Предлагаем вашему вниманию очень интересную статью, посвященную качеству съемки современных видеокамер.

Почему одни камеры снимают лучше, а другие хуже? Почему схожие модели по разному ведут себя в одинаковых условиях съемок? Почему новейшие модели хуже снимают в условиях недостаточного освещения? Как выбрать камеру, обеспечивающую лучшую цветопередачу, качественную съемку в условиях недостаточного освещения? Автор статьи Mikh пытается дать ответ на эти непростые вопросы.

О пользе использования калькулятора при оценке характеристик видеокамер, магическом размере ячеек и других взаимосвязанных гипотезах

Как было бы классно, не мучится выбором, раскрыть страничку технических характеристик, произвести нехитрое вычисление над парой чисел и решить – беру, не беру! Мечты, мечты...

А пока хотелось бы ответить для себя на вопрос, а каков размер ячейки сенсора видеокамеры и есть ли хоть какая-то корреляция между этим значением и “шумовыми эффектами” видеокамер.

Для начала несколько цитат по сути вопроса из тех, что удалось найти. К сожалению, все цитаты касаются цифровых фотоаппаратов, почему-то для видеокамер этот вопрос не обсуждается, может из нежелания выносить сор из избы? Ведь гораздо эффектней жонглировать миллионами пикселей, чем показывать их размеры. К сожалению за недостатком информации придется строить некоторые гипотезы и предположения.

Итак, цитаты:

Хотя никаких данных о том, по каким критериям рассчитывается заявляемая чувствительность, вы не найдете, этот параметр позволяет хотя бы качественно оценить динамический диапазон конкретной камеры. Дело здесь в том, что как и в случае с фототехнической пленкой, величина чувствительности напрямую определяется размером элементарной светочувствительной ячейки (для пленки это размер зерен галогенидов серебра, а для светочувствительной матрицы — размер элементарного фотодиода).

По имеющимся отрывочным данным можно утверждать, что размеры элементарных светочувствительных ячеек в матрицах современных цифровых малоформатных камер варьируются в диапазоне от 3 до 13 микрон (в ПЗС-матрице ICX262AQ компании Sony сторона квадрата ячейки равна 3,45 мкм).

Игорь Кистенев, "Цифровые "камеры-миллионеры" (издательство "Открытые системы")

Что интересно, 5-Мп матрицы с типоразмером 2/3 не дешевеют и по сей день. В условиях конкурентной борьбы это заставило некоторых производителей выпустить 5-Мп камеры с применением более дешевых матриц типоразмера 1/1,8 дюйма (9 мм по диагонали) и размером ячейки 2,775 мкм, что усугубило кризисное положение (в плане технологий) еще больше. Дело в том, что применение слишком “мелких” 5-Мп сенсоров пагубно сказалось на фотошироте и уровне шумов, а также на разрешающей способности при использовании привычных для формата 1/1,8 дюйма объективов. Последние перекочевали в “новинки” из более ранних 3-Мп камер с таким же типоразмером матрицы (1/1,8 дюйма), который был хорош для предшественников (в них размер ячейки не превышал 3,45 мкм), но не подходит для новых продуктов. В итоге, новинки, созданные на базе более передовых 5-Мп матриц, давали даже худшее качество снимков, чем более старые, казалось бы, аналогичные модели с матрицей типоразмера 2/3 дюйма.

Рольф Ричардсон, "Время перемен” (Интернет-издательство Fine Street)

 Как известно читателям, чем меньше приемная ячейка, тем труднее обеспечить приемлемое качество таких объективных параметров цифровой картинки, как шумы изображения, динамический диапазон и цветовой охват. Уменьшенную интегральную чувствительность можно компенсировать только увеличением светосилы встроенной оптики. Если этого не сделать, то базовой ISO 50-64 может не хватить ... в пасмурную погоду летом, не говоря уже о зиме ..

“Пятерочка” - Тесты цифровых фотокамер  (Журнал Foto&Video №11 2003г)

Обращаю внимание на формулировку “тем труднее обеспечить”. То есть здесь не говориться, что совсем нельзя обеспечить. Ведь есть еще оптика, АЦП, фирменные секреты обработки информации ведущих производителей. Однако ясно и то, что размер ячейки определенным образом сказывается на перечисленные параметры, причем как в ситуациях недостатка света, так и, по видимому, в ситуациях его переизбытка. Про шумы – понятно. Влияние на динамический диапазон видимо связано со снимаемой с ячейки информации об уровне яркости, а недостаточный цветовой охват - с ошибками в оттенках и насыщенности цвета, информация о которых снимается с светоприемных ячеек.

И еще одна цитата, необходимая для проведения расчетов.

Одна из достаточно важных характеристик светочувствительной матрицы - ее физические размеры. Как правило, это значение указывается дробью и в дюймах. Например, 1/2,7 - inch означает, что диагональ матрицы составляет 1/2,7 дюйма. Напомню, 1 дюйм = 2,54 см. Зная это, легко опре­делить размер матрицы в более привычной, мет­рической системе: (1/2,7) х 2,54 = 0,94 см. Стоит учитывать, что указывается, как правило, не точный размер поля, на котором расположены светочувствительные элементы, а типоразмер матрицы. Исторически сложилось, что для первых телевизионных камер указывался не реальный размер матрицы, а диаметр выходного зрачка объектива. При этом диагональ самой светочувствительной поверхности составляла приблизительно 2/3 от указанного значения. Поэтому в спецификациях указан не физический размер матрицы, а некий стандартный типоразмер. Из приведенной далее таблицы вы можете узнать размер светочувствительной поверхности в зависимости от указанного типоразмера матрицы.

Размеры светочувствительного поля матрицы (мм)

Типоразмер

Диагональ

Ширина

Высота

1/3,6"

5,0

4,0

3,0

1/3,2"

5,7

4,5

3,4

1/3"

6,0

4,8

3,6

1/2,7"

6,6

5,3

4,0

1/2"

8,0

6,4

4,8

1/1,8"

8,9

7,2

5,3

2/3"

11,0

8,8

6,6

“Цифра изнутри” (журнал “Потребитель” №28, 2002).

Глядя на эту таблицу можно заметить:

  1. Светочувствительная область имеет размер прямоугольника с соотношением сторон 4 к 3. Стороны прямоугольника вычисляются простыми формулами из средней школы. Ширина = 4*X, Высота = 3*X, где X = Диагональ/5 .
  2. Вспомнив, что дюйм – это 25,4 мм., можно подсчитать отношение диагонали светочувствительной области к реальной диагонали для разных типоразмеров. Реальная диагональ = типоразмер*25.4 мм. Отношение реальной диагонали к диагонали светочувствительной части составляет для нижних строк таблицы 0.63, а для верхних примерно 0.71.

С определенной долей уверенности предположим, что для матриц видеокамер светочувствительная область имеет такую же форму и относительные размеры, как и для матриц цифровых фотокамер,

Тогда, исходя из п. 1), и приняв, что базовое отношение диагоналей равно 0.71, мы получим следующую табличку для известных типоразмеров матриц видеокамер:

Размеры светочувствительного поля матриц видеокамер(мм)

Типоразмер

Диагональ

Ширина

Высота

1/6"

3,0

2,4

1,8

1/4.7"

3,8

3,0

2,3

1/4"

4,5

3,6

2,7

1/3.8"

4,7

3,8

2,8

1/3.6"

5,0

4,0

3,0

1/3,4"

5,3

4,2

3,2

1/3"

6,0

4,8

3,6

По-моему, вполне похоже на правду, значения 4.5 и 5.0 совпали с паспортными значениями для TRV22 и TRV60, которые привел popoval в форуме Видеозоны.

Теперь перейдем к оценке размера одной ячейки сенсора.

Если разделить площадь светочувствительной части на общее число пикселей, то получим площадь квадрата, в котором расположена отдельная ячейка. Я исхожу из естественного предположения, что в паспорте указывается именно то число пикселей, которое расположено на светочувствительной части (по крайней мере для фотоаппаратов именно так делается). Естественно, что площадь ячейки будет поменьше, чем площадь квадрата (между ячейками есть промежутки). Ну и хорошо, значит мы вычислим оценку сверху.

Итак, пусть К – число пикселей по паспорту, D – диагональ светоприемной части матрицы, тогда общая площадь этой части равна (4/5D)*(3/5D), а площадь квадрата S, в котором расположена 1 ячейка равна:

S = (4/5D)*(3/5D)/K = 0,48 D2/K, отсюда искомая сторона квадрата равна

L = D * (0,48/K)1/2

Обозначая типоразмер матрицы за R и вспомнив, что D мы оценили при построении таблицы как
D = 25,4*0,71*R
получаем L=25,4*0,71*R *(0,48/K)1/2

Посчитав (на калькуляторе) выражение 25.4*0.71* (0,48)1/2 с точностью до 0.01 получим 12.5. Отсюда имеем следующую

ФОРМУЛУ РАСЧЕТА ПРИМЕРНОГО РАЗМЕРА СТОРОНЫ ячейки матрицы:

Где R-типоразмер, K – общее количество пикселей в млн. (по паспорту камеры).

Теперь, используя эту “магическую” формулу, построим таблицу для известных одноматричных видеокамер по возрастанию значения стороны ячейки.

Расчет размера стороны ячейки сенсора (мкм, не более). Одноматричные камеры

Типоразмер

Количество
пикселей (млн)

Размер
 ячейки, L (мкм)

Примеры видеокамер

1/6

0.8

2.3

Canon 600i, 650i, JVC GR-D70, Panasonic DS60, Sony TRV345,355

1/3

3,1

2,35

Sony PC330

1/3,4 2,2 2,3 Canon MVX3i, MVX10i

1/3,6

2,1

2,4

Sony TRV60,75,80

1/3,4

2,23

2,45

Canon MVX3i, 10i

1/4

1,55

2,5

Sony PC115

1 / 4,7

1,07

2,5

Sony TRV33, PC105, TRV740 (digital8)

1 / 4

1,33

2,7

Canon 150i, JVC GR-DV500, GR-DV700,4000,5000 (f1,2)

1 / 4

1,2

2,8

Panasonic GX7

1/6 0,54 2.84 Sony TRV147 (digital8)

1 / 3,6

1,33

3,0

JVC GR-DV3000 (f1,2)

1/3,8

1,02

3,3

JVC GR-DVL820,1020

1/4

0,8

3,5

Sony TRV19,22, JVC GR-DV1800, Panasonic DS28,38,88...

1/4

0,45

4,6

Canon MV30i

Что можно сказать, глядя на сию таблицу? Что Canon MV30i – лучшая одноматричная камера всех времен и народов, что недорогие камеры с L>3.0 без особых затрат для кармана покупателя не шумят при low light, что JVC скрашивает уменьшение размера ячейки увеличением светосилы и что Panasonic GX7 все-таки не спроста шумит при low light сильнее, чем TRV19,22.

Для оценки размера ячейки матрицы вашей видеокамеры вы можете использовать калькулятор (если Ваш броузер поддерживает Javascript).

Типоразмер матрицы:
(например: 1/6 или 1/4 или 1/3.6)

1

Количество мегапикселей:
(например: 1.0 или 1.8  или 0.8)

 Магическое число L мкм

Можно вспомнить, что дорогие камеры Sony, имея прекрасную картинку, не является лидерами по динамическому диапазону и работе в условиях low light, хотя за счет специальных алгоритмов умудряются все меньше шуметь.

Про Canon сведений пока мало, но где-то тоже прорываются отзывы о не слишком хорошей работе в low light, по крайней мере для NTSC.

Но самое интересное, что топовым камерам “ноздря в ноздрю”, по значению L, дышат камеры начального уровня. Ничего не поделаешь, известная “борьба мегапикселей со здравым смыслом” в разгаре! Остается только догадываться, на какие ухищрения приходится идти инженерам, чтобы удержать “картинку”.

Для интереса приведу в заключении табличку для трехматричных камер.

Расчет размера стороны ячейки сенсора (мкм, не более). Трехматричные камеры

Типоразмер

Количество
пикселей (млн)

Размер
ячейки L
(мкм)

Примеры видеокамер

1/6

0.8

2.3

Panasonic MX500

1 / 4,7

1,07

2,5

Sony TRV940, PDX10P

1/6

0,54

2,8

Panasonic GS70

1 / 4

0,54

4,2

Panasonic MX300,350

1 / 4

0,45

4,6

Sony TRV900

1 / 3

0,45

6,2

Sony VX2000

А закончу на юмористической ноте.

Выводы.

“Первый закон mikh о магическом числе”.
Магическое число вычисляется по формуле 

“Второй закон mikh о парадоксе интервалов магического числа”.
Посмотрев в паспорт только на R и K и вычислив магическое число mikh, можно сделать выводы:

  • L ≤ 2,3 – дешевая камера начального уровня
  • 2,3 < L < 2,5 – дорогая топ-модель
  • 2.5 ≤ L < 3,0 – зона трудного выбора
  • L=3,0 это – GR-DV3,000 - камера mikh (и почему я ее выбрал?...)
  • 3.0 < L ≤ 3,5 – нормальная бюджетная камера
  • 3.5 > L – а эту классную камеру давно сняли с производства,

что и требовалось доказать. Ха=ха!

“Третий закон mikh о пределе терпения покупателей” (гипотеза, не доказана).
Формулировка:
Отношение количества выпускаемых при L > 3.0 Моделей камер (М), деленное на количество покупателей, Желающих (Ж) купить камеры, снятые с производства, стремится к нулю при t, стремящемся к бесконечности.
По-русски закон называется “О предельном М/Ж”!

Спасибо за внимание!

Особая благодарность Transact и Popoval за оказанную поддержку.

Mikh

Обсудить статью можно на форуме видеолюбителей сайта http://www.videomax.ru/