Tutorial

Cauta in Foto-Magazin:
 


Aparitii editoriale

Expunerea
[click]  

Compozitia
[click]  

Lumina si iluminarea
[click]  


O varza fotogenica
[click]  

Bill Jay Confesiuni
fotografice
[click]  

 

 

Despre importanta marimii senzorului digital

In ultimii ani am fost, cu totii, martorii unei curse nebune: a MegaPixelilor! Numarul de megapixeli ai unui senzor prezinta un avantaj de marketing de necontestat: cu cat mai multi megapixeli pe un senzor, cu atat consumatorul este mai impresionat, iar producatorul poate pretinde un pret mai mare pentru respectivul produs. Numarul de megapixeli ai unei camere foto digitale este o caracteristica cu totul secundara atunci cand vrem sa estimam calitatea imaginilor obtinute cu o anumta camera foto digitala. Parametrii mult mai importanti, precum dimensiunea senzorului sau marimea fotositurilor sunt trecuti intr-un plan secundar. Inghesuirea a 41 milioane de pixeli pe senzorul foto al smartphone-ului Nokia Pure 808, poate starni invidia pasionatilor de gadgeturi, dar imaginile realizate de aceste camere nici nu sufera comparatie cu cele realizate de camere foto cu senzori mari, in format APS-C sau mai mare, si care nu se pot "lauda" nici macar cu jumatate sau mai putini MPx.


De ce marimea senzorului este mai importanta in evaluarea calitatii unei imagini decat numarul de megapixeli?


dimensiuni_senzor.jpg

Aspect comparativ al senzorilor foto uzuali


Profunzimea de camp
Un senzor mare, cu dimensiuni apropiate formatului 24 x 36 mm, ca in fotografia argentica, permite reutilizarea obiectivelor create pentru aceasta din urma. Un senzor mare, cu fotosituri relativ mari, permite obtinerea de fotografii de buna calitate chiar si cu obiective care nu sunt pe primele locuri in privinta puterii de separare.


Pentru acelasi unghi de cuprindere, un senzor mai mare implica un obiectiv cu distanta focala mai mare, comparativ cu un senzor mai mic. Un obiectiv cu distanta focala mai mare are un camp de profunzime mai mic, comparativ cu un obiectiv cu distanta focala mai mica, la aceeasi diafragma. O profunzime de camp mai mica ajuta la separarea planurilor si la punerea in evidenta a subiectului dorit de fotograf. O profunzime redusa a campului de claritate nu este necesara in toate cazurile, dar, atunci cand avem nevoie de separarea planurilor, o camera foto cu senzor mic nu ne ajuta cu nimic.


Tipuri uzuale de senzori

dimensiuni_senzori.jpg


Raportul semnal-zgomot
Lumina, reflectata de subiect, este captata de obiectiv si proiectata ca imagine reala pe senzor. La diafragme egale, obiectivele trimit spre senzori fluxuri egale de lumina ce vin de la acelasi subiect. Ca atare, intr-o unitate de timp (timpul de expunere), un fotosit mai mare, capteaza mai multa lumina (mai multi fotoni), comparativ cu un fotosit cu arie mai mica. Fotonii capturati produc electroni liberi care se transforma in cele din urma in diferenta de potential si semnal util. Semnalul este mai puternic sau mai slab, direct proportional cu fluxul luminos incident. Datorita naturii constructive a senzorului, chiar si in conditii de intuneric, fotositurile emit un curent, determinat in principal de agitatia termica (curent de repaus), numit zgomot. Raportul dintre zgomot si informatia utila caracterizeaza calitatea imaginii. Un fotosit mare, care capteaza mai multi electroni, furnizeaza un semnal util mai puternic, caracterizat de un raport semnal-zgomot mare. Un fotosit mic, din contra, capteaza mai putini electroni, iar raportul semnal-zgomot este mai mic, mai ales cand subiectul este slab iluminat, iar imaginea rezultata va fi de o calitate mai proasta.


Latura fotositurilor la cateva modele de camere foto digitale

dimensiuni_fotosit.jpg


In optica fotonica se aproximeaza ca zgomotul este egal cu radacina patrata a numarului de fotoni incidenti.


Raportul semnal - zgomot

raport_semnal_zgomot.jpg


Situatia descrisa mai sus devine critica, mai ales cand se fotografiaza in conditii de lumina putina, ca de exemplu seara, noaptea sau in interior. Marirea sensibilitatii ISO nu ajuta prea mult, deoarece aceasta nu se obtine prin cresterea sensibilitatii fotositurilor la lumina (aceasta este fixa, determinata de materialele utilizate), ci prin amplificarea semnalului electric furnizat de senzor. Din pacate, o data cu semnalul util, purtator de informatie, este amplificat si zgomotul. Chiar daca in lantul de prelucrare a imaginii sunt prevazute rutine de reducere a zgomotului, acestea nu pot realiza minuni, iar rezultatele nu se apropie nici pe departe de cele realizate de un senzor mai mare.


Mai multe despre zgomotul in camerele foto digitale puteti gasi in aceasta pagina.


Difractia
Lumina colimata care trece printr-o fanta sufera modificari ale drumului, in special razele care trec in imediata apropiere a marginilor fantei, proces numit difractie. Razele difractate interfera cu cele nedifractate si realizeaza zone alternativ mai luminoase si mai intunecate pe senzor. In cazul unei deschideri circulare, asa cum este cazul diafragmei din obiectivul fotografic, pe planul de proiectie apar cateva cercuri concentrice alternativ luminoase si intunecoase, demonstrate matematic prima data de George Biddell Airy (disc Airy). In optica, discul Airy este utilizat pentru a defini rezolutia maxima teoretica a unui sistem si masoara diametrul primului inel negru. Difractia apare inevitabil, la trecerea luminii pe langa marginea oricarei diafragme. Cand diafragma are un diametru mare, ponderea razelor care au suferit difractia este mica in comparatie cu marea majoritate a razelor nedifractate. Cand insa diafragma este inchisa mult, ponderea razelor nedifractate scade, iar cele difractate capata proportii semnificative in constituirea imagininii pe sensor.


disc_Airy.jpg

Aspectul discului Airy


La diafragme deschise, imaginea obtinuta nu are cea mai buna calitate, deoarece sunt prezente multe aberatii optice, proprii lentilelor obiectivului. Pe masura ce se inchide diafragma, aberatiile optice sunt treptat eliminate iar calitatea imaginii creste. Daca se folosesc diafragme foarte mici, calitatea imaginii incepe sa scada, datorita cresterii ponderei razelor difractate in constituirea imaginii.


Senzorii mici necesita obiective cu distanta focala scurta, pentru a avea unghiuri de cuprindere similare camerelor foto clasice. In aceste obiective diafragma are valori absolute mici si foarte mici. De exemplu Canon G12 are distanta focala minima de 6 mm si luminozitatea f:2,8, diametrul absolut al diafragmei fiind 2,1 mm. Daca s-ar inchide diafragma pana la f:11, orificiul ar avea 0,54 mm iar difractia ar deveni excesiva. Discul Airy ar ajunge la 14 microni, acoperind aproximativ 7 fotosituri si ar limita sever rezolutia imaginii. De aceea Canon G12 are diafragma minima f:8. Pentru Canon G12, se considera pata de difuziune acceptabila 6,6 microni, iar la valoarea f:8 discul Airy are 10 microni, diminuind deja rezolutia.


In schimb, o camera foto digitala cu un senzor APS-C, prezinta o pata de difuziune de circa 20 microni. La aceeasi diafragma f:11, cu disc Airy de 14 microni, imaginea obtinuta nu este afectata de difractie.


Situatia devine si mai complicata la senzorii cu filtre Bayer (care separa lumina colorata in verde, rosu si albastru). Primele care sufera difractia sunt razele verzi, iar, deoarece senzorii verzi sunt in numar dublu comparativ cu oricare alta culoare, imaginea va pierde atat in luminozitate cat si din detaliile din verde.


Despre bazele teoretice ale difractiei luminii gasiti in aceasta pagina.


Intervalul dinamic
Intervalul dinamic (Dynamic Range in lb. engleza) reprezinta raportul dintre cea mai mare si cea mai mica valoare perceptibila sau masurabila a unei variabile, de exemplu a luminii. Intervalul dinamic se exprima pe scara logaritmica, in baza 10 sau in baza 2. Intervalul dinamic, fiind un raport, nu are unitati de masura in Sistemul International de Masuri si Greutati, totusi, se accepta unele atribute, pentru a preciza domeniul de utilizare. De exemplu, in fotografie se accepta denominarea in stopuri sau in indici de expunere. In fotografie, intervalul dinamic se refera la raportul luminantelor zonelor cea mai stralucitoare, respectiv cea mai intunecoasa dintr-un cadru. Intre aceste limite se afla zone cu luminante intermediare. O anumita scena are un anumit interval dinamic sau contrast. Altfel spus, zonele stralucitoare reflecta un numar mare de fotoni, in timp ce zonele intunecoase reflecta un numar mic de fotoni. O parte dintre acesti fotoni intra prin obiectiv, sunt focalizati si poiectati ca imagine reala pe senzor. Un obiectiv de buna calitate asigura pastrarea aproape intacta a intervalului dinamic din scena reala si pe imaginea proiectata; aberatiile optice contamineaza zonele intunecoase cu fotoni aberant refractati din zonele luminoase si reduc contrastul.


Senzorul are misiunea de a transforma fotonii incidenti, furnizati de obiectiv, in sarcini electrice. Fotositurile, asezate pe randuri si coloane in senzor, sunt izbiti de fotoni si, pentru 7 - 8 fotoni, genereaza cate un electron liber. In timpul expunerii, zeci, sute sau mii de fotoni genereaza un numar corespunzator de electroni. Electronii liberi generati in timpul expunerii sunt acumulati in fotosituri si, dupa inchiderea obturatorului, sunt transferati catre procesorul camerei foto, pentru a genera imaginea fotografica.


Fotositurile de mici dimensiuni, asa cum sunt cei din senzorii cu diagonala mica, au o capacitate redusa de acumulare a electronilor generati in timpul expunerii, asadar pot reda un interval dinamic mai mic. De asemenea, capacitatea mai redusa de acumulare de electroni, conduce la saturatia relativ mai rapida a fotositurilor, si, in cazul unor zone foarte stralucitoare, electronii generati in exces, "se revarsa" in fotositurile invecinate si produc in imagine puncte albe, foarte stralucitoare, neconforme cu realitatea, fenomen cunoscut sub numele de "blooming".


In schimb, fotositurile mai mari, prezenti in senzorii de dimensiuni mai mari, permit acumularea unor cantitati mai mari de electroni si manifesta mai rar fenomenul de "blooming". In aceasta privinta, "campionul" este Phase One, cu un senzor de 53,7 x 40,3 mm care poate acoperi un interval dinamic de 12 I.E. Valorile uzuale sunt de 9 - 10 I.E pentru senzorii de mari dimensiuni, din camerele D-SLR si de doar 7 - 8 I.E. pentru senzorii mici, din camerele compacte.


Concluzii
1. Avantajele senzorilor de mari dimensiuni:
- rezolutie a imaginii mai mare,
- capacitatea de a putea izola subiectul fotografiat, prin utilizarea unor diafragme mai luminoase,
- zgomot parazitar mai mic,
- performante superioare in conditii de lumina redusa,
- posibilitatea de a reutiliza obiectivele folosite la camerele foto argentice,
2. Dezvantajele senzorilor de mari dimensiuni:
- senzorii mai mari sunt mai scumpi,
- senzorii mari impun corpuri de camera mai mari si mai grele,
- obiectivele care acopera un camp de imagine mare sunt mai mari, mai grele si mai scumpe,
- senzorii mari consuma mai mult curent, implica acumulatori mai mari sau autonomie mai mica.


3. Avantajele senzorilor de mici dimensiuni:
- preturi de productie mai mici, camere foto digitale mai mici, mai portabile, deseori mai ieftine,
- rezolutie buna a imaginii in conditii de lumina optima,
- teleobiective puternice mai mici, mai usoare si mai ieftine.
4. Dezavantajele senzorilor mici:
- profunzime de camp uneori excesiv de mare,
- sunt afectati de difractie la valori inchise ale diafragmei,
- necesita obiective cu o mai mare putere de rezolutie,
- performante precare in conditii de lumina redusa,
- superangulare dificil de realizat.

 



© Calin-Stefan Ragalie
iunie, 2012
Foto-Magazin.ro

 


Bookmark and Share

Comentarii:

cosmin munteanu - 25 Jun 2012, ora 09:47
in cazul marimii camerei nu stiu cat de valabila este relatia senzor mare = camera mare (raportata la una pe film). Vezi Leica (M9 vs. M7). E drept nu e SLR, dar nu cred ca un senzor FX ar spori considerabil dimensiunea unei camere foto luand in considerare ca si tehnologia evolueaza.

me deniro - 26 Jun 2012, ora 16:43
Foarte interesant articolul si modul in care sunt explicate si punctate notiunile. Tinand cont de experienta in domeniu, il rog pe dl. Ragalie, cand are timp si daca doreste sa ne redacteze un articol (similar constructiv cu cel de aici: comparatie intre calitatea imaginii la camerele FF vs cele cu film (35mm ca sa fie echivalentul senzorilor FF). Sunt interesat de acest aspect avantaje/dezavantaje, dar prin prisma calitatii imaginii si a modului in care efectele expuse mai sus in articol afecteza imaginea pe film si mai putin al procesului in care rezulta fotografia (developare sau transfer pe PC/MAC), sau al postprocesarii (editari ulterioare sau diverse trucuri la developare). Multumesc pentru articol!

Leontin Sandu - 26 Jun 2012, ora 17:11
Domnule Ragalie, In buna parte, ceea ce spuneti dumneavoastra e foarte adevarat. In ultimii ani, insa, tehnica de fabricatie si de proiectare a inceput sa faca pasi importanti astfel ca senzorii mici au inceput sa aiba performante multumitoare (Olympus OM-D) iar marimea laturei fotositului nu mai este chiar prioritara (Nikon D800). Chiar daca pe moment situatia este cum spuneti dumneavoastra, in anii urmatori progresul tehnic isi va spune cuvantul si aparatele de fotografiat vor deveni din ce in ce mai mici (bineinteles nu chiar minuscule) cu performante din ce in ce mai notabile.

Baiat Gigel - 28 Jun 2012, ora 16:50
Asta cu importanta marimii am tot auzit-o si in alte contexte. Senzorii mici au peformante ok. FF e noul 645, APS-C/DX e noul 35mm, 43/m43 e noul APS. Iar senzorii mai mici sunt noile formate miniatura. Evident, cu rezolutie si interval dinamic mult mai bune. De ce sa car dupa mine un ciocan pneumatic cand imi pot face treaba cu o dalta? Pentru cei mai multi fotografi amatori un aparat cu senzor m43 actual e mai mult decat suficient, iar pentru majoritatea lumii un format miniatura e excelent.

catalin calin - 03 Oct 2012, ora 22:34
pentru leontin sandu - performantele aparatelor foto au crescut printr-o implicare clara si directa in procesarea imaginii in format digital a procesoarelor care introduc algoritmi de prelucrare pentru a putea obtine un rezultat final acceptabil. compensarea digitala a "defectelor" evolutiei tehnice duce la formarea unor imagini de genul papusilor de plastic. are forme umane, dar nu poate inlocui naturalul. felicitari pt articol dle ragalie!

catalin catalin - 30 Jan 2013, ora 18:33
ce spuneti despre aparatele cu film de 35 mm? am auzit ca sunt mai bune decat unul digital compact cu senzor de 1/3.

Dan Platon - 26 May 2016, ora 14:30
Articolul este in cea mai mare masura eronat. Imaginea surpinsa de senzor este in primul rand conditionata de obiectiv si de distanta de fotografiere. Obiectivul da unghiul si distorsiunea perceputa a imaginii. Distanta de fotografiere afecteaza profunzimea campului. Pentru un cadru acoperit similar in functie de senzor trebuie fie sa modifici distanta, fie unghiul de fotografiere.

Lasa un comentariu:

nume*:
Nu sunt permise decat mesaje cu continut relevant si in tema cu subiectul articolului.
NOTA: Campurile marcate cu * sunt obligatorii.

e-mail (nu va fi facut public)*:

website (fara http://):

comentariu*:

trimite


Aveti un articol interesant? Il asteptam pe adresa office@foto-magazin.ro. Redactia evalueaza articolele primite si premiaza cel mai bun articol publicat in luna precedenta cu suma de 50 RON.
Ultimele 5 subiecte din forum care au primit raspunsuri:

Less is more »
   de gabib
   ieri, la ora 11:28
Rumoare la Canon »
   de Nikon
   acum 2 zile, la ora 10:04
Bancuri fara
fotografi »

   de Nikon
   acum 7 zile, la ora 19:35
Bancuri cu si
despre fotografi »

   de Dorian
   acum 7 zile, la ora 10:50
Montura Fuji X »
   de Avram
   acum 9 zile, la ora 07:35

Pana acum, cei 9631 de utilizatori au scris 126968 mesaje.

 

 


Site-ul include cookie-uri. Detalii aici

Politica de confidentialitate