6. O parametrach matrycy

Rozmiar matrycy - Fizyczny i pikselowy

Piksel - to najmniejsza część obrazu niosąca informację.

Choć piksele w matrycy  odpowiadają pikselom obrazka, to tylko ich część reaguje na padające światło (patrz FILL-FACTOR). Dlatego mówiąc o pikselach w matrycy, mamy na myśli ich część światłoczułą.

Piksele te nie reagują na kolor czy kierunek docierającego światła (wyjątek FOVEON X3), a więc widzą wyłącznie w odcieniach szarości. Wykorzystując sygnał zawarty w pojedynczym pikselu nie można zbyt wiele powiedzieć o jego cechach. Jednak wokół każdego piksela występują piksele sąsiednie. Dzięki informacjom z sąsiednich pikseli układ DSP może określić jaką barwę powinien mieć nasz piksel, a także dokonać poprawy jakości obrazu (wyostrzanie, redukcja artefaktów, odszumianie).

W tworzeniu obrazu nie są wykorzystywane wszystkie piksele matrycy. Część z nich bierze udział tylko w procesie interpolacji barwnej (tak, aby dobrze określić kolor pikseli na krawędzi obrazka) lub jest wykorzystywana do kalibracji wykonanego zdjęcia, czyli na przykład usuwania szumów. Dlatego też dla fotografa istotna jest ilość PIKSELI EFEKTYWNYCH na matrycy, a więc tworzących nasz obraz.

Przykładowo zaawansowany kompakt Panasonic DMC-FZ50 posiada 10.4Mpix ale zdjęcia w maksymalnej rozdzielczości mają tylko 10Mpix. Z kolei lustrzanka Sony A100 mimo że tworzy również obrazy 10Mpix to posiada matrycę 10.8Mpix.

Jednym z najbardziej błędnych przekonań wśród początkujących fotografów jest powiązanie rozmiaru matrycy w pikselach (popularnie zwanego rozdzielczością) z rozmiarem matrycy fizycznym (zmierzonym linijką). Przykładowo matryca w kompakcie Canon G7 ma aż 10Mpix, a lustrzanka Canon 10D ma 8Mpix. Nie oznacza to wcale, że matryca G7 jest większa niż 30D. Wręcz przeciwnie - lustrzanki mają matryce o rozmiarze na przykład 23.6 x 15.8 mm (określany jako APS-C, lub DX format). Wśród kompaktów najpopularniejsze matryce mają rozmiary kilka razy mniejsze, na przykład 5.76 x 4.29 mm (typ 1/2.5"), a więc piksele Canona 30D są znacznie większe niż piksele Canon G7.

Konsekwencje tego faktu są bardzo znaczące, gdyż:

• większy piksel pozwala na zarejestrowanie większej ilości sygnału, co skutkuje osiągnięciem lepszej dynamiki zdjęcia (ilości rejestrowanych odcieni),
• większe piksele pozwalają na znaczne zmniejszenie generowanych szumów (patrz rozdział 7), dlatego lustrzanki cyfrowe tworzą obraz o wiele lepszej jakości niż kompakty i pozwalają na stosowanie wyższych czułości,
• większa powierzchnia piksela pozwala na zmniejszenie efektu wykorzystania części jego powierzchni do umieszczenia elektroniki (zwłaszcza dla CMOS),
• duży piksel, a zarazem duża matryca, lepiej wykorzystują własności zastosowanego układu optycznego (a im większe szkło, tym lepsze parametry), między innymi efekt głębi ostrości znany z fotografii analogowej, znacznie lepiej jest osiągnąć za pomocą lustrzanki niż kompaktu,
• z kolei mniejszy piksel to konieczność wykorzystania większych napięć do odczytu sygnału, a co za tym idzie - większa energożerność całego układu,
• mniejsze piksele rejestrują mniej światła, a więc musi być ono wzmacniane (co daje szumy), dlatego kompakty wykorzystują głównie CCD, gdzie fill-factor jest większy.

Z tych właśnie powodów nie można spodziewać się zdjęć takiej samej jakości, jeśli wykonamy je za pomocą kompaktu i lustrzanki, które mają różny rozmiar fizyczny matrycy, nawet, jeśli ilość megapikseli jest ta sama. Dodatkowo również i wśród kompaktów istnieje podział na lepsze i gorsze konstrukcje (ma to związek z ceną). Trzeba ten fakt uwzględnić przy zakupie aparatu. Producenci dostrzegli, że duża liczba osób nie jest jednak skłonna zainwestować w lustrzankę. Potrzebują łatwego w użytkowaniu aparatu pozwalającego kadrować na LCD, lecz o maksymalnie wysokiej jakości obrazu. Odpowiedzią na to jest pojawienie się w sprzedaży takich konstrukcji jak Sony R1. Aparat ten posiada matrycę o rozmiarze APS-C, czyli taką jak stosowana w lustrzankach, a jednocześnie zapewnia częściowo funkcjonalność kompaktu.

WNIOSEK: Matryca najpierw powinna być duża, a dopiero potem mieć wiele megapikseli.

Przy produkcji aparatu cyfrowego nie opłaca się stosować w każdym modelu innego sensora światłoczułego. Zwykle wiele modeli wykorzystuje ten sam układ CCD czy CMOS. Różnice mogą dotyczyć zastosowanej elektroniki czy optyki. A to wpływa na jakość uzyskiwanych zdjęć.

Najlepszym rozwiązaniem wydaje się stosowanie matrycy o rozmiarze pełnej klatki (FULL FRAME), czyli o rozmiarze klatki tradycyjnego filmu małoobrazkowego. Pociąga to jednak za sobą konieczność stosowania znacznie droższej optyki. Przykładowo aparat Canon 5D pełnię swoich możliwości ukazuje dopiero po zastosowaniu profesjonalnych (kosztujących małą fortunę) obiektywów.

ZASZŁOŚĆ: Rozmiary matryc w lustrzankach podaje się zwykle w mm i są to rzeczywiste rozmiary matryc. Czasem stosuje się również inne określenia: FULL FRAME, APS-C czy 4/3". W przypadku kompaktów rozmiary podawane są także w mm, ale częściej podawany jest tylko typ (przekątna) matrycy, np. 1/1.8" lub 1/2.5". W tym przypadku nie jest to wymiar rzeczywisty i informuje tylko o klasie układu. W tabelce podane są właściwe wymiary.

Tabelka: Tabelka pokazuje nam wymiary matrycy dla danego typy oraz wartość współczynnika CROP FACTOR (patrz rozdział 6.2). Najpopularniejsze rozmiary matryc stosowane w kompaktach 1/1.8" i 1/2.5" mają przekątną odpowiednio 4.8 i 6 razy mniejszą niż klatka filmu 35mm.

Crop Factor - przyczyna nieporozumień

Rozmiar matrycy jest ściśle związany z zastosowanymi w cyfrówkach (zwłaszcza kompaktowych) ogniskowymi oraz tzw. współczynnikiem CROP FACTOR czyli stosunkiem przekątnej klatki filmu małoobrazkowego do przekątnej matrycy w danym aparacie.

Mały rozmiar matrycy wymusił na producentach zastosowanie dużo krótszych ogniskowych, aby obszar (kąt widzenia) zarejestrowany przez detektor światłoczuły obejmował podobny obszar, jak klatka kliszy. I tak np. aby kompakt cyfrowy o matrycy typu 1/1.8" uwiecznił obszar taki, jak aparat tradycyjny z zastosowaną ogniskową 35mm, musi mieć obiektyw o ogniskowej około 7,2 mm (czyli mniej więcej 4.8 raza mniejszą - liczba ta oznacza właśnie CROP FACTOR). Z tego powodu często mówi się, że CROP FACTOR oznacza, o ile matryca zmienia ogniskową obiektywu. To błędne rozumowanie - nie ma żadnej zmiany ogniskowej. Podanie liczby crop factor lub przeliczonych wartości ogniskowych pozwala nam lepiej zorientować się w parametrach obiektywu.

Inny rozmiar matrycy wpływa jednak na inne parametry tworzonego obrazu - między innymi głębię ostrości, o czym pisaliśmy tutaj już jakiś czas temu.

Nie powinniśmy się jednak tak bardzo martwić. Nie musimy koniecznie kupować drogiej lustrzanki, choć obecnie ich ceny spadają i warto się nad takim zakupem zastanowić. Jakość obrazu, jaką jest w stanie zaoferować nam mniejsza matryca (stosowana w kompaktach) jest wystarczająca, aby pozwolić sobie na piękne odbitki nawet w formacie A4. W tabelce poniżej mamy podane rozmiary możliwych do otrzymania odbitek z różnych aparatów:

Tabelka --- rozmiary odbitek. Kolor zielony oznacza bardzo dobrą jakość, rozmiar zdjęcia w pikselach pozwala na rozdzielczość odbitki lub wydruku ponad 300dpi. Kolor pomarańczowy oznacza wystarczającą jakość, natomiast czerwony ostrzega, że musimy się liczyć z pogorszeniem jakości.

Wszystko zależy jednak od naszych oczekiwań i warunków, w jakich będziemy oglądać zdjęcia. W przypadku tradycyjnych odbitek 10x15cm czy oglądania na ekranie komputera (a tutaj prawie zawsze oglądamy obraz pomniejszony, co w naturalny sposób poprawia jego jakość i ostrość) nawet matryca 1/2.5" o rozdzielczości 5 Mpix zastosowana w miniaturowym kompakcie zapewni bardzo dobry obraz.

UWAGA: O JAKOŚCI OBRAZU DECYDUJE W DUŻYM STOPNIU TAKŻE OPTYKA (A TA W TANIUTKICH KOMPAKTACH JEST NIENAJLEPSZA) ORAZ UMIEJĘTNOŚCI FOTOGRAFUJĄCEGO.

Dlaczego coraz więcej MegaPikseli?

Początkowo było to uzasadnione koniecznością umożliwienia posiadaczom cyfrówek wykonywania odbitek czy wydruków w dobrej jakości w rozmiarach, do których przyzwyczailiśmy się z czasów fotografii analogowej. Obecnie rozdzielczość matrycy nie jest problemem, gdyż nawet najtańsze konstrukcje oferują "nadmiar pikseli" (patrz tabelka wyżej). Dlatego można stwierdzić, że dziś jest to raczej chwyt marketingowy niż rzeczywista konieczność. Widać to szczególnie w segmencie kompaktów cyfrowych. Tutaj rozmiary fizyczne matryc się nie zmieniają, a rośnie ilość pikseli, których rozmiary są coraz mniejsze. Dalszy wzrost ilości megapikseli może oznaczać to tylko jedno - degradację obrazu.

Świat lustrzanek cyfrowych to inna bajka. Tutaj rozmiary pikseli są znacznie większe, a i często zapotrzebowanie na duże odbitki częstsze. Dlatego w tym segmencie wzrost ilości megapikseli nie wpływa jeszcze tak negatywnie na obraz i nadal jest pożądany.

Obecne sensory 8 czy 10Mpix w aparatach cyfrowych oferują rozdzielczość wystarczającą do większości zastosowań w amatorskiej fotografii (oczywiście profesjonaliści mogą być innego zdania). Na dodatek trzeba popracować nad jakością optyki, aby ta "dorastała" do możliwości nowych matryc, a to w przypadku malutkich obiektywów w kompaktach może być bardzo trudne do osiągnięcia.

Czy w takim razie wyścig na megapiksele zbliża się do końca? To raczej wątpliwe. Nauka zawsze znajdzie sposób na przezwyciężenie ograniczeń i dlatego dziś największe matryce oferują lepszy obraz, niż przypuszczano kilka lat temu.

Często słyszymy, że tradycyjna klisza oferuje rozdzielczość nawet ponad 20Mpix. Tak jest w rzeczywistości, ale tylko w przypadku drogich profesjonalnych produktów. Na dodatek konieczne jest użycie dobrego obiektywu, a i  proces wywoływania także musi być profesjonalny. Prawda jest taka, że najtańsza klisza leżąca na wygrzanej półeczce w kiosku nie zapewni nam lepszej jakości obrazu, niż obecnie dostępne cyfrówki (patrz zdjęcie).

Porównanie jakości zdjęcia oferowanej przez bardzo tanią kliszę oraz przez aparat z matrycą 4Mpix (Canon G3). Jak widać stosując kliszę przeciętnej jakości nie osiągniemy tak satysfakcjonujących rezultatów, jakie zaoferuje nam  cyfrówka.

Proporcje boków matrycy

Oprócz rozmiaru i rozdzielczości matrycy istotne są również proporcje jej boków. Prawie wszystkie popularne lustrzanki cyfrowe mają matryce o proporcjach boków 3:2 (podobnie jak klatka kliszy), natomiast w kompaktach najczęściej wykorzystywane są układy o proporcjach 4:3. Nie jest to wprawdzie czynnik wpływający na jakość zdjęć, lecz staje się istotny podczas robienia odbitek. Najpopularniejszy format papieru fotograficznego (czyli 10 x 15) ma proporcje zbliżone do 3:2, a albumy fotograficzne przygotowane są właśnie do odbitek o takich proporcjach. Proporcje boków dla innych formatów papieru też nie są idealnie 4:3 czy 3:2. Jeśli zatem nie chcemy mieć mocno wykadrowanego zdjęcia, dzięki zamówieniu odbitek z białymi paskami (zdjęcie) na bokach nie stracimy części cennej zawartości fotografii. Można też skorzystać z dostępnej w menu niektórych aparatów opcji przełączenia proporcji wykonywanego zdjęcia na 3:2 - oczywiście kosztem drobnego zmniejszenia rozdzielczości zdjęcia.