Понять разрешение камеры и мегапиксели (простое руководство)

Поделитесь статьей

Чаще всего производители фотоаппаратов рекламируют свою продукцию с помощью мегапикселей.

Действительно, среднее разрешение цифровых камер постоянно увеличивается.

Вы можете найти 20-Мп сенсоры в смартфонах. В модели Sony A7R IV можно делать даже 240-мегапиксельные фотографии благодаря смещению сенсора.

Но что для вас значит разрешение камеры? Нужно ли вам большое количество мегапикселей? Сегодня мы это выясним.

большая камера и маленькая камера стоят друг напротив друга

Почему разрешение камеры имеет значение?

Попробуем разобраться в маркетинговых лозунгах. Мегапиксель и разрешение камеры стали крылатыми словами.

Действительно, здорово, что даже ваш телефон способен снимать 20-мегапиксельные фотографии. Но как это отражается на реальных деталях? Не очень хорошо.

А главное, нужно ли оно вам?

Очень общий ответ — нет; скорее всего, нет.

Есть две области применения, где вам действительно необходимо высокое разрешение: широкое кадрирование (цифровое масштабирование) и большая печать. И даже в этих ситуациях вам нужны не обязательно высокие мегапиксели.

Что такое пиксельный граф?

Разрешение камеры не равно количеству пикселей, хотя их часто путают и используют как взаимозаменяемые понятия. У пленки также есть разрешение, означающее уровень детализации, который она может разрешить.

Пиксели — это наименьший компонент сенсора цифровой камеры. Они регистрируют свет. Их миллионы, один за другим, и они формируют целостное изображение.

Ее количество имеет значение, но оно не говорит нам все о разрешении камеры.

Количество пикселей выражается в мегапикселях. Один мегапиксель (МП) — это один миллион пикселей. Поэтому, когда кто-то говорит, что разрешение камеры составляет 20 МП, он имеет в виду 20 миллионов пикселей на ее матрице.

Действительно, количество пикселей ограничивает детализацию изображения. Но само по себе оно не устанавливает минимальный уровень детализации. Оно ничего не значит, пока мы не знаем других факторов.

Единственное, что точно обещает большое количество пикселей, это меньшее воздуха.

Расчет размера изображения в пикселях

Датчики фотокамер имеют прямоугольную форму. Пиксели на них не разбросаны беспорядочно, они расположены в виде сетки.

Размеры двух сторон сопоставимы. Их соотношение сторон варьируется от 1:1 (квадрат) до 16:9 в некоторых видеокамерах.

Наиболее используемыми соотношениями сторон являются 3:2 и 4:3.

Например, моя Canon 5D MkIII имеет соотношение сторон 3:2. Размер матрицы составляет 5760 пикселей по длинной стороне и 3840 пикселей по короткой стороне.

Вы можете перемножить две стороны, чтобы получить общее количество пикселей. 5760 x 3840 равно 22 118 400. (Таким образом, камера 5D MkIII имеет сенсор 22,1 Мп.)

Я все еще могу добиться различных соотношений сторон, но только путем кадрирования. То же самое делает камера, когда я устанавливаю другое соотношение сторон в меню. Кроппинг уменьшает разрешение.

синее пикселированное изображение
Изображение по hongkha от Pixabay

Что такое разрешение камеры?

Когда мы говорим «разрешение» в контексте камер, мы имеем в виду пространственное разрешение. Это технически правильный термин, но, вероятно, это первый и последний раз, когда вы его читаете.

Разрешение камеры говорит нам об уровне детализации, который может обеспечить камера. Другими словами, это способность средства визуализации различать два объекта (Википедия).

Разрешение зависит от нескольких факторов.

Когда записывающей поверхностью является пленка, она определяется:

  • Размер пленки. Очевидно, что при большем размере больше деталей
  • Уровень зернистости. Пленки с более низким ISO обычно имеют меньшую зернистость и, таким образом, обеспечивают более чистое и детализированное изображение.
  • Чистота объектива. Каким бы большим и бесшумным ни был кусок пленки, если в камере используется низкокачественный объектив, разрешение камеры останется низким.
  • Дифракция. Значение относительного отверстия (f-stop) ограничивает, насколько малой может быть мельчайшая единица детали. Однако она всегда присутствует в той или иной степени.

В эпоху цифровых датчиков это немного меняется на:

  • Шаг пикселя. Плотность пикселей на сенсоре. Также дает достаточно точное измерение размера пикселя;
  • Размер датчика,
  • ISO,
  • Четкость объектива,
  • Идифракция.

Кроме того, внешние обстоятельства также влияют на четкость изображения.

  • Фокус. Если изображение сфокусировано неправильно, оно не будет таким детальным, каким могло бы быть.
  • Тряска камеры и размытие движения. В зависимости от выбранной вами выдержки на фотографии может появиться размытие движения или даже дрожание. Это снижает разрешение, особенно при фокусных расстояниях телефото и большом количестве пикселей.
  • Атмосферное размытие. Если вы фотографируете объект со значительного расстояния, сама атмосфера начинает оказывать негативное влияние на детали. Это влияние наиболее заметно на телеснимках. Туман, дождь и другие погодные явления также оказывают свое влияние.
  • Состояние оборудования. У вас может быть самый резкий объектив в мире, но если вы не будете содержать его в чистоте, он не будет работать наилучшим образом. Кроме того, при резких перепадах температуры на линзах образуется конденсат. Это приводит к помутнению изображения.

Давайте обсудим некоторые из них более подробно.

Шаг пикселя и размер пикселя

Очевидно, что меньшие пиксели требуют от объектива лучшего оптического качества.

Пиксель размером 8 м (микрометров) имеет в четыре раза большую площадь и вдвое больший шаг пикселя, чем пиксель размером 4 м.

Это означает, что если объектив достаточно резок, чтобы обеспечить детализацию для 8м пикселей, он не сможет обеспечить достаточную резкость для 4м пикселей.

Ну, где вы можете найти маленькие пиксели?

В двух местах:

  • Большие сенсоры с очень большим количеством пикселей. У камеры Canon 5Ds R шаг пикселей составляет около 4 м. Это полнокадровая камера с разрешением 51 МП.
  • Маленькие сенсоры с нормальным количеством пикселей. В iPhone XR установлена камера с разрешением 12 МП. Но ее сенсор настолько мал, что размер пикселей составляет всего 1,3 метра. Таким образом, его пиксели в девять раз меньше, чем пиксели камеры 5Ds Rs.

В свою очередь, Canon 5D (оригинальная модель) имеет 12 МП пикселей на полнокадровом сенсоре. Шаг пикселей составляет 8 м. Его пиксели в 36 раз больше, чем пиксели на iPhone!

Маленькие пиксели также означают меньше света, падающего на один пиксель.

Как бы то ни было, и большие, и маленькие пиксели должны быть выведены на один уровень. В противном случае изображение, состоящее из мелких пикселей, будет намного темнее.

Это приводит к увеличению шума, потому что когда вы осветляете изображение, вы также осветляете его шум.

При меньших размерах пикселей дифракция также более выражена. Она начинает оказывать заметное влияние при низкой диафрагме, иногда уже при f/2,8.

Но что такое дифракция?

Понимание дифракции

Трудно объяснить дифракцию без научного подхода. Если вы эксперт в области физики, пожалуйста, простите мое упрощение.

Вы, вероятно, знакомы с дифракцией в воде. Если на пути воды поставить барьер с небольшим отверстием, поток изгибается вблизи отверстия. Чем меньше отверстие, тем больше изгиб.

То же самое происходит и со светом. При меньших диафрагмах (более высоких f-стопах) дифракция вредит резкости и разрешению.

Вследствие дифракции существует вполне измеримый физический предел разрешения. Независимо от того, насколько хорош ваш объектив, это всегда так. Он задается следующей формулой:

Здесь — наименьший пиксель, который может получать информацию от объектива на уровне пикселя, длина волны входящего света и f/stop.

Вычислим с помощью камеры iPhone XRs. Мы откроем диафрагму до f/1,8, чтобы получить наименьшее количество дифракции.

Длина волны видимого света составляет около 0,5 м.

В результате .

Это означает, что iPhone XR (с шагом пикселя 1,3 м) очень близок к дифракционному ограничению.

Так что, даже если объектив оптически совершенен, свободен от всех аберраций, он находится на пределе своих возможностей. Он не может вместить меньшие пиксели.

Возьмем другой пример.

При f/16 результирующее значение составляет 7,3 м. Это означает, что камеры с шагом пикселя около этого значения подвержены дифракции только при f/16.

Так, оригинальный 5D с шагом пикселя 8 м становится дифракционно ограниченным только после f/16.

Это совпадает с моим опытом. Когда я использую старую модель 5D, я могу снимать даже на f/16 без снижения резкости. На 5D MkIII и MkIV это скорее f/11 и f/9.

Посмотрите на эту иллюстрацию, которую я снял с помощью Canon 5D MkIV и макрообъектива Canon 100mm f/2.8L. Оба снимка находятся в идеальном фокусе; смягчение вызвано дифракцией.

Анимированный gif, показывающий влияние дифракции на разрешение
Влияние дифракции на разрешение

Как резкость объектива влияет на разрешение?

Таким образом, чтобы дифракция не представляла угрозы для разрешения изображения, на большинстве фотоаппаратов вам нужно оставаться на уровне f/8 или ниже.

Но широкая диафрагма также может повлиять на резкость в худшую сторону, особенно на дешевых объективах, а объективы вообще не работают лучше всего на широкой диафрагме.

Обратите внимание, что здесь я говорю только о резкости, а не о других аспектах эстетики изображения. Резкость — это важное качество объектива, но не основной решающий фактор, по крайней мере для меня.

Отличным средством измерения резкости объектива являются MTF-диаграммы. Они показывают разрешение объектива независимо от размера матрицы и количества пикселей.

Но вы можете проверить свои объективы и в реальной жизни. В конце концов, если они достаточно резкие для вас, вы можете идти.

Верхний предел резкости объектива — резкость на уровне пикселя. Это означает, что объектив настолько резок, что может разрешить данные изображения до каждого отдельного пикселя, не затрагивая соседний пиксель.

Это зависит не только от объектива, но и от шага пикселя камер, на которых он используется.

Мой объектив 85 мм f/1,8 достаточно резок, чтобы обеспечить резкость на уровне пикселей на 12-Мп камере Canon 5D.

Не так много на 30-Мп Canon 5D MkIV, но он все равно показывает достойные результаты. И я все равно люблю этот объектив.

Это также доказывает, что маленькие пиксели требуют от объективов большего.

Обратите внимание, что при просмотре обоих изображений в одинаковом размере (скажем, на вашем мониторе) вы не заметите разницы. Вы увидите ее только при увеличении масштаба изображения.

Что вызывает атмосферное размытие?

Мы все знаем, что когда свет проходит через стекло, он преломляется. Но это не сверхъестественная способность только стекла.

Свет преломляется в любом веществе, включая воздух.

Вы не замечаете этого на коротких расстояниях. Это становится очевидным, когда вы снимаете дальние объекты с помощью телеобъектива.

Посмотрите на эту фотографию. Я снял ее объективом 400 мм f/2.8 (немного чрезмерно для этой задачи, я знаю) при f/8. Ближайшие здания находятся на расстоянии 5 км (3 миль), поэтому все в фокусе. Но обратите внимание на разницу между зданиями на переднем плане и холмами на заднем.

Передний план хороший и резкий. Он находится достаточно близко, чтобы на него не повлияло атмосферное размытие.

Холмы удалены от камеры более чем в три раза. На таком расстоянии свет начинает расщепляться. Разные длины волн по-разному смещаются. Это смещение вызывает размытие.

Смягчающий эффект атмосферного размытия. Снято на 400-мм объектив, оба фрагмента в идеальном фокусе
Эффект смягчения атмосферного размытия. Снято на объектив 400 мм, оба фрагмента находятся в идеальном фокусе

Как добиться максимального разрешения

Не хочу сказать, что нужно покупать самую высокомегапиксельную камеру, какую только можно найти. Мегапиксели и количество пикселей, как я уже говорил, ничего не значат без правильных настроек и техники, которые их поддерживают.

Важно отметить, что очень часто вашей целью не является захват абсолютного максимального количества деталей, которые вы теоретически можете захватить.

Фотография — это не только резкость. Главное — передать историю или чувство. Или чтобы понравиться эстетически.

Но все же есть приложения, где вам нужно максимальное разрешение. Возможно, вы захотите впоследствии кадрировать изображение (цифровое увеличение). Для больших отпечатков также требуются высокодетализированные изображения.

Так что же вы можете сделать, чтобы добиться максимального разрешения с помощью вашего фотооборудования?

Знайте свой объектив. Знайте его острые и слабые стороны. Изучите, при каких диафрагмах он лучше всего работает. Проверьте, не приводит ли фокусировка на близком расстоянии к более размытому изображению, это часто бывает проблемой. Проверьте резкость на разных фокусных расстояниях в диапазоне зума.

Знайте свою камеру. Знайте уровни ISO, которые вы можете набрать без сильного влияния на изображение.

Снимайте с правильной выдержкой. Экспериментируйте с выдержками на всех фокусных расстояниях. Мы все знаем правило обратного фокусного расстояния, но это еще не все. Когда я фотографирую людей, я стараюсь не снимать медленнее 1/400 с, чтобы заморозить движение. (Если только мне не нужен творческий эффект размытия движения)

Настройте его правильно. Установите полное соотношение сторон и наилучшее качество JPG. Или просто установите RAW, чтобы у вас было больше возможностей при постобработке. Также проверьте настройки повышения резкости в камере. Она не дает большего, но подчеркивает имеющиеся детали. Однако чрезмерное повышение резкости может повредить детали на фотографии.

Почистите камеру и объектив. Убедитесь, что в них практически нет пыли. Если на объективе есть грибок, удалите его. Очистите сенсор.

Проверьте фильтры. Если вы используете фильтры, убедитесь, что они не ухудшают качество изображения. Некоторые дешевые фильтры снижают резкость.

Точная фокусировка. Потренируйте автофокусировку, заставьте ее вести себя так, как вы хотите. При необходимости выполняйте микроподстройку автофокуса. Помните о смещении фокуса в объективе и фокусируйтесь соответствующим образом. Если вы снимаете устойчивые объекты на штативе, используйте ручную фокусировку.

Обращайте внимание на внешние обстоятельства. Пасмурные дни, хотя и сулят много хорошего для творческой фотографии, не способствуют резкости.

Обращайте внимание на дифракцию. Проверьте шаг пикселя на вашей камере и старайтесь избегать диафрагм, на которые влияет дифракция.

Разрешение и кадрирование

Основной причиной съемки изображений с высокой детализацией является возможность последующего кадрирования.

Это дает вам гибкость и творческую свободу. Вы можете изменить композицию, основной объект съемки, фокусную точку и передать что-то еще с помощью кадрирования.

Обратите внимание, что цифровое масштабирование — это тот же процесс, что и кадрирование, но оно происходит в камере, без возможности позже раскрыть кадрированные части. Я рекомендую избегать цифрового зума. Вместо этого кадрируйте изображения во время постобработки.

Я не люблю снимать с зумами. Я ценю дополнительный свет, а не универсальность. Поэтому в поездках я часто беру с собой только объективы 24 мм и 85 мм.

В большинстве случаев я меняю кадрирование, приближая 24 мм. Это также дает перспективу, которая мне больше нравится.

Как бы то ни было, на фотографии ниже мне пришлось обрезать кадр позже. Я не смог подойти ближе. Честно говоря, мне одинаково нравятся обе версии, но на обрезанном снимке больше внимания уделяется мальчику и меньше — окружающей обстановке.

Я мог это сделать, потому что у меня было много разрешений.

Уличная сцена, снятая в Скопье, Северная Македония, на камеру Canon 5D MkIII и объектив 24mm f/1.4 II со скоростью 1/400 с, f/2.
Снято в Скопье, Северная Македония, на камеру Canon 5D MkIII и объектив 24mm f/1.4 II со скоростью 1/400 с, f/2.

Как избежать пикселизации при увеличении масштаба

Увеличение или увеличение маленьких изображений редко дает желаемые результаты. Adobe Photoshop и другие программы редактирования предлагают алгоритмы, позволяющие сделать увеличенные фотографии менее пиксельными, но результат далеко не всегда получается резким.

Но за последние несколько лет варианты стали гораздо более изощренными. Это связано с развитием и эволюцией алгоритмов машинного обучения.

Инструмент фотошопа значительно улучшился, но существуют веб-сервисы для расширенного масштабирования.

Посмотрите это видео от PiXimperfect, чтобы узнать о них больше.

Также учитывайте предыдущие пункты. Фотографию, резкость которой близка к пиксельной, легче масштабировать, чем размытую и мягкую.

Разрешение и печать

Другая причина для изображений действительно высокого разрешения — печать.

Ну, я не имею в виду печать дома с помощью принтера, который вы используете для печати документов.

Я имею в виду профессиональную печать фотографий, журналов, книг и плакатов.

Печать работает аналогично цифровой обработке изображений. Принтеры наносят на бумагу крошечные точки, которые являются наименьшей единицей детализации в печати.

Цифровые пиксели можно напрямую перевести в точки. И так же, как и пиксели, точки мало что говорят о деталях.

Однако службы печати просят предоставить файлы с конкретными размерами в пикселях. Это связано с тем, что они предполагают, что предоставленные вами файлы содержат информацию на уровне пикселей и являются подробными.

В процессе печати вы столкнетесь с новой единицей измерения: DPI. Она обозначает

DPI показывает, насколько плотно точки нанесены на бумагу. Чем они плотнее, тем более детальным может быть отпечаток.

Журналы, книги и небольшие отпечатки выглядят хорошо при разрешении выше 300 DPI, как правило.

Постеры, более крупные отпечатки делаются с немного меньшей плотностью точек. Это связано с тем, что часто не хватает разрешения для обеспечения 300 DPI.

Расчет размера печати

Предположим, вы хотите получить отпечаток размером 8 x 10. Это стандартный, средний формат.

Просто умножьте желаемое DPI (в данном случае 300 DPI) на длину сторон.

Оказывается, для этой печати необходимо предоставить изображение размером 2400 x 3000 пикселей.

Если перевести это в мегапиксели, то это не так уж и много: всего 7,2 Мп.

А теперь сделайте расчет в обратном направлении. Если я использую все количество пикселей на моей 22,1-мегапиксельной камере, какой размер я смогу напечатать при различной плотности?

Изображения имеют размер 5760 x 3840. Они имеют соотношение сторон 3:2. Давайте посмотрим размеры:

Точки на дюйм
Окончательный размер
600 DPI 9.6″ x 6.4″
300 DPI 19″ x 13″
200 DPI 29″ x 20″
100 DPI 58″ x 38″
10 DPI 14m x 10m

Разрешение и цифровое использование

Цифровое отображение изображений не требует большого разрешения.

Изображения, которые вы найдете на вебсайтах, очень маленькие. Например, на нашем сайте мы используем изображения размером 700 пикселей по длинной стороне.

Этого все еще достаточно, чтобы увидеть, что изображено на картинке. Но он также достаточно мал, чтобы быстро загружаться.

Полное разрешение мониторов и телевизоров тоже не намного больше. Самые популярные размеры дисплеев — HD и FullHD, а 4K завоевывает все большую долю.

Но что это такое?

HD означает 1280 x 720 или 1366 x 768 пикселей. Это примерно 1 мегапиксель!

FullHD в два раза больше — 1920 x 1080 пикселей. Это 2 мегапикселя.

4K — это значительный шаг, его размер в четыре раза больше, чем FullHD, примерно 3840 x 2160. Его размер приближается к 8 мегапикселям.

Дисплеи с более высоким разрешением встречаются редко.

Изображения на экране компьютера
Photo by Designecologist from Pexels

Заключение

Так вам нужно высокое разрешение?

Если да, то теперь вы также знаете, что детализация и разрешение — это не только мегапиксели. Другие технические и человеческие факторы способствуют получению фотографии высокого разрешения.

Надеемся, что теперь вы сможете добиться максимальной резкости изображения с помощью вашего фотоаппарата.

Удачи, и спасибо, что читаете ExpertPhotography!

Вам также может быть интересно

ОБОРУДОВАНИЕ

10 крутых старинных пленочных фотоаппаратов по цене менее 10.000р

За всю историю существования фотоаппарата есть несколько моделей, которые приобретают особый статус. Либо они обладают какой-то особенной функцией, либо интересным диапазоном настроек, либо просто имеют

БУДУАР

30 лучших будуарных поз для фотографов

Как фотограф, вы, возможно, сталкивались с отсутствием оригинальности в своих будуарных фотографиях. Чтобы ваши фотографии выделялись больше, вы можете поэкспериментировать с креативными позами. Я часто