Светочувствительный сенсор (матрица) является одним из ключевых элементов цифровой фотокамеры. Именно сенсор преобразует энергию света в электрическую, которая обрабатываются электроникой фотокамеры и записываются на флеш-карту памяти в виде готового цифрового файла с изображением.
Типы матриц по принципу считывания изображения:
CCD-матрицы (по-русски ПЗС — приборы с зарядовой связью) выпускаются и активно используются компаниями Nikon,Canon, Sony, Fuji, Kodak, Matsushita, Philips и многими другими.
Название CCD — прибор с зарядовой связью — отражает способ считывания электрического потенциала методом сдвига заряда от фотодетектора к фотодетектору.
CMOS-матрицы (по-русски КМОП — комплементарная структура «металл-оксид-полупроводник») получают всё большее распространение в сегменте недорогих и среднеуровневых решений компаний Canon, Matsushita, Sony.
Характеристики матриц:
Разрешение матрицы:
Разрешение матриц цифровых фотокамер измеряется в мегапикселях, (миллионах пикселей).Разрешение матриц компактных цифровых фотокамер 6-10 Мп.Камеры мобильных телефонов имеют разрешение матриц 0,1-3,5 Мп, фотокамера Canon EOS-1Ds Mark III имеет разрешение матрицы 21 Мп, цифровые задники для среднеформатных фотоаппаратов «Hasselblad» имеют разрешение матриц более 16 Мп.
Отношение сигнал/шум.
При отношении сигнал/шум больше 2-5 можно получить качественную фотографию.
Шумы матриц зависят от многих факторов - чистоты кремния, физического размера субпикселя, помех, полезной площади микролинзы и т. д.
Чувствительность.
К матрицам применяется термин эквивалентная «чувствительность», потому что усилением сигнала и цифровой постобработкой можно менять значение чувствительности матрицы в широком диапазоне.
Для компактных цифровых фотоаппаратов значение эквивалентной чувствительности может меняться в диапазоне ISO 50-1600. У зеркальных фотоаппаратов чувствительность настраивается в диапазоне ISO 100-1600. Иногда возможны значения ISO 3200 и даже ISO 6400. Максимальная чувствительность соответствует отношению сигнал/шум 2-5.
Стабилизация изображения:
В некоторых фотоаппаратах, например Pentax K10D, K100D, Sony A100, проблему съёмки с рук при недостаточном освещении инженеры решили при помощи смещения матрицы в соответствии с показаниями встроенного гиросенсора. Таким образом, стабилизация изображения работает на всех объективах, а не только на объективах со встроенной стабилизацией изображения, которые несколько дороже.
Размер матрицы:
Размер матрицы может достигать нескольких мм в кадре 4×3 (скрытые охранные видеокамеры), до 24 х 36 мм в кадре 3×2 (дорогие зеркальные фотоаппараты) и более (цифровые задники для форматных камер, специального назначения).
В тех случаях, когда размер матрицы указывается в виде длины диагонали в долях дюйма (4/3", 2/3", 1/1,18") следует помнить, что этот размер указывает не непосредственно на диагональ матрицы, а на диаметр «телевизионной трубки», в которую может быть вписана матрица. Реальная диагональ при этом примерно равна 2/3 от указанной. Таблица
По размерам матрицы цифровых зеркальных фотоаппаратов, как правило, примерно соответствуют классическим размерам плёночных кадров.
Матрица формата 1/1,8" в кадре 4×3. Матрицы размера 1/1,8", то есть 5,32×7,18 мм используются в большинстве компактных камер с несменной оптикой. Благодаря небольшим линейным размерам матрицы объективы таких камер имеют очень небольшие размеры, однако такие матрицы, как правило, страдают от относительно большого уровня шумов и малого диапазона отображаемых уровней яркости изображения.
Матрица формата 2/3" в кадре 4×3. Матрицы размера 2/3", то есть 6,6×8,8 мм иногда используются в дорогих компактных камерах с несменной оптикой.
Матрица формата 4/3" в кадре 4×3. Формат матрицы размера 4/3", то есть 13,5×18 мм разработан компаниями Olympus, Кодак и несколькими другими. Преследовались цели снижения стоимости производства, веса камер и объективов. Сейчас (2007) камеры с матрицами такого формата производят фирмы Олимпус и Панасоник.
Матрицы DX, APS-C формата около 18×24 мм в кадре 4×3. Матрицы таких размеров для своих камер используют многие компании, они соответствуют «полукадру» 35 мм кадра (3×2), то есть их линейные размеры в 1,5-1,7 раза меньше 35 мм кадра (3×2). Подавляющее большинство любительских, полупрофессиональных и даже профессиональных камер используют матрицы такого размера в силу того, что они относительно дёшевы в производстве и при этом размер пиксела остаётся довольно большим даже при разрешении таких матриц, достигающем 10 миллионов пикселей.
Матрица APS-H формата чуть больше 18×24 мм в кадре 4×3. Матрица с линейными размерами в 1,3 раза меньшими, чем у 35 мм кадра (3×2). Чуть менее дороги, чем полнокадровые.
Полнокадровая матрица формата 36×24 мм в кадре 3×2. Полнокадровая матрица, по размерам (36×24 мм) соответствующая классическому 35 мм кадру (3×2). Фотоаппараты с матрицей такого размера выпускаются (по состоянию на начало мая 2007 г) только фирмой Canon. Такие матрицы дороги и сложны в производстве, хотя, разумеется, дешевле среднеформатных.
Среднеформатная матрица формата 60×45 мм в кадре 4×3. Матрицы таких размеров «сшиваются» из матриц меньшего размера, что сказывается на их стоимости. Применяются в крайне дорогих камерах.
Взаимосвязь физических размеров матрицы с чёткостью изображения:
Подавляющее большинство современных любительских цифровых фотоаппаратов имеют размер CCD матрицы 1/2.7" (5.3 x 4.0 mm) - 1/1.8" (7.2 x 5.3 mm). Не секрет, что чтобы достигнуть чёткости изображения снимков получаемых аналоговыми фотоаппаратами, количество пикселей размещаемых на матрицах цифровых фотоаппаратов должно находиться в пределах аналогии 20 миллионов пикселей на матрицу размером 36 x 24 mm, площадью 864 квадратных миллиметров. То есть на один квадратный миллиметр матрицы должно приходиться около 23 000 пикселей. Если же на матрице с размером 1/2" (6.4 x 4.8 mm), общей площадью около 30 квадратных миллиметров, разместить 7 миллионов пикселей, то на один квадратный миллиметр матрицы будет приходиться около 230 000 пикселей, то есть в десять раз больше, чем требуется для получения чёткого изображения. Причём практически все любительские цифровые фотоаппараты в ценовой категории до 500 евро проигрывают в чёткости изображения самым дешёвым аналоговым, так как количество пикселей располагаемых на их матрицах превосходит норму в три-десять и большее количество раз.
.