Существующие типы матриц планшетных дисплеев

Дисплей — это едва ли не основной компонент любого планшета. Можно сколько угодно говорить о том, что качество работы зависит от установленного железа, и если процессор достаточно мощный, то экраном в некоторой степени можно пренебречь. Однако именно от дисплея зависит, насколько комфортным для зрения будет пользование вашим гаджетом. К тому же, матрица для планшета занимает не последнее место в формировании стоимости готового аппарата.

При выборе планшета пользователи редко обращают внимание на тип матрицы экрана

Зайдя в любой магазин или на сайт интернет-продавца, можно обратить внимание, что в характеристиках товара (графа «Экран») могут указываться различные виды матриц. При этом, чем дороже планшет, тем качественнее должен быть экран. Давайте рассмотрим, какие есть типы экранов планшетов и чем они между собой отличаются.

TN + film

Такая матрица для планшета считается уже устаревшей, так как она не обеспечивает должной цветопередачи, яркости и контрастности, а угол обзора остаётся маленьким. Считается, что TN-матрица имеет самое маленькое время отклика, то есть картинка будет изменяться практически мгновенно. Но на практике такое преимущество не видно невооружённым взглядом, для его замеров нужно специальное оборудование или программное обеспечение. Кроме быстродействия и низкой стоимости, особых преимуществ такая матрица не имеет. Из-за невысокого по современным меркам угла обзора картинка на экране блёкнет и цвета теряют яркость и насыщенность при наклоне планшета. На солнце вообще будет проблематично что-либо разглядеть, поскольку матрица не обеспечивает должной контрастности и яркости.

Не рекомендуем покупать планшеты с такой технологией изготовления экрана, она уже морально устарела. Лучше посмотреть на что-то более современное.

На сегодняшний день это самая популярная матрица для планшета. Производители научились снижать стоимость её изготовления, так что она может встретиться даже на бюджетном аппарате. Считается едва ли не идеальным вариантом для планшета. Среди ее достоинств:

• отличная цветопередача — в отличие от предыдущих технологий, все цвета передаются точно и естественно, особенно это касается дорогих устройств; матрицы премиум-класса имеют близкое к стопроцентному покрытию палитры sRGB — цветового стандарта, применяемого во всём мире, а также Adobe RGB — стандарта, использующегося в профессиональной полиграфии и дизайне;
• высочайший угол обзора — даже наклонив экран в сторону, вы сможете наслаждаться качественной картинкой и яркими цветами; стандартом де-факто является угол 176–178°, то есть без искажений можно смотреть сбоку практически под нулевым углом;
• высокая контрастность — подразумевается максимальная разница между самым ярким белым цветом и самым тёмным чёрным; чем выше показатель, тем точнее передаётся чёрный цвет и тем комфортнее и приятнее для глаз картинка; даже самая недорогая матрица для планшета имеет показатель порядка 750:1;

• качество самой матрицы — экран с такой матрицей всегда выполнен с высоким качеством; она имеет невысокий вес, количество некачественных битых пикселей сведено практически к нулю, а брак практически отсутствует.

И всё же, у такой матрицы имеется и ряд недостатков. Например, излишняя чувствительность к нажатию (матрицу можно повредить, сильно нажав на неё), неравномерная подсветка (хотя невооружённым глазом этого практически не видно) и завышенное количество битых пикселей, существенно превышающее законодательно разрешённые уровни (хотя на это мало кто обратит внимание, да и влияет на общую картину слабо). Общий вывод: IPS-матрица едва ли не лучшая из всех существующих.

Фирменная разработка компании Samsung и встречается только в планшетах этого производителя. По сути, это разновидность IPS. Отличается более низкой стоимостью, улучшенной плотностью пикселей и уменьшенным энергопотреблением. Визуальной разницы практически незаметно.

SuperAMOLED

Ещё одна разработка Samsung, соответственно, встречается только в их планшетах. Если предыдущие виды матриц являются разновидностями жидкокристаллических экранов, то эта новинка имеет несколько иной принцип действия. Картинка формируется с помощью органических светодиодов, на которые подаётся ток сверхмалого напряжения, и тонкоплёночных транзисторов. На сегодня из-за высокой стоимости производственного процесса и некоторых технологических ограничений такая матрица для планшета не является массовой и устанавливается лишь на устройства премиум-класса, — в частности, на планшеты и смартфоны серии Galaxy S.

Технология имеет как ряд преимуществ перед конкурентами, так и определённые недостатки. Начнём с плюсов:

• чёрный цвет, так как передача цветов напрямую зависит от подаваемого тока; чёрный цвет достигается отсутствием электропитания;
• контрастность на порядок выше, чем у конкурентов;
• экономия энергии при просмотре тёмных изображений;
• высочайшая яркость; например, максимальный показатель Samsung Galaxy Tab S2 — порядка 750 кд/м 2 при не более чем 450–500 у конкурентов;
• возможность отключения неиспользуемых пикселей;
• яркие, сочные цвета, максимальное покрытие цветовой палитры;
• меньшая толщина всей конструкции.

Теперь о минусах:

• высокий расход заряда аккумулятора позволяет при необходимости просматривать светлые изображения;
• не всегда корректный белый цвет;
• невысокий срок службы из-за выгорания пикселей;
• слишком перенасыщенные цвета, из-за чего быстро устают глаза.

Но не стоит забывать, что эта технология относительно нова, поэтому со временем все недостатки устраняются.

Retina

При покупке Apple iPad можно встретить информацию, что экран выполнен по технологии Retina. В ней не замечено ничего необычного, скорее всего, очередной маркетинговый ход. Суть технологии в том, что используются матрицы настолько высокого разрешения, что человеческий глаз уже не различает зерно. Складывается впечатление, что пикселей нет вообще, а картинка — сплошная.

Заключение

Надеемся, что смогли пролить свет на используемые виды матриц и после прочтения этой статьи вам будет легче определиться с покупкой. Если подытожить кратко, то при среднем бюджете лучшим выбором будет IPS-матрица. А вот матрица SuperAMOLED хоть и лучше в некоторых моментах, но обойдется заметно дороже.

Какой бы матрице отдали предпочтение вы? Делитесь в комментариях своим мнением.

Размеры матриц в камере смартфона: какие и где встречаются. Размер матрицы

Большинство пользователей в наше время знают, что существует какая-то IPS матрица (например, у них на телефоне), но толком ответить на вопрос о том, что это такое, могут лишь единицы.

На самом деле данная аббревиатура расшифровывается как «In Plane Switching» и означает буквально «Переключение внутри плоскостей».

Раньше она использовалась в телевизорах, причем в профессиональных, а сейчас ее можно видеть в телефонах, планшетах и другой подобной технике.

Причиной такой популярности IPS является невысокая стоимость. Теперь переходим к непосредственному разбору технологии.

Технология отображения

Если вы когда-то изучали строение жидкокристаллической панели своего монитора или телевизора, то легко поймете то, о чем мы будем говорить дальше.

В данном случае панель состоит из следующих элементов:

Передний и задний поляризаторы.

Направляющие жидких кристаллов.

Сами жидкие кристаллы.

Наглядно расположение всех этих элементов можете видеть на рисунке 1.

Кристаллы в таких матрицах поворачиваются при приложении электрического поля, причем делают это одновременно, то есть вместе. Это, кстати, главная особенность IPS. Благодаря такому подходу удалось добиться значительного увеличения угла обзора. Теперь он составляет 178 о, причем как по горизонтали, так и по вертикали.

Для сравнения вот вам две схемы других типов панелей – TN и VA.

Рис. 2 Наглядное отображение панелей TN и VA

Как видите, здесь жидкие кристаллы поворачиваются совсем по-другому, и картинка получается не такой яркой, насыщенной и ее не видно с угла 178 о.

А теперь пробежимся по вышеуказанным элементам. Как известно, поляризатором называется устройство, которое позволяет получать поляризованное оптическое излучение из излучения с произвольной поляризацией.

Другими словами, в этом устройстве выделяется часть естественного света, которая обладает нудным уровнем поляризации при отражении от поверхности. Это нужно для отображения картинки.

Дальше идут светофильтры. Их размещают по два, причем так, чтобы один был повернут перпендикулярно другому. Соответственно, свет не проходит через первый светофильтр. Благодаря этому удается добиться почти идеального отображения черного цвета (разумеется, ничего идеального в мире не существует, но все же). Интересно, что по этой же причине все «битые» пиксели имеют черный цвет, а не белый.

В это время молекулы поворачиваются на 90 о и начинают пропускать свет.

Этому процессу способствуют управляющие транзисторы. Дальше располагается еще один поляризатор и блок подсветки.

Как видите, в приведенных выше других типах матриц все происходит совершенно по-другому. Главное отличие состоит в конфигурации кристаллов. Но такое расположение всех элементов дает ряд существенных преимуществ перед конкурентами, о которых мы еще поговорим. Остановимся на этом более подробно.

Преимущества

Вот список особенностей, за счет которых IPS обгоняет на рынке другие типы матриц:

Цвет практически точно повторяет исходный. По крайней мере, цветовая гамма передается весьма адекватно. Грубо говоря, нет искажения цветов при передаче их от исходника. Причем это актуально для разных углов зрения. Вы можете видеть схему цветов и углов зрения на рисунке 3 трех вышеупомянутых типов матриц – IPS, TN и VA. Возможно это благодаря постоянной цветовой температуре.

Лучший отклик при переходе от серого к серому. Правда, если говорить о других вариациях, то там лучше, безусловно, себя проявляет TN-матрица. Но и это уже очень даже неплохо.

Повышенная устойчивость к давлению. Если говорить о той же VA, то если сильно нажать на экран, произойдет искаженная реакция и некорректное перемещение пикселей. В народе это называется «волнением». Как вы понимаете, такие явления для экранов не являются нормальными.

Самое главное преимущество – яркие и насыщенные цвета. Правда, есть более мощные варианты в этом отношении, например, AMOLED – фирменная разработка Samsung. Но она и стоит на порядок дороже в плане производства.

Также некоторые врачи и эксперты утверждают, что IPS в меньшей степени вредит глазам, чем другие типы экранов. Но это проверить практически невозможно, поэтому мы оставляем это утверждение на ваш суд – хотите верьте, хотите, нет. В любом случае, преимуществ у IPS достаточно.

Разновидности матриц

Разберем типы IPS, которые использовались раньше и которые используются сейчас.

Это позволит нам проследить за эволюцией технологии.

Итак, вот какие разновидности матриц существуют:

Собственно, это самое первое поколение данной технологии и его особенности мы уже разобрали выше.

Super-IPS или S-IPS (сокращенно). В сравнении с первым поколением, это имеет улучшенную контрастность и меньшее время отклика. То есть картинка, грубо говоря, быстрее попадала на экран, чем раньше, и была более качественное.

Advanced Super-IPS или AS-IPS. Увеличена прозрачность матрицы, за счет чего стала выше яркость. Уровень контрастности тоже стал выше.

Horisontal-IPS или H-IPS. Главное улучшение коснулось белого цвета – он стал более оптимизированным. Благодаря этому картинка получилась намного более реалистичной.

Enhanced-IPS или E-IPS. Прозрачность и время отклика стали лучше, а сама технология – дешевле в изготовлении. Интересно, что на порядок лучше стала и цветопередача.

Professional-IPS или P-IPS. В данном случае значительные улучшения претерпел цветовой охват. Если конкретно, то по стандарту Adobe RGB был охват в 98%, а в NTSC – 102%. На момент изобретения технологии (а это 2010 год) она была одной из лучших в мире.

Plane-to-Line Switching или PLS. Фактически, это отдельная технология, но базируется она именно на принципах IPS, поэтому ее тоже можно смело заносить в этот список. Отличие от прародителя состоит в возможности намного более плотно размещать пиксели, а также в более высокой возможности пропуска светы и высокой яркости. Также PLS имеет более низкое энергопотребление, чем IPS. Но они все равно используются намного более активно.

Возможно, в будущем развитие этой технологии приведет к созданию совершенно уникальной матрицы, которая по всем характеристикам будет выигрывать у остальных. О перспективах развития матрицы стоит поговорить более конкретно.

Перспективы развития

На сегодняшний день IPS является одним из самых активно используемых типов матриц для показа изображений.

Основное ее преимущество состоит в низкой стоимости производства при достаточно высоком качестве изображения.

Многие компании сегодня считают развитие техники с такими экранами основным направлением своей деятельности.

Практически все китайские смартфоны, за редким исключением, имеют именно такие дисплеи, и менять ничего производители не собираются.

Если кто-то не изобретет технологию, которая будет выдавать более качественное изображение и при этом меньше стоить, в ближайшем будущем абсолютно ничего не изменится. Сейчас есть технологии, которые выдают более качественную картинку или стоят дешевле, но обе эти характеристики не сочетает ни одна другая матрица. Напоследок рассмотрим, кто может конкурировать с IPS на рынке.

Конкуренты на рынке

Она является чем-то средним между рассматриваемой матрицей и TN.

Кстати, последнюю в качестве конкурента мы не рассматриваем, потому что там картинка совсем плохая в сравнении с IPS.

Также достойную конкуренцию может составить PLS.

У нее, как мы говорили выше, есть ряд преимуществ.

Самым сильным конкурентом модно считать AMOLED. Да, она дороже, но изображение получается настолько качественным, что люди готовы платить больше. На рисунке 5 вы можете видеть наглядное сравнение этих двух типов. Преимущество очевидно. А есть еще и Super-AMOLED, который затыкает рот даже обычному AMOLED.

Но пока IPS – это дешево, оно будет использоваться повсеместно.

Размер матрицы имеет большое значение, но вначале поговорим о принципе действия матрицы фотоаппарата, и таких её характеристиках, как разрешение, «шумность» и светочувствительность.

Матрица фотоаппарата

Принцип действия матрицы
Матрица (сенсор, фотодатчик) это устройство фотокамеры, где получается изображение. Собственно, это аналог фотоплёнки, или плёночного кадра. Как и в нём, лучи света, собранные объективом, «рисуют» картинку. Разница в том, что на плёнке эта картинка хранится, а на датчиках матрицы под действием света возникают электрические сигналы, которые обрабатываются процессором камеры, после чего изображение сохраняется в виде файла на карту памяти. Сама матрица фотоаппарата представляет собой специальную микросхему с фотодатчиками-пикселями (фотодиодами). Именно они при попадании света генерируют сигнал, тем больший, чем больше света попадает на этот датчик-пиксель.

В чём принципиальная разница цифровой и плёночной фотографии? Это электроника против химии, скажет один. Цифра против плёнки, добавит другой. Но это не исчерпывающие ответы! Фотоплёнка совмещает место рождения снимка и место его хранения. Матрица фотоаппарата тоже рождает изображение, но не хранит его. Функцию хранения снимков в цифровой фотографии выполняет карта памяти.

Разрешение матрицы
Итак, мы уже выяснили: матрица фотоаппарата состоит из датчиков пикселей. От количества этих пикселей зависит разрешение (детализация изображения), размер будущей фотокарточки и, к сожалению, уровень шумов. Чем больше пикселей, тем выше детализация. Например, на матрице расположены 4928 точек по ширине и 3264 по высоте. Если перемножить ширину на высоту то получим 16 084 992 (примерно 16 миллионов) пикселей. В этом случае говорят «фотокамера имеет 16 мегапикселей», «разрешение сенсора 16 Мп» и т.д. Вот как выглядит матрица фотоаппарата, если снять объектив и поднять зеркало:

Кстати, хранить камеру в таком виде категорически не рекомендую. Если пыль попадёт на матрицу, то это не лучший день в буднях фотографа:)

Что такое шумы

Кто думает что шум — это завывание автомобиля под окнами, или грохот весенней грозы, тот жестоко заблуждается! Цифровые шумы — это аналог плёночной зернистости, а измеряется такой шум отнюдь не в децибелах (как можно подумать:). Кто снимал плёнкой, тот может этот абзац сразу пропустить, ибо на вопрос «что такое шумы» он уже получил ответ! Остальным советую всё же дочитать абзац до конца:)

Так что такое шумы? Это цветные искажения, похожие на разноцветные «крапинки», возникающие при съёмке в условиях сложного освещения. Особенно хорошо шумы заметны на тёмных участках фотоснимка, на заднем плане, на объектах находящихся не в фокусе. Они здорово портят снимок, делая его неестественным и никакие шумодавы, встроенные в камеру не в состоянии побороть это зло. Победа обычно достигается ценой потери детализации и уничтожения плавности цветовых переходов фотографии. Матрица из года в год совершенствуется, алгоритмы шумодавов тоже, а сам цифровой шум как был, так и остался. Причин появления данного дефекта немало: начиная от повышения сигнала на датчиках матрицы (чем меньше матрица и её датчики — тем больше шумов!) и кончая нагревом камеры с длинной выдержкой экспозиции.

Примеры вы, конечно, увидите ниже (я обещаю!), тем более, что пора перейти к главной причине их появления, а точнее — усиления шума. Причина эта — повышение фотографом светочувствительности матрицы, её мы рассмотрим более подробно.

Светочувствительность

Светочувствительность матрицы складывается из светочувствительности всех её фотодатчиков-пикселей. Поскольку фотографы бывают как натуры поэтические, так и технофилы, то дадим сразу два определения светочувствительности:

1. Светочувствительность — чудесное свойство фотографического материала рождать изображение с помощью света.

2. Светочувствительность — это примитивная способность фотодатчиков матрицы генерировать электрический заряд под действием световой составляющей электромагнитного излучения:)

Зачем же нужно повышать светочувствительность? Качество снимка — не только (и не столько!) мегапиксели, но и натуральные цвета. А это уже зависит от размеров датчиков-пикселей. Чем больше их собственный размер, тем больше света попадает на датчик, тем чище и естественней будут цвета и меньше цифровые шумы. При слабом освещении выдержка получается длинной и тогда, ввиду угрозы смаза снимка, обычно повышают светочувствительность фотоматериала (светочувствительность обозначают в единицах ISO). В плёночной фотографии для этого меняют плёнку, а цифровая фотокамера проще: ISO меняется в настройках самого фотоаппарата. В мыльницах — только автоматически, в камерах с ручными настройками — либо автоматически, либо задаётся фотографом.

В компактах обычные значения от 50 до 3200-6400 единиц ISO (было до 400 в 2007 г.), в зеркалках, как правило, от 100 до 6400-25600 и даже ещё выше (в 2007 г. было всего 1600). Сегодня это нормальные цифры, которые определены размером и другими характеристиками матрицы — при этом, чем больше размер — тем больше светочувствительность. На бОльшие значения ISO вряд ли стоит серьёзно обращать внимание, разве что только у «совсем топовых» моделях зеркалок. Цифирь растёт, а от шума всё равно никуда не деться: шумела матрица и будет шуметь:)

Матрица цифрозеркалок имеет след. типичные значения светочувствительности:

100; 200; 400; 800; 1600; 3200; 6400; 12800; 25600; 51200

а бывают и больше, найдите закономерность и цифровой ряд можно легко продолжить самостоятельно:)

Светочувствительность в цифровом фотоаппарате повышают для возможности снимать с более короткой выдержкой (или более прикрытой диафрагмой).

А если говорить проще — при плохом освещении.

Но какое же ISO фотографу нужно выставлять при съёмке? Если позволяет выдержка, то минимальное.

А если выдержка не позволяет? Вот тогда и приходиться повышать светочувствительность матрицы фотоаппарата. В принципе, ставить по максимальному значению было бы превосходно, если не один очень неприятный момент: с ростом ISO цветных искажений обычно становятся ещё больше.
Вот пример шумов матрицы старинного компакта (2003 г.) в условиях сложного освещения (тёмный коридор, с отсветом тусклой лампочки) на датчиках матрицы размера 1/1.8″» (7.2 х 5.3 мм.) Без применения вспышки было сделано 4 снимка: со светочувствительностью в 50, 100, 200 и 400 единиц (для получения такой же экспозиции выдержка укорачивалась по мере увеличения ISO). Снимки лучше увеличить:

ISO-50, выдержка 2 с.	ISO-100, выдержка 1 с.
ISO-200, выдержка 1/2 с.	ISO-400, выдержка 1/4 с.

Итак, повысив чувствительность до 400 единиц, нам удалось укоротить выдержку с 2-х до 1/4 сек., т.е. практически в 8 раз! Отлично, не правда ли? Всё хорошо, если не думать о том, что 1/4 тоже недостаточно для съёмки без штатива. Но ведь в других случаях укорачивание выдержки в 8 раз реально поможет, например, с 1/10 до 1/80 сек. Дело сейчас не в этом. Действительно, всё хорошо, если не обращать внимания на шумы. И если на ISO-50 их почти нет, а на 100 они малозаметны, то уже на ISO-200 шумы видны вполне отчётливо. Впрочем, некоторым и это покажется приемлемым, а вот на ISO-400 цветная мозаика становятся неприятной, а для кого то совсем невыносимой. Чтобы ясно представить различие посмотрите увеличенные центральные части снимков на iso-50 и iso-400. Как говорится, почувствуйте разницу!

Конечно, в условиях недостатка света лучше всего увеличивать выдержку, а не ISO. Но как правило, на длительных выдержках возникает шевелёнка (дрожание камеры в руках), а шевелёнка смажет картинку. В нашем примере использовался штатив, и потому на 2 сек. смаза не было. Но штатив не всегда удобно с собой таскать, в результате на мелких датчиках с шумами приходиться мириться, и количество мегапикселей тут ни чем не поможет. Даже наоборот, если нарастить их число на маленькой матрице, то это может привести к сильным шумам даже на чувствительности ISO-50.

Часто можно услышать вопрос: «почему на исо 400 компакт шумит больше, чем зеркалка — ведь исо то одинаковы?». Да, но сенсоры у них не одинаковы: зеркальная фотокамера имеет размер матрицы больше! И сравнивать единицы ISO в этом случае не совсем корректно, здесь можно сравнивать только уровень шума. И когда мы меняем в настройках камеры ISO, то меняем не совсем светочувствительность матрицы (чувствительность ей задана на заводе раз и навсегда!), а лишь уровень электрического сигнала — и, соответственно, шума. Поскольку чувствительность большей матрицы изначально выше, то и соотношение сигнал/шум получаем лучше! Надо учитывать, что с годами матрицы, конечно, совершенствуются, поэтому:

В более современных моделях либо шумов будет меньше, либо пикселей больше, либо цена ниже. И наоборот:)

По традиции мы будем (для удобства) говорить, что меняем светочувствительность фотоаппарата. Но, какие термины не используй, в любом случае ISO 3200 на компакте критики не выдерживает. 🙂

Давайте теперь посмотрим, как шумит зеркальная фотокамера. В следующих примерах использовалась Pentax K10D, совсем древняя (по цифровым меркам) модель, с максимальным ISO 1600), фотосъёмка велась ночью. Вот 4 снимка — на ISO-100, 400, 800 и 1600. Исо-200 я не включил, оно от 100 почти не отличается. Собственно, на таких маленьких картинках они все почти не отличаются! И здесь практически невозможно сравнить (и даже увидеть!) шумы на снимках показанных в пределах превьюшек 400 х 267 пикселей. Вот где сказывается размер матрицы! Поэтому, чтобы увидеть разницу рекомендую кликнуть по фото и увеличить размер. Смотреть шумы нужно в первую очередь на небе, здесь их легче найти:)

От чего зависят шумы? От размера матрицы и количества мегапикселей, от значения светочувствительности и даже от выдержки. Чем меньше матрица, больше мегапикселей, выше ИСО и длиннее выдержка, тем более заметны цветные вкрапления. Если матрица фотоаппарата сильно нагревается от длительной работы и/или жары, шумы могут стать заметнее, особенно на тёмных участках снимка. Поэтому нельзя говорить, что только одни мегапиксели, или повышенная чувствительность дают сильные шумы — при совпадении благоприятных факторов дефекты от шумов могут быть малозаметны глазу — даже на максимальном ИСО!

В одном из писем мне задали вопрос: «откуда материалы? будьте любезны ссылку в студию!» Но я не библиотекарь — всего лишь делюсь собственным опытом, который привык подтверждать снимками (кстати, тоже своими). Вот 2 фотографии, одна на ИСО 100, другая на ИСО 1600. Зеркальная фотокамера та же самая. Сделаны в светлое время суток при лёгком снегопаде. И короткой выдержке на ISO 100 и — особенно — на ISO 1600. Даже кликнув по снимку и загрузив полноразмерные кадры непросто заметить существенные различия!

Советую щёлкнуть по снимку и затем увеличить его, иначе разницу сразу не понять. без этого фотографии почти неразличимы. Напоминаю, речь идёт о чувствительности ISO-100 против ISO-1600! А что с выдержкой? Нам удалось укоротить её с 1/10 до 1/180 т.е. в 18 раз!! А это уже даёт возможность свободно снимать с рук без штатива с минимальными шумами. Впрочем, здесь мы могли уже на ISO-800 снимать запросто без штатива с выдержкой 1/90 сек, и даже на ИСО 400 с 1/45 сек — для широкого угла такой выдержки обычно хватает.

А вот эксперимент иного рода. Ниже вы видите 2 домашние фотографии. Ничего особенного, одна и та же ёлка, слева снимок без вспышки, справа со вспышкой. Увеличения не сделано, можете не кликать мышью — большой размер посмотрим чуть позже.

На маленьких изображениях никаких деталей не разглядеть, поэтому чуть ниже смотрим их увеличенные центральные части. Ну, что можно сказать? 1 фотография с очень сильными шумами, на второй шумы тоже заметны, но их на порядок меньше. В общем, предполагаем только три варианта. Сейчас автор нам скажет примерно следующее: вот, смотрите, какие разные шумы дают компакт и зеркальная фотокамера на светочувствительности матрицы в 400 единиц. А, возможно, и наоборот: сделано одной и той же камерой, но с разными ИСО. Или разными камерами с разными настройками:) Какой вариант более правильный?

На самом деле оба снимка сделаны одной и той же зеркальной фотокамерой и. с одинаковым iso! Мало того и выдержки не длинные, причём они вполне сопоставимы, 1/30 и 1/45 сек. Почему же такая разница в шумах? Всё дело заключается в освещении. На светлых участках фотографии шумов, как правило, меньше, а на тёмных — больше. Да, кстати, на обоих снимках светочувствительность 1600 единиц ИСО! Смотрим полный размер (при этом следует помнить, что цвет занавесок был изначально белым, да и после фотосъёмки он не пострадал)!

Вывод прост. Даже на одной и той же фотокамере (с одной и той же матрицей), один и тот же сюжет, снятый на одинаковой светочувствительности, может дать количество цветовых дефектов — шумов — совершенно разное!

Теперь мы видим, сколько много факторов влияет на шумы в цифровом фотоаппарате, кроме размера матрицы, до которого мы ещё доберёмся. А сколько рождается мифов и домыслов при сравнении снимков разных фотокамер на одинаковой светочувствительности, чтобы определить — какая из них меньше шумит!

Вот когда на форумах утверждают, что зеркалка фирмы А шумит больше зеркалки фирмы Б, то смех берёт, особенно если фотокамеры (и их матрица!) одной ценовой категории и года выпуска. Видимо, эти люди накупили объективов разных фирм, затем, время от времени, покупают самые последние зеркалки разных производителей, и тестируют их в одних и тех же условиях, чтобы доказать: моя камера (и фирма!) лучше всех. Ничего не поделаешь — это фоторелигия! Покажите эти незатейливые снимки спорящим до хрипоты, примирите их греховные страсти и развейте заблуждения во избежание религиозного кровопролития:)

Однако в случае появления новых фотокамер (точнее новых матриц!) качество снимка на больших ИСО может действительно улучшиться.

Со временем технологии развиваются, матрицы совершенствуются, реки текут, сады цветут, а шумов становится меньше. Их было бы ещё меньше, если производитель попутно не наращивал количество мегапикселей (датчиков)! Это возможно только за счёт уменьшения собственных размеров этих датчиков — чтобы последние уместились на матрице. Это вроде нормально, цветопередача не становится хуже (иногда и лучше), а взамен мы получаем возможность увеличивать картинку. Правда, не совсем понятно, для чего пользователю нужна матрица, скажем в 20 Мп. Я не поверю, что все печатают огромные плакаты, большинство вообще ничего не печатает!

Приведу снимок сделанный Pentax K5-II, камера выпущена в 2012 году на матрице высокой чувствительности. Данная матрица и сейчас неплохо смотрится по фотошироте и уровню шумов при высоких ISO. Если бы не нарастили количество датчиков, уменьшив их размер — шумов было ещё меньше, а счастья больше!

ИСО 3200, матрица о 16 головах миллионах датчиков
размер изображения 4928 х 3264

Но смысл есть даже в таком решении. В метро освещение всегда отвратительное, люди двигаются умом и толкаются, а снимок сделан с рук, без штатива. За счёт высокой ИСО удалось добиться выдержки 1/50 сек. Шумы на 3200, конечно, есть, но, если не печатать полным размером, их будет почти не видно, а на карточке 10х15 см их даже гурман не разглядит. Знаете, есть такая каста гурманов, которые считаются большими знатоками и ценителями фотографии по наличию отсутствия шумов, или присутствию их наличия:)

Я намеренно привёл снимок сделанный в боевых условиях, а не при студийном свете, которым иные авторы пользуются (вот странно!) при тестировании матрицы фотоаппаратов на шумы — в своих на редкость непредвзятых обзорах:)

При правильно выбранном освещении результаты будут, конечно, лучше. Даже при обычном дневном свете шумы могут оставлять благостное ощущение вседозволенности от «ненужности» вспышки и штатива. Смотрим полноразмерные кадры (7 Мб), сделанные вышеуказанным фотоаппаратом на ISO 3200 и 12800. Съёмка с рук, вспышка отключена, фокусировка по «глазу». Фото следует увеличить, чтобы разглядеть шумы. Легче всего их найти на фоне:)

Вообще то матрица данного фотоаппарата имеет максимальную чувствительность 51200, но я не хочу пугать читателя грязью на картинах, от чего ощущение вседозволенности плавно перетекает в унылую безысходность и даже чувство собственной неполноценности:)

По жизни уныние лéчится только водкой психиатрами ответственностью за тех, кого приручили (а мы пытаемся приручить фотографию). И вот, не взирая на огромные цифры чувствительности, возникает странное желание поставить самое низкое ISO и побороть длинную выдержку — применив штатив, вспышку, или иное освещение. Зачем нам матрица о 16 мегапикселях (их бывает гораздо больше) и грязные картины?

Хуже всего, когда мегапиксели наращивают в «новом» фотоаппарате на старой матрице, и делается это сугубо для мирового зла — маркетинга. Ну, это когда обманывают потребителя по закону:)

Теперь давайте посмотрим шумы от полнокадрового фотоаппарата Canon EOS 6D, матрица КМОП 35,8 х 23,9 мм, снимки предоставлены фотолюбителем из Красноярского края. Съёмка с рук без штатива.

Увеличив фото, мы видим, что ISO 6400 вполне рабочее, а шумы на 1600 и вовсе незаметны. Даже на ISO 25600 вполне можно печатать фотографии небольшого размера (скажем 10 х 15 см), поскольку чем меньше размер отпечатка, тем меньше видны дефекты на нём.

Смотреть шумы дело, конечно, увлекательное, но не стоит впадать в восторг, особенно если сравнить фотографии зеркалки и компакта. Да, зеркальная фотокамера шумит на ISO-800 меньше, чем компакт на ISO-400. Но не следует забывать 2 вещи:
1. все снимки компакта и зеркалки (кроме последних примеров) я делал со штатива — в этом случае ничто не мешает снимать компактом на минимальном ИСО с минимальными шумами.
2. ценность снимка определяется в первую очередь содержанием, а не техническим качеством:-)

Размер матрицы

Размер имеет значение:) Причём очень большое — это один из главных параметров цифровой фотокамеры. Тот самый который почему то не любят указывать производители. Размер матрицы складывается из размеров датчиков-пикселей и расстояния между ними. Именно от этих показателей в первую очередь зависит разрешение изображения, количество шумов, глубина резкости. Всё крайне важно для фотографа: любит он высокую детализацию, не жалует шумы и хочет иметь шикарную возможность менять диафрагмой глубину резкости. Последнее напрямую зависит от размера фотосенсора:

Чем больше размер матрицы в фотоаппарате — тем меньше глубина резкости на снимке!

Перевожу фразу на русский: мыльницы и компакты дают резкость от пупа до самого горизонта (и это хорошо!), а зеркалкой можно реально регулировать ГРИП, выделяя главный объект съёмки — что ещё лучше:) Размер матрицы говорит и об этом, и о габаритах самих фотокамер: у зеркалок вес и габариты больше.

Понятно, что большая матрица имеет более крупные пиксели, чем маленькая, если количество пикселей осталось прежнее. Перед нами условная схема 2-х матриц, первая от цифрокомпакта с не самой маленькой матрицей 7.2 x 5.3 mm (обозначение 1/1.8″), вторая от зеркальной камеры 23.7 x 15.6 mm (обозначение «APS-C» — Advanced Photo System type-C). На самом деле количество квадратиков-пикселей в реальных камерах гораздо больше, (например, 16 миллионов, а не 48 как здесь), но соотношения сторон на схеме для наглядности выполнены достаточно точно.

При одинаковой пиксельности (здесь, например, у обоих матриц 48 квадратиков-пикселей), площадь каждого пикселя у крупной матрицы больше, и соответственно, светочувствительность и цветопередача у зеркалки куда лучше (а шумов меньше!). Увеличить количество пикселей можно двумя способами — увеличить размер матрицы, а можно, наоборот, уменьшить площадь самих «квадратиков», чтобы их больше уместилось на прежнем размере матрицы. Первый путь дорогой, второй дешевле, так как не нужно увеличивать саму матрицу. Догадайтесь, по какому пути пройдёт производитель, чтобы гордо заявить: в нашей камере теперь не 10, а целых 20 мегапикселей!

Больше мегапикселей для детализации снимка, конечно, хорошо, а вот то, что при этом уменьшилась площадь каждого сенсора — очень плохо. В итоге народ вовсю скупает маркетинговые мегапиксели, никак не задумываясь об их происхождении. Вот примеры подобных матриц в 48 клеток и 192 клетки (мегапикселей стало в 4 раза больше!):

Понятно, что на второй схеме количество мегапикселей нарастили, уменьшив площадь каждого из них. А как ещё, если матрица осталась прежнего размера! И вот уже появляются компакты с 12 и даже с 16 Мп, превосходя в этом даже иные зеркалки. Например, зеркальная камера Nikon D50 имела всего 6 Мп — а этого хватало за глаза и за уши, если не печатать больших плакатов!

Цифровые камеры давно уже перешагнули «порог качества» по мегапиксельности. Раньше камера в 2 мегапикселя считалась профессиональной, а в 1 Мп — любительской, и этого одного мегапикселя явно не хватало для хорошей детализации. Но проблема давно ушла в небытие, а если говорить по большому счёту, то количество пресловутых мегапикселей теперь уже вообще не важно. Это количество давно уже стало избыточным даже в мыльницах. Зато появились другие проблемы! Наращивание избыточной детализации используется теперь больше в маркетинговых целях, а не для реального повышения качества.

Хитрые продавцы, а иногда и производители почти никогда не указывают размеры матриц в миллиметрах, используя вместо них непонятные обозначения в т.н. «видиконовых» дюймах, например 1/2.5″, или 1/1.8″. Смысл этих «попугаев» в том, что чем больше число в знаменателе, тем меньше матрица, что окончательно сбивает с толку неискушённого покупателя. Особенно того, кто прогуливал дроби на школьных уроках по математике:) На подсознательном уровне человек всегда страшиться непонятного, и окончательно запутавшись, он уже готов заглотить любую наживку продавца. И про понятные всем мегапиксели — чем больше, тем круче, и про цену — чем дороже, тем престижней, и про дизайн — «в новом модном корпусе оригинального цвета для стильных и успешных», и прочий бред. Ну а кривая роста психических заболеваний поднимается всё выше и выше, безмерно радуя, почему-то, лишь частных психиатров:)

Повторюсь: совсем не обязательно помнить и держать в голове все эти сведения. Достаточно просто понимать, что число 1/1.8 больше, чем, скажем, 1/3, но значительно меньше размера APS-C. Здесь даже калькулятор не потребуется:)

Чтобы лучше представить эти дюймы, миллиметры, кропы и прочие цифроразмеры, смотрим картинку, наглядно изображающую соотношение размеров зеркальных и компактных фотокамер. Матрицы в мыльницах, как правило, имеют размер от 1/3″ до 1/2″ (самое «ходовое» и минимальное сейчас значение 1/2.3), в более дорогих и продвинутых цифрокомпактах от 1/1.8″ и более. Это, конечно, весьма условное деление, но лучше сравнивать фотокамеры по размеру матрицы, нежели по мегапикселям. Большой прямоугольник показывает самый крупный размер, который бывает в 35-мм формате. Синий прямоугольник поменьше расскажет о кропнутых зеркалках, зёлёный — о формате 4/3, а самые маленькие 3 квадратика — это матрицы разного класса цифрокомпактов и мыльниц. Буква k означает кроп-фактор. Т.е. во сколько раз данная матрица меньше полного кадра.

Вам не надо учить все эти цифры наизусть, достаточно иметь примерное представление о том, что покупаете. Вот и посмотрите наглядно, какая реальная чувствительность (а не единицы ISO) вас ждут, какие будут шумы и каков вес с габаритами:) На больших датчиках меньше глубина резкости, нежели на малых, а значит легче добиться эффекта размытия заднего плана — почувствуйте это! И на большом размере матрицы объектив, поставленный на фотоаппарат, будет более широкоуголен, чем поставленный на обрезок APS-C («обрезанный» полный кадр), а на обрезке — станет более длиннофокусным — прочувствуйте и сей факт! Да! Пропорции прямоугольников говорят именно об этом, а не только о кропах, пикселях, размерах матриц и прочей, далёкой от фотоискусства и творчества дребедени информации.

Кстати, эти прямоугольники говорят и о стоимости тоже! Когда авторитетно рассказывают, что цена зеркалки упала до размеров топовых компактов, то забывают сказать что это самая дешёвая зеркалка из любительского класса, и при этом не упоминают о разнице в цене топовых зеркалок и мыльниц нижнего диапазона за 2-3 тысячи рублей — а разница эта огромна:) В общем, смотрите и сравнивайте сами!

Меньше всего матрица в фотокамерах мобильных телефонах. Вот образчик рекламы от фотокамеры мобильника Тошибы:

«Toshiba объявила о том, что она обновила и расширила модельный ряд ПЗС матриц Dynastron для встраивания в мобильные телефоны и коммуникаторы. Две новые модели, 3,2-мегапиксельный сенсор ET8EE6-AS и 2-мегапиксельный ET8EF2-AS — существенный прогресс в уменьшении размеров ПЗС матриц для мобильных телефонов и прочих устройств, снабженных фотокамерой. Обе новые модели ПЗС матриц представляют собой существенный шаг вперёд в области миниатюризации при сохранении высокого разрешения. Сенсор ET8EE6-AS представляет собой 3.2-мегапиксельную ПЗС матрицу размером 1/3.2 оптического формата, превосходя предыдущее достижение компании — размер формата в 1/2.6 дюйма.»
Кстати, уже появился ещё меньший формат — 1/4 дюйма.

Вот так — «существенный прогресс в уменьшении размеров ПЗС матриц»! Впрочем, для мобильных телефонов это актуально, громоздкий мобильный телефон никому не нужен, а фото в нём — необязательная дополнительная фишка. Мобильный телефон должен быть действительно мобильным! Но у нас речь идёт про фотокамеру — а в ней чем больше матрица, тем больше габариты и вес аппарата. Это естественно. А хороша ли маленькая камера? Кому как. Многим нравиться фотик, которое помещается в нагрудный карман. Однако, большой размер не все считают недостатком. Вес и ухватистость камеры обеспечивают её лучшее удержание в руках, в итоге меньше шевелёнка. Согласитесь, что держать двумя руками маленький фотоаппаратик неудобно, а одной надо и держать, и кнопку пуск нажимать — колебание камеры (и смаз снимка!) почти обеспечены. Что важнее? Ответ может быть таким: это всё таки фотоаппарат, а не мобильный телефон!

Матрица у таких зеркалок куда больше, чем у компактов, но, тем не менее, эти зеркалки называют «фотокамера с кропнутой матрицей», камера с урезанным сенсором и даже обрезок.
Вы думаете матрицу «обрезали» чтобы уменьшить размер фотоаппарата, или сделать его дешевле? Нет, это просто попытка удешевить производство, а цену продаж оставить на том же уровне:) В общем, матрицы сделали меньшего размера чем плёночный кадр. На картинках изображён сенсор формата 4/3 (в основном это зеркалки Олимпус), а рядом формат APS-C — Nikon D50, Canon EOS 400D, Pentax K10D и многие другие. Первые в 2 раза мельче полнокадровых матриц, APS-C — меньше в 1.5-1.6 раза. Увы, такие фотокамеры меньше габаритами почему то не стали, чем плёночные зеркалки! Что ещё? Для камер APS-C нередко выпускают «цифровой» объектив с меньшей световой площадью покрытия, но можно использовать и старую «плёночную» оптику — если позволяет байонет (стыковочное крепление объектива с фотокамерой). При этом следует помнить — используя неавтофокусные объективы, придётся фокусироваться вручную.

зеркалки полнокадровые 36×24 мм

Больший сенсор имеют, как правило, очень дорогие профессиональные фотокамеры, у них размер матрицы — как у плёночного кадра: 36 х 24 мм. Интересно, что выпускать их начали позже цифромыльниц и ещё позже обрезанных цифрозеркалок. Для матриц с большей площадью требуется объектив, покрывающий эту площадь, в данном случае полнокадровый (например, плёночная оптика). А вот наоборот не выйдет:) Т.е. маленький объектив для кропнутых фотокамер на полноразмерной матрице использовать нельзя.

Мне часто задают вопрос: что происходит, когда в настройках фотоаппарата выбираем для съёмки меньшее количество мегапикселей. Улучшим ли тем самым качество изображения?

Разумеется, нет! Реальный размер матрицы (и каждого пикселя-датчика) от этого не увеличатся, даже не думайте. Вы просто уменьшаете настройками камеры количество точек ИЗОБРАЖЕНИЯ в файле (как в графическом редакторе на компьютере), а заодно потеряете возможность кадрирования или увеличения фотографии.
Взамен получите маленький размер файла, экономию места на карте памяти, а значит, возможность наснимать ещё больше — так много, чтобы вообще ни о чём не думать:)

Если ваше кредо в фотографии — как можно чаще жать кнопку затвора и получать большее количество взамен качества, то эта чудная функция создана именно для вас!

Итак, подведём итоги. Чем больше матрица, тем больше возможностей у камеры, как по цветопередаче, как по разрешению, так и по размерам печатного оттиска. Цена фотоаппарата в очень значительной степени зависит от матрицы.

Тип матриц

Под конец заметим, что фотоматрицы различаются не только по размерам, но и по типам. Бывают следующие типы:
— ПЗС-матрицы (CCD). Прибор с зарядовой связью, использующий светочувствительные фотодиоды. ПЗС был изобретен в 1969 г. и первоначально использовался как устройство памяти, но способность устройства получить заряд благодаря фотоэлектрическому эффекту, сделала применение ПЗС основным именно в этом направлении. ПЗС-матрицу выпускают и используют многие ведущие производители, особенно много здесь поработала компания Sony.
— КМОП-матрицы (CMOS). Эта технология использует транзисторы и отличается малым энергопотреблением. Микросхемы КМОП были выпущены ещё в 1968 году и вначале нашли применение в калькуляторах, электронных часах, и вообще в тех устройствах, где энергопотребление было критичным.
— Live-MOS матрица. Имеет возможность «живого» просмотра изображения. Активно разрабатывается компанией Панасоник, в зеркалках впервые была применена Олимпусом в 2006 г. (фотокамера Olympus E-330). В 2009 году зеркальные цифровые фотокамеры с возможностью визирования по ЖК-экрану имеют практически все крупные производители. В технических характеристиках эта возможность обычно называется «Live View».
Есть и другие, например, DX-матрица, Nikon RGB-матрица и иные виды фотосенсоров.

К тому же матрицы различаются по технологии получения цвета. Сам по себе датчик не воспринимает цвет, получая изображение с оттенками серого (больше света/меньше света), а для получения цветов используются цветофильтры. Например:
— матрицы с фильтром Байера
— матрицы Foveon X3
— 3CCD. Эта технология делит свет по спектру с помощью специальных призм на красный, зелёный и синий. Причём каждый из них направляется на отдельную матрицу (всем хороша система, кроме одного — больших габаритов!)

Чтобы достигать более яркого изображения с низким уровнем шума матрицы постоянно развиваются. Большинство технологических решений связано с уменьшением неиспользуемой поверхности датчика, оптимизацией управляющих сигналов и разработкой низкошумящих усилителей. Однако не следует боятся того, что скоро фотографы начнут запросто снимать мыльницей в кромешной тьме. Чтобы никто сильно не боялся, фирмы внедряют новые технологии очень постепенно, или вообще не внедряют и держат в секрете до тех пор, пока не высосут из потребителя все деньги за старые:) И совсем не смешно преступно, когда эта история касается не фототехники, а лекарств для умирающих от рака.

Мы не будем более подробно рассматривать типы датчиков их различия и различия цветофильтров. Это может быть очень важно производителям матриц и их технарям, но никак не фотографам, потому что на самих снимках никакой разницы заметно не будет. Я бы посоветовал фотолюбителям уделять больше внимания для видения (в первую очередь глазами!) интересных сюжетов и красивых ракурсов съёмки. Всё таки этот сайт задумывался для помощи начинающим фотографам, а не технарям!

Над такими матрицами производят различные действия: перемножают друг на друга, находят определители, и т.п. Матрица — частный случай массива: если массив может иметь любое количество измерений, то матрицей называют только двумерный массив.

В программировании матрицей также называют двумерный массив. Любой из массивов в программе имеет имя, как если бы это была одна переменная. Чтобы уточнить, какая из ячеек массива имеется в виду, при упоминании его в программе совместно с переменной используют номер ячейки в ней. Как двумерная матрица, так и n-мерный массив в программе может содержать не только числовую, но и символьную, строковую, булевую и иную информацию, но всегда одну и ту же в пределах всего массива.

Обозначаются матрицы заглавными буквами А:MxN, где А – имя матрицы, M– количество строк в матрице, а N– количество столбцов. Элементы – соответствующими строчными буквами с индексами, обозначающими их номер в строке и в столбце a (m, n).

Наиболее часто распространены матрицы прямоугольной формы, хотя в далеком прошлом математики рассматривали и треугольные. Если количество строк и столбцов матрицы одинаково, она называется квадратной. При этом M=N уже имеет наименование порядка матрицы. Матрица, имеющая всего одну строку, именуется строкой. Матрица с всего одним столбцом называется столбцом. Диагональная матрица – это квадратная матрица, в которой не равны нулю только элементы, расположенные по диагонали. Если все элементы равны единице, матрица называется единичной, если нулю – нулевой.

Если в матрице поменять местами строки и столбцы, она станет транспонированной. Если все элементы заменить комплексно-сопряженными, она станет комплексно-сопряженной. Кроме того, существуют и другие виды матриц, определяющиеся условиями, которые накладываются на матричные элементы. Но большинство таких условий применимо только к квадратным .

В далеком 1988 году фирма Fuji представила первый потребительский, по-настоящему цифровой фотоаппарат DS-1P. Он мог делать снимки в 0,4 мегапикселя и сохранять их на съемную карту памяти типа SRAM. А уже в 2000 году снимать цифровые фото умел и мобильный телефон — Sharp J-SH04, релиз которого состоялся в Японии. Да, на то время он делал не совсем качественные кадры, но он их делал! Далее была легендарная К-серия от Sony Ericsson, N-серия Nokia, первый в мире 8-ми мегапиксельный камерофон от Samsung.

С каждым годом фототехника училась снимать все лучше и лучше, появлялись зеркальные и беззеркальные камеры, ультразумы и ультракомпакты. Но если габариты фотоаппаратов позволяли внедрять ту или иную технологию в полном объеме, то с мобильными телефонами это сделать было проблематично. И все же производители стараются улучшать характеристики камер смартфонов, искать золотую середину между габаритами и качеством. Давайте же рассмотрим основные параметры, которые влияют на получаемый снимок.

В первой части этого выпуска мы рассмотрим самую важную часть любой камеры — матрицу. Светочувствительный сенсор, который преобразует оптический сигнал, получаемый извне, в цифровой снимок.

На качество фотографии влияют несколько параметров:

Размер матрицы. Грубо говоря, чем больше матрица, тем больше света она может принять и тем лучше будет снимок, особенно при плохой освещенности. Размеры принято обозначать в дюймах в дробном виде, например — 1/2,3” (6.17×4.55 мм), 4/3” (17.30×13.00 мм). Максимально большой сенсор имеет размер 36×24 мм, равный кадру 35 мм пленки. Такие матрицы называют «полнокадровыми». Их наличие — это прерогатива профессиональных, дорогих фотоаппаратов. Естественно, что камеры мобильных телефонов не могут оснащаться большими матрицами. Для сравнения приведу следующий рисунок и таблицу:

Размер матрицы. IPS матрица в смартфоне: что такое, как работает, плюсы и минусы

Съемка на камеру мобильного телефона (смартфона) прочно вошла в нашу жизнь. Многие пользователи смартфонов считают, что «обычный» фотоаппарат им уже просто не нужен, достаточно иметь смартфон с хорошей камерой.

Но вот вопрос — какую камеру смартфона считать «хорошей»? Или всегда ли она сможет заметить хотя бы простенькую «цифромыльницу»?

Давайте рассмотрим этот вопрос с точки зрения характеристик камер, их особенностей, а также типичных проблем и ошибок, приводящих к потере качества фотографий и видео, снятых с «мобильника». Постараемся это сделать без излишней научной «заумности», на простом и понятном языке.

При этом разделим параметры камер мобильных телефонов на две группы: параметры фотоматриц и параметры объективов.

Физические принципы цифровой фотографии

Физические принципы цифровой фотосъемки почти не отличаются от работы фотоэлемента из школьного курса физики. Свет, падающий на чувствительную поверхность (которая является первым электродом), выбивает из неё электроны, которые достигают второго электрода. В результате между ними возникает разность потенциалов, которая считывается и отправляется на обработку. А этот фотоэлемент является ни чем иным, как элементарным пикселем датчика изображения. Эти пиксели объединены в матрицу, а их количество представляет собой то самое число мегапикселей, которое мы видим на упаковке смартфона или фотоаппарата.
Правда, на самом деле пикселей там в три раза больше, потому что в цветной фотографии каждый пиксель образуют три датчика, чувствительных к разным цветам: красному, зеленому, синему (RGB в буржуйской терминологии).

Итак, всё с виду хорошо и гладко. Откуда же возникают дефекты изображения?

Объективные причины — электрические шумы в матрице и недостаток её динамического диапазона; а также погрешности объектива, формирующие на матрице неточную картинку реального мира.

Субъективные причины — «дрожание» камеры фотографа (особенно это серьезно при слабом освещении), ошибочная фокусировка, ошибки при выборе экспокоррекции и т.п.

В отдельных случаях дефекты изображения, возникшие вследствие реальных физических причин, усугубляются и программной обработкой, работающей временами по принципу «хотели, как лучше; а получилось. «. 🙂

Параметры матриц, часть 1. Физический размер матрицы и количество мегапикселей.

Поскольку матрица цифровой камеры — не только датчик изображения, но и источник шумов, то параметры матриц будем рассматривать в тесной увязке с их влиянием на шум.

Итак, первые два параметра:

1. Размер матрицы.
2. Количество (мега)пикселей.

Размер матрицы определяется замысловатыми дробями вида, например, 1/2.7 (не путать с диафрагмой, имеющей немного похожее обозначение, вида F/2.7) .
В данном случае это соответствует диагонали матрицы в 6.27 мм, а размеры сторон 5.02 x 3.76 мм.
Как это перевести размер 1/2.7 в «нормальные» единицы? Эта дробь означает, что диагональ матрицы в 2.7 раза меньше, чем диагональ матрицы в видиконе диаметром 1 дюйм. Видикон — это древний электронно-лучевой прибор, применяемый в телевизионных камерах «ламповой» эпохи. И матрица в круглом 1-дюймовом видиконе была, естественно, меньше диаметра видикона и составляла чуть больше 16 мм (т.е. не точно 16 мм, имеются «разночтения»). Эти 16 мм и есть тот «видиконовый дюйм», от которого до сих пор рассчитываются параметры цифровых фотоматриц, хотя сами видиконы можно найти только в технических музеях. 🙂
Чем знаменатель дроби меньше, тем матрица крупнее и ЛУЧШЕ.

Теперь разберем, почему чем матрица крупнее — тем она лучше.

Шум в матрице определяется случайным (тепловым) движением электронов; а сигнал — интенсивностью светового потока, временем экспозиции (т.е. накопления заряда) и площадью светочувствительного элемента (пикселя). Соответственно, чем выше параметры, образующие сигнал, тем будет лучше соотношение сигнал/шум при прочих равных условиях.

Если хотя бы один из перечисленных параметров — низкий, то на изображении начинают «проступать» шумы в виде хаотично расположенных точек и пятен различной яркости и цвета. Так выглядит зашумленная фотография в условиях пониженного освещения:

Лучше этот эффект заметен при увеличении до 100% (фрагмент см. ниже). Шумы делают менее различимым изображение сфотографированных предметов:

Вернемся к вопросу о способах уменьшения шумов.
С интенсивностью светового потока и площадью пикселя все понятно, а как увеличить время экспозиции, не доводя изображение до пересвечивания? Очень просто — снижая чувствительность при съемке (чувствительность выражается в единицах ISO — 50, 100, 200, 400 и т.д. до 100000). Другое дело — что палка, как известно, «о двух концах». Увеличение времени экспозиции может привести к «размазыванию» изображения из-за движения объекта или «дрожания» камеры в руках; но мы пока рассматриваем проблемы в принципе. 🙂

Но размер пикселя определяется не только размером матрицы, но и количеством пикселей на матрице (грубо говоря, надо площадь матрицы разделить на число пикселей). Отсюда — следующий вывод: чем мегапикселей в матрице меньше, тем соотношение сигнал/шум лучше. Но при высоком уровне освещения даже и с мелким размером пикселя соотношение сигнал/шум будет неплохим. А при падении освещения преимущество будет за теми камерами, у которых пиксель крупнее.

Кстати, размер пикселя (точнее, расстояния между пикселями) уже достиг своего физического предела, который составляет 1 мкм. Дальнейшее уменьшение размера пикселя теряет смысл, поскольку длина световой волны составляет от 0.39 до 0.78 мкм; и при расстоянии между пикселями менее 0.78 мкм (красный свет), соседние пиксели будут показывать просто одно и то же.

По описанным выше причинам, потребителю надо иметь в виду, что зачастую количество мегапикселей имеет больше рекламный характер, чем реальную пользу. Практически, если в камере есть 12-13 мегапикселей, то это уже неплохо; но это — еще не гарантия, что всё будет хорошо — в дело вступит качество оптики. Если же в камере СОВРЕМЕННОГО смартфона количество мегапикселей менее 10, то, скорее всего это — дешевая камера, от которой не стоит ждать высокого качества снимков.

В то же время, если производитель — достаточно солидный и уважаемый (SONY, Asus, Samsung и т.д.), то и большое количество мегапикселей лишним не будет. По крайней мере, при ярком освещении.

Если есть сомнения, будет ли толк от большого числа мегапикселей, то лучше выбрать тот смартфон, у которого больше физический размер матрицы. А уменьшить количество мегапикселей на фото можно после можно уже и после съемки в графическом редакторе.

Вот такой это противоречивый параметр — количество мегапикселей.

Итог этой части наших исследований:

— Чем больше физический размер матрицы, тем лучше ВСЕГДА.
— Чем больше мегапикселей, тем тоже лучше, но только при хорошем качестве оптики и хорошем освещении в момент съемки.

Теперь — о дополнительных параметрах, включая технологические.

Параметры матриц, часть 2. Чувствительность и технологические особенности

Разберем еще такие вопросы:

1. Чувствительность в единицах ISO.
2. Технология с микролинзами.
3. Технология с обратной засветкой (Back-Side Illumination, BSI).

В старину чувствительность была физическим параметром фотопленки, который по ходу съемки никак меняться не мог.
В цифровых камерах величина чувствительности может задаваться вручную или автоматически. При назначении той или иной чувствительности на самом деле в фотоматрице никаких изменений не происходит. Просто изменяется коэффициент аналогового усиления сигнала с фотодатчиков перед подачей его на вход аналого-цифрового преобразователя (аналогично, например, регулировке громкости в плеерах).
Соответственно, и изменения соотношения сигнал/шум тоже не происходит, т.к. усиливаются одновременно и сигнал, и шум.

В чем же тогда вообще смысл упоминания чувствительности в параметрах камер?

Чем меньше нижний предел чувствительности, тем более качественные можно получить фотографии, по крайней мере, для неподвижных объектов. Механизм повышения качества прост: чем меньше чувствительность, тем больше выдержка (время накопления сигнала), и тем лучше соотношение сигнал/шум. Для хороших камер «мобильников» нижний предел обычно бывает 50 ISO.

А чем выше верхний предел, тем больше возможностей получить хоть какое-то изображение при слабом освещении (правда, вместе со всеми полагающимися шумами). Для хороших камер мобильных устройств верхний предел обычно составляет 3200. 6400 ISO. Теоретически, ничто не мешает установить верхний предел и сколь угодно большим, но изображения в этом случае уже не будет — будут лишь шумы со смутными контурами предметов.

Технологические усовершенствования (микролинзы и матрицы «с обратной засветкой», BSI ) появились как борьба с одним из принципиальных недостатков фотоматриц: светочувствительные пиксели не могли занимать всю поверхность матрицы; поскольку, кроме них, на поверхности матрицы располагаются транзисторы и соединительные проводники.

Для устранения этих недостатков внедрили две технологических новинки. Сначала перед пикселями стали располагать собирающие свет микролинзы; а затем светочувствительные пиксели стали располагать не на той стороне подложки, где находятся проводники и транзисторы, а на обратной. В результате схематично современная фотоматрица выглядит «в разрезе» примерно так:

(изображение взято и з чешского раздела Википедии)

Итог второй части наших исследований:

— Пределы возможных значений чувствительности не принципиальны, но желательно, чтобы они были хотя бы в диапазоне 80. 3200 ISO , либо в более широком в ОБЕ стороны (и вниз, и вверх).

Технологические особенности (микролинзы, матрица с обратной засветкой) сейчас используются практически для всех камер мобильных устройств, начиная со среднего ценового диапазона, и рассматривать их как преимущество смысла нет. Для устройств на «вторичном рынке» использование этих технологических особенностей может быть весомым аргументом «за».

Остальные параметры матриц в этой статье рассматривать не будем, так их очень много (десятки!), а производителями мобильных устройств они все равно не упоминаются.

Типовые дефекты снимков из-за проблем оптической системы

Хотя снаружи в камерах смартфонов и планшетов видно только одну очень маленькую линзу, на самом деле это — только вершина айсберга под названием «объектив». Объектив устроен очень сложно и имеет несколько линз и несколько диафрагм (подробнее — в статье «Устройство камеры смартфона»). Все эти «навороты» нужны для борьбы с геометрическими и цветовыми искажениями, а также для обеспечения равномерности фокусировки по полю матрицы.

Рассмотрим типовые примеры, что бывает, когда оптика камеры смартфона несовершенна.

Случай №1. Неравномерность цвета («цветовое виньетирование»):

(кликнуть для увеличения)

Обратите внимание, что на фотографии центр снимка имеет явственный розовый оттенок, а края — зеленый. Но это — не единственная проблема этого снимка. Переходим к случаю №2.

Случай №2. Зоны нерезкости на снимке.

Если увеличить приведенный выше снимок до 100%, то можно заметить, что в правом верхнем углу «картинка» гораздо более «размыта», чем на всех остальных частях кадра. Посмотрим, для сравнения, на увеличенные до 100% фрагменты из левого верхнего угла и из правого верхнего:

Данная проблема является следствием элементарной геометрической «кривизны» в каком-то из элементов оптической системы. Причем дислокация зоны нерезкости и вообще её наличие могут меняться от экземпляра к экземпляру телефона одной и той же модели.

Но следует иметь в виду, что сам по себе факт снижения резкости по краям снимка еще не является дефектом. Такое явление свойственно почти всем камерам «мобильников», кроме самых дорогих. Дефектом является аномальное ухудшение резкости в какой-либо отдельной области снимка.

Два только что описанных дефекта никак не следуют из технических параметров камеры смартфона. Их можно обнаружить, только внимательно просматривая тестовые фотографии в обзорах устройств.

Параметры оптической системы

А теперь разберем те параметры оптической системы, которые производители смартфонов обычно указывают в технических характеристиках устройств.

Чаще всего таких параметров — немного, всего два: относительная диафрагма (светосила) и количество элементов оптической системы. Но бывает, что к ним еще добавляют фокусное расстояние объектива, угол зрения, величину оптического и электронного зума, и, иногда, еще какую-нибудь второстепенную «мелочевку».

Начнем с количества элементов оптической системы. Количество элементов, теоретически, чем больше — тем лучше; ибо каждый элемент должен как-то улучшать изображение. При этом надо помнить, что количество элементов не означает количество линз; в число элементов входят и диафрагмы. Но абсолютно прямой связи между числом элементов и качеством изображения всё-таки нет.

Насчет же первого из упомянутых параметров — относительной диафрагмы — поговорим поподробнее.

Относительная диафрагма обозначается буквой F и числом, получается выражение вида, например, F /1.8 . Это число обозначает, во сколько раз эффективное значение величины отверстия для прохождения света МЕНЬШЕ «идеального». Под «идеальным» понимается освещенность мишени объективом без потерь, диаметр которого равен фокусному расстоянию.

Поскольку в объективе всегда присутствуют потери, а также расстояние от передней линзы не совпадает с фокусным расстоянием объектива в целом, то значение F всегда больше 1. Причем, поскольку количество пропускаемого света пропорционально не линейному размеру, а площади отверстия, то оно уменьшается пропорционально КВАДРАТУ числа F/.

Принципиальное отличие диафрагмы в камерах мобильных устройств от «настоящих» фотоаппаратов состоит в том, что в мобильных устройствах она — не регулируется (т.е. фиксированная величина). А в настоящих фотоаппаратах она может физически изменяться за счет сжатия или расширения образующих её лепестков.

С точки зрения качества фотоснимков, чем число в знаменателе выражения F/x.x у камеры «мобильника» меньше, тем лучше; поскольку это означает бОльший световой поток на матрице и лучшее соотношение сигнал/шум.

У лучших камер мобильных устройств относительная диафрагма составляет от F/2.0 до F/1.7, у остальных — от F/2.2 и выше. Меньше знаменатель — лучше.

Но, если камера имеет оптический зум, то величина F/ может меняться даже несмотря на то, что диафрагма в камерах мобильных устройств — фиксированная. Это происходит из-за того, что положение линз при увеличении зума меняется таким образом, что оптический центр объектива удаляется от матрицы, и её освещенность падает. Соответственно, изменяется и число F/ (относительная диафрагма).

Остальные параметры — менее значительны, да и не всегда упоминаются производителями.

Фокусное расстояние объектива само по себе ни о чем не говорит, но совместно с размером матрицы оно определяет угол зрения. Для большинства тыловых (основных) камер угол зрения (поле зрения) составляет 65-75 градусов, для фронтальных камер — до 90 градусов. При выборе «мобильника» на этот параметр не надо обращать внимания. Правда, если Вам, например, нужна непременно широкоугольная камера, то есть смысл обратить внимание на некоторые модели смартфонов с несколькими камерами, в число которых входит и широкоугольная типа «рыбий глаз».

Проблемы программной обработки фотоснимков

Перед тем, как мы увидим фотографию, смартфон (планшет) её основательно обрабатывает программно на уровне прошивки, приводя к «удобоваримому» виду. Подавляющее большинство этих операций — линейные; то есть, представляют собой необходимую корректировку яркости, контрастности, цветности, и интерполяцию, если разрешение снимка установлено пользователем не совпадающим с разрешением матрицы.

Как выглядят необработанные фотографии в том виде, в каком они приходят с матрицы в смартфон, можно на тех смартфонах, где имеется возможность сохранения фото в RAW (это и есть необработанный формат):

(исходный файл в RAW (DNG) можно скачать , 23 Мб)

Эта фотография имеет бледные цвета, неравномерную яркость (кажется, что небо в центре вокруг храма светлее, но это — не чудо, а дефект), и еще кое-какие недостатки. Смартфон это выправляет, обработанная смартфоном фотография выглядит так:

По поводу неравномерной яркости изображения надо еще добавить, что она отражается и на уровне шумов. Яркость изображения снижается примерно в 1.6 раза к краям, и в 2.2 раза — к углам изображения относительно центра. Отсюда следует, что чем дальше от центра — тем уровень шумов на фотографии будет выше, а четкость — ниже. Соответственно, эти явления надо считать в определенной мере естественными.
Правда, к ухудшению четкости может свою лепту добавить и кривизна оптики. В этом случае расположение мест ухудшения четкости будет несимметричным, см. предыдущий пример фотографии.

Но, кроме линейных операций при обработке таких фото, есть и две нелинейные операции, когда смартфон (планшет) сами дорисовывают на снимке то, чего на нем не было (или убирают то, что было). Эти операции — «шарпинг» и «шумодав».

Начнем с «шарпинга» (дословно с английского — «обострение»).
«Шарпинг» — это операция подчеркивания контуров предметов на снимке.
Алгоритм её работы, не вдаваясь в математические подробности, таков: обнаружить контуры предметов, и сделать их более четкими. А для этого — светлую сторону контура сделать светлее, а темную — темнее.

Вот пример «правильной» работы шарпинга:

Посмотрите на фрагмент снимка в масштабе 100%:

Если ОЧЕНЬ хорошо присмотреться, то можно заметить вокруг темной части купола церкви светлую полоску на фоне неба. Толщина этой полоски — всего несколько пикселей. Это и есть «правильная» работа шарпинга — когда она почти не заметна.

А теперь посмотрим пример «неправильной» работы шарпинга:

Посмотрите на фрагмент из левого верхнего угла снимка в масштабе 100%:

Небо и некоторые части здания усыпаны точечками, завитушками и полосочками. Их создал шарпинг, пытаясь подчеркнуть контуры несуществующих предметов; за которые он принял, скорее всего шумы и мелкие неравномерности фона.
В результате картинка получилась с сильными искажениями.

Аналогичные дефекты могут сопровождать и работу «шумодава».
Система шумоподавления должна (по идее) убирать мелкие крапинки, возникающие на равномерном фоне из-за шумов; особенно — в условиях пониженного освещения.
Но на практике часто этот алгоритм работает туповато и начинает «размазывать» мелкие детали на вполне нормальном снимке с хорошим освещением.

Посмотрим на пример ошибочной работы «шумодава»:

Посмотрите на фрагмент центральной части снимка в масштабе 100%:

На этом фрагменте отлично видно, что высококонтрастные части снимка получились хорошо; а те места, где находится повышенная концентрация небольших малоконтрастных деталей (веток деревьев), «размазаны» системой шумоподавления, поскольку ошибочно приняты за шум.

Также к ошибкам в программной обработке можно отнести и некоторые дефекты в цветопередаче .

Вариантов в ошибках цветопередачи может быть два: ошибочный цветовой баланс фотографии и низкая насыщенность цветов.

Так выглядит фотография со смещением цветового тона в сторону «тёплых» цветов:

Дефект цветового баланса признаётся таковым только в том случае, если он проявляется на фотографиях систематически. Если же он появляется на фото только иногда, то это — случайное отклонение, вызванное, как правило, специфическими условиями освещения в момент съёмки; и в «зачёт» как дефект не идёт.

Второй дефект программной обработки — низкая цветовая насыщенность — выглядит на фото так:

Сначала даже кажется, что эта фотография — чёрно-белая. Но приглядевшись, потом замечаешь, что трава — чуть-чуть зелёная. 🙂

Справедливости ради надо сказать, что последние два дефекта (цветового баланса и цветовой насыщенности) встречаются очень редко.

Дефекты в программной обработке никак не следуют из технических параметров камеры; их можно обнаружить, только просматривая тестовые фотографии в обзорах.

Как выбрать смартфон с хорошей камерой?

Итак, разобрав отдельные аспекты теории и практики, пора перейти к полезному применению полученных знаний.

Каков же алгоритм поиска смартфона с хорошей камерой?

Порядок действий будет примерно таким.

1 . Выбрать для детального анализа несколько смартфонов, у которых есть положительная репутация по части камер; или же производители сами заявили о таковой (иногда им можно верить:)). Скорее всего, это будут смартфоны не ниже среднего ценового диапазона и с разрешением основной камеры строго выше 10 Мпикс.

2 . Попытаться найти информацию о том, какой тип камеры (сенсора) установлен в смартфоне (смартфонах). Обычно эта информация публикуется на официальных сайтах производителей смартфонов. Если там не удалось найти такую информацию, можно попытаться найти её на сайте kimovil.com (найдя там характеристики заинтересовавшего смартфона).
Определить тип камеры в смартфоне (планшете) «постфактум» (после приобретения) можно с помощью утилиты «Device Info HW» , загрузив её на устройство из магазина приложений Play Market (для устройств на ОС Android) ; подробнее — в следующей главе.

3 . Далее по типу камеры (сенсора) найти её технические характеристики. Это можно сделать как через поисковики в интернете, так и на официальных сайтах и в англоязычной Википедии. Вот несколько полезных ссылок для сенсоров наиболее известных производителей: SONY (Википедия) , SONY (сайт производителя) , OmniVision (сайт производителя) , Samsung (сайт производителя) , Samsung (Википедия) . Список других производителей (в т.ч. китайских) — .

4 . В найденных технических параметрах камеры (сенсора) в первую очередь следует обратить внимание на физический размер матрицы. При равенстве примененных технологий чем размер матрицы больше, тем лучше получается изображение как по детализации, так и по уровню шумов.
На число мегапикселей обращать внимание следует во вторую очередь, это менее критичный параметр. Бо льшее количество мегапикселей позволяет получить снимки с лучшей детализацией при хорошем освещении, но с бо льшими шумами при пониженном освещении.
Следует также иметь в виду при этом, что в графических редакторах из изображения с бо льшим количеством пикселей всегда можно получить изображение с меньшим (с попутным уменьшением уровня шумов), а обратная операция приводит только к потере резкости и размытию контуров.

5 . Найти обзоры выбранного смартфона (смартфонов) с примерами полноразмерных фотографий (без сжатия размера). Далее желательно проанализировать те из них, в которых содержится максимальное число мелких деталей. Следует обратить внимание на типовые дефекты, перечисленные выше в статье: цветовое виньетирование, наличие областей нерезкости, чрезмерная работа шарпинга и/или шумодава. Если уровень этих дефектов велик, то отбрасываем данный смартфон из рассмотрения. Возвращаемся к пункту 1. 🙂

6 . Предпоследний пункт, «факультативный» (не обязательный). Рассмотреть возможность приобретения смартфона со сдвоенной камерой. Предназначения сдвоенной камеры могут быть различные.
Если вторая камера — черно-белая, то это позволяет улучшить соотношение сигнал/шум для съемок при пониженном освещении или же сделать качественные черно-белые (монохромные) фотографии.
Также вторая камера может быть и цветной, но с другим разрешением и/или углом зрения. Такие камеры используются обычно используются для определения переднего и заднего плана и создания «эффекта боке» (размытия заднего плана).
Еще один вариант — когда вторая камера имеет большее фокусное расстояние, чем первая. В этом случае она дает оптическое увеличение объектов и используется для создания оптического зума.
Есть ещё и смартфоны с эффектом, обратным предыдущему, т.е. когда вторая камера имеет меньшее фокусное расстояние и делает снимки в стиле «рыбий глаз».
И, наконец, последний вариант — когда вторая камера установлена «для красоты» и полезности в виде улучшения качества снимков или создания творческих эффектов не приносит. Этим грешат, как обычно, смартфоны дешевых китайских производителей.

7 . И последний пункт, тоже факультативный. Изучить по обзорам наличие и работу системы стабилизации изображения: эта система поможет уменьшить «субъективные» факторы ухудшения качества снимков, в первую очередь из-за дрожания камеры.

Как определить, какая камера установлена в Вашем смартфоне (планшете)?

Для смартфонов на системе Android существует отличная утилита, показывающая тип установленных камер (точнее — их сенсоров). Она называется «Device Info HW » и устанавливается легко и непринужденно из магазина приложений Play Market (бесплатно).Утилита считывает из смартфона (планшета) конфигурационную информацию и представляет её в удобочитаемом виде.

Раздел «Камера» в этом приложении выглядит так:

(кликнуть для увеличения)

Верхняя часть таблицы показывает реальные (аппаратные) параметры камер, а нижняя часть — программные (интерполированные). От более высоких интерполированных параметров полезности нет, так как пока что такие алгоритмы детализации добавить не могут (хотя в Google и работают над этой проблемой — как «дорисовать» на фотографии то, чего на ней нет:)).
Также эта диагностическая утилита определяет наличие вспышек при камерах и показывает эту информацию в таблице. Эта возможность может быть интересна в связи с тем, что известны случаи, когда в некоторых смартфонах вспышка для фронтальной камеры была «муляжом», т.е. реально не работала. Эта утилита в таких случаях показывает пользователю, что реально там вспышки нет, и не надо мучиться и пытаться заставить её работать. 🙂
В приведенном примере основная (тыловая) камера — Samsung S5K3P3 ,имеет разрешение в 1 6 мегапикселей; фронтальная камера — SuperPix SP8407 , разрешение — 8 мегапикселей.

К сожалению, утилита не всегда может показать модель сенсора, особенно для платформ Qualcomm (qcom) . В некоторых случаях для доступа к соответствующей информации в смартфоне могут потребоваться права ROOT , которые, в свою очередь, не для всех моделей удается получить. Также надо иметь в виду, что при получении прав ROOT могут отказаться работать системы бесконтактных платежей — с их точки зрения, это — нарушение правил безопасности.

Правда, в этом случае утилита может показать список совместимых камер, а уже из этого списка есть шанс методом сличения параметров найти ту, которая и применена.

Другие производители:
GalaxyCore (Китай)

Ваш Доктор .
22 февраля 2017 г., с дополнениями от 27 января 2018 г.

Порекомендуйте эту страницу друзьям и одноклассникам

Тестируем флагманские камеры “вслепую”, чтобы убедиться: количество мегапикселей не определяет качество снимка. А также разбираемся в технических характеристиках камер — на что действительно стоит обращать внимание при выборе нового смартфона.

Покупатель действует по принципу “Чем больше мегапикселей, тем лучше!”, не глядя на другие характеристики. И покупает раскрученный стереотип, а не качественную технику. Проведём эксперимент. Перед вами 3 образца фотографий на флагманские смартфоны 2015 года, и три типичных сцены фотосъёмки. Ответьте:

1. Какой снимок вам кажется более качественным в каждом из случаев?
2. Как думаете, сколько мегапикселей в камере, на которую он был снят?

Макросъёмка цветка

Съёмка в условиях плохой освещённости

Подобные тесты относят к “слепым оцениваниям”. Мы нарочно не указали производителей смартфонов, чтобы бренды не мусолили глаза. Ну, как вам картинка?

Снимки сделаны на:

• HTC One (M9) — 20 Мп;
• LG G4 — 16 Мп;
• Samsung GALAXY S6 edge — 16 Мп;
• Sony Xperia Z3+ — 20,7 Мп.

Кто ваш лидер в “слепом оценивании”? Наш — Samsung GALAXY S6 edge. Заметьте: ни один из смартфонов не справился со всеми тремя снимками “на отлично”. Потому:

Вывод 1

Большее количество мегапикселей не улучшает качество фотографий. На этом сказывается масса других факторов, включительно с мегапиксельностью.

Вывод 2

Крайне сложно найти идеальный смартфон для всех сценариев съёмки. Будьте готовы к тому, что камера, снимающая потрясающе детализированные кадры при дневном освещении, вечерние тесты завалит или плохо снимет макро, например.

Как выбрать смартфон с хорошей камерой, если количество МП — не главное?

Есть 4 ключевых характеристики и ещё тонна дополнительных. Запомните! Смартфон с хорошей камерой выбирают по:

• размеру пикселей/матрицы;
• апертуре;
• системе стабилизации изображения;
• пост-обработке снимков, собственном ПО камеры.

Что это вообще всё такое?

Пиксели и матрица

Матрица камеры смартфона — это масса светочувствительных ячеек. Вы нажимаете кнопку спуска затвора, в ячейки попадает свет — абракадабра! — получается фотография. Одинаковое количество мегапикселей не означает одинаковое количество ячеек. У тех же LG G4 и Samsung GALAXY S6 edge — по 16 Мп, и кадр состоит у обоих из 5312х2988 пикселей (модели используют сенсор Sony). А вот кадр на Huawei Mate 8 при 16 Мп — из 4608х3456 пикселей.

Матрицы камер разного размера: у LG G4 и Samsung GALAXY S6 edge — 1/2.6 дюймов, а у Huawei Mate 8 — 1/2.8 дюймов. Меньшая матрица — значит, и размер светочувствительных ячеек тоже меньше. Меньшие ячейки получают меньше света: попавший на матрицу свет быстро их заполняет, а излишки “растекаются” по соседним ячейкам. Отсюда неточности в передаче деталей и “цветовые пятна”.

Флагманы, традиционно, — смартфоны с мощной камерой. Размер сенсора у 12 Мп камеры iPhone 6s Plus — 1/3’’. В Huawei Nexus 6P , Android-флагмане Google, также встроена 12 Мп камера, но с сенсором 1/2.3’’. Меньший индекс после дроби — больший размер сенсора, а значит, теоретически, лучшая съёмка. Вот такая путаница

На заметку: У камерофона Nokia Lumia 1020 — 41 Мп и матрица размером 1/1.5″. Это практически максимум для размера сенсора в смартфонах.

Чем больше сенсор, тем лучше (чем меньше индекс после дроби, тем лучше).

Апертура

С апертурой ( светочувствительностью ) — точно так же: чем меньше индекс, тем лучше. Значение f/х.y показывает сколько света может уловить камера на отведённый промежуток времени, насколько может открыться диафрагма камеры, чтобы сделать классный снимок в условиях недостаточной освещённости. Максимальные значения апертуры сегодня — f/1.7 (у Samsung GALAXY S7 и GALAXY S7 edge ) и f/1.8 (новый флагман 2016 LG G5, LG G4, смартфон LG V10, Xiaomi Mi 4 и Mi 4 LTE).

Чаще можно встретить модели с f/2.0 ( Sony Xperia Z5 ) и f/2.2 (iPhone 6s Plus ), но в данном сегменте количество моделей переваливает за сотню.

Чем меньше индекс апертуры, тем лучше.

Архитектура пикселей у производителей разная. Для примера здесь приводится архитектура ПЗС -пикселя.

Пример субпикселя ПЗС-матрицы с карманом n-типа

Обозначения на схеме субпикселя ПЗС-матрицы — матрицы с карманом n-типа:
1 — фотоны света, прошедшие через объектив фотоаппарата;
2 — ;
3 — R — красный светофильтр субпикселя, фрагмент фильтра Байера ;
4 — прозрачный электрод из поликристаллического кремния или сплава индия и оксида олова;
5 — оксид кремния;
6 — кремниевый канал n-типа: зона генерации носителей — зона внутреннего фотоэффекта ;
7 — зона потенциальной ямы (карман n-типа), где собираются электроны из зоны генерации носителей заряда ;
8 — кремниевая подложка p-типа .

Микролинза субпикселя

Буферные регистры сдвига на ПЗС-матрице, равно как и обрамление КМОП-пиксела на КМОП-матрице «съедают» значительную часть площади матрицы, в результате, каждому пикселю достаётся лишь 30 % светочувствительной области от его общей поверхности. У матрицы с полнокадровым переносом эта область составляет 70 %. Именно поэтому в большинстве современных ПЗС матриц над пикселем устанавливается микролинза. Такое простейшее оптическое устройство покрывает бо́льшую часть площади ПЗС-элемента и собирает всю падающую на эту часть долю фотонов в концентрированный световой поток, который, в свою очередь, направлен на довольно компактную светочувствительную область пиксела .

Характеристики матриц

Отношение сигнал/шум

Всякая физическая величина совершает некоторые колебания от своего среднего состояния, в науке это называется флуктуациями. Поэтому и каждое свойство всякого тела тоже изменяется, колеблясь в некоторых пределах. Это справедливо и для такого свойства, как светочувствительность фотоприемника, независимо от того, что собой представляет этот фотоприемник. Следствием этого является то, что некоторая величина не может иметь какого-то конкретного значения, а изменяется в зависимости от обстоятельств. Если, например, рассмотреть такой параметр фотоприемника, как «уровень чёрного», то есть то значение сигнала, которое будет показывать фотодатчик при отсутствии света, то и этот параметр будет некоторым образом флуктуировать, в том числе эта величина будет меняться от одного фотодатчика к другому, если они образуют некоторый массив (матрицу).

В качестве примера можно рассмотреть обычную фотопленку, где фотодатчики — зерна бромистого серебра, и их размер и «качество» неконтролируемо меняются от точки к точке (изготовитель фотоматериала может обеспечить только среднее значение параметра и величину его отклонения от среднего значения, но не сами конкретные значения этой величины в конкретных позициях). В силу этого обстоятельства пленка, проявленная без экспозиции, покажет некоторое, очень маленькое, но отличное от нуля почернение, которое называется «вуаль». И у фотоматрицы цифрового фотоаппарата наблюдается то же самое явление. В науке такое явление называется шумом, так как оно мешает правильному восприятию и отображению информации, и для того, чтобы изображение хорошо передавало структуру исходного сигнала, необходимо, чтобы уровень сигнала в некоторой степени превосходил уровень шумов, характерных для данного устройства. Это называется отношением сигнал/шум.

Чувствительность

К матрицам применяется термин эквивалентный «чувствительности», потому что:

• в зависимости от назначения матрицы формальное значение чувствительности может определяться различными способами по различным критериям;
• аналоговым усилением сигнала и цифровой постобработкой можно менять значение чувствительности матрицы в широком диапазоне.

У цифровых фотоаппаратов значение эквивалентной чувствительности может меняться в диапазоне ISO 50-12800. Максимальная используемая в массовых фотоаппаратах чувствительность соответствует отношению сигнал/шум 2-5.

Разрешение

Фотоматрица оцифровывает (разделяет на кусочки — «пиксели») то изображение, которое формируется объективом фотоаппарата. Но, если объектив в силу недостаточно высокой разрешающей способности передаёт ДВЕ светящиеся точки объекта, разделённые третьей чёрной, как одну светящуюся точку на ТРИ подряд расположенных пиксела, то говорить о точном разрешении изображения фотоаппаратом не приходится.

В фотографической оптике существует приблизительное соотношение : если разрешающую способность фотоприемника выразить в линиях на миллиметр (или же в пикселях на дюйм), обозначим её как M , и так же выразить разрешающую способность объектива (в его фокальной плоскости), обозначим её как N , то результирующее разрешение системы объектив+фотоприемник, обозначим его как K , можно найти по формуле:

Это соотношение максимально при , когда разрешение равно , поэтому желательно, чтобы разрешающая способность объектива соответствовала разрешающей способности фотоприемника. [уточнить ]

У современных цифровых фотоматриц разрешающая способность определяется размером пикселя, который варьируется у разных фотоматриц в пределах от 0,0025 мм до 0,0080 мм, а у большинства современных фотоматриц он равен 0,006 мм. Поскольку две точки будут различаться если между ними находится третья (незасвеченная) точка, то разрешающая способность соответствует расстоянию в два пикселя, то есть:

Где p — размер пикселя.

У цифровых фотоматриц разрешающая способность составляет от 200 линий на миллиметр (у крупноформатных цифровых фотокамер) до 70 линий на миллиметр(у web-камер и мобильных телефонов).

Физический размер матрицы

Физические размеры фотосенсоров определяются размером отдельных пикселей матрицы, которые в современных фотосенсорах имеют величину 0,005-0,006 мм. Чем крупнее пиксель, тем больше его площадь и количество собираемого им света, поэтому тем выше его светочувствительность и лучше отношение сигнал/шум (в плёночной фотографии шумы называются «зернистостью» или «гранулярностью»). Необходимое разрешение деталей фотографии определяет общее количество пикселей, которое в современных фотоматрицах достигает десятков миллионов пикселей (Мегапикселей), и тем задаёт физические размеры фотоматрицы.

• Законы оптики определяют зависимость ГРИП от физического размера матрицы. Если сфотографировать тремя фотоаппаратами с разным физическим размером матрицы одну и ту же сцену с одним и тем же углом зрения и одним и тем же значением диафрагмы на объективах, и изучить результат (файл на компьютере, распечатку с принтера) в одинаковых условиях, то ГРИП на снимке, сделанном фотоаппаратом с наименьшей матрицей, будет наибольшей (больше предметов в кадре будет показано резко), а фотоаппарат с наибольшей матрицей покажет наименьшую ГРИП (предметы не в зоне резкости будут сильнее размыты).
• Размеры фотосенсоров чаще всего обозначают как «тип» в виде дробных частей дюйма (например, 1/1.8″ или 2/3″), что фактически больше реального физического размера диагонали сенсора. Эти обозначения происходят от стандартных обозначений размеров трубок телекамер в 1950-х годах. Они выражают не размер диагонали самой матрицы, а внешний размер колбы передающей трубки. Инженеры быстро установили, что по различным причинам диагональ полезной площади изображения составляет около двух третей диаметра трубки. Это определение стало устоявшимся (хотя и должно было быть давно отброшено). Не существует чёткой математической взаимосвязи между «типом» сенсора, выраженном в дюймах, и его фактической диагональю. Однако, в грубом приближении, можно считать, что диагональ составляет две трети типоразмера.

Отношение сторон кадра

Пропорции пикселя

Выпускаются матрицы с тремя различными пропорциями пикселя:

• Для видеоаппаратуры выпускаются сенсоры с пропорцией пикселя 4:3 (PAL)
• или 3:4 (NTSC);
• Фотографическое, рентгенографическое и астрономическое оборудование, а также развивающееся сейчас HDTV видеооборудование обычно имеет квадратный пиксель.

Типы матриц по применяемой технологии

Долгое время ПЗС-матрицы были практически единственным массовым видом фотосенсоров. Реализация технологии Active Pixel Sensors около 1993 года и дальнейшее развитие технологий привели в итоге к тому, что к 2008 году КМОП-матрицы стали практически альтернативой ПЗС.

ПЗС-матрица

Состоит из светочувствительных фотодиодов , выполнена на основе кремния , использует технологию ПЗС — приборов с зарядовой связью.

КМОП-матрица

Live-MOS-матрица

Создана и применяется компанией Panasonic. Выполнена на основе МОП-технологии , однако содержит меньшее число соединений для одного пикселя и питается меньшим напряжением. За счёт этого и за счёт упрощённой передачи регистров и управляющих сигналов имеется возможность получать «живое» изображение при отсутствии традиционного для такого режима работы перегрева и повышения уровня шумов.

Матрицы с пикселами различного размера

Методы получения цветного изображения

Сам по себе пиксель фотоматрицы является «чёрно-белым». Для того, чтобы матрица давала цветное изображение, применяются специальные технические приёмы.

Трёхматричные системы

Пример работы дихроической призмы

Поступающий в камеру свет, попадая на пару дихроидных призм , делится на три основных цвета: красный, зелёный и синий. Каждый из этих пучков направляется на отдельную матрицу (чаще всего используется CCD матрицы , поэтому в наименовании соответствующей аппаратуры употребляется обозначение 3CCD).

Трёхматричные системы применяются в видеокамерах среднего и высокого класса.

Достоинства трёх матриц по сравнению с одноматричными

• лучше передача цветовых переходов, полное отсутствие цветного муара ;
• выше разрешение: отсутствует необходимый для устранения муара размывающий (low-pass) фильтр;
• выше светочувствительность и меньший уровень шумов;
• возможность введения цветокоррекции постановкой дополнительных фильтров перед отдельными матрицами, а не перед съёмочным объективом, позволяет добиться существенно лучшей цветопередачи при нестандартных источниках света.

Недостатки трёх матриц по сравнению с одноматричными

• принципиально бо́льшие габаритные размеры;
• трёхматричная система не может использоваться с объективами с малым рабочим отрезком ;
• в трёхматричной схеме есть проблема сведе́ния цветов , так как такие системы требуют точной юстировки, причём, чем большего размера матрицы применяются и чем больше их физическое разрешение, тем сложнее добиться необходимого класса точности.

Матрицы с мозаичными фильтрами

Во всех таких матрицах пиксели расположены в одной плоскости, и каждый пиксель накрыт светофильтром некоего цвета. Недостающая цветовая информация восстанавливается путём интерполяции ( ).

Существует несколько способов расположения светофильтров. Эти способы различаются чувствительностью и цветопередачей, при этом чем выше светочувствительность, тем хуже цветопередача:

• RGGB — фильтр Байера , исторически самый ранний;
• RGBW имеют более высокую чувствительность и фотографическую широту (типично выигрыш чувствительности в 1,5-2 раза и 1 ступень по фотографической широте), частный случай RGBW-матрицы — CFAK-матрица компании Kodak ;
• RGEB (красный — зелёный — изумрудный — синий);
• CGMY (голубой — зелёный — лиловый — жёлтый).

Матрицы с полноцветными пикселами

Существуют две технологии, позволяющие получать с каждого пикселя все три цветовые координаты. Первая применяется в серийно выпускаемых камерах фирмы Sigma , вторая — на середину 2008 года существует только в виде прототипа.

Многослойные матрицы (Foveon X3)

Фотодетекторы матрицы X3 компании Foveon расположены в три слоя — синий, зелёный, красный. Название сенсора «Х3» означает его «трёхслойность» и «трёхмерность».

Матрицы X3 применяются в цифровых фотоаппаратах Sigma .

Полноцветная RGB-матрица Nikon

Несмотря на то, что прототип матрицы уже создан (2008 год), этот патент вряд ли найдёт своё применение в ближайшее время из-за существенных сложностей в технологии.

По сравнению со всеми прочими системами, кроме трёхматричных , данная технология имеет потенциальное преимущество в эффективности использования светового потока по сравнению с технологиями RGBW или фильтром Байера . (Точный выигрыш зависит от характеристик пропускания фильтров).

См. также

Примечания

В далеком 1988 году фирма Fuji представила первый потребительский, по-настоящему цифровой фотоаппарат DS-1P. Он мог делать снимки в 0,4 мегапикселя и сохранять их на съемную карту памяти типа SRAM. А уже в 2000 году снимать цифровые фото умел и мобильный телефон — Sharp J-SH04, релиз которого состоялся в Японии. Да, на то время он делал не совсем качественные кадры, но он их делал! Далее была легендарная К-серия от Sony Ericsson, N-серия Nokia, первый в мире 8-ми мегапиксельный камерофон от Samsung.

С каждым годом фототехника училась снимать все лучше и лучше, появлялись зеркальные и беззеркальные камеры, ультразумы и ультракомпакты. Но если габариты фотоаппаратов позволяли внедрять ту или иную технологию в полном объеме, то с мобильными телефонами это сделать было проблематично. И все же производители стараются улучшать характеристики камер смартфонов, искать золотую середину между габаритами и качеством. Давайте же рассмотрим основные параметры, которые влияют на получаемый снимок.

В первой части этого выпуска мы рассмотрим самую важную часть любой камеры — матрицу. Светочувствительный сенсор, который преобразует оптический сигнал, получаемый извне, в цифровой снимок.

На качество фотографии влияют несколько параметров:

Размер матрицы. Грубо говоря, чем больше матрица, тем больше света она может принять и тем лучше будет снимок, особенно при плохой освещенности. Размеры принято обозначать в дюймах в дробном виде, например — 1/2,3” (6.17×4.55 мм), 4/3” (17.30×13.00 мм). Максимально большой сенсор имеет размер 36×24 мм, равный кадру 35 мм пленки. Такие матрицы называют «полнокадровыми». Их наличие — это прерогатива профессиональных, дорогих фотоаппаратов. Естественно, что камеры мобильных телефонов не могут оснащаться большими матрицами. Для сравнения приведу следующий рисунок и таблицу:

Nikon D3200

Olympus PEN E-PL1

Nikon Coolpix P300

Samsung Galaxy S4 I9500

Micro Four Thirds

Размер сенсора, мм

Размер матрицы у всех современных смартфонов примерно одинаковый. Особняком стоят камерофоны от Нокии 808 PureView, Lumia 1020. Первый имеет размер сенсора 1/1.2” (10.67×8.00 мм), а второй — 2 /3” (8.80×6.60 мм). На следующем рисунке вы сможете увидеть визуальное сравнение размеров матрицы некоторых телефонов:

Тип матрицы. По технологии производства сенсоры современных камер делятся в основном на два типа — ПЗС (CCD) и КМОП (CMOS). Я не буду углубляться в детали, скажу лишь, что CMOS матрица на сегодняшний день является наиболее распространённой, так как обладает следующими преимуществами:

• низкой стоимостью производства
• низким энергопотреблением
• более быстрой работой (влияет на скорость фокусировки)

Хотя и есть недостаток она более шумная, нежели CCD. Поясню: цифровой шум — это дефект изображения, который возникает в основном в условиях недостаточной освещенности. Также существуют модернизированные сенсоры на основе технологии CMOS. Например, BSI-CMOS с технологией задней подсветки, которая облегчает попадания света на сенсор, впоследствие чего увеличивается светочувствительность и, соответственно, уменьшается количество цифрового шума. Такая матрица используется в большинстве современных смартфонов. Единственное, что существуют ее вариации в зависимости от производителя. У Sony это Exmor R, Exmor RS, у OmniVision — OmniBSI.

Разрешение матрицы. Сенсор любой камеры состоит из пикселей, которые формируют цифровое изображение. Каждый такой элемент отвечает за одну точку на снимке. Количество пикселей называют разрешением камеры. Чем их больше размещено на матрице, тем лучше будет детализация фотографии, ее размер. В современных камерах их количество измеряется миллионами. Допустим, есть камера, снимающая с максимальным разрешением 3888 на 2592 точек. Умножив эти два числа, мы получим количество пикселей — примерно 10 миллионов. И в характеристиках такой камеры увидим, что она делает снимки в разрешении 10 мегапикселей (Мп). Производители очень любят злоупотреблять этим параметром, повышая его для большей привлекательности продукта. Но количество мегапикселей играло важную роль только на ранних этапах развития цифровых камер, когда разрешение было очень маленькое (0,3 Мп, например) и его не хватало даже для распечатки фотографии 10х15. Сейчас уже не редкость и 40 Мп, но это все лишь маркетинговый ход, уловка для потребителя, не слишком разбирающегося в технических деталях. Указывая в характеристиках камеры большое количество мегапикселей, производитель, при этом забывает упомянуть о важнейшем параметре — физическом размере матрицы. Ведь чем больше пикселей размещено на единице площади матрицы, тем они меньше, а от их размера напрямую зависит количество «цифрового шума» на снимке. Например, фотокамера с разрешением 12 Мп и матрицей 4/3” будет делать намного качественнее снимки, чем аппарат с 40 Мп и сенсором 2/3”. Мы рассмотрели основные характеристики матрицы, есть еще дополнительные: светочувствительность, соотношение сигнал/шум. Но они напрямую зависят от параметров, рассмотренных выше.

Зачастую производители мобильных телефонов не документируют никаких особенностей матриц своих камер кроме мегапикселей. Но почти всегда мы можем найти в спецификациях модель модуля камеры, а по нему уже можно многое узнать. Например, у смартфона Xiaomi Mi4 сенсор Sony MX214, «загуглив» название, выясняем характеристики:

• физический размер — 1/3.06″
• тип — Exmor RS (собственная разработка Sony на основе BSI-CMOS)
• разрешение — 13Мп

На этом я закончу первую часть статьи. Во второй рассмотрим, что же еще, кроме характеристик матрицы, влияет на качество получаемого снимка. А также отвечу на главный вопрос — какими параметрами должна обладать камера настоящего камерофона.

Айпи телефоны представляют собой высокотехнологичные, функциональные устройства, обладающие широкими возможностями, отличным качеством и надежностью при работе с самой экономичной телефонной связью. У таких аппаратов современного образца имеются сложные детали, выполняемые по инновационным технологиям производства, которые и обеспечивают максимальный комфорт при их использовании. К примеру, ips матрица в телефоне, которая устанавливается в жидкокристаллическом дисплее, является сегодня самой высокотехнологичной из всех имеющихся матриц.
До настоящего времени в устройствах с жидкокристаллическими экранами применялась технология, обеспечивающая поворот кристаллов по отношению друг к другу на девяносто градусов. Это выполняется при отсутствии напряжения в горизонтальной плоскости. В отличие от ips матрицы в телефоне, данная технология при световом прохождении через кристаллы образует пиксели черного цвета, если же напряжение минимальное, то пиксели приобретают белый цвет. Поэтому, TFT экраны не дают полной контрастности цветового изображения, что не позволяет получать предельно четкие цвета.
Идеально черный цвет получается при использовании ips матрицы в телефоне, которая дает возможность кристаллам располагаться параллельно друг к другу вдоль плоскости всего экрана. Даже при отсутствии напряжения жидкие кристаллы остаются неподвижны, что обеспечивает неизменность цветовой гаммы, а значит более четкие и яркие цвета.
Немного устаревшая технология TFT характеризуется искажением цветопередачи, ведь каждый кристалл приобретает собственный оттенок. Другое дело — ips матрица в телефоне; которая обращается с цветовым изображением гораздо аккуратнее и бережнее. Чтобы отметить отличие этих двух технологий друг от друга, достаточно внимательно рассмотреть изображение на экранах TFT и IPS, разница будет видна невооруженным взглядом. Хотя, если не сравнивать отдельные аппараты, то на первый взгляд кажется, что цветопередача TFT экрана – безупречна.
Однако, далеко не всегда ips матрица в телефоне лучше аналогичной технологии. Так как, скорость отклика у TFT гораздо выше, чем у остальных матриц, то такие телефоны обеспечивают быструю скорость прорисовки, что очень важно для конкретных пользователей. Но и здесь следует отметить, что невооруженным взглядом она попросту будет незаметна.

Источник http://protabletpc.ru/ratings/matritsyi-planshetnyih-displeev.html

Источник http://thetarif.ru/rostelecom/razmery-matric-v-kamere-smartfona-kakie-i-gde-vstrechayutsya-razmer.html

Источник http://battlecase.ru/razmer-matricy-ips-matrica-v-smartfone-chto-takoe-kak-rabotaet-plyusy-i/