Словарь
Матрица фотоаппарата: как работает и какие бывают размеры
Матрица в фотоаппарате — сенсор, превращающий свет в снимок. Как она работает, таблица размеров матриц от 1/2.3" до среднего формата с кроп-фактором и площадью.
Коротко
- Матрица — светочувствительный сенсор камеры: миллионы фотодиодов копят заряд, байеровский фильтр RGGB добавляет цвет, процессор собирает снимок.
- Размер важнее мегапикселей: полный кадр 36×24 мм (864 мм²) в 2,6 раза больше кропа Canon APS-C 22,3×14,9 мм и в 30 раз больше матрицы 1/2.3" компактов.
- Зеркалки Canon выпускались с матрицами APS-C (кроп 1,6), полного кадра и, в старых 1D, APS-H (кроп 1,3).
Матрица фотоаппарата — это кремниевый сенсор, который превращает свет, собранный объективом, в электрический сигнал, а затем в цифровой снимок. Она стоит там, где у плёночной камеры была плёнка, и определяет больше, чем любой другой узел: шум, динамический диапазон, размытие фона, угол обзора объектива и, в конечном счёте, цену всей системы.
Как работает матрица: от фотона до пикселя
Цепочка одинакова у дешёвой мыльницы и у EOS R1, отличаются только масштабы.
- Фотодиод. Каждый пиксель — крошечное «ведро», в котором фотоны выбивают электроны. Чем больше света, тем больше заряд. Ведро конечно: переполнилось — свет выбит в белый, и это необратимо.
- Цветной фильтр. Фотодиод не различает цвет, поэтому над пикселями лежит байеровская мозаика RGGB: на каждые четыре ячейки — один красный, два зелёных, один синий фильтр. Зелёных вдвое больше, потому что глаз к зелёному чувствительнее всего.
- Усиление. Заряд превращается в напряжение и усиливается. Значение ISO — это коэффициент усиления, а не «чувствительность» в буквальном смысле: свет на матрицу от него не прибавляется.
- Оцифровка. АЦП переводит сигнал в числа — в RAW Canon это 14 бит на пиксель.
- Демозаика. Недостающие два цвета каждого пикселя вычисляются по соседям; так из мозаики получается полноцветный снимок.
Canon перешла на КМОП-матрицы собственного производства ещё в EOS D30 (2000 год) и с тех пор делает сенсоры сама. С 70D пиксели Canon разделены на две половинки — это Dual Pixel AF, фазовый автофокус прямо на матрице. Сравнение того, как видит сенсор и как глаз, — в статье как видит камера.
Размеры матриц фотоаппаратов: таблица форматов
| Формат | Размер, мм | Площадь, мм² | Кроп-фактор | Где встречается |
|---|---|---|---|---|
| 1/2.3" | 6,17 × 4,55 | 28 | 5,6 | Компакты, суперзумы, экшн-камеры |
| 1" | 13,2 × 8,8 | 116 | 2,7 | Canon PowerShot G7 X, флагманские смартфоны |
| Micro 4/3 | 17,3 × 13,0 | 225 | 2,0 | Olympus/OM System, Panasonic |
| APS-C Canon | 22,3 × 14,9 | 332 | 1,6 | 2000D, 250D, 80D, 7D, R50, R7 |
| APS-C прочих марок | 23,5 × 15,6 | 367 | 1,5 | Nikon DX, Sony, Fujifilm |
| APS-H | ≈27,9 × 18,6 | 519 | 1,3 | Canon EOS-1D Mark III/IV |
| Полный кадр | 36 × 24 | 864 | 1,0 | 6D, 5D, RP, R6, R5 |
| Средний формат | 44 × 33 | 1452 | 0,79 | Fujifilm GFX, Hasselblad X |
Площадь честнее кроп-фактора: полный кадр больше кропа Canon в 2,6 раза, то есть собирает примерно на 1,4 ступени больше света с одного кадра при той же экспозиции. Отсюда меньший шум на равных ISO. Как кроп меняет поле зрения объектива, считает калькулятор эквивалента фокусного.
«Дюймовые» обозначения — наследство телевизионных трубок: «1 дюйм» соответствует диагонали около 16 мм, а не 25. Поэтому сравнивайте миллиметры, а не дроби.
Матрицы зеркальных фотоаппаратов Canon
Зеркалки Canon шли тремя форматами. APS-C с кропом 1,6 — вся любительская и полупрофессиональная линейка от 350D до 90D и 7D Mark II. Полный кадр — 5D, 6D, 1Ds и 1D X. APS-H (кроп 1,3) — репортажные 1D до Mark IV включительно. Нюанс кропа Canon: он чуть меньше, чем APS-C у Nikon и Sony, отсюда 1,6 вместо 1,5. Бюджетный вход в полный кадр сегодня — EOS RP или б/у EOS 6D; подробное сравнение — в разборе полный кадр или кроп.
Почему площадь решает шум
Шум в тенях — в первую очередь вопрос количества пойманного света. При одинаковой экспозиции полный кадр собирает в 2,6 раза больше фотонов, чем кроп Canon, потому что площадь больше. Поэтому полнокадровая 6D 2012 года на высоких ISO до сих пор не уступает свежим кропам: новое поколение сенсора отыгрывает часть разницы в площади, но не всю. Мелкие пиксели сами по себе не беда: при уменьшении снимка до того же размера шум усредняется, и решающей остаётся площадь матрицы целиком.
На что смотреть, кроме размера
- Мегапиксели. 20–24 Мп хватает для печати A3 и любых соцсетей; 45 Мп нужны пейзажистам и тем, кто кадрирует птиц.
- Поколение. Матрица 2020-х на тех же ISO заметно чище сенсора 2008 года; BSI (обратная засветка) чувствительнее, stacked-матрицы читаются быстро — без «желе» в электронном затворе.
- Фильтр низких частот. Убирает муар ценой лёгкой мягкости; у большинства Canon он стоит.
Неполадки матрицы: симптом → причина → решение
| Симптом | Причина | Решение |
|---|---|---|
| Тёмные размытые пятна на небе при f/11–16 | Пыль на фильтре перед матрицей | Встроенная очистка, груша, затем чистка матрицы Canon |
| Яркие цветные точки на длинной выдержке | Горячие пиксели | Шумоподавление длинных выдержек в меню |
| Одна точка на всех кадрах, на любой выдержке | Битый пиксель | Проверка при покупке б/у камеры, ремап в сервисе |
| Кривые вертикали на быстром движении | Медленное считывание при электронном затворе | Механический затвор |
Сама матрица практически не изнашивается, если её не царапать при чистке: срок жизни камеры определяет скорее затвор, чем сенсор.
Вопросы и ответы
Что такое матрица в фотоаппарате?
Это сенсор на месте, где у плёночной камеры была плёнка. Он состоит из миллионов светочувствительных ячеек (пикселей), каждая из которых превращает попавший свет в электрический заряд. Из этих зарядов процессор камеры строит фотографию.
Как работает матрица фотоаппарата?
Свет проходит через цветной фильтр (красный, зелёный или синий над каждым пикселем), попадает на фотодиод и создаёт заряд, пропорциональный яркости. Заряд усиливается (это и есть ISO), оцифровывается, а недостающие цвета каждого пикселя вычисляются по соседям.
Какой размер матрицы у зеркального фотоаппарата Canon?
У любительских и полупрофессиональных зеркалок (2000D, 250D, 600D, 80D, 7D) — APS-C около 22,3×14,9 мм, кроп-фактор 1,6. У 6D, 5D и 1D X — полный кадр 36×24 мм. У 1D Mark III и IV — APS-H 27,9×18,6 мм, кроп 1,3.
Почему размер матрицы указывают в дюймах, а 1 дюйм — не 25 мм?
Обозначения 1/2.3" и 1" унаследованы от телевизионных трубок-видиконов: в «дюймах» мерили диаметр колбы, а не диагональ светочувствительной зоны. Реальная диагональ «однодюймовой» матрицы — около 16 мм.
Что важнее: размер матрицы или мегапиксели?
Размер. Большая матрица собирает больше света с кадра — меньше шум, шире динамический диапазон, проще размыть фон. Мегапиксели после 20–24 Мп влияют в основном на запас для кадрирования и печати.
Источники и что почитать
- Image sensor format — Wikipedia
- Bayer filter — Wikipedia
- Спецификации камер на официальных сайтах Canon (размер сенсора, кроп-фактор)