Матрицы и камеры

Производителей цифровых камер больше, чем тех кто «умеет» делать матрицы. Схем используемых объективов не много. Но споры о том, чьи фотографии лучше не прекращаются. Алгоритмы преобразования сигнала с матрицы «в файл», дизайн и пользовательские функции — то, над чем собственно и могут потрудиться «фирменные» конструкторы.

И все же интересно — много ли зависит от матрицы и могут ли камеры с близкими по характеристикам CCD/CMOS (или даже идентичными) сильно отличаться по фотографическим возможностям и изображению.

Для сравнения были взяты экземпляры распространенных и очень удачных цифровых камер «полупрофессионального» уровня. Все они уже были испытаны ранее и описаны. Технические характеристики и описания: Canon Power Shot G2, Olympus C-5050ZOOM, Casio QV4000 и здесь, Casio QV5700, Nikon Coolpix 5000. Данные о матрицах взяты из этих же материалов, а так же статей о матрицах и итогах года. В прочем SONY и Panasonic не держат секретов об уже выпущенных светочувствительных чипах и найти их описание можно через любую поисковую систему в сети. Труднее установить, что же конкретно установлено в цифровой фотоаппарат.

Отобранные для сравнения аппараты интересны тем, что два из них практически идентичны по конструкции, но имеют матрицы разных производителей и разрешения (Casio), Canon G2 и Casio QV4000 собраны на одинаковых матрицах и объективах, но различны по конструкции и используемым алгоритмам «оцифровки», 5-ти мегапиксельные аппараты собраны на матрицах разных производителей и размеров. Так что есть, что сравнить.

То, что дизайнеры могут по разному использовать ресурсы матриц хорошо видно на примере Canon G2 и Casio QV4000. При одной и той же матрице и объективе, аппараты отличаются максимальным форматом кадра, диапазоном возможных светочувствительностей (у Casio вообще единственное базовое значение ISO) и наличием RAW (у Casio формально RAW нет). Возможно, что такая «искусственная скромность» Casio результат «рыночного соглашения». И это вполне вероятно — ведь множество функций Casio QV4000 скрыты от «рядового пользователя» (смотри здесь) но все же существуют. Прямой конкурент Casio QV5700 с 1/1,8″ матрицей Panasonic — Olympus C-5050 с такой же по размеру и разрешению матрицей от Sony. В Nikon Coolpix 5000 установлена 5 мегапиксельная и в 2/3″ — большая матрица с наибольшим размером отдельного чувствительного элемента — 3,4 микрона. При таком «большом» элементе и матрице максимальная диафрагма в F/8 и то только для широкого угла выглядит скромной в сравнении с F/10 у Olympus с его меньшей матрицей.

камера
Canon PowerShot G2
Olympus С-5050 Zoom
Casio QV4000
Casio QV5700
Nikon 5000
матрица
Sony ICX406AQ
Sony
ICX452
Sony ICX406AQ
Panasonic MN39594PH-L
Sony ICX282
матрица, размер
1/1,8″
1/1,8″
1/1,8″
1/1,8″
2/3″
матрица, эффективных элементов
млн
3,9
4,92
3,98
4,92
4,92
Размер элемента мкм
3,12×3,12
2,775×2,775
3,12×3,12
2,7×2,7
3,4×3,4
чувствительность
50, 100, 200, 400
100, 200, 400
64 (100)
50, 100, 200, 400, 800
100, 200, 400, 800
кадр
2272×1704
2560×1920
2240×1680
2560×1920
2560×1920
диафрагма
F/2,0 — F/2,5 -F/8
F/1,8 — F/10
F/2,0 — F/2,5 -F/8
F/2,0 — F/2,5 -F/8
W F/2,8 — F/8
T F/4,8 — F/7,6

Одной из ключевых характеристик цифрового фотоаппарата является его «шумность». Она и была использована для сравнения камер. Про методики определения и оценки шум можно посмотреть здесь и здесь. «Мерой шумности для цифровой фотографии можно считать стандартное отклонение — среднеквадратичное отклонение от среднего, которое выводит Photoshop для всей картинки или выделенной ее области в меню «Гистограмма» (можно смотреть значение среднего и отклонения для яркости L или любого из цветов выбранного цветового пространства RGB, HSB, LAB)».

При испытаниях на световой столик укладывалась молочная пленка, запечатанная черными чернилами различной плотности в четырех отдельных зонах. Камера устанавливалась на штатив и производилась съемка с максимальной и минимальной возможной для камеры чувствительностью. Для сглаживания неоднородностей тестового объекта объектив камеры расфокусировался, а диафрагма устанавливалась максимально открытой. Баланс белого устанавливался вручную, экспозиция по экспонометру и с вилкой ±1 ступень выдержки. Съемка производилась в TIFF или RAW. Из снимка вырезались 4 квадратика различной оптической плотности размером 150×150 пикс. Таким образом для каждого фотоаппарата было получено по набору однородных квадратиков для максимальной и минимальной чувствительности. С помощью Photoshop можно определить для каждого из квадратиков значение яркости L и стандартного отклонения яркости dL. Далее не составит труда построить зависимость шума от яркости L. Величиной, характеризующей шум традиционно считается 20хLg(dL/L). Исходные данные в Excel можно посмотреть здесь. Зависимость шума от яркости для каждой камеры представлена в фильме Shockwave Flash:Для удобства сравнения можно «включить» только необходимые камеры и величины светочувствительности.

Лучший результат при минимальной чувствительности у Nikon 5000. И это не удивительно — его чувствительный элемент наибольший, а система фильтров C-Y-G-M теоретически использует свет более эффективно, чем G-R-G-B. Так же вполне логично и то, что Canon G2 и Casio QV4000 шумят почти одинаково. 5-ти мегапиксельная матрица SONY 1/1,8″ (Olympus C-5050) шумит чуть сильнее конкурента от Panasonic (Casio QV5700). На максимальной чувствительности Nikon 5000 с его ISO 800 уступает только Olympus C-5050 с ISO 400 и лучше других аппаратов с ISO 400 и 800. Так что размер отдельной ячейки все еще важен.

Дополнительно для визуальной оценки «шумности» приведены фрагменты квадратиков близкой яркости для минимальной возможной чувствительности и разных камер (яркость некоторых фрагментов немного изменена для «удобства» сравнения, у фрагмента Casio QV4000 цвета приведены к «серому», так как ручной баланс «сработал» некорректно):

Olympus C5050ZOOM

ISO64 1/100 c F/2,6

шум

Nikon Coolpix 5000

ISO100 1/37 c F/4,8

шум

Canon PS G2

ISO50 1/8 c F/2,5

шум

Casio QV4000

ISO 64 (100) 1/139 c F/2

шум

Casio QV5700

ISO 50 1/93 c F/2

шум

Выводы:

1. Большая матрица с большим светочувствительным элементом шумит меньше.

2. Шумы Canon G2 и Casio QV4000 очень похожи и если предположить, что у этих аппаратов с одинаковыми матрицами и объективами алгоритмы оцифровки разные, то надеяться на «всесилие математики» в борьбе с шумами пока рано и главное все же матрица.

3. Так как камеры собраны на базе близких по характеристикам матриц (или вообще одних и тех же), то как и в случае с пленкой выбирать следует (в одном классе) тот фотоаппарат, который устраивает вас функционально и просто вам «по душе».

Камеры предоставлены компанией «Компьютер для любителей фото»





4 июля 2003 Г.

������� � ������

������� � ������

�������������� �������� ����� ������, ��� ��� ��� «�����» ������ �������. ���� ������������ ���������� �� �����. �� ����� � ���, ��� ���������� ����� �� ������������. ��������� �������������� ������� � ������� «� ����», ������ � ���������������� ������� — ��, ��� ��� ���������� � ����� ����������� «���������» ������������.

� ��� �� ��������� — ����� �� ������� �� ������� � ����� �� ������ � �������� �� ��������������� CCD/CMOS (��� ���� �����������) ������ ���������� �� ��������������� ������������ � �����������.

��� ��������� ���� ����� ���������� ���������������� � ����� ������� �������� ����� «���������������������» ������. ��� ��� ��� ���� �������� ����� � �������. ����������� �������������� � ��������: Canon Power Shot G2, Olympus C-5050ZOOM, Casio QV4000�����, Casio QV5700, Nikon Coolpix 5000. ������ � �������� ����� �� ���� �� ����������, � ��� �� ������ � �������������� ����. � ������ SONY � Panasonic �� ������ �������� �� ��� ���������� ������������������� ����� � ����� �� �������� ����� ����� ����� ��������� ������� � ����. ������� ����������, ��� �� ��������� ����������� � �������� �����������.

���������� ��� ��������� �������� ��������� ���, ��� ��� �� ��� ����������� ��������� �� �����������, �� ����� ������� ������ �������������� � ���������� (Casio), Canon G2 � Casio QV4000 ������� �� ���������� �������� � ����������, �� �������� �� ����������� � ������������ ���������� «���������», 5-�� �������������� �������� ������� �� �������� ������ �������������� � ��������. ��� ��� ����, ��� ��������.

��, ��� ��������� ����� �� ������� ������������ ������� ������ ������ ����� �� ������� Canon G2 � Casio QV4000. ��� ����� � ��� �� ������� � ���������, �������� ���������� ������������ �������� �����, ���������� ��������� ���������������������� (� Casio ������ ������������ ������� �������� ISO) � �������� RAW (� Casio ��������� RAW ���). ��������, ��� ����� «������������� ����������» Casio ��������� «��������� ����������». � ��� ������ �������� — ���� ��������� ������� Casio QV4000 ������ �� «�������� ������������» (������ �����) �� ��� �� ����������. ������ ��������� Casio QV5700 � 1/1,8″ �������� Panasonic — Olympus C-5050 � ����� �� �� ������� � ���������� �������� �� Sony. � Nikon Coolpix 5000 ����������� 5 �������������� � � 2/3″ — ������� ������� � ���������� �������� ���������� ��������������� �������� — 3,4 �������. ��� ����� «�������» �������� � ������� ������������ ��������� � F/8 � �� ������ ��� �������� ���� �������� �������� � ��������� � F/10 � Olympus � ��� ������� ��������.

������
Canon PowerShot G2
Olympus �-5050 Zoom
Casio QV4000
Casio QV5700
Nikon 5000
�������
Sony ICX406AQ
Sony
ICX452
Sony ICX406AQ
Panasonic MN39594PH-L
Sony ICX282
�������, ������
1/1,8″
1/1,8″
1/1,8″
1/1,8″
2/3″
�������, ����������� ���������
���
3,9
4,92
3,98
4,92
4,92
������ �������� ���
3,12×3,12
2,775×2,775
3,12×3,12
2,7×2,7
3,4×3,4
����������������
50, 100, 200, 400
100, 200, 400
64 (100)
50, 100, 200, 400, 800
100, 200, 400, 800
����
2272×1704
2560×1920
2240×1680
2560×1920
2560×1920
���������
F/2,0 — F/2,5 -F/8
F/1,8 — F/10
F/2,0 — F/2,5 -F/8
F/2,0 — F/2,5 -F/8
W F/2,8 — F/8
T F/4,8 — F/7,6

����� �� �������� ������������� ��������� ������������ �������� ��� «��������». ��� � ���� ������������ ��� ��������� �����. ��� �������� ����������� � ������ ��� ����� ���������� ����������. «����� �������� ��� �������� ���������� ����� ������� ����������� ���������� — ������������������ ���������� �� ��������, ������� ������� Photoshop ��� ���� �������� ��� ���������� �� ������� � ���� «�����������» (����� �������� �������� �������� � ���������� ��� ������� L ��� ������ �� ������ ���������� ��������� ������������ RGB, HSB, LAB)».

��� ���������� �� �������� ������ ������������ �������� ������, ������������ ������� ��������� ��������� ��������� � ������� ��������� �����. ������ ��������������� �� ������ � ������������� ������ � ������������ � ����������� ��������� ��� ������ �����������������. ��� ����������� ��������������� ��������� ������� �������� ������ ����������������, � ��������� ��������������� ����������� ��������. ������ ������ �������������� �������, ���������� �� ������������ � � ������ ±1 ������� ��������. ������ ������������� � TIFF ��� RAW. �� ������ ���������� 4 ���������� ��������� ���������� ��������� �������� 150×150 ����. ����� ������� ��� ������� ������������ ���� �������� �� ������ ���������� ����������� ��� ������������ � ����������� ����������������. � ������� Photoshop ����� ���������� ��� ������� �� ����������� �������� ������� L � ������������ ���������� ������� dL. ����� �� �������� ����� ��������� ����������� ���� �� ������� L. ���������, ��������������� ��� ����������� ��������� 20�Lg(dL/L). �������� ������ � Excel ����� ���������� �����. ����������� ���� �� ������� ��� ������ ������ ������������ � ������ Shockwave Flash:

��� �������� ��������� ����� «��������» ������ ����������� ������ � �������� ���������������������.

������ ��������� ��� ����������� ���������������� � Nikon 5000. � ��� �� ����������� — ��� �������������� ������� ����������, � ������� �������� C-Y-G-M ������������ ���������� ���� ����� ����������, ��� G-R-G-B. ��� �� ������ ������� � ��, ��� Canon G2 � Casio QV4000 ����� ����� ���������. 5-�� �������������� ������� SONY 1/1,8″ (Olympus C-5050) ����� ���� ������� ���������� �� Panasonic (Casio QV5700). �� ������������ ���������������� Nikon 5000 � ��� ISO 800 �������� ������ Olympus C-5050 � ISO 400 � ����� ������ ��������� � ISO 400 � 800. ��� ��� ������ ��������� ������ ��� ��� �����.

������������� ��� ���������� ������ «��������» ��������� ��������� ����������� ������� ������� ��� ����������� ��������� ���������������� � ������ ����� (������� ��������� ���������� ������� �������� ��� «��������» ���������, � ��������� Casio QV4000 ����� ��������� � «������», ��� ��� ������ ������ «��������» �����������):

Olympus C5050ZOOM

ISO64 1/100 c F/2,6

���

Nikon Coolpix 5000

ISO100 1/37 c F/4,8

���

Canon PS G2

ISO50 1/8 c F/2,5

���

Casio QV4000

ISO 64 (100) 1/139 c F/2

���

Casio QV5700

ISO 50 1/93 c F/2

���

������:

1. ������� ������� � ������� ������������������� ��������� ����� ������.

2. ���� Canon G2 � Casio QV4000 ����� ������ � ���� ������������, ��� � ���� ��������� � ����������� ��������� � ����������� ��������� ��������� ������, �� ��������� �� «�������� ����������» � ������ � ������ ���� ���� � ������� ��� �� �������.

3. ��� ��� ������ ������� �� ���� ������� �� ��������������� ������ (��� ������ ����� � ��� ��), �� ��� � � ������ � ������� �������� ������� (� ����� ������) ��� �����������, ������� ���������� ��� ������������� � ������ ��� «�� ����».



������ ������������� ��������� «��������� ��� ��������� ����»