Роздільна здатність матриці цифрової фотокамери

Приклади позначень, використовувані в каталогах:

Діагоналі матриці 1 '' , 1/3 '' тощо, прийнято вимірювати в відіконових дюймах. Ця одиниця вимірювання дорівнює 2/3 звичайного дюйма.

Роздільність аналогових і цифрових фотоматриць може бути описаний по-різному.

Роздільність в пікселях (англ. Pixel resolution) визначається числом ефективних пікселів (effective pixels) матриці.

Роздільність в TV lines (ТВЛ). Розрізняють роздільну можливість по горизонталі (TVLH) і вертикалі (TVLV).

Просторова роздільність (англ. Spatial resolution). Кількість ліній на міліметр — lpm (англ. lines per millimeter) або пікселів на дюйм — ppi (англ. pixels per inch).

Спектральна роздільність (англ. Spectral resolution) — спектральна ширина електромагнітного випромінювання у видимій і ближній зоні інфрачервоної області.

Тимчасова роздільність (англ. Temporal resolution) — міра швидкості оновлення кадрів за секунду (frames / s) (англ. frames per second).

Радіометрична роздільність (англ. Radiometric resolution). Виражається одиницею біт на піксель — bpp (англ. bits per pixel).

Роздільна здатність матриці цифрової фотокамери — можливість фотосенсорів, спостерігати або вимірювати найменший об'єкт, з явно чіткими межами.

Існує різниця між розділенням і пікселем, піксель насправді є одиницею цифрового зображення. Оскільки матриця складається з дискретних пікселів, тому інформація однієї ТВ-лінії, складається з дискретних значень, відповідних кожному пікселю. Цей метод дає не цифрову інформацію, а швидше дискретну вибірку. Таким чином матриця — це оптичний пристрій дискретизації. Роздільна здатність, що дається матрицею, залежить від числа пікселів і роздільної здатності об'єктиву.

У технічних характеристиках цифрових камер, зазвичай вказується число дійсних (ефективних) мегапікселів (Number of Effective Pixel), тобто загальна кількість пікселів, фактично використовуваних для реєстрації зображення, а не загальне число номінальних мегапікселів, що фіксуються давачем зображення.

Термін «Розділення» в області цифрових зображень, часто визначається як «pixel», хоча американські, японські і міжнародні стандарти визначають, що він не повинен використовуватися так, принаймні, в області цифрових камер.

Число ефективних пікселів (Effective pixels)

Жодна з вищевказаних піксельних резолюцій не є істинною резолюцією, але вони широко згадуються в такій якості і служать верхньою межею розділення зображення.

Згідно з тими ж стандартами, саме число ефективних пікселів (Number of Effective Pixel) вказує на фактичний дозвіл матриці, оскільки саме вони вносять вклад в остаточне зображення, на відміну від сумарної кількості пікселів, які крім того містять у собі невикористовувані, " биті " або світлозахищені пікселі по краях.

Дозвіл матриць залежить від їх типу, площі і щільності світлочутливих елементів на одиницю поверхні. Він нелінійно залежить і від світлочутливості матриці, і від заданого програмою рівня шуму. Деякі фірми — виробники цифрових фотоапаратів з рекламною метою, намагаються повернути матрицю під кутом в 45 °, досягаючи певного формального підвищення дозволу за фотографування найпростіших горизонтально-вертикальних мір. Але якщо, використовувати професійну міру, або хоча б повернути просту міру під тим же кутом, стає очевидним, що підвищення дозволу — фіктивне.

Нижче наведено приклад того, як одне і те ж зображення може відбиватися при різних дозволах в пікселях.

Зображення, яке становить 2048 пікселів в ширину і 1536 пікселів у висоту, має в цілому 2048 х 1536 = 3145728 пікселів або 3,1 мегапікселя. Можна посилатися на нього як 2048 по 1536 або 3,1 — мегапіксельне зображення.

На жаль, кількість пікселів не є реальним показником дозволу цифрової фотокамери, — якщо це не триматрична система 3CCD, а у звичайній CCD системі давачі кольорового зображення, як правило, побудовані на альтернативних кольорових фільтрах, де кожен піксель матриці відповідає тільки за один колір, який більш світочутливий до певного кольору. Цифрові зображення, в кінцевому рахунку, вимагають, як один з варіантів, червоного, зеленого і синього значень для кожного пікселя, яке буде відображатися надалі, але один піксель в фотосенсорі буде поставляти тільки один з цих трьох кольорів інформації. У підсумку колірної інтерполяції, виходить повнокольорова картина на одній матриці, де кожна точка вже має всі три необхідні колірні складники.

Однак, дійсний дозвіл одержуваного зображення (тобто ступінь розрізнюваності деталей), крім піксельного дозволу сенсора, залежить від оптичного дозволу об'єктиву і пристрою сенсора.

Дозвіл в «Television lines» (ТВЛ) — здатність пристрою передавати максимальну кількість деталей зображення на сітці дозволів. Для двовимірних пристроїв таких як ПЗС-матриця, розрізняють роздільну можливість по горизонталі і вертикалі.

Просторова роздільна здатність — величина, що характеризує розмір найменших об'єктів, помітних на зображенні. А це залежить від властивостей системи, що створює зображення, а не тільки від кількості пікселів на дюйм — ppi (англ. pixels per inch).

• 
  (Високий дозвіл в pixel)
• 
  (Низький дозвіл в pixel).)

Зображення ліворуч має більш високу кількість пікселів, ніж праворуч, але при цьому гірше в просторовому вирішенні.

Фотоматриця оцифровує (розділяє на шматочки — «пікселі») те зображення, яке формується об'єктивом фотоапарата. Але, якщо об'єктив передає в недостатньо високій роздільній здатності дві світлі крапки об'єкта, розділені третьою чорною, як одною крапкою, що світиться на три підряд розташованих пікселя, то говорити про точну роздільність зображення не доводиться.

У сучасних цифрових фотоматрицях, роздільна здатність визначається кількістю пікселів на дюйм — ppi (англ. pixels per inch), при цьому розмір пікселя міняється у різних фотоматрицях в межах від 0,0025 мм до 0,0080 мм, а у більшості сучасних фотоматриць він дорівнює 0,006 мм.

Деякі розробники відеокамер, ПЗЗ і КМОН-матриць, вважають роздільність системи (у лініях) рівною кількості зчитуваних з матриці пікселів, поділеній на 1,5 . Оскільки за оцінки роздільної здатності об'єктиву враховується вимір в парах чорної і білої ліній міри Фуко на мм (що визначають не одиночний пік, а просторову частоту), то коефіцієнт перерахунку роздільності матриці в пари ліній вимагає поправочного коефіцієнта 3,0.

Необхідно враховувати, що критерій Найквіста — Котельникова діє тільки в тому випадку, якщо спектр вхідного сигналу обмежений максимальною синусоїдальною частотою, рівною або більшою від подвоєної верхньої частоти спектра. Крім того функція фінітними, де для відновлення сигналу потрібно використовувати ідеальний фільтр низьких частот. При оцифруванні зображень не дотримується жодна з умов.

Спектральна роздільність (спектральна ширина) електромагнітного випромінювання — здатність розрізняти близькі за частотою (довжині хвилі) сигнали. Багатозональна зйомка зображення в різних ділянках електромагнітного спектра (наприклад інфрачервоній і видимій області), має більш високу спектральну роздільність, ніж звичайне кольорове зображення. Спектральна роздільність актуальна для зйомки з інфрачервоним підсвічуванням в режимі «Day & Night», від видимого спектра (790 ТГц/380 нм — 405 ТГц/740 нм), до так званої ближньої області інфрачервоного випромінювання (405ТГц/740нм — 215ТГц/1400нм), що застосовується для систем відеофіксації.

Часова роздільність— це міра швидкості оновлення кадрів за секунду frames per second (frames/s).

«Movie camera» і «high-speed camera» можуть фіксувати події в різних часових інтервалах. Часова роздільність використовується для перегляду фільмів, як правило, від 24 до 48 кадрів за секунду, тоді як високошвидкісні камери можуть забезпечити від 50 до 300 кадрів на секунду (frames / s), і навіть більше цього значення.

• 
  Digital camera (Bayer Color filter array)
• 
  LCD (Треугольная геометрия пикселей)
• 
  CRT (Теневая решётка)

Радіометрична роздільність (бітова глибина кольору, якість передачі кольору, бітність зображення) — термін, що означає обсяг пам'яті в кількості біт, що використовуються для зберігання і представлення кольору при кодуванні одного пікселя відеозображення. Визначає, наскільки тонко система може представляти або відрізняти відмінності інтенсивності кольору, і, як правило, виражається у вигляді рівнів або бітів, наприклад 8 біт або 256 рівнів (8-бітний колір, 2⁸ = 256 кольорів).

Розрядність, або глибина кольоровості, визначає, скільки унікальних відтінків кольору доступні у палітрі зображення в термінах кількості довічних 0 і 1, або «біт», використовуваних для визначення кожного кольору. Це не означає, що зображення обов'язково використовує всі ці кольори, а скоріше говорить про те, що кольори можуть бути описані за певним рівнем точності. Для чорно-білого зображення розрядність визначає кількість доступних відтінків сірого. Зображення з високою розрядністю можуть використовувати більше градацій сірого або відтінків кольору, оскільки можливе більше число комбінацій 0 і 1.

Часто виражається одиницею біт на піксель — bpp (англ. bits per pixel).

Фотосенсори, застосовувані в цифрових камерах:

Ширина (px)	Висота (px)	Соотношение сторон	Фактична кількість пікселів	Мегапікселі	Приклади камер
100	100	1:1	10,000	0.01	Kodak (by Steven Sasson) Prototype (1975)
640	480		307,200	0.3	Apple QuickTake 100 (1994)
832	608		505,856	0.5	Canon Powershot 600 (1996)
1,024	768		786,432	0.8	Olympus D-300L (1996)
1024	1024	1:1	1,048,576	1.0	Nikon NASA F4 (1991)
1,280	960		1,228,800	1.3	Fujifilm DS-300 (1997)
1,280	1,024	5:4	1,310,720	1.3	Fujifilm MX-700, Fujifilm MX-1700 (1999), Leica Digilux (1998), Leica Digilux Zoom (2000)
1,600	1,200		1,920,000	2	Nikon Coolpix 950, Samsung GT-S3500
2,012	1,324		2,663,888	2.74	Nikon D1
2,048	1,536		3,145,728	3	Canon PowerShot A75, Nikon Coolpix 995
2,272	1,704		3,871,488	4	Olympus Stylus 410, Contax i4R (although CCD is actually square 2,272×2,272)
2,464	1,648		4,060,672	4.1	Canon 1D
2,560	1,920		4,915,200	5	Olympus E-1, Sony Cyber-shot DSC-F707, Sony Cyber-shot DSC-F717
2,816	2,112		5,947,392	5.9	Olympus Stylus 600 Digital
3,008	2,000		6,016,000	6	D100,Nikon D40, D50, D70, D70s, Pentax K100D, Konica Minolta Maxxum 7D, Konica Minolta Maxxum 5D, Epson R-D1
3,072	2,048		6,291,456	6.3	Canon EOS 10D, Canon EOS 300D
3,072	2,304		7,077,888	7	Olympus FE-210, Canon PowerShot A620
3,456	2,304		7,962,624	8	Canon EOS 350D
3,264	2,448		7,990,272	8	Olympus E-500, Olympus SP-350, Canon PowerShot A720 IS, Nokia 701, HTC Desire HD, Apple iPhone 4S
3,504	2,336		8,185,344	8.2	Canon EOS 30D, Canon EOS-1D Mark II, Canon EOS-1D Mark II N
3,520	2,344		8,250,880	8.25	Canon EOS 20D
3,648	2,736		9,980,928	10	Canon PowerShot G11, Canon PowerShot G12, Canon PowerShot S90, Canon PowerShot S95, Nikon CoolPix P7000, Nikon CoolPix P7100, Olympus E-410, Olympus E-510, Panasonic FZ50, Fujifilm FinePix HS10, Samsung EX1
3,872	2,592		10,036,224	10	Nikon D40x, Nikon D60, Nikon D3000, Nikon D200, Nikon D80, Pentax K10D, Pentax K200D, Sony Alpha A100
3,888	2,592		10,077,696	10.1	Canon EOS 40D, Canon EOS 400D, Canon EOS 1000D
4,064	2,704		10,989,056	11	Canon EOS-1Ds
4,000	3,000		12,000,000	12	Canon Powershot G9, Fujifilm FinePix S200EXR, Nikon Coolpix L110, Kodak Easyshare Max Z990
4,256	2,832		12,052,992	12.1	Nikon D3, Nikon D3S, Nikon D700, Fujifilm FinePix S5 Pro
4,272	2,848		12,166,656	12.2	Canon EOS 450D
4,032	3,024		12,192,768	12.2	Olympus PEN E-P1
4,288	2,848		12,212,224	12.2	Nikon D2Xs/D2X, Nikon D300, Nikon D300S, Nikon D90, Nikon D5000, Pentax K-x
4,900	2,580		12,642,000	12.6	RED ONE Mysterium
4,368	2,912		12,719,616	12.7	Canon EOS 5D
5,120	2,700		13,824,000	13.8	RED Mysterium-X
7,920 (2,640 × 3)	1,760		13,939,200	13.9	Sigma SD14, Sigma DP1 (3 layers of pixels, 4.7 MP per layer, in Foveon X3 sensor)
4,672	3,104		14,501,888	14.5	Pentax K20D, Pentax K-7
4,752	3,168		15,054,336	15.1	Canon EOS 50D, Canon EOS 500D, Sigma SD1
4,896	3,264		15,980,544	16.0	Fujifilm X-Pro1, Fujifilm X-E1 (X-Trans sensor has a different pattern to a Bayer sensor)
4,928	3,262		16,075,136	16.1	Nikon D7000, Nikon D5100, Pentax K-5
4,992	3,328		16,613,376	16.6	Canon EOS-1Ds Mark II, Canon EOS-1D Mark IV
5,184	3,456		17,915,904	17.9	Canon EOS 7D, Canon EOS 60D, Canon EOS 600D, Canon EOS 550D, Canon EOS 650D, Canon EOS 700D
5,270	3,516		18,529,320	18.5	Leica M9
5,616	3,744		21,026,304	21.0	Canon EOS-1Ds Mark III, Canon EOS-5D Mark II
6,048	4,032		24,385,536	24.4	Sony α 850, Sony α 900, Sony Alpha 99, Nikon D3X and Nikon D600
7,360	4,912		36,152,320	36.2	Nikon D800
7,500	5,000		37,500,000	37.5	Leica S2
7,212	5,142		39,031,344	39.0	Hasselblad H3DII-39
7,216	5,412		39,052,992	39.1	Leica RCD100
7,264	5,440		39,516,160	39.5	Pentax 645D
7,320	5,484		40,142,880	40.1	Phase One IQ140
7,728	5,368	~ 10:7	41,483,904	41.5	Nokia 808 PureView
8,176	6,132		50,135,232	50.1	Hasselblad H3DII-50, Hasselblad H4D-50
11,250	5,000	9:4	56,250,000	56.3	Better Light 4000E-HS (scanned)
8,956	6,708		60,076,848	60.1	Hasselblad H4D-60
8,984	6,732		60,480,288	60.5	Phase One IQ160, Phase One P65+
10,320	7,752		80,000,640	80	Leaf Aptus-II 12, Leaf Aptus-II 12R
10,328	7,760		80,145,280	80.1	Phase One IQ180
9,372	9,372	1:1	87,834,384	87.8	Leica RC30 (point scanner)
12,600	10,500	6:5	132,300,000	132.3	Phase One PowerPhase FX/FX+ (line scanner)
18,000	8,000	9:4	144,000,000	144	Better Light 6000-HS/6000E-HS (line scanner)
21,250	7,500	17:6	159,375,000	159.4	Seitz 6x17 Digital (line scanner)
16,352*	12,264*		200,540,928	200.5	Hasselblad H4D-200MS (*actuated multi (6x) shot)
18,000	12,000		216,000,000	216	Better Light Super 6K-HS (line scanner)
24,000	15,990	~	383,760,000	383.8	Better Light Super 8K-HS (line scanner)
30,600	13,600	9:4	416,160,000	416.2	Better Light Super 10K-HS (line scanner)
62,830	7,500	~ 25:3	471,225,000	471.2	Seitz Roundshot D3 (80 mm lens) (scanned)
62,830	13,500	~ 5:1	848,205,000	848.2	Seitz Roundshot D3 (110 mm lens) (line scanner)
38,000	38,000	1:1	1,444,000,000	1,444	Pan-STARRS PS1
157,000	18,000	~ 26:3	2,826,000,000	2,826	Better Light 300 mm lens Digital (line scanner)

• Роздільна здатність (в оптиці)
• Цифрова камера
• Сенсор зображення
• Телевізор