Что такое Матрица.

Не секрет что именно матрица фотокамеры является одним из самых главных элементов отвечающих за качество снимка. По этому сегодня хотел бы коснуться темы Матрицы цифровой камеры. А так же основных характеристик и особенностей. От типа и размера до принципа действия. От данного элемента цифровой фото или видео камеры зависит очень многое. А так же затрону вопрос на какие факторы нужно уделять особое внимание при выборе фото-видео техники.

снимок взят с https://google.com/

Очень часто выбирая фотокамеру, люди обращают внимание исключительно на количество мегапикселей, оставляя без внимания крайне важные моменты. Ведь разрешение не единственны важный параметр фото-видео аппаратуры. Качество получаемых снимков или видеороликов зачастую зависит гораздо больше от других показателей, которые почти всегда остаются без внимания потребителей.

Так же матрицу фотокамеры в технических характеристиках называют сенсор. Данные термины идентичны в данном контексте. Сенсор или матрица фото-видео аппаратуры это массив светочувствительных элементов. Или проще говоря микроскопических ячеек способных фиксировать свет.

Однако данные массивы бывают двух разных типов: CMOS или по-русски КМОП и CCD - ПЗС сенсоры. Они различаются своими технологиями. Для большинства устройств потребительского сегмента зачастую используются CCD (ПЗС) матрицы. Для более продвинутой фото техники, а так же микроскопов и телескопов применяют CMOS (КМОП) сенсоры.

Основные отличия данных матриц строятся на принципе обработки информации. В CCD(ПЗС) сенсоре идет последовательное построчное считывание данных светочувствительных элементов. Соответственно пока не законченно формирование изображения сделать следующий снимок или считать данные с какого либо участка матрицы не возможно.

А CMOS(КМОП) сенсор отдает данные индивидуально из каждой ячейки. Эта особенность так же позволяет использовать ячейки или их группы для дополнительных целей. Которыми может стать экспонометрия или работа автофокуса. Ввиду особенности работы когда нет необходимости считывать все ячейки, а можно выборочно получать данные с тех которые необходимы в данный момент проявляется дополнительный плюс. Выраженный в более низком энергопотреблении.

Одним из основополагающих моментов на которые надо обратить внимание при выборе камеры это именно тип используемой матрицы и ее физический размер. Чаще всего данные параметры выражены в соотношении длинны и ширины в мм или дробных частях дюймах. Но это не всегда так, порой используется относительный параметр соотношения размера относительно полноформатного сенсора. Которым по умолчанию принят размер кадра обыкновенной фотопленки. 36х24 мм называемый Crop (Кроп фактором). В случае указания в дробных частях дюйма, надо понимать что сенсор с размером 1/4" меньше нежели сенсор 1/3", а 1/3" меньше чем 1/2" и т.д. То есть чем меньше знаменатель тем больше размер матрицы.

Для простоты и наглядности приведу наиболее частые размеры устанавливаемых матриц в виде таблицы и рисунка:

соотношение в дюймах	размер в мм	кроп фактор
1/3.2"	4.5 х 3.4	7.4
1/3"	4.8 х 3.6	7.21
1/2.7"	5.4 х 4.0	6.44
1/2.5"	5.8 х 4.3	6.02
1/2.3"	6.2 х 4.6	5.61
1/2"	6.4 х 4.8	5.40
1/1.8"	7.18x5.3.2	4.84
2/3"	8.8х6.6	3.93
1"	12.8x9.6	2.7
4/3"	18x13.5	1.92
1.8"	23.7x15.7	1.52

Так же часто можно столкнуться с такими именованными параметрами:

Название	размер в мм	кроп фактор
APS-C	22.2x14.8	1.62
DX	23.6x15.5	1.52
Super 35	24.89x18.66	1.39
APS-H	28.7x19.1	1.26
Full frame	36x24	1.0

От размера сенсора в большей мере зависит качество получаемого изображения нежели от количества пикселей. При равных значениях типа матрицы и количества пикселей, изображение будет лучше у той у которой физический размер сенсора больше. Почему это так можно объяснить довольно просто. Но перед этим разберемся на какие факторы влияет размер сенсора.

Первое что может кинуться в глаза при сравнении двух вроде бы одинаковых в типе сенсора, кило-мега-гига пиксельных матрицах, но имеющих разный размер. Это количество цифрового шума на получаемых фотографиях при равных значениях ISO. Снимок сделанный матрицей меньшего размера всегда будет иметь значительно больше шума, а точнее разноцветных точек разной яркости.

Данное проявление обусловлено тем, что в случае с матрицей меньшего размера при равных количествах пикселей (ячеек) сенсора, размер самих ячеек меньше и так же тоньше изоляция между самими ячейками. Объяснить то, о чем идет речь проще всего на схематическом рисунке

Возьмем гипотетический 4х пиксельный сенсор и разместим его в формат 36х24 а во втором разместим его же в формат 1/3.2" т.е. 4.5 х 3.4мм.

Для наглядного сравнения ниже под матрицей 1/3.2" нарисовал линию изображающую изолятор с 36х24мм.

Из за более тонкой изоляции в матрицах меньшего размера выше токи утечек. В результате нагрев сенсора выше. Что приводит дополнительно и к появлению дополнительно так называемых тепловых шумов. Которые можно наблюдать на длинных выдержках.

К тому же на пиксели меньшего размера попадает так же меньше света, что приводит к значительно более слабому полезному сигналу. Который в последствии надо усиливать по алгоритму аналогичному повышению ISO. А как мы знаем чем выше ISO, тем больше цифрового шума на фотографии.

В дополнение к выше сказанному у более крупных сенсоров за счет их большей площади значительно лучше яркость и контрастность изображения, а так же более точная цветопередача. И зачастую чуть шире динамический диапазон (чувствительность в тенях и светах).

Возникает закономерный вопрос почему же тогда везде не ставят матрицы большего размера. Дело в том, что чем больше матрица тем выше ее цена. Да и не всегда получится разместить полноформатный сенсор в устройство. Например в смарфон.

&#8195Это как раз тот случай, когда размер имеет значение, и соответственно вывод, что чем больше физический размер матрицы, тем большее количество света на нее попадает, а значит, тем более качественно изображение Вы получите.