Матрица с обратной засветкой в каких фотоаппаратах
Конец года — время подводить итоги. Мы не останемся в стороне и разберём, чем 2021 пополнил родословную фототехники. Так что если планируете обновить арсенал, примеряетесь к первой камере и хотите выбрать лучший полнокадровый фотоаппарат (а полнокадровые фотоаппараты — это всегда высокий ценник, и промахнуться с выбором нельзя) или просто любопытно узнать о фото-новинках — материал ниже для вас.
Технологии устройства матриц
По технологии устройства фото матриц можно разделить на 3 типа:
- ПЗС (CCD)
- КМОП (CMOS)
- КМОП с обратной засветкой (BSI CMOS)
Рассмотрим их чуть подробнее.
Фотоматрица ПЗС (CCD)
Самый старый представитель фотоматриц, изобретенный ещё в 1969 году. Однако активно вкладываться и развивать эту технологию стала именно Sony. В настоящее время эти фотоматрицы не часто используются и, фактически, отмирают, уступая более современным технологиям.
Фотоматрица КМОП (CMOS)
В конце 1960-х гг. многие исследователи отмечали, что структуры КМОП (CMOS) обладают чувствительностью к свету. Однако приборы с зарядовой связью (ПЗС) обеспечивали настолько более высокую светочувствительность и качество изображения, что КМОП-матрицы не получили сколько-нибудь заметного развития. Разработка не была доведена до стадии технологии.
О ней вспомнили в 1990-х, когда предметно-технологическое множество существенно расширилось и узкие места в КМОП (CMOS) структурах удалось заменить отработанными технологиями. Прогресс в субмикронной фотолитографии позволил применять в КМОП-сенсорах более тонкие соединения. За счёт большего процента облучаемой площади КМОП-матрицы удалось увеличить её светочувствительность. Таким образом весь проект стал более технически совершенным и реализуемым.
Переворот в технологии КМОП-сенсоров произошел, когда в лаборатории реактивного движения (Jet Propulsion Laboratory — JPL) NASA успешно реализовали Active Pixel Sensors (APS). Теоретические исследования были выполнены ещё несколько десятков лет тому назад, но практическое использование активного сенсора отодвинулось до 1993 года. APS добавляет к каждому пикселу транзисторный усилитель для считывания, что даёт возможность преобразовывать заряд в напряжение прямо в пикселе. Это обеспечило также произвольный доступ к фотодетекторам наподобие реализованного в микросхемах ОЗУ.
Фотодиод ячейки занимает существенно меньшую площадь элемента матрицы, по сравнению с ПЗС матрицей с полнокадровым переносом. Поэтому ранние матрицы КМОП имели существенно более низкую светочувствительность, чем ПЗС. Но в 2007 году компания Sony выпустила на рынок новую линейку видео- и фотокамер, оснащёнными КМОП-матрицами нового поколения, с технологией EXMOR, которая ранее применялась только для КМОП-матриц в специфических оптических устройствах таких как электронные телескопы. В этих матрицах электронная «обвязка» пиксела, препятствующая продвижению фотонов на светочувствительный элемент, была перемещена из верхнего в нижний слой фото матрицы, что позволило увеличить как физический размер пиксела при тех же геометрических размерах матрицы, так и доступность элементов свету, что, соответственно, увеличило светочувствительность каждого пиксела и матрицы в целом. Фотоматрицы КМОП впервые сравнялись с ПЗС-матрицами по светочувствительности, но оказались более энергосберегающими и лишенными главного недостатка ПЗС-технологии — «боязни» точечного света. В 2009 году компания Sony улучшила КМОП-матрицы с технологией EXMOR применив к ним технологию «Backlight illumination» («освещение с задней стороны» или «матрицы с обратной засветкой»).
КМОП матрицы потребляют меньше энергии, дешевле в производстве, имеют более чёткую балансировку белого и другие преимущества. Всё это сыграло свою роль в их доминировании.
Преимущества КМОП-матриц
- Основное преимущество КМОП технологии — низкое энергопотребление в статическом состоянии. Это позволяет применять такие матрицы в составе энергонезависимых устройств, например, в датчиках движения и системах наблюдения, находящихся большую часть времени в режиме «сна» или «ожидания события».
- Важным преимуществом КМОП матриц является единство технологии с остальными, цифровыми элементами аппаратуры. Это приводит к возможности объединения на одном кристалле аналоговой, цифровой и обрабатывающей части (КМОП-технология, являясь в первую очередь процессорной технологией, подразумевает не только «захват» света, но и процесс преобразования, обработки, очистки сигналов не только собственно-захваченных, но и сторонних компонентов РЭА), что послужило основой для миниатюризации камер для самого разного оборудования и снижения их стоимости ввиду отказа от дополнительных процессорных микросхем.
- С помощью механизма произвольного доступа можно выполнять считывание выбранных групп пикселов. Данная операция получила название кадрированного считывания (англ. windowing readout). Кадрирование позволяет уменьшить размер захваченного изображения и потенциально увеличить скорость считывания по сравнению с ПЗС-сенсорами, поскольку в последних для дальнейшей обработки необходимо выгрузить всю информацию. Появляется возможность применять одну и ту же фотоматрицу в принципиально различных режимах. В частности, быстро считывая только малую часть пикселей, можно обеспечить качественный режим живого просмотра изображения на встроенном в аппарат экране с относительно малым числом пикселей. Можно отсканировать только часть кадра и использовать её для отображения на весь экран. И тем самым, получить возможность качественной ручной фокусировки. Допустимо вести скоростную репортажную съёмку с меньшим размером кадра и разрешением.
- В дополнение к усилителю внутри пиксела, усилительные схемы могут быть размещены в любом месте по цепи прохождения сигнала. Это позволяет создавать усилительные каскады и повышать чувствительность в условиях плохого освещения. Возможность изменения коэффициента усиления для каждого цвета улучшает, в частности, балансировку белого.
- Дешевизна производства в сравнении с ПЗС-матрицами, особенно при больших размерах фотоматриц.
КМОП-матрица с обратной засветкой (BSI CMOS)
Это развитие КМОП технологии. Технологию Back-side illumination Яndex переводит как «Подсветка задней стороны». Встречаются также варианты «матрица с задней подсветкой», но наиболее благозвучный и устоявшийся – это «матрица с обратной засветкой».
Сам термин не является «говорящим». Скорее всего, название технологии придумано англоговорящими и построено на игре слов. Обычная КМОП-технология называется Front Illuminated, а усовершенствованная – Back Illuminated.
В интернете можно встретить описания КМОП-технологии с обратной засветкой, будто за фотоматрицей расположена отражающая подложка, возвращающая фотоны обратно в матрицу.
Либо что конструкция чем-то напоминает кошачий глаз, собирая не попавшие в фотодиоды фотоны, и вновь проецируя их на фотоматрицу, в результате чего у матрицы появляется «ночное зрение».
Но всё это выдумки и, прямо скажем, маркетинговые утки. На самом деле, свет на фотоприемники поступает точно так же, как и всегда. Основная суть изменений состоит в том, что служебные области пиксела, которые отвечают за снятие сигнала с фотоприемников и их обнуление (электропроводка), перенесли в нижний слой, увеличив тем самым площадь приёмника при том же самом размере пиксела. Реальный выигрыш по эффективной площади пиксела получился примерно 10-15% (для матриц размером 1/2,5"-1/2,3"), так что говорить о двукратном увеличении чувствительности – не серьезно. Это подтверждается и инструментальными тестами SONY HX1, имеющей такую матрицу.
Друзья, все материалы нашего сайта распространяются бесплатно. Но если у Вас появилось желание, и оно не противоречит Вашим возможностям, то автор с удовольствием выпьет за Ваше здоровье чашечку утреннего кофе.
Проблемы фотоматриц
Фотоматрица является устройством, воспринимающим спроецированное на неё изображение. Поскольку полупроводниковые фотоприёмники примерно одинаково чувствительны ко всем цветам видимого спектра, для восприятия цветного изображения каждый фотоприёмник накрывается светофильтром одного из первичных цветов: красного, зелёного или синего (цветовая модель RGB). В результате каждая фото ячейка воспринимает только световой поток, пропускаемый своим фильтром, а это 1/3 информации, остальные же 2/3 фотонов попросту теряются и становятся невидимы для фото матрицы. В условиях борьбы за каждый фотон, потеря 2/3 светового потока непозволительное расточительство.
На помощь пришла наука. В 1976 г. сотрудник Kodak Брайс Э. Байер получил патент США на своё изобретение «чувствительная матрица для цветного изображения». Поэтому фильтр Байера часто называют матрицей Байера. Байер был пионером, он начал заниматься этими исследованиями, когда о цифровых фото матрицах ещё никто не помышлял.
В матрице Байера половина фотофильтров зелёные, а другая половина поделена поровну между красными и синими. Преимущества отданы зелёному, по аналогии с человеческим глазом. Это позволяет лучше фиксировать контраст и улучшает ночное зрение фотоматрицы. Но такой подход лишает снимок части цветности. Каждый элементарный фотодиод фиксирует информацию о яркости только своего пикселя в частичном цветоделённом изображении. Недостающие компоненты цвета рассчитываются процессором камеры на основании данных из соседних ячеек в результате интерпретации этих данных при помощи алгоритма под названием дебайеризация или демозаизации. При этом происходит разделение пикселей, регистрирующих красный, зелёный и синий цвета, а затем информация преобразуется в цветной файл.
Простая билинейная интерполяция для этого не подходит, так как яркие объекты при этом приобретают цветную кайму (см. Рис. 3.). Таким образом, в формировании конечного цветового значения пикселя участвует 9 или более фотодиодов матрицы. Производители цифровых фотоаппаратов и RAW-конвертеров используют собственные адаптивные алгоритмы, защищённые авторским правом. Впрочем, алгоритмы и настройки большинства RAW-конвертеров базируются на исходниках dcraw — конвертера с открытым кодом, о чём многие авторы программ-конвертеров (например, SilkyPix) честно упоминают в документации на программу.
Кроме фильтра Байера в матрицах фотоаппаратов могут применяться и другие решения (см. таблицу).
Впрочем, это математика, а какие технологические приёмы используют производители для создания фотоматриц?
Canon EOS R5 body
Преимущества: полнокадровый сенсор высокого разрешения, матричная стабилизация, продвинутый автофокус Dual Pixel CMOS AF, внутрикамерная запись 8К-видео, съемка 4К видео с кадровой частотой до 120 к/с, OLED-видоискатель высокого разрешения, поворотный экран с сенсорным управлением, информационный дисплей на верхнем торце корпуса, пыле- и влагозащита корпуса.
Преимущества: полнокадровый сенсор высокого разрешения, матричная стабилизация, продвинутый автофокус Dual Pixel CMOS AF, внутрикамерная запись 8К-видео, съемка 4К видео с кадровой частотой до 120 к/с, OLED-видоискатель высокого разрешения, поворотный экран с сенсорным управлением, информационный дисплей на верхнем торце корпуса, пыле- и влагозащита корпуса.
В самый разгар 2020 года портфолио фотоаппаратов Canon пополнила, пожалуй, самая навороченная модель EOS R5. Это полнокадровая беззеркалка с сенсором высокого разрешения на 45 МП, поддерживающая внутрикамерную видеосъемку в 8К.
Связка фуллфрейм-матрицы и мощного процессора обработки изображений DIGIC X позволяет производить запись 8K-видео с частотой до 30 к/с в RAW или H.265. Видеосъемка в 4К-разрешении доступна с фреймрейтом до 120 к/с . Отснятые видеоматериалы сохраняются на карточки памяти SD и CFexpress в 10-битном формате с субдискретизацией 4:2:2, при этом используются профили C-Log или HDR PQ. В ходе съемки оператору содействует фирменная система наводки на резкость Dual Pixel CMOS AF второго поколения с возможности выбора 1053 областей автофокуса. Видеографы оценят.
Фотографирует беззеркалка тоже на уровне профи. Для нее заявлена скорострельность на уровне 12 к/с с механическим затвором и 20 к/с с электронным, что очень «вкусно», как для 45-мегапиксельного разрешения сенсора. Также на борту модели дебютировала стабилизация на основе сдвига матрицы. Бок-о-бок с некоторыми объективами Canon RF матричный стаб помогает выиграть до 8 стопов выдержки по сравнению с критическими значениями.
Электронный OLED-видоискатель камеры с разрешением 5.76 млн точек отрабатывает частоту до 120 к/с, что позволяет отслеживать через «глазок» самые быстродвижущиеся объекты. Взамен ему можно прибегнуть к услугам поворотного во всех плоскостях экрана с сенсорным управлением. Дополнительный информационный экранчик для дублирования ключевых настроек вынесен на верхний торец корпуса фотоаппарата, изготавливаемого из магниевого сплава с пыле- и влагозащитными качествами.
На приобретение камеры придется нехило раскошелиться. На пару хотя бы с одним объективом она стоит сродни неплохой подержанной иномарке. Единственный расстраивающий фактор в модели — слабая автономность (320 снимков на одном заряде батареи). В остальном перед нами предстает мастодонт фотографической отрасли, на равных с которым соперничать практически никому не дано.
Panasonic DC-S1 body
Преимущества: полнокадровый сенсор изображения, матричная стабилизация, «умный» автофокус с функцией распознавания лиц, глаз, объектов и животных, электронный видоискатель высокого разрешения, поворотный по двум осям экран с сенсорным управлением, два слота для карт памяти, пыле и влагозащита корпуса.
Преимущества: полнокадровый сенсор изображения, матричная стабилизация, «умный» автофокус с функцией распознавания лиц, глаз, объектов и животных, электронный видоискатель высокого разрешения, поворотный по двум осям экран с сенсорным управлением, два слота для карт памяти, пыле и влагозащита корпуса.
Развивая сегмент беззеркалок, компания Panasonic приобщилась к полнокадровой гвардии фотоаппаратов в начале 2019 года. Топовые слои общества камер-фуллфреймов японской марки открывает модель DC-S1.
Фотоаппарат получился крупным и тяжелым, что нетипично для беззеркального сегмента. Но в этом есть и плюсы — к эргономике камеры трудно придраться. «Тушка» беззеркалки идеально ложится в руку, а набор органов управления на ней комфортен для профессиональной работы. В сердце модели установлена полнокадровая CMOS-матрица с разрешением 24 МП, примечательная широчайшим динамическим диапазоном и высокими рабочими ISO .
225-точечный автофокус камеры работает по контрастному принципу с использованием фирменной технологии Depth from Defocus. Система автоматической наводки на резкость Panasonic DC-S1 поддерживает распознавание лиц, глаз, объектов и животных. Отдельным плюсом необходимо выделить высокоэффективный матричный стаб, который способен компенсировать 6 ступеней экспозиции при съемке с рук или в условиях недостаточной освещенности кадра.
Запись файлов осуществляется на быстрые карты памяти SD UHS-II U3 и XQD . Для каждой из разновидностей карточек предусмотрено по одному слоту. Собственный буфер памяти Panasonic DC-S1 вмещает свыше сотни «сырых» снимков в несжатом формате RAW — при скорости серийной фотосъемки 9 к/с места в буфере хватит на продолжительный «отстрел» динамичных сюжетов.
Видео пишется на беззеркалку в разрешении 4К при 60 к/с, но с кропом картинки 1.5х. Порог длительности съемки с высоким фреймрейтом достигает получаса. Дополнительно камера умеет снимать 10-битное HLG-видео. А при активации программного ключа оператору открываются прелести внутрикамерной 4К-записи 4:2:2 10 бит при 30 к/с прямиком на карту памяти или 4:2:2 10 бит при 60 к/с на внешний рекордер через HDMI-разъем. В довесок модель вооружена электронным видоискателем высокого разрешения (5.76 млн пикселей), поворотным по двум осям экраном с сенсорным управлением, актуальным пакетом беспроводных коммуникаций (Wi-Fi, Bluetooth и NFC). По итогу камера послужит отличной находкой как для фотографов, так и для видеографов.
Топ полнокадровых фотоаппаратов
Ниже разберём лучшие и самые актуальные полнокадровые беззеркальные фотоаппараты:
Вышедшая три года назад камера и по сей день является хорошей альтернативой другим полнокадровым фотоаппаратам, а на вторичном рынке разлетается вмиг. В основу камеры положена 24-мегапиксельная матрица с обратной засветкой. Объём буфера — 89 сжатых или до 40 несжатых RAW-файлов. В камере используется гибридная автофокусировка: одновременно контрастная и фазовая. Есть наведение по глазам и распознавание лиц. Стабилизатор реализован на основе сдвига матрицы. Он компенсирует 5 ступеней выдержки. Камера умеет снимать Full HD и 4K. Битрейт составляет до 100 Мбит/с.
Sony A7S III получила 12-ти мегапиксельную матрицу с обратной засветкой, а также крупным пикселем, который даёт выигрыш в динамическом диапазоне и высоких рабочих ISO. Камера хорошо приспособлена для съёмок в условиях недостаточного освещения и вплоть до ISO 6400 показывает хороший уровень детализации, лишённый шумов. Пятиосевой стабилизатор (компенсирует наклоны вверх-вниз, наклоны вправо-влево, линейные смещения вверх-вниз, линейные смещения вправо-влево и поворот) реализован на основе сдвига матрицы.
Важное преимущество камеры — высокое качество 4К съёмки. При работе с внешним рекордером можно записывать видеопоток 4K 60к/с с глубиной цвета в 16 бит (ProRes Raw). При записи на карту памяти максимальный битрейт составляет 500 Мб/с.
Эта камера получила матрицу разрешением 50 мегапикселей. Может снимать до 30 кадров/с в 12-битном RAW-формате. Sony A1 умеет писать видео в 8K с частотой до 25/30 кадров/с и битрейтом 200 или 400 Мбит/с. Система стабилизации основана на сдвиге матрицы. Она компенсирует колебания по пяти осям, обеспечивая выигрыш до 5,5 ступени экспозиции.
В камере применяется гибридная система автофокуса. А технологии машинного обучения позволяют автофокусироваться по глазам людей и животных, а также отслеживать объект в реальном времени.
Этот фотоаппарат получил матрицу с разрешением 24.5-мегапикселей, гибридный автофокус и пятиосевую стабилизацию по сдвигу матрицы, которая компенсирует до 4 ступеней по длительности выдержки. Скорострельность камеры до 14 кадров/с.
Объём буфера составляет 60 RAW-кадров. Есть наведение по глазам. Камера позволяет записывать видео в стандарте UHD 4K при 30 кадрах/с.
Полнокадровый фотоаппарат Nikon получил 24,3-мегапиксельную матрицу, гибридную автофокусировку (имеется определение лиц и глаз), а также внутрикамерную пятиосевую стабилизацию на основе сдвига матрицы. Она обеспечивает выигрыш до 5 ступеней по длительности выдержки. Скорострельность до 4,5 кадров/с.
При съёмке в RAW буфера хватает на 40 кадров. Камера позволяет записывать видео в стандарте UHD 4K при 30 кадрах/с, правда, при этом масштабирует исходную картинку с коэффициентом 1,7.
6. Panasonic Lumix DC-S5Матрица этого фотоаппарата имеет разрешение 24 Мп. В нём реализована контрастная автофокусировка с улучшенной детекцией головы, лица и глаз, а также пятиосевая стабилизация на основе сдвига матрицы. Она обеспечивает компенсацию до пяти ступеней экспозиции или 6,5 в сочетании с оптической стабилизацией объектива.
Камера оснащена дисплеем, подвижным во всех плоскостях, и максимальным разрешением видео 4K UHD при 60 кадрах/с. Скорость серийной съёмки при однокадровой фокусировке достигает 7 кадров/с, а буфер кадров позволяет снимать серией в течение 3,5 с при записи в RAW.
Разрешение матрицы Canon EOS R6 — 20 Мп. Скорострельность до 20 кадров/с с электронным и до 12 кадров/с с механическим затвором. Видеозапись в стандарте 4K при 60 кадрах/с и битрейтом 230 Мбит/с и Full HD при 120 кадрах/с и битрейтом 120 Мбит/с.
Камера также получила сенсорный дисплей, подвижный во всех плоскостях. Автофокусировка охватывает почти весь кадр. Стабилизация пятиосевая, основанная на матричном сдвиге. В сочетании с оптической стабилизацией объектива даёт выигрыш в 8 ступеней экспозиции по длительности выдержки.
Топовая модель из полнокадровых фотоаппаратов Canon. Старший и более дорогой собрат Canon EOS R6 . Их основные отличия в том, что у R5 выше разрешение — 45 Мп. Кроме того, он умеет писать видео в разрешении 8K при 30 кадрах/с и битрейте 1300 Мбит/с, а 4К в 120 кадрах/c и битрейте 1880 Мбит/с. В остальном камеры похожи.
Автор: Константин Дёмин
Подписывайтесь на наш канал , чтобы всегда быть в курсе всего интересного, что происходит в мире фототехники, смартфонов и гаджетов.
Sony представила первые в мире сенсоры изображения с искусственным интеллектом. Речь идёт о паре матриц IMX500 и IMX501. Они имеют формат 1/1,23” и разрешение 12,3 мегапикселя, а также способны снимать видео с разрешением 4К и частотой до 60p. Матрицы изготовлены по технологии с обратной засветкой. Разбираемся, зачем это нужно и как работает.
Секрет IMX500 и IMX501 кроется во втором слое. Сенсор состоит из двух чипов — чипа пикелей и логической микросхемы, где и «живёт» искусственный интеллект. Нечто подобное мы ранее видели, например, в Sony A9 и последующих моделях. Там на нижнем чипе располагалась скоростная память.
От обычных сенсоров изображения новые отличаются тем, что кроме изображений способны выдавать метаданные, созданные искусственным интеллектом. Возможен и другой вариант: выводить только метаданные без изображений. Такой подход резко снижает объём передаваемой информации и гарантирует неприкосновенность частной жизни, ведь сама «картинка» не покидает пределов матрицы. И съёмка, и её анализ проходят даже не в одном устройстве, а в одной многослойной микросхеме. Яркий пример — точный подсчет числа посетителей магазина без сохранения их изображений.
Применение таких матриц для решения прикладных задач кажется очень перспективным. Но давайте пофантазируем и предположим, что подобные сенсоры завтра появятся и в фотоаппаратах. Совершенно точно они упростят работу по каталогизации кадров и даже их описанию, ведь камера будет досконально знать ещё на этапе съёмки, что именно фотографирует. Высокая скорость получения и обработки информации помогут задействовать искусственный интеллект и в установке съёмочных параметров: автофокус, экспозиция, баланс белого и т.п.
Мы уверены, что это лишь вершина айсберга, и Sony скоро удивит нас чем-то действительно новым. Ведь не просто так компания полгода назад выделила работы по искусственному интеллекту в отдельное подразделение.
КМОП-матрицы с задней подсветкой используют новый, в сравнении с предыдущими КМОП-матрицами, тип структуры. Для уменьшения ослабления светового потока в данных матрицах изменено расположение подложки, благодаря чему повышается светочувствительность и понижаются шумы на изображении.
В КМОП-матрице обычной конструкции подложка (отмечена синим квадратом) расположена над фотодиодом (отмечен коричневым квадратом). Из-за такого расположения подложки часть света отражается и, следовательно, теряется.
В КМОП-матрице с задней подсветкой подложка расположена под фотодиодом, следовательно, свет не отражается и не теряется. Благодаря такой конструкции фотодиоды получают больше света, а матрица в условиях недостаточного освещения или в темноте может создавать изображения более высокого качества.
История
Точная дата рождения КМОП-матрицы неизвестна. В конце 1960-х гг. многие исследователи отмечали, что структуры КМОП (CMOS) обладают чувствительностью к свету. Однако приборы с зарядовой связью обеспечивали настолько более высокую светочувствительность и качество изображения, что матрицы на КМОП технологии не получили сколько-нибудь заметного развития.
В начале 1990-х характеристики КМОП-матриц, а также технология производства были значительно улучшены. Прогресс в субмикронной фотолитографии позволил применять в КМОП-сенсорах более тонкие соединения. Это привело к увеличению светочувствительности за счет большего процента облучаемой площади матрицы.
Переворот в технологии КМОП-сенсоров произошел, когда в лаборатории реактивного движения (Jet Propulsion Laboratory — JPL) NASA успешно реализовали Active Pixel Sensors (APS). Теоретические исследования были выполнены еще несколько десятков лет тому назад, но практическое использование активного сенсора отодвинулось до 1993 года. APS добавляет к каждому пикселу транзисторный усилитель для считывания, что даёт возможность преобразовывать заряд в напряжение прямо в пикселе. Это обеспечило также произвольный доступ к фотодетекторам наподобие реализованного в микросхемах ОЗУ.
Камеру топ-уровня стремится заполучить в распоряжение практически любой, кто тесно связан с фотографией. Модели из высшего эшелона открывают безграничные возможности в фотографировании, к тому же именно под них производятся лучшие объективы и вспомогательное оборудование. В обзоре пойдет речь о пяти настоящих мастодонтах фотографии — от в меру доступной модели с кропнутой матрицей до профессиональной репортажной камеры за баснословную стоимость.
Подробный перечень сравнительных спецификаций рассматриваемых моделей доступен для изучения в сводной таблице топовых камер . Самостоятельно подобрать фотоаппарат предлагается в одноименном разделе каталога.
Nikon D6 body
Преимущества: широкий динамический диапазон снимков, развитые репортерские качества, шустрый и цепкий автофокус, продуманная эргономика, два слота для карт памяти, продолжительная автономность, пыле- и влагозащита корпуса.
Преимущества: широкий динамический диапазон снимков, развитые репортерские качества, шустрый и цепкий автофокус, продуманная эргономика, два слота для карт памяти, продолжительная автономность, пыле- и влагозащита корпуса.
Зеркальные фотоаппараты еще рано списывать со счетов. Лучшее тому подтверждение — топовый фуллфрейм Nikon D6 с прицелом на репортажных фотографов и фотоагенства.
На первый взгляд, камера кажется огромной и неповоротливой. В плане размеров так и есть — зеркалка собрана в пыле- и влагозащищенном корпусе с габаритами 160x163x92 мм и весом «голой тушки» почти 1.3 кг. Однако когда суть вопроса касается скорости работы фотоаппарата, прямых соперников ему днем с огнем не сыщешь. Скорострельность модели в режиме серийной фотосъемки в полном разрешении достигает 14 к/с при использовании оптики с электронно управляемой диафрагмой. В режиме визирования LiveView (т.е. по экрану) камера может снимать в темпе до 10.5 к/с абсолютно бесшумно. А в разрешении 2 МП она и вовсе берет разгон до внушительных 60 к/с.
Внутри Nikon D6 нашла пристанище фуллфрейм-матрица с разрешением 20.8 МП. Базовый диапазон ее ISO простирается от 100 до 102400 единиц. Программными средствами планку светочувствительности можно поднять до 3.2 млн ISO. Снимать на таких значениях вряд ли кто-то будет, но цифры действительно выглядят впечатляюще. Из кардинальных новшеств в сравнении с Nikon D5 зеркалку снабдили переработанной системой автофокусировки. Общее количество точек в ней уменьшилось со 153 до 105, но отныне все они являются крестообразными . Чувствительность центральной точки составляет до -4.5 EV, остальных — до -4 EV.
С точки зрения видео камера предлагать запись в 4K при 30 к/с. Ничего выдающегося, но и неплохо. Органы управления на массивной «тушке» фотоаппарата расположены продуманно и толково. Благо свободное место позволяет. А вот в вопросе автономности фуллфрейма ни одна беззеркалка и рядом не стояла — 3580 снимков на одном заряде батареи является уделом мечтаний камер беззеркальной конструкции. Стоит модель баснословно дорого. Что, впрочем, неудивительно для лучшей в классе зеркалки, заточенной под получение качественных снимков при любых условиях съемки.
Кроп или фулл фрейм? Камера смартфона или зеркалка? Ответы на эти и подобные вопросы можно дать самому, если понять, как устроены современные фотокамеры. Статья «Устройство фотоматрицы» прольёт свет на некоторые аспекты этого вопроса.
Ко времени разработки фото матрицы существовали матрицы излучающие. Излучают матрицы в цветовой модели RGB. Суть её в том, что каждая ячейка матрицы делится на 3 субячейки которые представляют собой Red (красный), Green (зелёный) и Blue (синий) люминофоры. Такая система применялась на Электронно Лучевых Трубках (ЭЛТ), а также на всех типах современных ЖК матриц.
Разработчики фото матриц изначально пошли по тому же пути, но столкнувшись с трудностями стали искать альтернативу. В чём же проблемы такого подхода у фото матрицы?
Sony A7r IV body
Преимущества: полнокадровый сенсор высокого разрешения, матричная стабилизация, продвинутая автофокусировка, съемка 4К-видео с полной ширины матрицы, цифровой аудиоинтерфейс, OLED-видоискатель высокого разрешения, поворотный экран с сенсорным управлением, пыле- и влагозащита корпуса.
Преимущества: полнокадровый сенсор высокого разрешения, матричная стабилизация, продвинутая автофокусировка, съемка 4К-видео с полной ширины матрицы, цифровой аудиоинтерфейс, OLED-видоискатель высокого разрешения, поворотный экран с сенсорным управлением, пыле- и влагозащита корпуса.
С камер Sony началась эра беззеркалок-фуллфреймов. От поколения к поколению их «допиливают» до идеала. Эталон полнокадрового беззеркального фотоаппарата 2020 года в видении японской компании — модель A7r IV.
На первом месте в камере стоит CMOS-матрица с разрешением 61 МП, которая отрабатывает 15 ступеней динамического диапазона. На нее распространяет действие пятиосевая система стабилизации со сдвигом сенсора, характеризуемая эффективностью 5.5 стопов экспозиции . Нативная светочувствительность матрицы измерена в границах от 100 до 3200 единиц ISO, расширенная — от 50 до 102400 ISO. Рабочими для нее считаются ISO до 1600 единиц, что немного по современным меркам. Используя функцию «Pixel Shift Multi Shooting», фотоаппарат склеивает несколько кадров в один для получения итогового снимка в разрешении 240.8 МП — это 19008 x 12672 точек.
Беззеркалка с легкостью оперирует большими массивами данными — снимки в полном разрешении занимают немало места. Шутка ли, Sony A7R IV может снимать до десяти 60-мегапиксельных кадров в секунду. За наводку камеры на цель отвечает 567-точечная система автофокусировки с функцией отслеживания в реальном времени, распознаванием лиц и глаз . Автофокус по глазам людей работает в т.ч. для видео в непрерывном режиме.
К слову о видеосъемке. Она производится на камеру в максимальном разрешении 4К со считыванием данных с полной ширины матрицы. Видеографам придутся кстати поддержка профилей гамма-кривой S-Log 2, S-Log 3, HLG , разъемы для подключения микрофона и наушников. Причем аудиоинтерфейс на борту модели цифровой. Битрейт записи видео составляет 100 Мбит/с.
По части органов управления Sony A7r IV использует хорошенько обкатанную схему от предыдущих поколений «семерок». Особняком в камере стоит OLED-видоискатель с высоким разрешением 5.76 млн пикселей и частотой обновления до 120 Гц. Сенсорный экран на задней стороне корпуса модели закреплен на поворотном шарнире. С помощью касаний можно выбирать область автофокуса и увеличивать изображение двойным тапом. А вот долгожданной работы с меню и настройками камеры сенсорному интерфейсу «не завезли». Стоит ли овчинка выделки? Определенно, да. Но только если на кону потребность в профессиональном инструменте для сверхкачественной фотосъемки.
Как выбрать полнокадровый фотоаппарат
1. Зеркалки или беззеркалки
Зеркальные камеры получили своё название благодаря механизму подвижного зеркала. Он нужен, чтобы кадр было видно в окошке оптического видоискателя. Отражаясь от зеркала, свет попадает в видоискатель. При нажатии спуска зеркало уходит с пути светового потока, чтобы он мог попасть на матрицу фотоаппарата. Из-за размеров механизма зеркальные фотоаппараты обречены быть тяжелыми. У полнокадровых беззеркальных фотоаппаратов световой поток направляется прямо на матрицу. В них меньше хрупких элементов, да и сами они компактнее зеркалок. Через оптический видоискатель у зеркальных камер видно примерно то же самое, что способен увидеть глаз, в то время как электронные видоискатели беззеркальных камер показывают картинку с учётом выбранных параметров съёмки: выдержки и диафрагмы, светочувствительности. В свою очередь, зеркальные камеры обладают большим запасом автономности. Подробнее об отличиях этих видов камер мы писали здесь .
2. Мегапиксели и дюймы
Считается, чем больше мегапикселей — тем лучше. Это верно для детализации кадров при крупноформатной печати, для фото всё не так однозначно.
Мегапиксели — это количество светочувствительных точек на матрице, её разрешение. Эти точки могут быть как большими и собирать много света, так и маленькими, способными получить меньше света, из-за чего изображение потеряет в яркости. Зависит это от физического размера матрицы. При одинаковом размере матриц количество мегапикселей может отличаться. Ведь чтобы уместить большее число мегапикселей на той же площади, нужно сократить размер пикселей. При равном разрешении более широкая матрица даст картинку ярче и чётче.
О важности размеров матрицы мы сказали в прошлом пункте. Сейчас поговорим об одной функции, которая преподносится как важная фича новых камер. Это обратная засветка (англ. back-illuminated matrix). В обычных матрицах свет частично рассеивается, в то время как у новых матриц, благодаря шлифовке подложки до толщины 10—15 мкм, — нет. Фотоаппараты с такими матрицами стоят дороже, они более хрупкие, а при использовании светофильтров, ослабляющих световой поток, их использование теряет смысл. Матрицы с обратной засветкой применяются в основном в астрономической фотографии.
ISO — это показатель чувствительности матрицы фотоаппарата. Он отвечает за улучшение качества съёмки в темноте. ISO можно снизить, если есть возможность увеличить выдержку, например, при работе со штативом. При фотографировании с рук лучше не экспериментировать с выдержкой, чтобы не получить смазанный кадр, и просто повысить ISO.
Если у камеры с маленькой матрицей в показателях указано высокое ISO, это не играет роли, поскольку такая матрица не способна уловить достаточно света без шумов.
5. Динамический диапазон
Это способность камеры к распознаванию и одновременной передаче светлых и тёмных деталей снимаемой сцены. Чем более широкий динамический диапазон у камеры, тем лучше. Измеряется в ступенях экспозиции. Экспозиция находится под контролем трёх составляющих: выдержки, диафрагмы и ISO.
Ступень экспозиции это двукратное увеличение или сокращение количества света, попадающего на матрицу камеры. Благодаря пониманию того, что такое ступень экспозиции, можно сопоставлять выдержку, диафрагму и ISO. Проще говоря, если вы укорачиваете выдержку в 2 раза (на 1 шаг), на матрицу поступает в 2 раза меньше света. Снимок может получиться тёмным. Чтобы скомпенсировать это и вернуть экспозицию на 1 шаг назад, нужно либо сильнее открыть диафрагму, либо удвоить ISO.
В современных камерах обычно используется два вида автофокусировки: контрастная и и фазовая. Суть контрастного автофокуса (он используется как в зеркальных, так и в беззеркальных камерах) в том, что изображение в фокусе более контрастно, чем изображение не в фокусе. Чтобы сфокусироваться, камера перебирает разные значения фокуса, и считывает, в какую сторону изменилась контрастность. Так происходит до тех пор, пока камера не достигнет самого контрастного положения.
Фазовый автофокус изначально появился в зеркальных камерах. Это конструкция из зеркал, расположенная под матрицей. Она делит поступающий световой пучок надвое (эти части и называются фазами) и считывает, в какую часть датчика попал свет. Если объект в фокусе, то свет приходит в середину датчика. Если нет — ближе к центру или краю датчика. Затем камера считает, на сколько ошибся фокус и в какую сторону его нужно изменить.
В беззеркальных камерах фазовая фокусировка имеет несколько другой вид. Вместо отдельного модуля для фокусировки используется основная матрица. Для этого в каждом пикселе фотодиод делится на две части, над ними устанавливается микролинза. Дальше анализируется, насколько промазал фокус.
У современных камер есть много режимов умной фокусировки. Механизм умеет отслеживать глааз, лица, головы и тела.
7. Стабилизация. Оптическая стабилизация в объективах обеспечивается подвижным блоком линз. Когда камера начинает дрожать, этот блок двигается в противофазе, компенсируя тряску. Благодаря оптическим стабилизаторам линзы фотоаппарата перемещаются в объективе, но остаются неподвижными относительно объекта съёмки.
Непосредственно в фотоаппарат внедрена матричная стабилизация. Это механизм, который двигает матрицу в противофазе возникающим колебаниям.
Выгоднее всего использовать матричную стабилизацию в сочетании с оптической. В таких случаях можно компенсировать до 8 ступеней экспозиции.
В фотоаппараты также встроена электронная стабилизация. Она обрезает картинку по краям, сужая угол обзора.
8. Битрейт важен для съёмки видео. Это количество данных, кодируемых при съёмке за секунду. Измеряется в мегабитах в секунду. Чем больше битрейт, тем качественнее снятое видео. Однако высокий битрейт увеличивает объём файлов, поэтому вам понадобится более ёмкая карта памяти.
Fuji X-T4 body
Преимущества: фирменный сенсор X-Trans CMOS 4, матричная стабилизация, съемка видео в DCI 4K, гибридный автофокус с распознаванием лиц и глаз, отдельные колеса управления выдержкой, экспокоррекцией и ISO, OLED-видоискатель, пыле- и влагозащита.
Преимущества: фирменный сенсор X-Trans CMOS 4, матричная стабилизация, съемка видео в DCI 4K, гибридный автофокус с распознаванием лиц и глаз, отдельные колеса управления выдержкой, экспокоррекцией и ISO, OLED-видоискатель, пыле- и влагозащита.
Фотоаппараты X-серии от Fujifilm наиболее близки к профессиональному статусу. Даже невзирая на кропнутую матрицу, предпочтение им отдают и вовлеченные энтузиасты, и «взрослые» фотографы с солидным стажем за плечами.
Новоиспеченная модель 2020 года X-T4 является одной из лучших в классе камер с датчиком изображения формата APS-C. В ней применяется фирменная 26-мегапиксельная матрица с обратной засветкой и массивом пикселей X-Trans. Сенсор закреплен на подвижной стабилизирующей площадке , благодаря чему обеспечивается сглаживание колебаний камеры по пяти осям и эффективная компенсация до 6.5 стопов экспозиции.
Под крылом гибридной системы автофокусировки на борту Fujifilm X-T4 объединены контрастный и фазовый методы наводки на резкость. Всего в составе автофокуса камеры числится 425 точек, которые цепляют объект съемки всего-навсего за 0.02 сек. Также в нем реализованы функции распознавания лиц и глаз. В репортажном жанре фотоаппарат демонстрирует скорострельность до 20 к/с. Правда, буфера памяти беззеркалки хватает лишь на 2 сек. такой съемки — в него помещается порядка 38 RAW-файлов.
Видео камеру научили снимать в «честном» разрешении 4К — 4096х2160 пикселей при 60 к/с. В формате FullHD кадровую частоту видеоряда можно увеличить до 240 к/с. Для сжатия видеофайлов применяются стандарты H.264 или H.265. Визироваться в ходе съемки предлагается через окошко OLED-видоискателя или по 3-дюймовому экрану на поворотном шарнире с сенсорным управлением.
На верхний торец «тушки» Fujifilm X-T4 вынесены отдельные колеса управления выдержкой, экспокоррекцией и ISO , что является своеобразной «фишкой» камер, названных в честь горы Фудзи. Беззеркалка может управляться со смартфона по сети Wi-Fi, а ее корпус «под старину» из магниевого сплава обладает пыле- и влагозащитой. Съемка на фотоаппарат оставляет приятное послевкусие, подкрепленное художественным рисунком оптики под байонет Fujifilm X .
Читайте также: