Достигли ли обрезанные цифровые датчики своих максимальных проектных пределов?

Question

APS-C и более мелкие датчики, кажется, вышли из-под контроля по количеству мегапикселей, возможно, из-за пределов дифракции. Производительность ISO этих датчиков существенно не увеличилась за последние 2-3 года. APS-C, по-видимому, имеет полезный пиковый ISO 3200, и это меньше для более мелких датчиков. Вполне возможно, что ожидаемая мной скорость обновления технологии нереальна, но, похоже, что за последний год ситуация несколько замедлилась.

Обрезанные зеркалки

Например, компания Canon не модернизировала свой датчик APS-C на 18 Мп, который дебютировал на 7D в 2009 году. Большинство их обновлений было посвящено поддержке ЦП (Digic 4 \ 5), эргономике (поворотный экран), механике и пользовательский опыт (сенсорный экран). До этого у них был 1-2-летний цикл обновления для их датчиков. Этот график в Википедии дает разумный список основных зеркал и их характеристик.

Камерофоны

HTC, например, пытается обратить вспять гонку мегапикселей, выбрав в HTC One большие пиксели, в то время как Nokia в настоящее время придерживается около 8 Мп сенсоров (PureView 808 в стороне). Записи Apple (iPhone 4S & 5) и Samsung (Galaxy S II & III) в 2011 и 2012 годах также имели аналогичные 8-мегапиксельные сенсоры с улучшениями, связанными с оставшимся аппаратным и программным обеспечением.

Подход HTC, вероятно, несколько экстремален, так как датчик 4 Мп жертвует небольшим разрешением в хорошо освещенных сценариях, исходя из своих обзоров. 13 Мп, кажется, верхний предел для камерофонов, в то время как 8 Мп - самое приятное место.

Point & Shoot

Камеры Point & Shoot также достигли пика около 16 Мп, а датчики с задней подсветкой были одним из подходов для улучшения характеристик при слабом освещении.

TL; DR : Мы приближаемся к точке, когда датчики приблизились к своим оптическим пределам, и большинство улучшений в качестве изображения будут из других компонентов? Определенно, необходимо внести улучшения в динамический диапазон и улучшения ISO / производительность при слабом освещении, но происходят ли эти изменения с той же скоростью? Это низко висящие фрукты, или им понадобится больше времени, чтобы их решить?

Обновление: найдено очень полезное сравнение камеры iPhone разных поколений, от оригинального iPhone до iPhone 5.

Answer 1

Очень маловероятно

В настоящее время в сенсорной технологии ведется множество исследований и разработок, даже приведенные вами примеры в лучшем случае вводят в заблуждение.

• Вы говорите только о мегапикселях, есть много улучшений, которые можно сделать без увеличения количества пикселей. Например, просто сравните изображения с 8-мегапиксельной камеры мобильного телефона от новой модели до 4-летней модели.

• Датчики APS-C не имеют плато в плане количества мегапикселей - недавно компания Nikon выпустила 24-мегапиксельную камеру APS-C (D7100)

• Датчик 7D 18MP не был обновлен, поскольку 7D не обновлялся.

• С другой стороны, датчик 18MP серии Rebel (я не знаю, тот же ли это датчик, что и у 7D), представленный в 2010 году с 550D, был обновлен в 2012 году с помощью обнаружения фазы на кристалле для 650D (как это для 2-летнего цикла обновления?)

• Sony только начала производить датчики с задней подсветкой по потребительским ценам в 2009 году

• Nikon D800 с датчиком 36MP был представлен в 2012 году

Итак, разработка датчиков не только не остановилась, но даже не замедлилась. Новые усовершенствования датчиков выпускаются с удивительной скоростью, учитывая необходимые затраты на исследования и производство.

Answer 2

Хотя мегапиксели не сильно меняются, это не значит, что сенсоры не улучшаются другими способами. По физическим соображениям (дифракция) на более высоких мегапиксельных уровнях вы начнете получать меньше с точки зрения качества изображения, чем с другими улучшениями. Кроме того, чем выше мегапиксели, тем менее заметны улучшения в разрешении даже для довольно больших отпечатков. (24-мегапиксельная камера может с комфортом сделать портрет 16 на 20 с разрешением 300 точек на дюйм.)

Это привело к некоторому снижению толчков на большее количество пикселей и большему толчку в сторону улучшения. В последнее время были достигнуты значительные успехи в отношении низкой светочувствительности, снижения шума, более быстрой выборки и повышения точности цветопередачи. Все эти факторы оказывают большее влияние на визуальное качество датчика, чем просто увеличивают количество пикселей. Мы также наблюдаем такие вещи, как интеграция автофокуса с определением фазы в датчики изображения, чтобы попытаться отойти от необходимости отдельного специального датчика PDAF и зеркала.

Короче говоря, нет, мы не приближаемся к некоторому пиковому пределу проектирования, просто смещаются приоритеты и области развития. Вероятно, они будут продолжать меняться по мере дальнейшего совершенствования технологий, и мы ищем более эффективные способы захвата изображений.

Answer 3

Когда достижения достигают предела, они сдвигают предел или находят другого, чтобы участвовать в гонке. Цифровые камеры довольно новы, но вы, возможно, помните, что об этих компонентах компьютера регулярно говорят.

Мегапиксели, очевидно, очень важны для маркетинга, поэтому они продолжают развиваться. Существуют ультракомпактные камеры типа «укажи и снимай» с 20 Мп . Было также несколько моделей с разрешением от 14 до 16 МП, которые были обновлены до одной из 10 или 12 МП, чтобы обеспечить лучшее качество изображения. Это были высококачественные компактные предложения от Canon и Nikon, и они хорошо продавались, поскольку были нацелены на сегмент, где мегапиксели - это еще не все.

В интервью 2009 Olympus объявил, что 12 MP было достаточно даже для их зеркал. Очевидно, что PEN должны работать на что-то еще;)

Существует физический предел, при котором нельзя уменьшить пиксели из-за дифракции. По этой причине мы уже видим камеры с ограничением дифракции на F / 5.6, и многие модели с небольшими сенсорами больше не имеют физического диафрагмы, поэтому они всегда снимают широко открытыми. Тем не менее, широкоугольный зум в конце 24-1200 мм - это F / 6,9 или что-то в этом роде! ND-фильтр вставляется, чтобы уменьшить свет, попадающий на датчик, не вызывая дифракцию.

Предел дифракции относительно площади сбора света, поэтому производители работают над созданием больших площадей. Датчики BSI уже широко распространены, и они также работают на лучших микролинзах.

Существует гораздо больше областей для улучшения без влияния на количество мегапикселей. На мой взгляд, динамический диапазон является наиболее важным. Тогда есть цвет и светочувствительность. У всех крупных производителей есть патенты в этой области, которые еще предстоит использовать. Фудзи, похоже, выбрал более смелый подход, чем другие, но ожидает увидеть улучшения от всех производителей.

Answer 4

Если бы кто-нибудь знал ответ на этот вопрос, они бы подали заявку на патенты. Возможно, мы просто не осознаем этого. В разных частях вашего вопроса есть несколько разных вопросов.

• В случае камерофонов размер сенсора, по-видимому, является текущим ограничивающим фактором в мегапикселях. Вы можете разместить столько пикселей в таком маленьком пространстве.

• То же самое относится в меньшей степени к компактам / точкам и выстрелам. Текущее разрешение датчиков обычно превышает возможности линз перед ними. Наибольшие возможности для улучшения находятся в области слабой освещенности, а не мегапикселей.

• Новейшими предложениями Canon для зеркальных камер, кроме сегмента начального уровня, являются полнокадровые камеры. Помимо обновлений Rebel, в которых все используют один и тот же датчик, последней моделью APS-C, представленной Canon, была модель 60D в 2010 году (и все мятежники используют тот же датчик, что и 7D, представленный в 2009 году). С тех пор они представили полнокадровые модели в 1D X, 5D mkIII и 6D вместе с APS-H 1D MkIV - каждая со своим новым датчиком. Слухи о новом датчике APS-C для Canon ходят в течение некоторого времени. Как только он будет готов к производству, я думаю, что мы увидим замену 7D и 60D довольно быстро ». Последним Rebel, T5i, действительно должен был стать T4iN. Существует так мало различий, что многие сайты обзора даже не оценивают его.

• Есть несколько интересных новых разработок, таких как новая цветовая маска, используемая на сенсорах Fuji с неповторяющимся рисунком 6X6, состоящим из 20 зеленых, 8 красных и 8 синих пикселей вместо маски Байера 2X2.

_{70 70D и 7D Mark II пришли и ушли с очень незначительными улучшениями на основе датчиков. Только когда в 2016 году был представлен 80D, Canon наконец представила датчик APS-C со значительными улучшениями по сравнению с 18-мегапиксельным датчиком APS-C, представленным в оригинальном 7D в 2009 году.}

Answer 5

Исследования сенсоров все еще продолжаются, и крайне маловероятно, что датчики, которые мы покупаем сегодня, являются лучшими из когда-либо существовавших.

Вполне возможно, что мегапиксельная гонка на некоторое время замедлится; самые маленькие датчики (размер мобильного телефона) уже на дифракционном пределе.
Датчики большего размера, DX и FX, могут удвоить или увеличить число мегапикселей в два или четыре раза, прежде чем дифракционный предел станет проблемой, но реальные преимущества увеличения разрешения датчика, по-видимому, также ограничены линзами.

Но есть много других способов улучшить качество изображения, от итеративных улучшений в снижении шума и увеличении квантовой эффективности (процент света, попадающего на датчик, который преобразуется в электричество, чтобы его можно было записать) до совершенно новых конструкций датчиков.

Два примера различных конструкций сенсоров, один уже на рынке и один на ранней стадии исследования:

• Sigma's Датчик Foveon : захватывает все цвета на каждом пикселе (вместо обычного датчика Байера, который захватывает только один цвет на пиксель). В результате получается более высокое разрешение для того же количества пикселей . Текущий недостаток - очень низкая производительность при высоких значениях ISO, но могут быть способы улучшить это.
• Panasonic ранний прототип : Пропускает цветовые фильтры Bayer (которые блокируют 2/3 входящего света до попадания на датчик) и заменяет их на "цветоделители". Эффект должен быть в 2-3 раза больше света, достигающего датчика, или 1-1,5 останавливает улучшение характеристик с высоким ISO .

Время покажет, как это получается. Но я не сомневаюсь, что сенсоры будут продолжать улучшаться, хотя улучшения могут не принимать форму большего количества мегапикселей.

---

Пределы дифракции: Сколько Mpx требуется, чтобы быть дифракционным ограничением?

• Датчик FX: 96 мегапикселей при f / 5,6; 394 Mpx @ f / 2.8
• Датчик DX: 43 Mpx @ f / 5.6; 175 Mpx @ f / 2.8
• 1 "сенсор: 13 Mpx @ f / 5.6; 53 Mpx @ f / 2.8
• 1 / 3,2 "(iPhone) сенсор: 7,1 Mpx @ f / 2,8; 13 Mpx @ f / 2

сотовых телефонов:

• iPhone 5 (8 Mpx) имеет объектив f / 2.4 и дифракционные ограничения на f / 2.8.
• Samsung Galaxy S4 (13 Мпикс) имеет объектив f / 2.2 и имеет дифракционное ограничение при f / 2.

Таким образом, сенсоры мобильных телефонов уже сталкиваются с дифракционным пределом.

( Nokia 808 Pureview встраивал 41 мегапиксель в мобильный телефон, но это был гораздо больший сенсор - 1 / 1,2 ", в 5-6 раз больше, чем сенсор iPhone / Samsung и не намного меньше, чем 1 "системы Nikon 1 - и объектив af / 2.4, поэтому он был близок к дифракционному пределу, но не превышал его.)

1 "датчики:

• Sony RX 100 (20 Mpx) имеет объектив f / 1.8-4.9 и имеет дифракционное ограничение при f / 4.
• Nikon 1 V2 (13 мегапикселей) имеет линзы от f / 1,8 до f / 5,6 и имеет дифракционное ограничение при f / 5,6.

Они также близки к дифракционному пределу для соответствующих им линз. Но это, возможно, такой же вопрос доступности линз. Например, если Nikon заменил свои зум-объективы f / 3.5-5.6 на версии f / 2.8, датчик размера Nikon 1 может использовать 53 Мпикс до достижения предела дифракции f / 2.8.

Датчики DX и FX:

У них достаточно свободного пространства, прежде чем они достигнут своих дифракционных пределов. Даже при относительно скромном f / 5.6 мы могли бы удвоить или утроить число мегапикселей, которое мы имеем сегодня.

Практические ограничения, по-видимому, в основном связаны с объективами: 36-мегапиксельный сенсор Nikon (D800) в сочетании с лучшими объективами дает разрешение 22 Мпикс согласно тестам DxOMark . 23-мегапиксельный сенсор Canon (5D MkIII) в сочетании с лучшими объективами также дает разрешение 22 Мпикс в соответствии с теми же тестами.

Так что нам, возможно, придется подождать улучшений в оптике, прежде чем мы выиграем от добавления большего количества мегапикселей, и для производителей датчиков может иметь смысл сосредоточить свои усилия в другом месте.

---

Расчеты основаны на диаметре воздушного диска от здесь и предполагаем дифракционный предел при диаметре воздушного диска 2,5 пикселя.

Answer 6

Это тот ответ, который любят даунтеры. К счастью, плавно увеличивающееся число повторений не является чем-то значимым, так что ложитесь на ...: -)

Так

Вопрос : Достигли ли обрезанные цифровые датчики своих проектных пределов?

Ответ : Нет.

Опасаясь гордыни и страданий вавилонской башни, разумно сделать вывод, что всегда можно будет сделать вещи лучше и дешевле одновременно. Обычно главный вопрос в том, сколько времени потребуется, чтобы понять, как это сделать.

Q:
Как эти изменения будут достигнуты?
Какую форму они примут?
Какие существующие «релевантные и ограничивающие« законы физики »они будут обходить (никогда не« нарушать »), чтобы сделать это?

* * Тысяча двадцать-один А: * * тысяча двадцать две Я не знаю.
И никто больше не может с уверенностью говорить о будущем более чем через год или два.
«Следующая замечательная вещь» уже запатентована, протестирована и оценена и в настоящее время оптимизируется инженерами. Я не знаю, что это такое.

На этом пути неизбежно возникают трудные точки, например, какой-то закон физики вставляет то, что считается естественным жестким пределом. В некоторых случаях жесткий предел может быть достаточно жестким, так что требуются столетия, чтобы найти «реальное правило физики», к которому приближалось старое правило. Скорее всего, законы, регулирующие ограничение дифракции, будут безопасны на протяжении веков и, возможно, тысячелетий.
Скорее всего, в году 2525 , если человек все еще жив , ограничение дифракции в камерах с маленьким датчиком и подобных устройствах не будет значимое понятие.

Простые физические ограничения, как правило, обходят стороной. В наши дни мало кто беспокоится о достижимом размере зерен серебряных базовых изображений или о воспламеняемости и долговечности нитроцеллюлозы.
Или , достаточно ли 2,62 мегапикселя для «хороших» свадебных фотографий

Вау !!!

Nikon D1
2,62 Мп.
"Ушли так далеко, как они могут пойти ..."

Увеличенная версия: -}