 1,0x | 7,3 µm | 860,4 | 36,0 x 23,9 | 4928 x 3280 | 3476 | f/12,4 | 16,2 |
| D40/D50/D70/D100 | Sony | CCD | 6,0 | 1,5 volte | 7,8 µm | 367,4 | 23,7×15,5 | 3008x2000 | 3237 | f/13,1 | 14,0 |
| D3000/D40x/D60/D80/D200 | Sony | CCD | 10,0 | 1,5 volte | 6,1 µm | 372,9 | 23,6×15,8 | 3872 x 2592 | 4167 | f/10,3 | 23,4 |
| D3X | ? | CMOS | 24,4 | 1,0x | 5,9 µm | 861,6 | 35,9×24 | 6048 x 4032 | 4279 | f/9,9 | 24,4 |
| D5000/D90 | Sony | CMOS | 12.2 | 1,5 volte | 5,4 µm | 369,7 | 23,7×15,6 | 4288 x 2848 | 4637 | f/9 | 28,8 |
| D300(i)/D2X(i) | Sony | CMOS | 12.2 | 1,5 volte | 5,4 µm | 369,7 | 23,7×15,6 | 4288 x 2848 | 4637 | f/9 | 28,8 |
| D800(e) | ? | CMOS | 36,2 | 1,0x | 4,9 µm | 861,6 | 35,9×24 | 7360×4912 | 5207 | f/8,2 | 36,3 |
| D7000/5100 | Sony | CMOS | 16.1 | 1,5 volte | 4,8 µm | 370,5 | 23,6×15,7 | 4928 x 3264 | 5303 | f/8.1 | 37,4 |
| Sonya | |||||||||||
| UN 100/200/230/300/330 | Sony | CCD | 10.0 | 1,5 volte | 6,1 µm | 372,9 | 23,6×15,8 | 3872 x 2592 | 4167 | f/10,2 | 23,3 |
| A900/A850 | Sony | CMOS | 24,4 | 1,0x | 5,9 µm | 861,6 | 35,9×24 | 6048 x 4032 | 4279 | f/9,9 | 24,4 |
| A500 | Sony | CMOS | 12.2 | 1,5 volte | 5,7 µm | 366,6 | 23,5×15,6 | 4272 x 2848 | 4617 | f/9,6 | 28,6 |
| A700 | Sony | CMOS | 12.2 | 1,5 volte | 5,5 µm | 368,2 | 23,5×15,6 | 4288 x 2856 | 4635 | f/9,2 | 28,8 |
| A350/A380 | Sony | CCD | 14.0 | 1,5 volte | 5,1 µm | 369 | 23,5×15,7 | 4592 x 3056 | 4963 | f/8,6 | 33,0 |
| Sony A550 | Sony | CMOS | 14.0 | 1,5 volte | 5,1 µm | 365 | 23,4×15,6 | 4592 x 3056 | 4984 | f/8,6 | 33,3 |
| SLT-A57/35/55/A580 | Sony | CMOS | 16,0 | 1,5 volte | 4,8 µm | 366,6 | 23,5×15,6 | 4912 x 3264 | 5309 | f/8.1 | 37,7 |
| SLT-A77/A65/NEX-7 | Sony | CMOS | 24,0 | 1,5 volte | 3,9 µm | 366,6 | 23,5×15,6 | 6000 x 4000 | 6485 | f/6,5 | 54 |
| Fu j i f i l m***** | |||||||||||
| S2pro | Fujifilm | CCD | 6,1 | 1,6 volte | 7,6 µm | 356,5 | 23×15,5 | 3024×2016 | 3340 | f/12,8 | 14,9 |
| S3/S5 Pro | Fujifilm | CCD | 6,1 | 1,6 volte | 7,6 µm | 356,5 | 23×15,5 | 3024×2016 | 3340 | f/12,8 | 14,9 |
| P e n t a x | |||||||||||
| K100D (Super) /K110D | Sony | CCD | 6,0 | 1,5 volte | 7,8 µm | 368,95 | 23,5×15,7 | 3008x2008 | 3251 | f/13,1 | 14,2 |
| K10D/K200D/K2000 | Sony | CCD | 10,0 | 1,5 volte | 6,1 µm | 369 | 23,5×15,7 | 3872 x 2592 | 4185 | f/10,3 | 23,6 |
| 645D | Kodak | CCD | 39,5 | 0,7 volte | 6,1 µm | 1452 | 44×33 | 7264 x 5440 | 4193 | f/10,2 | 24,5 |
| K-r | ? | CMOS | 12.2 | 1,5 volte | 5,5 µm | 372,9 | 23,6×15,8 | 4288 x 2848 | 4615 | f/9,3 | 28,3 |
| K20D/K-7 | SAMSUNG | CMOS | 14.5 | 1,5 volte | 5,0 µm | 365 | 23,4×15,6 | 4672 x 3104 | 5071 | f/8,4 | 34,5 |
| K-5 | Sony | CMOS | 16.1 | 1,5 volte | 4,8 µm | 370,5 | 23,6×15,7 | 4928 x 3264 | 5303 | f/8.1 | 37,4 |
| S igm a****** | |||||||||||
| SD14/SD15/DP1/DP2 | Foveon | CMOS | 4,7 | 1,7 volte | 7,8 µm | 285,7 | 20,7×13,8 | 2640 x 1760 | 3239 | f/13,1 | 14,1 |
| DS1(m) | Foveon | CMOS | 15,4 | 1,5 volte | 5 µm | 384 | 24×16 | 4800 x 3200 | 5080 | f/8,5 | 34,6 |
| SAMSUNG | |||||||||||
| GX-20 | SAMSUNG | CMOS | 14.6 | 1,5 volte | 5,0 µm | 365 | 23,4×15,6 | 4688 x 3120 | 5089 | f/8,4 | 34,6 |
| NV40 | ? | CCD | 10,1 | 6,0x | 1,7 µm | 28,2 | 6,13×4,60 | 3648 x 2736 | 15116 | f/2,9 | 306 |
| O l y m pu s | |||||||||||
| E400/410/420/450 | Matsushita | NMOS | 9.98 | 2,0x | 4,7 µm | 225 | 17,3 x 13,0 | 3648 x 2736 | 5356 | f/7,9 | 38,4 |
| E510/520/E3 | Matsushita | NMOS | 9.98 | 2,0x | 4,7 µm | 225 | 17,3 x 13,0 | 3648 x 2736 | 5356 | f/7,9 | 38,4 |
| E620/E30/E5 | Matsushita | NMOS | 12.2 | 2,0x | 4,3 µm | 225 | 17,3 x 13,0 | 4032 x 3024 | 5919 | f/7,3 | 48,7 |
| E-M5 | Matsushita | NMOS | 15.9 | 2,0x | 3,7 µm | 225 | 17,3 x 13,0 | 4608 x 3456 | 6765 | f/6,3 | 63,7 |
| L e i c a | |||||||||||
| M8 | Kodak | CCD | 10 | 1,3 volte | 6,8 µm | 479,7 | 26,8×17,9 | 3936x2630 | 3731 | f/11,4 | 18,1 |
| M9 | Kodak | CCD | 18,1 | 1,0x | 6,8 µm | 864 | 36×24 | 5212 x 3472 | 3731 | f/11,4 | 18,1 |
| S2 | Kodak | CCD | 37.5 | 0,8 volte | 6,0 µm | 1350 | 45×30 | 7500 x 5000 | 4230 | f/10 | 22,4 |
| H a s s e l b l a d | |||||||||||
| H3DII-31 | Kodak | CCD | 31,6 | 0,8 volte | 6,8 µm | 1463 | 44,2 x 33,1 | 6496 x 4872 | 3731 | f/11,4 | 18,1 |
| H3DII-39 | Kodak | CCD | 39,0 | 0,7x | 6,8 µm | 1807 | 49,1×36,8 | 7212 x 5412 | 3731 | f/11,4 | 18,1 |
| H3DII-50 | Kodak | CCD | 50,1 | 0,7x | 6,0 µm | 1807 | 49,1×36,8 | 8176 x 6132 | 4230 | f/10 | 22,4 |
| Telefoni | |||||||||||
| iPhone 3G | 2 DLA (apertura limitata di diffrazione) - DOD (apertura limitata di diffrazione). L'apertura più stretta alla quale è possibile la nitidezza pixel per pixel (per maggiori dettagli, vedere la sezione Diffrazione, prima della tabella). 3 36x24 mp - mostra il numero stimato di pixel su una matrice a pieno formato realizzata utilizzando la tecnologia della fotocamera in questione. Cioè, ad esempio, se realizzi un sensore a pieno formato basato su una Canon 50D, sarà 39,2 mp. 4 pixel della Nikon D1x sono rettangolari. I reali 5 mp ricevuti dalla matrice sono stati allungati in una fotografia da 10 mp. Non ha senso calcolare dpi e dla per una tecnica del genere. 5 Fujifilm - Nel calcolare i dpi del sensore per le fotocamere Fujifilm con matrice non standard (con due tipi di celle), sono stati presi in considerazione solo i pixel principali. A causa della struttura a matrice, sarebbe errato contare sia i pixel primari che quelli secondari. I pixel principali occupano quasi l'intero volume utile, mentre quelli piccoli e aggiuntivi occupano solo piccole celle tra loro (per di più informazioni dettagliate vedere il sito web ufficiale Fujifilm). 6 Sigma - Le matrici Foveon, utilizzate nelle fotocamere Sigma, sono costituite da tre strati (RGB) e, a differenza di altre fotocamere, ogni pixel nella fotografia è formato da tre pixel della matrice. Ciò accade perché i pixel si trovano uno sopra l'altro e non riportano informazioni aggiuntive sulla luminosità (solo sul colore). Ecco perché con una matrice di ~ 14 mp, le fotografie misurano solo 4 mp. La densità dei pixel viene calcolata per uno strato. PS Non posso fare a meno di notare che in effetti, fotorivelatore non occupa l'intera area pixel , un po' di spazio va dato anche ai cd imbracatura. Per aumentare l'area utilizzabile, i produttori creano speciali microlenti di raccolta sulla matrice:
Maggiore è l'area da cui la microlente raccoglie la luce, più efficiente, in teoria, dovrebbe essere il funzionamento della matrice e minore dovrebbe essere il rumore. Ma per ora è solo in teoria... | ||||||||||
Le prime ad essere inserite nella “collezione” delle matrici fotosensibili furono le frontali e videocamera posteriore smartphone di un noto produttore coreano, gentilmente fornito da Vasily Stolyarov. Poi un habrauser che vive vicino a Mosca mi ha inviato la sua vecchia fotocamera Pentax non funzionante (di seguito non indicherò volutamente il modello esatto del dispositivo). Il dispositivo era morto e questo era un buon motivo per consegnarlo nelle mie mani premurose e non buttarlo via, come fanno molti.
E proprio mentre stavo per tagliare, ho ricevuto un'altra offerta dal mio praticamente compagno di classe, Ilya. Non potevo rifiutare questa offerta. Mi è stata presentata una Canon relativamente moderna che aveva problemi a scattare immagini.
Pertanto, sul tavolo rosso-rivoluzionario del Primo Maggio ci sono tre candidati: una fotocamera OEM di un telefono e fotocamere Pentax (la più anziana tra tutti i partecipanti) e Canon (forse la più giovane).
Se qualcun altro non sa perché siamo qui riuniti, in fondo a questo articolo ci sono i collegamenti alla precedente “autopsia”. Se qualcuno ha dimenticato come funziona una fotocamera digitale o perché è necessaria una matrice, allora sei il benvenuto su Wiki o guarda semplicemente questo video da Discovery Channel:
La parte teorica. CCD e CMOS
Oggi, le matrici realizzate con la tecnologia CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) hanno conquistato oltre il 90% del mercato mondiale e, non molto tempo fa, il follemente popolare CCD (Charge-Coupled Device) prevede già un rapido declino.Ci sono molte ragioni per questo, ma no lista completa vantaggi della tecnologia CMOS: in primo luogo, basso consumo energetico in stato statico rispetto al CCD e, in secondo luogo, CMOS "produce" immediatamente un segnale digitale che non richiede conversione aggiuntiva (più precisamente, la conversione avviene su ogni singolo subpixel), a differenza del CCD , che in realtà è un dispositivo analogico, in terzo luogo, basso costo di produzione, soprattutto con matrici di grandi dimensioni.
Puoi conoscere brevemente i principi di funzionamento delle matrici CMOS utilizzando due video di Canon:
Ma tutti i nostri pazienti (forse ad eccezione della matrice della fotocamera cellulare) appartengono all'epoca in cui il CCD regnava sovrano nel mondo e il CMOS stava appena guadagnando forza e sensibilità alla luce per assumere successivamente una posizione di leadership. Pertanto, dirò ancora alcune parole su come funziona la matrice CCD. Di più descrizione dettagliata può sempre essere trovato nelle pagine Wiki.
Quindi, un fotone del soggetto, passando attraverso un filtro Bayer, cioè un filtro colorato RGBG, o un filtro RGBW e una microlente di raccolta, colpisce il materiale semiconduttore fotosensibile. Essendo assorbito, il fotone genera una coppia di buche elettriche, che viene "separata" nella cellula sotto l'influenza di un campo elettrico esterno, e l'elettrone viene "inviato" al salvadanaio - un pozzo potenziale, dove aspetterà "lettura".
Schema del dispositivo a matrice CCD ()
La lettura della matrice CCD avviene “cella per cella”, per così dire. Diciamo che abbiamo un array di 5 x 5 pixel. Per prima cosa leggiamo il numero di elettroni, e in parole povere il valore corrente elettrica, dal primo pixel. Quindi un controller speciale “sposta” tutte le celle di una, cioè la carica della seconda cella fluisce nella prima. Il valore viene letto nuovamente e così via finché non sono state lette tutte e 5 le celle. Successivamente, un altro controller sposta l’“immagine” rimanente lungo una riga e il processo viene ripetuto finché le correnti non vengono misurate in tutte le 25 celle. Può sembrare un processo lungo, ma per 5 milioni di pixel ci vuole solo una frazione di secondo.
Il processo di lettura di un'immagine da una matrice CCD ()
Per renderlo completamente chiaro, ti consiglio di guardare i seguenti video:
Parte pratica
Di solito, i bellissimi smontaggi vengono eseguiti da persone con guanti bianchi come la neve, recentemente sono arrivate alle telecamere, ma dicono che per le istruzioni di montaggio video è necessario pagare un extra inviando un SMS a un numero breve. Successivamente utilizzeremo metodi leggermente più goffi, quindi non consiglio di ripeterlo a casa...Come lo hai capito? telefono cellulare Potete sempre guardarlo nelle pagine dell’articolo precedente, quindi non riproporrò qui questi scatti strazianti.
La suddetta fotocamera Pentax è stata fornita da Monsieur, il cui cuore, mi sembra, ora dovrebbe sanguinare e una lacrima maschile avara gli scorre lungo la guancia:
Smontaggio Pentax nelle fotografie
Di tutta la varietà di dettagli, al momento siamo interessati solo al display LCD, che verrà mostrato agli scolari che verranno da noi, su FNM, durante le escursioni, la matrice CCD stessa, il vetro con qualcosa che ricorda sospettosamente un polarizzatore o un filtro, e illuminazione IR (luce rossa) per le riprese notturne. Vale la pena notare che la matrice è fissata rigidamente al corpo della fotocamera. Di conseguenza, tutte le vibrazioni delle tue mani verranno facilmente trasmesse direttamente alla matrice stessa, il che, vedi, non contribuisce in alcun modo alla fotografia di alta qualità. A quanto pare, ha i nervi del cemento armato.
Tuttavia, ciò non gli ha impedito di “annegare” la sua macchina fotografica preferita. Ricorda, quando vai in paesi caldi in mare in estate e provi a fotografare la prossima onda ondulata, che una fotocamera è un dispositivo in cui le correnti possono portare alla corrosione.
Tracce di corrosione proprio sul cavo che porta al pulsante di scatto (purtroppo non l'unico posto come questo)
È subito chiaro che Canon è un modello leggermente più avanzato e moderno rispetto a Pentax. Ad esempio, la matrice è caricata a molla (piccole molle sono chiaramente visibili nell'immagine in basso a sinistra). Un sistema di stabilizzazione dell'immagine così passivo aiuta ad ottenere immagini di qualità superiore e più chiare, a meno che, ovviamente, tu non sia un nevrastenico in fase avanzata!
Canone "Interni".
A proposito, nella foto in basso a destra puoi vedere chiaramente un enorme condensatore responsabile del flash, a causa dei problemi con i quali una volta dovevo cancellare la mia fotocamera digitale point-and-shoot Canon.
Fotocamera del cellulare
Iniziamo la nostra ricerca con la fotocamera di un telefono cellulare, alla quale non dedicheremo molto tempo e parole in questo articolo perché la matrice stessa ha dimensioni completamente microscopiche ed è difficile da lavorare (segare, macinare).Come non è difficile notare, nelle micrografie ottiche sottostanti la matrice sul bordo presenta due zone: una più chiara e una più scura. Spero che tutti abbiano già indovinato: non ci sono diodi sotto il lato positivo, si applica proprio così, con un margine per coprire al massimo la sottile organizzazione spirituale della matrice...
Copriremo tutto con riserva, non ci importa
Le microfotografie ottenute utilizzando un microscopio ottico differiscono significativamente da quelle prodotte da un microscopio elettronico. Che dire, ad esempio, della “quadratura della sfera”?
Il fatto è che nell'ottica non vediamo strati trasparenti (anche se sono semplicemente meno evidenti), mentre la microscopia elettronica è principalmente un metodo di analisi della superficie, cioè può darsi che i filtri colorati rotondi siano coperti in alto quadrato "tappi". Inoltre, le dimensioni di tale subpixel sferico cubico sono di circa 2,5 micrometri.
Ecco com'è, la quadratura della sfera... tra l'altro, nel vuoto...
Matrice della fotocamera Pentax
Iniziamo il nostro studio della matrice CCD di una fotocamera Pentax con microfotografie ottiche. Con mio profondo rammarico, a causa degli ostacoli sterici, come dicono i chimici, nel sistema del microscopio campione non è stato possibile scattare foto ad alti ingrandimenti ed esaminare i singoli subpixel.
C'è scritto qualcosa, mi chiedo, è possibile vedere i nomi dei bambini cinesi qui da qualche parte?
Ogni piattaforma di atterraggio per i contatti è numerata, ma non ognuna ha lo stesso filo di contatto.
Ed è così che presto impareremo a contare – con l’aiuto della nanotecnologia, ovviamente…
Un confine chiaro tra la matrice stessa e il “piping”
E la seguente micrografia è degna di un libro di testo sulla microscopia elettronica. Sapete perché il microscopio elettronico non è uno strumento di misura? Sì, sì, ecco perché: a causa dell'accumulo locale di carica, oggetti apparentemente sferici sono diventati improvvisamente ellissoidi:
Ma sappiamo che si tratta di sfere...
Successivamente, diamo un'occhiata a ciò che circonda la matrice fotosensibile. Dato che non sono un esperto nel campo della creazione di circuiti elettronici, ho paura anche solo di immaginare perché siano necessari tutti questi progetti complessi e "intricature" di conduttori, forse c'è qualcuno pronto a spiegare lo scopo delle parti e dei componenti seguenti (nei commenti, ovviamente lo stesso)?
Colonne incrollabili che sono sopravvissute al taglio e alla lucidatura...
Puoi rimanere impigliato in questi strati e romperti una gamba o due.
Questo numero “Uno sguardo dall'interno” è significativo; dopo diversi anni di “travagli” ci siamo finalmente costituiti nuovo sistema microanalisi, quindi in alcuni casi posso non solo fornire bellissime immagini, ma anche spiegare quali elementi chimici ciò che si vede è.
Ed ecco la cosa più interessante: la matrice in tutto il suo splendore. Sotto la rete, nelle cellule in cui si trovano le lenti a microsfere, si possono vedere i singoli elementi fotosensibili (o i loro resti, per essere più precisi, è difficile dirlo). Di seguito, quando discuterò della matrice Canon, spiegherò in dettaglio il disegno in “sezione trasversale” della matrice. Per ora passiamo ai dati delle analisi chimiche locali. Si scopre che la rete è costituita da tungsteno e le microsfere, a quanto pare, sono biossido di silicio, che è “ricoperto” dall'alto con una sorta di materiale polimerico. Un'analisi più dettagliata può essere trovata.
Matrix in tutta la sua intricata bellezza
Tornando alla prima immagine SEM di questo capitolo, i contatti sono realizzati in oro puro (ah sì!), ma i conduttori all'interno del sensore sembrano costituiti da alluminio, su cui è spruzzato un sottile strato di rame, il cui contenuto è al limite della sensibilità del dispositivo. Vengono fornite informazioni dettagliate.
Matrice Fotocamera Canon
Continueremo la nostra immersione nei micro e nano mondi, come di consueto, con la microscopia ottica. Come nel caso di Pentax, la matrice della fotocamera Canon non può essere fotografata ad alto ingrandimento a causa di incongruenze geometriche. Tuttavia, dalle microfotografie ottenute, è possibile stimare la dimensione di un singolo subpixel - circa 1,5 micron, che è molto più piccola di quella della matrice di un telefono cellulare.
Micrografie ottiche di un sensore Canon
A proposito, uno dei colpevoli dell'incapacità di scattare foto al microscopio ottico ad alti ingrandimenti è il vetro “coperchio”, che copre la matrice e il suo “riempimento”:
Ottimo scatto: trasmissione dietro il vetro
Naturalmente, le cose più interessanti sono sempre nascoste sui chip, dove il mondo rigorosamente ordinato e cadente dà una crepa, permettendoti di guardare negli angoli più sacramentali del dispositivo:
Torneremo sulle aree giallo-arancio di questa foto un po' più tardi...
Colonne già familiari a noi con uno scopo completamente poco chiaro:
Come risoluti soldatini di stagno
Ora diamo uno sguardo più da vicino alla struttura della matrice CCD. Dall'alto, la matrice CCD è ricoperta da qualcosa che ricorda uno strato polimerico (1), che protegge gli elementi fotosensibili dall'ambiente esterno aggressivo. Sotto ci sono le microlenti con colorante (2 e 3). Ma poiché la microscopia elettronica non consente di ottenere immagini a colori, non è possibile dire con certezza se una sfera grande o piccola sia colorata. Microlenti in biossido di silicio (il materiale più probabile per la loro fabbricazione) sono fissate nelle celle di una rete di tungsteno (4), sotto la quale sono nascosti gli elementi fotosensibili (5). E, naturalmente, l'intera struttura poggia su un substrato di silicio purissimo!
Tenendo conto del fatto che la matrice è inoltre protetta da un vetro “copertivo”, le fotocellule sono protette meglio del Presidente della Federazione Russa nella sua limousine (se, ovviamente, correggiamo per il fattore di scala).
I dati di microanalisi possono essere scaricati.
Disposizione della matrice punto per punto. Descrizione nel testo
Ma non è tutto. Abbiamo ancora un pezzo di vetro che copre la matrice, che, a quanto pare, è un polarizzatore. È un po' ruvido attorno ai bordi, ma quasi perfettamente liscio su tutto il resto della superficie. Sembra che la microscopia ottica non dia alcun risultato: il vetro è come il vetro.
Vetro con un sospetto polarizzatore: niente di insolito
E solo con l'aiuto della microscopia elettronica è possibile vedere il contrasto chimico nell'immagine e nella struttura a strisce. Lo spessore di tale "pellicola" è di soli 2,5 micrometri, mentre le dimensioni dei singoli strati sono rispettivamente di 180 e 100 nm, per quelli più scuri e quelli più chiari. Sulla base dei dati di microanalisi (), mi azzarderei a suggerire che le aree più scure siano arricchite in titanio e le aree chiare siano arricchite in alluminio. Penso che questo sia fantastico!
Si scopre che la fotocamera ha una propria vita a strisce all'interno!
Epilogo
Un simile mondo del secolo passato delle matrici CCD appare davanti a noi oggi.Grazie a tutti coloro (Vasily per il telefono, Ilya e per le telecamere) che hanno dato il loro contributo alla realizzazione di questo articolo. Complimenti a te per averci supportato in questa difficile impresa!
E l'apoteosi di questo articolo, o meglio la sua apoteosi:
Riposa in pace finché non troveremo un nuovo utilizzo per te.
Bonus 1. Che aspetto ha una tempesta di polvere verde a Mosca?
All'inizio volevo pubblicarlo come post separato, ma ho deciso di non ingombrare lo spazio. Solo pochi giorni fa Mosca era coperta da una nuvola giallo-verde, in molti avevano già cominciato a prepararsi per l'arrivo dell'apocalisse, ma non è successo nulla... Qual era in realtà il motivo di un colore così strano?Il clima ha avuto dei problemi su questo pianeta ultimamente: Capodanno partirà senza neve, poi sarà coperto di neve fino in cima, poi la primavera sembrerà inverno, poi all'improvviso arriverà l'estate. Fiori, alberi e vegetazione sono meno adatti a questo tipo di disturbo, quindi 1,5 mesi di primavera compresso in 1 settimana hanno costretto le piante a riconsiderare i loro piani di riproduzione...
Al mattino, sedendomi alla scrivania, ho scoperto sopra uno strato di polvere e, dopo averlo asciugato con un tovagliolo, ho capito che dovevo studiare bene questa polvere. Detto fatto!
Ma ho due notizie per tutti: una buona e una cattiva.
La buona notizia è che il colore della nuvola giallo-verde era proprio dovuto ad una grande quantità di pollini (ne ho contati almeno tre tipi):
Composizione della tempesta di Mosca: polline... In basso a destra, polline sulla superficie di una parte della pianta
La cattiva notizia è che respiriamo anche questo, e ogni giorno, e non durante i periodi di riproduzione delle piante (micro e nanoparticelle che non tutti i filtri catturano):
Composizione della tempesta di Mosca: polvere e sporco non molto piacevoli
Bonus 2. Indovina di cosa si tratta?
La matrice di una fotocamera digitale è costituita da molti singoli elementi sensibili alla luce: pixel, ciascuno di questi elementi forma un punto nell'immagine. Maggiore è la risoluzione della matrice, maggiore è il dettaglio dell'immagine risultante.
Il numero di pixel sulla matrice è chiamato risoluzione della matrice e si misura in megapixel (milioni di pixel). Ciascuno di questi pixel percepisce la luce e la converte in una carica elettrica (più luminosa è la luce, più forte è la carica). Poiché vengono utilizzate solo le informazioni sulla luminosità della luce, l'immagine risulta essere in bianco e nero. Per renderlo colorato, le celle sono ricoperte da filtri colorati.
Nella maggior parte delle matrici, ogni pixel è coperto da un filtro rosso, blu o verde, il cosiddetto RGB filtri ( R ed - rosso, G reen - verde, B lue - blu). Il filtro fa passare solo i raggi del proprio colore nella cella, quindi ogni pixel, per il processore della fotocamera, è rosso, verde o Colore blu e la luminosità di quel colore.
Questi tre colori sono i colori primari e tutti gli altri colori si ottengono mescolando i colori primari. Il processore calcola il colore di ciascun pixel analizzando le informazioni dei pixel vicini.
La disposizione dei filtri varia, ma il più comune è il cosiddetto filtro Baer, quando i filtri di tre colori primari vengono utilizzati nel seguente ordine:
Come puoi vedere, ci sono il doppio delle celle verdi rispetto alle celle di altri colori. Ciò è dovuto alle peculiarità della visione umana, che è più sensibile alla regione verde dello spettro. La perdita di dati in quest’area sarebbe più evidente. Nel filtro Bayer modificato, R G B E, una delle celle verdi è sostituita da quella azzurra (E-emerald, inglese. Smeraldo), che offre una migliore resa cromatica. (tecnologia sviluppata da SONY).
Come vengono calcolati i colori dei pixel
Diciamo che esiste una matrice composta da pixel rossi, verdi e blu:
Adesso fotografiamo l'immagine:
In questo caso, il segnale dalla matrice al processore apparirà come un segnale proveniente da pixel rossi, verdi e blu con luminosità diversa:
Dopo l'elaborazione, il processore calcola il colore di ogni singolo pixel utilizzando le informazioni sugli altri colori delle celle vicine e genera un'immagine digitale:
Come puoi vedere nell'immagine, questa immagine è risultata più sfocata di quella originale. Questo effetto è associato alla perdita di alcune informazioni a causa del passaggio della luce attraverso i filtri colorati e dell'elaborazione delle immagini da parte del processore. Per correggere la sfocatura, il processore della fotocamera rende automaticamente più nitida l'immagine. Inoltre, in questo momento il processore può eseguire altre operazioni: modificare il contrasto, la luminosità, sopprimere il rumore digitale, ecc. a seconda del modello del dispositivo. Molte di queste funzioni vengono eseguite automaticamente dalla fotocamera; i modelli più costosi hanno la possibilità di ulteriori regolazioni manuali.
Esistono anche matrici RGBW ( aggiuntoBianco - bianco), hanno aggiunto pixel che non hanno un filtro colorato, la luce entra nel pixel senza ostacoli e fornisce un segnale più forte (tali matrici sono prodotte da KODAK).
L'utilizzo di un pixel di questo tipo consente di ottenere un'immagine più luminosa in condizioni di scarsa illuminazione, ma potrebbe verificarsi una perdita di dettagli fini del colore, perché Esistono aree di 2x2 pixel in cui sono presenti solo due colori, ad esempio bianco e blu oppure bianco e verde, ecc., il che rende difficile calcolare correttamente il colore.
Risoluzione della matrice e stampa fotografica
Quando stampi un'immagine, i pixel hanno una dimensione fisica, e questo è ciò che viene descritto dalla risoluzione di stampa. Maggiore è il numero di pixel per pollice (ppi) presenti su una stampa, meno evidenti saranno i singoli pixel e più realistica apparirà la stampa.
Quanto dovrebbe essere alta la risoluzione di stampa affinché l'occhio non distingua i singoli pixel e percepisca l'immagine come di alta qualità?
72ppi- risoluzione standard per monitor di computer o stampe visualizzate da lontano (come i poster). A distanza ravvicinata i pixel sono evidenti.
150ppi- Abbastanza un'alta risoluzione in modo che l'occhio non noti i singoli pixel e percepisca l'immagine nel suo insieme.
300ppi- qualità di stampa fotografica. Un ulteriore aumento della risoluzione è necessario solo se la stampa viene vista attraverso una lente di ingrandimento.
Per stampare una foto 10x15 senza perdere qualità, avrete bisogno di una fotocamera con una risoluzione di circa 2,16 megapixel = 1800*1200, più precisamente 2,09 megapixel = 1770*1181 (altezza della foto = 10 cm, 10 cm diviso per 2,54 - ecco quanti centimetri in un pollice, otteniamo 3,937 - questa è l'altezza della carta in pollici, un pollice dovrebbe contenere 300 punti, rispettivamente 3,937*300 = 1181), larghezza = 15/2,54*300 = 1770).
Nelle stampanti, l'abbreviazione dpi (punti per pollice) viene utilizzata per la risoluzione dell'immagine durante la stampa.
Laser e stampanti a getto d'inchiostro non sono in grado di visualizzare tutte le variazioni di colore di un pixel con un punto sulla carta. Invece di trasmettere accuratamente il colore di ciascun pixel, la stampante applica sulla carta una combinazione di punti multicolori, che da una certa distanza vengono percepiti da noi come un tutt'uno. È proprio perché la stampa di un pixel richiede molti punti della stampante che la risoluzione della stampante e la risoluzione dell'immagine sono cose completamente diverse.
C'è un semplice regola del pollice: per determinare la risoluzione dell'immagine necessaria per produrre una stampa di alta qualità, dividi la risoluzione della stampante per quattro. Ad esempio, se la stampante dichiara che la sua risoluzione è 1200 dpi, puoi ottenere la massima qualità se invii un'immagine con una risoluzione di 300 ppi per la stampa.
Nei laboratori fotografici digitali, durante la stampa, ogni punto sulla carta fotografica viene esposto in un colore arbitrario e la risoluzione in punti per pollice (dpi) corrisponde alla risoluzione in (ppi). Pertanto, se il laboratorio stampa con una risoluzione di 300 dpi, la qualità delle stampe non sarà peggiore di quella di una stampante con una risoluzione di 1200 dpi.
Il progresso non si ferma e le stampanti moderne forniscono risoluzioni fino a 5760x1440 dpi. Quale risoluzione della fotocamera è necessaria per sfruttare al massimo il potenziale della risoluzione di tale stampante. Per calcolare quale risoluzione della fotocamera è necessaria per stampare una fotografia di dimensioni 10x15, è necessario dividere la risoluzione della stampante per 4 (poiché un punto non visualizza tutte le sfumature, vedere sopra). Otteniamo 1440x360, quindi per stampare una foto 10x15 avrai bisogno di una risoluzione di 5.9*1440=8496, 3.937*360=1417, 8496*1417 = circa 12 megapixel, per la stampa A4 circa 42 megapixel!
Vantaggi della risoluzione a matrice
Maggiore è la risoluzione della matrice, più chiara e dettagliata sarà la foto che potrai ottenere. Inoltre, maggiore è la risoluzione della matrice, maggiore sarà la dimensione della foto che sarà possibile stampare senza perdita di qualità. Per la stampa di alta qualità di una fotografia di 10x15 cm è sufficiente una fotocamera con una risoluzione di 2 megapixel, per la stampa di una foto A4 - 10 megapixel.
Se desideri utilizzare tutte le funzionalità delle moderne stampanti fotografiche, per stampare una foto di 10x15 cm avrai già bisogno di una fotocamera con una risoluzione matrice di 12 megapixel e A4 - 42 megapixel!
Inoltre, solo perché non hai intenzione di stampare foto di grandi dimensioni oggi non significa che non vorrai stamparle domani, quindi una buona risoluzione non è mai una cosa negativa, ma deve essere sempre presa in considerazione con un altro parametro: la dimensione fisica del sensore della fotocamera digitale.
