고급 컨셉 - 디지털 카메라 센서 크기: 이러한 사진은 사진에 미치는 영향은 무엇입니까?

[오리사냥]

디지털 카메라 센서 크기

이 문서에서는 디지털 카메라의 센서 크기가 다양한 유형의 사진에 어떤 영향을 미각을 가하는 질문을 해결하는 것을 목표로 합니다. 센서 크기를 선택하는 것은 디지털 기술만의 몇 가지 주목할 만한 차이점과 함께 35mm, 중간 형식 및 대형 필름 카메라 중 하나를 선택하는 것과 유사합니다. 많은 혼란은 종종 너무 많은 다른 크기 옵션, 그리고 필드의 깊이에 관한 너무 많은 절충, 이미지 잡음, 회절, 비용 및 크기/무게.

센서 크기 개요

센서 크기는 현재 사용, 가격대 및 원하는 휴대성에 따라 많은 가능성을 가지고 있습니다. 이들 중 많은 상대 크기는 다음과 같습니다.

캐논의 1D/5D 및 니콘 D3 시리즈는 가장 일반적인 풀 프레임 센서입니다. 반란군/60D/7D와 같은 캐논 카메라는 모두 1.6배 의 자르기 계수를 가지는 반면, 주류 니콘 SLR 카메라에는 1.5배 자르기 계수가 있습니다. 위의 차트는 캐논의 1D 시리즈 카메라에 사용되는 1.3X 자르기 계수를 제외합니다.

카메라 폰 및 기타 컴팩트 카메라는 ~1/4"에서 2/3"의 범위에서 센서 크기를 사용합니다. 올림푸스, 후지, 코닥은 모두 협력하여 35mm 필름에 비해 2배 의 작물 계수가 있는 표준 4/3 시스템을 만들었습니다. 중간 형식과 더 큰 센서가 존재하지만, 이들은 훨씬 덜 일반적이며 현재 엄청나게 비싸다. 따라서 여기에 구체적으로 다루지는 않지만 동일한 원칙이 여전히 적용됩니다.

자르기 계수 및 초점 길이 배율

자르기 계수는 풀프레임 35mm 센서에 비해 센서의 대각선 크기입니다. 35mm 렌즈를 사용할 때 이러한 센서가 외부에서 이 많은 이미지를 효과적으로 자르기 때문에 이 센서라고 합니다(제한된 크기 로 인해).

처음에는 이미지 정보를 버리는 것이 결코 이상적이지 않다고 생각할 지 모르지만 장점이 있습니다. 거의 모든 렌즈는 중심에서 가장 날카롭고 품질은 가장자리로 점진적으로 저하됩니다. 즉, 자른 센서는 이미지의 가장 낮은 품질 부분을 효과적으로 폐기하므로품질이 낮은 렌즈를 사용할 때 매우 유용합니다(일반적으로 가장자리 품질이 최악이기 때문에).

다른 한편으로는, 이것은 또한 하나는 필요 이상으로 훨씬 더 큰 렌즈를 들고 있다는 것을 의미합니다 - 특히 오랜 시간 동안 카메라를 들고있는 것과 관련된 요인(아래 섹션 참조). 이상적으로는 렌즈에서 전송되는 거의 모든 이미지 라이트를 사용하는 것이 더 이상적이며, 이 렌즈는 선명도의 변화가 가장자리를 향해 무시할 수 있을 만큼 충분히 높은 품질일 것입니다.

또한 광각 렌즈의 광학 성능은 초점 거리만큼 길지는 경우는 드뭅타. 자른 센서는 더 넓은 각도 렌즈를 사용하여 더 큰 센서와 동일한 시야각을 생성해야 하므로 품질이 저하될 수 있습니다. 또한 센서가 작을수록 렌즈의 중심 영역을 더 많이 확대하므로 품질이 낮은 렌즈의 해상도 제한이 더 뚜렷할 수 있습니다. 이에 대한 자세한 내용은 카메라 렌즈 품질에 대한 자습서를 참조하십시오.

마찬가지로, 초점 거리 승수는 더 작은 포맷에 사용되는 렌즈의 초점 길이와 35mm 렌즈에 동등한 시야각을 생성하는 것과 관련이있으며, 작물 계수와 동일하다. 즉, 1.6X 자르기 계수가 있는 센서에 사용되는 50mm 렌즈는 35mm 풀 프레임 센서에서 1.6 x 50 = 80mm 렌즈와 동일한 시야를 생성합니다.

렌즈 초점 거리 밀리미터

센서 유형 1.5X 디지털 SLR CF가 있는 1.6X 디지털 SLRCF가 있는 디지털 SLR은 1.3X 디지털 SLR CF와 4/3" 센서 35mm(풀 프레임) 디지털 컴팩트 1/2.3" 센서 디지털 컴팩트 1/2" 센서 디지털 컴팩트 1/1.8" 센서 디지털 컴팩트 2/3" 센서 디지털 컴팩트 1" 센서 APS 6x4.5 cm 6x6 cm 6x7 cm 5x4 인치 10x8 인치 Super35 (3 퍼프)

초점 거리 승수:

35mm 등가 초점 거리:

이 두 용어는 다소 오해의 소지가 있을 수 있습니다. 렌즈 초점 거리는 렌즈가 다른 크기의 센서에 사용된다는 이유만으로 변경되지 않습니다. 50mm 렌즈는 센서 유형에 관계없이 항상 50mm 렌즈입니다. 동시에 이미지가 반드시 자르지 않기 때문에 "자르기 팩터"가 매우 작은 센서를 설명하는 것이 적절하지 않을 수 있습니다(해당 센서용으로 설계된 렌즈를 사용할 때).

렌즈 크기 및 무게 고려 사항

더 작은 센서에는 가벼운 렌즈(동일한 시야 각, 줌 범위, 빌드 품질 및 조리개 범위)가 필요합니다. 이러한 차이는 야생 동물, 하이킹 및 여행 사진에 중요 할 수 있습니다 이러한 모든 종종 무거운 렌즈를 활용하거나 오랜 시간 동안 장비를 운반해야하기 때문에. 아래 차트는 스포츠 및 야생 동물 사진에서 일반적인 캐논 망원 렌즈의 선택에 대한 이러한 추세를 보여줍니다 :

이 의미는 피사체가 1.5X 자르기 계수(300mm f/2.8 렌즈 필요)가 있는 카메라에 200mm f/2.8 렌즈를 사용하는 것과 같은 35mm 카메라의 이미지 부분을 차지해야 하는 경우 3.5배의 무게를 가지고 있어야 한다는 것입니다! 이것은 또한 둘 사이의 크기 차이를 무시, 하나는 공공 장소에서 관심을 끌기 를 원하지 않는 경우 중요 할 수 있습니다. 또한, 무거운 렌즈는 일반적으로 훨씬 더 많은 비용이 든다.

SLR 카메라의 경우 센서 크기가 클수록 더 크고 선명한 뷰파인더 이미지가 생성되어 수동 초점 시 특히 도움이 될 수 있습니다. 그러나 렌즈에서 빛을 뷰파인더로 전송하고 눈으로 전송하기 위해 더 큰 프리즘 /펜타미러가 필요하기 때문에 더 무겁고 비용이 더 많이 듭니다.

현장 요구 사항의 깊이

센서 크기가 증가함에 따라 지정된 조리개(동일한 크기와 거리의 피사체로 프레임을 채울 때)의 필드 깊이가 줄어듭니다. 더 큰 센서는 피사체에 더 가까워지거나 해당 피사체로 프레임을 채우기 위해 더 긴 초점 거리를 사용해야 하기 때문입니다. 즉, 대형 센서에서 동일한 필드 깊이를 유지하기 위해 점진적으로 더 작은 조리개 크기를 사용해야 합니다. 다음 계산기는 동일한 심도의 필드 깊이를 달성하기 위해 필요한 조리개와 초점 거리를 예측합니다(원근을 유지하면서).

필드 등가물의 깊이

센서 #1 1.5X 디지털 SLR CF가 있는 1.6X 디지털 SLRCF가 있는 디지털 SLR은 1.3X 디지털 SLR CF와 4/3" 센서 35mm(풀 프레임) 디지털 컴팩트 1/2.3" 센서 디지털 컴팩트 1/2" 센서 디지털 컴팩트 1/1.8" 센서 디지털 컴팩트 2/3" 센서 디지털 컴팩트 1" 센서 APS 6x4.5 cm 6x6 cm 6x7 cm 5x4 인치 10x8 인치 Super35 (3 퍼프) 

선택한 조리개 f/1.2 f/1.4 f/1.8 f/2.0  f/2.8 f/4.0 f/5.6 f/8.0 f/11 f/16 f/22 f/32 f/64 

렌즈 초점 거리밀리미터

센서 #2 1.5X 디지털 SLR CF가 있는 1.6X 디지털 SLRCF가 있는 디지털 SLR은 1.3X 디지털 SLR CF와 4/3" 센서 35mm(풀 프레임) 디지털 컴팩트 1/2.3" 센서 디지털 컴팩트 1/2" 센서 디지털 컴팩트 1/1.8" 센서 디지털 컴팩트 2/3" 센서 디지털 컴팩트 1" 센서 APS 6x4.5 cm 6x6 cm 6x7 cm 5x4 인치 10x8 인치 Super35 (3 퍼프) 

필요* 초점 거리:

필요한 조리개:

*동일한 원근이 원하는 경우.

예를 들어, 1.6X 자르기 계수가 있는 카메라에서 f/11에서 10mm 렌즈를 사용하여 달성한 것과 동일한 원근감과 필드 깊이를 풀 프레임 센서에서 재현하려면 16mm 렌즈와 대략 f/18의 조리개를 사용해야 합니다. 또는 풀 프레임 센서에 50mm f/1.4 렌즈를 사용하는 경우, 1.6X 자르기 인자가 있는 카메라에 0.9의 조리개가 필요하므로 얕은 필드 깊이를 생성합니다.

초상화(얕은 DoF)

풍경 (대형 DoF)

배경 흐림을 개선하기 때문에 얕은 필드 깊이는 세로에 바람직할 수 있지만, 더 큰 필드 깊이는 조경 사진에 바람직합니다. 소형 카메라가 인물 사진에서 상당한 배경 흐림을 일으키기 위해 고군분투하는 이유이며, 대형 카메라는 풍경에서 적절한 시야심을 생성하는 데 어려움을 겪고 있습니다.

위의 계산기는 원래 센서(#1)와 동일한 시야각을 재현할 수 있는 새로운 센서(#2)에 렌즈가 있다고 가정합니다. 대신 동일한 렌즈를 사용하는 경우 조리개 요구 사항은 동일하게 유지됩니다(피사체에 더 가까워야 합니다). 그러나 이 옵션은 관점도 바뀝니다.

회절의 영향

센서 크기가 클수록 회절 통풍 디스크가 혼동원보다 커지기 전에 더 작은 조리개를 사용할 수 있습니다(인쇄 크기 및 선명도 기준에 따라 결정됨). 이는 주로 동일한 인쇄 크기를 달성하기 위해 더 큰 센서를 확대할 필요가 없기 때문입니다. 예를 들어 이론적으로 는 8x10 인치의 큰 디지털 센서를 사용할 수 있으므로 이미지를 8x10 인치 인쇄에 대해 전혀 확대 할 필요가 없으며 35mm 센서는 상당한 확대가 필요합니다.

다음 계산기를 사용하여 회절이 시작되면 선명도를 줄입니다. 이는 화면에서 100%로 볼 때 회절이 표시되는 경우에만 표시됩니다. 이 뿐만 아니라 계산하려면, 방문하시기 바랍니다 : 회절 제한 및 사진.

회절 제한 조리개 추정기

센서 크기 1.5X 디지털 SLR CF가 있는 1.6X 디지털 SLRCF가 있는 디지털 SLR은 1.3X 디지털 SLR CF와 4/3" 센서 35mm(풀 프레임) 디지털 컴팩트 1/2.3" 센서 디지털 컴팩트 1/2" 센서 디지털 컴팩트 1/1.8" 센서 디지털 컴팩트 2/3" 센서 디지털 컴팩트 1" 센서 APS 6x4.5 cm 6x6 cm 6x7 cm 5x4 인치 10x8 인치 Super35 (3 퍼프)

해상도 메가픽셀

회절 제한 조리개:

회절 제한 조리개 추정기

센서 크기 1.5X 디지털 SLR CF가 있는 1.6X 디지털 SLRCF가 있는 디지털 SLR은 1.3X 디지털 SLR CF와 4/3" 센서 35mm(풀 프레임) 디지털 컴팩트 1/2.3" 센서 디지털 컴팩트 1/2" 센서 디지털 컴팩트 1/1.8" 센서 디지털 컴팩트 2/3" 센서 디지털 컴팩트 1" 센서 APS 6x4.5 cm 6x6 cm 6x7 cm 5x4 인치 10x8 인치 Super35 (3 퍼프) 

해상도메가픽셀

회절 제한 조리개:

회절의 개시가 점진적으로 진행되므로 위의 회절 한도보다 약간 크거나 작은 조리개는 갑자기 더 좋거나 나빠지지는 않습니다. 더욱이, 상기는 이론적 한계일 뿐이다. 실제 결과는 렌즈 특성에도 따라 달라집니다. 다음 다이어그램은 픽셀 크기를 나타내는 그리드에 대한 두 개의 조리개에 대해 통풍이 좋은 디스크(이론적 최대 해결 능력)의 크기를 보여 준다.

픽셀 밀도 제한 해상도(얕은 DOF 요구 사항)

통풍이 좋은 디스크 제한 해상도(딥 DOF 요구 사항)

위의 결과의 중요한 의미는 더 큰 센서의 경우 회절 제한 픽셀 크기가 증가한다는 것입니다(필드 깊이 요구 사항이 동일하게 유지되는 경우). 이 픽셀 크기는 공기가 많은 디스크 크기가 픽셀 밀도가 아닌 총 해상도의 제한 요소가 되는 시기를 나타냅니다. 또한 모든 센서 크기에 대해 회절 제한 된 필드 깊이가 일정합니다. 더 많은 픽셀이 반드시 더 많은 해상도를 제공하지 않을 수 있기 때문에 의도한 용도로 새 카메라를 결정할 때 이 요소는 중요할 수 있습니다(필드 깊이 요구 사항에 대한). 실제로 더 많은 픽셀이 노이즈를 증가시키고 동적 범위(다음 섹션)를 줄임으로써 이미지 품질에 해를 끼칠 수 있습니다.

픽셀 크기: 노이즈 레벨 및 다이나믹 레인지

대형 센서는 일반적으로 더 큰 픽셀(항상 그런 것은 아니지만)을 가지며, 이로 인해 이미지 노이즈가 낮아지고 다이나믹 레인지가 더 높습니다. 다이나믹 레인지는 픽셀이 완전히 흰색이 될 때 센서가 아래에서 캡처할 수 있는 톤의 범위를 설명하지만, 텍스처가 배경 노이즈(검은색 근처)에서 식별할 수 없는 경우 위에 있습니다. 큰 픽셀의 볼륨이 더 크고 광자 용량의 범위가 더 크므로 일반적으로 더 높은 동적 범위를 갖습니다.

참고: 컬러 필터가 없는 캐비티가 표시됨

또한, 더 큰 픽셀은 주어진 노출 시간(동일한 f-stop)에서 광자의 더 큰 플럭스를 수신하므로 광 신호가 훨씬 강해집니다. 지정된 양의 배경 잡음의 경우 노이즈 비율에 대한 신호비율이 높아져 더 매끄러운 사진이 생성됩니다.

더 큰 픽셀(더 큰 센서 있음)

더 작은 픽셀(센서가 작음)

그러나 배경 소음의 양은 센서 제조 공정과 카메라가 각 픽셀에서 톤 정보를 얼마나 효율적으로 추출하는지(추가 노이즈를 도입하지 않고)에 따라 달라지므로 항상 그렇지는 않습니다. 하지만 일반적으로 위의 추세는 사실입니다. 고려해야 할 또 다른 측면은 두 개의 센서가 100%에서 볼 때 동일한 명백한 노이즈를 가지고 있더라도 픽셀 수가 높은 센서는 더 깨끗한 최종 인쇄를 생성한다는 것입니다. 이는 더 높은 픽셀 수 센서(지정된 인쇄 크기의 경우)에 대해 노이즈가 덜 확대되므로 이 노이즈는 빈도가 높기 때문에 더 세밀하게 그을린 것처럼 보입니다.

디지털 센서 생산 비용

디지털 센서의 비용이 영역이 증가함에 따라 크게 증가합니다. 즉, 면적이 두 배 이상 인 센서는 두 배 이상 비용이 들므로 더 큰 크기로 이동할 때 단위 "센서 부동산"당 더 많은 비용을 지불하게 됩니다.

실리콘 웨이퍼 (작은 센서로 나뉩니다)

실리콘 웨이퍼 (대형 센서로 나뉩니다)

제조업체가 디지털 센서를 만드는 방법을 살펴보면 이를 이해할 수 있습니다. 각 센서는 수천 개의 개별 칩을 포함할 수 있는 웨이퍼라고 하는 더 큰 실리콘 재료 시트에서 절단됩니다. 각 웨이퍼는 매우 비싸다 (수천 달러), 따라서 칩 당 훨씬 더 높은 비용을 초래 웨이퍼 당 적은 칩. 또한, 센서 영역이 증가함에 따라 돌이킬 수 없는 결함(너무 많은 핫 픽셀 또는 기타)이 발생하면 센서 영역이 증가함에 따라 사용 가능한 센서의 비율이 감소하여 센서 영역(웨이퍼당 수율)이 증가합니다. 이러한 요소(웨이퍼 당 칩 및 수율)가 가장 중요하다고 가정하면 센서 영역의 제곱에 비례하는 비용이 증가합니다(센서 2배만큼 큰 비용4배). 실제 제조는 비용 관계 대비 더 복잡한 크기를 가지고 있지만, 이것은 당신에게 급증 비용의 아이디어를 제공합니다.

이것은 특정 크기의 센서가 항상 엄청나게 비싸다는 것을 말하는 것은 아닙니다. 그들의 가격은 결국 떨어질 수 있지만, 더 큰 센서의 상대적 비용은 일부 작은 크기에 비해 훨씬 더 비싼 (단위 영역 당)남아있을 가능성이 높습니다.

기타 고려 사항

일부 렌즈는 특정 센서 크기(또는 의도한 대로 작동하지 않을 수 있음)에만 사용할 수 있으며, 이러한 렌즈가 사진 스타일에 도움이 된다면 고려사항이 될 수 있습니다. 주목할 만한 유형 중 하나는 틸트/시프트 렌즈로, 틸트 피쳐를 사용하여 보이는 필드 깊이를 증가(또는 감소)할 수 있습니다. 틸트/시프트 렌즈는 시프트를 사용하여 원근을 제어하고 수평선 위 또는 아래 카메라를 조준하여 발생하는 수직 선을 줄이거나 제거(건축 사진에 유용함)할 수 있습니다. 또한 빠른 초광각 렌즈(f/2.8 이상)는 크롭 센서의 경우 일반적이지 않으며, 이는 스포츠 나 포토저널리즘에 필요한 경우 결정적인 요인이 될 수 있습니다.

결론: 전반적인 이미지 세부 정보 및 경쟁 요인

필드 깊이는 더 큰 형식 센서의 경우 훨씬 얕지만 회절 한계에 도달하기 전에 더 작은 조리개를 사용할 수도 있습니다(선택한 인쇄 크기 및 선명도 기준). 그렇다면 가장 상세한 사진을 생성할 수 있는 옵션은 무엇입니까? 더 큰 센서(및 그에 상응하는 높은 픽셀 수)는 의심할 여지 없이 필드 깊이를 희생할 여유가 있다면 더 많은 세부 사항을 생성합니다. 반면에 동일한 필드 깊이를 유지하려는 경우 센서 크기가 클수록 해상도이 이점이 있는 것은 아닙니다. 또한 모든 센서 크기에 대해 회절 제한 된 필드 깊이가 동일합니다. 즉, 회절이 중요해지기 전에 가장 작은 조리개를 사용하는 경우 모든 센서 크기는 회절 제한된 조리개가 다를 지라도 동일한 필드 깊이를 생성합니다.

기술 노트: 이 결과는 픽셀 크기가 문제의 각 센서에 대한 회절 제한된 통풍 디스크의 크기와 비슷하며 각 렌즈가 비슷한 품질이라고 가정합니다. 또한, 틸트 렌즈 기능은 더 큰 형식의 카메라에서 훨씬 더 일반적이므로 초점 평면의 각도를 변경하여 명백한 DoF를 늘릴 수 있습니다.

또 다른 중요한 결과는 필드 깊이가 제한 인자인 경우 동일한 감도에 대한 센서 크기에 따라 필요한 노출 시간이 증가한다는 것입니다. 이 요소는 아마도 매크로 및 야간 사진과 가장 관련이 있을 것입니다. 사진을 더 작은 형식으로 핸드헬드할 수 있더라도 동일한 사진이 더 큰 형식으로 핸드헬드로 찍힌 것은 아닐 수 있습니다.

반면에, 대형 센서는 일반적으로 소음이 낮기 때문에 노출 시간이 처음에는 가정할 수 있는 만큼 반드시 증가하지는 않을 수 있습니다(따라서 유사한 인식된 노이즈를 유지하면서 더 높은 감도 ISO 설정을 사용할 여유가 있음).

이상적으로, 인식된 노이즈 레벨(지정된 인쇄 크기)은 일반적으로 더 큰 디지털 카메라 센서(픽셀 크기에 관계없이)로 감소합니다.

픽셀 크기에 관계없이 더 큰 센서는 불가피하게 더 많은 빛 수집 영역을 가지고 있습니다. 이론적으로 픽셀이 작은 센서는 픽셀이 더 큰 센서보다 더 낮은 명백한 노이즈(지정된 인쇄 크기의 경우)가 더 크고 총 픽셀 수가 훨씬 낮습니다. 이는 컴퓨터 화면에서 100% 시끄런해 보일 지라도 고해상도 카메라의 소음이 덜 확대되기 때문입니다. 또는 낮은 픽셀 수 센서의 해상도를 달성하면서 더 높은 픽셀 수 센서에서 인접 픽셀을 평균화할 수 있습니다(임의노이즈 감소). 이것이 웹과 작은 글씨에 대한 크기가 축소된 이미지가 소음이 없는 것처럼 보이는 이유입니다.

기술 노트: 이 모든 마이크로 렌즈 효과와 픽셀 간격의 차이는 무시할 수 있다고 가정합니다. 픽셀 간격이 일정하게 유지해야 하는 경우(칩의 판독 및 기타 회로로 인해) 픽셀 밀도가 높아지면 마이크로렌즈가 이러한 손실을 보상할 수 없는 한 라이트 수집 영역이 줄어듭니다. 또한 고정 패턴 또는 어두운 전류 노이즈의 영향을 무시하므로 카메라 모델 및 판독 회로에 따라 크게 달라질 수 있습니다.

전반적으로 대형 센서는 일반적으로 더 많은 제어와 예술적 유연성을 제공하지만 더 큰 렌즈와 더 비싼 장비를 요구하는 비용을 절감합니다. 이러한 유연성을 통해 센서가 더 작은 센서로 가능한 것보다 얕은 필드 깊이를 만들 수 있지만 더 높은 ISO 속도와 더 작은 조리개를 사용하거나 삼각대를 사용할 때보다 작은 센서에 필적하는 필드 깊이를 달성할 수 있습니다.