TAMAÑO DE SENSOR DE LA CAMARA DIGITAL

DIGITAL TAMAÑOS SENSOR DE LA CÁMARA

Este artículo tiene como objetivo hacer frente a la pregunta: ¿cómo el tamaño del sensor de la cámara digital influye en diferentes tipos de fotografía? La elección del tamaño del sensor es análogo a escoger entre 35 mm, formato medio y cámaras de gran formato de película - con algunas diferencias notables únicas a la tecnología digital. Mucha confusión surge a menudo sobre este tema, porque hay tanto así que muchas opciones de diferentes tamaños, y tantos compensaciones en relación con la profundidad de campo, el ruido de la imagen, la difracción, el costo y el tamaño / peso.


RESUMEN DE MEDIDAS DE SENSORES

Tamaños del sensor actualmente tienen muchas posibilidades, dependiendo de su uso, punto de precio y la portabilidad deseada. El tamaño relativo para muchos de estos se muestra a continuación:

1Ds/5D de Canon y Nikon D3 serie son los sensores más comunes de formato completo.Cámaras de Canon como la Rebel/60D/7D todos tienen un factor de recorte 1.6x, mientras que los principales cámaras Nikon SLR tienen un factor de recorte de 1,5 x. La tabla anterior excluye el factor de recorte 1,3 X, que se utiliza en cámaras de la serie 1D de Canon.

Los teléfonos con cámara y otras cámaras compactas utilizan tamaños de sensor en el rango de aproximadamente 1/4 "a 2/3". Olympus, Fuji y Kodak todas se unieron para crear un sistema estándar de 4/3, que tiene un factor de recorte 2X en comparación con la película de 35 mm. Formato medio y los sensores más grandes existen, sin embargo, estos son mucho menos comunes y actualmente prohibitivamente caro. Éstos no lo se tratan en este particular, pero los mismos principios se siguen aplicando.

CROP FACTOR y multiplicación focal

El factor de recorte es de tamaño diagonal del sensor en comparación con un sensor de fotograma completo de 35 mm . Se llama así porque cuando se utiliza una lente de 35 mm, como un sensor de eficacia aflora la parte de la imagen en el exterior (debido a lo limitado de su tamaño).

35 mm Ángulo completo Frame of View

Uno podría pensar inicialmente que tirar información de la imagen no es lo ideal, sin embargo, tiene sus ventajas. Casi todas las lentes son más agudo en sus centros, mientras que la calidad se degrada progresivamente hacia los bordes. Esto significa que un sensor recortada descarta efectivamente las partes más bajas de calidad de la imagen , que es bastante útil cuando se utilizan lentes de baja calidad (ya que estos tienen típicamente la peor calidad de los bordes).

Uncropped fotografía
Crop Center
Crop Corner

Por otro lado, esto también significa que uno está llevando a una lente mucho más grande de lo necesario - un factor particularmente relevante para aquellos que llevan su cámara durante períodos prolongados de tiempo (véase la sección siguiente). Lo ideal sería utilizar casi toda la luz la imagen transmitida desde el objetivo, y este objetivo sería de alta calidad suficiente para que el cambio en la nitidez sería insignificante hacia los bordes.

Además, el rendimiento óptico de las lentes de gran angular rara vez es tan buena como las longitudes focales más largas . Dado que un sensor recortada se ve obligado a utilizar una lente de ángulo amplio para producir el mismo ángulo de visión que un sensor más grande, esto puede degradar la calidad. Sensores más pequeños también ampliar la región central de la lente más, por lo que su límite de resolución es probable que sea más evidente para las lentes de menor calidad. 

Del mismo modo, el multiplicador de longitud focal se refiere la longitud focal de una lente usada en un formato más pequeño a una lente de 35 mm produciendo un ángulo de visión equivalente , y es igual al factor de recorte. Esto significa que una lente de 50 mm utilizada en un sensor con un factor de recorte 1.6X produciría el mismo campo de visión como una x 50 = 1,6 mm de la lente 80 sobre un sensor de fotograma completo 35 mm.

Tipo de sensor

                  SLR digital con CF de 1.6X

Longitud focal del objetivomm

Multiplicador focal Longitud:
Equivalente a 35 mm Distancia focal:

Ten en cuenta que estos dos términos puede ser algo engañoso. La distancia focal del objetivo no cambia sólo porque una lente se utiliza en un sensor de tamaño diferente - sólo su ángulo de visión. Una lente de 50 mm es siempre una lente de 50 mm, independientemente del tipo de sensor. Al mismo tiempo, "factor de recorte" puede no ser apropiado para describir muy pequeños sensores debido a que la imagen no se recorta necesariamente a cabo (cuando se utilizan objetivos diseñados para que el sensor).

TAMAÑO Y PESO LENTE CONSIDERACIONES

Sensores más pequeños requieren lentes claros (para un ángulo de visión equivalente, la gama zoom, calidad de construcción y el rango de apertura). Esta diferencia puede ser fundamental para la vida silvestre, el senderismo y la fotografía del viaje, porque todos estos a menudo utilizan lentes pesadas o requieren equipos de transporte para largos períodos de tiempo. La siguiente tabla ilustra la tendencia de una selección de Canon teleobjetivo típicas en el deporte y la vida al aire libre:

peso frente al lente de distancia focal

Una implicación de esto es que si uno requiere al sujeto que ocupan la misma fracción de la imagen en una cámara de 35 mm como el uso de una lente de 2,8 200 mm en una cámara con un factor de recorte de 1,5 X (que requiere un mm 2,8 300 objetivo), se tendría que llevar a 3,5 veces tanto peso! Esto también hace caso omiso de la diferencia de tamaño entre los dos, lo que puede ser importante si uno no quiere llamar la atención en público. Además, las lentes más pesados ​​suelen costar mucho más.

pentaprisma de la cámara SLR

Para las cámaras SLR, sensor de mayor tamaño resultan en imágenes visor más grande y más clara, que puede ser especialmente útil cuando el enfoque manual. Sin embargo, estos también serán más pesados ​​y más costoso, ya que requieren un prisma más grande / pentaespejo para transmitir la luz de la lente en el visor y hacia el ojo.

PROFUNDIDAD DE LOS REQUISITOS DE CAMPO

A medida que aumenta el tamaño del sensor, la profundidad de campo disminuye, por una abertura dada (al llenar el marco con un objeto del mismo tamaño y la distancia). Esto se debe a que los sensores más grandes requieren de uno a acercarse a su sujeto, o de usar una longitud focal más larga con el fin de llenar el encuadre con ese tema. Esto significa que uno tiene que utilizar cada vez más pequeños tamaños de abertura con el fin de mantener la misma profundidad de campo en sensores más grandes. La siguiente calculadora predice la abertura requerida y la distancia focal con el fin de lograr la misma profundidad de campo (mientras se mantiene la perspectiva).

Profundidad de campo equivalentes

Sensor # 1

                  SLR digital con CF de 1.6X

Apertura seleccionado

              f/2.0

Longitud focal del objetivomm

Sensor # 2

                  SLR digital con CF de 1.6X
Requerido * Distancia focal:
Apertura requerido:

* Si se desea la misma perspectiva.

Como un ejemplo de cálculo, si se quiere reproducir la misma perspectiva y la profundidad de campo de un sensor de fotograma completo como la obtenida usando una lente de 10 mm af/11 en una cámara con un factor de recorte 1.6x, sería necesario utilizar un lente de 16 mm y una abertura de aproximadamente F/18. Alternativamente, si se utiliza una lente f/1.4 50 mm en un sensor de fotograma completo, esto produciría una profundidad de campo tan superficial que requeriría una abertura de 0,9 en una cámara con un factor de recorte 1.6X - no es posible con las lentes de consumo!

Retrato
(someras DOF)
Paisaje
(grande DOF)

Una profundidad de campo puede ser deseable para los retratos, ya que mejora desenfoque de fondo, mientras que es deseable para fotografía de paisaje una mayor profundidad de campo. Esta es la razón por cámaras compactas tienen dificultades para producir significativos desenfoque de fondo en los retratos, mientras que las cámaras de gran formato tienen dificultades para producir una adecuada profundidad de campo en los paisajes.

Tenga en cuenta que la calculadora anterior se supone que tiene un objetivo en el nuevo sensor (# 2), que puede reproducir el mismo ángulo de visión que en el original del sensor (# 1). Si en lugar de utilizar el mismo objetivo, a continuación, los requisitos de apertura siguen siendo los mismos (pero usted tendrá que acercarse a su sujeto). Esta opción, sin embargo, también cambia la perspectiva.

INFLUENCIA DE DIFRACCIÓN

Los tamaños de sensores pueden utilizar aperturas más pequeñas antes de que el disco ventilado de difracción se hace más grande que el círculo de confusión (determinado por el tamaño de la impresión y los criterios de nitidez). Esto es principalmente porque los sensores más grandes no tienen que ser ampliada tanto con el fin de lograr el mismo tamaño de impresión. A modo de ejemplo: una teoría podría utilizar un sensor digital del tamaño de 8x10 pulgadas, por lo que su imagen no tendría que ser ampliada en absoluto para una impresión de 8x10 pulgadas, mientras que un sensor de 35 mm requeriría la ampliación significativa.

Utilice la siguiente calculadora para estimar cuándo difracción empieza a reducir la nitidez.Tenga en cuenta que esto sólo se muestra cuando la difracción será visible cuando se ve en pantalla al 100% - si esto será evidente en la impresión final también depende de la distancia de visualización y el tamaño de impresión. 

Difracción Estimador Apertura Limited

Tamaño del sensor

                  SLR digital con CF de 1.6X

ResoluciónMegapixels

Difracción de apertura limitada:

Tenga en cuenta que el inicio de la difracción es gradual, por lo aberturas ligeramente mayor o menor que el límite de difracción por encima de la voluntad no es todo de una mirada repentina mejor o peor, respectivamente. Además, lo anterior es sólo un límite teórico; los resultados reales dependerán también de características de la lente. Los siguientes diagramas muestran el tamaño del disco de Airy (capacidad de resolver máxima teórica) de dos aberturas en contra de una cuadrícula que representa tamaño de píxel:

Límites de densidad de píxeles Resolución
(Requisito DOF)
Airy disco Límites Resolución
(Requisito DOF profundo)

Una implicación importante de los resultados anteriores es que el tamaño de píxel de difracción limitada aumenta para los sensores más grandes (si la profundidad de los requisitos de campo siguen siendo los mismos). Este tamaño de píxel se refiere a cuando el tamaño del disco ventilado se convierte en el factor limitante en la resolución total - no la densidad de píxeles. Además, la profundidad de difracción limitada de campo es constante para todos los tamaños de sensor. Este factor puede ser crítico al decidir sobre una nueva cámara para su uso previsto, debido a que más píxeles pueden no necesariamente tiene más resolución (por la profundidad de las necesidades sobre el terreno). De hecho, más píxeles pueden incluso dañar la calidad de la imagen aumentando el ruido y la reducción de rango dinámico (sección siguiente).

Pixel Tamaño: Niveles de ruido y rango dinámico

Sensores más grandes generalmente también tienen píxeles más grandes (aunque esto no es siempre el caso), que les dan el potencial para producir menor ruido de la imagen y tener un rango dinámico superior. El rango dinámico describe la gama de tonos que un sensor puede captar a continuación cuando un píxel se vuelve completamente blanco, pero todavía por encima de la textura cuando es indiscernible del ruido de fondo (cerca de negro). Desde píxeles más grandes tienen un mayor volumen - y por lo tanto un mayor rango de la capacidad de fotón - estos generalmente tienen un rango dinámico superior.

píxeles del sensor digitales

Nota: Las caries aparecen sin filtros de color presentan

Además, más píxeles reciben un mayor flujo de fotones durante un tiempo de exposición determinado (en el mismo intervalo de diafragma), por lo que su señal de luz es mucho más fuerte. Para una determinada cantidad de ruido de fondo, esto produce una señal a ruido más alta - y por lo tanto una foto mirando más suave.

Píxeles más grandes
(con un sensor más grande)
Píxeles más pequeños
(con un sensor más pequeño)

Este no es siempre el caso, sin embargo, debido a que la cantidad de ruido de fondo también depende de proceso de fabricación del sensor y la eficiencia con la cámara extrae la información tonal de cada píxel (sin introducir ruido adicional). En general, sin embargo, la tendencia anterior es cierto. Otro aspecto a considerar es que incluso si dos sensores tienen el mismo ruido aparente cuando se ve en 100%, el sensor con el número de píxeles alto producirá un limpiador mirando impresión final . Esto es debido a que el ruido se hace agrandan menos para el sensor de número de píxeles superior (para un tamaño de impresión determinado), por lo tanto, este ruido tiene una frecuencia más alta y por lo tanto aparece de grano más fino.

Costo de producción de sensores digitales

El coste de un sensor digital se eleva dramáticamente a medida que aumenta su área. Esto significa que un sensor con dos veces el área va a costar más del doble, por lo que está pagando efectivamente más por unidad "real estate sensor" a medida que mueve a los tamaños más grandes.

oblea de silicio dividido en pequeños tamaños de sensor oblea de silicio dividido en grandes tamaños de sensor
Oblea de silicio 
(dividido en pequeños sensores)
Oblea de silicio 
(dividido en grandes sensores)

Uno puede entender esto mirando cómo los fabricantes hacen sus sensores digitales. Cada sensor se corta de una hoja más grande de material de silicio llamado una oblea, que puede contener miles de chips individuales. Cada oblea es extremadamente caro (miles de dólares), por lo tanto, un menor número de chips por oblea resultado en un costo mucho mayor por chip. Por otra parte, la probabilidad de un defecto irreparable (demasiados píxeles calientes o de otra manera) que termina en un determinado sensor aumenta con el área del sensor, por lo tanto, el porcentaje de sensores utilizables va hacia abajo con el aumento de área del sensor (rendimiento por oblea). Suponiendo que estos factores (chips por oblea y rendimiento) son los más importantes, los costos aumentan proporcional al cuadrado de área del sensor (un sensor de 2X como los costos de grandes 4X más). Fabricación del mundo real tiene un tamaño más complicado frente a la relación de costos, pero esto le da una idea de los costos exorbitantes.

Esto no quiere decir sin embargo que ciertos sensores de tamaño siempre será prohibitivo, su precio puede llegar a caer, pero el costo relativo de un sensor más grande es probable que siga siendo mucho más caros (por unidad de área) en comparación con algunos de menor tamaño.

OTRAS CONSIDERACIONES

Algunos objetivos sólo están disponibles para ciertos tamaños de sensor (o puede que no funcione como se pretende lo contrario), que también podrían ser una consideración si éstas ayudan a su estilo de fotografía. Un tipo es notable inclinación / turno lentes, que permiten una para aumentar (o disminuir) la aparente profundidad de campo con la función de inclinación. inclinación / desplazamiento lentes también pueden usar el desplazamiento para controlar la perspectiva y reducir (o eliminar) la convergencia de las líneas verticales causados ​​por dirigir la cámara por encima o por debajo del horizonte (útil en fotografía de arquitectura).Además, las lentes de ultra gran angular rápidos (f/2.8 o mayor) no son tan comunes para los sensores recortadas, que puede ser un factor decisivo si es necesario en los deportes o fotoperiodismo.

CONCLUSIONES: IMAGEN GLOBAL Y FACTORES DE DETALLE EN COMPETENCIA

La profundidad de campo es mucho más superficial de los sensores de formato más grande, sin embargo, también se podría utilizar una apertura menor antes de alcanzar el límite de difracción (para el tamaño de impresión elegido y los criterios de nitidez). Así que la opción que tiene el potencial para producir la foto más detallada? Sensores más grandes (y número de píxeles correspondientemente más altos), sin duda, producen más detalles si usted puede permitirse el lujo de sacrificar la profundidad de campo. Por otro lado, si desea mantener la misma profundidad de campo, mayor tamaño del sensor no necesariamente tienen una ventaja resolución . Además, la profundidad de difracción limitada de campo es el mismo para todos los tamaños de sensor . En otras palabras, si se fuera a usar la apertura más pequeña antes de difracción se hizo significativa, todos los tamaños de sensor se producen la misma profundidad de campo - a pesar de que la abertura de difracción limitada será diferente.

Notas Técnicas : Este resultado supone que su tamaño de píxel es comparable con el tamaño de la difracción de disco ventilado limitada para cada sensor en cuestión, y que cada lente es de calidad comparable. Por otra parte, la función de lente de inclinación es mucho más común en las cámaras de formato más grande - que permite una para cambiar el ángulo del plano focal y por lo tanto aumentar la aparente DOF.

tiempo de exposición requerido frente área del sensor

Otro resultado importante es que si la profundidad de campo es el factor limitante, la exposición requerida de tiempo aumenta con el tamaño del sensor para la misma sensibilidad. Este factor es probablemente el más relevante para fotografía macro y paisaje nocturno. Tenga en cuenta que incluso si las fotos se pueden tomar de mano en un formato más pequeño, esas mismas fotos pueden no necesariamente ser tomadas de mano en el formato más grande.

Por otra parte, los tiempos de exposición no necesariamente aumentar tanto como se podría suponer inicialmente, ya que los sensores más grandes generalmente tienen menos ruido (y por lo tanto puede darse el lujo de utilizar un ajuste de sensibilidad ISO más alta, mientras que el mantenimiento de ruido percibido similar).

Idealmente, los niveles de ruido percibidos (en un tamaño de impresión dado) generalmente disminuyen con sensores de las cámaras digitales más grandes (independientemente del tamaño de píxel) .

No importa cuál sea el tamaño de los píxeles, los sensores más grandes tienen inevitablemente más área de recolección de luz. Teóricamente, un sensor más grande, con píxeles más pequeños todavía tendrá menos ruido aparente (para un tamaño de impresión determinado) de un sensor más pequeño con píxeles más grandes (y un número de píxeles total mucho menor resultante). Esto se debe a que el ruido en la cámara de mayor resolución queda ampliado menos, aunque puede parecer más ruidoso al 100% en la pantalla del ordenador. Alternativamente, se podría concebiblemente píxeles adyacentes promedio en el sensor de número de píxeles superior (reduciendo así el ruido aleatorio) sin dejar de lograr la resolución del sensor de número de píxeles inferior. Esta es la razón por imágenes downsized para la web y copias de menor tamaño se ven tan libre de ruido.

Notas técnicas : Todo esto supone que las diferencias de microlentes eficacia y la distancia entre píxeles son insignificantes. Si la distancia entre píxeles tiene que permanecer constante (debido a la lectura y otros circuitos en el chip), entonces la densidad de píxeles mayor se traducirá en menos área de captación de luz a menos que las microlentes pueden compensar esta pérdida. Además, esto ignora el impacto de patrón fijo o ruido de corriente oscura, que puede variar significativamente dependiendo del modelo de cámara y lectura circuitos.

En general: sensores más grandes generalmente proporcionan un mayor control y mayor flexibilidad artística, pero a costa de requerir lentes de mayor tamaño y el equipo más caro . Esta flexibilidad permite a uno crear una profundidad de campo que es posible con un sensor más pequeño (si lo desea), pero aún así lograr una profundidad comparable de campo a un sensor más pequeño utilizando una mayor velocidad de ISO y la abertura más pequeña (o cuando se utiliza u

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