Новое на форуме

Powershot G12 ->
[13.09.17 14:33] slod
PowerShot SX160 ->
[23.01.17 03:20] WillieWhomy
Русский Хелп по а... ->
[22.01.17 21:12] Frankabunk
Чем отличается те... ->
[22.01.17 21:11] Frankabunk
Canon PowerShot S... ->
[22.01.17 21:10] Frankabunk
Посоветуйте какой... ->
[22.01.17 21:08] Frankabunk
RawColorLikeJpeg ->
[19.01.17 23:51] JamesPaync
Powershot G11 ->
[17.01.17 16:53] KennethKa
Главная » Статьи » Фотография

Print
Разумно о фото: часть 3

Оглавление

Размер матрицы. Влияние на шумы и ГРИП.

К сожалению, маркетинговый приём "народ покупает мегапикселы" действует вовсю. 90% людей на вопрос "каков размер матрицы у аппарата Х?" ответят - "Y Мегапиксел!". А между тем гораздо важнее не мегапикселы, а миллиметры. Ниже приведены истинные пропорции между размерами наиболее распространённых матриц. Чёрным цветом показаны матрицы, типичные для большинства незеркальных камер, как компактных, так и так называемых "ультразумов". Синим цветом - матрицы немногочисленных "продвинутых" мыльниц, которых становится всё меньше и меньше - качество фотографий, увы, не является приоритетом в покупках, гораздо проще привлечь покупателя чем-то другим. Зелёным - матрица "классических" бюджетных зеркалок. Красным - матрица "альтернативных", новой системы 4/3, продвигаемой Олимпусом и Панасоником. И, наконец, жёлтым - размер кадра плёночного аппарата, называемый сейчас гордым словом "FullFrame" - цифровые зеркальные камеры этого формата есть, но стоят от 2-3 тысяч у.е. и выше...


МаркировкаKfРазмеры в ммПлощадь, мм2
1/2.5"6.05.8x4.325
1/2.3"5.66.2x4.628
1/1.8"4.97.2x5.338
1/1.6"4.48.0x5.947
4/3"218.0x13.5240
APSC1.5523x15350
FF(35mm)1.036x24860

На что же (кроме цены) влияет этот геометрический размер? По большому счёту - всего на три величины, но самые ключевые:

  • на габариты камеры и объектива (вес+размер);
  • на шумы;
  • на ГРИП.

С размерами всё предельно просто. При прочих равных (а именно - зум, диапазон ЭФР, светосила) все линейные размеры системы "матрица+оптика" пропорциональны размеру матрицы. Следовательно, как нетрудно догадаться, объём и вес пропорциональны размеру матрицы в третьей степени. Аппарат с маленькой матрицей можно сделать маленьким и лёгким. Для самых маленьких матриц "закон куба" нарушается лишь в связи с тем, что аппарат кроме матрицы и оптики должен иметь ещё элементы управления (кнопки и экранчик), которые неэргономично делать маленькими - держать аппарат двумя пальцами, нажимая на кнопки пинцетом и рассматривая экранчик в лупу, попросту неудобно. А вот для "больших" матриц (Kf менее 2) уже вес и размер оптики составляет существенную часть общего веса камеры. В связи с этим часто можно слышать от людей, не знающих оптику, "гениальную идею" вставить в какой-нибудь компактный "ультразум" матрицу побольше и решить все проблемы - и качество будет как у зеркалок, и зум и светосила грандиозные. Увы, чудес не бывает. Компактные объективы "ультразумов" потому и компактны, что "освещают" лишь мизерный кружочек диаметром 7-8миллиметров, а чтобы создать изображение на большой матрице, их придётся пропорционально увеличить (сделать длиннее и "толще"), в итоге получатся ровно те же внушительные габариты и вес, которые привычны нам по виду профессиональных фотографов.

А вот о шумах поговорим подробнее.

Шумы

Пришло время вспомнить про т.н. "чувствительность ISO" (мы начинали про неё говорить в главе про экспозицию и диафрагму). В отличие от плёночной, любая цифровая камера имеет в меню возможность выбора чувствительности в довольно широких пределах. Казалось бы - зачем? Зачем нужна "низкая" чувствительность, если "высокая" удобнее - и выдержки короче, и диафрагму можно зажать, и никаких проблем со смазом, и в сумерках и помещении без вспышки... Разгадка проста - на самом деле у матрицы всего ОДНА чувствительность - та самая "низкая", а все остальные получаются путём усиления сигнала. Однако, вместе с сигналом мы усиливаем и шумы, и чем выше ISO, тем более заметны они становятся на конечном фото. Очень трудно в рамках популярной статьи дать точное и универсальное определения шумов и причин их возникновения. Пожалуй, в данном случае проще показать, чем рассказать. На иллюстрации ниже - фрагменты одного и того же кадра, снятого в одинаковых условиях, но при разных ISO и разными камерами. Увы, не на всех мониторах разница одинаково заметна (на моём дешёвом офисном мониторе она существенно меньше, чем на хорошем домашнем), но при печати она ещё более усиливается. Для наглядности я увеличил картинку вдвое. (Кадры позаимствованы с популярного сайта imaging-resource.com, где в разделе "comparometer" снят один и тот же манекен в одинаковых условиях многими разными камерами.)


Даже не вдаваясь в подробности, очевидно что картинка правее и/или ниже всегда "хуже" картинки левее и/или выше. Под общим словом "шумы" скрывается целый букет неприятностей, далеко не все из которых видно именно на этой иллюстрации. Это и "зернистость", и "лишние цвета" (обратите внимание на появление зеленовато-жёлтых разводов поверх здорового цвета лица), и снижение цветового охвата и динамического диапазона (снимок становится более "одноцветным" и не может передать яркие и тёмные детали одновременно). Кроме того, в большинстве современных камер процессор пытается бороться с шумами особыми алгоритмами шумоподавления, в результате неизбежно появляются "побочные эффекты" - исчезновение деталей, "мыльность", "странные структуры" и многое другое, трудно описуемое словами. Все эти эффекты по-разному воспринимаются разными людьми (кто-то больше замечает одно, кто-то - другое), в итоге невозможно ввести объективную меру "шумности" и описать эту "шумность" какими-то формулами. Более того, поскольку большинство камер выдают "наружу" только уже обработанный процессором готовый JPG-файл, а алгоритмы шумоподавления у всех разные, то даже одинаковые матрицы после разной постобработки будет давать совершенно разные цифры, как бы их не определять. Итак, у нас нет строгого количественного определения итоговой "шумности" и мы не можем сказать "эта камера шумит вдвое больше" или "на тридцать попугаев меньше". Что же делать? Как сравнивать разные камеры? Вспомним: "если гора не идёт к магомету"...

Если мы не можем сказать что к примеру "при одинаковом ISO100 шум камеры А на столько-то (или во столько то) больше камеры Б", мы можем сравнивать не цифры шума, а цифры ISO! Они-то вполне строго определены! Возьмём камеру А за эталон и спросим себя - "при каком ISO камера Б шумит субъективно так же, как камера А на ISO100"? Понятно, что на разных сюжетах и эти субъективные оценки будут слегка "плавать", однако если усреднить их по многим сюжетам и многим экспертам, нарисуется довольно однозначная картина:

  • все камеры с одинаковым размером матрицы при одинаковом ISO шумят примерно одинаково
  • если у камеры А матрица по площади в N раз меньше матрицы камеры Б, то для достижения одинакового уровня шумов на камере Б нужно выставлять ISO в N раз больше, чем на камере А

Перерисуем вышеупомянутый пример по возрастанию субъективных шумов вот так:

Теперь пора раскрыть содержимое картинки: верхние три фрагмента - Canon 1000D на ISO 100-400-1600, нижние три - Panasonic FZ28 на тех же ISO 100-400-1600. Площади их матриц отличаются в 12 раз. Примерно так же распределились и шумы - кадр с маленькой матрицы на ISO100 лишь немногим лучше чем кадр с большой на ISO1600.

Нетрудно в общих чертах объяснить такую закономерность - общий уровень полезного сигнала пропорционален полной "пойманной" световой энергии (числу фотонов). Параметр ISO и величина диафрагмы привязаны к освещённости матрицы, т.е. энергии света на квадратный миллиметр за единицу времени. У большой матрицы этих миллиметров больше - вот и собирает она больше энергии (при той же выдержке), как раз пропорционально площади. Соответственно и соотношение сигнал/шум больше. Как мы видим, тут нигде не упомянуты мегапиксели. На многих форумах в Сети популярно мнение, что шум зависит не от размера матрицы, а от размера пикселя. Однако это заблуждение идёт от "попиксельного" сравнения кадров, что в корне неверно. При сравнении одинаковых кадров целиком (либо одинаковых долей кадров) эффект получается крайне незначительным, на уровне колебаний между разными моделями. Больший шум каждого пикселя компенсируется прежде всего лучшим межпиксельным усреднением и шумоподавлением, а также более совершенным техпроцессом (как правило, чем новее матрица, тем больше в ней мегапикселей).

Подведём краткий итог главы о шумах: аппараты с большой по площади матрицей позволяют либо при одинаковых ISO получать менее шумные и более "натуральные" снимки, либо получать одинаковое качество снимков в гораздо более тёмных условиях (разные ISO). Эффект пропорционален площади матрицы. От числа мегапикселей (в первом приближении) ничего не зависит.

ГРИП и матрица

Если Вы внимательно посмотрите на формулы из раздела про ГРИП и диафрагму, то окажется, что везде диафрагма входит исключительно в паре с обобщённым кропфактором Kf, вот так: "(Kf*A)". Введём новое обозначение:
Aэкв=Kf*A - "эквивалентная диафрагма".
Таким образом, она равна "обычной" диафрагме для 35мм-плёнки и дорогих "full-frame"-зеркалок, и больше неё в Kf раз для всех остальных матриц. Нетрудно показать, что во все формулы для ГРИП входит именно "эквивалентная" диафрагма. Таким образом, можно говорить не только об "эффективном фокусном расстоянии" но и об "эффективной с точки зрения глубины резкости" диафрагме.

С точки зрения ГРИП любой цифровой фотоаппарат снимает так же, как "полнокадровый" с диафрагменным числом в Kf раз большим

Получается например что замечательный (на первый взгляд) объектив LEICA 4,7-47мм/3,3-4,9 из-за матрицы в 1/2,5" "превращается" с точки зрения ГРИП в объектив, эквивалентный "плёночному" 28-280мм/20-30. Предложите любому понимающему фотографу поснимать портреты на диафрагме 30 - он долго будет над вами смеяться... Важно понимать, что это превращение связано исключительно с геометрическим размером матрицы - оно не зависит ни от фирмы-изготовителя, ни от качества, ни от цены. Это - неумолимые законы физики.

Итак, чем мельче матрица, тем больше ГРИП. Хорошо это или плохо? Зависит от того, что снимать. Для пейзажей и "здесь был Вася" - хорошо, задний фон ВСЕГДА будет проработан, на любой самой разавтоматической программе, при любом освещении. Можно вообще не заморачиваться. Но с портретами ситуация обратная. У "мелких" матриц ГРИП не получается сделать маленькой ни при каких условиях, в результате неистребимый резкий и яркий фон отвлекает внимание, а само лицо вообще не имеет градаций резкости, что делает картинку более "плоской". Бытует мнение, что "размытие фона", "боке" и т.п. при съёмке - удел профессионалов, а любителю типа и в фотошопе можно фон размыть. Это - в корне неверно. Всё в точности наоборот. Как раз профессионал сможет "сгладить" дефекты чрезмерной ГРИП с помощью подбора соответствующего студийного фона и освещения. У любителя же нет такой возможности - наиболее ценны для него не "студийно-заказные", а "живые" кадры, из реальной жизни, где нет возможности управлять ни фоном, ни освещением. И именно в таких ситуациях маленькая ГРИП сильно выручает, позволяя просто "выключить" фон, не обращать на него внимания. А "фокусы" Фотошопа сделанные неумелыми "любительскими" руками смотрятся обычно очень неестественно. Да и времени отнимают много, а его обычно не хватает...

Справа показана типичная иллюстрация такого "любительского" применения - произвольно выбранное фото из моего домашнего альбома, чисто репортажное (пришёл-нажал-снял). Даже на маленькой превьюшке виден объём. И кухонные предметы на заднем плане не особо отвлекают от центрального персонажа. На этом фото Аэкв=2,8.


ШИСО-эквивалентность. Диаграмма Афанасенкова.

Итак, мы плавно подошли к центральной, кульминационной точке повествования. Мы имеем сейчас в устоявшейся практике систему понятий и обозначений, пользоваться которой крайне неудобно. При заданных внешних условиях освещения мы (либо сами, либо с помощью автоматики камеры) можем выставить так называемую "экспотройку" - выдержка/диафрагма/ISO. Парадокс в том, что при совершенно одинаковых экспотройках мы получим на разных камерах драматически разные результаты! На одной камере ставим ИСО800 - почти нет шума, незаметно... На другой камере ставим ИСО200 - дикие шумы... На одной камере ставим диафрагму 2,8 - резко от метра до бесконечности, на другой ставим те же 2,8 - в ГРИП даже уши не влезают! Т.е. само по себе абсолютное значение цифр ISO и диафрагмы без знания модели камеры НИЧЕГО не говорит о том, как будет выглядеть будущий снимок. А так хочется, чтобы эти цифры имели какой-то смысл, чтобы выставив параметры съёмки можно было получить ПРЕДСКАЗУЕМЫЙ результат без сложных арифметических действий в уме. Чтобы можно было в учебниках писать

  • "для поясного портрета рекомендуется диафрагма такая-то", она даёт такую-то ГРИП
  • "для пейзажа с передним планом на 3-х метрах от снимающего достаточно диафрагмы такой-то"
  • "ISO такое-то даёт приемлемые шумы для просмотра на отпечатке 10*15см"
и так далее....

Похожая проблема была с фокусными расстояниями - её быстро решили введением ЭФР. И никто не возмущается, что цифра ЭФР привязана к устаревшему формату и сама по себе ничего не значит - ибо с ней удобно работать. Выставив одинаковые ЭФР на любой, незнакомой камере, мы гарантированно получаем одинаковую компоновку кадра, одинаковый угол зрения, при этом нас совершенно не волнует сколько там внутри линз, какого они истинного фокусного расстояния, коэффициента преломления и диаметра. Пусть этой внутренней жизнью камеры занимаются инженеры, а нам важен лишь конечный снимок. Точно так же можно ввести новую, "эквивалентную" систему экспонометрии. Старая система привязана к освещённости квадратного миллиметра матрицы. Для плёнки это было оправдано тем, что плёнку (эмульсию) производил совершенно отдельный производитель, заранее не зная какими кусками и в какой аппарат её нарежут и засунут. Поэтому нормировалась именно освещённость. Нам же не важно сколько там у нас внутри квадратных миллиметров, нам важен конечный результат - снимок в файле. А он зависит от полного количества света, а не от освещённости. Итак, приступим:
Выдержку оставим обычной, в секундах. Она нам не мешает.
Диафрагму заменим на "эквивалентную", мы уже её вводили недавно:
Aэкв=Kf*A - "эквивалентная диафрагма".
И, наконец, вместо ISO будем использовать "эквивалентное", назовём его ШИСО:
ШИСО=Kf*Kf*ISO

Какие же свойства имеет эта "новая" экспотройка?

  1. она является абсолютно корректной с точки зрения "классической", т.е. "новая" тройка соответствует ровно той же внешней освещённости, что и "старая" с теми же значениями, никаких принципиально новых единиц и шкал не вводится. Все старые экспонометры и таблицы работают как раньше. Мы как бы "прикрываем" диафрагму в Kf раз, что уменьшает экспозицию в Kf*Kf раз, но тут же поднимаем ISO ровно во столько же раз, что полностью компенсирует это виртуальное "прикрытие" диафрагмы.
  2. по физическому смыслу она означает примерно то же, что ЭФР - если такие же абсолютные значения выставить на "полнокадровой"(или плёночной) камере, получим примерно тот же по внешнему виду снимок;
  3. при этом по ГРИП все снимки сделаные с одинаковой Аэкв на разных камерах будут в точности одинаковы (при прочих равных ЭФР и расстоянии до объекта);
  4. при этом по шумам все снимки сделаные с одинаковым ШИСО на разных камерах будут лишь примерно одинаковы (по причинам разных настроек шумоподавления, разных типов матриц, разных настроек шарпа и прочих параметров обработки и соответственно разного характера шумов на выходе), однако отличаться будут в небольших пределах, чётко указывая средний ожидаемый уровень качества.

Для недостаточно подготовленного читателя приведу пример "на пальцах". Допустим, у Вас есть цифрокомпакт с матрицей 1/2,3" (Kf=5,6), а у Вашего начальника - полнокадровая зеркалка Canon 5DMk2. Вы делаете кадр в положении зума ЭФР=50мм, и автомат выставляет, допустим ISO=100, диафрагма=4,0, выдержка=1/100c. Но в "эквивалентных" величинах это означает выдержка=1/100c, ШИСО=100*5,6*5,6=3100; Аэкв=4,0*5,6=22. Если Вы попросите начальника выставить на его аппарате такие значения (фокусное=50мм, выдержка 1/100, диафрагма 22, ИСО=3100) и сделать тот же снимок того же объекта с той же точки, то у него выйдет совершенно корректный по экспозиции снимок. Более того, когдаа потом вы напечатайте свои кадры в одном и том же минилабе, отпечатки будут очень похожи. Как по глубине резкости, так и по качеству (шумам, цветам и пр).

Понятно, что ждать от производителей массового перехода на эти "эквивалентные" величины не приходится. Однако никто не мешает нам использовать эти параметры если не при съёмке, то хотя бы для сравнения РЕАЛЬНЫХ возможностей различных камер. Для приведения разных камер "к общему знаменателю". Допустим, фокусное расстояние определяется композицией кадра, зафиксируем его. Выдержка в первом приближении равна 1/ЭФР (либо определяется динамичностью объекта), так как при более длинной будет смаз, а при более короткой придётся поднимать ISO, что ухудшит качество. Так или иначе, зафиксируем и её тоже (в конце концов нас интересует сравнение камер "при прочих равных"). Останется для управления экспозицией и глубиной резкости два параметра - ISO и диафрагма.

Для каждого аппарата диапазон значений ISO и диафрагмы известен из спецификаций. Нанесём его на график в осях Аэкв-ШИСО.

Для каждой конкретной камеры получится свой прямоугольник допустимых значений. Подчеркнём - Вы это легко можете сделать сами для любой конкретной камеры, кроме диапазона диафрагмы и ISO потребуется знать только Kf, который легко вычисляется как ЭФР/ФР, совершенно необязательно искать типоразмер матрицы. Поскольку диаграмм в таких координатах я пока не встречал, осмелюсь присвоить ей своё имя :) Для целей настоящей статьи я нанёс не конкретные камеры, а усреднённые классы камер.

  • красный прямоугольник - большинство компактов, матрица 1/2,3-1/2,5, невысокая светосила;
  • жёлтый прямоугольник- отдельные качественные компакты, матрица 1/1,6-1/1,8, нормальная светосила;
  • синий прямоугольник - бюджетные зеркалки с китовой оптикой
  • голубой прямоугольник- бюджетные зеркалки со светосильным фиксом (например, 50/1,4)
  • светлоголубой прямоугольник- полнокадровые камеры на примере 5DMk2

Что мы видим на диаграмме и как ею пользоваться?

Прежде всего обратим внимание на диагональные линии под зелёными номерами - эти линии соответствуют одинаковой внешней освещённости (условиям съёмки). Чем больше номер линии - тем темнее (хуже освещённость). Для каждой линии мы можем выбирать по своему желанию сочетание ГРИП и шума. Либо увеличивать шум (ухудшать качество) и увеличивать ГРИП (прикрывая диафрагму и задирая ISO), либо наоборот. Однако, для каждой камеры это можно делать лишь в пределах её возможностей - т.е. прямоугольника соответствующего цвета. Допустим, для линии номер 8 вариант с бесшумным Аэкв=4 доступен только на 5Д, далее идёт "синяя" область, доступная как 5Д, так и бюджетным зеркалкам с китовым объективом, и лишь с Аэкв=16 начинаются "хорошие компакты" а затем с Аэкв=22 и "плохие". При этом до самого конца линия находится в зоне китовых бюджетных зеркалок, т.е. при этой освещённости диапазон применения бюджетных зеркалок полностью покрывает все компакты - т.е. зеркалка всегда сможет заменить компакт, сделав кадр с такой же ГРИП и шумом, но не наоборот - малые шумы и малые ГРИП аппаратам с мелкой матрицей недоступны.

Правый нижний угол любого прямоугольника касается линии максимальной чувствительности - в такой темноте камера уже не снимет. Видно, что бюджетные зеркалки даже с китовой ("тёмной") оптикой находятся на уровне топовых компактов, опережая обычные компакты, и при этом в этой точке давая меньшие шумы. У обычных компактов в сравнимых условиях ШИСО составляет около 100 000, что соответствует такому ужасному шуму, что подходит либо для интернет-превьюшек низкого разрешения, либо для каких-то технических целей (номер машины при аварии, расписание автобуса, и т.п.). Аналогично верхний левый угол - самая большая доступная освещённость. Здесь запас у больших матриц ещё более впечатляющ (хотя, конечно, проблемы снять при слишком ярком свете возникают значительно реже).

Высота прямоугольника - это фактически величина предполагаемого выбора. Чем выше прямоугольник - тем больше у фотографа возможность выбирать между ГРИП и шумом (при заданной внешней освещённости). У "красного" прямоугольника высота всего три стопа - выбор между огромной ГРИП и большой, т.е. практически полное отсутствие выбора. У "синего" в этом плане всё в порядке - высота даже с "китовой"(идущей в комплекте) оптикой порядка семи стопов, а со светосильной - все десять. У "хороших" компактов промежуточное положение (от средней до большой ГРИП), но ближе к "плохим", разумеется - малую ГРИП получить не выйдет. Т.о. прямо из диаграммы наглядно видно, что с большой матрицей фотограф имеет заметно бОльшую свободу выбора, а с малой матрицей не имеет выбора вообще. С другой стороны уместно напомнить, что обратной стороной свободы всегда является ответственность - неумелым выставлением параметров можно загубить кадр. Если, к примеру выставить малую ГРИП и промахнуться с фокусом (поздно дожать кнопку, когда объект уже сместился, не туда сфокусироваться, и т.п.) то весь кадр будет нерезким. В случае самых мелких матриц какую программу не ставь, куда не фокусируйся (кроме макро, пожалуй), всё равно в 90% случаев кадр будет резким из-за огромной ГРИП. Можно давать аппарат маленькому ребёнку - он ничего не сумеет испортить.

И, наконец, просто общий взгляд на диаграмму сразу определяет "нишу" мелких матриц - огромная ГРИП при высоких шумах. При этом бОльшую, наиболее качественную область применения можно легко имитировать на крупных матрицах, выставляя предельные ISO и зажимая до упора диафрагму, и только в самом верхнем правом углу диаграммы компакты пока остаются недосягаемыми, хотя отнюдь не по объективным причинам, а чисто по маркетологическим - технически и физически ничто не мешает ценой шума далее "разгонять" усиление на зеркальных камерах и внедрять туда те же технологии процессорного (программного) подавления шумов ценой разрешения, просто нынешним покупателям эта функция пока не нужна.

И, в заключение главы про ШИСО, специально для тех кто скептически относится к "субъективной оценке шумов", приведу один точный график, полученный строго и объективно, на профессиональном оборудовании.

Тестировались три камеры. Поскольку данные камеры выдавали RAW, это позволило уйти от разных внутрикамерных настроек и стандартизовать обработку. Подробнее о методике на сайте DXO Labs. Если взять то ISO, при котором все три камеры достигают шума в 30дб, то соотношение как раз достаточно близко к соотношению площадей матриц.
Кстати, обратите внимание, сама контора DXO (а отнюдь не автор этих строк) на графиках рисует горизонтальные пунктирчики трёх цветов - красного, жёлтого и зелёного. Это "уровни качества" типа "отличное", "сойдёт", "ужас". Так вот наглядно видно, что даже одна из лучших мыльниц - (Canon G9) не достигает уровня "сойдёт" ни при каком ИСО Зеркалки его легко преодолевают даже на ИСО400, а полнокадровые - даже на 800. При этом отличного (по шуму) качества досигают все бюджетные зеркалки на уровне ИСО100, и полнокадровые на уровне ИСО200.

читать дальше



Источник: http://afanas.ru/video/photo.htm
Категория: Фотография | Добавил: Ryabchik (21.03.10) | Автор: Афанасенков М.А. W
Просмотров: 11070 | Рейтинг: 5.0/1
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]

Поиск

v