Хотя гонка за мегапикселями продолжается с момента изобретения цифровой камеры, в последние несколько лет, в частности, наблюдался огромный рост разрешения. Sony A7RV имеет разрешение 61 МП - ошеломляющее количество мегапикселей для полнокадровой камеры.
Похоже, что мы уже достигли теоретического максимума по борьбе с шумом при высоких значениях ISO с помощью сенсорной технологии текущего поколения, поэтому производители сейчас сосредотачивают свои усилия на обеспечении большего разрешения, сохраняя при этом размеры сенсора одинаковыми, чтобы соблазните больше клиентов перейти на новейшую и лучшую версию. В этой статье я попытаюсь объяснить некоторые основные термины, касающиеся разрешения, и, надеюсь, помогу нашим читателям лучше понять разрешение камеры.
Прежде чем мы начнем, давайте сначала поговорим о том, на что влияет разрешение, а затем разберемся с некоторыми распространенными заблуждениями.
1) Разрешение камеры: на что оно влияет
В цифровой фотографии разрешение камеры связано с рядом различных факторов:
- Размер печати - обычно самый важный фактор. По сути, чем больше разрешение, тем больше потенциальный размер отпечатка. Печать цифровых изображений осуществляется путем сжатия определенного количества пикселей на дюйм (PPI). Высококачественная печать с хорошей детализацией обычно предполагает печать с разрешением около 300 PPI, поэтому размер потенциального отпечатка рассчитывается путем деления ширины и высоты изображения на число PPI. Например, изображение с разрешением 12,1 МП от Nikon D700 имеет размеры 4256 x 2832. Если вы хотите создать высококачественный отпечаток с большим количеством деталей при разрешении 300 точек на дюйм, размер отпечатка будет ограничен примерно 14,2 x 9,4 дюйма (4 256/300=14,2 и 2 832/300=9,4). Отпечатки большего размера были бы возможны, но для этого вам потребуется либо снизить PPI до меньшего значения, либо использовать специальные сторонние инструменты, которые используют сложные алгоритмы для масштабирования или «повышенной дискретизации» изображения до более высокого разрешения, что не всегда помогает. давать хорошие результаты. Короче говоря, более высокое разрешение обычно более желательно для возможности печати большего размера.
- Параметры обрезки - чем выше разрешение, тем больше места для потенциальной обрезки изображений. Хотя многие фотографы избегают сильного кадрирования, иногда необходимо сфокусироваться на желаемом объекте(ах). Например, фотографы спорта и дикой природы часто прибегают к кадрированию, потому что они не могут приблизиться к действию, но в то же время не хотят, чтобы их окончательные изображения содержали ненужный беспорядок вокруг основного объекта(ов). В результате они часто используют сильное кадрирование, что в конечном итоге снижает разрешение, поэтому они стремятся получить как можно большее разрешение, насколько это возможно и практично.
- Понижающая выборка - как я ранее объяснял в своей статье о преимуществах датчиков с высоким разрешением, чем выше разрешение, тем лучше возможности изменения размера или «уменьшения размера». выборка» изображений. Как я объясню ниже, современные камеры с высоким разрешением имеют такие же характеристики, как и их аналоги с более низким разрешением, но их основными преимуществами являются возможность понижать дискретизацию до более низкого разрешения для уменьшения количества шума, а при съемке с низкими значениями ISO - возможность для получения более крупных отпечатков.
- Размер дисплея - за последние 10 с лишним лет мы стали свидетелями значительного прогресса в технологиях отображения. Мониторы, телевизоры, проекторы, телефоны, портативные и другие устройства значительно увеличили разрешение, а увеличение места на этих устройствах, естественно, привело к необходимости показывать изображения с более высоким разрешением и большей детализацией. Телевизоры 4K и даже некоторые телевизоры 8K становятся все более популярными и распространенными, что возлагает на камеры большую нагрузку по созданию изображений с достаточной детализацией для демонстрации на устройствах с таким высоким разрешением.
Судя по вышесказанному, кажется, что чем выше разрешение, тем лучше. Но это, конечно, не так, ведь дело не только в количестве пикселей, но и в их качестве. Ниже я объясню, что это означает в отношении размера сенсора, размера пикселя, разрешающей способности объектива и техники.
2) Разрешение камеры: насколько больше X MP по сравнению с Y MP?
Когда компания Nikon впервые представила свои камеры D800/D800E с полнокадровой матрицей с разрешением 36,3 МП, многие фотографы все еще снимали на полнокадровые камеры с разрешением 12,1 МП, такие как Nikon D700 и D3/D3s. Проведя простые математические расчеты, многие утверждали, что матрица с разрешением 36,3 МП обеспечивает в 3 раза большее разрешение (12,1 МП x 3=36,3 МП), а некоторые ошибочно предполагали, что переход на такую камеру, как D800, позволит получить отпечатки в 3 раза большего размера. Хотя общее количество эффективных пикселей действительно в три раза больше при сравнении 36,3 МП против 12,1 МП, разница в линейном разрешении на самом деле намного меньше.
Это потому, что разрешение сенсора рассчитывается путем умножения общего количества пикселей по горизонтали на общее количество пикселей по вертикали, аналогично тому, как вычисляется площадь прямоугольника. В случае с D700, размер изображения которого составляет 4 256 x 2 832, разрешение сенсора равно 12 052 992, что округляется примерно до 12,1 мегапикселя. Если мы посмотрим на Nikon D800, то размер изображения у него 7 360 x 4 912 и, следовательно, разрешение сенсора 36 152 320, примерно 36,15 мегапикселей (расхождение между 36,15 и 36,3 связано с тем, что часть пикселей, такие как оптический черный и фиктивный, по краям датчика используются для предоставления дополнительных данных).
Теперь, если мы сравним общее количество пикселей по горизонтали между D700 и D800, оно составит 4256 против 7360 - увеличение всего на 73%, а не на 200%, как ошибочно полагают многие. Что это означает? По сути, если бы вы могли напечатать подробный отпечаток размером 14,2 x 9,4 дюйма с разрешением 300 точек на дюйм с помощью D700, обновление до D800 потенциально привело бы к отпечатку размером 24,5 x 16,4 дюйма с теми же 300 точками на дюйм. Следовательно, увеличение разрешения с 12 МП до 36 МП приведет к увеличению отпечатков на 73%, а не в 3 раза. Опять же, общую площадь легко спутать с шириной по горизонтали, поэтому важно понимать разницу.
Чтобы получить отпечатки вдвое большего размера при том же разрешении на дюйм, вам необходимо умножить разрешение сенсора на 4. Например, если у вас есть D700 и вы задаетесь вопросом, какое разрешение сенсора вам понадобится для печати в 2 раза больше, вы умножаете 12,1 МП (разрешение сенсора) на 4, что соответствует датчику с разрешением 48,4 МП. Таким образом, если бы вы подошли к последней модели Sony A1 с сенсором на 51 МП, вы бы получили отпечатки чуть больше, чем в 2 раза по сравнению с ней. Чтобы понять эти различия в разрешении, лучше всего взглянуть на приведенное ниже сравнение различных популярных разрешений сенсоров современных цифровых камер, начиная с 12. От 1 МП до 50,6 МП:
Как видите, несмотря на то, что разрешение сенсора значительно увеличивается при переходе от примерно 12,1 МП к 50,6 МП, реальная разница в ширине по горизонтали гораздо менее выражена. Но если вы посмотрите на общую разницу в площади, то разница действительно значительна - вы можете сделать 4 отпечатка с D700, сложить их вместе и все равно получиться коротким по сравнению с изображением с разрешением 50,6 МП, как показано ниже:
Учитывайте все это, сравнивая камеры и думая о различиях в разрешении.
3) Размер сенсора, размер пикселя и различия в разрешении
Как вы, возможно, уже знаете, разрешение сенсора - далеко не самая важная функция камеры, и во многом это связано с физическим размером сенсора камеры и его пикселей. Вы можете увидеть две камеры с одинаковым разрешением, но у одной из них может быть сенсор значительно большего размера, чем у другой. Например, и Nikon D500, и Nikon D6 имеют сенсоры на 20 МП. Однако, если вы посмотрите на физические размеры датчиков на обоих устройствах, Nikon D500 имеет размер датчика 23,5 x 15,6 мм, тогда как размер датчика на Nikon D6 составляет 35,9 x 24,0 мм, что на 52% больше по линейной ширине или в 2,3 раза. общая площадь датчика больше.
Что это значит? Несмотря на то, что обе камеры дают изображения одинакового разрешения, физический размер каждого пикселя сенсора D750 по сравнению с этим на 52% / 1,52 раза больше. Именно поэтому две камеры могут иметь одинаковое разрешение и, следовательно, потенциально могут делать отпечатки одинакового размера (подробнее об этом ниже).
Если мы разделим ширину сенсора на ширину изображения, мы сможем вычислить приблизительный размер каждого пикселя. В случае с D500, если взять 23,5 и разделить на 5568, получим примерно 4,22 мкм, а деление 35,9 на Nikon D6 на 5568 даст размер пикселя примерно 6,45 мкм.
Так какая же разница в размере пикселей в изображениях? По сути, пиксели большего размера могут собирать больше света, чем пиксели меньшего размера, что приводит к лучшему качеству изображения и уменьшению шума на пиксель. Однако следует иметь в виду несколько предостережений:
- Различия невелики при обилии света (низкие уровни ISO) - при съемке близко к базовому значению ISO, например ISO 100-1600, разница в шуме обычно незначительна производительность между пикселями (при разнице в размерах пикселей до 2х, но не более). В случае D500 и D6 оба дают практически бесшумные изображения в диапазоне от ISO 100 до 800. Однако существует заметная разница в производительности при более высоких значениях ISO, начиная с ISO 800, в пользу D6. Поэтому более крупные пиксели, как правило, больше подходят для условий с низкой освещенностью, где часто используются более высокие уровни ISO.
- С другой стороны, преимущество при слабом освещении исчезает при обрезке - Как только вы начнете обрезать камеру с большим сенсором, чтобы она соответствовала площади сенсора камеры с меньшим сенсором, преимущество шумовой производительности камеры с большим сенсором исчезнет. В том же духе:
-
Если размер сенсора одинаковый, но разрешение разное, меньшие пиксели не обязательно приводят к большему шуму - сенсор с большим разрешением означает, что вы можете печатать больше. Поскольку шум обычно оценивается не по пикселям, а по эквивалентным размерам отпечатка, вам придется печатать с одинаковым размером, чтобы оценить шум от двух датчиков с разным разрешением. Например, Nikon D750 имеет сенсор на 24,3 МП, а более новый Nikon D810 - на 36,3 МП. Поскольку у D810 больше разрешение, размер пикселя у него заметно меньше, чем у D750 (4,88 мкм против 5,97 мкм), а это значит, что ожидается больше шума при увеличении изображения до 100%. Однако, если мы хотим сделать отпечатки одинакового размера с обоих изображений, нам придется изменить размер изображений с D810, чтобы они соответствовали размеру отпечатка D750, уменьшив разрешение с 36,3 МП до 24,3 МП, что при том же размере печати будет показывать аналогичный шум. Взгляните на изображения с обеих камер ниже, размер изображения D810 изменен до 24.3 МП (слева: Nikon D750, справа: Nikon D810, ISO 1600):
Никон Д750 ИСО 1600 
Никон Д810 ИСО 1600 Как видите, оба изображения выглядят довольно похоже с точки зрения шума, хотя технически D810 должен иметь более заметный шум из-за меньшего размера пикселей. Если бы я заменил D750 на 16-мегапиксельную Df или D4s, полученные изображения были бы похожи на 16-мегапиксельные.
Учитывая вышеизложенное, как можно сравнить изображение с 12-мегапиксельной камеры iPhone X со снимком, полученным с полнокадровой камеры Sony A7SIII с разрешением 12 МП? Ну, сравнения просто нет, поскольку мы говорим о маленьком сенсоре с крошечными пикселями размером 1,22 мкм на телефоне и сенсоре беззеркальной камеры 35 мм с огромными пикселями размером 8,40 мкм - разница почти в 7 раз больше размера пикселя.
Так что хоть в iPhone X и есть вычислительная фотография, изображения с него в целом хуже, чем у Sony A7SIII, особенно по детализации и шуму, по сравнению с iPhone X. Обойтись просто невозможно это огромная разница.
Это показывает, что разрешение и печать - это нечто большее, чем просто мегапиксели. Теперь перейдем к резкости и разрешающей способности объектива.
4) Резкость объектива/разрешающая способность
Большие числа мегапикселей на матрице бесполезны, если объектив слишком плох, чтобы разрешить достаточно деталей, чтобы предоставить данные для каждого пикселя на матрице. Телефон может иметь разрешение 50 МП, но сколько деталей он может отображать на уровне пикселей по сравнению с 50-мегапиксельной Sony A1 с прикрепленным к нему сплошным полнокадровым объективом? Это также зависит от объектива.
Таким образом, реальная производительность 50-мегапиксельного телефона на самом деле может быть ближе к 30-мегапиксельной камере, а может быть, даже меньше. Это имеет смысл, поскольку нельзя сравнивать камеру с маленьким сенсором и крошечным объективом с полнокадровой камерой и высококачественным объективом с потрясающей разрешающей способностью. Другая проблема - дифракция: камеры с меньшим сенсором будут ограничены дифракцией при гораздо большей диафрагме, что также приведет к эффективному снижению резкости и эффективного разрешения.
При сравнении камер с сенсором одинакового размера и разным разрешением вы должны иметь в виду, что камера с большим разрешением всегда будет создавать большую нагрузку на объектив с точки зрения разрешающей способности. Объектив может неплохо работать с камерой 12 МП, но не передавать достаточно деталей на камере 24 МП или 36 МП, что, по сути, теряет преимущество высокого разрешения. В некоторых случаях вам может быть лучше не переходить на камеру с более высоким разрешением, чтобы меньше решать другие проблемы, такие как необходимость большего объема памяти и вычислительной мощности.
Хотя такие производители, как Nikon и Canon, активно выпускают объективы, специально разработанные для сенсоров с более высоким разрешением, вам, возможно, придется переоценить каждый объектив, приобретенный в прошлом, чтобы увидеть, какие из них обеспечат достаточную разрешающую способность для сенсора с высоким разрешением. и какие из них необходимо заменить. Во многих случаях старые объективы имеют плохую производительность в середине кадра и в углах, что может быть нежелательно для определенных типов фотографий, таких как пейзажи и архитектура.
Это особенно актуально при использовании старых объективов, адаптированных к эпохе кинопленки, на полнокадровых монстрах, таких как Nikon Z7.
5) Технические навыки
У вас может быть камера с самым высоким разрешением на рынке и лучший объектив, который способен в полной мере использовать преимущества сенсора, но при этом получать плохо выполненные изображения, в которых не хватает деталей для получения качественных отпечатков. Помимо умения использовать хороший свет и тщательно кадрировать/компоновать сцену, вам также необходимо обладать хорошими техническими навыками, чтобы получать резкие изображения. Камеры с высоким разрешением, по сути, сильно «усиливают» все, будь то дрожание камеры, вызванное плохой техникой удержания рук, вибрации затвора, исходящие от камеры, плохая техника фокусировки, нестабильный штатив, небольшой ветер или другие различные причины размытия изображений.
Поэтому, если вы решите перейти на датчик с гораздо более высоким разрешением, вам, возможно, придется потратить некоторое время на изучение правильной техники захвата изображений. Возможно, вам придется пересмотреть минимальную выдержку для съемки с рук, использования штатива, режима Live View для критической фокусировки, использования объективов и оптимальной диафрагмы и многого другого. Потому что если вы этого не сделаете, вы можете потерять потенциал сенсора вашей камеры.
6) Качество видео
Видео, которое традиционно имеет более низкое разрешение, чем у фотографов, имеет несколько непростую связь с сенсором вашей камеры. Камера с более высоким разрешением может не означать лучшее качество видео. Фактически, Nikon Z6, который имеет более низкое разрешение, имеет немного лучшее качество видео, чем, например, Nikon Z7.
В разных камерах используются разные методы создания видеоизображения. Некоторые берут только кадрирование сенсора, другие субдискретизируют или используют пиксельный фильтр, а некоторые просто используют пропуск строк для получения окончательного видео. Поскольку видео обычно не снимается в формате Raw, за исключением нескольких камер высокого класса, важно изучить качество видео конкретных камер, которые вас интересуют, а не предполагать, что более высокое разрешение приведет к лучшему видео.
В следующей статье мы рассмотрим вопрос о том, какое разрешение вам действительно нужно, путем анализа существующих данных и рассмотрения других соображений, касающихся повышения разрешения камеры.