Достигли ли кропнутые цифровые сенсоры своих пиковых проектных пределов?

Очень маловероятно

В сенсорных технологиях сейчас ведется много исследований и разработок, даже примеры, которые вы приводите, в лучшем случае вводят в заблуждение.

• Вы говорите только о мегапикселях, есть много улучшений, которые можно сделать, не увеличивая количество пикселей. Например, просто сравните снимки с 8-мегапиксельной камеры мобильного телефона новой модели и модели четырехлетней давности.

• Датчики APS-C не достигли плато с точки зрения количества мегапикселей — Nikon недавно выпустила 24-мегапиксельную камеру APS-C (D7100).

• Сенсор 7D 18MP не обновлялся, потому что не обновлялся 7D.

• С другой стороны, 18-мегапиксельный датчик серии Rebel (я не знаю, тот же ли это датчик, что и у 7D), представленный в 2010 году вместе с 550D, был обновлен в 2012 году встроенным фазовым детектором для 650D (как это? для 2-летнего цикла обновления?)

• Sony начала производить датчики с задней подсветкой по потребительским ценам только в 2009 году.

• Nikon D800 с 36-мегапиксельным сенсором был представлен в 2012 году.

Итак, разработка сенсоров не только не остановилась, но даже не замедлилась. Новые усовершенствования датчиков выпускаются с удивительно высокой скоростью, учитывая необходимые затраты на исследования и производство.

Хотя количество мегапикселей не сильно меняется, это не означает, что датчики не улучшаются в других отношениях. По физическим причинам (дифракция) при более высоком уровне мегапикселей вы начинаете меньше выигрывать в плане качества изображения, чем при других улучшениях. Кроме того, чем выше количество мегапикселей, тем менее заметны улучшения в разрешении даже для довольно больших отпечатков. (24-мегапиксельная камера может комфортно снимать портрет 16 на 20 с разрешением 300 точек на дюйм.)

Это привело к небольшому падению стремления к увеличению количества пикселей и большему стремлению к другим областям улучшения. В последнее время был достигнут значительный прогресс в отношении чувствительности к низкой освещенности, снижения шума, более быстрой выборки и лучшей точности цветопередачи. Все эти факторы больше влияют на визуальное качество сенсора, чем простое увеличение количества пикселей. Мы также видим такие вещи, как интеграция автофокусировки с определением фазы непосредственно в датчики изображения, чтобы попытаться отказаться от необходимости в отдельном специальном датчике PDAF и зеркале.

Короче говоря, нет, мы не подходим к какому-то пределу пикового дизайна, просто меняются приоритеты и направления развития. Они, вероятно, будут продолжать меняться по мере дальнейшего совершенствования технологий, и мы ищем лучшие способы захвата изображений.

Когда разработки достигают предела, они сдвигают предел или находят другой предел, чтобы мчаться к нему. Цифровые камеры появились относительно недавно, но вы, возможно, помните, что это часто говорят о компьютерных компонентах.

Мегапиксели, очевидно, очень важны для маркетинга, поэтому они продолжают расти. Есть сверхкомпактные мыльницы на 20 МП . Также было несколько моделей с разрешением от 14 до 16 МП, которые были модернизированы до 10 или 12 МП для обеспечения лучшего качества изображения. Это были высококачественные компактные устройства от Canon и Nikon, которые хорошо продавались, поскольку были нацелены на сегмент, где мегапиксели — это еще не все.

В интервью 2009 года Olympus заявила, что 12 МП достаточно даже для их зеркальных фотокамер. Очевидно, что PEN должны работать на чем-то другом;)

Существует физический предел, при котором вы не можете уменьшить пиксели из-за дифракции. По этой причине мы уже видим камеры с дифракционным ограничением на F/5.6, а многие модели с небольшими датчиками больше не имеют физической апертуры, поэтому они всегда снимают с широко открытой диафрагмы. Тем не менее, широко открытая диафрагма в конце зума 24–1200 мм — это F/6,9 или что-то в этом роде! Фильтр нейтральной плотности вставляется, чтобы уменьшить попадание света на датчик, не вызывая дифракции.

Предел дифракции зависит от площади сбора света, поэтому производители работают над увеличением площади. Датчики BSI уже широко распространены, и они также работают с лучшими микролинзами.

Есть гораздо больше областей для улучшения, не влияющих на количество мегапикселей. На мой взгляд, динамический диапазон является наиболее важным. Затем идут цвето- и светочувствительность. Все основные производители имеют патенты в этой области, которые еще предстоит использовать. Fuji, похоже, применила более смелый подход, чем другие, но ожидает увидеть прогресс от всех производителей.

Если бы кто-то знал ответ на этот вопрос, он бы подал заявку на патенты. Возможно, они есть, просто мы об этом не знаем. Есть несколько разных вопросов, связанных с разными частями вашего вопроса.

• В случае телефонов с камерами размер сенсора, по-видимому, является текущим ограничивающим фактором с точки зрения мегапикселей. Вы можете разместить столько пикселей в таком маленьком пространстве.

• То же самое верно в меньшей степени для компактов/пойнтов и побегов. Текущее разрешение датчиков обычно превышает возможности линз перед ними. Наибольшие возможности для улучшения находятся в области производительности при слабом освещении, а не в мегапикселях.

• Последние предложения цифровых зеркальных камер Canon во всех сегментах, кроме начального уровня, были полнокадровыми камерами. Помимо обновлений Rebel, в которых используется один и тот же датчик, последней моделью APS-C, представленной Canon, была 60D в 2010 году (и все они вместе с Rebels используют тот же датчик, что и 7D, представленный в 2009 году). С тех пор они представили полнокадровые модели 1D X, 5D mkIII и 6D вместе с APS-H 1D MkIV — каждая со своим новым сенсором. Слухи о новом сенсоре APS-C для Canon ходят уже некоторое время. Как только он будет готов к производству, я полагаю, что мы довольно быстро увидим замену 7D и 60D.¹ Последним Rebel, T5i, на самом деле должен был стать T4iN. Разница настолько мала, что многие обзорные сайты даже не оценивают ее.

• Есть некоторые интересные новые разработки, такие как новая цветовая маска, используемая в датчиках Fuji с неповторяющимся шаблоном 6X6 из 20 зеленых, 8 красных и 8 синих пикселей вместо маски Байера 2X2.

_{¹ Камеры 70D и 7D Mark II пришли и ушли с очень незначительными улучшениями сенсора. Только когда в 2016 году была представлена ​​камера 80D, Canon наконец представила датчик APS-C со значительными улучшениями по сравнению с датчиком APS-C с разрешением 18 МП, представленным в оригинальном 7D в 2009 году.}

Это тот ответ, который нравится минусующим. К счастью, плавно увеличивающееся число повторений не имеет большого значения, так что держитесь... :-)

Так

Вопрос : Достигли ли кропнутые цифровые датчики своих предельных возможностей?

Ответ : Нет.

Рискуя высокомерием и страданием от Вавилонской башни, разумно заключить, что всегда можно сделать что-то лучше и дешевле одновременно. Обычно главный вопрос заключается в том, сколько времени потребуется, чтобы узнать, как это сделать.

В:
Как эти изменения будут достигнуты?
Какую форму они примут?
Какие существующие «уместные и ограничивающие «законы физики» они обойдут (никогда не «нарушат»), чтобы сделать это?

О:
Я не знаю.
И никто другой не делает этого с какой-либо уверенностью более чем на год или два в будущем.
«Следующая великая вещь» уже запатентована, протестирована и оценена и в настоящее время оптимизируется инженерами. Я не знаю, что это такое.

На этом пути всегда есть трудные места, например, какой-то закон физики вставляет то, что считается естественным жестким пределом. В некоторых случаях жесткий предел может быть настолько жестким, что потребуются столетия, чтобы найти «настоящее правило физики», приближением к которому было старое. Скорее всего, законы, управляющие дифракционным ограничением, будут оставаться в силе на протяжении столетий, а возможно, и тысячелетий.
Скорее всего, в 2525 году, если человек будет еще жив , ограничение дифракции в камерах с маленькими датчиками и тому подобное не будет иметь смысла.

Простые физические ограничения, как правило, обходят стороной. Очень немногие люди в наши дни вообще беспокоятся о достижимом размере зерна изображений на серебряной основе или о воспламеняемости и долговечности нитроцеллюлозы.
Или действительно ли 2,62 мегапикселя достаточно для «хороших» свадебных фотографий

Ух ты!!!

Никон Д1
2,62 Мп.
«Ушли, как могли…»

Увеличенная версия :-}

Сенсорные исследования продолжаются, и крайне маловероятно, что сенсоры, которые мы покупаем сегодня, являются лучшими из возможных.

Вполне возможно, что гонка мегапикселей на какое-то время замедлится; самые маленькие сенсоры (размером с мобильный телефон) уже находятся на дифракционном пределе.
Датчики большего размера, DX и FX, могут удвоить или учетверить количество мегапикселей до того, как дифракционный предел станет проблемой, но фактические преимущества увеличения разрешения датчика, по-видимому, ограничиваются линзами.

Но есть много других способов улучшить качество изображения, от итерационных улучшений в снижении шума и повышении квантовой эффективности (процент света, попадающего на датчик, который преобразуется в электричество, чтобы его можно было записать) до совершенно новых конструкций датчиков.

Два примера различных конструкций датчиков, один из которых уже представлен на рынке, а другой находится на ранней стадии исследований:

• Сенсор Sigma Foveon : улавливает все цвета в каждом пикселе (вместо типичного сенсора Bayer, который улавливает только один цвет на пиксель). Результатом является более высокое разрешение для того же количества пикселей . Текущим недостатком является очень низкая производительность при высоких значениях ISO, но могут быть способы улучшить это.
• Ранний прототип Panasonic : пропускает цветовые фильтры Байера (которые блокируют 2/3 входящего света до того, как он попадет на датчик) и заменяет их «цветоделителями». В результате на матрицу попадает в 2-3 раза больше света, или на 1-1,5 ступени улучшается производительность при высоких значениях ISO .

Время покажет, как оно получится. Но я не сомневаюсь, что датчики будут продолжать улучшаться, хотя улучшения могут не выражаться в увеличении количества мегапикселей.

Пределы дифракции: сколько мегапикселей требуется для ограничения дифракции?

• Сенсор FX: 96 Мп @ f/5.6; 394 Мп @ f/2.8
• Датчик DX: 43 Мп @ f/5.6; 175 Мп @ f/2.8
• Сенсор 1 дюйм: 13 Мп @ f/5,6; 53 Мп @ f/2,8
• Сенсор 1/3,2 дюйма (iPhone): 7,1 мегапикселя при f/2,8; 13 мегапикселей при f/2

Сотовые телефоны:

• iPhone 5 (8 Mpx) имеет объектив af/2.4 и дифракционное ограничение на f/2.8.
• Samsung Galaxy S4 (13 Mpx) имеет объектив af/2.2 и дифракционное ограничение на f/2.

Таким образом, датчики мобильных телефонов уже упираются в дифракционный предел.

( Nokia 808 Pureview впихнул 41 Мп в мобильный телефон, но это был гораздо больший сенсор — 1/1,2 дюйма, в 5-6 раз больше, чем сенсор iPhone/Samsung, и ненамного меньше, чем 1 дюйм системы Nikon 1 — и af/2.4, поэтому он был близок к дифракционному пределу, но не превышал его.)

1-дюймовые датчики:

• Sony RX 100 (20 Mpx) имеет объектив af/1.8-4.9 и имеет дифракционное ограничение на f/4.
• Nikon 1 V2 (13 Mpx) имеет объективы от f/1,8 до f/5,6 и имеет дифракционное ограничение при f/5,6.

Они также близки к дифракционному пределу для соответствующих линз. Но это, возможно, такой же вопрос доступности объектива. Например, если Nikon заменит свои зумы f/3,5-5,6 версиями f/2,8, сенсор размером Nikon 1 сможет использовать 53 мегапикселя, прежде чем достигнет дифракционного предела f/2,8.

Датчики DX и FX:

У них достаточно запаса по высоте, прежде чем они достигнут пределов дифракции. Даже при относительно скромном f/5.6 мы могли бы удвоить или утроить количество мегапикселей, которое мы имеем сегодня.

Практические ограничения, по-видимому, в основном связаны с объективами: 36-мегапиксельный сенсор Nikon (D800) в сочетании с их лучшими объективами дает разрешение, эквивалентное 22-мегапиксельным, согласно тестам DxOMark . 23-мегапиксельный сенсор Canon (5D MkIII) в сочетании с их лучшими объективами также дает разрешение, эквивалентное 22-мегапиксельному разрешению, согласно тем же тестам.

Таким образом, нам, возможно, придется подождать улучшений в оптике, прежде чем мы выиграем от добавления большего количества мегапикселей, и для производителей сенсоров может иметь смысл сосредоточить свои усилия на чем-то другом.

Расчеты основаны на диаметре воздушного диска отсюда и в предположении дифракционного предела, когда диаметр воздушного диска составляет 2,5 пикселя.