Megapixelowe oszustwo


Wysoka rozdzielczość większości kojarzy się z jakością, a miniaturyzacja z wygodą. Czy można to pogodzić?
Niestety nie bardzo. Duże upakowanie matrycy podnosi jej szumy. Zatem lustrzanki mogąc pozwolić sobie na większą matrycę dają lepszy obraz z racji mniejszego szumu. Z drugiej strony w kompaktowych aparatach potrzebna jest jak najmniejsza matryca. Czy eliminując szum możnaby pogodzić miniaturyzację z wysoką rozdzielczością? Okazuje się, że nie. Co więcej, okazało się, że możliwość robienia 14-megapixelowego zdjęcia kompaktem, to oszustwo. Ile zatem megapixeli rejestruje  aparat naprawdę?

Co właściwie rejestruje aparat

Światło jest falą, więc tworzy dyfrakcje. Punkty świetlne są zatem raczej plamami (krążki dyfrakcyjne). Ich wielkośc zależy od przesłony i właśnie wielkość tej plamki to jest właściwa rozdzielczość.
Poniższy wzór służy dla obliczenia wielkości średnicy krążka dyfrakcji (d), który jesteśmy w stanie rozpoznać jako punkt.

d = 2,44 * długość fali lambda * przysłona

Przykładowo dla przesłony 2,8 otrzymamy dla fali:
niebieskiej (440nm) d = 3,01 mikrometra,
zielonej (550 nm) d = 3,76 mikrometra,
czerwonej (770 nm) d = 4,78 mikrometra

Dla przesłony 5,6 otrzymamy dla fali:
niebieskiej (440nm) d = 6,01 mikrometra,
zielonej (550 nm) d = 7,22 mikrometra,
czerwonej (770 nm) d = 9,56 mikrometra

Dla przesłony 11, otrzymamy dla fali:
niebieskiej (440nm) d = 11,81 mikrometra,
zielonej (550 nm) d = 14,76 mikrometra,
czerwonej (770 nm) d = 18,79 mikrometra

Takie wielkości otrzymalibyśmy dla idealnego obiektywu, ale do tego wszystkiego dochodzą niedoskonałości optyki: strata światła, przy maksymalnie otwartej przesłonie aberacje chromatyczne (różnej długości fale inaczej się załamują), spadek rozdzielczości wraz ze zbliżaniem się do krawędzi itd. W praktyce najlepszą wydajność uzyskuje się przy przesłonie w zakresie 5,6 do 11.

W praktyce wielkość pojedyńczego rejestrowanego punktu waha się od 6 do 18 mikrometrów. Wystarczy zatem matryca, której pojedyńczy pixel jest wielkości 6,01 mikrometrów. Mniejsze i tak nie zarejestrują różnic.

Na czym polega oszustwo

Wielkość pojedyńczego pixela otrzymamy dzieląc fizyczną szerokość matrycy przez liczbę pixeli w poziomie. Oto jakie wielkości (w mikrometrach) otrzymałem:

kompakty
Canon Powershot S45 (7,18mm 2272 pix) =    3,16
Panasonic tz6 (6,16mm 3648pix) = 1,69
Canon Powershot SX210 IS (6,16mm 4320pix) = 1,43

lustrzanki
Canon EOS 1000D (22,20mm 3888pix) = 5,71
Canon EOS 1Ds mark III (36,00mm 5616pix) = 6,41

Zatem jeśli pojedyńczy krążek dyfrakcji jest wielkości 6 mikrometrów, to widać, że jedynie lustrzanki mają rozdzielczość matrycy pokrywającą się z tym, co wpada przez obiektyw. W kompaktach pixel jest zbyt mały, aby odnotować różnice. Plamka „sieje” po kilku pixelach na raz i nici z tych deklarowanych megapixeli.

Jeśli wielkość matrycy podzielimy przez wielkość plamki (tu przyjąłem 6 mikrometrów), to otrzymamy faktyczną rozdzielczość jaką można uzyskać przy danym rozmiarze matrycy  (w nawiasie podałem nominalną rozdzielczość matrycy oraz szerokość i wysokość w mm), oto wyniki:

Canon Powershot S45 (4 Mpix; 7,18 x 5,32) – 1,06 Mpix
Panasonic tz6 (10 Mpix; 6,16 x 4,62) – 0,79 Mpix
Canon Powershot SX210 IS (14 Mpix; 6,16 x 4,62)  0,79 Mpix

Co, trochę mało wyszło? No dobra, załóżmy, że mamy idealny obiektyw i rejestrujemy plamkę takiej wielkości, jak najmniejsza przysłona w zainstalowanym obiektywie. Oto wyniki:

Canon Powershot S45 (dla f/2,8 plamka 3,01 mikrometra) – 4,22 Mpix
Panasonic tz6 (f/3.3 plamka 3,54 mikrometra) – 2,27 Mpix
Canon Powershot SX210 IS (f/3,1 plamka 3,33 mikrometra) – 2,27 Mpix

Jedynie rozdzielczość starego Powershota S45 zgadza się z tym, co mamy napisane na sprzęcie. Czyli co, teraz jest gorzej niż 8 lat temu?

Każdy aparat ma procesor, który oblicza wartość na podstawie różnic z sąsiednich pixeli. Mając gęstą matrycę dostaje całkiem spory zbiór danych dotyczących nachodzących na siebie plamek w danym obszarze. Z tego da się coś jeszcze wyciągnąć. Jakby jednak na to nie patrzeć, nie sądzę aby można było dużo odzyskać pixeli. Z pewnością nie otrzymamy deklarowanych 10 czy  14 megapixeli. To tylko marketingowe chwyty.Poza tym stratna kompresja JPEG skutecznie zdegraduje jakość.

Wygląda na to, że gdy kupię cyfraka, to zredukuję wielkość fotografii. Może nawet o połowę. Jakość nie spadnie, a zaoszczędzę miejsca na nośniku.

Odbitki

Ostatnie pytanie jakie sobie zadałem, to na czym oglądać zrobione zdjęcia. Jeśli na ekranie monitora, to rozdzielczość wystarczy taka jak monitora. Rozdzielczość ekranu 2560×1600 to 4 Megapixele. Jeśli w postaci odbitek z fotolabu, to już zależy od wielkości odbitki. Zwykle dostępny jest druk 300 dpi zatem dla odbitek wystarczy odpowiednio:

10×15  – 3 Mpix
13×18 – 4 Mpix
15×21 – 5 Mpix
20×30 – 9 Mpix
25×38 – 14 Mpix

Czyli, 4 megapixele wystarczą? Niby tak, ale… gdy uda się raz na 10 lat zrobić takie zdjęcie, które aż chciałoby się wydrukować w dużym formacie i powiesić na ścianie, to pewnie pożałowalibyśmy skąpstwa 😉

7,18 5,32

Komentarze nie są dozwolone.