Формат датчика изображения

Сравнительные размеры размеров датчиков

Для быстрого понимания чисел, таких как 1/2,3 дюйма, см. § Таблица форматов датчиков и размеров .

Для более широкого охвата этой темы см. В датчике изображения .

В цифровой фотографии формат датчика изображения - это форма и размер датчика изображения .

Формат датчика изображения цифровой камеры определяет угол обзора определенного объектива при использовании с определенным датчиком. Поскольку датчики изображения во многих цифровых камерах меньше, чем площадь изображения 24 мм × 36 мм в полнокадровых 35-мм камерах, объектив данного фокусного расстояния дает более узкое поле зрения в таких камерах.

Размер датчика часто выражается в виде оптического формата в дюймах. Другие меры также используются; См. Таблицу форматов датчиков и размеров ниже.

Линзы, произведенные для 35 -мм пленочных камер, могут хорошо устанавливаться на цифровых телах, но более крупный круг изображений системы системной линзы 35 мм позволяет нежелательному свету в корпус камеры, а меньший размер датчика изображения по сравнению с 35 -мм форматом пленки приводит к обрезка изображения. Этот последний эффект известен как культура поля зрения. Коэффициент размера формата (относительно 35-мм формата пленки) известно как коэффициент культивирования поля, коэффициент культуры, коэффициент линзы, коэффициент преобразования фокальной длины, множитель фокальной длины или множитель объектива.

Размер датчика и глубина поле

Обсуждается три возможных сравнения глубины поля между форматами, применяя формулы, полученные в статье о глубине поле . Глубины поля трех камер могут быть одинаковыми или различными в любом порядке, в зависимости от того, что поддерживается постоянным в сравнении.

Учитывая картину с тем же расстоянием субъекта и углом обзора для двух разных форматов:

${\frac {\mathrm {DOF} _{2}}{\mathrm {DOF} _{1}}}\approx {\frac {d_{1}}{d_{2}}}$

Таким образом, DOF в обратной пропорции к диаметрам абсолютной апертуры $d_{1}$ и $d_{2}$.

Использование одного и того же диаметра абсолютной апертуры для обоих форматов с критерием «такого же изображения» (равный угол обзора, увеличенный до того же окончательного размера) дает одинаковую глубину поля. Это эквивалентно регулировке F-Number обратно пропорционально коэффициенту урожая -меньшее F-циклов для более мелких датчиков (это также означает, что при фиксированной скорости затвора экспозиция изменяется путем регулировки требуемого F-Number. выровнять глубину поле Чтобы . коэффициента урожая). Это условие равного поля зрения, равная глубина поля, равный диаметр апертуры и равное время воздействия известно как «эквивалентность».

И мы могли бы сравнить глубину поля датчиков, получающих ту же фотометрическую экспозицию -F-Number является фиксированным вместо диаметра апертуры-датчики работают в том же настройке ISO в этом случае, но меньший датчик получает меньше общего числа Свет, по соотношению площади. Соотношение глубины поля тогда

${\frac {\mathrm {DOF} _{2}}{\mathrm {DOF} _{1}}}\approx {\frac {l_{1}}{l_{2}}}$

где $l_{1}$ и $l_{2}$ характерные измерения формата и, таким образом, $l_{1}/l_{2}$ это относительный коэффициент урожая между датчиками. Именно этот результат приводит к общему мнению, что мелкие датчики дают большую глубину поле, чем большие.

Альтернатива состоит в том, чтобы рассмотреть глубину поля, заданную одной и той же линзой в сочетании с датчиками разных размеров (изменение угла обзора). Изменение в глубине поле вызвано требованием для другой степени увеличения для достижения того же окончательного размера изображения. В этом случае соотношение глубин поля становится

${\frac {\mathrm {DOF} _{2}}{\mathrm {DOF} _{1}}}\approx {\frac {l_{2}}{l_{1}}}$.

На практике, если применять линзу с фиксированным фокусным расстоянием и фиксированной апертурой и создан для круга изображения для удовлетворения требований к большому датчику ни легкое собрание $\mathrm {lx=\,{\frac {lm}{m^{2}}}}$ изменится.

Размер датчика, шум и динамический диапазон

Дисконтирование фотоизок неравномерности (PRNU) и изменение темного шума, которые не зависят от датчика, шумы в датчике изображения являются шумом выстрела , шумом и темным шумом . Общее соотношение сигнала к шуму датчика (SNR), выраженное в виде сигнальных электронов относительно среднеквадратичного шума в электронах, наблюдаемое в масштабе одного пикселя, предполагая шум выстрела от распределения пуассона электронов и темных электронов, является

$\mathrm {SNR} ={\frac {PQ_{e}t}{\sqrt {\left({\sqrt {PQ_{e}t}}\right)^{2}+\left({\sqrt {Dt}}\right)^{2}+N_{r}^{2}}}}={\frac {PQ_{e}t}{\sqrt {PQ_{e}t+Dt+N_{r}^{2}}}}$

где $P$ Является ли поток фотонов (фотоны в секунду в области пикселя), $Q_{e}$ это квантовая эффективность , $t$ это время экспозиции, $D$ темный ток пикселя в электронах в секунду и $N_{r}$ Является ли пиксельный шум в электронах.

Каждый из этих шумов имеет различную зависимость от размера датчика.

Экспозиция и поток фотонов

изображения Шум датчика можно сравнить между форматами для данного фиксированного потока фотонов на площадь пикселя ( P в формулах); Этот анализ полезен для фиксированного числа пикселей с площадью пикселей, пропорциональной области датчика, и фиксированного диаметра абсолютной апертуры для фиксированной ситуации визуализации с точки зрения глубины поле, ограничение дифракции у субъекта и т. Д. Или его можно сравнить для Фиксированная осветимость фокусной плоскости, соответствующая фиксированному F-номеру , и в этом случае P пропорциональна области пикселя, независимо от области датчика. Формулы выше и ниже могут быть оценены по любому случаю.

Шум выстрела

В приведенном выше уравнении, SNR SNR выстрела дается

${\frac {PQ_{e}t}{\sqrt {PQ_{e}t}}}={\sqrt {PQ_{e}t}}$.

Помимо квантовой эффективности, это зависит от потока падающего фотона и времени воздействия, что эквивалентно воздействию и области датчика; Поскольку экспозиция - это время интеграции, умноженное на освещение плоскости изображения , а освещение - светящийся поток на единицу площади. Таким образом, для равных воздействий отношения сигнал -шума двух различных датчиков размера равной квантовой эффективности и количества пикселей будут (для данного конечного размера изображения) пропорционально квадратному корню области датчика (или коэффициент линейного масштаба датчик). Если экспозиция ограничена необходимостью достижения некоторой необходимой глубины поле (с той же скоростью затвора), то воздействие будет в обратном отношении к области датчика, что дает интересный результат, что если глубина поле является ограничением, выстрел изображения выстрел Шум не зависит от области датчика. Для идентичных линз F-Number отношение сигнала к шуму увеличивается как квадратный корень площади пикселя или линейно с шагом пикселя. В качестве типичных F-Numbers для линз для мобильных телефонов и DSLR находятся в том же диапазоне f /1.5–2 Интересно сравнить производительность камер с небольшими и большими датчиками. Хорошая камера сотового телефона с типичным размером пикселя 1,1 мкм (Samsung A8) будет иметь примерно в 3 раза худший SNR из -за шума выстрела, чем 3,7 мкм пиксельной сменной линзы (Panasonic G85) и в 5 раз хуже 6 мкм полной камеры (камера (Panasonic G85) и в 5 раз хуже 6 мкм камеры (Panasonic G85) и в 5 раз хуже 6 мкм камеры (Panasonic G85) и в 5 раз хуже 6 мкм камеры (Panasonic G85) и в 5 раз хуже 6 мкм камеры (Panasonic G85) и в 5 раз хуже 6 мкм камеры (Panasonic G85) и в 5 раз хуже 6 мкм камеры (Panasonic G85) и в 5 раз хуже 6 мкм камеры (Panasonic G85) и в 5 раз хуже 6 мкм Sony A7 III). Принимая во внимание динамический диапазон делает разницу еще более заметным. Таким образом, тенденция увеличения количества «мегапикселей» в камерах сотовых телефонов в течение последних 10 лет была вызвана маркетинговой стратегией по продаже «больше мегапикселей», чем попытками улучшить качество изображения.

Читать шум

Шум чтения - это общая сумма всех электронных шумов в цепочке преобразования для пикселей в массиве датчиков. Чтобы сравнить его с фотонным шумом, он должен быть направлен к своему эквиваленту в фотоэлектронах, что требует деления шума, измеренного в Volts путем усиления конверсии пикселя. Это дается, для активного датчика пикселя , напряжением на входе (затвор) транзистора считывания, разделенного на заряд, который генерирует это напряжение, $CG=V_{rt}/Q_{rt}$Полем Это обратно емкости затвора транзистора считывания (и прикрепленной плавающей диффузии), поскольку емкость $C=Q/V$. Таким образом $CG=1/C_{rt}$.

В целом для плоской структуры, такой как пиксель, емкость пропорциональна областям, поэтому шум чтения масштабируется с площадью датчика, при условии, что площадь пикселя масштабирует область датчика, и это масштабирование выполняется путем равномерного масштабирования пикселя.

Учитывая отношение сигнала к шуму из -за шума считывания при заданном воздействии, сигнал будет масштабироваться как область датчика вместе с шумом чтения, и, следовательно, SNR чтения SNR не будет затронут областью датчика. В глубине поля ограниченной ситуации воздействие более крупного датчика будет уменьшено пропорционально площади датчика, и, следовательно, SNR чтения SNR также уменьшится.

Темный шум

Темный ток способствует двум видам шума: темное смещение, которое частично коррелирует между пикселями, и шум выстрела, связанный с темным смещением, который некоррелирован между пикселями. Только компонент Shot-Noise DT включен в приведенную выше формулу, поскольку некоррелированная часть темного смещения трудно предсказать, а коррелированная или средняя часть относительно легко вычесть. Средний темный ток содержит вклады, пропорциональные как в площадь, так и линейное измерение фотодиода, с относительными пропорциями и масштабными коэффициентами в зависимости от конструкции фотодиода. Таким образом, в целом можно ожидать, что темный шум датчика будет расти с увеличением размера датчика. Тем не менее, в большинстве датчиков средний пиксельный темный ток при нормальных температурах мал, ниже 50 e-секунды, Таким образом, для типичных времен фотографической экспозиции темный ток и связанные с ним звуки могут быть сброшены. Однако в очень длительное время воздействия это может быть ограничивающим фактором. И даже в короткое или среднее время экспозиции несколько выбросов в распределении темного тока могут появиться как «горячие пиксели». Как правило, для астрофотографических применений датчики охлаждаются, чтобы уменьшить темный ток в ситуациях, когда воздействие может быть измерено за несколько сотен секунд.

Динамический диапазон

Динамический диапазон - это соотношение самого большого и наименьшего рекордно -рекордного сигнала, наименьшее, что обычно определяется «полом шума». В литературе с датчиком изображения пол шума принимается как шум считывания, так что $DR=Q_{\text{max}}/\sigma _{\text{readout}}$ (Обратите внимание, чтенный шум $\sigma _{readout}$ то же самое, что и $N_{r}$ упоминается в расчете SNR ).

Размер датчика и дифракция

Разрешение всех оптических систем ограничено дифракцией . Одним из способов рассмотрения эффекта, который дифракция оказывает на камеры с использованием датчиков разных размеров, является рассмотрение функции передачи модуляции (MTF). Дифракция является одним из факторов, которые способствуют общей системе MTF. Другими факторами, как правило, являются MTF линзы, фильтр с анти-алиасом и окно отбора проб. Пространственная частота отсечения из-за дифракции через апертуру линзы

$\xi _{\mathrm {cutoff} }={\frac {1}{\lambda N}}$

где λ-длина волны света, проходящего через систему, а n- F-циллера объектива. Если эта апертура является круглой, как (приблизительно) большинство фотографических отверстий, то MTF дается

$\mathrm {MTF} \left({\frac {\xi }{\xi _{\mathrm {cutoff} }}}\right)={\frac {2}{\pi }}\left\{\cos ^{-1}\left({\frac {\xi }{\xi _{\mathrm {cutoff} }}}\right)-\left({\frac {\xi }{\xi _{\mathrm {cutoff} }}}\right)\left[1-\left({\frac {\xi }{\xi _{\mathrm {cutoff} }}}\right)^{2}\right]^{\frac {1}{2}}\right\}$

для $\xi <\xi _{\mathrm {cutoff} }$ и $0$ для $\xi \geq \xi _{\mathrm {cutoff} }$ Следовательно, фактор, основанный на дифракции системы MTF, будет масштабироваться в соответствии с $\xi _{\mathrm {cutoff} }$ и, в свою очередь $1/N$ (для той же длины волны света).

При рассмотрении влияния размера датчика и его влияния на конечное изображение должно учитываться различное увеличение, необходимое для получения того же изображения размера для просмотра, что приводит к дополнительному масштабному коэффициенту $1/{C}$ где ${C}$ Относительный коэффициент урожая, создавая общий фактор масштаба $1/(NC)$Полем Учитывая три приведенных выше случая:

Для условий «то же картин», того же угла обзора, расстояния субъекта и глубины поля, затем F-номеры находятся в соотношении $1/C$Таким образом, фактор масштаба для дифракционной MTF составляет 1, что приводит к выводу, что дифракционная MTF на заданной глубине поля не зависит от размера датчика.

Как в условиях «такого же фотометрического воздействия», так и в условиях «одинаковых линз», F -тека не изменяется, и, следовательно, пространственное отсечение и результирующий MTF на датчике не изменяются, оставляя MTF в просмотренном изображении, чтобы быть масштабированным как увеличение , или обратно, как фактор урожая.

Формат датчика и размер объектива

Можно ожидать, что линзы, подходящие для ряда размеров датчиков, могут быть созданы путем простого масштабирования тех же конструкций пропорционально коэффициенту урожая. Такое упражнение в теории будет производить линзу с тем же F-Number и углом зрения, с размером, пропорциональным коэффициенту урожая датчика. На практике простое масштабирование конструкций линз не всегда достижимо из-за таких факторов, как немасштабируемость толерантности к производству , структурная целостность стеклянных линз различных размеров и доступных методов производства и затрат. Более того, для поддержания того же абсолютного объема информации на изображении (которое можно измерить как продукт пространственной пропускной способности. ) объектив для меньшего датчика требует большей разрешения. Развитие объектива « Тессар » обсуждается Nasse, и показывает свое преобразование из f /6.3 объектива для камер пластин с использованием исходной конфигурации с тремя группами до f /2.8 5,2 мм четырехэлемент оптика с восемью чрезвычайно асферическими поверхностями, экономически производимыми из-за его небольшого размера. Его производительность «лучше, чем лучшие 35 -мм объективы - но только для очень маленького изображения».

Таким образом, по мере сокращения размер датчика, сопровождающие конструкции линз будут меняться, часто довольно радикально, чтобы воспользоваться преимуществами производства, предоставленными из -за уменьшенного размера. Функциональность таких линз также может воспользоваться этими преимуществами, причем экстремальные диапазоны увеличения становятся возможными. Эти линзы часто очень велики по отношению к размеру датчика, но с небольшим датчиком можно вписать в компактный пакет.

Небольшое тело означает небольшую линзу и означает небольшой датчик, поэтому для того, чтобы смартфоны были тонкими и легкими, производители смартфонов используют крошечный датчик, обычно меньше, чем 1/2,3 ", используемый в большинстве мостовых камер . Однажды только Nokia 808 PureView использовал 1// 1.2 "Датчик, почти в три раза больше датчика 1/2,3". Подвиги более крупных датчиков.

Активная область датчика

Для расчета угла камеры вида следует использовать размер активной области датчика. Активная область датчика подразумевает область датчика, на которой изображение образуется в данном режиме камеры. Активная область может быть меньше датчика изображения, а активная область может различаться по разным режимам работы одной и той же камеры. Активный размер площади зависит от отношения сторон датчика и соотношения сторон выходного изображения камеры. Размер активной площади может зависеть от количества пикселей в данном режиме камеры. Активная площадь и фокусное расстояние объектива определяет углы обзора.

Размер датчика и эффекты затенения

Датчики полупроводникового изображения могут страдать от эффектов затенения в больших диафратах и ​​на периферии поля изображения из -за геометрии светового конуса, проецируемого от выходящего зрачка объектива до точки или пикселя на поверхности датчика. Эффекты подробно обсуждаются Catrysse и Wandell. В контексте этого обсуждения наиболее важным результатом вышеуказанного является то, что для обеспечения полной передачи энергии света между двумя связанными оптическими системами, такими как ученик выхода линзы, к фоторецептору пикселя, геометрическая пропускная способность (также известная как Etendue или Light Think -Plower. ) объективной линзы / пиксельной системы должна быть меньше или равна геометрическому протяженности системы микролинса / фоторецепторов. Геометрическая степень объективной системы линзы / пикселей определяется $$G_{\mathrm {objective} }\simeq {\frac {w_{\mathrm {pixel} }}{2{(f/\#)}_{\mathrm {objective} }}}\,,$$ где w _Pixel является шириной пикселя, а ( F /#) _{объектив} -это F-цикл объективного объектива. Геометрическая протяженность системы микролинса / фоторецепторов определяется $$G_{\mathrm {pixel} }\simeq {\frac {w_{\mathrm {photoreceptor} }}{2{(f/\#)}_{\mathrm {microlens} }}}\,,$$ где w _{фоторецептор} является шириной фоторецептора, а ( F /#) _{микролинзами} является F-циклом микролинен.

Чтобы избежать затенения, ${\textstyle G_{\mathrm {pixel} }\geq G_{\mathrm {objective} },}$ поэтому $${\frac {w_{\mathrm {photoreceptor} }}{{(f/\#)}_{\mathrm {microlens} }}}\geq {\frac {w_{\mathrm {pixel} }}{{(f/\#)}_{\mathrm {objective} }}}.$$

Если w _{фоторецептор} / w _pixel = ff , линейный коэффициент заполнения линзы, то условие становится $${(f/\#)}_{\mathrm {microlens} }\leq {(f/\#)}_{\mathrm {objective} }\times {\mathit {ff}}\,.$$

Таким образом, если следует избегать затенения, F-цирку микроленди должно быть меньше, чем F-Number линзы, по крайней мере, на коэффициент, равный линейному коэффициенту заполнения пикселя. F-number микроленди в конечном итоге определяется шириной пикселя и его высотой над кремнием, что определяет его фокусное расстояние. В свою очередь, это определяется высотой слоев металлизации, также известных как «высота стека». Для данной высоты стека F-циклов микролиз будет увеличиваться по мере уменьшения размера пикселя, и, следовательно, объективная линза F-Number, при котором происходит затенение, будет иметь тенденцию увеличиваться.

Для поддержания количества пикселей меньшие датчики будут иметь тенденцию иметь меньшие пиксели, в то же время для максимизации света, проецируемого на датчике, требуются меньшие объективные линзы. Для борьбы с эффектом, обсуждаемым выше, пиксели меньшего формата включают в себя функции инженерного проектирования, чтобы позволить уменьшить F-сигнал их микролиз. пикселе которые требуют меньшей металлизации, «световых труб», построенных в Они могут включать в себя упрощенные конструкции пикселей , слой помещается непосредственно на этой поверхности, а не на передней стороне со слоями проводки.

Общие форматы датчиков изображения

Размеры датчиков, используемых в большинстве современных цифровых камер относительно стандартной 35 -мм рамы.

Для сменных камер

В некоторых профессиональных зеркальных фотокамерах, SLT и безразличных камерах используются полнокадровые датчики, эквивалентные размеру кадра 35-мм пленки.

Большинство зеркальных зеркальных показателей на уровне потребителей, SLT и беззеркальных камер используют относительно большие датчики, либо несколько под размером рамы пленки APS -C, с коэффициентом урожая 1,5–1,6; или на 30% меньше этого, с коэффициентом урожая 2,0 (это система четырех третей , принятая Olympus и Panasonic ).

По состоянию на ноябрь 2013 года Существует только одна беззеркальная модель, оснащенная очень маленьким датчиком, более типичная для компактных камер: Pentax Q7 , с датчиком 1/1,7 "(4,55 коэффициент урожая). См. Датчики, оснащенные компактными цифровыми камерами и разделом камеры ниже.

Многие различные термины используются в маркетинге для описания DSLR/SLT/безразличных форматов датчиков, включая следующее:

• 860 мм ² площади Полнокачественный цифровой формат SLR , размеры датчиков, почти равные размерам 35-мм пленки (36 × 24 мм) от Pentax , Panasonic , Leica , Nikon , Canon , Sony и Sigma .
• 370 мм ² Стандартный формат APS-C от Nikon , Pentax , Sony , Fujifilm , Sigma (Crop Factor 1.5) (однако, фактическая пленка APS-C больше).)
• 330 мм ² Площадь APS-C Меньший формат из Canon (коэффициент урожая 1.6)
• 225 мм ² Площадь Микро -четыре трети формат системы из Panasonic, Olympus, Black Magic и Polaroid (Crop Factor 2.0)

Установленные размеры датчиков и изготовления датчиков включают:

• 548 мм ² Датчик Leica 's M8 и M8.2 (коэффициент урожая 1.33). Текущие датчики M-серии эффективно являются полнокадровыми (коэффициент культуры 1.0).
• 548 мм ² площади -H APS Формат APS -H для высокоскоростных DSLR Pro-уровня (коэффициент культуры 1.3). Текущие датчики 1D/5D-серии эффективно являются полными (коэффициент урожая 1.0).
• 548 мм ² Площадь APS-H Формат для высококачественного безразличного SD Quattro H от Sigma (коэффициент урожая 1.35)
• 370 мм ² Площадь APS-C Фактор 1,5 Формат из Epson , Samsung NX, Konica Minolta .
• 286 мм ² Площадь Foveon X3 Формат, используемый в зеркальных зеркальных камерах SIGMA SD-серии и DP, безразличенных (коэффициент урожая 1.7). В более поздних моделях, таких как SD1 , DP2 Merrill и большая часть серии Quattro, используют датчик Foveon Foveon Foveon 1,5; Еще более недавний Quattro H без зеркала использует датчик APS-H Foveon с коэффициентом урожая 1,35.
• 225 мм ² Площадь четыре трети формат системы от Olympus (Crop Factor 2.0)
• 116 мм ² Площадь 1 " Nikon CX Формат, используемый в серии Nikon 1 и Samsung Mini-NX Series (Crop Factor 2.7)
• 43 мм ² Площадь 1/1,7 " Pentax Q7 (4,55 коэффициент урожая)
• 30 мм ² Площадь 1/2,3 "Оригинальный Pentax Q (5,6 коэффициента урожая). Камеры тока Q-серии имеют коэффициент урожая 4,55.

Когда были впервые введены полнокадровые датчики, производственные затраты могут превышать в двадцать раз больше стоимости датчика APS-C. Только двадцать полных датчиков могут быть произведены на кремниевой пластине 8 дюймов (20 см) , что поместило бы 100 или более датчиков APS-C, и существует значительное снижение урожайности из-за большой площади для загрязняющих веществ на компонент. Кроме того, полное изготовление датчиков -датчиков первоначально требовало три отдельных экспозиции на каждом этапе процесса фотолитографии , который требует отдельных масок и этапов контроля качества. Canon выбрал промежуточный размер APS-H , так как в то время он был самым большим, который можно было убрано с одной маской, помогая контролировать производственные затраты и управлять доходностью. Более новое фотолитографическое оборудование теперь обеспечивает однопроходные экспозиции для полнокадровых датчиков, хотя другие производственные ограничения, связанные с размерами, остаются такими же.

Из-за постоянно меняющихся ограничений полупроводникового изготовления и обработки, а также поскольку производители камеры часто дают датчики от сторонних литейных заводов , измерения датчика часто различаются в одном и том же номинальном формате. Например, Nikon D3 и D700 номинально в полнокадровые датчики камер фактически измеряют 36 × 23,9 мм, немного меньше, чем 36 × 24 мм кадра 35 мм пленки. В качестве другого примера, датчик Pentax K200D (сделанный Sony ) измеряет 23,5 × 15,7 мм, в то время как современный датчик K20D (сделанный Samsung ) измеряет 23,4 × 15,6 мм.

3: 2 Большинство из этих форматов датчика изображения приближаются к соотношению сторон 35 -мм пленки. Опять же, система четырех третей является заметным исключением, с соотношением сторон 4: 3, как видно из большинства компактных цифровых камер (см. Ниже).

Меньшие датчики

Большинство датчиков сделаны для камерных телефонов, компактных цифровых камер и мостовых камер. Большинство датчиков изображения, оснащенных компактными камерами, имеют соотношение сторон 4: 3. Это соответствует соотношению сторон популярных разрешений дисплея SVGA , XGA и SXGA во время первых цифровых камер, что позволяет отображать изображения на обычных мониторах без обрезки.

По состоянию на декабрь 2010 года Большинство компактных цифровых камер использовали небольшие датчики 1/2,3 ". Такие камеры включают Canon PowerShot SX230 IS, Fuji FinePix Z90 и Nikon Coolpix S9100. Некоторые более старые цифровые камеры (в основном с 2005–2010 годов) использовались даже меньшие датчики 1/2,5" Panasonic Lumix DMC-FS62, Canon PowerShot SX120 IS, Sony Cyber-Shot DSC-S700 и Casio Exilim Ex-Z80.

По состоянию на высококлассные компактные камеры 2018 года с использованием одного дюймового датчиков, которые имеют почти в четыре раза превышающей более того, что они оснащены общими компактами, включают Canon PowerShot G-серии (G3 X до G9 X), серии Sony DSC RX100, Panasonic Lumix TZ100 и Panasonic DMC- LX15. Canon имеет датчик APS-C на своем верхнем модели PowerShot G1 X Mark III.

В течение многих лет до сентября 2011 года существовал разрыв между компактными цифровыми и зеркальной камерой. Ось X представляет собой дискретный набор размеров формата датчиков, используемых в цифровых камерах, а не линейной оси измерения.

Наконец, Sony имеет камеры DSC-RX1 и DSC-RX1R в их линейке, которые имеют полнокадровый датчик, обычно используемый только в профессиональных зеркальных фотокамерах, SLT и MILC.

-за ограничений размера мощных целей Из зум Умеренные . линзы В 2013–2014 годах как Sony ( Cyber-Shot DSC-RX10 ), так и Panasonic ( Lumix DMC-FZ1000 ) проработали мостовые камеры с 1-дюймовыми датчиками.

Датчики телефонов камеры , как правило, намного меньше, чем у типичных компактных камер, что позволяет больше миниатюризации электрических и оптических компонентов. Размеры датчиков около 1/6 "распространены в телефонах камеры, в веб -камерах и цифровых видеокаммерах . Датчик Nokia N8 (2010) 1/1,83 дюйма был самым большим в телефоне в конце 2011 года. Nokia 808 (2012) превосходит Compact камеры с 41 миллион пикселей, 1/1,2 -дюймовый датчик.

Средние цифровые датчики

Крупнейшие цифровые датчики в коммерчески доступных камерах описаны как « средний формат », в отношении форматов пленки аналогичных измерений. Хотя наиболее распространенная пленка среднего формата, рулон 120 , шириной 6 см (2,4 дюйма) и чаще всего снята квадрат, наиболее распространенные «среднеформатные» размеры датчиков составляют приблизительно 48 мм × 36 мм (1,9 в × 1,4 дюйма), который примерно вдвое превышает размер полнокадрового формата DSLR.

Доступные датчики CCD включают в себя фазы цифровую спину P65+ с 53,9 мм мм × 40,4 мм (2,12 в × 1,59 дюйма), содержащий 60,5 мегапикселя и DSLR Leica 's "S-System" с датчиком 45 мм × 30 мм (1,8 дюйма × 1,2 дюйма), содержащим 37-мегапиксели. В 2010 году PENTAX выпустил зеркальную циклу среднего формата 40 -мегапиксельной среды с 44 мм × 33 мм (1,7 дюйма × 1,3 дюйма) датчика ПЗС; Более поздние модели серии 645 сохранили тот же размер датчика, но заменили CCD на CMOS -датчик. В 2016 году Hasselblad анонсировал X1D, 50-мегапиксельную среднюю камеру без зеркала с 44 мм × 33 мм (1,7 дюйма × 1,3 дюйма) CMOS. В конце 2016 года Fujifilm также объявил о своем новом среднем формате Fujifilm GFX 50S , без зеркального входа на рынок с 43,8 мм × 32,9 мм (1,72 в × 1,30 дюймом) CMOS -датчиком и 51,4MP.

Таблица форматов датчиков и размеров

Различные размеры датчиков CMOS OMNIVISION AS AV7910 (1/3 ") и трех датчиков OV6920 (1/18"), оба типа с композитными видео ( NTSC ).

Размеры датчиков выражаются в обозначениях дюймов, потому что во время популяризации цифровых датчиков изображения они использовались для замены пробирков видеокамеры . Общие 1 «Внешние видео -камеры» имеют прямоугольную чувствительную область с фотографией около 16 мм на диагонали, поэтому цифровой датчик с размером диагональ 16 мм - это 1 -дюймовая видео -труба. Название 1 -цифрового датчика «цифрового датчика» должен быть более точно прочитать как «эквивалентный эквивалент видео -камеры». Дестаторы текущего цифрового датчика изображения - это размер эквивалентности трубок видеокамеры, а не фактический размер датчика. Например, a 1 -дюймовый датчик имеет диагональное измерение 16 мм .

Размеры часто выражаются в виде доли дюйма, с одним в числителе и десятичным числом в знаменателе. Например, 1/2,5 преобразуется в 2/5 в виде простой фракции , или 0,4 в виде десятичного числа. Эта «дюймовая» система дает результат примерно в 1,5 раза длиной диагонали датчика. Эта мера « оптического формата » восходит к тому, как размеры изображений видеокамеров, используемых до конца 1980 -х годов, ссылаясь на внешний диаметр стеклянной конверты трубки видеокамеры . Дэвид Пог из New York Times заявляет, что «фактический размер датчика намного меньше, чем публикуют компании камеры-около трети меньше». Например, камера, рекламирующая датчик 1/2,7 дюйма, не имеет датчика с диагоналем 0,37 дюйма (9,4 мм); вместо этого диагональ ближе к 0,26 дюйма (6,6 мм). Вместо «форматов» эти размеры датчиков часто называют типами , как в «1/2-дюймовом ПЗС».

Из-за того, что форматы датчиков на основе дюйма не были стандартизированы, их точные размеры могут варьироваться, но перечисленные типичные. Перечисленные области датчиков охватывают более 1000 и пропорциональны максимально возможным сбору света и разрешения изображений (та же скорость линзы , то есть минимальное F-Number ), но на практике не имеют прямого пропорционального изображения шуму или разрешению . к другим ограничениям. Смотрите сравнения. Размеры формата пленки также включены для сравнения. Примеры приложения телефона или камеры могут не показывать точные размеры датчиков.

Типы форматов датчиков и размеры

Тип	Диагональный (мм)	Ширина (мм)	Высота (мм)	Соотношение сторон	Площадь (мм 2 )	Остановки (область)	Фактор урожая
1/10 "	1.60	1.28	0.96	4:3	1.23	−9.46	27.04
1/8 "(Sony DCR-SR68, DCR-DVD110E)	2.00	1.60	1.20	4:3	1.92	−8.81	21.65
1/6 "(Panasonic SDR-H20, SDR-H200)	3.00	2.40	1.80	4:3	4.32	−7.64	14.14
1/4 "	4.50	3.60	2.70	4:3	9.72	−6.47	10.81
1/3,6 "( Nokia Lumia 720 )	5.00	4.00	3.00	4:3	12.0	−6.17	8.65
1/3,2 "( iPhone 5 )	5.68	4.54	3.42	4:3	15.50	−5.80	7.61
1/3.09 "Sony Exmor Imx351	5.82	4.66	3.5	4:3	16.3	−5.73	7.43
Стандартная 8 -мм пленка рамка	5.94	4.8	3.5	11:8	16.8	−5.68	7.28
1/3 "( iPhone 5s , iPhone 6 , LG G3 )	6.00	4.80	3.60	4:3	17.30	−5.64	7.21
1/2,9 "Sony Exmor Imx322	6.23	4.98	3.74	4:3	18.63	−5.54	6.92
1/2,7 "Fujifilm 2800 Zoom	6.72	5.37	4.04	4:3	21.70	−5.32	6.44
Super 8 мм кадра пленки	7.04	5.79	4.01	13:9	23.22	−5.22	6.15
1/2,5 "( Nokia Lumia 1520 , Sony Cyber-Shot DSC-T5 , iPhone XS )	7.18	5.76	4.29	4:3	24.70	−5.13	6.02
1/2,3 "( Pentax Q , Sony Cyber-Shot DSC-W330, GoPro Hero3, Panasonic HX-A500, Google Pixel/Pixel+, DJI Phantom 3 /Mavic 2 Zoom ), Nikon P1000 / P900	7.66	6.17	4.55	4:3	28.50	−4.94	5.64
1/2,3 "Sony Exmor Imx220	7.87	6.30	4.72	4:3	29.73	−4.86	5.49
1/2 "( Fujifilm HS30EXR , Xiaomi Mi 9 , OnePlus 7 , Espros EPC 660, Dji Mavic Air 2)	8.00	6.40	4.80	4:3	30.70	−4.81	5.41
1/1,8 "( Nokia N8 ) (Olympus C-5050, C-5060, C-7070)	8.93	7.18	5.32	4:3	38.20	−4.50	4.84
1/1,7 "( Pentax Q7 , Canon G10, G15, Huawei P20 Pro , Huawei P30 Pro , Huawei Mate 20 Pro )	9.50	7.60	5.70	4:3	43.30	−4.32	4.55
1/1,6 "(fujifilm f200exr [1] )	10.07	8.08	6.01	4:3	48.56	−4.15	4.30
2/3 "( Nokia Lumia 1020 , Fujifilm x10 , X20, XF1)	11.00	8.80	6.60	4:3	58.10	−3.89	3.93
1/1,33 "( Samsung Galaxy S20 Ultra )	12	9.6	7.2	4:3	69.12	−3.64	3.58
Стандартная 16 -мм пленка рамка	12.70	10.26	7.49	11:8	76.85	−3.49	3.41
1/1,2 "( Nokia 808 PureView )	13.33	10.67	8.00	4:3	85.33	−3.34	3.24
1/1,12 "( Xiaomi Mi 11 Ultra )	14.29	11.43	8.57	4:3	97.96		3.03
Blackmagic Pocket Cinema Camera и Blackmagic Studio Camera	14.32	12.48	7.02	16:9	87.6	−3.30	3.02
Super 16 мм кадр пленки	14.54	12.52	7.41	5:3	92.80	−3.22	2.97
1 "( Nikon CX , Sony RX100 , Sony RX10 , Sony ZV1 , Samsung NX Mini )	15.86	13.20	8.80	3:2	116	−2.89	2.72
1 " Digital Bolex D16	16.00	12.80	9.60	4:3	123	−2.81	2.70
1.1 "Sony IMX253	17.46	14.10	10.30	11:8	145	−2.57	2.47
Blackmagic Cinema Camera EF	18.13	15.81	8.88	16:9	140	−2.62	2.38
Blackmagic Pocket Cinema Camera 4K	21.44	18.96	10	19:10	190	−2.19	2.01
Четыре трети , микро -четыре трети ("4/3", "M4/3")	21.60	17.30	13	4:3	225	−1.94	2.00
Blackmagic Production Camera/URSA/URSA Mini 4K	24.23	21.12	11.88	16:9	251	−1.78	1.79
1.5 " Canon PowerShot G1 X Mark II	23.36	18.70	14	4:3	262	−1.72	1.85
"35 мм" 2 Perf TechniScope	23.85	21.95	9.35	7:3	205.23	−2.07	1.81
Оригинальный Sigma Foveon X3	24.90	20.70	13.80	3:2	286	−1.60	1.74
Красный дракон 4.5k (ворон)	25.50	23.00	10.80	19:9	248.4	−1.80	1.66
"Супер 35 мм" 2 перфу	26.58	24.89	9.35	8:3	232.7	−1.89	1.62
Canon EF-S , APS-C	26.82	22.30	14.90	3:2	332	−1.38	1.61
Стандартный 35 -мм пленка рамка (фильм)	27.20	22.0	16.0	11:8	352	−1.30	1.59
Blackmagic Ursa Mini/Pro 4.6K	29	25.34	14.25	16:9	361	−1.26	1.49
APS-C ( Sony α , Sony E , Nikon DX , Pentax K , Samsung NX , Fuji X )	28.2–28.4	23.6–23.7	15.60	3:2	368–370	−1,23 до -1,22	1.52–1.54
Супер 35 мм пленка 3 перфу	28.48	24.89	13.86	9:5	344.97	−1.32	1.51
Red Dragon 5K S35	28.9	25.6	13.5	17:9	345.6	−1.32	1.49
Супер 35 -мм пленка 4 перфу	31.11	24.89	18.66	4:3	464	−0.90	1.39
Canon APS-H	33.50	27.90	18.60	3:2	519	−0.74	1.29
Arri Alev III ( Alexa Sxt , Alexa Mini , Amira), Red Helium 8k S35	33.80	29.90	15.77	17:9	471.52	−0.87	1.28
Красный Дракон 6K S35	34.50	30.7	15.8	35:18	485.06	−0.83	1.25
35-мм пленка, полнокатрадровые , ( Canon EF , Nikon FX , Pentax K-1 , Sony α , Sony Fe , Leica M )	43.1–43.3	35.8–36	23.9–24	3:2	856–864	0	1.0
Арри Алекса Л.Ф.	44.71	36.70	25.54	13:9	937.32	0.12	0.96
Red Monstro 8k VV, panavision Millenium dxl2	46.31	40.96	21.60	17:9	884.74	0.03	0.93
Leica s	54	45	30	3:2	1350	0.64	0.80
Pentax 645D , Hasselblad X1D-50C, Hasselblad H6D-50C, CFV-50C, Fuji GFX 50S	55	43.8	32.9	4:3	1452	0.75	0.79
Стандартный 65/70 мм рамка пленки	57.30	52.48	23.01	7:3	1208	0.48	0.76
Арри Алекса 65	59.86	54.12	25.58	19:9	1384.39	0.68	0.72
Kodak приобрести 39000 CCD	61.30	49	36.80	4:3	1803	1.06	0.71
Лист афи 10	66.57	56	36	14:9	2016	1.22	0.65
Средний формат ( Hasselblad H5D-60C, Hasselblad H6D-100C)	67.08	53.7	40.2	4:3	2159	1.32	0.65
Фаза первая P 65+ , IQ160, IQ180	67.40	53.90	40.40	4:3	2178	1.33	0.64
Средний формат 6 × 4,5 см (также называемый форматом 645 )	70	42	56	3:4	2352	1.44	0.614
Средний формат 6 × 6 см	79	56	56	1:1	3136	1.86	0.538
Imax Film Frame	87.91	70.41	52.63	4:3	3706	2.10	0.49
Средний формат 6 × 7 см	89.6	70	56	5:4	3920	2.18	0.469
Средний формат 6 × 8 см	94.4	76	56	3:4	4256	2.30	0.458
Средний формат 6 × 9 см	101	84	56	3:2	4704	2.44	0.43
Большой пленка 4 × 5 дюймов	150	121	97	5:4	11737	3.76	0.29
Большой пленка 5 × 7 дюймов	210	178	127	7:5	22606	4.71	0.238
Большой пленка 8 × 10 дюймов	300	254	203	5:4	51562	5.90	0.143

Смотрите также

• Полнокадровый цифровой SLR
• Размер датчика и угол обзора
• 35 мм эквивалентное фокусное расстояние
• Формат фильма
• Цифровая и пленка фотография
• Список больших видеокамерных видеокамеров с датчиком
• Список датчиков, используемых в цифровых камерах
• Угол обзора
• Фактор урожая
• Поле зрения

Внешние ссылки

• Эрик Фоссум: фотоны к битам и за его пределами: наука и технология цифровых технологий , 13 октября 2011 г. (видео на YouTube о лекции)
• Джозеф Джеймс: эквивалентность в Джозефе Джеймсе Photography
• Саймон Тиндеманс: Альтернативные фотографии-параметры: независимый от формата подход в 21-й CenturyShoebox
• Компактная камера Высокие режимы ISO: отделение фактов от шумиха на dpreview.com, май 2007 г.
• Лучший компромисс для компактной камеры - датчик с 6 миллионами пикселей или лучшим датчиком с размером пикселя> 3 мкм при 6 млн.
• [2] на Hasselblad.com