Tại sao họ từng làm nhỏ hơn cảm biến full-frame?

Thỉnh thoảng bạn sẽ bắt gặp các bài viết về máy ảnh full-frame tuyệt vời như thế nào. Rất nhiều trong số đó có lẽ là quá nhiệt tình đối với một thiết bị mới hoặc tiếp thị đơn giản, nhưng dường như với tôi rằng ít nhất những điều này là đúng:

• Cảm biến với diện tích lớn thu được nhiều ánh sáng hơn
• Cảm biến có các pixel riêng lẻ lớn sẽ có ít nhiễu hơn
• Cảm biến lớn hơn có thể phù hợp với nhiều pixel hơn

Các máy ảnh full-frame đắt hơn nhiều. Điều này thật kỳ lạ với tôi, vì tôi có ấn tượng rằng làm cho thiết bị điện tử nhỏ hơn luôn khó hơn, vì bạn cần thiết bị chính xác hơn.

Điều đó thậm chí còn quan trọng hơn vào buổi bình minh của máy ảnh ống kính đơn kỹ thuật số, nhiều năm trước.

Vậy tại sao quyết định đưa ra các cảm biến nhỏ hơn so với phim ban đầu được sử dụng trong máy ảnh? AFAIK một số ống kính được làm cho máy ảnh phim vẫn hoạt động với một số máy ảnh DSLR, vậy tại sao làm cho cảm biến khác với phim?

Lưu ý rằng tôi quan tâm nhiều hơn đến lịch sử của quyết định ban đầu (vì kích thước khung phim là hiện trạng và DLSR dù sao cũng đắt), hơn là chênh lệch giá.

Làm các thiết bị bán dẫn lớn không có hoặc chỉ có một số lượng rất nhỏ các khuyết tật là rất khó. Những người nhỏ hơn ít đòi hỏi nhiều để thực hiện.

Cụ thể là sản lượng - tỷ lệ của những cái bạn tạo ra có thể sử dụng được - cho chất bán dẫn giảm xuống khi bạn thử và làm cho chúng lớn hơn. Nếu năng suất thấp, thì bạn phải tạo ra rất nhiều thiết bị cho mỗi thiết bị tốt, và điều này có nghĩa là chi phí cho mỗi thiết bị trở nên rất cao: có thể cao hơn thị trường sẽ chịu. Các cảm biến nhỏ hơn, với năng suất cao hơn, sau đó được ưu tiên mạnh mẽ.

Đây là một cách để hiểu đường cong lợi suất. Giả sử rằng khả năng xảy ra lỗi trên một đơn vị diện tích trong một quy trình là c và rằng một khiếm khuyết như vậy sẽ giết chết bất kỳ thiết bị nào được tạo ra từ bit bán dẫn đó. Có những mô hình khác cho các khiếm khuyết trong thiết bị nhưng đây là một mô hình khá tốt.

Nếu chúng ta muốn thực hiện một thiết bị mà có diện tích A thì khả năng nó sẽ không có một khiếm khuyết là (1 - c ) ^Một . Vì vậy, nếu A là 1 thì cơ hội là (1 - c ) và nó nhỏ hơn (vì (1 - c ) nhỏ hơn một) khi A lớn hơn.

Cơ hội của một thiết bị khu vực A không có khiếm khuyết là năng suất: đó là tỷ lệ các thiết bị tốt của khu vực A chúng ta có được. (Trong thực tế, sản lượng có thể thấp hơn, bởi vì có thể có những thứ khác có thể đi sai).

Nếu chúng ta biết sản lượng y _A cho số thập phân của một số khu vực A , thì chúng ta có thể tìm ra c : c = 1 - y _A ^{1 / A} (bạn có được điều này bằng cách lấy nhật ký của cả hai bên và sắp xếp lại). Tương chúng ta có thể tính toán năng suất đối với bất kỳ khu vực nào khác một khi y = y _Một ^{một / A} .

Vì vậy, bây giờ, giả sử rằng khi chúng ta tạo cảm biến 24x36mm (toàn khung hình), chúng ta sẽ nhận được hiệu suất 10%: 90% thiết bị chúng ta tạo ra là không tốt. Các nhà sản xuất ngại ngùng khi nói sản lượng của họ là bao nhiêu, nhưng điều này không phải là quá thấp. Điều này tương đương với việc nói rằng c , cơ hội khiếm khuyết trên mm ² là khoảng 0,0027.

Và bây giờ chúng ta có thể tính toán sản lượng cho các khu vực khác: trên thực tế chúng ta chỉ có thể vẽ đường cong lợi suất theo diện tích:

Trong âm mưu này, tôi đã đánh dấu sản lượng dự kiến ​​cho các cảm biến có kích thước nhỏ hơn khung hình đầy đủ nếu năng suất toàn khung hình là 10% (ví dụ, có thể là gần đúng, vì APS-C có thể có nghĩa là nhiều thứ khác nhau). Như bạn có thể thấy các cảm biến nhỏ hơn có năng suất cao hơn nhiều.

Theo thời gian, khi các quy trình sản xuất được cải thiện, đường cong sản lượng này sẽ bị san phẳng và năng suất cho các cảm biến lớn được cải thiện. Khi điều này xảy ra, các cảm biến lớn hơn giảm giá đến mức thị trường sẽ chịu chi phí của chúng.

Các ứng dụng chính đầu tiên cho cảm biến hình ảnh điện tử (có thể là Image-Orthicons, Vidicons, Plumbicons hoặc CCD hoặc cảm biến pixel hoạt động CMOS, có thể là dòng công việc điện tử tương tự hoặc kỹ thuật số) trong video, không phải trong hình ảnh tĩnh.

Video theo các yếu tố hình thức tương tự như phim điện ảnh. Trong phim điện ảnh, 35mm (tương đương với toàn khung hình) hoặc thậm chí 70mm là các định dạng lớn về mặt ngoại hình chỉ được sử dụng để sản xuất phim thực tế (điện ảnh) do chi phí đáng kể.

Ngoài ra, nhu cầu về độ phân giải đối với hầu hết các ứng dụng video từng nhỏ hơn nhiều - nếu TV gia đình tiền HD (độ phân giải tối đa 625 dòng có thể là 1000 pixel) là mục tiêu chính, không cần thiết phải có độ phân giải cao.

Ngoài ra, trong thế giới hình ảnh chuyển động ngoài rạp chiếu phim, nhu cầu về ống kính dường như khác biệt - nhiều kỳ vọng hơn về tốc độ ống kính và phạm vi zoom, ít hơn nhiều về chất lượng hình ảnh. Điều này có thể được thực hiện hiệu quả hơn nhiều về chi phí với các thiết kế ống kính chỉ phải phục vụ một vòng tròn hình ảnh nhỏ.

Máy ảnh kỹ thuật số tồn tại vài năm trước khi máy ảnh ống kính hoán đổi cho nhau trở nên hợp lý và những cảm biến nhỏ được sử dụng đầu tiên rất có khả năng được thiết kế hoặc dựa trên thiết kế cho video.

Cảm biến cỡ APS-C rất LỚN so với cảm biến máy ảnh kỹ thuật số thông thường khi các máy DSLR đầu tiên được giới thiệu; một vài máy ảnh DSLR full frame đầu tiên (nghĩ Kodak DCS) và cảm biến của chúng cực kỳ đắt tiền, có lẽ vì có rất ít kinh nghiệm thiết kế trong việc chế tạo cảm biến kinh tế ở kích thước đó.

Cảm biến hình ảnh có cấu trúc thực tế rất thô so với những gì CPU hoặc chip bộ nhớ ngay cả trong những năm 1990 được sử dụng - ví dụ, một CPU phổ biến cho các máy tính để bàn cuối thập niên 1990 sử dụng kích thước tính năng 250nm, nhỏ hơn so với những gì thậm chí hữu dụng về mặt vật lý cảm biến hình ảnh ánh sáng nhìn thấy. Ngày nay, 14nm (!!) là về trạng thái của nghệ thuật.

Sự cần thiết phải tránh kích thước khuôn lớn cho mỗi phần, bất kể kích thước cấu trúc, như đã được giải thích trong các bài viết khác, không thay đổi nhiều.

Cảm biến lớn có giá cao hơn cảm biến nhỏ vì ít nhiều cùng lý do khiến TV lớn có giá cao hơn TV nhỏ. So sánh TV 30 inch và TV 60 inch (khoảng 75cm và 150cm, nếu bạn thích). Thu nhỏ không có vấn đề gì - chúng tôi có thể làm cho tất cả các bộ phận của TV 30 inch nhỏ hơn mà không gặp phải bất kỳ khó khăn nào. TV 30 inch có chi phí sản xuất ít hơn so với TV 60 inch vì nó sử dụng ít vật liệu hơn và đòi hỏi ít công việc hơn để hoàn thành. Và TV 60 inch sẽ có tỷ lệ lỗi cao hơn - gấp 4 lần diện tích đồng nghĩa với khả năng xảy ra sự cố ở đâu đó cao hơn nhiềutrên màn hình, tạo một pixel chết. Vì khách hàng ghét các pixel chết, một bảng điều khiển có nhiều hơn một hoặc hai (hoặc thậm chí nhiều hơn 0) sẽ bị loại bỏ hoặc được bán như một phần của sản phẩm giá thấp hơn. Chi phí sản xuất cho các đơn vị bị lỗi được đưa vào giá của các đơn vị được chấp nhận được bán, vì vậy bạn càng lớn, những thứ đắt tiền hơn sẽ nhận được.

Những cân nhắc tương tự áp dụng cho các cảm biến hình ảnh. Ngay cả các cảm biến nhỏ nhất trên máy ảnh số cũng có các tính năng rất lớn so với công nghệ bán dẫn có khả năng, vì vậy chi phí thu nhỏ không phải là một yếu tố chính. Máy ảnh nhỏ gọn và điện thoại di động thường sử dụng các cảm biến nhỏ hơn nhiều và thậm chí điện thoại bình dân thường có hai máy ảnh, trong đó máy ảnh fancier có ba hoặc bốn! Đối với kích thước hợp lý, chi phí nhỏ hơn ít hơn, không nhiều hơn. Các vấn đề khiếm khuyết cũng đi vào chơi. Bạn càng tạo ra cảm biến càng lớn, bạn càng có nhiều khiếm khuyết đòi hỏi bạn phải loại bỏ toàn bộ, và bạn sẽ mất càng nhiều tiền (về vật liệu) khi bạn loại bỏ nó. Các ổ đĩa có giá lên với kích thước, vượt quá một điểm nhất định.

Máy ảnh kỹ thuật số có định dạng lớn nhất mà bạn có thể nhận được khi viết bài này có cảm biến khổng lồ 9 "x11" (gấp hơn 8 lần đường chéo của cảm biến "toàn khung hình", hoặc hơn 64 lần diện tích) và nó chỉ có 12 megapixel nên rõ ràng thu nhỏ không phải là vấn đề - những pixel đó rất lớn . Nó được bán lẻ với hơn 100.000 đô la.

Bởi vì bạn đặc biệt hỏi về lịch sử ...

Tôi muốn đề xuất: kích thước, trọng lượng và chi phí.

Tất cả những cân nhắc đó đều đúng như nhau trong những ngày tiền kỹ thuật số (tức là phim). Một định dạng phim phổ biến là kích thước 110. Xem: https://en.wikipedia.org/wiki/110_film

Bộ phim 110 rẻ hơn, máy ảnh rẻ hơn, và nhiều máy ảnh nhỏ hơn và nhẹ hơn nhiều so với máy ảnh phim 35mm nhỏ nhất. Họ có thể phù hợp rất dễ dàng trong một túi nhỏ. Tất nhiên những hạn chế tương tự tồn tại ngày nay với máy ảnh kỹ thuật số, như những người khác đã chỉ ra. Vì vậy, nó không chỉ là cảm biến hình ảnh nhỏ và lớn ngày nay; hồi đó nó cũng là định dạng phim nhỏ và lớn.

Rất lâu trước khi có kỹ thuật số, mọi người đã tìm cách sản xuất các định dạng phim nhỏ hơn để giải quyết vấn đề sản xuất, tính khả dụng và các vấn đề lợi ích chi phí khác, được mô tả trong các câu trả lời khác.

Cái mà ngày nay gọi là "full frame" đã từng được gọi là "thu nhỏ". Nếu không phải là định dạng thu nhỏ và thu nhỏ, chúng ta phải mang theo máy ảnh như thế này:

Ngoài những gì đã được đề cập, có một lý do đặc biệt tốt để chế tạo các cảm biến nhỏ hơn cho máy ảnh DSLR; Nó giúp dễ dàng hơn để thiết kế các ống kính rẻ hơn và nhẹ hơn cho thị trường tiêu dùng đang phát triển nhanh chóng. Nhưng vẫn có chất lượng cao.

Khi bạn làm cho cảm biến nhỏ hơn, bạn cũng có thể làm cho gương nhỏ hơn, và sau đó bạn có thể giảm khoảng cách từ phần tử phía sau trong ống kính đến cảm biến (được gọi là khoảng cách mặt bích).

Giảm khoảng cách mặt bích giúp thiết kế ống kính dễ dàng hơn; ống kính góc rộng đặc biệt được hưởng lợi từ khoảng cách mặt bích nhỏ hơn. Một ống kính zoom góc rộng f / 2.8 cho máy ảnh full frame có thể khá tốn kém.

Ngày nay, khi mirrorless đang trở nên phổ biến hơn, vấn đề khoảng cách mặt bích được loại bỏ.

Tuy nhiên, cảm biến nhỏ hơn vẫn có nghĩa là ống kính chỉ phải chiếu hình ảnh đến một khu vực nhỏ hơn, yêu cầu đường kính ống kính nhỏ hơn, góp phần vào chi phí nhỏ hơn trong ống kính.

Theo hiểu biết của tôi (có thể sai), cảm biến thậm chí không gần như là thành phần đắt nhất của máy ảnh DSLR. Các mét ánh sáng (có nhiều) đắt hơn nhiều.

Tôi nghĩ rằng tôi đã đọc nó từ một nguồn đáng kính, nhưng cố gắng tìm kiếm một nguồn để xác nhận sự thật này đã kết thúc mà không có gì; vì vậy tôi có thể nhầm ở đây

Cảm biến nhỏ hơn có năng suất sản xuất cao hơn, và các thiết bị điện tử để xử lý có chi phí thấp hơn.

Nhân đôi cảm biến và bình phương công suất xử lý cần thiết.

Thực tế là các cảm biến DX thường có độ phân giải cao hơn và dải động lớn hơn các phim mà chúng đang thay thế.

Câu trả lời riêng biệt, vì nó không liên quan đến người khác:

Mặc dù cảm biến khung hình đầy đủ mang lại nhiều lợi ích cho người đam mê, nghệ thuật và nhiếp ảnh gia chuyên nghiệp, họ cũng đưa ra những nhược điểm mà trong nhiều trường hợp thực sự không mong muốn của người dùng thông thường - và trong một số trường hợp, ngay cả bởi nghệ sĩ chuyên nghiệp hoặc phóng viên cho một số tác vụ nhất định:

• Độ sâu tối đa của trường có thể tiếp cận được thực sự hạn chế hơn. Khẩu độ cực chậm là cần thiết cho độ sâu trường ảnh cực lớn, dẫn đến các vấn đề như xử lý ánh sáng yếu và khả năng hiển thị bụi bẩn của cảm biến.

• ống kính sẽ cồng kềnh, nặng và đắt tiền hơn.

• ... Đặc biệt là khi nói đến độ dài tiêu cự dài để có tầm với xa.

• Ổn định hình ảnh sẽ khó khăn hơn do cần phải có các chuyển động lớn hơn để bù rung.

• Một số nhóm mục tiêu sẽ thích hình ảnh có độ sâu trường ảnh cao, mọi thứ đều tập trung, phong cách tông màu cứng mà chúng được sử dụng từ máy ảnh của thiết bị di động.

Vâng, hãy để tôi đặt nó theo cách này. Dưới đây là một bức ảnh với camera cảm biến nhỏ (1 / 2.3 "), hệ số crop 5.6 và cảm biến lớp APS-C (hệ số crop 1.66, nhỏ hơn một chút so với APS-C) ở vị trí zoom tối đa của chúng (mà camera lớn đạt được chỉ bằng cách sử dụng bộ chuyển đổi tele 1.7 ×) Máy ảnh nhỏ có tiêu cự hiệu quả gấp 3 lần (600mm) của máy ảnh lớn (200mm).

Dưới đây là các máy ảnh tương tự đã sẵn sàng để đóng gói:

Nếu bạn thử chụp chim và chụp cận cảnh các vật thể nhỏ, phạm vi zoom dài hơn của camera cảm biến nhỏ sẽ đánh bại phạm vi tương đối ngắn của cảm biến lớn. Bây giờ các cảm biến ngày nay có độ phân giải lớn hơn 10MP của máy ảnh cũ ở đây, nhưng ngay cả cảm biến 40MP cũng chỉ mua cho bạn hệ số 2 ở tiêu cự khi cắt với cùng số pixel.

Chất lượng hình ảnh của cảm biến lớn hơn khá tốt nhưng điều đó không mua cho bạn nhiều khi kích thước hình ảnh là tem.