Некоторые соображения про матрицы и мегапиксели

Я достаточно долго читал различные обзоры матриц и отзывы о них. В частности, в таких материалах много места посвящается соотношению пиксельности и уровню шумов. Большинство авторов буквально забрасывают камнями только что появившиеся на рынке новые фотокамеры, например, прекрасно помню как в штыки приняли появление Canon 50D… «У неё матрица осталась прежней. А мегапиксели нарастили, значит и шумов будет больше!…» возмущался народ на форумах. Правда, когда фотобратия устала плеваться, большинство всё же перешло от своих «сороковок» на более позднюю модель.

Именно такой расклад дел и побудил меня как можно в более лаконичной и логической форме разобраться в аспектах размеров матриц, её рабочих мегапикселей и влияние этих двух параметров на шумность.

Для начала, коротко – что такое матрица и почему проявляются шумы?

Матрица – это светочувствительное электронное устройство, способное фиксировать лучи света различной длины и интенсивности. Лучей, которые служат составной частью любого цвета всего три, это так называемый стандарт RGB (Red, Green, Blue). Информация получаемая от матрицы пересылается в процессор, который и и воссоздаёт конечное изображение. Тут всё ясно, школьная физика, перейдём к шумам.

Во многих обзорах, посвящённых разбору характеристик очередной появившейся модели фотокамеры, упоминается параметр ISO 100-3200 или с другими, похожими цифрами. Если быть точным, матрица имеет всего лишь один уровень чувствительности – минимальный, в данном случае это 100, все остальные значения достигаются лишь за счёт усиления электронного сигнала самой матрицы фотокамеры

Правда, при этом чудеса не происходят, за усиление сигнала нужно платить, а платим мы увеличением шумов, которые зачастую портят изображение до невозможного.

Под термином «шумы» обычно подразумевается целый комплекс различных искажений – зернистость, посторонние цвета (вы наверняка сталкивались с различными разводами и «пластилиновым» налётом цвета лица), урезание цветового диапазона и т.д.

Дальше – о самом любимом параметре всех фотографов – мегапикселях. Что представляет из себя мегапиксель? Это набор светочувствительных датчиков, которые компонуются в виде прямоугольной пластинки – матрицы. Так, если в характеристиках матрицы заявлено что она обладает 22-мегапиксельным разрешением картинки, то это значит что она состоит из 22 000 000 датчиков.

Относительно мегапикселей существуют два мнения, но оба они не совсем полные, а стало быть не правильные.

Исходя из первой «аксиомы» выходит что, чем большим количеством пикселов обладает фотоматрица, тем больший уровень шумов она выдаёт, поэтому для печати, скажем формата А4 будет вполне достаточно 6-мегапиксельного изображения. Это есть неправильно, и в какой-то мере оспариваемо. Согласно второму мнению, чем больше мегапикселей, тем прорисованней и чётче будет изображение, поэтому постоянный рост мегапикселизации матриц необходим. Так к какому же мнению нужно прислушаться?

На самом деле всё не так сложно, просто нужно немного «пораскинуть мозгами» и, конечно же, немного протестировать. Нам не нужно будет мерять количество мегапикселов, высчитывать размеры матрицы и шумность, ведь всё это функционирует в комплексе.

Итак, берём две матрицы одинакового размера, но с разной мегапикселизацией, т.е. различным количеством светочувствительных датчиков. Пусть это будет матрица на 24 Мп (рис.1) и 12 Мп (рис.2). Получается следующая картина:

Согласно такой схеме нам становится понятно, что при одинаковых физических размерах фотоматриц, на матрице с увеличенной мегапикселизацией, размеры мегапикселов значительно меньше. Сторонники первого мнения о мегапикселах, тут же возразят – согласны, но ведь такая матрица будет выдавать картинку с возросшим уровнем шумов, ведь датчиков стало больше, процессору придётся значительно напрячься, поэтому и посторонних шумов в процессе вычисления, процессор выдаст больше.

В принципе, это справедливое мнение.

Но есть и обратная сторона медали. Дело в том, что точка имеет меньший размер, а это значит что конечное изображение должно получиться более проработанным и чётким. Разбираем дальше…

Берём к сведению вышеупомянутые схемы с 12- и 24 Мп матрицами и открываем картинку на 100% размера на своём мониторе. Поскольку пиксель монитора или печатного принтера имеют постоянное значение, то увидим мы примерно следующее:

Что происходит с нашими фотографиями в реальной жизни? Мы, обычно их печатаем, или же храним на компьютере чтобы показывать родственникам/друзьям.. неважно.

Важно то, что как правило мы рассматриваем наши фотографии не в 100-разрешении, а в усечённом виде, и чем больше данная фотография будет уменьшена (именно 24 Мп матрица имеет большую кратность уменьшения), тем меньше будут заметны сопровождающие её дефекты и шумы. Примерно, это будет выглядеть так:

В качестве опыта, возьмите любую, не самую удачную фотографию с большой зашумлённостью и уменьшите её. Или же просто отойдите от монитора подальше… Произойдёт тот же эффект – по мере уменьшения фотографии, её шумы будут всё менее различимы. Поэтому я бы оперировал таким термином – «видимые шумы», которые действительно осложняют жизнь фотографа. А те что мы не способны увидеть пусть и существуют себе дальше, в большинстве случаев они нам не мешают…

Исходя из описанного, сделаем такие выводы.

Оба распространённых мнения о мегапикселях и шумах являются неправильными. Да, наращивание мегапикселизации матрицы без увеличения её физического размера приводит к активизации шумов, которые будут хорошо заметны при просмотре изображения в её полный размер. Но, благодаря меньшему размеру пикселов, при просмотре полноразмерного изображения в уменьшённом виде эти шумы почти неразличимы. Так что, миллионы пикселов не так уж и бесполезны…