Тенденции в партитуре DxOMark Sensor

DxOMark камера датчика

Анализ Питер ван ден Хамер

 

Это эссе является преемником предыдущей статьи, опубликованной на Luminous Landscape в начале 2011 года.

Самая старая испытанная камера на DxOMark.com это Canon EOS 1Ds (Photokina 2002). Следовательно, данные DxOMark охватывают 10 лет цифровой истории камер.

Тенденции камеры

Камера промышленность пейзаж в настоящее время проходит следующий большой миграции: так же, как переход от аналоговых к цифровым, все большее число пользователей начинают модернизировать к камерам с меньшими датчиков, потому что это приводит к меньшим и, следовательно, более удобные размеры камеры.

Другими словами, вы можете получить "вчерашний" качество полноразмерной матрицей с использованием современного датчик размера APS-C [3]. Кроме того, вы можете получить вчерашний APS-C, характеристики датчика при максимально возможном сенсор формата CX [4]. В самом деле, вы, вероятно, может соответствовать или даже превышать сегодняшнюю начального уровня среднего формата качество изображения с современной полноразмерной матрицей (например D800E Nikon).

Это не просто стандартная история электроника становится немного дешевле или лучше с каждым годом.Это в значительной степени из-за скачка производительности датчика в последние 2 или 3 года (во многом благодаря датчиков Sony). Это также совпадает с конкуренцией на рынке камеры с мобильных телефонов.Это вызывает традиционные производители камер, чтобы сосредоточиться на качестве изображения: если ваша камера не намного лучше, чем многоцелевой смартфон на, как вы можете убедить пользователей смартфонов носить с собой дополнительную камеру, когда их смартфон всегда под рукой?

В настоящее время смартфоны являются адекватными, как повседневных камер, и хорошо интегрируются с популярными интернет-социальных услуг, таких как Flickr и Facebook. Продажи смартфона, таким образом, есть в рынке компактных камер, что побудило производителей камер ввести премиальные компактные фотоаппараты (например беззеркальных Sony серии NEX), которые явно превосходят смартфоны. Эти премии компакты обеспечить практически зеркальную качество изображения, глядя менее пугающим. И они на самом деле вписывается в карманы пальто. Новые модели DSLR, в ответ, все более и более предназначены для профессионалов и тех, кто значительных инвестиций в цифровых зеркальных линз. В качестве следующего шага в этой миграции, камеры среднего формата низким уровнем конца находятся под атакой высокого класса зеркальных камер (например 36 Мпикс Nikon D800E), потому что они более универсальны и имеют сопоставимое качество изображения при меньших затратах.

Так эта миграция обусловлена ​​потребителей, которые покупают наиболее удобный (= маленький) камера, которая отвечает их потребностям. В то время как другие, которые в прошлом, возможно, модернизированные к физически расширенном формате камеры могут теперь выбрать придерживаться такого же размера датчика. Эта история о размере сенсора и качества датчика это центральный вопрос этой статьи: как качество воздействия размер датчика изображения?

Tableau-де-ла труппа

На рисунке 1 показаны рейтинги верхнего уровня для 183 камер, которые были протестированы на DxO Labs в момент написания. На рисунке 1, каждая камера характеризуется с помощью всего одного числа.DxOMark фактически обеспечивает в общей сложности 4 уровней информации, и этот сингл оценка является лишь верхняя часть информации пирамиды:

· Один балл DxOMark камера датчика

· Три отдельных критериев для динамического диапазона, высокой ISO и цветового шума

· Связка графиков, отражающих связанные с шумом явления при различных настройках ISO.

· Многомерные измерения за вкладок, отмеченного "Полный SNR" или "Полный CS".

Я в основном сосредоточены на двух верхних уровней, но иногда ссылаться на двух других уровней.

Для экономии места, камеры во всех графах помечены прозвищ, таких как «1Ds2", а не "Canon EOS 1Ds Mark II" (1994). Ни один из их друзей не называть их по их полному имени в любом случае.

Данные представлены для большинства точка-и-снимай камер или камерофонов. Это потому, что процедура испытания DxOMark требуется, что камера может генерировать Сырье выходных файлов - например, CR2 от Canon или форматах NEF Nikon. Это потому, что преобразование в JPG вводит различные артефакты, которые будут влиять на результаты, тем самым скрывая основные различия между камерами. Подход DxOMark неявно ограничивает возможности для камер, ориентированных на относительно серьезных пользователей. Это приемлемо, поскольку, как правило, JPG стрелков вряд ли беспокоиться о сжимая максимальное качество изображения из их камеры в любом случае.

На рисунке 1 показан общий балл DxOMark камеры датчика для каждой измеренной камерой. Это число обобщения данных измерений DxOMark в единую добротности. Высокие баллы указывают на сочетание низким уровнем шума и высоким динамическим диапазоном. Эти два понятия тесно связаны, но не совсем идентичны. Разница в 15 баллов по шкале DxOMark камеры датчика является достойным улучшение: это соответствует "остановки", в "EV" или в 2 раза разница в настройках ISO. Различия 5 баллов (или меньше) почти не видно, но можно измерить в лаборатории.

По горизонтальной оси на рисунке 1 показывает, когда каждая камера была анонсирована. Новые модели показаны на всех графиках, использующих большие точки, чем старые модели. Это делает новые модели лучше выделить в некоторых из графиков.

Если вы не можете найти важную недавнее модель камеры, это означает, что он не был протестирован, когда я окончательно эту статью. DxOMark получает паблисити на некоторых форумах за отсутствие тестов, доступных вскоре после модели в магазинах. Это, вероятно, частично связаны с их бизнес-модели, но я также подозреваю, что производители являются более полезными на предоставление тестовых камер, которые по их мнению, получить высокие баллы (производители могут помочь путем предоставления производственной модели для тестирования и, вероятно, имеют привилегию, чтобы проверить Результаты тестов на наличие ошибок перед публикацией).

Рисунок 1. DxOMark баллы для цифровых моделей камер, запущенных в последние 10 лет.

Нажмите на картинку для увеличения. Цвета указывают размер датчика изображения. Нажмите на изображение, чтобы увеличить.

Как показано в легенде, цвета точек представляют физическую размер датчика изображения. Оранжевыйдля самых маленьких (25-50 мм ²) датчиков, используемых в Canon S-110 или Fujifilm X-10. Так называемые Four Thirds датчики (225 мм ²) и APS-C датчиков (330-370 мм ²) показаны в той или иной оттенками зеленого. Датчики Полнокадровый (864 мм ²) показаны в синий, в то время как так называемые средние формат датчики показаны в цвета от фиолетового через пурпурного до красного(2200 мм ²). Цветовая гамма состоит из в общей сложности 64 шагов цветных, так промежуточные размеры датчика на самом деле карту на промежуточных цветов.

Датчики тока охватывают диапазон примерно 10 × с точки зрения линейного размера и 100 × в мире по площади. Как мы увидим, размер сенсора в камерах играет важную роль в производительности камеры.Аналогично, 100 × диапазон в сгорания объемом двигателя приведет вас от шумного маленького газонокосилка двигателя (25 см ³), чтобы оглушительным 2.4 литра Формула 1 двигатель [5].

Шум против резолюции

Другая причина, почему термин "Датчик" во имя тесте может быть немного запутанным, что эталоном распространяется только на шумовые характеристики датчика камеры. На самом деле, воспринимаемое качество изображения представляет собой сочетание двух факторов, которые и повлияли датчиком:

· резкость изображения: хватит ли разрешение и контраст, чтобы сделать необходимые сведения?

· шумов изображения: делает шума неясные детали в затемненных условиях или в темных теней?

Инженеры хотели бы сохранить как отдельный, потому что они разные явления в рамках своих формул: по аналогии с аудиосистемой, четкость изображения соответствует пропускной способности (какие частоты могут быть воспроизведены) и шум в шипение в аудиосистеме.

Шум изображения в первую очередь определяется корпусом камеры и ее датчика. Четкость изображения в наши дни в основном определяется качеством линз, потому что это относительно легко сделать датчики с достаточным разрешением, чтобы соответствовать производительности объектива.

Тест DxOMark камера датчика охватывает только шума изображения часть, но измеряет это при любых условиях освещенности и в различных проявлениях (динамический диапазон, шум светимости, цвет шума). Другие свойства камеры, как упоминалось ранее резкости / разрешение, но и такие факторы, как простота в использовании, надежность, частоту кадров и цены все из области видимости.

Обратите внимание, что DxO Labs также публикует второй свободный эталоном названием DxOMark объектив камеры [12], который проверяет комбинации камера / объектив. Этот показатель в основном [13]охватывает разрешение результате объектива, датчика и любой другой оптического компонента. Таким образом, чтобы получить полное представление о качестве изображения комбинации камера / объектив, вы можете использовать оба ориентиры ДХО [14].

В этой статье мы игнорировать влияние сенсорным разрешением на качество изображения. Сам DxO предполагает, что вы сначала решить, сколько мегапикселей нужно для ваших целей (например, Вы только просматривать изображения на экране? Сколько вы обрезать? Вы сделаете очень большие отпечатки?). Любая камера с достаточно резолюции должны иметь сравнимую остроту и может быть по сравнению с использованием только счет DxOMark камеры датчика. В конце концов, нет прямой выгоды в том, большее разрешение, чем вы будете использовать. Но, как мы увидим, не существует никаких фундаментальных недостатков либо в с запасом разрешение - несмотря на популярное заблуждение, что результаты с высокой разрешающей способностью в дополнительного шума.

Другой способ смотреть на актуальности резолюции: в настоящее время, если вы не используете дорогие линзы на относительно дешевой камеры, камеры, как правило, имеют достаточное разрешение для обработки того, что линзы могут проецировать на датчик. И для большинства применений, 12-18 мегапикселей более чем достаточно в любом случае. Так правильно спроектированная шума эталоном может быть использована для прогнозирования качества изображения до тех пор, как вы следите за достаточно ли у вас разрешение для ваших нужд.

Рисунок 2. Оценка DxOMark камера датчика заговор против размером сенсора, цена, дата запуска и мегапикселей.

Нажмите на картинку для увеличения. Отдельные графы вновь позже.

На рисунке 2 показан балл DxOMark камеры датчика вдоль всех четырех вертикальных осей. Оценки DxOMark камеры датчика в настоящее время между 27 (для старого Panasonic модели с крошечным датчиком процессора) и 96 (для D800E Nikon с его полноразмерной матрицей). Будущие оценки могут и, вероятно, превысит 100 в какой-то момент. Счет DxOMark камера датчика основан на трех более подробных измерений, которые мы будем обсуждать позже ("динамический диапазон", "ISO" и "глубину цвета"). Это то, что я назвал 2 ^-й уровень пирамиды данных 4 уровня. Но сейчас мы все еще ​​находимся на 1 ^-м уровне: один счет.

Не зацикливаться на балл различия лишь в нескольких точках: 5 баллов примерно наименьший видимой разницы в реальных фотографий (DxO говорит, что это эквивалентно 1/3 ступени). Сами измерения, как представляется, повторяемые в лаборатории ДХО, чтобы в течение одного или двух точек [16].

Четыре графики, показанные на рисунке 2 соответственно показывают:

. влияние физического размера сенсора на счет верхнего уровня,
б. корреляция между общим счетом и (грубой) цене камеры,
с. как цифровые камеры развивались в течение последних 10 лет, и
г. как качество изображения, связанные с разрешение датчика (= мегапикселей).

Чтобы сэкономить ваше прокрутки и щурясь, каждый из этих четырех графиков на рисунке 2 будет показан в увеличенном когда она обсуждается.

Старые против новых камер

Рисунок 2с. Для данного размера сенсора (цвета), счет имеет тенденцию к увеличению с течением времени.

Данные, приведенные на рис. 2c, по существу, ту же информацию показано на рисунке 1, но с меньшим аннотации.

Имея слишком много мегапикселей не помогает

Важно понимать, что

Оценка камера Датчик DxOMark в не вознаграждает датчик за то, что высокое разрешение.

Вместо этого, оценка является мерой достижимой качества печати При обычном использовании тех случаях, когда качество печати не ограничивается в соответствии с резолюцией датчика. Очевидно, что это предполагает достаточное качество объектива, и, что фотограф знает, как получить максимальную отдачу от оборудования.

Итак... почему DxO решили не учитывать резолюцию датчика в счет DxOMark сенсор фотокамеры? Во-первых, это потому, что текущее разрешение сенсора, как правило, достаточно высока для производства выставочного качества отпечатков. Во-вторых, объектив резкость (а не сенсорным разрешением) часто является самым слабым звеном, когда дело доходит до достижимого разрешения. 60 пар линий на миллиметр считается исключительно хороший разрешение объектива. Датчики D-SLR имеют типичный пиксельный шаг 4-6 мкм, что соответствует 125-90 линии пар на миллиметр.

Как это важно, давайте внимательно проверяйте это, оценивая то, что нужно разрешение для высококачественной печати. При 250 DPI разрешение печати, А4 (8.3 "× 11,7") или A3 размера отпечатков соответственно требуют 5 и 10 мегапикселей. В этих оценках мы предполагали некоторые пробелы вокруг фактического фото. Потому что 250 DPI равна около 100 пикселей на квадратный миллиметр, наши глаза будут иметь трудное время оценки этого резкость без лупы. В моем собственном опыте, 6 Мпикс Canon 10D может производить большие отпечатки A3 [23] без каких-либо фантазии заточки акробатика - при условии, что вы использовали тонкие линзы.

Эти цифры немного удивительно, если учесть, что датчики измеряют только один цвет за "пикселя" и, таким образом не хватает информации по сравнению с истинной пикселя, как это определено на экранах или отпечатков (в связи с мозаикой Bayer [24]). К счастью камера промышленность неплохо на реконструкцию недостающую информацию о цвете с помощью фантазии demosaicing [25] алгоритмы. Он также помогает, что наши глаза не особенно хорошо видим резкие изменения цвета, если они не совпадают с внезапным изменениям яркости. Если вы хотите, чтобы проверить это, запятая в середине этой фразы на самом деле синий вместо черного. Вероятно, вы найдете это трудно понять, на белом фоне. Таким образом, даже если смотреть на "100%", снимки, сделанные с хорошими линзами может выглядеть удивительно острым.

Но мы не нуждались бы больше пикселей для сказать А2 размера отпечатков (15 "× 20" область печати)?Не обязательно: при просмотре больших отпечатков из большего расстояния, чтобы видеть изображение в полном объеме, требуется разрешение не дальнейшего увеличения и остается на уровне (угловой) разрешающей способности наших глазах.

Вы будете с трудом решился купить новый зеркальную камеру ниже 16 мегапикселей (см. рисунок 3), так что лишние мегапикселей позволит вам при необходимости обрезать изображения во время пост-обработки - снова предполагая ваши линзы являются профессионалами. И высокие цифры в более высоком разрешении также помогает произвести впечатление на своих (мужчина) с друзьями в баре или, возможно, клиентов в вашей галереи.

Рисунок 3. Запустите даты против мегапикселей.

Нажмите на картинку для увеличения. Линии представляют различные продуктовые линейки Canon.

Рисунок 3 показывает, как разрешение увеличилось за эти годы. Как указано в названии в верхней части, эта конкретная схема показывает, чем 183 камер, протестированных DxOMark, а также различные неподвижных непроверенных [26] камерами.

В мегапикселей показаны вдоль вертикальной оси рисунке 3 соответствует меры широкой общественности для качества изображения. А неточными мнение, что "больше мегапикселей, тем выше качество" может быть легко опровергнуты путем сравнения Рисунок 2 (качества изображения) на рисунке 3 (мегапикселей). Например, возьмите оранжевый Canon PowerShot G-серии: переходе от G10 к G11, резолюция была снижена с 14,7 до 10 мегапикселей в то время как качество изображения улучшается, если мы предполагаем, что A3 размера выставочного качества отпечатки более чем достаточно для целевых пользователей.

Другие основные рисунке 3:

· Запись Мпикс в настоящее время является связь между тремя среднего формата 80 мегапикселов цифровых задников. С оптики и сенсора точки зрения нет никаких причин, почему разрешение камер среднего формата не может быть увеличена. Nikon D800 (Е) и даже непокорных Nokia 808 PureView камерофон обеспечить такое же разрешение 40 мегапикселов, как в нижней части рынка среднего формата.

· Несмотря на некоторое предположения, что мегапиксельная гонка могла бы быть более, и относительной сдержанности компании Canon в последних моделях, текущие модели камер, как правило, обеспечивают 16-24 разрешение мегапикселов, в частности в том числе $ 700, 24 мегапикселов "начального уровня" Nikon D3200.

· Canon заменила 1D Mark IV (16 мегапикселов, 10 кадров в секунду) и его 1Ds Mark III (21 мегапикселов, 5 кадров в секунду) с одной модели: 1DX (18 мегапикселов, 14 кадров в секунду). Падение в резолюции создан первоначальный ажиотаж среди владельцев 1Ds Mark III. Перемешать можно было бы избежать, если 1DX представили 21 вместо 18 мегапикселей, но в 14 лет кадров в секунду в результате скорость передачи данных, по-видимому слишком трудно справиться.

· Nokia, PureView 808 является 41-Мпикс камера телефона со скромным CX-как размер сенсора. Это, очевидно, не пытаться конкурировать с 36 мегапикселов Nikon D800 или 40 мегапикселов Hasselblad, но использует излишки разрешение относительно большого сенсора Toshiba реализовать высокое качество цифрового зума. Когда масштабирование не требуется, пиксели усредняются для выхода 5 или 8 мегапикселей изображений с приемлемым уровнем шума.

Рисунок 4. Влияние размера пикселя на уровне шума.

Нажмите на картинку для увеличения.

Рисунок 4 показывает точную аналогию сбора фотонов или основные "частицы" света: измерения скорости осадков, собирая дождь в чашках. Мы могли бы решить для измерения осадков с одной большой миске. Или, в качестве альтернативы, можно использовать, например, 4, 16 или 64 небольших чашках. Во всех этих случаях эффективная площадь используется для ловли капель предполагается остаются теми же [28].

В примере с 64 чашек, я выставил эти чашки в моделируемой осадков, что вызвало каждая чашка, чтобы получить в среднем 5 капель дождя во время экспозиции. Для наглядности я использовал действительно большие капли (град?) Или - если вы предпочитаете - минута чашки. Тем не менее, для отношения сигнал-шум размер чашки не имеет значения. Благодаря статистике (распределение Пуассона [29] с "λ = 5", на жаргоне), в среднем только 17% из чашек будет содержать ровно 5 капель дождя после облучения.Некоторые чашки вместо этого есть 4 капли (17% вероятности) или 6 капель (15% вероятности), но некоторые из них могут содержать 9 капель (4% шанс) или даже остаются сухими (0,7% шанс) во время воздействия дождя.

Это явление объясняет главный источник пикселя шума ("Фотон выстрел шума" [30]). Этот источник является неизбежным и особенно заметно с маленькими пикселями, в темные тени или при высоких настройках ISO. Соответствующий уровень освещенности показано на рисунке 4 в качестве прогнозируемого полутонового изображении ниже чашек: пустые или почти пустые чашки соответствуют черных пикселей и полностью или почти полностью чашки соответствуют белых пикселей.

Теперь давайте посмотрим на массив 16 (вместо 64) чашек. Каждая чашка является 4 × больше и, таким образом, в среднем, поймать ровно 20 капель вместо 5 капель. Но, после масштабирования, измерения очевидно привести к той же расчетной осадки [31]. Благодаря статистике Пуассона, мы можем иногда (9% вероятности) сталкиваются ровно 20 капель в чашку, но мы также можем столкнуться 18 капли (8%), 21 капель (9%), или 25 капель (5%). Шансы наблюдения 4 или 36 капель очень небольшие, но не равен нулю.Таким образом, хотя более крупные чашки будет иметь немного более абсолютное изменение при экспрессии в каплях, чем более мелкие чашки, относительное изменение выражается в объеме воды в поверхности будет реально уменьшить по мере увеличения размера чашки [32].

Дело в том, что корректное масштабирование позволяет нам получить точно такой же сигнал и уровень шума с использованием многих маленькие чашки (пикселей) или с использованием эквивалентного площадь поверхности, покрытую несколькими крупными чашек (пикселей) [33]. Таким образом набор из 4 чашек даст вам точно такую ​​же информацию, как одной большей чашки площадью в 4x больше поверхности бы: просто осторожно влить содержание 4 маленьких чашек в один большой чашке перед измерением. Или вес все 4 чашки вместе и вычесть их вес пустого.

Попиксельное шум датчика

Наша чашки-и-капли аналогия дает основную [34] модель поведения пикселей.

Теперь давайте вычислить, что происходит, когда у нас есть много света, падающего на датчик освещенности. Реальные пикселей в полном кадре 36 Мпикс Nikon D800 (Е) с 5 мкм фотодиодов может содержать около 40000 свободных электронов [35], которые временно постучал свободно в пределах CMOS или ПЗС-сенсор фотонами. Если применить даже больше света, пиксель больше не может измерить разницу: это известно как «насыщения» к датчику экспертов или "Утомленные основные моменты" в фотографов.

Для высокого класса компактной камеры с 2 мкм фотодиодов, λ падает до возможно 6400 из-за меньших размеров пикселов. Для достойного датчика среднего формата, λ может достичь 100 000 электронов.

Значение λ = 40000 для Nikon D800 (E) означает, колебания уровня шума в порядка 200 электронов. Это потому, что для распределения Пуассона, "стандартное отклонение" равняется квадратный корень из ожидаемой средней. Соотношение 40000 до 200 дает отношение сигнал-шум 200:1 (обычно 200 вариации электронов на средней измеренной величины 40000; "46 дБ" [36] в инженер-говорить). Это в наилучших возможных условиях: это уровень шума в изображении выделить в «базе» на камере ISO (скажем, 100 ISO), когда вы "разоблачение вправо" (имеется в виду: как раз перед насыщая основные моменты).

Таким образом, вместо λ = 5, λ = 20, λ = 80 и λ = 320, как моделируется на рисунке 4, фактические датчики имеют "значения полной мощности хорошо" или λ значения тысяч или десятков тысяч электронов на пиксель. Основная математика, однако, остается той же и говорит нам, что если λ = 40000, фотон выстрелил уровень шума в светах незаметны для глаза [37]. Для примера, см. также подвергается часть Фото 1, записанный на D800 Nikon при 100 ISO.

Фото 1. Тень в этом 100% урожая примерно 6% серый
(100 ISO, Nikon D800, 85 мм, f/1.8)

Из D800 обзор Nikon в http://www.imaging-resource.com (используется с разрешения).

Теперь давайте рассмотрим части изображения, которые подвергаются четыре останавливается ниже (-4 EV, 6% серый), чем основных моментов. Это справедливо и для размытой тенью фото Фото 1. Каждый пиксель здесь держит сигнал о 40000 / (2 × 2 × 2 × 2) электронов или λ = 2500. Это дает уровень шума 50 электронов и отношение сигнал-шум 50:1 или 33 дБ [38]. Такой уровень шума, как правило, почти не видны, но мы можем видеть это на пиксель подглядывания в размытом безликой районе в этом 100% урожая. Помните, что исходное изображение 36 Мпикс изображения, и что мы, таким образом, видя только 1,5% изображения. Урок здесь состоит в том, что даже при 100 ISO, темные тени демонстрируют шум, который можно увидеть (если вы сознательно идти искать шума) на любой камере [39].

Теперь мы еще хуже, имитируя свадебный фотограф съемки только с окружающим освещением в тускло освещенной замка. Скажи это требует повышения ISO от сказать 100 до 3200 ISO (см. фото 3). Это означает, что мы Недоэкспонирование сенсор, 32 ×!

Повышение настройки ISO на цифровой камере просто underexposes
датчик, и проворачивает Полученное изображение / сигнал аналоговым
усиления или цифровой умножения.

Они уже говорил вам, что, не так ли?

Так подвергая нашу темную 6% серый при 3200 ISO, оставляет нас со средним уровнем сигнала жалкие 78 электронов на пиксель, с уровнем шума 9 электронов - в результате весьма заметны отношения сигнал-шум 9:1 или "19 дБ".

Стоит отметить, что, как только у вас есть "на полную мощность также" 40000 электронов, остальные это просто законы физики. Эти законы не могут быть изменены по смарт-инженеров или излишне оптимистичными менеджеров R & D. Другими словами, предшествующие расчеты говорит вам примерно[40] верхний предел того, что любое прошлое, настоящее или будущее цифровая камера может делать.

Независимо от того, используете ли вы CCD, CMOS, обратно на стороне освещение или даже в будущем изобретение: датчик может (и будет) выполнять хуже этих теоретических пределов при высокой ISO - особенно, когда значение λ низкая - за счет дополнительных источников шума в электронике [41]. Оценки этих дополнительных источников шума, сделанных аппроксимации кривой данным DxOMark можно найти на www.sensorgen.info.

НО... шум датчика на пиксель не очень актуальны

Это возвращает нас к "меньшие пикселей дать более высокие уровни на пиксел шума". Это факт, и мы показали вам, как математика для этого работает. Но, к счастью для нас, пользователей, за-датчика-пиксель шума неправильный метрики для печатных изданий [42]. Печать подразумевает масштабирования к (давайте предположим, ниже) фиксированной разрешением (arbitrarily!) 8 мегапикселей. Если масштабирование сделано хорошо, это точно компенсирует дополнительную попиксельную шум, который вы получили, начиная с более требуемых 8000000 мегапикселей.

Так следующие четыре сценария для уменьшения разрешения изображения даст вам те же уровни сигнала и те же уровни шума - по крайней мере, в соответствии с нашей упрощенной модели:

1. Вы можете начать с датчиком 8 мегапикселов ("низкого разрешения") с той же суммарной светочувствительной области, как и другие сценарии.

2. Вы можете использовать датчик 32 мегапикселов, но объединить каждые 4 аналоговых величин, прежде чем цифровой. Это похоже на выливание 4 маленьких чашек в миску перед взвешиванием ("аналоговый биннинга").

3. Вы можете с помощью датчика 32 мегапикселов, измерения выходного на пиксель, а затем масштабирование полученное изображение до 8 мегапикселов цифровой ("цифровой биннинга" [43]).

4. Вы можете использовать датчик 32 мегапикселов, захватив все данные измерений в файле, и позволяя ПК масштабировать изображение до 8 мегапикселов.

Вот еще один пример: 60 Датчик Мпикс в Phase One P65 + камеры спине должны [44] дают такое же качество печати и одинаковое количество очков DxOMark камеры датчика, как:

· гипотетический датчик 15 Мпикс с тем же физического размера сенсора

· образ, который понижает в камере до 15 мегапикселей

· образ, который понижает в ПК или Mac до 15 мегапикселей

По стечению обстоятельств (как я потом услышал от эксперта DxO) DxOMark фактически проверили второй сценарий для P65 + цифровой задник: в его "Sensor +" [45] режим с 15 вывода мегапикселов, он получает такую ​​же оценку DxOMark камеры датчика, как и в его 60 Мпикс основной режим. Это обнадеживает для справедливости масштабных формул.

Я кстати считаю, что подобный вывод справедлив, когда вы увеличить разрешение, а не уменьшить его, но это дело меньше актуальны и труднее объяснить по-простому. В сущности числа как 8 мегапикселей или соотношениях 4:01 просто произвольные примеры. Если бы мы объяснили все это с помощью формул вместо примеры, число 8 Мпикс бы это параметр, который бы исчезли ("компенсируется") в конечном результате.

Рисунок 2d. Связь между разрешением и счетом DxOMark.

Хотя с высоким разрешением непосредственно не увеличить счет DxOMark,
существует косвенная связь, потому что большие датчики, как правило, имеют больше мегапикселей, чем маленьких датчиков.

Сказав все это, давайте вернемся к исходные данные на рисунке 2d. Несмотря теории, объясняющей, почему сжимая больше мегапикселей в том же районе датчика не должно повлиять на шум на уровне образа, Рисунок 2d, кажется, предполагает, что датчики с более высоким разрешением на самом деле имеют лучшую производительность, чем нижним датчиками разрешения. Это браузер не поддерживает миф, что "повышенное разрешение увеличивает шум": это ведь показывает повышенную резолюцию, предусматривающую снижение шума (= более высокие баллы).

Это во-первых, потому что датчики с высокой разрешающей способностью может быть больше, чем нижних датчиков разрешения, и большие датчики имеют меньше шума. Кроме того, из-за нижний датчики разрешения, как правило, старше, и производительность датчик увеличилось с течением времени.Существует мало интереса к датчиков с низким разрешением, особенно теперь, когда вы можете получить датчиков высокого разрешения без шума-или цены казни.

Вопрос: А как насчет 16 мегапикселов D4, который отстает от 36 мегапикселов D800 (E). Они оба были разработаны Nikon одновременно (запущен в течение одного месяца друг друга) и имеют тот же размер сенсора.

Ответ: Опять же, это не доказательства, подтверждающие "с высоким разрешением дает высокую шум" миф. По сути, это будет поддерживать "с высоким разрешением дает низкий уровень шума" миф! В данном случае датчики изготавливаются [46] на разных фабриках и, таким образом, не полностью сопоставимы.

Вопрос: Если с высоким разрешением не имеет недостатков, почему бы не производить 50 мегапикселов APS-C или "4/3" датчиков?

Ответ: шаг пикселя упадет примерно до 2,75 мкм или ниже. В этой резолюции, линзы, как правило, узким местом [47] - так что вы не увидите значительные улучшения в фактическое разрешение системы. Кроме того, в какой-то момент, пиксели становятся настолько малы, что предполагается идеализированная масштабирование (с вымышленным постоянной коэффициента заполнения и постоянной "квантовой" эффективность) больше не будет применять: четыре 2,5 × 2,5 мкм пикселей вместе бы захватить меньше света, чем один 5 × 5 пиксель мкм (из-за проводки, что попадется на пути, механические наложения допуски на фильтрах, "коэффициент заполнения", и т.д.). В результате снижение отношения сигнал-шум будет негативно влиять на оценку DxOMark камеры датчика.

Таблица 1. Пять теоретически неразличимые конфигурации камеры

	"Смартфон"	"Компактный"	Four Thirds	Полный кадр	"Большой датчик"
Относительная кроп-фактор	8 ×	4 ×	2 ×	1 ×	0,5 ×
Относительный размер датчика	0,015 ×	0,06 ×	0,25 ×	1 ×	4 ×
Мегапикселей	25 мегапикселей
Шаг пикселей	0,75 мкм	1,5 мкм	3 мкм	6 мкм	12 мкм
Фокусное расстояние	12,5 мм	25 мм	50 мм	100 мм	200 мм
Угол изображения	23.4 °
Апертура	f/0.5	f/1.0	f/2.0	f/4.0	f/8.0
Диаметр Диафрагма	25 мм	25 мм	25 мм	25 мм	25 мм
Чувствительность	1.5 ISO	6 ISO	25 ISO	100 ISO	400 ISO
Емкость Полная хорошо	40000 электроны	40000 электроны	40000 электроны	40000 электроны	40000 электроны

Давайте проверим последствия этой теории, просто применив его через 16 × диапазоне размеров сенсоров. Мы произвольно выбрали легкий телеобъектив и 25 мегапикселов камерой [50]. Это дает нам таблицу выше камер, которые производят изображения, которые должны быть неотличимы - даже в судебно-лаборатории (нет остроты около EXIF полей пожалуйста - мы не делаем высокую науку здесь дети!). Красные цифры являются ценности, которые невозможно или невозможно разработать.

Один из выводов является то, что мы могли бы взять работоспособную меньшую опорную камеру и легко производить те же результаты на камеру с большим сенсором. Но это "эмуляция" прибывает в стоимость: мы можем использовать аф / 4 объектив на F / 8 только, чтобы получить ту же глубину резкости. И мы будет использовать только 25% от к-электронов способностью во всем а 160 (за счет работы при 400 ISO вместо родного 100 ISO) только, чтобы держать скорость затвора и то же. Таким образом, мы, по существу, либо под-использования фантазии большие камеры датчика или предполагая меньше технологию бросая вызов большие камеры датчика.

Использование меньшего датчик имеет противоположную проблему: она требует объектив на маленькой камере, нереально быстро. И это предполагает, что мы имеем технологию для достижения без изменений потенциала полной в пределах небольших пикселей. Если у нас действительно было, что технология, мы могли бы предположительно сделали камера полнокадровой работать лучше.

Так что все это подтверждает окольными путями, что крупные датчики могут превзойти маленькие датчики или может альтернативно соответствовать их с помощью более простой технологии.

Критерий эквивалентности Фальк Lumo показывает вам научной строгости, которые вы можете потратить больше на большей камеры без достижения каких-либо видимых преимуществ бы то ни было. Но, если вы поддерживаете Диафрагменное значения с увеличением размера датчика (и принять или даже приветствуем меньшую ФО) можно предположительно получить лучшее качество изображения с использованием большего датчик.

2 ^-й уровень DxOMark баллов

Давайте вернемся к делу снова. В следующих разделах мы рассмотрим, как общая оценка DxOMark камера датчика относится к трех измерений более низкого уровня. Счет DxOMark камера датчика вычисляется с помощью метрик (разрешение нормированные) для:

· Уровень шума: то, что является самым высоким уровнем ISO, что по-прежнему дает определенный качество печати?

· Динамический диапазон: возможность записи нюансы в темные тени в присутствии основных моментов при благоприятных (низких ISO) условиях освещения

· Цвет Чувствительность или "глубина цвета": сколько цвет ("цветности") шум есть, в частности, в тени под благоприятных (низких ISO) условиях освещения

Это 2 ^-й уровень данных измеряется и обеспечивается DxOMark на их сайте. На самом деле, веб-сайт DxOMark имеет 4 различных уровней информации, начиная от простой в использовании (и, следовательно, упрощенное) почти сырьевых измерений (и, таким образом, для специалистов):

1. Рейтинг DxOMark камера датчика (один единый номер чтобы управлять ими всеми). Это число показано по вертикальной оси предшествующих графиков.

2. Эти три цифры (на вкладке "Очки"), которые используются для вычисления DxOMark камеры Рейтинг датчика.

3. Графики (под "измерения"), например, с динамическим диапазоном в различных условиях ISO. Вы можете использовать их для зачитал предыдущие значения уровня.

4. Измерения Полные шума, которые очищают и ISO и интенсивность света

В красочных графиков, показанных здесь, мы будем придерживаться уровня (1) и (2). Но я буду использовать (3) уровни и (4) один или два раза, чтобы объяснить странное поведение.

Рисунок 6. Камеры с 10 высокие баллы ISO являются все м