Чаще всего производители фотоаппаратов рекламируют свою продукцию с помощью мегапикселей. Действительно, среднее разрешение цифровых камер постоянно увеличивается. В смартфонах можно встретить сенсоры с разрешением 20 Мп. С помощью Sony A7R IV можно делать даже 240-мегапиксельные фотографии благодаря смещению сенсора.
Но что для значит разрешение камеры? Нужно ли большое количество мегапикселей? Сегодня мы это выясним.
Почему разрешение камеры имеет значение?
Давайте попробуем разобраться в маркетинговых лозунгах. Мегапиксель и разрешение камеры стали крылатыми словами.
Действительно, круто, что даже телефон способен снимать 20-мегапиксельные фотографии. Но как это отражается на реальной детализации? Не очень хорошо.
И, что еще важнее, нужно ли вам это?
Общий ответ - нет, скорее всего, не нужно.
Есть две области применения, где высокое разрешение действительно необходимо: обширное кадрирование (цифровое масштабирование) и большая печать. И даже в этих ситуациях нужна детализация, а не обязательно высокие мегапиксели.
Что такое количество пикселей?
Разрешение камеры не равно количеству пикселей, хотя их часто путают и используют как взаимозаменяемые понятия. Пленка также имеет разрешение - это уровень детализации, который она может разрешить.
Пиксели - это самый маленький компонент матрицы цифровой камеры. Они регистрируют свет. Их миллионы - один за другим, и они создают целостное изображение.
Их количество имеет значение, но оно не говорит нам всего о разрешении камеры.
Количество пикселей выражается в мегапикселях. Один мегапиксель (МР) - это один миллион пикселей. Поэтому, когда кто-то говорит, что разрешение камеры составляет 20 МП, он имеет в виду 20 миллионов пикселей на ее матрице.
Действительно, количество пикселей ограничивает детализацию изображения. Но само по себе оно не устанавливает минимальный уровень детализации. Оно ничего не значит, пока мы не знаем других факторов.
Единственное, что точно обещает высокое количество пикселей, - это меньший муар.
Расчет размера изображения в пикселях
Сенсоры камер имеют прямоугольную форму. Пиксели на них не разбросаны беспорядочно - они расположены в виде сетки.
Размеры двух сторон сопоставимы. Их соотношение варьируется от 1:1 (квадрат) до 16:9 в некоторых камерах, ориентированных на видеосъемку.
Наиболее используемые соотношения сторон - 3:2 и 4:3.
Например, моя камера Canon 5D MkIII имеет соотношение сторон 3:2. Ее матрица имеет размер 5760 пикселей по длинной стороне и 3840 пикселей по короткой стороне.
Для получения общего количества пикселей эти две стороны можно перемножить. 5760 x 3840 равно 22 118 400. (Таким образом, 5D MkIII имеет 22,1-Мп сенсор).
Я могу установить различные соотношения сторон, но только путем обрезки. Именно это делает камера, когда я устанавливаю другое соотношение в меню. Обрезка уменьшает разрешение.
Что такое разрешение камеры?
Когда мы говорим «разрешение» в контексте камер, мы имеем в виду пространственное разрешение. Это технически правильный термин, но, вероятно, это первый и последний случай, когда вы его читаете.
Разрешение камеры говорит нам об уровне детализации, который может обеспечить камера. Другими словами, это «способность средства визуализации различать два объекта» (Википедия).
Разрешение зависит от нескольких факторов.
Когда записывающей поверхностью является пленка, оно определяется:
- Размером пленки. Очевидно, что при большем размере увеличивается детализация.
- Уровнем зернистости. Пленки с более низким ISO обычно имеют меньшее зерно и, следовательно, дают более чистое и детализированное изображение.
- Резкость объектива. Какой бы большой и бесшумной ни была пленка, если в камере используется низкокачественный объектив, разрешение камеры останется низким.
- Дифракцией. Значение относительного отверстия (f-stop) ограничивает, насколько маленькой может быть мельчайшая единица детализации. Однако она всегда присутствует в той или иной степени.
В эпоху цифровых сенсоров это значение несколько меняется:
- Шаг пикселя. Плотность пикселей на матрице. Также дает довольно точное измерение размера пикселя;
- Размер сенсора;
- ISO;
- Резкость объектива;
- Дифракция.
Кроме того, внешние обстоятельства также влияют на четкость изображения.
- Фокус. Если изображение расфокусировано, оно не будет таким детальным, каким могло бы быть.
- Дрожание камеры и размытость движения. В зависимости от выбранной выдержки на снимке может появиться размытие движения или даже дрожание. Это снижает разрешение, особенно при фокусных расстояниях телефото и большом количестве пикселей.
- Атмосферное размытие. Если вы фотографируете объект со значительного расстояния, сама атмосфера начинает оказывать негативное влияние на детализацию. Это влияние наиболее заметно на телеснимках. Туман, дождь и другие погодные явления также оказывают свое влияние.
- Состояние оборудования. У вас может быть самый резкий объектив в мире, но если не содержать его в чистоте, он не будет работать наилучшим образом. Кроме того, после резких перепадов температуры на линзах обычно образуется конденсат. Это приводит к помутнению изображения.
Давайте обсудим некоторые из них подробнее.
Шаг пикселя и размер пикселя
Само собой разумеется, что меньшие пиксели требуют от объектива лучшего оптического качества.
Пиксель размером 8 мкм (микрометров) имеет в четыре раза большую площадь и в два раза больший шаг, чем пиксель размером 4 мкм.
Это означает, что если объектив достаточно резок, чтобы обеспечить детализацию для 8-мкм пикселей, он не сможет обеспечить достаточную резкость для 4-мкм пикселей.
Итак, где можно найти маленькие пиксели?
В двух местах:
- Большие сенсоры с очень высоким числом пикселей. У Canon 5Ds R шаг пикселей составляет около 4 мкм. Это полнокадровая камера с разрешением 51 МП.
- Маленькие сенсоры с нормальным количеством пикселей. Камера iPhone XR имеет разрешение 12 Мп. Но ее сенсор настолько мал, что размер пикселей составляет всего 1,3 мкм. Таким образом, ее пиксели в девять раз меньше, чем пиксели камеры 5Ds R.
В свою очередь, камера Canon 5D (оригинальная) имеет 12 МП на полнокадровом сенсоре. Шаг пикселей составляет 8 мкм. Его пиксели в 36 раз больше, чем пиксели на iPhone!
Меньшие пиксели также означают, что на один пиксель попадает меньше света.
Однако и большие, и маленькие пиксели должны быть приведены к одному уровню. В противном случае изображение, состоящее из мелких пикселей, будет намного темнее.
Это приводит к увеличению шума, так как при осветлении изображения увеличивается и его шум.
При меньшем размере пикселей дифракция также более выражена. Она начинает оказывать заметное влияние при низких диафрагмах, иногда уже при f/2,8.
Но что такое дифракция?
Понимание дифракции
Трудно объяснить дифракцию без научного подхода. Если вы разбираетесь в физике - пожалуйста, простите за упрощение.
Вы, вероятно, знакомы с дифракцией на воде. Когда вы ставите на пути воды барьер с небольшим отверстием, поток изгибается вблизи отверстия. Чем меньше отверстие, тем больше изгиб.
То же самое происходит и со светом. При меньших диафрагмах (более высоких f-стопах) дифракция ухудшает резкость и разрешение.
Из-за дифракции существует вполне измеримый физический предел разрешения. Независимо от того, насколько хорош объектив, это всегда так. Он задается этой формулой:
p = (1,22 λ A) / 2
Здесь p - это наименьший пиксель, который может получить информацию от объектива на уровне пикселя. λ - длина волны входящего света, а A - f/stop.
Давайте проведем расчеты с помощью камеры iPhone XR. Мы откроем диафрагму до f/1,8, чтобы получить наименьшее количество дифракции.
Длина волны видимого света составляет около 0,5 мкм.
p = (1,22 * 0,5 мкм * 1,8) / 2
Полученное значение p равно 1,1 мкм.
Это означает, что iPhone XR (с шагом пикселя 1,3 мкм) очень близок к дифракционному ограничению.
Таким образом, даже если объектив оптически совершенен, свободен от всех аберраций, он достиг своего пика. Он не может вместить меньшие пиксели.
Возьмем другой пример.
При f/16 результирующее p составляет 7,3 мкм. Это означает, что камеры с шагом пикселя около этого значения подвержены дифракции только при f/16.
Таким образом, оригинальная камера 5D с шагом пикселя 8 мкм становится дифракционно ограниченной только после f/16.
Это совпадает с моим опытом. Когда я использую старый 5D, мне удается обойтись даже без снижения резкости при f/16. На 5D MkIII и MkIV это скорее f/11 и f/9.
Взгляните на эту иллюстрацию, которую я снял на Canon 5D MkIV и макрообъектив Canon 100mm f/2.8L. Оба снимка находятся в идеальном фокусе; смягчение вызвано дифракцией.
Как резкость объектива влияет на разрешение?
Итак, чтобы дифракция не представляла угрозы для разрешения изображения, на большинстве фотоаппаратов необходимо держать значение f/8 или ниже.
Однако широкая диафрагма также может повлиять на резкость в худшую сторону - особенно на дешевой оптике, но объективы, как правило, не показывают наилучших результатов на широкой диафрагме.
Обратите внимание, что здесь я говорю только о резкости, а не о других аспектах эстетики изображения. Резкость - это важное качество объектива, но не основной решающий фактор, по крайней мере, для меня.
Отличным средством измерения резкости объектива являются графики MTF. Они показывают разрешение объектива, независимо от размера матрицы и количества пикселей.
Но вы можете проверить свои объективы и в реальных условиях. В конце концов, если они достаточно резкие для вас, можно смело приступать к работе.
Верхний предел резкости объектива - это резкость на уровне пикселя. Это означает, что объектив настолько резок, что может передавать данные изображения на каждый отдельный пиксель, не затрагивая соседний.
Это зависит не только от объектива, но и от шага пикселей камер, на которых он используется.
Мой объектив 85 мм f/1.8 достаточно резок, чтобы обеспечить резкость на уровне пикселей на 12-мегапиксельной камере Canon 5D.
На 30-мегапиксельной Canon 5D MkIV - не так сильно, но он все равно показывает достойные результаты. И я все равно люблю этот объектив.
Это также доказывает, что маленькие пиксели требуют от объективов большего.
Обратите внимание, что при просмотре обоих изображений в одинаковом размере (скажем, на мониторе) вы не заметите разницы. Она будет заметна только при увеличении изображения.
Что вызывает атмосферное размытие?
Все мы знаем, что когда свет проходит через стекло, он преломляется. Но это не сверхъестественная способность только стекла.
Свет преломляется в любом веществе, включая воздух.
Вы не замечаете этого на коротких расстояниях. Это становится очевидным, при съемке далеких объектов с помощью телеобъектива.
Взгляните на эту фотографию. Я снимал ее объективом 400 мм f/2,8 (немного чрезмерно для этой задачи, я знаю) при f/8. Ближайшие здания находятся на расстоянии 5 км (3 миль), поэтому все в фокусе. Но обратите внимание на разницу между зданиями на переднем плане и холмами на заднем.
Передний план хороший и резкий. Он находится достаточно близко, чтобы на него не повлияло атмосферное размытие.
Холмы находятся более чем в три раза дальше от камеры. На таком расстоянии свет начинает расщепляться. Различные длины волн по-разному смещаются. Это смещение вызывает размытие.
Как добиться максимального разрешения
Я не буду говорить, что нужно покупать самую мегапиксельную камеру, какую только можно найти. Мегапиксели и количество пикселей, как я уже говорил, ничего не значат без правильных настроек и техники, которые их поддерживают.
Важно отметить, что очень часто цель не в том, чтобы запечатлеть абсолютное максимальное количество деталей, которые теоретически можно запечатлеть.
Фотография - это не только резкость. Она должна передавать историю или чувства. Или доставлять эстетическое удовольствие.
Тем не менее, бывают случаи, когда требуется максимальное разрешение. Возможно, вы захотите потом кадрировать снимок («цифровое увеличение»). Для больших отпечатков также требуются высокодетализированные изображения.
Итак, что можно сделать, чтобы добиться максимального разрешения с помощью фотооборудования?
Знайте свой объектив. Знайте его сильные и слабые стороны. Изучите, при каких диафрагмах он лучше всего работает. Проверьте, не приводит ли фокусировка на близком расстоянии к более размытому изображению, это часто бывает проблемой. Проверьте резкость на разных фокусных расстояниях в диапазоне зума.
Знайте свою камеру. Знайте уровни ISO, которые можно установить без сильного влияния на изображение.
Снимайте с правильной выдержкой. Экспериментируйте с выдержками на всех фокусных расстояниях. Мы все знаем правило обратного фокусного расстояния, но это еще не все. Когда я фотографирую людей, то стараюсь не снимать медленнее 1/400 с, чтобы заморозить движение. (Если только мне не нужен творческий эффект размытия движения).
Настройте камеру правильно. Установите полное соотношение сторон и наилучшее качество JPG. Или просто установите RAW, чтобы было больше возможностей при постобработке. Также проверьте настройки повышения резкости в камере. Она не дает большего, но подчеркивает имеющиеся детали. Однако чрезмерное повышение резкости может повредить детали на фотографии.
Почистите свои камеры и объективы. Убедитесь, что в них практически нет пыли. Если на объективе есть грязь, удалите ее. Очистите матрицу.
Проверьте свои фильтры. Если вы используете фильтры, убедитесь, что они не ухудшают качество изображения. Некоторые дешевые фильтры имеют тенденцию снижать резкость.
Фокусируйтесь точно. Потренируйтесь с автофокусировкой, заставьте ее вести себя так, как вам нужно. При необходимости произведите микроподстройку автофокуса. Учитывайте смещение фокуса в объективе и фокусируйтесь соответствующим образом. Если вы снимаете устойчивые объекты со штативом, используйте ручную фокусировку.
Учитывайте внешние обстоятельства. Пасмурные дни, хотя и сулят много интересного для творческой фотографии, они не способствуют резкости.
Помните о дифракции. Проверьте шаг пикселя на своей камере и старайтесь избегать диафрагм, на которые она влияет.
Разрешение и кадрирование
Основной причиной для съемки изображений с высокой детализацией является возможность последующего кадрирования.
Это дает гибкость и творческую свободу. Можно менять композицию, главный объект, фокусную точку и передавать что-то еще с помощью кадрирования.
Обратите внимание, что «цифровое масштабирование» - это тот же процесс, что и кадрирование, но происходит он в камере, без возможности позже раскрыть кадрированные части. Я рекомендую избегать цифрового зума. Вместо этого кадрируйте изображения во время постобработки.
Мне не нравится снимать с зумом. Для меня важнее дополнительный свет, чем универсальность. Поэтому в поездках я часто беру с собой объективы 24 мм и 85 мм.
Чаще всего я меняю кадрирование, приближаясь с 24 мм. Это также дает перспективу, которая мне больше нравится.
Однако на фотографии ниже мне пришлось обрезать кадр позже. Я не мог подойти ближе. Честно говоря, мне одинаково нравятся обе версии, но на кадрированном снимке больше внимания уделяется мальчику и меньше - окружающей обстановке.
Я смог это сделать, потому что у меня было достаточное разрешение.
Как избежать пикселизации при увеличении масштаба
Повышение масштаба или увеличение маленьких изображений редко дает желаемые результаты. Adobe Photoshop и другие программы редактирования предлагают алгоритмы, позволяющие сделать увеличенные фотографии менее пиксельными, но результат далеко не всегда получается четким.
Однако за последние несколько лет возможности стали намного шире. Это связано с развитием и эволюцией алгоритмов машинного обучения.
Инструмент Photoshop значительно улучшился, но есть и веб-сервисы для расширенного апскейлинга.
Кроме того, учитывайте предыдущие пункты. Фотографию с четкостью, близкой к пиксельной, легче масштабировать, чем размытую и мягкую.
Разрешение и печать
Еще одна причина для получения изображений с действительно высоким разрешением - это печать.
Я не имею в виду печать дома на принтере, который вы используете для печати документов.
Я имею в виду профессиональную печать фотографий, журналов, книг и плакатов.
Печать работает аналогично цифровой обработке изображений. Принтеры рисуют на бумаге крошечные точки - эти точки являются наименьшей единицей детализации в печати.
Цифровые пиксели можно напрямую перевести в точки. И, как и пиксели, точки также не говорят вам много о деталях.
Однако службы печати запрашивают файлы с определенными размерами пикселей. Это связано с тем, что они предполагают, что файлы, которые вы предоставляете, содержат информацию на уровне пикселей и являются детальными.
Во время печати вы столкнетесь с новой единицей измерения: DPI. Это означает «точек на дюйм».
DPI показывает, насколько плотно точки нанесены на бумагу. Чем они плотнее, тем более детальным может быть отпечаток.
Журналы, книги и небольшие отпечатки выглядят хорошо при разрешении выше 300 DPI, как правило.
Плакаты и более крупные отпечатки делаются с немного меньшей плотностью точек. Это связано с тем, что для обеспечения печати 300 DPI часто не хватает разрешения.
Расчет размера отпечатка
Предположим, что вам нужен размер отпечатка 8″ x 10″ (20 х 25 см). Это стандартный, средний формат.
Просто умножьте желаемое DPI (в данном случае 300 DPI) на длину сторон.
Получается, что для этого отпечатка нужно предоставить изображение размером 2400 x 3000 пикселей.
Если перевести это в мегапиксели, то это не так уж и много: всего 7,2 Мп.
Теперь сделайте расчет в обратную сторону. Если я использую все количество пикселей на моей 22,1-мегапиксельной камере, какой размер изображения я могу напечатать при различной плотности?
Изображения имеют размер 5760 x 3840. Они имеют соотношение сторон 3:2. Давайте посмотрим размеры:
Разрешение и цифровое использование
Для цифрового отображения изображений не требуется большого разрешения.
Изображения, которые вы найдете на веб-сайтах, очень маленькие. Например, на нашем сайте мы используем изображения размером 700 пикселей по длинной стороне.
Этого вполне достаточно, чтобы увидеть, что изображено на картинке. Но они также достаточно малы, чтобы быстро загружаться.
Полное разрешение мониторов и телевизоров тоже не намного больше. Самые популярные размеры дисплеев - HD и FullHD, а 4K завоевывает все большую долю рынка.
Но что это такое?
HD означает 1280 x 720 или 1366 x 768 пикселей. Это примерно 1 мегапиксель!
FullHD в два раза больше - 1920 x 1080 пикселей. Это 2 мегапикселя.
4K - это значительный шаг, он в четыре раза больше, чем FullHD, примерно 3840 x 2160. Это близко к 8 мегапикселям.
Дисплеи с более высоким разрешением встречаются редко.
Заключение
Итак, нужно ли вам высокое разрешение?
Если да, то теперь вы также знаете, что детализация и разрешение - это не только мегапиксели. Другие технические и человеческие факторы способствуют получению фотографии высокого разрешения.
Надеюсь, теперь вы сможете добиться максимально четкого изображения от своего фотоаппарата.
Автор статьи: Габор Хольцер
Еще больше интересных статей читайте в нашей группе и на сайте www.pano-maker.ru
Если вам понравилась статья, ставьте лайки и подписывайтесь на наш канал!