Интернет-магазины с доставкой по России

Мегапиксели, мегапиксели...

Мы все неравнодушны к большим числам, подсознательно считая, что если процессор - то многогигагерцовый, а если матрица - то многомегапиксельная. И продолжается технологическая гонка за мегапикселями, гигагерцами, гигабитами... И звучат в форумах недоуменные вопросы типа: "А почему вы говорите, что камера А лучше камеры В, ведь у камеры В больше пикселей на матрице?!" Но всегда ли "больше" означает "лучше"? Давайте попробуем дать ответ на этот вопрос в конкретной сфере - сфере бытовых видеокамер, которые, кстати, более всех остальных видеокамер подвержены этой гонке за мегапикселями.

Начнем с того, что такой важный параметр как чувствительность матрицы определяется размером (площадью) пикселя - чем он больше, тем больше чувствительность, чем он меньше - тем, соответственно, чувствительность меньше. Уже из этого факта легко понять, что гонка за мегапикселями неизбежно будет вести к потере чувствительности видеокамеры, ведь размер матрицы ограничен и, увеличивая количество пикселей на ней, мы уменьшаем их размер, а значит и чувствительность камеры. Где тут оптимум? Для определенности будем говорить о стандарте DV, который в своей PAL-реализации имеет размер кадра 720х576 (это, кстати, относится и к большинству MPEG2 камер). А это значит, что для достижения оптимального результата нам необходимо всего 720 х 576 = 414720 пикселей! Так? Да, так, но только для 3CCD системы с оптическим стабилизатором, который не требует излишка пикселей для своей работы (далее мы еще вернемся к вопросу о стабилизаторах). Если же мы говорим об одноматричной системе, то, как вы помните, из 400000 пикселей на зеленый цвет придется всего 200000, а на синий с красным - по 100000 пикселей, что явно мало. То есть надо увеличить количество пикселей, чтобы обеспечить приемлемые условия для цветовой интерполяции. Если же стабилизатор на матрице электронный, то число пикселей на ней должно быть еще больше. Практика показывает, что оптимумом для одноматричной DV камеры с электронным стабилизатором является 1-1.3 Мп. на матрице. Ну а как тогда относиться к 2, 3, а последнее время и 4 мегапиксельным видеокамерам? Надо признать, что эти камеры - продукт этой самой "гонки за мегапикселями", не несущей ничего хорошего собственно качеству видео (про фоторежим я тут пока не говорю).

Хотя нельзя не сказать об одном интересном свойстве многомегапиксельных видеокамер, вернее, видеокамер у которых в видеорежиме (PAL) используется 720 х 576 х 4 = 1658880 и более пикселей (видеокамеры Canon с матрицей в 2.2 Мп., видеокамеры Sony с 3 Мп. матрицей). Дело в том, что на картинке с таких видеокамер каждая точка конечного 720 х 576 изображения приходится как раз на один Байеровский RGGB блок (4 пикселя) на матрице камеры. А это, в свою очередь означает, что каждая точка финальной картинки несет в себе законченную цветовую информацию (почти как в 3CCD системе)! То есть мы получаем, в некотором роде, "псевдотрехматричность", что благотворно сказывается на цветопередаче и разрешении таких камер. Ну а с недостатком чувствительности, обусловленным малым размером одной ячейки на такой матрице, можно отчасти бороться, усредняя сигналы с соседних пикселей (пикселей много и простора для такой обработки предостаточно). При этом можно заметно снизить уровень яркостных шумов ("зерна" на изображении, хорошо заметного при недостаточном освещении), что эквивалентно повышению чувствительности.

Но все же лучшей системой для съемки видео формата DV остается система 3CCD, с числом пикселей на каждой матрице около 400000 и оптическим стабилизатором. Только вот любительских камер, обладающих подобными характеристиками, уже не осталось...

Фокусное расстояние и светосила

Даже неискушенные видеолюбители сначала обращают внимание на объектив видеокамеры - большая ли у него "дырка" (считается, что чем больше - тем лучше, в смысле - "светосильнее" будет камера). Но так ли это на самом деле?

Для начала разберемся с такими основополагающим понятием как фокусное расстояние объектива камеры. Наверное, все пользователи видеокамер обращали внимание на цифры, которые обычно нанесены на оправу объектива (что-то типа 1.8/5.1-51 или 4.7-47 мм. 1:1.8). В этом списке числа, разделенные тире (5.1-51 или 4.7-47 в нашем примере) обозначают диапазон фокусных расстояний объектива видеокамеры. Если не вдаваться в подробности, то фокусное расстояние объектива говорит нам о том, какова будет величина поля зрения камеры (или "степень приближения/удаления") для данного размера светочувствительного элемента (матрицы). Чем фокусное расстояние меньше - тем больше поле зрения камеры ("степень удаления" картинки), чем оно больше - тем меньше поле зрение камеры (и больше "степень приближения" картинки). Повторю еще раз - все эти выводы справедливы для данного размера матрицы камеры. Кстати, два значения фокусного расстояния, приводимые на объективе относятся к минимальному и максимальному значению оптического (не путать с электронным или цифровым) зума. По ним очень просто вычислить величину максимального оптического зума - просто разделить большее из них на меньшее. В обоих наших примерах максимальный оптический зум равен 10х.

Теперь о светосиле (втором числе на оправе объектива - в наших примерах оно записано как 1.8 или 1:1.8). Часто думают, что чем больше диаметр объектива камеры, тем больше у него светосила. На самом деле это не так. Давайте посмотрим что происходит на самом деле. Допустим, мы имеем объектив "А" с большой "дыркой" и большим фокусным расстоянием и объектив "В" с "дыркой" в 2 раза меньшего диаметра, но в тоже время и в 2 раза меньшим фокусным расстоянием. Объектив "А" соберет в 4 раза больше света (диаметр у него больше в два раза, площадь поверхности - в 4) чем объектив "В" - тут спору нет. Но, поскольку фокусное расстояние у него тоже больше в 2 раза, а значит и размер элемента картинки на матрице больше в 2 раза, то этот свет распределиться по в 4 раза большей, нежели у объектива "В", площади матрицы. То есть количество света на единицу площади матрицы у обоих объективов будет... правильно, одинаковым. То есть и светосила будет одинаковой.

Из этого примера видно, что светосила определяется не диаметром объектива, а отношением этого диаметра к фокусному расстоянию, которое называется относительным отверстием объектива. Кстати, диафрагма (термин, известный большинству видеолюбителей) как раз обратно пропорциональна относительному отверстию, то есть если оно равно 1/1.8 (фокусное расстояние в 1.8 раза больше диаметра объектива), то диафрагма равна 1.8 И именно это число мы видим написанным на оправе объектива вместе с диапазоном фокусных расстояний. Если быть еще более точным, то светосила определяется квадратом относительного отверстия, например объектив с относительным отверстием 1:1.2 (диафрагма 1.2) по сравнению с объективом, чье относительное отверстие равно 1:1.8 (диафрагма 1.8) соберет в (1:1.2 / 1:1.8)^2 = (1.8/1.2)^2 = 2.25 раза больше света на единицу площади матрицы.

Теперь стоит немного поговорить о нескольких часто задаваемых вопросах.

Вопрос: "Какое фокусное расстояние лучше - маленькое или большое?"
Ответ: Ни то, ни другое. Во-первых, они оба вам нужны - одно для широкоугольной съемки, а другое для съемки крупным планом. Во-вторых, мы даже две разные камеры не можем сравнивать по этому параметру, потому что у разных камер разный размер матрицы и, не учитывая это, мы не сможем сделать сравнение этих камер по широкоугольности (на минимальном зуме) или, наоборот, по степени приближения (на максимальном зуме). Такое сравнение возможно только в том случае, если вы наверняка знаете, что у обоих камер матрицы имеют одинаковые размеры.

Вопрос: "Всегда ли камера с относительным отверстием объектива 1:1.2 даст более яркую картинку с меньшим уровнем шумов, нежели камера с относительным отверстием объектива 1:1.8?"
Ответ: Нет, не всегда. Правда, что объектив камеры с относительным отверстием 1:1.2 всегда соберет в 2.25 раза больше света на единицу площади матрицы, но яркость и уровень шумов итоговой картинки зависят не только от объектива - очень важны еще и матрица, и качество работы электроники. Так что камера с меньшей светосилой, но более качественной матрицей и электроникой вполне способна дать лучшее качество картинки. Так что руководствоваться одной светосилой объектива в данном случае будет ошибочно, она является хотя и важным, но не единственным параметром, влияющим на качество картинки.

Вопрос: "Всегда ли камера с бОльшим максимальным значением оптического зума лучше камеры, у которой это значение меньше?"
Ответ: "Отнюдь не всегда. Действительно, большой оптический зум имеет два весомых преимущества - бОльшую (при прочих равных условиях - читай, при одинаковом размере матрицы) степень приближения, что очевидно, и большее поле зрения на минимальном зуме (минимальном фокусном расстоянии объектива), что уже не так очевидно и обусловлено особенностями оптической схемы объектива с большим диапазоном фокусных расстояний. Казалось бы - все хорошо? Но нет, есть и один существенный недостаток. Дело в том, что очень трудно сделать качественный объектив с большим зумом - такие объективы стоят очень дорого (тысячи, а то и десятки тысяч долларов). А на бытовых видеокамерах с зумом 25-30х нам приходится расплачиваться за это падением качества картинки... Так что не всегда "больше" означает "лучше".

И напоследок - об очень распространенной ошибке. Зачастую в характеристиках объективов видеокамер пишут величину, ошибочно называемую "диаметром объектива" (скажем 30 или 37мм. для камер Sony, 34мм. для камер Canon, 43 мм. для Panasonic NV-GS400GC). Так вот - к настоящему диаметру объектива видеокамеры эта величина имеет весьма косвенное отношение - на самом деле это диаметр посадочной резьбы под светофильтры и насадки. Для того, чтобы приблизительно оценить действительный диаметр объектива надо умножить фокусное расстояние камеры для максимального оптического зума на относительное отверстие для этого же максимального зума - учтите, что на максимальном зуме относительное отверстие несколько меньше, чем на минимальном. К примеру, для камеры Panasonic NV-GS400GC мы приблизительно имеем 39.6 мм х 1/2.8 = 14.1 мм. - весьма сильно отличается от 43 мм. не правда ли?

Широкоэкранный режим: леттербокс и анаморф, "правильный" и "неправильный" 16:9

Все большее и большее количество видеолюбителей хотят снимать широкоэкранное видео, видео в формате 16:9. Ведь все большее и большее количество устройств просмотра (телевизоров, проекторов) выпускаются ориентированными именно на этот формат.

Поэтому стоит кратко обсудить принципы формирования широкоэкранного изображения в современных камерах miniDV (и большинстве MPEG2-видеокамер).

И начнем мы с основополагающего факта - формат DV жестко задает размер кадра итогового видео - 720x576 (PAL). И он должен быть таким в любом режиме, будь то нормальный режим 4:3, будь то широкоэкранный режим 16:9. Если с первым все более-менее ясно, то со вторым возникает проблема - как привести кадр с пропорциями 16:9 к заданному размеру? Путей тут два. Первый, наиболее простой, заключается в том, чтобы взяв исходную картинку 16:9 "дорисовать" её до нужного размера кадра, добавив снизу и сверху пустые области (черные полоски). Называется это леттербоксным преобразованием широкоэкранной картинки. Его проблема заключается в нерациональном использовании кадра - ведь значительную часть кадра занимают области, не несущие никакой информации (черные полосы). Более того, при обработке в видеоредакторах эти области тоже рассматриваются как часть кадра, со всеми вытекающими отсюда последствиями. Например, к ним также будут применяться выбранные вами эффекты - последствия этого могут быть весьма плачевны. Второй путь более сложен в реализации, но лишен присущих леттербоксному преобразованию недостатков. В нем широкоэкранная картинка сжимается по горизонтали до нужных пропорций. При этом, без дополнительной обработки, она выглядит вытянутой по вертикали, с искаженными пропорциями предметов. А широкоэкранный телевизор (или телевизор формата 4:3 с включенным широкоэкранным режимом) опять растягивает её по горизонтали - так что в итоге мы получаем нормальное широкоэкранное изображение, без всяких искажений картинки. Такое преобразование широкоэкранной картинки называется анаморфным преобразованием и оно, очевидно, лишено основных недостатков преобразования леттербоксного, поскольку в нем используется вся площадь кадра. Нижеприведенные иллюстрации наглядно показывают суть обоих преобразований:

Картинка в режиме 16:9

Картинка в режиме 4:3	Леттербоксное представление широкоэкранного режима	Анаморфное представление широкоэкранного режима

Ну а теперь настал черед поговорить о том, как режим 16:9 реализуется на уровне матрицы видеокамеры. Сразу хочу сказать, что единственный правильный способ реализации широкоэкранного режима на этом уровне - матрица с соотношением сторон 16:9. Но я не знаю ни одной бытовой камеры, которая бы имела подобную матрицу(матрицы). Так что нам придется рассмотреть способы формирования широкоэкранного изображения на матрице с соотношением сторон 4:3, то есть нам надо найти способы создания "подматрицы" с соотношением сторон 16:9 внутри матрицы с соотношением сторон 4:3. А их, по сути своей, только два - либо сузить используемую площадь матрицы по вертикали, либо расширить её по горизонтали. Тут надо учесть, что на матрицах современных видеокамер всегда есть излишек пикселей, который используется для фоторежима и/или электронной стабилизации изображения. Вот за счет этого излишка и можно реализовать второй способ. В первом способе мы получим сужение поля зрения по вертикали и уменьшение вертикального разрешения матрицы, во втором - расширение поля зрения по горизонтали при сохранении вертикального разрешения. Эти способы часто называют "неправильным" и "правильным". Наглядно они проиллюстрированы на нижеприведенных рисунках:

"Неправильная"	"Правильная"

На этих рисунках красной рамкой обозначена общая площадь матрицы, синей - площадь матрицы, используемая в режиме 4:3, зеленой - площадь матрицы, используемая в режиме 16:9.

Надо отметить, что на этих рисунках изображены крайние варианты, на самом деле реализация широкоэкранного режима на большинстве современных видеокамер представляет нечто среднее между ними (то есть широкоэкранный режим образуется одновременно как за счет некоторого сужения используемой площади матрицы по вертикали, так и за счет некоторого расширения этой площади по горизонтали).

Хочу особо обратить ваше внимание на тот факт, что анаморф и леттербокс формально никак не связаны с "правильным" и "неправильным" использованием матрицы. То есть вполне возможен "правильный" леттербокс или "неправильный" анаморф.

Ну а при выборе видеокамеры, очевидно, предпочтение надо отдавать тем камерам, которые реализуют режим 16:9 через "правильный" анаморф. Если, конечно, вы собираетесь много снимать в формате 16:9...