Верхня відповідь: Яка точка і пагони гарні при слабкому освітленні? говорить, що (1) швидка лінза / широка діафрагма (2) розумна керованість ISO 400+ та (3) великий датчик, коли вони складаються разом, є критичними при зйомці при слабкому освітленні.
Перший я розумію (він дає більше світла), другий я розумію («плівка» більш чутлива до світла). Вибачте, я не розумію третього фактора.
Відповіді:
Найлегше зрозуміти різницю, коли і більший, і менший датчик мають однакові мегапікселі. Якщо у нас є кілька гіпотетичних камер, одна з меншим датчиком APS-C і одна з датчиком Full Frame, і припустимо, що обидві мають 8 мегапікселів, різниця зводиться до щільності пікселів .
Датчик APS-C становить приблизно 24x15 мм, а датчик Full Frame (FF) - 36x24 мм. За площею датчик APS-C становить близько 360 мм ^ 2 , а FF - 864 мм ^ 2 . Тепер, обчислення фактичної площі сенсора, що є функціональними пікселями, може бути досить складним з точки зору реального світу, тому ми на даний момент будемо вважати ідеальні датчики , де загальна площа поверхні датчика присвячена функціональним пікселям. що ці пікселі використовуються максимально ефективно, і всі інші фактори, що впливають на світло (такі як фокусна відстань, діафрагма тощо), є рівнозначними. Враховуючи це, і зважаючи на те, що наші гіпотетичні камери обидва є 8 Мп, то зрозуміло, що розмір кожного пікселядля датчика APS-C менше, ніж розмір кожного пікселя для датчика FF. Точно:
APS-C:
360мм ^ 2 / 8,000,000px = 0,000045мм ^ 2 / px
-> 0,000045 мм ^ 2 * (1000 мкм / мм) ^ 2 = 45 мкм ^ 2 (квадратні мікрони)
-> sqrt (45 мкм ^ 2) = 6,7 мкмFF:
864mm ^ 2 / 8,000,000px = 0,000108mm ^ 2 / px
-> 0,000108 мм ^ 2 * (1000 мкм / мм) ^ 2 = 108 мкм ^ 2 (мкм)
-> sqrt (108 мкм ^ 2) = 10,4 мкм
Більш простими, нормалізованими термінами "розмір пікселя" або ширина або висота кожного пікселя (зазвичай котирується на веб-сайтах із передачею фотографій), ми маємо:
Розмір пікселя APS-C = 6,7 мкм пікселя
FF Розмір пікселів = 10,4 мкм
Що стосується розміру пікселів, камера FF 8mp має пікселів у 1,55 рази більше, ніж APS-C 8mp камера. Однак одновимірна різниця у розмірі пікселів не розповідає про всю історію. Пікселі мають двовимірну площу, над якою вони набирають світло, тому розбіжність між площею кожного пікселя FF проти кожного пікселя APS-C розповідає всю історію:
108 мкм ^ 2/45 мкм ^ 2 = 2,4
(Ідеалізована) FF-камера має потужність світла (ідеалізованої) APS-C- камери в 2,4 рази або приблизно на одну зупинку ! Ось чому більший датчик вигідніше при зйомці при слабкому освітленні ... вони просто мають більшу потужність збору світла в будь-який даний часовий проміжок.
Альтернативно, більший піксель здатний фіксувати більше звернень фотонів, ніж менший піксель у будь-який час (моє значення "чутливість").
Тепер приклад і обчислення, перш за все, передбачають "ідеалізовані" датчики або сенсори, які є абсолютно ефективними. Датчики в реальному світі не ідеалізовані, і їх не так просто порівняти в режимі яблука до яблук. Датчики в реальному світі не використовують кожен піксель, вдавлений на їх поверхню з максимальною ефективністю, більш дорогі сенсори, як правило, мають вбудовані в них більш досконалі "технології", такі як мікролензи, які допомагають зібрати ще більше світла, менші нефункціональні проміжки між кожен піксель, підсвічування підключення проводів, що рухається стовпчиком / рядком, активує та зчитує проводку нижче фоточутливих елементів (тоді як звичайні конструкції залишають цю проводку над (і заважають) фоточутливим елементам) тощо. Крім того, часто використовувані повнокадрові датчики мають більше мегапікселів, ніж менші датчики, що ускладнює питання ще більше.
Прикладом реальних датчиків двох реальних датчиків може бути порівняння датчика Canon 7D APS-C Canon 5D Mark II FF датчика. Датчик 7D - 18 мп, а 5D - 21,1 мп. Більшість датчиків оцінюються в грубій мегапікселі і зазвичай мають трохи більше їх маркетингової кількості, оскільки багато пікселів на кордонах використовуються в цілях калібрування, перешкоджають механіці сенсорного фільтра тощо. Тому ми будемо вважати, що 18 та 21,1 мп справжні- кількість пікселів у світі Різниця в потужності збору світла цих двох поточних і сучасних датчиків:
7D APS-C: 360мм ^ 2 / 18,000,000px * 1,000,000 = 20 мкм ^ 2 / px
5DMII FF: 864mm ^ 2 / 21,100,000px * 1,000,000 = 40,947 ~ = 41µm ^ 2 / px41 мкм ^ 2/20 мкм ^ 2 = 2,05 ~ = 2
Камера Canon 5D MkII Full-Frame має приблизно 2 рази потужність збору світла 7D APS-C камери. Це означає, що приблизно одна зупинка вартує додаткової чутливості. (Насправді, 5DII і 7D мають максимальний вихідний стандарт ISO 6400, проте 7D досить шумний, ніж 5DII при 3200 і 6400, і лише начебто нормалізується приблизно на рівні ISO 800. Див.: Http: / /the-digital-picture.com/Reviews/Canon-EOS-7D-Digital-SLR-Camera-Review.aspx ) На відміну від датчика ПЧ 18 Мп має приблизно 1,17x потужність збору світла 21,1mp FF датчика 5D MkII, оскільки менше пікселів розподілено по одній і тій же площі (і більше, ніж APS-C).
Власне кажучи, саме НЕ розмір датчика робить його кращим, він є розміром пікселя.
Більші пікселі мають більшу площу поверхні для захоплення світла та накопичення більшої напруги від вивільнення електронів, коли фотони (світло) потрапляють на поверхню. Тому властивий шум, який є переважно випадковим, є відносно нижчим порівняно з більш високою напругою, що збільшує відношення сигнал / шум (S / N).
Маються на увазі дані, які вам бракувало, що більші датчики мають більші пікселі. Просто порівняйте повнокадровий 12 Мп D3S з обрізаним 12 Мп D300S. Кожен піксель має 2.25X більше площі поверхні, тому D3S має такі зоряні показники високої якості ISO.
EDIT (2015-11-24):
Для невіруючого анонімного невіруючого людини є новий і кращий приклад. Sony має дві майже однакові повнокадрові камери, A7S II та A7R II. Їх датчики однакового розміру, але перший має роздільну здатність 12 МП, а другий - 42 МП. Показник низької освітленості та діапазон ISO A7S II значно випереджають A7R II, досягаючи ISO 409 600 проти 102 400. Це дві різниці в зупинках лише для великих пікселів.
Розмір одного пікселя майже не має значення. Це міська легенда!
Дано дві однакові камери з датчиком однакового розміру, але різним числом пікселів (скажімо, 2MP та 8MP) - і для цього різним розміром пікселів. Кількість світла, яке потрапляє на датчик, залежить від діаметра об'єктива, а не від розміру пікселя. Без сумніву, 8MP-зображення буде галасливішим, ніж 2MP, але якщо зменшити масштаб 8MP до 2MP, ви отримаєте майже таку ж картину - з майже однаковим рівнем шуму. Це проста математика. Я кажу майже тому, що логіка датчика коштує розміру. Так як у 8-мегапіксельного сенсора ви будете мати 4 рази більше, ніж у 2 Мп, ви отримаєте менше чистої світлочутливої площі датчика. Але це не обійдеться вам 1 зупинка (= 50%), можливо, трохи, але не так вже й багато!
Що насправді має різницю - лінзи. Якщо ви зробили знімок, вас не зацікавлять показники - ні розмір датчика, ні розмір пікселя, ні фокусна відстань. Ви хочете зловити обличчя, групу людей, будівлю чи щось інше з певної відстані. Що вас цікавить - це кут зору . Ваша фокусна відстань буде залежати від розміру датчика та кута зору. Якщо у вас крихітний датчик, у вас також буде невелика фокусна відстань (скажімо, кілька мм). Лінза з невеликою фокусною відстанню ніколи не буде вловлювати багато світла, оскільки буде обмежена в діаметрі. Для більшого датчика знадобиться більша фокусна відстань, лінза з однаковою швидкістю матиме більший діаметр і для цього буде ловити набагато більше світла.
Кому потрібно 10MP або більше, крім друку плакатів? Зменшені до декількох МП всі зображення виглядають нормально. Розмір датчика не обмежує якість зображення безпосередньо, але ваш об'єктив буде. Хоча розмір об'єктива часто залежить від розміру датчика (не повинен). Але я бачив камери з невеликими датчиками та великою кількістю МП, але великими об'єктивами (скажімо, більшими за діаметр 2 см), які знімають чудові знімки.
Я написав статтю про це деякий час тому. Це німецькою мовою, у мене не було часу перекладати її англійською - вибачте за це. Він більш детальний і пояснює деякі питання (особливо питання шуму) трохи детальніше.
Розмір окремого пікселя є неважливим. Кілька маленьких пікселів математично можна об'єднати в одну велику, торгову деталь для чутливості.
Велика сенсорна камера має для заданого кута зору більшу фокусну відстань, ніж невелика сенсорна камера. Ця довша лінза має для заданого ф-стопа велику фізичну діафрагму (отвір в райдужній оболонці). Це призводить до того, що в систему потрапляє більше світла, і пояснюється кращі показники низької освітленості. Він також враховує меншу глибину різкості.
Поверхня цифрового датчика покрита фотосайтами. Вони записують зображення зовнішнього світу, як проектує об'єктив. Під час опромінення зображення, що утворюють промені у вигляді фотонів, бомбардують поверхню датчика. Хіти фотонів пропорційні яскравості сцени. Іншими словами, фотосайти, які отримують фотонні хіти, які відповідають яскраво освітленим ділянкам сцени, отримують більше звернень фотонів, ніж фотосайти, що відповідають слабо освітленим ділянкам зображення. Коли експозиція завершена, фотосайти містять електричний заряд пропорційно яскравості сцени. Тим не менш, ступінь заряду у всіх фотосайтах є надто слабкою, щоб бути корисною, якщо вона не посилюється. Наступним кроком у процесі формування зображення є посилення зарядів.
Підсилення - це як збільшення гучності радіо або телевізора. Підсилення підсилює силу сигналу зображення, але він також викликає спотворення у вигляді статики. У цифрових зображеннях ми не називаємо це спотворення статичним; ми називаємо це «шумом». Шум, що викликається, насправді називається шумом з фіксованою схемою. Це тому, що кожен фотосайт має дещо різні характеристики. Іншими словами, вони по-різному реагують на посилення. У результаті деякі фотосайти, які мали кілька звернень фотонів, будуть зображуватись як чорні, коли вони мають бути темно-сірими або сірими. Це фіксований шум картини Ми пом'якшуємо, не збільшуючи посилення (утримуючи низький рівень ISO) та програмне забезпечення в камері.
Оскільки шум з фіксованою схемою, як правило, пояснюється високим посиленням, це викликає сумніви, що більше потрапляння фотонів на будь-який фотосайт генерує більш високий заряд і потребує меншого посилення. Суть полягає в тому, що більші мікросхеми для зображень мають більше фотографій із більшою площею поверхні, що дозволяє отримувати більше фотонів під час експозиції. Більше звернень призводить до меншого посилення; таким чином, менше спотворень через шум з фіксованою схемою.
Більші датчики, як правило, трохи гірші при слабкому освітленні для зйомки зображення. Більш великі об'єктиви, як правило, доступні для більших датчиків, а більші об'єктиви, як правило, краще при слабкому освітленні, якщо ви не заперечуєте про зменшену глибину поля.
В Інтернеті багато чого стверджує, що кількість світла, зібраного датчиком, пропорційна розміру датчика. Це неправильно. Враховуючи однаковий кут огляду лінзи, однакова кількість світла буде проектуватися на датчик незалежно від розміру датчика. Якщо полнокадровий датчик і датчик MFT мають однакову кількість піксельних елементів, то кожен елемент буде виявляти однакову кількість світла, незалежно від їх розміру. Подумайте про це: покладіть аркуш паперу на сонце за коло скла - нічого не відбувається. Сконцентруйте світло на невеликій ділянці паперу збільшувальним склом такого ж діаметра, як і вищезгадане коло скла, і папір нагріється, оскільки щільність енергії в зоні фокусування настільки більша. Те саме стосується датчиків зображення; малий датчик = більша щільність енергії, ніж великий датчик = однакова енергія на одиницю площі обох датчиків. Причина більшого шуму на менших датчиках криється в іншому місці; можливо, в радіочастотних перешкодах між щільно упакованими елементами зображення.