어두운 곳에서 큰 센서가 더 나은 이유는 무엇입니까?

의 상단의 대답 은 무엇 포인트와 촬영 낮은 조명 조건에서 좋은? (1) 빠른 렌즈 / 와이드 조리개 (2) 합리적인 ISO 400+ 취급 및 (3) 대형 센서를 조합하면 어두운 곳에서 촬영하는 데 중요합니다.

첫 번째는 (더 많은 빛을 비추는) 이해하고 두 번째는 "필름"이 빛에 더 민감하다는 것을 이해합니다. 세 번째 요소를 이해하지 못해 죄송합니다.

크고 작은 센서가 동일한 메가 픽셀을 갖는 경우의 차이를 이해하는 것이 가장 쉽습니다. APS-C 센서가 더 작은 카메라와 풀 프레임 센서가 장착 된 가상 카메라가 둘 다 있고 둘 다 8 메가 픽셀이라고 가정하면 그 차이는 픽셀 밀도 로 축소됩니다 .

APS-C 센서는 약 24x15mm이고 풀 프레임 (FF) 센서는 36x24mm입니다. 면적면에서 APS-C 센서는 약 360mm ^ 2 이고 FF는 864mm ^ 2 입니다. 이제 기능 픽셀 인 센서의 실제 영역을 계산하는 것은 실제 관점에서 볼 때 다소 복잡 할 수 있으므로 센서 의 전체 표면적이 기능 픽셀 전용 인 시간에 이상적인 센서 를 가정합니다. 이러한 픽셀은 가능한 한 효율적으로 사용되며 빛에 영향을 미치는 다른 모든 요소 (초점 거리, 조리개 등)가 동일하다고 가정합니다. 우리의 가상 카메라가 모두 8mp라는 것을 감안할 때 각 픽셀 의 크기가 명확합니다.APS-C 센서의 경우 FF 센서의 각 픽셀 크기보다 작습니다. 정확한 용어로 :

APS-C :
360mm ^ 2 / 8,000,000 픽셀 = 0.000045mm ^ 2 /
px-> 0.000045mm ^ 2 * (1000µm / mm) ^ 2 = 45µm ^ 2 (평방 미크론)
-> sqrt (45µm ^ 2) = 6.7 µm

FF :
864mm ^ 2 / 8,000,000px = 0.000108mm ^ 2 /
px-> 0.000108 mm ^ 2 * (1000 µm / mm) ^ 2 = 108µm ^ 2 (미크론)
-> sqrt (108µm ^ 2) = 10.4µm

"픽셀 크기"또는 각 픽셀의 너비 또는 높이 (일반적으로 사진 기어 웹 사이트에서 인용)에 대해 더 단순하고 정규화 된 용어에는 다음과 같은 것이 있습니다.

APS-C 픽셀 크기 = 6.7µm 픽셀
FF 픽셀 크기 = 10.4µm 픽셀

픽셀 크기 측면에서 FF 8mp 카메라는 APS-C 8mp 카메라보다 1.55 배 더 큰 픽셀을 갖습니다. 그러나 픽셀 크기의 1 차원 적 차이는 전체 스토리를 알려주지는 않습니다. 픽셀은 빛을 모으는 2 차원 영역을 가지고 있으므로 각 FF 픽셀 의 영역 과 각 APS-C 픽셀 의 차이를 취 하면 전체 이야기를 알 수 있습니다.

108µm ^ 2 / 45µm ^ 2 = 2.4

(이상화 된) FF 카메라는 (이상화 된) APS-C 카메라의 집광력 이 2.4 배 또는 약 1 스탑 정도입니다! 그렇기 때문에 어두운 곳에서 촬영할 때 더 큰 센서가 더 유리한 이유는 무엇입니까? 그들은 주어진 기간 동안 더 큰 집광력을 갖습니다.

대안 적으로, 더 큰 픽셀은 주어진 시간 프레임에서 더 작은 픽셀보다 더 많은 광자 적중 을 캡처 할 수 있습니다 ( '민감도'의 의미).

이제 위의 예와 계산은 모두 "이상화 된"센서 또는 완벽하게 효율적인 센서를 가정합니다. 실제 센서는 이상적이지 않으며 사과 대 사과 방식으로 쉽게 비교할 수 없습니다. 실제 센서는 최대 효율로 표면에 에칭 된 모든 단일 픽셀을 사용하지 않으며, 더 비싼 센서는 더 많은 빛과 더 작은 비 기능적 갭을 모으는 데 도움이되는 마이크로 렌즈와 같은 고급 "기술"을 내장하는 경향이 있습니다. 열 / 행을 이동시키는 각 픽셀, 백라이트 배선 제작은 감광성 요소 아래에서 배선을 활성화하고 읽습니다 (일반적인 설계는 감광성 요소 위에 배선을 남겨두고 간섭하는 경우). 작은 센서보다 메가 픽셀 수가 높기 때문에 문제가 더욱 복잡해집니다.

실제 두 센서의 실제 예는 Canon 7D APS-C 센서와 Canon 5D Mark II FF 센서를 비교하는 것입니다. 7D 센서는 18mp, 5D 센서는 21.1mp입니다. 대부분의 센서는 대략 메가 픽셀 단위로 등급이 매겨져 있으며 센서 필터 역학 등으로 인해 많은 경계 픽셀이 교정 목적으로 사용되므로 일반적으로 시판되는 수보다 약간 더 많습니다. 따라서 18mp 및 21.1mp는 실제라고 가정합니다. 세계 픽셀 수. 이 두 전류 센서와 현대 센서의 집광 성능의 차이는 다음과 같습니다.

7D APS-C : 360mm ^ 2 / 18,000,000px * 1,000,000 = 20µm ^ 2 / px
5DMII FF : 864mm ^ 2 / 21,100,000px * 1,000,000 = 40.947 ~ = 41µm ^ 2 / px

41µm ^ 2 / 20µm ^ 2 = 2.05 ~ = 2

Canon 5D MkII Full-Frame 카메라는 7D APS-C 카메라보다 약 2 배 의 집광력을 가지고 있습니다. 이는 약 1 스탑 의 추가 고유 감도 로 변환됩니다 . (실제로 5DII와 7D의 최대 네이티브 ISO는 6400이지만 7D는 3200과 6400의 5DII보다 약간 더 시끄러 우며 ISO 800 정도에서만 정규화되는 것 같습니다. http : / /the-digital-picture.com/Reviews/Canon-EOS-7D-Digital-SLR-Camera-Review.aspx ) 대조적으로, 18mp FF 센서는 21.1mp FF 센서의 집광 성능의 약 1.17 배입니다. 동일한 (및 APS-C보다 큰) 영역에 더 적은 픽셀이 퍼지므로 5D MkII

엄밀히 말하면 그것은 더 나은 센서 크기가 아니라 픽셀 크기입니다.

더 큰 픽셀은 광자를 포착하고 광자 (광)가 표면에 닿을 때 전자 방출로부터 더 높은 전압을 축적하기 위해 더 많은 표면적을 갖는다. 그러므로 대부분 랜덤 인 고유 잡음은 신호대 잡음비 (S / N)를 증가시키는 높은 전압에 비해 상대적으로 낮다.

누락 된 데이터는 더 큰 센서가 더 큰 픽셀을 갖는 경향이 있다는 것입니다. 풀 프레임 12MP D3S와 자른 12MP D300S를 비교하면됩니다. 각 픽셀은 2.25 배 더 넓은 표면적을 가지므로 D3S는 이러한 뛰어난 ISO 성능을 제공합니다.

편집 (2015-11-24) :

믿지 않는 다운 보터에게는 믿지 않는 새롭고 더 좋은 예가 있습니다. 소니에는 거의 동일한 풀 프레임 카메라 인 A7S II와 A7R II가 있습니다. 센서의 크기는 동일하지만 전자의 해상도는 12MP이고 후자는 42MP입니다. A7S II의 저조도 성능과 ISO 범위는 A7R II보다 훨씬 앞서서 ISO 409,600 대 102,400에 이릅니다. 그것은 더 큰 픽셀을 갖는 경우에만 두 개의 스톱 차이입니다.

단일 픽셀의 크기는 거의 관련이 없습니다. 그것은 도시의 전설입니다!

크기는 같지만 픽셀 수가 다른 센서 (예 : 2MP 및 8MP)를 가진 두 개의 동일한 카메라가 있으며 그에 따라 픽셀 크기가 다릅니다. 센서에 들어오는 빛의 양은 픽셀 크기가 아니라 렌즈의 직경에 따라 다릅니다. 의심 할 여지없이 8MP 사진은 2MP 사진보다 노이즈가 많지만 8MP를 2MP로 축소하면 거의 같은 노이즈 레벨로 거의 같은 사진을 얻을 수 있습니다. 간단한 수학입니다. 나는 센서 로직이 크기 때문에 비용이 거의 들었다 8MP 센서에 비해 2MP에 비해 4 배의 로직을 가지므로 순 감도 센서 영역이 줄어 듭니다. 그러나 그것은 당신에게 1 스탑 (= 50 %)의 비용은 들지 않을 것입니다.

실제로 차이를 만드는 것은 렌즈입니다. 사진을 촬영하면 센서 크기, 픽셀 크기 또는 초점 거리가 아닌 메트릭에 관심이 없습니다. 당신은 주어진 거리에서 얼굴, 사람들의 그룹, 건물 또는 다른 것을 잡기를 원합니다. 관심있는 것은 화각입니다 . 초점 거리는 센서 크기와 화각에 따라 다릅니다. 작은 센서가있는 경우 초점 거리가 작습니다 (예 : 몇 mm). 초점 거리가 작은 렌즈는 직경이 제한되어 있기 때문에 많은 빛을 포착하지 못합니다. 더 큰 센서는 더 큰 초점 거리 를 필요 로하며, 같은 속도의 렌즈는 더 큰 직경을 가지므로 훨씬 더 많은 빛을 포착합니다.

포스터 인쇄를 제외하고 누가 10MP 이상이 필요합니까? 모든 사진이 몇 MP로 축소 되어도 괜찮습니다. 센서 크기는 화질을 직접 제한하지 않지만 렌즈는 그렇지 않습니다. 렌즈 크기는 종종 센서 크기에 따라 다르지만 (필수 아님) 그러나 나는 작은 센서와 많은 MP를 가진 카메라를 보았지만 훌륭한 사진을 찍는 큰 렌즈 (직경 2cm 이상)를 보았습니다.

나는 얼마전에 그 기사 를 썼습니다 . 독일어로되어 있는데, 영어로 번역 할 시간이 없었습니다. 죄송합니다. 더 자세하고 일부 문제 (특히 노이즈 문제)에 대해 좀 더 자세히 설명합니다.

개별 픽셀의 크기는 중요하지 않습니다. 여러 개의 작은 픽셀을 수학적으로 하나의 큰 픽셀로 결합하여 감도를 위해 세부 사항을 거래 할 수 있습니다.

큰 센서 카메라는 주어진 화각에서 작은 센서 카메라보다 더 긴 초점 거리 렌즈를 가지고 있습니다. 이 더 긴 렌즈는 주어진 f- 스톱에 대해 큰 물리적 조리개 (아이리스에서 열림)를 갖습니다. 이로 인해 시스템에 더 많은 빛이 들어오고 더 낮은 조명 성능을 제공합니다. 또한 피사계 심도가 얕습니다.

디지털 센서의 표면은 포토 사이트로 덮여 있습니다. 이들은 렌즈에 의해 투영 된 외부 세계의 이미지를 기록합니다. 노출 중에 광자 형태의 이미지 형성 광선이 센서 표면에 충돌합니다. 광자 히트는 장면 밝기에 비례합니다. 다시 말해서, 장면의 밝은 영역에 해당하는 광자 적중을받는 포토 사이트는 어두운 영역의 이미지 영역에 해당하는 광자보다 많은 광자 적중을받습니다. 노출이 완료되면 포토 사이트에는 장면 밝기에 비례 한 전하가 포함됩니다. 그럼에도 불구하고, 모든 포토 사이트의 충전 정도는 증폭되지 않는 한 유용하기에는 너무 약하다 화상 형성 공정의 다음 단계는 전하를 증폭시키는 것이다.

증폭은 라디오 나 TV의 볼륨을 높이는 것과 같습니다. 증폭은 이미지 신호의 강도를 부팅하지만 정적 형태의 왜곡을 유발합니다. 디지털 이미징에서는이 왜곡을 정적으로 부르지 않습니다. 우리는 이것을 "잡음"이라고 부릅니다. 유도 된 노이즈를 실제로 고정 패턴 노이즈라고합니다. 각 포토 사이트의 특성이 약간 씩 다르기 때문입니다. 다시 말해서 증폭에 각각 다르게 반응합니다. 결과적으로 광자 적중이 거의없는 일부 포토 사이트는 진한 회색 또는 회색으로 이미지를 촬영해야 할 때 검은 색으로 이미지가 표시됩니다. 고정 패턴 노이즈입니다. 증폭을 높이 지 않고 (ISO를 낮게 유지) 카메라의 소프트웨어를 사용하여 완화합니다.

고정 된 패턴 노이즈는 일반적으로 높은 증폭으로 인한 것이기 때문에, 주어진 포토 사이트에서 더 많은 광자 히트가 더 높은 전하를 생성하고 더 적은 증폭이 필요하다는 이유가 있습니다. 결론적으로, 더 큰 이미징 칩은 더 큰 표면적을 가진 더 큰 포토 사이트를 가지므로 노출 중에 더 많은 광자 히트를 허용합니다. 적중이 많을수록 증폭이 줄어 듭니다. 따라서 고정 패턴 노이즈로 인한 왜곡이 줄어 듭니다.

큰 센서는 일반적으로 이미지를 캡처하기 위해 낮은 조명에서 약간 더 나쁩니다. 더 큰 렌즈는 일반적으로 더 큰 센서에 사용할 수 있으며, 피사계 심도가 감소하지 않으면 일반적으로 더 큰 렌즈가 낮은 조명에서 더 좋습니다.

인터넷에는 센서가 모은 빛의 양이 센서의 크기에 비례한다고 주장하는 내용이 많이 있습니다. 이것은 올바르지 않습니다. 렌즈의 동일한 화각으로 센서 크기에 상관없이 동일한 양의 빛이 센서에 투사됩니다. 풀 프레임 센서와 MFT 센서의 픽셀 요소 수가 동일하면 각 요소는 크기에 관계없이 동일한 양의 빛을 감지합니다. 이것을 생각해보십시오. 태양에 유리를 두르고 종이를 두십시오. 아무 일도 일어나지 않습니다. 위에서 언급 한 유리 원과 동일한 직경의 돋보기를 사용하여 종이의 작은 영역에 빛을 집중하면 초점 영역의 에너지 밀도가 훨씬 높아지기 때문에 종이가 가열됩니다. 이미지 센서도 마찬가지입니다. 작은 센서 = 큰 센서보다 높은 에너지 밀도 = 두 센서의 단위 면적당 동일한 에너지. 더 작은 센서에서 더 큰 노이즈의 이유는 다른 곳에 있습니다. 밀집된 이미지 감지 요소 간의 무선 주파수 간섭 일 수 있습니다.