Câu trả lời hàng đầu của Điểm nào và chụp là tốt trong điều kiện ánh sáng yếu? nói rằng (1) ống kính nhanh / khẩu độ rộng (2) xử lý ISO 400+ hợp lý và (3) một cảm biến lớn khi đặt cùng nhau là rất quan trọng khi chụp trong điều kiện ánh sáng yếu.
Cái đầu tiên tôi hiểu (nó cho phép nhiều ánh sáng hơn), cái thứ hai tôi hiểu ("bộ phim" nhạy cảm hơn với ánh sáng). Xin lỗi tôi không hiểu yếu tố thứ ba.
Câu trả lời:
Dễ hiểu nhất về sự khác biệt khi cả cảm biến lớn hơn và nhỏ hơn đều có cùng megapixel. Nếu chúng ta có một vài máy ảnh giả định, một có cảm biến APS-C nhỏ hơn và một có cảm biến Full Frame và giả sử cả hai đều có 8 megapixel, sự khác biệt sẽ giảm xuống mật độ điểm ảnh .
Một cảm biến APS-C có kích thước khoảng 24x15mm, trong khi cảm biến Full Frame (FF) là 36x24mm. Về diện tích, cảm biến APS-C có kích thước khoảng 360mm ^ 2 và FF là 864mm ^ 2 . Bây giờ, việc tính diện tích thực của cảm biến là các pixel chức năng có thể khá phức tạp theo quan điểm trong thế giới thực, vì vậy chúng ta sẽ giả sử các cảm biến lý tưởng trong thời điểm hiện tại, trong đó tổng diện tích bề mặt của cảm biến được dành riêng cho các pixel chức năng, giả sử rằng các pixel đó được sử dụng hiệu quả nhất có thể và giả sử tất cả các yếu tố khác ảnh hưởng đến ánh sáng (như độ dài tiêu cự, khẩu độ, v.v.) là tương đương. Cho rằng, và cho rằng các máy ảnh giả định của chúng tôi đều là 8mp, thì rõ ràng kích thước của từng pixelđối với cảm biến APS-C nhỏ hơn kích thước của từng pixel đối với cảm biến FF. Nói một cách chính xác:
APS-C:
360mm ^ 2 / 8.000.000px = 0,000045mm ^ 2 / px
-> 0,000045 mm ^ 2 * (1000 Bím / mm) ^ 2 = 45 cáchm ^ 2 (micron vuông)
-> sqrt ( 45 Thaym ^ 2) = 6,7 Tổ ấmFF:
864mm ^ 2 / 8.000.000px = 0,000108mm ^ 2 / px
-> 0,000108 mm ^ 2 * (1000 Lờim / mm) ^ 2 = 108 cáchm ^ 2 (microns)
-> sqrt (108 cáchm ^ 2) = 10,4
Nói một cách đơn giản, bình thường hóa về "kích thước pixel" hoặc chiều rộng hoặc chiều cao của mỗi pixel (thường được trích dẫn trên các trang web của thiết bị ảnh), chúng tôi có:
Kích thước pixel APS-C = 6,7 phút pixel
pixel Kích thước pixel = 10,4 pixelm pixel
Về kích thước pixel, máy ảnh FF 8mp có pixel lớn hơn 1,55 lần so với máy ảnh 8mp APS-C. Tuy nhiên, sự khác biệt một chiều về kích thước pixel không nói lên toàn bộ câu chuyện. Các pixel có diện tích hai chiều mà chúng thu thập ánh sáng, do đó, việc lấy chênh lệch giữa diện tích của từng pixel FF so với từng pixel APS-C sẽ nói lên toàn bộ câu chuyện:
108 21 phút ^ 2/45m ^ 2 = 2.4
Máy ảnh FF (lý tưởng hóa) có 2,4 lần , hoặc khoảng 1 điểm dừng , khả năng thu thập ánh sáng của máy ảnh APS-C (lý tưởng hóa)! Đó là lý do tại sao một cảm biến lớn hơn có lợi hơn khi chụp trong điều kiện ánh sáng yếu ... chúng chỉ đơn giản là có sức mạnh thu thập ánh sáng lớn hơn bất kỳ khung thời gian nhất định nào.
Nói cách khác, một pixel lớn hơn có khả năng thu được nhiều lần truy cập photon hơn một pixel nhỏ hơn trong bất kỳ khung thời gian cụ thể nào (ý nghĩa của tôi về 'độ nhạy').
Bây giờ, ví dụ và tính toán trên tất cả đều giả sử các cảm biến "lý tưởng hóa" hoặc các cảm biến hoàn toàn hiệu quả. Các cảm biến trong thế giới thực không được lý tưởng hóa, cũng không dễ so sánh theo kiểu táo với táo. Các cảm biến trong thế giới thực không sử dụng từng pixel được khắc vào bề mặt của chúng với hiệu quả tối đa, các cảm biến đắt tiền hơn có xu hướng được tích hợp "công nghệ" tiên tiến hơn, chẳng hạn như các vi sóng giúp thu thập nhiều khoảng trống ánh sáng hơn, nhỏ hơn giữa các chức năng từng pixel, chế tạo hệ thống dây có đèn nền di chuyển cột / hàng kích hoạt và đọc hệ thống dây bên dưới các yếu tố nhạy cảm với ảnh (trong khi các thiết kế thông thường để lại hệ thống dây ở trên (và can thiệp vào) các yếu tố nhạy cảm với ảnh), v.v. Ngoài ra, thường có cảm biến toàn khung hình có số megapixel cao hơn các cảm biến nhỏ hơn, làm phức tạp vấn đề hơn nữa.
Một ví dụ thực tế về hai cảm biến thực tế có thể là so sánh cảm biến Canon 7D APS-C với cảm biến Canon 5D Mark II FF. Cảm biến 7D là 18mp, trong khi cảm biến 5D là 21.1mp. Hầu hết các cảm biến được đánh giá bằng megapixel thô và thường có nhiều hơn một chút so với số lượng được bán trên thị trường của chúng, vì nhiều pixel viền được sử dụng cho mục đích hiệu chuẩn, bị cản trở bởi cơ chế lọc cảm biến, v.v. Vì vậy, chúng tôi sẽ giả sử rằng 18mp và 21.1mp là có thật- số pixel thế giới. Sự khác biệt về khả năng thu thập ánh sáng của hai cảm biến hiện tại và hiện đại này là:
7D APS-C: 360mm ^ 2 / 18.000.000px * 1.000.000 = 20
hẹnm ^ 2 / px 5DMII FF: 864mm ^ 2 / 21.100.000.000px * 1.000.000 = 40.947 ~ = 41 cáchm ^ 2 / px41 21m ^ 2/20 21m ^ 2 = 2.05 ~ = 2
Canon 5D MKII Full-Frame camera có khoảng 2x việc thu thập năng lượng ánh sáng của máy ảnh 7D APS-C. Điều đó sẽ chuyển thành khoảng một điểm đáng giá của độ nhạy bản địa bổ sung. (Trong thực tế, cả 5DII và 7D đều có ISO gốc tối đa là 6400, tuy nhiên 7D khá ồn hơn so với 5DII ở cả 3200 và 6400 và dường như chỉ thực sự bình thường hóa ở khoảng ISO 800. Xem: http: / /the-digital-picture.com/Reviews/Canon-EOS-7D-Digital-SLR-Camera-Review.aspx ) Ngược lại, một bộ cảm biến 18MP FF sẽ có khoảng 1.17x việc thu thập năng lượng ánh sáng của cảm biến 21.1mp FF của 5D MkII, vì ít pixel hơn được trải ra trên cùng một khu vực (và lớn hơn APS-C).
Nói đúng ra, nó KHÔNG phải là kích thước cảm biến làm cho nó tốt hơn, nó là kích thước pixel.
Các pixel lớn hơn có nhiều diện tích bề mặt hơn để thu ánh sáng và tích lũy điện áp cao hơn từ sự giải phóng electron khi các photon (ánh sáng) chạm vào bề mặt. Do đó, nhiễu vốn có chủ yếu là ngẫu nhiên thấp hơn so với điện áp cao hơn làm tăng tỷ số tín hiệu / nhiễu (S / N).
Dữ liệu ngụ ý bạn đang thiếu là các cảm biến lớn hơn có xu hướng có pixel lớn hơn. Chỉ cần so sánh D3S 12 MP toàn khung hình với D300S 12 MP đã cắt. Mỗi pixel có diện tích bề mặt lớn hơn 2,25 lần, đó là lý do tại sao D3S có hiệu suất ISO cao như vậy.
EDIT (2015-11-24):
Đối với những người không tin Chúa vô danh, có một ví dụ mới hơn và tốt hơn. Sony có hai máy ảnh full-frame gần như giống hệt nhau, A7S II và A7R II. Cảm biến của chúng có cùng kích thước nhưng trước đây có độ phân giải 12 MP, trong khi 42 MP sau. Hiệu suất ánh sáng yếu và dải ISO của A7S II vượt xa so với A7R II, đạt ISO 409.600 so với 102.400. Đó là sự khác biệt hai điểm dừng chỉ để có các pixel lớn hơn.
Kích thước của pixel đơn gần như không liên quan. Đó là truyền thuyết đô thị!
Cho hai máy ảnh giống hệt nhau có cảm biến có cùng kích thước nhưng số pixel khác nhau (giả sử là 2MP và 8MP) - và có kích thước pixel khác nhau. Lượng ánh sáng chiếu vào cảm biến phụ thuộc vào đường kính của ống kính, không phải kích thước pixel. Không còn nghi ngờ gì nữa, hình ảnh 8MP sẽ ồn hơn hình ảnh 2MP, nhưng nếu bạn giảm tỷ lệ 8MP xuống 2MP, bạn sẽ có được hình ảnh gần như tương tự - với độ ồn gần như nhau. Đó là những phép toán đơn giản. Tôi nói gần vì logic cảm biến chi phí kích thước. Vì bạn sẽ có logic gấp 4 lần trên cảm biến 8MP mà trên 2MP, bạn sẽ có được vùng cảm biến ánh sáng mạng ít hơn. Nhưng điều đó sẽ không làm bạn mất 1 điểm dừng (= 50%), có thể một chút, nhưng không nhiều!
Những gì thực sự làm cho sự khác biệt là các ống kính. Nếu bạn chụp ảnh, bạn sẽ không quan tâm đến các số liệu - không phải kích thước cảm biến, kích thước pixel cũng như độ dài tiêu cự. Bạn muốn bắt một khuôn mặt, một nhóm người, một tòa nhà hoặc một cái gì đó khác từ một khoảng cách nhất định. Những gì bạn quan tâm là góc nhìn . Độ dài tiêu cự của bạn sẽ phụ thuộc vào kích thước cảm biến và góc nhìn. Nếu bạn có một cảm biến nhỏ, bạn cũng sẽ có tiêu cự nhỏ (khoảng vài mm). Một ống kính có tiêu cự nhỏ sẽ không bao giờ bắt được nhiều ánh sáng, vì nó sẽ bị giới hạn về đường kính. Một cảm biến lớn hơn sẽ cần độ dài tiêu cự lớn hơn, một ống kính có cùng tốc độ sẽ có đường kính lớn hơn và nhờ đó bắt được nhiều ánh sáng hơn.
Ai cần 10MP trở lên trừ việc in áp phích? Thu nhỏ xuống một vài MP tất cả hình ảnh đều ổn. Kích thước cảm biến không giới hạn chất lượng hình ảnh của bạn trực tiếp, nhưng ống kính của bạn sẽ. Mặc dù kích thước ống kính thường phụ thuộc vào kích thước cảm biến (không phải). Nhưng tôi đã thấy các máy ảnh có cảm biến nhỏ và rất nhiều MP nhưng ống kính lớn (nói lớn hơn đường kính 2cm) để chụp những bức ảnh tuyệt vời.
Tôi đã viết một bài báo về điều đó một thời gian trước đây. Đó là tiếng Đức, tôi không có thời gian để dịch nó sang tiếng Anh - xin lỗi vì điều đó. Nó dài dòng hơn và giải thích một số vấn đề (đặc biệt là vấn đề tiếng ồn) chi tiết hơn một chút.
Kích thước của một pixel riêng lẻ là không quan trọng. Một số pixel nhỏ có thể được kết hợp toán học thành một pixel lớn, chi tiết giao dịch cho độ nhạy.
Một camera cảm biến lớn, đối với một góc nhìn nhất định, một ống kính tiêu cự dài hơn một camera cảm biến nhỏ. Ống kính dài hơn này, đối với một điểm dừng f nhất định, khẩu độ vật lý lớn (mở trong mống mắt). Điều này dẫn đến nhiều ánh sáng đi vào hệ thống hơn và chiếm hiệu suất ánh sáng thấp tốt hơn. Nó cũng chiếm độ sâu nông hơn.
Bề mặt của cảm biến kỹ thuật số được phủ bằng photosites. Chúng ghi lại hình ảnh của thế giới bên ngoài như được chiếu bởi ống kính. Trong quá trình phơi sáng, các tia hình thành hình ảnh dưới dạng các photon bắn phá bề mặt của cảm biến. Các cú đánh photon tỷ lệ thuận với độ sáng của cảnh. Nói cách khác, các photosite nhận được các photon tương ứng với các vùng được chiếu sáng mạnh của cảnh, sẽ nhận được nhiều lần photon hơn so với các photosite tương ứng với các vùng hình ảnh được chiếu sáng mờ. Khi phơi sáng hoàn tất, các photosite chứa một điện tích tỷ lệ với độ sáng của cảnh. Tuy nhiên, mức độ điện tích trong tất cả các photosites là quá yếu để không hữu ích trừ khi được khuếch đại. Bước tiếp theo trong quá trình hình ảnh là khuếch đại các điện tích.
Khuếch đại giống như tăng âm lượng của radio hoặc TV. Khuếch đại khởi động cường độ của tín hiệu hình ảnh nhưng nó cũng gây ra biến dạng ở dạng tĩnh. Trong hình ảnh kỹ thuật số, chúng tôi không gọi đây là biến dạng tĩnh; chúng tôi gọi nó là tiếng ồn. Tiếng ồn gây ra thực sự được gọi là tiếng ồn mô hình cố định. Điều này là do mỗi photosite có đặc điểm hơi khác nhau. Nói cách khác, mỗi người phản ứng với sự khuếch đại khác nhau. Kết quả là, một số hình ảnh có ít lần nhấn photon sẽ hình ảnh thành màu đen khi chúng nên hình ảnh có màu xám đậm hoặc xám. Đây là nhiễu mẫu cố định. Chúng tôi giảm thiểu bằng cách không tăng cường khuếch đại (giữ ISO thấp) và bằng phần mềm trong máy ảnh.
Do nhiễu mẫu cố định thường là do khuếch đại cao, nên lý do là nhiều photon chạm vào bất kỳ photosite nào đã tạo ra điện tích cao hơn và cần khuếch đại ít hơn. Điểm mấu chốt là, các chip hình ảnh lớn hơn có các hình ảnh lớn hơn với diện tích bề mặt lớn hơn cho phép nhiều lần chạm photon hơn trong quá trình phơi sáng. Nhiều lượt truy cập dịch để khuếch đại ít hơn; do đó ít biến dạng do nhiễu mẫu cố định.
Các cảm biến lớn hơn thường kém hơn một chút trong điều kiện ánh sáng yếu để chụp ảnh. Các ống kính lớn hơn thường có sẵn cho các cảm biến lớn hơn và các ống kính lớn hơn thường tốt hơn trong điều kiện ánh sáng yếu nếu bạn không quan tâm đến độ sâu trường ảnh giảm.
Có rất nhiều trên internet cho rằng lượng ánh sáng được thu thập bởi một cảm biến tỷ lệ thuận với kích thước của cảm biến. Điều này là không chính xác. Với cùng một góc nhìn của ống kính, cùng một lượng ánh sáng sẽ được chiếu lên cảm biến bất kể kích thước của cảm biến. Nếu cảm biến toàn khung hình và cảm biến MFT có cùng số lượng phần tử pixel, thì mỗi phần tử sẽ phát hiện cùng một lượng ánh sáng, bất kể kích thước của chúng. Hãy nghĩ về điều này: đặt một mảnh giấy dưới ánh mặt trời đằng sau một vòng tròn thủy tinh không có gì xảy ra. Tập trung ánh sáng vào một khu vực nhỏ của tờ giấy đó bằng một chiếc kính lúp có cùng đường kính với vòng tròn thủy tinh đã nói ở trên và tờ giấy sẽ nóng lên vì mật độ năng lượng ở vùng lấy nét lớn hơn rất nhiều. Điều tương tự cũng đúng với cảm biến hình ảnh; cảm biến nhỏ = mật độ năng lượng cao hơn cảm biến lớn = cùng năng lượng trên một đơn vị diện tích trên cả hai cảm biến. Lý do cho tiếng ồn lớn hơn trên các cảm biến nhỏ hơn nằm ở nơi khác; có lẽ trong nhiễu tần số vô tuyến giữa các yếu tố cảm biến hình ảnh được đóng gói chặt chẽ.