48 мегапикселей в смартфоне
Компания Sony представила IMX586 — первый в мире КМОП-сенсор для смартфонов с эффективным разрешением в 48 миллионов пикселей. Это значит, что сенсор сможет фиксировать кадры размером 8000×6000 пикселей без программной интерполяции! Раньше такой размер был доступен только на дорогих профессиональных камерах, и то не на всех.
Ну а снимать видео со скромным разрешением 4K (4096×2160) для такого сенсора проще простого. Он это делает на скорости 90 кадров в секунду.
Технические характеристики сенсора весьма впечатляют. Судя по всему, камеры на 48 мегапикселей очень скоро станут главным козырем топовых смартфонов. Компания обещает начать массовые поставки IMX586 уже в сентябре 2018 года.
Как Sony добилась такого кардинального увеличения разрешения? Что ж, без определённых хитростей здесь не обошлось. IMX586 сочетает в себе две ключевые технологии:
Очень маленький размер светочувствительных элементов (очень высокое разрешение)
Обработка сигнала цветным фильтром Quad Bayer с несколькими алгоритмами для повышения разрешения
Физический размер сенсора составляет 1/2″ или 6,4×4,8 мм. Это большой размер — самый большой, какой только ставят в смартфоны. Обычно там используют сенсоры формата 1/3″, то есть почти вдвое меньшего размера. Но 48 мегапикселей никак не втиснешь в 1/3″, а вот с форматом 1/2″ такой фокус получился.
Если посчитать на калькуляторе, то можно прикинуть физический размер каждого из 48 миллионов светочувствительных элементов на сенсоре 6,4×4,8 мм. Получаются пиксели со стороной около 0,8 микрометра.
На самом деле эти пикселы, понятно, не RGB, а обслуживают только какой-то один цвет. Причем четыре соседних пикселя Quad Bayer обслуживаются одним и тем же светофильтром – фактически цветовое разрешение соответствует матрице в 12 мегапикселов. Но вот яркостное – в 4 раза выше, и поэтому после цифровой обработки картинка получается более четкой. Якобы. Потому что объектив с таким разрешением в формате смартфона невозможен. Дифракцию не обманешь.
мне камеры в 2Мп достаточно, все, что больше, только место занимают..
Больше мегапикселей богу мегапикселей!
Эффективное разрешение – это как эффективный менеджмент. Горы циферок, которые устрашают, но в итоге бесполезны и бессмысленны. Как говорили нам когда-то трщщи майоры на военной кафедре – “чем больше цифр, тем больше не надо!” 😉
Наоборот. Эффективное разрешение — это то разрешение, которое можно получить на выходе без интерполяции.
По сути же ВСЕ цифровые аппараты имеют цветовое разрешение в 3 или 4 (многие Sony и Fuji) раза ниже эффективного, но разрешение по яркости выше эффективного. https://goo.gl/RXt82t
У этой бестолковой отрыжки маркетинга, очевидно, не смогли сделать цветовой фильтр с тем же размером ячейки, поэтому цвет положили полосками, перекрывая сразу несколько пикселей и, соотвественно, переписали алгоритм баеровского фильтра.
А может посчитаем разрешение экрана у этого смартфона? Ведь все эти суперпупер фото чаще всего и рассматривают на этом тилипоне, а то и на гогноэкранчике 4-5 дюймов… Ну и зачем вот это все? Чтобы потом можно было рассмотреть прыщи на *опе “звезды”? Все эти мегапиксели – отличное средство загаживать Интернет никому не нужными “фоточками”… Да радовать ОпСоСов, продающих “гиги” стаду…
Да даже если и высокое, совершенно мне непонятен смысл ретины и даже этого: у IMX586 “5,7-дюймовый дисплей разрешением 2160х1080 “. То есть, дисплей чуть больше моего 5,5, а разрешение чуть меньше стационара на 28”. Что там дополнительного можно разглядеть на таком разрешении без микроскопа, мне совершенно непонятно.
Как я и сказал — это отрыжка маркетинга. Ну, или цеплять к большому дисплею, присоединять клавиатуру, портативный hdd и т.п.
Там не в этом проблема. Вы не читаете, штоле? Проблема в дифракции. Луч света с разной длиной волны по-разному преломляется линзой, да еще и частично “загибается” так, что условную точку изображения невозможно сфокусировать резче некоторого предела, и вдобавок эта точка окружена цветными контурами.
Частично этот эффект уменьшают, применяя объективы большего диаметра и фокусного расстояния, частично – используя матрицу БОЛЬШЕГО размера, у которой физический размер пиксела больше. Чем больше пиксел – тем меньше влияние дифракции.
Сони смогли сделать очень маленькие точки матрицы – но обнаружили, что при таком объективе, что влезает в смартфон, на них сплошные цветные разводы и размазанные контура. И байесов фильтр уже мало помогает. Вот тогда они догадались объединить цветовой фильтр по 4 точки.
Дифракция тут совсем ни причем. Цветные полосы возле контрастных переходов — это аберрации объектива, если в терминах фотографии. Проявляется на макроуровне относительно всей матрицы и к размеру самой матрицы отношения не имеет. Особенно проявляется по краям кадра, где угол преломления света от источника максимален. Там возникает обычно синие и красные полосы вокруг, например, тонких темных веток на светлом фоне. Это совсем другая проблема, которая при плохом (и/или широкоугольном) объективе может проявиться на любой матрице.
Здесь проблема имеет совсем другое происхождение. Условно можно принять, что шум — величина постоянная и зависит от свойств материала, p-n-p переходов, качества изоляции пикселей друг от друга и прочей тонкой физики. Чем меньше пиксель, тем меньше соотношение полезного сигнала к шуму. Плюс выше наводки от соседних пикселей, ибо сложнее избежать электрического влияния их друг на друга. Плюс проблема сверхтонких проводников и прочей “дырочной” и квантовой хренотени при съеме малого сигнала. В условиях плохой освещенности и мизерного пикселя это соотношение достигает значений, мешающих собственно фиксации изображения.
Поэтому придумали такую схему, когда 4 соседних пикселя квадратом объединены одним цветным фильтром, что в условиях низкого освещения дает возможность объединить сигналы сразу с 4 пикселей (скорее всего электрически на уровне схемы), повышая соотношение сигнал/шум, но снижая разрешение до 12 мп. Это повышает ISO в 4 раза и позволяет снимать пристойную картинку даже в условиях слабого освещения.
Таким образом, 48 Mpx — для дневного освещения, и 12 — для низкой освещенности.
Но математику вычисления цвета в точке для 48 Mpx пришлось переписать. А для 12 мпк — обычный баеровский фильтр с традиционными алгоритмами.
Вы давно не видел радуги после призмы? Совсем плохо с школьным курсом физики?
Изначально явление дифракции трактовалось как огибание волной препятствия, то есть проникновение волны в область геометрической тени. С точки зрения современной науки определение дифракции как огибания светом препятствия признается недостаточным (слишком узким) и не вполне адекватным. Так, с дифракцией связывают весьма широкий круг явлений, возникающих при распространении волн (в случае учёта их пространственного ограничения) в неоднородных средах.
Дифракция волн может проявляться:
в преобразовании пространственной структуры волн. В одних случаях такое преобразование можно рассматривать как «огибание» волнами препятствий, в других случаях — как расширение угла распространения волновых пучков или их отклонение в определённом направлении;
в разложении волн по их частотному спектру;
в преобразовании поляризации волн;
в изменении фазовой структуры волн.
Видите ли, бамбино – проблема оптики малого размера определяется именно явлениями дифракции.
А столь любимые вашему уху аберрации, в том числе хроматические – это ДЕФЕКТЫ и НЕТОЧНОСТИ оптической системы, и все они, кроме дифракционной аберрации, технически устранимы. Принципиально неустранима только так называемая дифракционная аберрация – а это именно то, о чем я вам, бамбино, и толкую.
Вам вообще известно, бамбино, такое понятие, как “дифракционный предел” применительно к оптическим системам (объективам)? Ну или хотя бы его оптическое альтер-эго, “диаметр диска Эйри”?
Дифракционный предел был открыт в 1873 году Эрнстом Аббе. Стыдно быть таким дремучим. Это фундаментальнейший параметр в оптике.
Угловой дифракционный предел ψmin обратно пропорционален диаметру апертуры, а линейный – еще и фокусному расстоянию, естественно (геометрию-то вы, надеюсь, не прогуляли, как физику?). Именно поэтому чем больше диаметр объектива – тем лучше
предельно достижимое разрешение (меньше дифракционный предел).
Объективы мобильников упёрлись в дифракционный предел уже довольно давно.
Чтобы ты это понял, сообщаю тебе, что обычный фотоаппарат Canon 600D достигает дифракционного предела при диафрагме 7.1 – и дальнейшее диафрагмирование приводит к замыливанию снимка в яркостном канале и веселой радуге по резким краям в канале цвета. И это неустранимо никакими объективами, это дифракционный предел для такого шага матрицы, фокусного расстояния и дырки (апертуры) объектива.
Шаг матрицы в мобильнике еще меньше, фокусное расстояние короче, и дырка меньше. Поэтому-то даже 8-мегапиксельные камеры в смартфонах уже вынуждены сидеть на глубокой математической обработке сигнала с матрицы, а для 48 мегапикселов даже светофильтр делать с шагом пикселов оказалось бессмысленно – там такая радуга, что корреляции не находятся с приемлимой скоростью. Отсюда фильтр с группировкой в один цвет по 4 точки, и понеслось.
Зря спорите. Это моя тема, я ее знаю профессионально уже много-много лет.
А вот со школьным курсом проблема не у меня. Радуга после призмы — аберрация: разный угол преломления световых лучей на границе сред в зависимости от длины волны. Дифракция — огибание препятствия, их физическая природа совершенно разная. Схожесть только в одном — и там, и там угол преломления зависит от длины волны. Но здесь это даже не главное.
Читайте выше оттуда же:
“В ряде случаев, в особенности при изготовлении оптических систем, разрешающая способность ограничивается не дифракцией, а аберрациями, как правило, возрастающими при увеличении диаметра объектива. ”
Про диаметр объектива здесь — полная чушь. Что, кстати, показывает, необходимость критичного чтения википедии.
Степень преломления зависит не от “диаметра”, а от угла между падающим лучом и нормалью к поверхности и физических свойств пары сред. В нашем случае это кривизна линзы и пара стекло/пластик-воздух. В воде все будет совершенно по-другому.
Это происходит в объективе и наиболее четко заметно по краям линзы (т,е. для объектов — на диаметрально противоположном конце матрицы).
Это все не имеет ни какого отношения к матрице и дифракции вообще, и в той или иной степени свойственно для любой пары объектив-матрица . Главное слово — “любой”.
То, о чем вы говорите — размер пикселя — имеет значение для отношения сигнал-шум. Описано выше.
Дифракция в самом пикселе, если она даже и происходит по пути линза-диод, вообще ни какого влияния на шум не оказывает. Фотодиоду(для простоты) плевать на дифракции, он измеряет свет после фильтра, его задача — выдать яркость его точки, суммируя все разложения, даже если они после фильтра и произошли.
А остальное про объединение пикселей в 4 при плохом освещении здесь https://goo.gl/nHMEdq или здесь http://mobiltelefon.ru/post_1532348928.html
Поскольку матрица больше, чем размер традиционных для фотокамер, то на 12 мпк она даст очень неплохое для таких устройств качество и при низком уровне освещения. А 48 Мпк — это днем, если некуда девать память…
Вот поэтому СССР и помер, с такими горе-специалистами.
Еще раз, последний, рекомендую вам погуглить “Диск Эйри” и “дифракционный предел”.
Впрочем, я не нанимался учить самовлюбленных дебилов основам оптики. Живите таким, мне же веселее будет.
Хорошо, слово “аберрация” здесь я применил неверно, правильно — “дисперсия” https://goo.gl/koguiZ , хотя фотографы говорят “хроматические аберрации”, но все остальные размышления точны.
Размер пикселя не имеет ни какого отношения к дифракции оптической системы. Он влияет только на соотношение сигнал-шум.
«Диск Эйри» и «дифракционный предел» — свойство оптической системы, а не датчика.
Если вчитаетесь в написанное, то поймете, что я как раз об этом и пишу. И могу показать на реальных фотографиях, что такое дифракция по краям кадра (в фотографии это называется хроматическими аберрациями). И они вызваны не качеством поверхности, а разным преломлением разных длин волн.
А по сути данной матрицы объединение пикселей в квадрат 2х2 придумано только для повышения светочувствительности путем объединения сигналов с 4 элементов в один и соответствующего снижения отношения сигнал-шум.
Это без вариантов.
И еще, Пропер, если уж кто тут и самовлюбленный дебил с болезненным отношением к своим постам, то точно не я.
Это вам так кажется. Но мне со стороны – виднее.
Для красного спектра дифракционный предел стеклянной системы примерно равен 740/(2*1,5)=370 нанометров, что больше, чем вдвое меньше размер пикселя в рассматриваемой матрице на разрешении 48 мпк — 800 нм. Даже учитывая, что фотоэлемент занимает не всю поверхность, эта матрица только приблизилась к дифракционном пределу стеклянной, как и пластиковой, оптики, что не мешает ей выполнять свои функции. Собственно, даже если бы была меньше, это тоже бы не влияло, но можно было бы понаблюдать те самые кольца вокруг звезд на ночном небе (с метровым объективом и нанометровой матрицей — это звучит!!!, тебе не кажется, Proper?).
Разумеется, фактическое разрешение системы много ниже дифракционного предела даже для самых дорогих объективов. Именно поэтому нигде в фотолитературе, если вопрос не касается съемки бесконечно удаленных точечных объектов типа космических, дифракционный предел не рассматривают и не учитывают. А вот те самые хроматические аберрации проявляются во всей красе. И только с устранением хроматических аберраций борются при проектировании реальных объективов. Но это отдельная тема.
Вот теперь точно все.
Ну не в курсе чел, што аберрация — термин, применительный только и исключительно к преобразующим оптическим системам. Еси кратко — неоднородность линзы(системы), включающая в себя — разность кривизны по поверхности и разность плотности материала линзы(системы линз или др. оптических элементов). Еси кратко — несовпадение угла падения на систему и угла выхода. Это, причём относится к одной и той же длине волны — монохром. Т.е. — углы падения луча на “первичную” поверхность линзы(системы) — такие то, а вот углы на выходе — будут друг от друга отличаться — “сверху” линзы(системы) — “справа” линзы(системы) — “слева” и “снизу”. Т.е. совсем попросту — нарушение фокуса. Што “лечится” опытным подбором фокуса для каждой партии линз(с допусками!). Причём в произвольном случае этот фокус не будет лежать на оптической оси линзы(системы).
https://goo.gl/koguiZ
Дисперсия это называется. Слово забыл, эка невидаль. И преломление на треугольной линзе –эт дисперсия, но никак не дифракция. Зачем вы поддакиваете, если сами только-только погрузились в проблему. Формируете тут культ личности. Личность, безусловно, неординарная, но его размышления по технике часто грешат по сути. Просто обычно не лезу.
Дисперсия термин — означает просто разброс.
Примеры:
Дисперсия пучков света/волн/электронов.
Дисперсия значений(в математике, как вычисленных, так и полученных).
Дисперсия характеров.
Дисперсия типов
И т.д. и т.п.
Ну и обратный термин — аперсия — невозможность сформировать из полученных или расчётных данных — данные например одного типа или лежащие в одной области.
Ну, не лезьте не в свою тему. Не ваше это. Вы поддерживаете Proper даже не понимая, о чем речь. Некрасиво.
Увколл, у мну специализация ВУЗовская (МЭИ) — светотехника и источники излучения.
Так, для справки. Так што оптика для меня — не совсем(мяхка гогоря) чужая тема.
И вапще — чё ета за уговоры?
<< “…не лезьте…”
По сути есь чё сказать?
По сути уже все сказано. Если вы светотехник, то должны понимать, что дифракция на такой оптической системе существует сама по себе, но на диаметре линзы больше 8 мм (диагональ матрицы) и на таких фокусных расстояниях (для телефона обычно сравнимых с диагональю матрицы) вообще никак не проявится. Ни тот самый «Диск Эйри», ни дифр. предел. И все это — оптика, а не матрица. Матрица характеризуется шумом. Тем большим, чем меньше размер пикселя. Физику расписал в первом посте. И только для преодоления шума придуман светофильтр сразу на 4 пикселя, чтобы в условиях плохой освещенности объединять сигналы электрически, улучшая характеристики сигнал-шум. Что я и пишу с самого первого поста.
И дисперсия применительно к оптике — это дисперсия света, хорошо заметная на треугольной линзе, это “разброс”, который зависит от длины волны, а не от качества линзы. О чем я и говорил. Хроматические аберрации в фотографии — та самая дисперсия, о чем тоже говорил с самого начала. Это влияет, такие аберрации реальны и порой являются проблемой, а дифракция на объективе даже на таком маленьком, но при таком же небольшом фокусном расстоянии — не сказывается.
Итак. Объединение в 4 пикселя не из-за дифракции в оптической системе, а для борьбы с электрическим шумом, возникающим в пикселях по разным причинам. Иначе говоря — для съемки в условиях плохой освещенности.
Дисперсия (от лат. dispersio — рассеяние) – это просто “отклонение от средней величины”, “разброс значений”. Дисперсия может быть чего угодно, это чисто математический термин. Дисперсия частиц гугна в голове мегаспециалиста по квантовым дырам. Дисперсия частиц мыла из распылителя.
Мальчикнекто Styletton нагуглил, что призмочкой с радугой в школьном учебнике иллюстрировали явление волновой дисперсии – и таким образом показывали волновую природу света? Маладец, мальтшик – постепенно ты так освоишь весь школьный курс физики.Только вот ведь в чем твоя беда, мальтшик – ты смотришь в книгу, а видишь фигу. В результате ты споришь сам с собственной глупостью.
Я разве где-то утверждал, что разложение света на призмочке иллюстрирует именно дифракцию? Маленький глюпий малтшик, это вам ваши тараканы в голове нашуршали. Я вам лишь указал на важность волновых процессов в оптических системах, на то, что их нужно учитывать, и что они тем более значимы, чем меньше размеры элементов оптической системы (отгадайте, почему).
Но вы же не способны понять смысл написанного текста. Вы дискутируете с голосами внутричерепных тараканов.
Достали.
Диспе́рсия све́та (разложение света) — это совокупность явлений, обусловленных зависимостью абсолютного показателя преломления вещества от частоты (или длины волны) света (частотная дисперсия), или, то же самое, зависимостью фазовой скорости света в веществе от частоты (или длины волны). Экспериментально открыта Ньютоном около 1672 года, хотя теоретически достаточно хорошо объяснена значительно позднее. https://goo.gl/FU2pXc
Вот это и есть разложение света на треугольной линзе. Рисунок оной линзы в статье прилагается. К дифракции никакого отношения не имеет. Говорю, что не на свою территорию лезете. Про линзу ты сам написал, свято веря, что это дифракция. Или опять будешь доказывать, что это я что-то перепутал? Некрасиво.
А дифракция с интерференцией в виде радуги, которые вы видите на матрице в отраженном свете, когда смотрите на матрицу со снятым объективом — это тоже совсем из другой оперы, не о нашем разговоре. Но вот это как раз дифракция с интерференцией.
Оптической системы, это ты сам написал. Но не матрицы.
Сам ведь уже понимаешь, что херню написал про размер пикселя. Но все равно из-за упрямства все не сдаешься. Это болезнь, Proper, ЧСВ называется. Впервые я это наблюдал, когда ты так же уперся в факт, что компилированный p-код код на java занимает в разы меньше места, чем нативный. Хотя можно даже было в википедию залезть и не упираться рогами, да еще и оскорбляя человека, который все это знал, когда ты про p-код вообще не слышал. А ты и не знал, пока я не написало про java и p-код. Но потом править посты и делать вид задним числом умеешь. Что уж тут сказать… Просто некрасиво.
Всезнайка, иногда надо признавать свои ошибки, чтобы не выглядеть упрямым бараном.
О, Стулеттон совсем упоролся. Он даже не понимает, что такое апертура и откуда берется «Диск Эйри». То есть не знает об эффекте, который еще Джон Гершель в статье о свете в Encyclopedia Metropolitana 1828 года описал.
А ведь то, что человек глубоко болен – было заметно давно. Но я полагал, что время лечит. Я был наивен – у нас нет столько времени.
Дальнейший текст уже не для больного, который невменяем, а для любопытной аудитории.
Дифракционная картина на оптике есть всегда. И пресловутый «Диск Эйри», он же дифракционный предел – это теоретический предел разрешения оптики данного размера с данной длиной фокуса. Делать фоточувствительную матрицу с точкой меньше, чем размер «Диска Эйри» оптической системы, с которой матрица работает – вполне бессмысленно, но камеростроители смартфонов давно перешагнули этот рубеж здравого смысла.
До какого-то момента им помогала корреляционная математика и дрожание объектива в процессе съемки – в результате удавалось пригасить дифракционные контура и вытянуть
кажущуюся четкость линий несколько выше, чем теоретический предел (именно кажущуюся – объекты размером меньше диска Эйри как не было видно, так и не видно, но кромкам протяженных объектов придали дополнительную остроту).
Но 48 мегапикселов на фокусном расстоянии в 5 миллиметров – уже не может спасти никакая математика. Может спасти только переход на рентгеновское излучение – чем короче длина волны, тем меньше точка Эйри при прочих равных. Но это так, на уровне прикола.
Ну вот это вот лихорадочное перепощивание тока што нагугленного — вернейший признак либо школоло, либо общей упоротости.
Гуглил я лишь для того умника, который писал в первом своем ответе, что разложение света на треугольной призме — это дифракция, а потом вытер из ответа.
Всё уже, варитесь, “технари”, в своем соку.
Я когда-то спорил с Proper насчет машин? Нет. А эту хренотень я знал, когда Proper еще не родился.
Чао.
Дифракция заметна на линзе диаметром больше 8 мм и фокусном расстоянии в 8-10 мм? Кто тут болен? Там диски ваши будут ангстремами измеряться и, разумеется, в размерах изображения объектов съемки вообще не будут иметь какого-либо значения.
Я никогда не сомневался в том, что вы, торагой Стулеттон, не только не имеете элементарных знаний, но еще и психически больны.
К сожалению, от старости болезнь прогрессирует. Бедняга уже деградировал до прямой лжи, заявляя, что я там что-то “потом вытер из ответа”. А ведь начинал просто с легкого помрачения ума и незнания школьного курса физики.
Гугель же всё помнит. Ну-ка, что я там вытер? Про то, что разложение света на призме – это дифракция? Ссылочку на кэш гугеля, или мирдверьмяч пожизненно.
Это довольно типичная коллизия с человеком, который спорит с голосами в своей голове – а когда его тыкают носом в текст, обнаруживает, что его оппоненты вовсе не говорили того, с чем он спорит. Поскольку его внутричерепная инсектофауна “не может ошибаться” – он немедленно обнаруживает заговор, “оно всё было, но вы стёрли”. Это шизофрения, причем достаточно тяжелой стадии.
Блин, Глагне — здря ты ево прервал.
Йа тут наблюдал за кипением гугна и длительностью монолога.
Теперь поговорим про реальные диаметры диска Эйри.
Размер диска и в частности его радиус, который нам понадобится для вычислений, принято мерить по первому световому кольцу, на которое приходится около 80% интенсивности света. Если у нас белый свет, то все длины волн будут создавать диски разного размера, образуя веселую радугу и ухудшая ситуацию (видимый свет имеет длину волны примерно от от 400 nm синий до 700 nm красный). Сильнее всех страдает, понятное дело, красный свет.
Критерий Релея: предел, при котором два диска считаются еще разделимы визуально — радиус диска Эйри. Для простоты считается, что точки неразличимы, если расстояние между центрами их проекции на плоскость светочувствительного материала меньше радиуса диска Эйри.
Для примера возьмем камеру Canon 5D mark II (21 мегапиксел, матрица полного размера 24×36 мм).
При длине волны 555nm (жёлто-зеленый свет, к которому глаз наиболее чувствителен и который лучше всего воспринимает камера) и диафрагме F11 диаметр диска Эйри на поверхности матрицы составит 14.8 микрон.
Диаметр диска Эйри на F8 — 10.7 микрон
Диаметр диска Эйри на F11 — 14.8 микрон
Формулы любой может нагуглить.
При этом размер пикселя у Canon 5D mark II составляет 36мм / 5616пикс * 1000 = 6.4 микрона.
То есть размер пиксела матрицы Canon 5D mark II на диафрагме 11 в 2,3125 раза меньше диаметра диска Эйри.
С раскрытием диафрагмы диаметр диска Эйри уменьшается, с закрытием – увеличивается. Экспериментально установлено, что диафрагмы 8-11 оптимальны для съемки этим аппаратом – при более сильном диафрагмировании начинает падать четкость (из-за увеличения диаметра диска Эйри), при меньшем – сильно страдает глубина резкости.
Но размер пиксела – это еще не всё. Чтобы мы могли отличить соседний черный пиксел от белого, матрица должна удовлетворять критерию частоты Найквиста. Это такое приложение теоремы Котельникова. Частота Найквиста требует, чтобы пикселы шли минимум вдвое чаще, чем минимальный размер элемента изображения (в данном случае диаметр диска Эйри) – иначе мы не сможем отличить отдельные точки от равномерного серого фона.
Именно исходя из этого критерия пикселы на матрице Canon 5D mark II и понатыканы столь часто. Вдобавок пикселы еще и накрыты светофильтром и отвечают каждый лишь за один цвет – поэтому фактическое разрешение матрицы по любому отдельно взятому чистому цвету почти вдвое хуже, чем приводимое в мануале “синтетическое”.
В общем, параметры матрицы Canon 5D mark II близки к пределу фундаментальных возможностей разрешения оптики для данного геометрического размера оптической системы (дифракционному пределу), и на диафрагмах более F8-F11 разрешение матрицы уже абсолютно избыточно.
А мы говорим, внезапно, про полноформатную камеру 21 мегапиксел с матрицей фулсайз. На 18-мегапиксельной камере с кропом (например, Canon 60D – сенсор 22,3×14,9 мм) дифракционный предел достигается еще раньше, уже на диафрагмах в районе 5.
Уменьшите фокусное расстояние – диаметр диска Эйри пропорционально увеличится. У камер смартфонов фокусное В ДЕСЯТЬ РАЗ меньше, чем у рассмотренных выше камер, и апертура объектива примерно во столько же раз меньше – соответственно диск Эйри гораздо больше. А матрица – маленькая, размер пиксела уже стал меньше 1 микрона.
Про это уже сто раз говорено – камеры смартфонов влезли в область волновой оптики, и их указываемые в ТТХ разрешения выходят за рамки фундаментальных законов оптики.
Заметьте – я ничего не сказал про проблемы собственно матриц, про их шум, про перетекания зарядов и так далее. Я до сих пор говорил чисто про оптику, про фундаментальные основы. Если оптика из-за дифракции упирается вот в такой предел – никакая матрица не может сделать разрешение лучше.
И да – внезапно для некоторых недоучек разрешение приличных объективов уже довольно давно определяется именно дифракционным пределом. С ним нет особой проблемы, он давно достигнут – вся возня со сложными системами линз, с асферикой и так далее идет не вокруг разрешения, а вокруг коррекции геометрических искажений, обеспечения равномерной засветки кадра, равномерной четкости по всей площади кадра, светосилы и даже таких смешных вещей, как “красивое бокэ” (то есть определенный рисунок при расфокусировке).
Между прочим, это всё не какие-то теории – если у вас есть приличный аппарат, вы можете сделать несколько фотографий со штатива какой-то четкой таблицы с разными значениями диафрагмы, и затем сравнить четкость элементов получившихся снимков. Вы обнаружите, что начиная с некоторого значения диафрагмы ее дальнейшее закрытие приводит не к улучшению четкости, а наоборот – к быстрому падению четкости. Это вот оно и есть – вы достигли дифракционного предела.
Между прочим, существует специальный софт Reikan Focal (для настройки фокусировки), который среди прочего определяет фактическое значение DLA (то есть предельного значения диафрагмы для достижения дифракционного предела).
Для Canon 5Ds (50 мегапикселов, полный размер матрицы) эта программа показывает достижение дифракционного предела на диафрагме 6,7. Схожая ситуация на очень многих камерах с кропом – только мегапикселов пропорционально площади сенсора меньше.
Nikon D7100 – DLA 5.9, это при 24 мегапикселах. Фактически этот аппарат мылит всегда, потому что диафрагму меньше DLA большинство его объективов имеют лишь при фокусировке в бесконечность, а при съемке в помещении у большинства она болтается в районе 5 минимум, что бы там не писали производители.
Кстати, в этом и состоит погоня за большим относительным отверстием у объективов высшего класса – не столько ради светосилы, сколько ради того, чтобы отодвинуть дифракционный предел.
Аберрация – это просто по-русски “отклонение от нормы”, в смысле ошибки, нарушения, погрешности. И насколько я помню основы оптики – в линзовых объективах абсолютно все виды аберраций, кроме дифракционных, технически устранимы. А вот с последними – увы, только математическая постобработка помогает сдвинуть дифракционный предел дальше жестко определенного геометрией и длиной волны.
“Прафисианальный” Styletton, судя по всему, искренне не подозревает, для чего у телескопов делают такие огромные зеркала или линзы. Возможно, что он думает, будто бы это делается ради светосилы, хе-хе.
А между тем делается это именно для уменьшения дифракционного предела (уменьшения углового размера кружка Эйри). Объективы с зеркалами диаметром 10 метров наконец-то имеют кружок Эйри меньше, чем размытие света от прохождения через атмосферу в высокогорье – именно поэтому дальнейшее совершенствование (увеличение диаметра зеркала) оптических телескопов стало нецелесообразно. Но этот вот диаметр (апертура) нам дает понять, в каких соотношениях находятся аберрации дифракционные с аберрациями света в такой кривой и неравномерной среде, как воздух.
По этой же причине оптическое разрешение объектива имеет самую прямую связь с диаметром апертуры (то есть его физическими размерами). Ты видел, какой размер имеет оптика спутника KeyHole KH11? Это тот самый, который в гражданской версии называется “космический телескоп Хаббл”. Вот ему главное зеркало полируют:
http://putc.org/wp-content/uploads/2018/07/330px-Hubble_mirror_polishing.jpg
Наверное, если бы можно было сделать зеркало поменьше, чтобы читать номера на крышах танков – его бы сделали поменьше. Но увы – дифракционный предел. Что можно было выжать фокусным расстоянием – они выжали, сделав его 57.6 метра. Дальше жать – только диаметром апертуры. Поэтому зеркало вот такое.
О заумь какая… Не, лучше я постою в сторонке.