Имеют ли мегапиксели значение для современных сенсорных технологий?

С чисто теоретической точки зрения: больше мегапикселей хорошо .

Люди часто говорят о том, что сенсоры с большим разрешением теперь превосходят большинство объективов, поэтому не было смысла повышать разрешение, если только не использовалось самое лучшее стекло. Это не всегда правда. Разрешение системы — это произведение разрешения объектива и разрешения сенсора. Таким образом, если вы улучшите одно, разрешение вашей системы улучшится независимо от другого. В конце концов вы столкнетесь с убывающей отдачей, но с теоретической точки зрения датчик не может превзойти разрешающую способность объектива, пока не возобладают эффекты дифракции.

Теоретически при фиксированном конечном размере выходного сигнала шум не зависит от разрешения сенсора. Да, меньшие пиксели захватывают меньше света, поэтому уровень шума на пиксель выше. Но если вы измените размер изображения с большим количеством мегапикселей, чтобы оно соответствовало изображению с меньшим числом пикселей, вы усредните значения пикселей и, таким образом, сгладите шум. Люди регулярно жалуются на шумные многомегапиксельные компакты при просмотре изображений на 100%. Но это совершенно некорректное сравнение.

С практической точки зрения: больше мегапикселей неплохо

С практической точки зрения ситуация с шумом более сложная, но данные, которые я видел, говорят о том, что датчики с высоким MP не намного шумнее по сравнению с тем же размером изображения (см. выше). Я поищу несколько ссылок.

Ситуация с разрешением осложняется тем фактом, что [большинство] сенсоров не видят в цвете и, следовательно, имеют байеровскую сетку, для которой требуется сглаживающий фильтр. Псевдоним хуже всего, когда частота дискретизации соответствует частоте вашего сигнала (т.е. детализации изображения). Увеличение количества мегапикселей быстрее, чем увеличение частоты сигнала, должно улучшить алиасинг до такой степени, что традиционный фильтр алиасинга можно будет удалить.

Есть и другие практические проблемы, связанные с вашей способностью извлекать дополнительные детали из сенсора:

• Правило 1/фокусное расстояние больше не применяется, когда вы увеличиваете количество мегапикселей, вам нужно постоянно увеличивать стабилизацию, а также увеличивать скорость затвора по мере того, как движение объекта становится более заметным.

• Дифракция становится большей проблемой по мере того, как вы увеличиваете количество мегапикселей, поскольку пиксели становятся меньше, чем диск Эйри .

• Требования к обработке и хранению данных выше.

Стоит подчеркнуть, что это не является недостатком большего количества мегапикселей, поскольку вы всегда можете уменьшить размер своих изображений, и вы ничего не теряете по сравнению с камерой с меньшим количеством мегапикселей. Исключение составляет обработка данных камеры, так как при фотосъемке камера должна считывать весь сенсор и каким-то образом обрабатывать эту информацию.

Итак, как высоко вы можете подняться? Я видел расчеты диафрагмы, ограничивающей дифракцию, для красного света с 350-мегапиксельным полнокадровым датчиком с f/2,8 (зеленый и синий свет требуют еще большей апертуры), так что это дает вам представление. Лично я думаю, что ваша отдача будет небольшой после 50-мегапиксельного 35-мм сенсора, максимум до 75-100. Как только вы получите заметную дифракцию при f/5,6, люди перестанут интересоваться, и как только вам придется открыть объектив до f/2,8 с резкостью бритвы при f/2,8, гонка мегапикселей закончится.

Более крупные форматы позволяют получить больше мегапикселей до того, как начнется дифракция (при заданном значении f/stop), однако глубина резкости будет меньше при том же f/stop, что потребует от вас большего значения диафрагмы для увеличения глубины резкости, поэтому, по-видимому, нет никакого внутреннего преимущества, когда дело доходит до дифракции (хотя проще сделать линзы, которые будут резкими на апертуре, ограничивающей дифракцию, для большего формата).

Существование 80-мегапиксельных камер среднего формата указывает на то, что это было бы возможно с точки зрения дифракции при достаточно хорошем стекле. Хотя пользователи таких камер отмечают, как сложно использовать 80MP, это указывает на то, что это хороший практический предел, если не теоретический.

Другой взгляд на вопрос о большем количестве мегапикселей заключается не в том, «улучшается ли четкость изображения от края до края», а в том, «могу ли я что-то сделать с дополнительными битами»? Одна вещь, которую я замечаю все больше и больше, — это гибкость перепрофилирования изображений путем обрезки просто потому, что у обрезанного изображения все еще достаточно разрешения для многих, если не для большинства, целей.

И... если/когда объективы соответствуют разрешению сенсора для сенсоров более высокого класса (я не уверен, что все объективы опережают топовые сенсоры DSLR), то вы, вероятно, будете рады получить дополнительное разрешение.

Повторяя мнение «больше пикселей означает медленнее сохранение на носитель», это может быть проблемой при съемке действия и, по крайней мере, в одном другом (пограничном) случае: HDR с рук.

Я давно придерживаюсь мнения, что для обычных пользователей большее количество мегапикселей не дает никаких преимуществ в реальном мире.

Плюсы большего количества мегапикселей:

• Позволяет печатать крупнее, без потери деталей.
• Позволяет обрезать изображение без потери деталей. (<-- Лично я использую много)
• Позволяет действительно выделить множество мелких деталей в обзоре.
• Записывает больше информации в сцену.

Минусы большего количества мегапикселей:

• Увеличение количества информации, захватываемой в сцене, может означать, что в контрастных областях, таких как край чего-либо, захвачено так много информации, что она не может быстро «перейти» от одной к другой. Это может означать, что при просмотре изображений они выглядят мягче и не такими четкими, как фотографии с камеры с меньшим количеством мегапикселей. По моему опыту, это 8-мегапиксельная EOS 350D против 18-мегапиксельной EOS 7D. 7D технически лучше во всех отношениях, но даже с теми же объективами фотографии, сделанные на 350D, выглядят четче.
• Больше мегапикселей = больший размер файла, особенно RAW. Таким образом, может потребоваться больше места на диске, а также ваш процессор будет работать усерднее (/ дольше), чтобы загрузить их.
• Некоторые объективы начнут показывать недостатки с камерами с таким высоким разрешением, поэтому, чтобы получить максимальную отдачу от камеры, вам придется инвестировать в более дорогое стекло.
• Производительность при слабом освещении может начать страдать, так как пиксели расположены на сенсоре более плотно, что приводит к большему шуму при длительных выдержках.

Так что, если вы не делаете фото с намерением увеличить его до размера А1 или выше (рекламные щиты и т. д.), вам просто не нужны мегапиксели. Для обычного просмотра на экране или печати семейного альбома менее мегапикселей (8-12) будет более чем достаточно, и вы получите более четкие результаты.

Обратите внимание, что эти чувства основаны только на моих собственных наблюдениях в реальном мире. Они не являются научными в любом случае...

В общем, чем больше мегапикселей, тем лучше. Однако резкость изображений с камеры зависит от нескольких факторов. Например, если у вас есть изображения с разрешением 500 мегапикселей, объектив по-прежнему будет ограничивать резкость изображений чем-то гораздо более низким по разрешению. Многие камеры типа «наведи и снимай» имеют достаточное количество мегапикселей и достаточно дешевые объективы, так что ограничивающим фактором явно является объектив, а не количество пикселей.

Небольшими недостатками большого количества мегапикселей являются более медленная передача с камеры на компьютер и большие файлы на компьютере и карте памяти. Как правило, на камере можно уменьшить размер изображения, но это может не повлиять на необработанные изображения.

Если не считать неудобств из-за размера изображения и дополнительных затрат, слишком большое количество мегапикселей никому не повредит.

Кажется, никто не касался вопроса светочувствительной области. Датчики могут иметь переднюю или заднюю подсветку, и это приведет к различным эффектам при увеличении количества пикселей.

Датчик с фронтальной подсветкой

Датчик с фронтальной подсветкой будет иметь транзисторы и электрические пути на светочувствительной стороне датчика. Эти компоненты будут закрывать части сенсора и уменьшать светочувствительную область. Добавление большего количества пикселей означает увеличение количества транзисторов и уменьшение светочувствительной области.

Меньшая светочувствительная область приводит к снижению производительности.

Это можно несколько смягчить, используя микролинзы.

Датчик с задней подсветкой

Поскольку транзисторы для каждого пикселя и электрические пути не находятся на той же стороне, что и светочувствительная область, датчики с задней подсветкой будут иметь ту же самую светочувствительную область, даже если количество пикселей увеличено.

Иногда больше пикселей — это плохо.

Вам нужны лучшие пиксели, а не больше, в зависимости от размера сенсора. Вам нужны достаточно большие датчики, чтобы вы могли захватить достаточное количество фотонов.

В то время как датчики становятся меньше, закон Мура и все такое, фотоны — нет.

Больше мегапикселей всегда хорошо практически и теоретически.

Во-первых, мегапиксели просто означают миллион пикселей. Чем больше из них вы должны работать с, тем лучше для вас. Всегда.

Обсуждаемые ограничения — это плохой способ мышления. Чтобы попытаться создать аналогию для фотографов:

Вы бы предпочли 42-мегапиксельный Canon или 5,6-мегапиксельный Canon, если все остальные функции, дизайн и стоимость идентичны?

Бьюсь об заклад, вы выбрали 42MP. Бьюсь об заклад, все сделали. Дискредитация вопроса из-за других элементов, таких как объективы, дисковое пространство или вычислительная мощность, является своего рода второстепенной проблемой по отношению к реальному вопросу.

Еще одна важная вещь, на которую следует обратить внимание, это то, что с приличным макрообъективом вы можете склеить сотни отдельных N - мегапиксельных кадров в один массивный. Вот некоторые 80-гигапиксельные изображения для всех, чтобы полакомиться.

Я хочу упомянуть об этом потому, что большинство проблем, которые люди называют потенциальными недостатками, связаны не с недостатками мегапикселей, а с недостатками других устройств. Объектив, который не может обеспечить резкость от края до края, не должен иметь никакого отношения к этому вопросу, как он поставлен.

Итак, когда вы должны искать больше мегапикселей? Всегда. Чем больше мегапикселей в кадре, тем лучше. Чем больше вариантов обрезки у вас есть, тем меньше сшивания вам нужно сделать, тем проще будет выбирать объекты для постобработки и т. д.

И прежде чем кто-то скажет, а насчет более крупных пикселей - опять же это при прочих равных. Есть много других факторов, влияющих на выбор камеры, но этот вопрос касается только количества мегапикселей. Apple, Sony и другие, которые рассматривают возможность увеличения пикселей, являются долгожданным дополнением, и если бы вы могли иметь в два раза больше этих больших пикселей при прочих равных условиях, включая стоимость, вы бы это сделали. Каждый раз.

Я полностью согласен с ответами Мэтта и Стива, но я думаю, что нужно также учитывать огромные преимущества более высокого разрешения при постобработке изображений. В общем, чем больше мегапикселей, тем лучше изображения, если вы пытаетесь максимально эффективно использовать постобработку (при условии, конечно, что вы не сравниваете плохую шумную камеру с большим количеством мегапикселей с хорошей малошумящей камерой с меньшее количество мегапикселей, обратите внимание, что в вопросе конкретно упоминается современная сенсорная технология).

Снимки, сделанные на лучшую камеру хорошими фотографами, часто имеют немного большее разрешение, чем это оправдано качеством изображения. Кроме того, как отмечает Мэтт, даже идеальный снимок с идеальным объективом будет иметь нерезкость из-за дифракции, если разрешение достаточно высокое. Таким образом, вы можете задаться вопросом, будет ли полезно увеличение разрешения, скажем, в десять раз, если типичные изображения уже показывают нерезкость на шкалах длины, превышающих размер пикселя.

Давайте рассмотрим точку зрения Майка о нерезкости в контрастных областях. Предположим, что яркость быстро изменяется от одного значения к другому на протяжении 4 пикселей, а при десятикратном увеличении разрешения это изменение происходило бы более постепенно на протяжении 40 пикселей. Учитывая последнее изображение, я могу вычислить функцию разброса точек гораздо точнее, поскольку у меня в десять раз больше точек данных. Это позволило бы мне более точно повысить резкость изображения с помощью деконволюции. Деконволюция будет генерировать артефакты, и чем точнее вы сможете выполнить вычисления, тем лучше будет баланс между восстановленными деталями и ложными артефактами.

Еще одним приложением является коррекция передержки, когда значение яркости небольших частей изображения обрезается до максимума (также в необработанном изображении). Без использования нескольких изображений с разной экспозицией вы не сможете создать HDR-изображение. Но что вы можете сделать, так это рассмотреть края переэкспонированной области на изображении, а затем с помощью функции локального рассеяния точки (которую можно попытаться вычислить по близлежащим высококонтрастным областям) вы можете рассчитать правильную яркость (а также градиенты и более высокие порядки). производные) только в области передержки.

Очевидно, что это будет работать намного лучше, чем с большим количеством пикселей вам придется работать, и когда изображение не идеально четкое. Хотя результаты такого упражнения будут довольно ограниченными (вы не сможете хорошо восстановить детали внутри переэкспонированной области), я думаю, что просто получение правильного цвета уродливой белой переэкспонированной области может сделать это стоящим.