Разрешение матрицы цифрового фотоаппарата.

14.08.2008


Разрешение матрицы цифрового фотоаппарата

Матрица цифрового фотоаппарата состоит из множества отдельных светочувствительных элементов - пикселей, каждый такой элемент формирует одну точку на изображении. Чем больше разрешение матрицы, тем выше детализация получаемого снимка.

Кол-во пикселей на матрице называется разрешением матрицы и измеряется в мега пикселях (миллионах пикселях). Каждый такой пиксель воспринимает свет и преобразует его в электрический заряд (чем ярче свет - тем сильней заряд). Поскольку используется информация только о яркости света, картинка получается черно-белой. Чтобы она была цветной, ячейки покрывают цветными фильтрами.

В большинстве матриц каждый пиксель покрыт красным, синим или зеленым фильтром, так называемые RGB фильтры ( R ed – красный, G reen – зеленый, B lue –синий). Фильтр пропускает в ячейку лучи только своего цвета, поэтому каждый пиксель, для процессора фотоаппарата, имеет либо красный, либо зеленый, либо синий цвет и яркость этого цвета.

Эти три цвета являются основными, а все остальные цвета получаются путем смешения основных. Процессор рассчитывает цвет каждого пикселя, анализируя информацию с соседних с ним пикселей.

Расположение фильтров бывает различным, но наиболее распространен так называемый фильтр Баера, когда применяются светофильтры трёх основных цветов в следующем порядке:

Пиксель матрицы цифрового фотоаппарата

Как видите, зеленых ячеек в два раза больше, чем ячеек других цветов. Это связано с особенностями человеческого зрения, наиболее чувствительного именно к зелёной области спектра. Потеря данных в этой области была бы наиболее заметна. В модифицированном фильтре Байера, R G B E , одна из зеленых ячеек заменена светло-голубой (E-изумрудной, англ. emerald ), что даёт лучшую цветопередачу. (технология разработанная SONY ).

Как происходит расчет цвета пикселей.

Допустим есть матрица состоящая из красных, зеленых и синих пикселей:

Матрица цифрового фотоаппарата

Теперь фотографируем изображение:

Матрица цифрового фотоаппарата

При этом сигнал с матрицы, для процессора будет выглядеть как сигнал от красных, зеленых и синих пикселей с различной яркостью:

Матрица цифрового фотоаппарата

После обработки, процессор вычисляет цвет каждого отдельного пикселя, используя информацию о других цветах с соседних ячеек и формирует цифровое изображение:

Матрица цифрового фотоаппарата

Как видно на картинке, это изображение получилось более размытым, чем исходное. Такой эффект связан с потерей части информации в результате прохождения света через цветовые фильтры и обработкой изображения процессором. Для исправления размытости процессор фотоаппарата автоматически повышает чёткость изображения. Дополнительно, в этот момент процессор может применить и другие операции: изменить контрастность, яркость, подавлять цифровой шум и т. д. в зависимости от модели аппарата. Многие из этих функций производятся фотоаппаратом автоматически, более дорогие модели имеют возможность дополнительной, ручной корректировки.

Так же существуют матрицы RGBW ( добавлен White - белый) , в них добавлены пиксели не имеющие цветового фильтра, свет попадает на пиксель беспрепятственно и он дает более сильный сигнал (такие матрицы выпускает KODAK).

Матрица цифрового фотоаппарата

Использование такого пикселя позволяет получать более яркое изображение в условиях недостаточного освещения, но при этом возможны потери мелких цветовых деталей, т.к. существует области 2х2 пикселя, где есть только два цвета, например белый и синий или белый и зеленый и т.д, что затрудняет корректный расчет цвета.

Разрешение матрицы и печать фотографий.

При печати печати изображения у пикселей появляется физический размер, и именно он и описывается разрешением при печати. Чем больше пикселей на дюйм (англ. — pixels per inch — ppi) будет на распечатке, тем менее заметными будут отдельные пиксели, и тем более реалистичным будет выглядеть отпечаток.

Насколько высоким должно быть разрешение печати, чтобы глаз не различал отдельные пиксели и воспринимал изображение как качественное?

72 ppi - cтандартное разрешение для компьютерных мониторов или отпечатков, разглядываемых издали (например, плакатов). При близком расстоянии пиксели заметны.

150 ppi - достаточно высокое разрешение, чтобы глаз не замечал отдельных пикселей и воспринимал картинку как целое.

300 ppi - фотографическое качество печати. Дальнейшее увеличение разрешения нужно, только если отпечаток будут рассматривать через увеличительное стекло.

Как посчитать?

Для печати фотографии размером 10х15 без потери качества потребуется фотоаппарат с разрешением примерно 2,16 Мпикс = 1800*1200, точнее 2,09 Мпикс=1770*1181 (высота фотографии = 10 см, 10 см делим на 2,54 – столько сантиметров в одном дюйме, получаем 3,937 - столько составляет высота бумаги в дюймах, в один дюйм должно вместиться 300 точек, соответственно 3,937*300 = 1181 ), ширина = 15/2,54*300 = 1770).

В принтерах, д ля разрешения изображения при печати употребляется сокращение dpi (dots per inch — точек на дюйм).

Лазерные и струйные принтеры не способны отобразить все варианты цвета одного пикселя одной точкой на бумаге. Вместо того, чтобы точь-в-точь передавать цвет каждого пикселя, принтер наносит на бумагу комбинацию разноцветных точек, которые с определенного расстояния воспринимаются нами как единое целое. Именно потому, что для печати одного пикселя требуется множество принтерных точек, разрешение принтера и разрешение изображения — это совершенно разные вещи.

Существует простое практическое правило : чтобы вычислить, какое разрешение картинки потребуется для изготовления высококачественного отпечатка, разделите разрешение вашего принтера на четыре. Например, если на принтере указано, что его разрешение — 1200 dpi, максимального качества вы сможете добиться, если пошлете на печать картинку с разрешением 300 ppi.

В цифровых фотолабораториях при печати каждая точка на фотобумаге экспонируется в произвольный цвет и разрешение в точках на дюйм (dpi) соответствует разрешению в (ppi). Поэтому если лаборатория печатает с разрешением 300 dpi, качество отпечатков будет не хуже, чем на принтере с разрешением 1200 dpi.

Прогресс не стоит на месте, а современные принтеры выдают разрешение до 5760х1440 dpi. Какое разрешение фотоаппарата необходимо что бы использовать разрешающую способность такого принтера в полную силу. Для того что бы посчитать какое разрешение фотоаппарата необходимо для печати фотографии с размерами 10х15, необходимо разделить разрешение принтера на 4 (т.к. одна точка не отображает всех оттенков, см . выше). Получим 1440х360, таким образом для печати фото 10х15 потребуется разрешение 5,9*1440=8496, 3,937*360=1417, 8496*1417 = приблизительно 12 МПикс!!!!, для печати А4 приблизительно 42 Мпикс!!!

Выгоды разрешения матрицы.

Чем выше разрешение матрицы тем более четкую и детализированную фотографию вы можете получить. Так же чем выше разрешение матрицы, тем большего размера фотографию вы можете напечатать без потери качества. Для качественной печати фотографии 10х15 см достаточно фотоаппарата с разрешением 2 Мпикс, для печати фото А4 – 10 Мпикс.

Если вы хотите использовать в полную силу возможности современных фото принтеров, то для печати фото 10х15 см вам уже понадобиться фотоаппарат с разрешением матрицы 12Мпкс, а А4 - 42 Мпикс!

Кроме того, то, что вы не планируете печатать большие фотографии сегодня, не говорит о том, что вы не захотите напечатать их завтра, поэтому хорошее разрешение никогда не помешает, но его необходимо всегда учитывать с еще одним параметром - это физический размер матрицы цифрового фотоаппарата.


Комментарии к записи "Разрешение матрицы цифрового фотоаппарата."
Перейти к форме комментирования
  1. Любопытно зайти на сайт через три года и увидеть ответ на свой комментарий.
    Miroslav, видно, что вы что-то, где-то читали, но в голове у вас большой винегрет – всё перепутано.
    Начнём с того, что разрешение матрицы идёт не на миллиметр, а на всю матрицу. В противном случае – это уже плотность пикселей матрицы, а не её разрешение. Никакими 4 пикселями не формируется один элемент. Сам пиксель состоит из субпикселей. Обычно субпикселей 4 шт. на пиксель. Можно конечно считать разрешение матрицы и в субпикселях. Три цвета выходит не из четвёрки пикселей, а из четвёрки субпикселей (если пиксель состоит из 4 субпикселей, что бывает не всегда).
    Непонятно как размышления о формировании изображения на цифровой камере у вас увязаны с тем, что я был не прав. Тут дело в том как принтер формирует изображение, но это я уже объяснял выше.
    Также непонятно, почему «При оптической печати с 35 мм плёнки вполне достижимое разрешение 8,6 млн точек на кадр» не применимо к мыльницам. И откуда 34 Мп? Вероятно, Miroslav зачем-то умножает 8,6 на 4, но смысл этого понятен только ему и, вероятно, проистекает из непонимания того, что такое субпиксель и какое место он занимает в цифровой фотографии.

  2. Осмелюсь возразить господину Критику.

    Автор статьи прав. Ведь речь идёт о разрешении матрицы - которая может быть выражена в точках или линиях на миллиметр. И если один элемент изображения на цифровой матрице фотоаппарата формируется четырьмя пикселями то разрешение матрицы будет равно количеству пикселей делённое на четыре.

    С каждой "четвёрки" пикселей "выходит" три цвета - красный синий и зелёный. В идеале каждый виртуальный пиксель- 16 битный и передаёт 256 градаций яркости одного цвета. А поскольку цветов три то 256 в третъей степени даст 16 777 216 цветов.

    Фотография на мониторе компа формируется триадами пикселей - и изображение получается более красочным в отличии от фотографии напечатанной самым совершенным способом. Это из за недостатка красителей применяемых в бумажной фотографии в сравнении со светящимся люминофором монитора. В классической фотографии фотоэмульсия трёхцветная и мелкодисперсная что "позволяет" глазу видеть цветную картинку во множестве цветов. В струйных принтерах качество цветопередачи зависит от качества красителей и качества печати - которое не достижимо по качеству галогенидсеребряным эмульсиям. И эти недостатки струйников частично компенсируются применением большего количества цветных красителей в замен использования только трёх.

    Разрешение печати современных струйников превышает разрешение печати на фотобумаге только при печати с "цифры". Поскольку не зависимо от размера фотографии и разрешения снимка, печать на фотобумагу производится "сканером" с разрешением 300 точек на дюйм. При оптической печати с 35 мм плёнки вполне достижимое разрешение 8,6 млн точек на кадр (не для мыльниц ;-)), что будет равно 34 мгп матрицы цифрового фотоаппарата.

  3. Минимально возможный элемент для отражения двумерной картинки на мониторе – это пиксел.

    Монитор в этом пикселе может отразить миллионы цветов. Минимально возможный элемент для отражения на принтере – это точка. В чёрно-белом принтере точка может быть только чёрного цвета, в цветном принтере цветов может быть больше, на сколько мне известно до 8 цветов.

    Почувствуйте, как говорится разницу, миллионы цветов для монитора и максимум 8 (а обычно меньше) для принтера. Но это не значит, что принтер может печатать картину только с малым количеством цветов. Принтер, «смешивая» имеющиеся цвета, получает новый цвет. Но смешение происходит не так как смешивают чай с вареньем, просто на бумаге или другом носителе рядом ставятся несколько разноцветных точек, а из-за их малоразличимого для глаза человека размера создаётся впечатление смешения.

    Расскажу о простом – о монохромном изображении. Это изображение, не имеющее цветов в разных спектрах. Чёрно-белые телевизоры, например, воспроизводили монохромное изображение. Часто монохромным называют бинарное изображение, хотя не всякое бинарное изображение является монохромным и не всякое монохромное является бинарным. Чёрно-белые телевизоры были монохромными, но не бинарными.

    Возвращаясь к принтерам, опишу работу чёрно-белого принтера. Такой принтер оттенки передать на минимальном элементе не может. Чтобы компенсировать этот недостаток он «рисует» не из точек, а из групп точек. Эта группа точек образует новую точку другого порядка (назовем – кластер). Количество этих кластеров на дюйм будет показателем lpi (линий на дюйм, линиатура). Допустим, кластер имеет размер 16 на 16 точек первого порядка, т.е. 257 градаций (256 без белого). Чем больше точек в этом кластере из 256 точек будет черными, тем темнее станет сам кластер вплоть до полностью чёрного.

    Таким образом, кластер из точек первого порядка получает свойства пиксела монитора (не цветного). Поэтому рисовать кластерами – это тоже, что рисовать пикселами с градацией серого. Принтер не может поставить одну точу, он может поставить только один кластер и линию он проводит не точками, а кластерами. Другое дело, что в кластере может быть закрашена только одна точка (самый светлый серый). Алгоритма закрашивания кластера при изменение цвета кластера может быть различным, например, в середине кластера разрисовывается чёрный «круг» из точек.

    Если как написал автор статьи, для определения необходимого разрешения принтера «для изготовления высококачественного отпечатка» потребуется разделить его разрешение на четыре, то кластеры у такого принтеры состоят из 4 точет. При чёрно-белой печати такой «высококачественный отпечаток» будет иметь возможность передать только 5 градаций от белого до чёрного.

    Согласитесь, что примерно две с половиной сотни градаций малость поинтереснее будет.

  4. Вы не ошиблись?
    Вам нужна фотография высотой с пятиэтажный дом, высота которого равна 18 - 20 метров.

  5. Мне нада сделать фотографию для печати брандмауэра (размеры 12х20 метров). скольки мегапиксельным фотоаппаратом сфоткать?

    7.1 Мп нормально будет?

    dpi для печати таких размеров думаю 200, хотя не уверен

  6. Просто и понятно, все написанно простым языком...

  7. Спасибо за дополнение ))

  8. Все что Вы тут описали довольно познавательно и интересно, но чтобы фотография была достаточно четкая, необходимо выполнение еще кучи условий. И именно по теме замечание такое: при одинаковом физическом размере матрицы с увеличением количества пикселей мы получим обратный эффект качества фото. Дело в том, что кроме разрешения самой матрицы, есть такой важный показатель как разрешающая способность, которая измеряется в линиях. Так вот эта разрешающая способность в лучшем случае примерно в 1,5 раза ниже размере матрицы В ПИКСЕЛЯХ по длинной стороне.
    Да, при увеличении числа пикселей мы можем получить более четкое изображение, но оно будет содержать больше цветового шума (берем увеличение числа пикселей при неизменном размере матрицы, что часто и бывает).
    Таким образом погоня за пикселями не всегда оправдана, и бюджетная мыльница с 15Мп даст изображение ХУЖЕ чем зеркалка с 8Мп, но большим физическим размером матрицы.

Оставьте комментарий к этой записи ↓

* Обязательные для заполнения поля
Внимание: все отзывы проходят модерацию.