Гонка за мегапикселями, шум и высокое разрешение.

Все знают, что чем больше мегапикселей, тем лучше. Хотя последнее время появились тенденции считать большое количество мегапикселей неправильным. Якобы это ухудшает качество изображения и приводит к увеличению уровня цифрового шума. Что же деать, если нужно высокое разрешение и как быть, если нужно сверх большое разрешение? Рассмотрим все по порядку. Что такое пиксель? Это рабочая точка, датчик, принимающий и передающий информацию. Ими определяется разрешение матрицы, экрана, телевизора, размер изображения.

( Есть еще очень важный параметр dpi (drop per inch – количество точек на дюйм) он определяет плотность изображения и детализацию (подробнее о разрешении читайте здесь http://ru.wikipedia.org/wiki/DPI). Для хорошей фотопечати требуется 300 dpi, а для просмотра на мониторе 72. )

На что же влияют применительно к фотографии мегапиксели? В первую очередь на размер изображения. Здесь все понятно: больше мегапикселей, больше размер изображения. Второй очень важный момент, о котором многие забывают – детализация. Чем больше датчиков описывают предмет, тем больше о нем информации. Это очень важно для кадрирования и увеличения мелких деталей. Чем больше мегапикселей, тем лучше результат обработки изображения в графических редакторах.

Откуда же взялось мнение, что увеличение мегапикселей ведет к ухудшению качества изображения? Мнение это ошибочно, но имеет под собой некоторые основания. Параллельно с гонкой за мегапикселями идет менее рекламируемая гонка за удешевлением технологий и снижением стоимости продукта. От этого качество мегапикселей и страдало. Качество датчиков очень важно, и играет очень серьезную роль. Многие не обращают внимания, но количество мегапикселей в мыльницах и зеркалках идет примерно нога в ногу. На данный момент это от 10 до 14 мегапикселей в топовых моделях. Если мы посмотрим во внутрь, то увидим, что матрицы мыльницы и зеркалки отличаются в размерах в 6 и более раз, соответственно величина пикселя тоже различается в 6 раз, и соответственно и качество. Это влияет на качество изображения, особенно в самых дешевых мыльницах, где стоит самая дешевая матрица. Количество мегапикселей тут не при чем. На первом месте стоит качество изготовления матрицы.

Может ли из за большего количества мегапикселей матрица шуметь больше? Сама по себе нет. Но матрица является составляющей фотоаппарата, а это еще и объектив и процессор и важная часть – алгоритмы работы. Вы наверняка встречали в инструкции к фотоаппарату два значения количества мегапикселей: например у меня CCD датчик с 6.24 мп, а эффективных – 6.1 мп. В соответствии с инструкцией, мы имеем количество мегапикселей которые формируют изображение и немного пикселей, которые ничего не делают. Это не совсем так. Этот небольшой остаток тесно взаимодействуя с процессором находится в теневой зоне и помогает правильно обрабатывать изображение. Благодаря анализу данных с этих пикселей, шумоподавление работает более корректно и правильно. Как на шумность влияет объектив? Когда разрешение матрицы высокое, то должно быть высокое оптическое разрешение объектива. Если оптическая разрешающая способность объектива низкая, то многие пиксели на матрице не получат света и соответственно дадут не правильную информацию процессору. Вот они то и дадут шум. Это будут мелкие точки на изображении, имеющие цвет по какому-то усредненному значению. Отсюда и высокая шумность на дешевых мыльницах с плохой оптикой. Этот эффект ярко виден на зеркальных аппаратах: достаточно поменять дешевый зум на фикс-фокал и появится большая разница в плотности изображения. Также корректная работа процессора и правильность работы алгоритмов фотоаппарата сводит шум к минимуму.

А самая главная причина появления шума – неправильная экспозиция. Нехватка света – основная причина появления шума. Вы наверняка замечали, что при использовании вспышки шума всегда намного меньше. В недосвеченных местах, на темных участках и в недоэкспонированных фотографиях шум будет всегда. Чтобы на матрицу упало больше света, нужна более длинная выдержка. В условиях недостаточной освещенности выходы для художественной фотографии только два – штатив или вспышка.

ISO 200 без вспышки, правильная экспозиция

увеличенный фрагмент

неправильная темная с последующим осветлением, ISO 200 без вспышки

увеличенный фрагмент

высокое ISO, ISO 1600

увеличенный фрагмент

Повышение чувствительности ISO ведет к появлению шума. Чаще всего в автоматических режимах сьемки вы не можете контролировать чувствительность ISO и аппарат компенсирует нехватку света повышением ISO. Это тоже приводит к плохим результатам. Работающая за счет повышения чувствительности электронная стабилизация также добавит нам шумов. Хотя надо заметить, что для маленьких размеров печати (10х15 и т.п.) шум не так страшен. Вывод: пользуйтесь зарекомендовавшей себя фототехникой известных марок, а не творчеством дядюшки Ляо и не нарушайте законы экспозиции и шум вам не грозит. И при умелом использовании каждый мегапиксель принесет вам пользу.

Отдельно хочу рассмотреть разные типы матрицы и их шумность. Тип первый Foveon. Саамы редкий и самый сложный тип матриц. Им оснащены фотоаппараты Sigma. Незаменимы для портретистов и пейзажистов, не могущих себе позволить карданную камеру. В положительную сторону такой тип матриц отличает великолепная цветопередача и точная передача полутонов. Из минусов – при ошибках в экспозиции сильно шумит и присутствующая автоматика (в том числе экспонометрия) работает криво. Без навыков фотосъемки, экспонометра, серой и белой карт для баланса белого такую камеру лучше не брать в руки.

Второй тип CCD сенсор. Хорошая цветопередача, низкая шумность на невысоких ISO (100-400). Из минусов – сильно растущий шум при повышении ISO (от 500 и выше) делают эту чувствительность практически непригодной для художественной фотосъемки. Если конечно вы не собираетесь использовать шум в художественных целях. Так тоже можно. Например в черно-белых портретах часто кадр специально делают с самым высоким ISO — это привносит интересный художественный элемент наподобие сильной зернистости. Данным типом матриц были до недавнего времени оборудованы младшие зеркальные фотоаппараты (до $2000) ведущих производителей.

Третий тип: КМОП-сенсор. До недавнего времени стояли только в старших моделях и использовались только для репортажной съемки из-за очень невысокого качества изображения. На данный момент с развитием технологий КМОП-сенсоры догнали (или почти догнали – все считают еще по-разному) по качеству CCD матрицы. И практически перестали шуметь. Например, никоновский D300 шумит на ISO 1600 меньше, чем D200 на ISO 400 и дает приятную картинку. На данный момент современные КМОП-сенсоры стоят на многих младших зеркалках.

Есть еще одна хитрость, точнее подделка под мегапиксели. Называется она интерполяция. Интерполяция – способ увеличить размер изображении программно за счет дублирования пикселей. Целевое применение интерполяции – увеличение размера изображения для печати очень больших размеров: плакатов, афиш и т.п. Иногда это просто необходимо. Что же делает нечестный производитель? Указывая на фотоаппарате 7 мегапикселей, ставит матрицу на 3-4 мп и интерполирует изображение до 7 мп. В результате получаем изображение низкого качества. К тому же интерполяция с помощью мощного квадропроцессорного компьютера и сложнейшими алгоритмами лучших графических редакторов значительно превосходят ту, что в фотоаппарате, как впрочем и все остальные функции, такие как подресчивание, контраст и т.п. но как не хороша была бы интерполяция, она в любом случае портит качество изображения.

Так что же сделать, чтобы получить максимально высокое разрешение? Перво-наперво напрашивается ответ – больше мегапикселей. Но на данный момент их количество колеблется около 50 (это примерно 1м х 1м печатного изображения) в очень дорогих фотоаппаратах. А если нужно больше? Есть один выход, правда сложно осуществимый. По сути, объект съемки разбивается на равные сегменты м каждый сегмент фотографируется отдельно. Потом полученные изображения собираются в одно большое. Чаще всего для этого используют макрообъектив. Самый интересный пример был сделан компанией Nikon. Таким вот образом можно получить очень высокое разрешение. Телевиком так можно снять пейзаж или архитектуру. Подробности следуют.

Текст: Прудников О.С.