Матрица фотоаппарата это: Матрица фотоаппарата — основа основ

Содержание

что это и почему она так важна?

Поделиться статьёй:

При выборе фотоаппарата нужно учитывать множество нюансов, обращать внимание на каждую деталь. И далеко не последнюю роль в процессе выбора играют именно характеристики матрицы, которой оснащена камера. Что же представляет собой эта самая матрица и почему она так важна? Давайте это выясним!

Содержание статьи:

Общее представление о матрице фотоаппарата

Если вы посмотрите в объектив камеры, вы легко найдете матрицу: видите блестящий прямоугольник в самом центре объектива? Да, это она и есть.

Матрица является важнейшим элементом фотокамеры, отвечающим за то, какое изображение мы получим в результате съемки.

По сути она представляет собой микросхему, которая состоит из светочувствительных элементов. Когда на нее падает свет, начинается формирование электрического сигнала определенного уровня интенсивности, который зависит от степени яркости света. При съемке она фиксирует свет, который впоследствии преобразуется в фотографию.

Кстати, количество мегапикселей, которое имеет фотокамера, также зависит именно от матрицы и может колебаться от 0.3 до 10 и более (чем дороже и качественнее фотоаппарат, тем больше мегапикселей он имеет).

Изначально матрица создает монохромное (ч.б) изображение. В цветное оно преобразуется благодаря светофильтрам, которыми покрываются ее составные части.

Особенности строения матрицы

Что касается структуры матрицы, то она является дискретной и складывается из множества частей, в совокупности преобразующих падающий на нее свет. Один фотодиод в составе создает один пиксель фотографии.

Как вы наверняка знаете, каждое цифровое изображение представляет собой что-то вроде мозаики, состоящей из множества точек, которые в совокупности и являются фотографией. Изображение не «распадается» именно потому, что этих точек очень много и они имеют высокую плотность расположения относительно друг друга. Вполне логично предположить, что если бы плотность их расположения была ниже, мы бы увидели, как изображение распадается на эти самые точки, и это было бы наглядной демонстрацией дискретного характера структуры матрицы.

Матрица как альтернатива пленки

В те времена, когда цифровой фототехники еще не существовало, светочувствительным элементов, выполняющим функции матрицы, была пленка. Если проанализировать устройство пленочных и цифровых фотоаппаратов, можно увидеть, что существенных отличий между ними не так уж много. Основным отличием как раз и будет схема приема и преобразования света.

Как именно происходит процесс приема света в фотокамере с пленкой? В тот момент, когда фотограф нажимает кнопку спуска, затвор открывается, в результате чего пленка принимает свет. До того, как затвор вновь закрывается, идет химическая реакция, а ее итогом является формирование фотографии.

Как вы можете заметить, процесс создания фотоснимка был совершенно иным, и в современных фотоаппаратах матрица выполняет именно функцию пленки, то есть генерирует изображение. Они выполняют совершенно одинаковые функции, разница состоит лишь в технике их выполнения и в хранилище созданного изображения, которым в первом случае выступает пленка, а во втором — карта памяти фотоаппарата.

Характеристики матрицы

Необходимо понимать, что матрицы бывают совершенно разными по качественным показателям. В этом вопросе важным сигналом будет цена: в том или ином ценовом сегменте матрицы имеют определенный уровень качества. Будьте готовы к тому, что бюджетные варианты фотоаппарата вряд ли будут обладать высококачественной матрицей. Поскольку матрицу можно смело назвать сердцем камеры, не стоит экономить при выборе. Вы ведь хотите, чтобы ваши снимки были на высоте? Тогда остановите свой выбор на фотоаппарате, оснащенном качественной матрицей.

По каким параметрам следует выбирать матрицу?

Размер
Разрешение
Соотношение сигнал-шум
Уровень светочувствительности
Динамический диапазон

Итак, рассмотрим первый параметр из нашего списка, а именно — размер матрицы. Его определяет величина пикселей, а также плотность их расположения относительно друг друга. Меньшая плотность расположения пикселей дает меньший уровень нагрева матрицы и более сильное соотношение сигнала и шума, которое создает более четкую фотографию.

Учтите, что именно размер матрицы является ее главной характеристикой. При выборе на него нужно обратить особое внимание.

Что же обеспечивает размер матрицы и почему он является таким важным параметром?

Итак, размер матрицы диктует:

Уровень шума фотографии
Глубину и насыщенность ее цвета
Динамический диапазон
Размер фотокамеры

Больший размер матрицы обеспечивает:

Низкие показатели шума на фотографии. Матрица, имеющая большую поверхность, принимает больше света. Это будет сопряжено с меньшим нагревом, меньшей погрешностью в процессе квантования, соответственно, меньшим уровнем воздействия нежелательных шумов. Чем больше физический размер матрицы, тем меньше посторонних шумов будет на снимке, даже если съемка осуществляется при низком уровне освещения. Если говорить проще, фотография не будет пестрить лишними точками, точно не способствующими эстетике снимка.
Широкий динамический диапазон
Насыщенные, глубокие цвета снимка

Глубина цвета является показателем, который определяет возможность камеры идентифицировать любые метаморфозы цвета, даже самые незначительные. Это особенно ценно для фотографий однотонных пейзажей, не имеющих резких цветовых переходов. Большая матрица способна уловить даже самый незначительный цветовой переход, в то время как маленькая не имеет такой возможности.

Единственный недостаток, с которым придется смириться при выборе большой матрицы, это размер самой камеры. Чем больше матрица, тем больше размер камеры. Строго говоря, это вряд ли можно считать серьезным недостатком, учитывая широкий спектр преимуществ, которые дает матрица большого размера.

Виды матрицы

Он определяет способ работы матрицы.

На этом основании матрицы делят на 2 технологии:

CMOS
CCD

Конечная цель является одинаковой: накопление света. Разница в том, что является элементом, составляющим структуру. В первой технологии это диод, а во второй — транзистор.

Если говорить о качестве фотографий, то плюсом CCD-технологии были более приятные глазу цвета, а CMOS-технология выгодно отличалась гораздо меньшим уровнем шума.

В наше время подавляющее большинство камер оснащено матрицей CMOS.

Чувствительность матрицы

Она является очень важным параметром. Чем большую чувствительность установить, тем больше возможность зафиксировать на фотографии плохо освещенные объекты. Но при таких условиях будут также увеличиваться нежелательные шумы.

Параметр IS0 является эквивалентным показателем чувствительности. 50 — самый низкий показатель чувствительности, при котором чистое фото не подвергается разрушению шумом.

Сигнал-шум

Это параметр, который находится в непосредственной связи с чувствительностью. Он определяет уровень света и шумов на снимке.

Нужно помнить, что любое фото имеет определенный показатель шума. Светочувствительность характеризуется тем же. Она не может иметь статичных показателей. Они будут меняться, и эти изменения зависят от условий съемки.

Даже если свет совсем отсутствует, фотодатчик все равно продемонстрирует в итоге определенное значение. Как раз это и является шумом. Чтобы получить качественную фотографию, сигнал должен побороть помехи на определенном уровне. Это явление и носит название «сигнал-шум».

Чтобы фотография получилась четкой и не имела нежелательных шумов, нужно правильно настроить фильтры, чтобы они не пропустили эти помехи.

Если увеличивать уровень чувствительности матрицы, действие фильтра будет ослабевать, чтобы поймать слабый сигнал. Но одновременно с этим на снимке отразятся и шумы. Поэтому, чтобы не нужно было усиливать чувствительность, необходимо правильно настроить выдержку.

Что нужно сделать, чтобы ослабить помехи?

Чтобы уровень шума был минимальным, необходимо настраивать минимальную чувствительность матрицы. Однако эта возможность напрямую зависит от того, позволяет ли это выдержка камеры.

Если же требуется уменьшать выдержку, то одновременно с этим необходимо увеличивать чувствительность, что в свою очередь приведет к увеличению уровня шума. Определенное значение приведет к тому, что шумы станут видны на снимке. Потому при съемке выбор стоит между уменьшенной чувствительностью и уменьшенным временем выдержки.

Все это говорит в пользу выбора камеры с большим размером матрицы, позволяющего снижать уровень шума и уменьшать выдержку, чтобы снимать объекты в движении без ущерба качеству изображения.

Разрешение матрицы

Этот параметр для многих является очень важным при выборе камеры. Так ли это? Попробуем разобраться.

Размер пикселя является очень важным параметром, и вот почему это так: когда пиксель больше по размеру, он способен «поймать» больше света. Матрица подобного типа будет давать меньшее количество шумов.

Если матрица имеет большее разрешение, то размер пикселей, которые ее составляют, меньше, а это стимулирует нагрев и поднимает уровень шумов.

Отличительные черты размера пикселя:

Уровень шумов. Как уже было сказано выше, меньший размер пикселя предполагает высокий уровень шумов.
Уровень шевеления. Чем меньше размер пикселя, тем выше его чувствительность к дрожанию и смещению камеры.
Высокие требования к объективу камеры. Чем меньше размер пикселя, тем более высокая разрешающая способность объектива потребуется для качественных снимков.
Чем больше разрешение фотоаппарата, тем большие возможности должен иметь компьютер, который будет обрабатывать снимки. Если вы хотите получить от съемки отличный результат, но не занимаетесь фотографированием в RAW, то вам предстоит довольно продолжительная и непростая работа в фоторедакторах на компьютере. А при редактировании снимков в очень высоком разрешении, например, составляющем 24 мегапикселя и выше это и вовсе может стать очень сложной задачей.

Динамический диапазон матрицы

Он устанавливает максимальный диапазон яркости фотографии. Каждый из пикселей, составляющих матрицу, имеет свой уровень яркости. Функцией динамического диапазона является идентификация широты яркого участка снимка, который способен охватить фотоаппарат без ущерба качеству наиболее темных и наиболее ярких частей кадра.

Динамический диапазон является статичной характеристикой матрицы. Его невозможно изменить. Правда, есть возможность сделать его более узким, если повысить чувствительность ISO, но это далеко не всегда сможет решить проблему. Строго говоря, это даже нежелательно.

Когда фотоаппарат не справляется с трудными условиями съемки, например, если снимать нужно против солнца, мы получаем на фотографии слишком сильные контрасты, которые действительно режут глаз. При взгляде на такие фотографии даже непрофессионал вынесет кадру строжайший вердикт и, конечно, будет совершенно прав.

При таких результатах съемки говорят, что динамический диапазон матрицы не справляется с условиями, в которых ведется съемка. Обычно для исправления этих недостатков нужно менять компоновку кадра, прибегать к разного рода профессиональным хитростям, которые сгладят досадные несовершенства, словом, делать все то, что с динамическим диапазоном фотоаппарата совершенно не связано, поскольку, как мы уже упомянули выше, менять его показатели невозможно, поскольку они статичны.

Поделиться статьёй:

Что такое матрица в фотоаппарате и её основные параметры

Матрица фотокамеры служит для преобразования попадающего на нее с объектива светового потока в электрические сигналы, которые затем камера и преобразует в снимок. Делается это при помощи фотодатчиков, расположенных на матрице в большом количестве.

Что такое матрица фотоаппарата — это микросхема, состоящая из фотодатчиков, которые реагируют на свет.

Структура самой матрицы является дискретной, то есть состоящей из миллионов элементов (фотоэлементов), преобразующих свет.

Поэтому в характеристиках фотоаппарата как раз и указывается количество элементов матрицы, которое мы знаем как мегапиксели (Мп). 1 Мп = 1 миллиону элементов.

Именно от самой матрицы и зависит количество мегапикселей фотоаппарата, которое может принимать значение от 0.3 (для дешевых телефонных фотоаппаратов) до 10 и больше мегапикселей у современных фотоаппаратов. Например, 0,3 Мп это в переводе уже 300 тысяч фотоэлементов на поверхности матрицы.

Характеристиками матрицы можно считать такие параметры:

Физический размер
Разрешение (мегапиксели)
Светочувствительность
Отношение сигнал-шум

Внешний вид матрицы

Сама матрица фотоаппарата формирует черно белое изображение, поэтому для получения цветного изображения, элементы матрицы могут покрывать светофильтрами (красный, зеленый, синий). И если сохранять фотографию в формате JPEG и TIFF, то цвета пикселей фотоаппарат вычисляет сам, а при использовании формата RAW пиксели будут окрашены в один из трех цветов, что позволит обработать такой снимок на компьютере без потери качества.

Физический размер

Еще одной характеристикой матрицы является размер. Обычно размер указывается как дробь в дюймах. Чем больше размер, тем меньше шума будет на фотографии и больше света регистрируется, а значит, больше оттенков получится.

Размер матрицы очень важный параметр всего фотоаппарата.

Разные размеры матрицы

Чувствительность и шумы

В фототехнике применительно к матрицам используется термин «эквивалентная» чувствительность. Происходит это потому, что настоящую чувствительность измеряют различными способами в зависимости от назначения матрицы, а применяя усиление сигнала и цифровую обработку, можно сильно изменить чувствительность в больших пределах.

Светочувствительность любого фотоматериала показывает способность этого материала преобразовывать электромагнитное воздействие света в электрический сигнал. То есть, сколько нужно света, что бы получить нормальный уровень электрического сигнала на выходе.

Чувствительность матрицы (ISO) влияет на съемки в темных местах. Чем больше чувствительность можно выставить в настройках, тем лучше будет качество снимков в темноте при нужных диафрагме и выдержке. Значение ISO может быть от нескольких десятков до нескольких десятков тысяч. Недостатком большой светочувствительности может быть проявление шума на фотографии в виде зернистости. Так же чувствительность участвует в настройке экспозиции.

Размер и количество пикселей

Размер матрицы и ее разрядность в мегапикселях связаны между собой такой зависимостью: чем меньше размер, тем должно быть и меньше мегапикселей. Иначе из-за близкого размещения фотоэлементов возникает эффект дифракции и может получиться эффект замыливания на фотографиях, то есть пропадет четкость на снимке.

Еще размер матрицы и ее разрешение определяют размер пикселя и соответственно динамический диапазон, который показывает возможность фотокамеры отличить самые темные оттенки от самых светлых и передать их на снимке.

Так же чем больше размер пикселя, тем больше отношение сигнал-шум ведь больший по размерам пиксель может собрать больше света и увеличивается уровень сигнала. Поэтому при одинаковом размере матрицы меньшее количество мегапикселей может быть даже полезнее для качества фотографии.

Чем больше физический размер пикселя (англ. pixel — picture element), тем больше он сможет собрать падающего на него света и тем больше будет соотношение сигнал-шум при заданной чувствительности. Можно и по-другому сказать: при заданном соотношении сигнал-шум будет выше чувствительность. Это означает, что можно увеличивать значение чувствительности при настройке экспозиции без боязни получить шумы на фотографии. Разумеется шумы появятся, только значение ISO, при котором это произойдет, будет разным для разных фотокамер. Поэтому зеркалки со своими большими матрицами по этим показателям сильно опережают компакты.

Размер пикселя зависит от физического размера матрицы и её разрешения. Размер пикселя влияет на фотографическую широту. Дополнительно о количестве мегапикселей.

Матрица на плате

Разрешение

Разрешение матрицы зависит от количества используемых пикселей для формирования изображения. Объектив формирует поток света, а матрица разделяет его на пиксели. Но оптика объектива также имеет свое разрешение. И если разрешение объектива не достаточное, и он передает две светящиеся точки с разделением черной точкой как одну светящуюся, то точного разрешения фотоаппарата, которое зависит от значения Мп, можно и не заметить.

Поэтому результирующее разрешение фотокамеры зависит и от разрешения матрицы и от разрешения объектива, измеряемое в количестве линий на миллиметр.

И максимальным это разрешение будет, когда разрешение объектива соответствует разрешению матрицы. Разрешение цифровых матриц зависит от размера пикселя, который может быть от 0,002 мм до 0,008 мм (2-8 мкм). Сегодня количество мегапикселей на фотосенсоре может дистигать значения 30 Мп.

Структура матрицы

Отношение сторон матрицы

В современных фотоаппаратах применяются матрицы с форматами 4:3, 3:2, 16:9. В любительских цифровых фотоаппаратах обычно используется формат 4:3. В зеркальных цифровых фотоаппаратах обычно применяют матрицы формата 3:2, если специально не оговорено применение формата 4:3. Формат 16:9 редко используется.

Тип матрицы

Раньше в основном использовались фотосенсоры на основе ПЗС (прибор зарядовой связи, по-английски CCD — Charge-Coupled Device). Эти матрицы состоят из светочувствительных светодиодов и используют технологию приборов с зарядовой связью (ПЗС). Успешно применяется и в наше время.

Но в 1993 году была реализована технология Activ Pixel Sensors. Её развитие привело к внедрению в 2008 году КМОП-матрицы (комплиментарный металл-оксид-полупроводник, по-английски CMOS — Complementary-symmetry/Metal-Oxide Semiconductor). При этой технологии возможна выборка отдельных пикселей, как в обычной памяти, а каждый пиксель снабжен усилителем. Так же матрицы на этой технологии могут иметь и автоматическую систему настройки времени экспонирования для каждого пикселя. Это позволяет увеличить фотографическую широту.

Фирма Panasonic создала свою матрицу Live-MOS-матрицу. Она работает на МОП технологии. Применяя такую матрицу можно получить живое изображение без перегрева и увеличения шумов.

Откуда берутся шумы на снимках и как их уменьшить.

Как можно почистить матрицу в зеркальном фотоаппарате.

Как размер матрицы влияет на качество снимков.

Матрица фотоаппарата — все самое главное и ничего лишнего

По сравнению с фотокамерами прошлых лет, у цифровых камер очень мало механических узлов. Их заменили электронные компоненты. Остался неизменным только принцип получения фотографии, который заключается в переносе видимого изображения на какой-либо физический носитель. У старых фотокамер это была светочувствительная плёнка, а у современных цифровых устройств – матрица фотоаппарата. Статья может быть полезна тем, кто интересуется фотографией не только, как искусством, но и хочет понять некоторые конструктивные особенности фотокамер и принципы получения изображения.

Формирование изображения в фотокамере

Матрица, фотодатчик, сенсор – это названия одного и того же устройства, входящего в конструкцию фотоаппарата и являющегося его основным элементом. По конструкции матрица это прямоугольная пластинка разных размеров из химически чистого кремния, на которой методом вакуумного напыления организовано большое количество n-p переходов. Эти переходы представляют собой светочувствительные фотодиоды или фототранзисторы. Таким образом, матрица это интегральная микросхема с несколькими миллионами светочувствительных элементов. Когда на фотодиод попадет свет, он преобразуется в электрический сигнал. В зависимости от объекта съёмки количество света может быть большим или меньшим. Электрические потенциалы с матрицы считываются построчно или поэлементно, затем обрабатываются процессором.

Типы матриц

Матрицы фотоаппаратов могут быть изготовлены по разным технологиям и иметь разные размеры. В фотокамерах применяются следующие виды сенсоров:

ПЗС;
КМОП;
Live-MOS;
3 CCD.

ПЗС матрица состоит из полупроводниковых фотодиодов, а считывание электрических потенциалов осуществляется по горизонтальным строкам. Полевые структуры КМОП намного экономичнее, но за счёт электронных преобразований при считывании, качество картинки несколько хуже, чем на матрице ПЗС. Live-MOS является усовершенствованным КМОП сенсором. Его отличают повышенная чувствительность и быстрая передача сигналов. В матрице используется малошумящий усилитель и низковольтное питание. Это разработка Панасоник, которая применяется в фотоаппаратах этой компании, а так же в камерах Leica и Olympus. 3CCD или трёхматричный сенсор обеспечивает высококачественную цветопередачу с малым уровнем шумов. Разделение цветов осуществляется дихроидной призмой маленького размера с записью каждого из основных цветов на отдельную матрицу. К недостаткам системы 3CCD относятся большие размеры устройства и высокая цена камеры.

Важные характеристики матриц

Полупроводниковая матрица цифрового фотоаппарата имеет ряд основных характеристик, от которых зависит качество изображения. Это следующие параметры:

Размер
Количество пикселей
Чувствительность
Динамический диапазон
Соотношение сигнал/шум

К дополнительным характеристикам относится напряжение питания и энергопотребление. Они не влияют на картинку и в описании фотоаппарата обычно не указываются.

Кроп фактор

Это главный параметр полупроводниковой матрицы. От него, и в меньшей степени от количества пикселей, зависят важнейшие характеристики изображения, снятого камерой. Кроп фактор это цифра, показывающая, на сколько реальная матрица меньше полнокадрового стандарта. Full Frame – это размер матрицы 24 Х 36 мм. Такими сенсорами оснащаются самые дорогие и профессиональные фотоаппараты. Этот размер соответствует кадру на стандартной фотоплёнке. Для снижения стоимости фототехники, а так же для производства компактных и лёгких любительских фотокамер «мыльниц» применяются матрицы маленького размера.

Существует общепринятый ряд форматов светочувствительных матриц. За полнокадровыми матрицами следует размер 16 Х 24 мм, что соответствует кроп-фактору 1,5. Самыми маленькими сенсорами, применяемыми в недорогих фотоаппаратах, являются матрицы с размерами 4,5 Х 3,4 мм. Это кроп фактор 7,6. Они применяются в дешёвых моделях фотокамер, где высокое качество кадра не требуется.

Разрешение, мегапиксели

Количеством мегапикселей обычно хвастаются продавцы фотоаппаратов, когда предлагают товар начинающим фотолюбителям. К этому параметру следует относиться с осторожностью. Кадр цифрового фотоаппарата состоит из миниатюрных полупроводниковых элементов. Каждый пиксель это сверхминиатюрный фотодиод или фототранзистор. Теоретически получается, что чем больше пикселей, тем выше качество изображения, точнее проработка мелких деталей или разрешение. На практике большое количество пикселей повышает качество изображения только на матрицах большого размера.

Если размер кристалла небольшой, а изготовитель фотоаппаратов сумел разместить на нём большое количество светочувствительных элементов, то качество изображения будет невысоким. Очень важным для матрицы является не только размер отдельных фотоэлементов, но и расстояние между ними. Маленькие расстояния приводят к перегреву матрицы и возрастанию цифрового шума, который характеризуется цветными точками по всему изображению. Кроме того, при сильном диафрагмировании объектива фотокамеры, за счёт дифракции, вокруг элементов изображения будет появляться цветовая окантовка. Поэтому кадр, снятый на фотоаппарате с матрицей 5,4 Х 4,0 мм и 16 Мп, будет гораздо хуже снимка, полученного на камере с размерами матрицы 8,8 Х 6,6 мм и 10 Мп. Считается, что, в камерах, превышение числа мегапикселей свыше 25 будет излишним. Отчасти это связано с разрешением принтеров для фотопечати, когда самые продвинутые модели печатают фотографии с разрешением 9 600 Х 2 400 точек, что соответствует 23,4 мегапикселей.

Светочувствительность

Этот параметр в цифровых фотокамерах является относительной величиной. Кремниевая пластина со светочувствительными элементами имеет постоянную чувствительность. Всё дело в уровнях сигнала, которые поступают с фотодиодов для дальнейшего преобразования. Если на сенсор фотоаппарата поступает мало света, то электрический сигнал с него будет слабым и фотография будет тёмной. Для того чтобы сделать изображение более светлым слабый сигнал можно усилить. Изменяемый коэффициент усиления и является чувствительностью фотоаппарата. Для удобства фотографов чувствительность матрицы выражается в тех же единицах, что и у западного стандарта на фотоматериалы ASA. Соотношение чувствительности ISO и отечественных фотоплёнок выглядит следующим образом:

50 – 45;
64 – 65;
100 – 90;
160 – 130;
320 – 250.

В левой графе величина чувствительности фотоаппарата, а в правой чувствительность фотоплёнки по ГОСТ.

Отношение сигнал/шум

Мелкие цветные точки на изображении возникают от разных причин. Прежде всего, сама матрица даже при отсутствии засветки будет выдавать слабый электрический потенциал. Это и есть шум. Чтобы он не влиял на изображение, уровень полезного сигнала должен намного превышать уровень шума. Шумовые характеристики матрицы повышаются с уменьшением размера пикселя и расстояния между отдельными точками. Поэтому самой некачественной картинкой будет та, которая получена на маленьком сенсоре с большим количеством мегапикселей. Шум фотокамеры заметно возрастает при увеличении коэффициента усиления или чувствительности. Поэтому, если это возможно, рекомендуется снимать на минимальной чувствительности. Отрицательно влияет на качество изображения нагрев матрицы фотоаппарата. Это происходит, когда она постоянно работает, выводя изображение на дисплей. Профессионалы стараются работать с оптическим видоискателем фотокамеры. В этом случае питание на матрицу подаётся только на очень короткое время, и она не успевает нагреться.

Динамический диапазон

Этот параметр определяется промежутком между минимальным и максимальным значением экспозиции, которые отчётливо видны на снимке. Если у фотоаппарата указан динамический диапазон 8 ступеней или EV, то на снимке будут видны объекты, отличающиеся по яркости в 256 (28) раз. Все предметы, яркость которых выше, получатся совершенно белыми. Нижний порог определяется уровнем шумов самой матрицы, а верхний максимальным электрическим зарядом фотодиода.

Какой фотоаппарат выбрать

При желании снимать всё подряд, не задумываясь о высоком качестве снимка, можно приобрести любой фотоаппарат типа компакт или «мыльница». Отсутствие ручных режимов, большое количество сюжетных программ и фокусировка на лица, делает такой фотоаппарат простым в обращении и удобным для бытового использования. Для получения качественных снимков подойдёт недорогой фотоаппарат с матрицей большего размера и с возможностью ручной установки некоторых параметров съёмки. Ещё больше возможностей предоставляет пользователю беззеркальная камера «суперзум». Обладая небольшими размерами, она позволяет снимать интересные сюжеты на большом удалении от объекта съёмки, поэтому подойдёт для туристов и путешественников. Самые качественные снимки получаются с помощью зеркальной камеры, хотя её применение ограничивается большими размерами и весом. Если Вы хотите узнать все нюансы выбора фотокамеры, наши эксперты подготовили подробные инструкции в статье как выбрать фотоаппарат.

Итоги

При выборе фотоаппарата следует сначала ориентироваться на размер матрицы. Не стоит гнаться за большим количеством точек на изображении. 12-16 Мп более чем достаточно для получения и печати фотографий хорошего качества. Цифровой зум для камеры не слишком важен, так как он только позволяет растянуть центральную часть изображения на весь экран с ухудшением качества. Многие параметры не указываются в спецификации на фотоаппарат, поэтому перед выбором модели неплохо почитать отзывы фотолюбителей на специальных сайтах.

Матрица в фотоаппарате – что это такое? какие бывают?

Формирование изображения в фотокамере

Типы матриц

ПЗС;
КМОП;
Live-MOS;
3 CCD.

Важные характеристики матриц

Размер
Количество пикселей
Чувствительность
Динамический диапазон
Соотношение сигнал/шум

Кроп фактор

Разрешение, мегапиксели

Маленькие расстояния приводят к перегреву матрицы и возрастанию цифрового шума, который характеризуется цветными точками по всему изображению. Кроме того, при сильном диафрагмировании объектива фотокамеры, за счёт дифракции, вокруг элементов изображения будет появляться цветовая окантовка.

Поэтому кадр, снятый на фотоаппарате с матрицей 5,4 Х 4,0 мм и 16 Мп, будет гораздо хуже снимка, полученного на камере с размерами матрицы 8,8 Х 6,6 мм и 10 Мп. Считается, что, в камерах, превышение числа мегапикселей свыше 25 будет излишним.

Отчасти это связано с разрешением принтеров для фотопечати, когда самые продвинутые модели печатают фотографии с разрешением 9 600 Х 2 400 точек, что соответствует 23,4 мегапикселей.

Светочувствительность

50 – 45;
64 – 65;
100 – 90;
160 – 130;
320 – 250.

В левой графе величина чувствительности фотоаппарата, а в правой чувствительность фотоплёнки по ГОСТ.

Отношение сигнал/шум

Динамический диапазон

Какой фотоаппарат выбрать

Итоги

Цифровой зум для камеры не слишком важен, так как он только позволяет растянуть центральную часть изображения на весь экран с ухудшением качества.

Многие параметры не указываются в спецификации на фотоаппарат, поэтому перед выбором модели неплохо почитать отзывы фотолюбителей на специальных сайтах.

Источник: https://my-photocamera.ru/ustrojstvo/osnova-fotokamer-matrica-fotoapparata.html

Матрица фотоаппарата — ее устройство, характеристики, рекомендации по выбору

Матрица фотоаппарата – один из основных компонентов современной фототехники. На ее поверхности строится изображение, которое фиксируется чувствительными элементами (их называют пикселями).

Существует множество эффективных алгоритмов дальнейшей обработки сигнала, но именно матрица стоит в самом начале электронного тракта фотокамеры и в наибольшей степени влияет на качество фотоснимка.

До появления матрицы использовалась пленка. Принципиально устройство фотоаппарата с тех пор изменилось мало.

Изображение, как и раньше, строится объективами разных типов на светочувствительной поверхности, а далее посредством различных технологических процессов переносится либо на бумагу, либо на дисплей компьютера.

Но матрица имеет перед пленкой одно существенное преимущество – мгновенное получение результата. Именно это главным образом и определило повсеместное применение матриц в качестве фотосенсоров.

Устройство и типы матриц

Современная матрица — это микросхема, поверхность которой состоит из множества чувствительных к свету элементов. Каждый элемент является самостоятельным светоприемником, преобразующим падающий на него свет в электрический сигнал, который после предварительной обработки записывается на карту памяти. Изображение, которое мы видим, состоит из совокупности записанных в цифровом виде сигналов с каждого элемента, а значит, имеет дискретную структуру.

Существует две технологии преобразования света в сигнал, на которых может работать матрица фотоаппарата. Первая основана на свойстве полупроводниковых диодов накапливать электрический заряд под воздействием света, и носит название ПЗС (прибор с зарядовой связью) или CCD (то же самое по-английски).

Вторая технология также использует накопление заряда, но в качестве приемника применяется не диод, а транзистор, что позволяет организовать усиление сигнала непосредственно в самом светочувствительном элементе. Эта технология называется КМОП (расшифровка мало что скажет неспециалисту, приводить ее не буду) или CMOS по-английски.

Соответственно существуют и два типа матриц – ПЗС и КМОП.

Первая матрица работала по технологии ПЗС, поскольку эта технология проще и была внедрена первой.

Сейчас более перспективным считается принцип КМОП, поскольку предварительное усиление сигнала непосредственно в элементе матрицы позволяет повысить чувствительность, снизить шумы, сократить энергопотребление и уменьшить стоимость матрицы. Несмотря на это, ПЗС матрицы все еще продолжают использоваться и сегодня.

Элементы, из которых состоит матрица фотоаппарата, способны фиксировать только интенсивность падающего на них света.

Для того, чтобы записать цвет, необходимо, как минимум, три таких элемента (такое количество связано с особенностями восприятия цвета человеческим глазом, имеющим три вида колбочек), каждый из которых отвечает за свою область спектра.

Чтобы реализовать цветовую чувствительность, перед каждым элементом ставится светофильтр, который пропускает только вполне определенный цвет – красный, зеленый или синий (модель RGB – Red-Green-Blue – которая используется в подавляющем большинстве матриц).

Таким образом, получается, что матрица состоит из набора трех видов сенсоров, при этом располагаться они могут разными способами – четырехугольником, у некоторых матриц шестиугольником, да и количество элементов разного цвета может быть разным.

Например, в широко распространенном фильтре Байера на каждый красный и голубой элемент приходится два зеленых, при этом они еще и распределены случайным образом.

Это сделано, чтобы смоделировать повышенную цветовую чувствительность человеческого глаза к зеленому цвету.

А что же тогда такое всем известный пиксель? Это легко понять, если представить себе, что фотоаппарат работает так же, как глаз. Изображение строится зрачком (объектив), воспринимается сетчаткой с палочками и колбочками (матрица) и обрабатывается мозгом (процессор). Собственно саму картинку мы видим мозгом, ведь структура сетчатки так же дискретна, как и матрица фотоаппарата.

Так вот пиксель – это логическая структура, формирующаяся в результате обработки сигнала процессором фотоаппарата по специальным алгоритмам. Пиксель может состоять и из одного светочувствительного элемента, и из трех и более.

Например, в уже знакомом нам фильтре Байера цвет каждого элемента вычисляется по информации, полученной от окружающих его элементов, а следовательно, пиксель состоит из одного светочувствительного элемента.

У разных матриц и алгоритмов это может быть по-разному.

По большому счету, нам все сказанное не так важно. На технологическом поле бьются производители фототехники, выпуская все более совершенные матрицы и постоянно улучшая алгоритмы обработки изображений.

Что действительно нужно понимать, так это то, что для нас как пользователей, матрица состоит из пикселей, каждый из которых является элементом изображения, несущим информацию об интенсивности света и его цвете.

А алгоритм обработки мы вообще вряд ли узнаем, поскольку свои ноу-хау производители берегут как зеницу ока.

Мы рассмотрели, как устроена матрица фотоаппарата, а теперь перейдем к ее основным характеристикам, понимание смысла которых поможет вам правильно выбрать хороший фотоаппарат.

Размер матрицы

Самая важная характеристика. И вот почему. Любой приемник излучения обладает шумами, т. е. на полезный сигнал всегда накладывается паразитный шум. Матрица не является исключением.

Из теории известно, что чем больше света поступает в приемник излучения, тем меньше относительное влияние шума.

Отсюда следует очевидный вывод: чем больше площадь чувствительного элемента, тем больше на него падает света, тем меньше шум.

Таким образом, чтобы матрица меньше шумела, она должна иметь больше размер и меньше пикселей. В этом случае можно будет снимать с большей чувствительностью ISO, с длинными выдержками, в темное время суток, ночью и т. д. и получать при этом фотографии высокого качества. Рассмотрим, какие размеры имеют современные матрицы.

Исторически сложилось так, что вместо того, чтобы просто указать размеры, например в миллиметрах, для обозначения размеров матриц используются малопонятные и запутанные величины типа 1/2,7”. Это длина диагонали матрицы в долях дюйма (надо же такое придумать!).

Тем не менее, такое обозначение указывается наиболее часто, и есть мнение, что это делается специально, чтобы запутать потребителя, поскольку производители не очень любят афишировать размер матрицы.

С размером тесно связано понятие кроп фактора – отношения диагонали полного кадра к диагонали матрицы, который также не вполне очевиден, но часто указывается в характеристиках фотоаппарата.

Самая большая матрица из доступных (среднеформатные мы здесь рассматривать не будем из-за их очень высокой стоимости) имеет размер полного кадра 24х36 мм (кадр малоформатной пленочной камеры). Такая матрица применяется в полнокадровых зеркалках и дорогих беззеркальных фотоаппаратах. Отличается высокой чувствительностью, малыми шумами и отличным качеством изображения.

Все остальные матрицы меньше. Самые маленькие используются в компактных любительских мыльницах, они же имеют и самые низкие характеристики. Зато и цена таких фотоаппаратов весьма доступна. Рекомендация здесь одна: покупайте фотоаппарат с большей матрицей.

Разрешение матрицы

Вторая важная характеристика. Отвечает за детализацию изображения. Измеряется в миллионах пикселей – мегапикселях (МПикс.). Чем больше разрешение, тем большего формата фотографию можно напечатать и больше увеличить изображение на мониторе. Иными словами, тем большее количество информации несет цифровой снимок.

К сожалению, эта характеристика сильно пострадала в маркетинговых войнах производителей фототехники. Когда цифровая фотография только начиналась, разрешение действительно было главным параметром матрицы.

Тогда матрица фотоаппарата мыльницы имела разрешение 3 – 4 МПикс., а у профессиональных зеркалок около 6. Этого мало, поскольку с 6 МПикс.

можно напечатать фотографию размером не более А4, а ведь это профессиональная камера!

Но потом началась гонка мегапикселей, которая привела к тому, что качество изображения недорогой мыльницы с 16 МПикс. стало хуже, чем у зеркалки с 10 МПикс. Маленькая матрица 1/2,7” просто не в состоянии обеспечить приемлемый световой поток для 16 МПикс. втиснутых в 5,27х3,96 мм.

Снимок получается шумным, шумоподавляющие алгоритмы замыливают картинку, четкость падает. В общем, беда. А ведь с 16 МПикс можно было бы легко напечатать фотографию 40х30 см и даже больше (!).

Правда, в случае матрицы большего размера (например, формата APS-C размером 25,1×16,7 мм) , а не с той, о которой я говорю.

Вы сами должны решить, фотографии какого формата будете печатать или рассматривать на мониторе.

А рекомендация здесь состоит в том, что предпочтительнее выбрать матрицу с меньшим разрешением, но с большим размером, она точно будет работать лучше.

Например, для матриц упомянутого выше формата APS-C оптимальным можно считать разрешение 12 – 16 МПикс. А часто ли вы печатаете фотографии формата А3?

Светочувствительность матрицы

Эта характеристика определяет возможность матрицы регистрировать слабые световые потоки, т. е. снимать в темноте или с короткими выдержками. Определяется в единицах международного стандарта ISO.

Как мы уже говорили выше, чем больше чувствительность, тем больше шумов. Матрица фотоаппарата типа КМОП шумит меньше, чем ПЗС. Большая по размерам меньше, чем маленькая. С меньшим разрешением меньше чем с большим.

Обычно фотоаппарат настроен по умолчанию на чувствительность 100 ISO. Качественные крупные матрицы на 200 ISO. Рекомендую снимать с как можно меньшей чувствительностью.

Повышение чувствительности приводит к шумам и оправданно только тогда, когда по-другому снять кадр вообще невозможно, например, ночью без штатива или быстродвижущийся объект в условиях недостаточной освещенности.

Во всех остальных случаях устанавливайте чувствительность как можно меньше.

Соотношение сигнал/шум матрицы

Этот параметр как раз и отражает шумность матрицы. Практически мы уже рассмотрели, как матрица фотоаппарата создает шумы и от чего они зависят.

Добавлю лишь то, что кроме типа, размера, чувствительности, шум зависит еще и от температуры матрицы, чем она выше, тем шум больше. А при интенсивной работе матрица нагревается.

В беззеркальных фотоаппаратах матрица работает постоянно, а в зеркалках только в момент срабатывания затвора, поэтому при прочих равных условиях матрицы даже любительских зеркальных фотоаппаратов шумят меньше.

Борьба с шумом это отдельная тема. Развитие цифровой техники идет очень быстрыми темпами и с каждым годом матрицы становятся все более совершенными. Шум можно значительно уменьшить при обработке снимков в фоторедакторах, но помните, что даже великий Photoshop не всемогущ, поэтому старайтесь придерживаться рекомендаций, которые давались выше.

На этом рассмотрение матриц можно завершить. Надеюсь, что современная матрица, пришедшая на смену пленке, не разочарует вас, поэтому снимайте, экспериментируйте и учитесь! И не экономьте на матрице, хотя эта рекомендация уже из другой области.

Источник: http://fotoapparat-expert.ru/matrica-fotoapparata-ee-ustrojstvo-xarakteristiki-rekomendacii-po-vyboru.html

Матрица фотоаппарата

Общее представление о матрице фотоаппарата

Особенности строения матрицы

Как вы наверняка знаете, каждое цифровое изображение представляет собой что-то вроде мозаики, состоящей из множества точек, которые в совокупности и являются фотографией.

Изображение не «распадается» именно потому, что этих точек очень много и они имеют высокую плотность расположения относительно друг друга.

Вполне логично предположить, что если бы плотность их расположения была ниже, мы бы увидели, как изображение распадается на эти самые точки, и это было бы наглядной демонстрацией дискретного характера структуры матрицы.

Матрица как альтернатива пленки

Характеристики матрицы

Будьте готовы к тому, что бюджетные варианты фотоаппарата вряд ли будут обладать высококачественной матрицей. Поскольку матрицу можно смело назвать сердцем камеры, не стоит экономить при выборе.

Вы ведь хотите, чтобы ваши снимки были на высоте? Тогда остановите свой выбор на фотоаппарате, оснащенном качественной матрицей.

По каким параметрам следует выбирать матрицу?

Размер
Разрешение
Соотношение сигнал-шум
Уровень светочувствительности
Динамический диапазон

Что же обеспечивает размер матрицы и почему он является таким важным параметром?

Итак, размер матрицы диктует:

Уровень шума фотографии
Глубину и насыщенность ее цвета
Динамический диапазон
Размер фотокамеры

Больший размер матрицы обеспечивает:

Низкие показатели шума на фотографии. Матрица, имеющая большую поверхность, принимает больше света. Это будет сопряжено с меньшим нагревом, меньшей погрешностью в процессе квантования, соответственно, меньшим уровнем воздействия нежелательных шумов. Чем больше физический размер матрицы, тем меньше посторонних шумов будет на снимке, даже если съемка осуществляется при низком уровне освещения. Если говорить проще, фотография не будет пестрить лишними точками, точно не способствующими эстетике снимка.
Широкий динамический диапазон
Насыщенные, глубокие цвета снимка

Виды матрицы

Он определяет способ работы матрицы.

На этом основании матрицы делят на 2 технологии:

В наше время подавляющее большинство камер оснащено матрицей CMOS.

Чувствительность матрицы

Сигнал-шум

Что нужно сделать, чтобы ослабить помехи?

Если же требуется уменьшать выдержку, то одновременно с этим необходимо увеличивать чувствительность, что в свою очередь приведет к увеличению уровня шума. Определенное значение приведет к тому, что шумы станут видны на снимке. Потому при съемке выбор стоит между уменьшенной чувствительностью и уменьшенным временем выдержки.

Разрешение матрицы

Этот параметр для многих является очень важным при выборе камеры. Так ли это? Попробуем разобраться.

Отличительные черты размера пикселя:

Уровень шумов. Как уже было сказано выше, меньший размер пикселя предполагает высокий уровень шумов.
Уровень шевеления. Чем меньше размер пикселя, тем выше его чувствительность к дрожанию и смещению камеры.
Высокие требования к объективу камеры. Чем меньше размер пикселя, тем более высокая разрешающая способность объектива потребуется для качественных снимков.
Чем больше разрешение фотоаппарата, тем большие возможности должен иметь компьютер, который будет обрабатывать снимки. Если вы хотите получить от съемки отличный результат, но не занимаетесь фотографированием в RAW, то вам предстоит довольно продолжительная и непростая работа в фоторедакторах на компьютере. А при редактировании снимков в очень высоком разрешении, например, составляющем 24 мегапикселя и выше это и вовсе может стать очень сложной задачей.

Динамический диапазон матрицы

При таких результатах съемки говорят, что динамический диапазон матрицы не справляется с условиями, в которых ведется съемка.

Обычно для исправления этих недостатков нужно менять компоновку кадра, прибегать к разного рода профессиональным хитростям, которые сгладят досадные несовершенства, словом, делать все то, что с динамическим диапазоном фотоаппарата совершенно не связано, поскольку, как мы уже упомянули выше, менять его показатели невозможно, поскольку они статичны.

Источник: http://top100photo.ru/blog/azbuka-fotografii/matrica-fotoapparata

Матрица фотоаппарата

Что такое матрица фотоаппарата — это микросхема, состоящая из фотодатчиков, которые реагируют на свет.

Характеристиками матрицы можно считать такие параметры:

Физический размер
Разрешение (мегапиксели)
Светочувствительность
Отношение сигнал-шум

Внешний вид матрицы

И если сохранять фотографию в формате JPEG и TIFF, то цвета пикселей фотоаппарат вычисляет сам, а при использовании формата RAW пиксели будут окрашены в один из трех цветов, что позволит обработать такой снимок на компьютере без потери качества.

Физический размер

Размер матрицы очень важный параметр всего фотоаппарата.

Разные размеры матрицы

Значение ISO может быть от нескольких десятков до нескольких десятков тысяч. Недостатком большой светочувствительности может быть проявление шума на фотографии в виде зернистости.

Так же чувствительность участвует в настройке экспозиции.

Размер и количество пикселей

Чем больше физический размер пикселя (англ. pixel — picture element), тем больше он сможет собрать падающего на него света и тем больше будет соотношение сигнал-шум при заданной чувствительности. Можно и по-другому сказать: при заданном соотношении сигнал-шум будет выше чувствительность.

Это означает, что можно увеличивать значение чувствительности при настройке экспозиции без боязни получить шумы на фотографии. Разумеется шумы появятся, только значение ISO, при котором это произойдет, будет разным для разных фотокамер.

Поэтому зеркалки со своими большими матрицами по этим показателям сильно опережают компакты.

Матрица на плате

Разрешение

И если разрешение объектива не достаточное, и он передает две светящиеся точки с разделением черной точкой как одну светящуюся, то точного разрешения фотоаппарата, которое зависит от значения Мп, можно и не заметить.

Структура матрицы

Отношение сторон матрицы

Тип матрицы

При этой технологии возможна выборка отдельных пикселей, как в обычной памяти, а каждый пиксель снабжен усилителем. Так же матрицы на этой технологии могут иметь и автоматическую систему настройки времени экспонирования для каждого пикселя.

Это позволяет увеличить фотографическую широту.

Источник: https://vybrat-tekhniku.ru/ustroystvo/matrica.html

Матрица фотоаппарата

Никого сейчас не удивишь цифровой фото камерой, каждая из которых наделена матрицей фотоаппарата. Что такое матрица фотоаппарата, почему ее название матрица цифрового фотоаппарата, какие ее функции.

Почти два столетия прошло с тех пор, как был создан первый прототип фотоаппарата. Принцип работы фотокамеры остался прежним: попадание светового потока через объектив и фиксация на светочувствительном элементе. Ранее использовались пленочные элементы с свойственной им химической реакцией. Новая эра фотоаппаратов преподнесла нам цифровые фотокамеры.

Матрица фотоаппарата, а точнее матрица цифрового фотоаппарата — это электронная схема, состоящая из миллионов крошечных светочувствительных диодов, которые реагируют на световой поток, попадающий на них. Один такой светодиод матрицы цифрового фотоаппарата приносит вашему изображению ровно один пиксель.

Теперь представьте себе матрицу фотоаппарата, передающую 12 миллионов пикселей. Сложно? Вовсе нет: 12 мегапикселей — это площадь матрицы в пикселях. К примеру, если соотношение сторон матрицы 3:4, то на матрице цифрового фотоаппарата будет располагаться 3 тысячи пикселей в столбце и таких столбцов 4 тысячи.

Как выглядит матрица фотоаппарата. Какой физический размер матрицы фотоаппарата?

Особенность электроники матрицы цифрового фотоаппарата заключается в накоплении эклектического заряда в зависимости от количества попадающего света на матрицу фотоаппарата.

Если происходит переизбыток энергии на пикселе или группе пикселей матрицы цифрового фотоаппарата, то эта энергия начинает переходить на соседние пиксели.

В результате, когда фотографируете солнце вы получаете световой пучок разной окружности.

Важно знать: чем качественнее и дороже матрица, а главное, чем больше физический размер матрицы цифрового фотоаппарата, тем больше расстояние между её пикселями, тем менее заметен эффект распределения энергии на соседние пиксели.

Количество пикселей на матрице должно увеличиваться с увеличением качества иили размера матрицы цифрового фотоаппарата. Иначе, новые пиксели теряют свою эффективность. Размер матрицы цифрового фотоаппарата — важная характеристика!

Для начала, что это такое. Раньше, в эпоху пленочных фотоаппаратов с этим было просто — вместо матрицы была светочувствительная пленка-негатив. Стандарт был 35мм (физический размер 24×36 мм).

В современном же цифровом фотоаппарате вместо пленки устанавливается светочувствительная матрица — интегральная микросхема, состоящая из светочувствительных элементов (фотодиодов). Матрица предназначена для преобразования спроецированного на нее оптического изображения в поток цифровых данных.

Фотоматрица оцифровывает («нарезает» на пиксели) то изображение, которое формируется объективом фотоаппарата.

Существуют несколько типов матриц, применяемых в цифровых камерах, основные из которых CCD и CMOS. CCD-матрица обеспечивает лучшие показатели при съемке динамичных и мелких объектов, у нее низкий уровень шума и высокий коэффициент заполнения. CMOS-матрица же используется в изделиях, для которых критична конечная стоимость, благодаря своей недорогой стоимости, низкого энергопотребления.

Итак, физический размер матрицы. Необходимо отметить, что физический размер матрицы — одна из важнейших характеристик фотоаппарата, влияющих на качество получаемых фотографий. Физический размер — это ее геометрический размер (длина и ширина в миллиметрах).

Однако чаще всего размеры фотосенсоров чаще всего обозначают в виде дробных частей дюйма, например 1 / 2.5″. Так как эта величина обратная, то и соответственно, размер матрицы больше, если число после дроби меньше.

Для примера, приведем соотношение наиболее часто используемых матриц:

Диагональ матрицы	Геометрический размер
1 / 3.2″	3.4 х 4.5мм
1 / 2.7″	4.0 х 5.4мм
1 / 2.5″	4.3 х 5.8мм
1 / 2.3″	4.6 х 6.2мм
1 / 1.8″	5.3 х 7.2мм
2 / 3″	6.6×8.8мм
1″	9.6 х 12.8мм
APS-C (матрица, в 1.6 раза меньше APS)	15 х 23мм
полный формат (APS)	24 х 36мм

Проще ориентироваться не на размер матрицы в обратных значениях дюйма, а на кроп-фактор. Кроп-фактор — это коэффициент, показывающий во сколько раз матрица фотоаппарата меньше полного формата. Например, для наиболее распространенного размера матрицы современных мыльниц 1 / 2.3″ кроп-фактор составит 5.62, т.е. матрица в 5.62 раза меньше полноформатной.

Размер матрицы влияет на количество цифрового шума, передаваемого вместе с основным сигналом на матрицу. Наличие цифрового шума, в свою очередь, придает фотографии неестественный вид и создается впечатление, что на фотографии наложена матовая пленка.

Чем больше физический размер матрицы, тем больше ее площадь и тем больше света на нее попадает, в результате чего полезный сигнал матрицы будет сильнее и соотношение сигнал / шум будет лучше.

Это позволяет получать более яркую, качественную картинку с естественными цветами.

Источник: http://nikon3100.ru/statii/matrica-fotoapparata

Как выбрать цифровой фотоаппарат. Сколько должно быть мегапикселей

Матрица фотоаппарата

Матрица — один из самых значимых элементов фотоаппарата. В цифровых фотоаппаратах заменяет пленку и представляет из себя плоскую (пока) панельку, содержащую на своей поверхности ячейки — пиксели. Ячейки собирают фотоны света и преобразовывают их в электрические сигналы, которые считываются электроникой камеры и оцифровываются. Но таким образом определяется только количество света, а не его цвет. Чтобы получить цветной пиксель каждая ячейка матрицы прикрыта светофильтром и получает свет только одного из трех основных цветов.

Матричный цветофильтр.

Это общие принципы устройства сенсоров, но различаются они не только количеством пикселей, а еще и геометрическими размерами. И если профессиональная камера оборудуется полнокадровой матрицей, т. е. ее геометрические размеры эквивалентны размеру 35 мм пленки — 36 х 24 мм, то в вашем смартфоне она значительно меньше.

Физические размеры сенсоров

Понятно, что при одинаковом количестве ячеек, но значительно меньших геометрических размерах сенсора, каждая ячейка тоже становится значительно меньше. Вместе с тем падает ее способность улавливать фотоны света, т. е. она хуже «видит» — падает ее чувствительность. Низкая чувствительность сенсора означает потерю данных и увеличение цифрового шума при недостаточном освещении (шум это разноцветные точки в полученных снимках). Процессор фотоаппарата борется с шумами, но в результате работы «шумодава» снижается качество изображения, оно «замыливается».

С уменьшением площади отдельных ячеек сенсора, падает четкость изображения в мелких деталях. Связано это с тем, что при прохождении в отверстие диафрагмы объектива лучи света отклоняются, образуя на поверхности матрицы центрические круги, так называемый диск Эйри. Диаметр этого диска (кружка рассеивания) зависит только от диаметра отверстия диафрагмы, но если становится сравним с размером пикселя камеры (или предельно допустимого кружка нерезкости), он начинает оказывать визуальное влияние на изображение. Если два диска Эйри оказываются расположены ближе половины их размера, они сливаются в один.

Кружок рассеивания на матрице с разными размерами пикселя

Как устроена матрица фотокамеры | Мир технологий

ПрактикаМир технологий

Андрей Виноградов | 28.05.2014

Матрица – главный элемент в любом фотоаппарате. Как формируется изображение на ней? Откуда берется цвет? Какое разрешение оптимально?

Откуда берется цвет

Какие есть типы матриц

Сколько мегапикселей достаточно

Светочувствительные матрицы используются во многих устройствах. Самое известное из них – фотокамера. Цифровые сенсоры заменили собой пленку, сделав съемку существенно проще и дешевле, открыв
для масс возможность делать тысячи снимков, платя лишь раз – при покупке фотоаппарата.

Откуда берется цвет

Матрица фотоаппарата весьма непростое устройство, хотя на первый взгляд представляет собой просто ряды светочувствительных фотодиодов. Ее основная задача заключается в преобразовании полученных
импульсов в электрический ток. Причем сделать это нужно так, чтобы в итоге получилось цветное изображение с высокой детализацией.

Когда фотографы спорят о том, матрица чьего фотоаппарата более точно и глубоко передает цвет, они даже не задумываются, что каждый из пикселей – монохромный. Цвет появляется благодаря хитрым
системам. Таким, как мозаичные фильтры. Это самая распространенная технология получения цветного изображения.

Матрица накрыта тончайшим фильтром, который делит сенсор на субпиксели. Каждому из них присваивается свой цвет, в дальнейшем таким образом формируется общая картинка. Существует целый ряд подтипов,
наиболее известным из которых является фильтр Байера, названный в честь сотрудника компании Kodak, доктора Брайса Э. Байера (Bryce Bayer), создавшего эту технологию в 1976 году.

Данный светофильтр делит каждый пиксель на два зеленых, красный и синий субпиксели. Таким образом изображение делится на точки, но метод не лишен недостатков. Главный из них – потеря четкости, так
как недостающую информацию приходится интерполировать, то есть вычислять, дорисовывать. Тем не менее сегодня проблема потеряла остроту, поскольку пиксели стали настолько маленькими, что увидеть
потерю резкости крайне сложно.

Впрочем, существуют и альтернативные системы получения цветного изображения. Например, матрица Foveon, которую использует в своих фотокамерах компания Sigma. Foveon X3 по сути состоит из трех
матриц (не путать с трехматричными системами 3CCD!), расположенных друг над другом, но не пропускает свет определенного спектра.

Поэтому нет необходимости применять интерполяцию – то, что попало на матрицу, записывается в файл. Но и эта система не идеальна: главным образом Foveon X3 страдает из-за высоких шумов. Дело в том,
что идеально распределить получаемый свет по слоям крайне непросто, и некоторая часть света поглощается «чужим» слоем. Разумеется, изображение от этого не улучшается.

Система 3CCD используется в видеокамерах, скажу о ней кратко – специальная призма делит свет на три составляющие и каждая матрица формирует свое изображение, объединяющееся в одно силами
процессора.

Какие есть типы матриц

Существует два основных типа: ПЗС (прибор с зарядовой связью – Charge-Coupled Device, CCD) и КМОП (комплементарная структура «металл-оксид-полупроводник» – Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,
CMOS). Вдаваться в технические подробности я не стану – принципиальная разница заключается в методе снятия заряда со светочувствительного элемента сенсора. На тематических форумах можно прочесть не
одну сотню страниц, написанных пользователями, которые пытаются доказать, что ПЗС лучше КМОП и наоборот. Если же взглянуть на механизм формирования изображения, становится ясно, что на
цветопередачу влияют многие параметры и способ передачи электрического сигнала от пикселя к процессору – далеко не главный. Вы наверняка замечали, что разные модели фотокамер имеют свою фирменную
цветопередачу и даже уровень шумов. При этом производителей матриц немного. Безусловным лидером считается компания Sony, чьи матрицы используют также Nikon и Pentax. Взгляните на необработанные
JPEG от Pentax K10D, Nikon D80 и Sony A100. Характерные особенности картинки хорошо видны, несмотря на то, что во всех трех стоит один и тот же ПЗС-сенсор разрешением 10 Мп.

Да что там разные производители! Во времена сотрудничества Samsung и Pentax разница в изображении «клонов» была весьма значительной. Изображения, формируемые на 14-Мп матрице корейского
производства более грамотно формировались в «родном» Samsung GX-20, нежели в Pentax K20D, поэтому и цветопередача была точнее, и шумы меньшими. Все это доказывает: гораздо важнее правильно
обработать сигнал.

Последним доводом в пользу того, что ПЗС «круче» КМОП является то, что средний формат до последнего времени использовал только матрицы первого типа. Но это происходило скорее из-за того, что данный
рынок развивается медленнее, ведь спрос на дорогущие и не универсальные среднеформатные камеры не исчисляется миллионами. А в нынешнем году КМОП пришел и в высший сегмент – именно эти матрицы
установлены в Pentax 645Z, а также в цифровом заднике Phase One IQ250.

Сколько мегапикселей достаточно

Чем больше – тем лучше. В идеале, конечно. Ведь каждый пиксель – это дополнительная информация, которая повышает резкость, а в конечном итоге и детализацию. Но не все так просто.

Прежде всего, хочу разочаровать всех жаждущих заполучить фотокамеру с условными тремя мегапикселями и рабочими ISO 102400. Дело ведь не в том, что производители не хотят считаться с энтузиастами,
которым не нужно сверхвысокое разрешение при отсутствии шумов. Такую матрицу сделать даже с современными технологиями непросто.

Но не надо расстраиваться! Прогресс не стоит на месте, и сегодняшние матрицы лучше прежних. Не верите? Хорошо, давайте рассмотрим вопрос во времени. Загляните на тематический форум, и вы найдете
не один десяток сообщений, что, мол, новая 24-Мп камера – это уже слишком, вот есть же матрица с 14 Мп – на ней пиксели «жирные», а значит, лучше! Открываешь темы трех-пятилетней давности, где
говорят: «Эх, наделали целых 14 Мп, куда столько? Лучше бы сделали новую 10-Мп, но с меньшими шумами». Восемь лет назад та же история наблюдалась при переходе от 6 Мп к 10 Мп. К чему это я? К тому,
что, несмотря на рост разрешения, раньше камерой с матрицей формфактора APS-C можно было снимать на ISO 200–400, сегодня же я без опаски могу выставить и ISO 1600, а иногда и 3200. При этом следует
учитывать, что, если снизить разрешение кадра с 24 до 6 Мп, шумы тоже снизятся, даже без применения дополнительных алгоритмов. Если добавить к этому возможность вырезать фрагменты кадра (если
позволяет оптика) в значительно большей степени, нежели при низком разрешении, действительно получается, что чем больше пикселей, тем лучше. Главное, чтобы делали матрицы опытные инженеры, например,
как в той же Sony.

Цифровые фотокамеры

Журнал: Журнал IT-Expert [№ 05/2014], Подписка на журналы

Как чистить и обслуживать фотоаппарат и объективы

На снятом камерой изображении присутствуют пятна или пыльОдна из самых распространенных проблем, с которой сталкиваются фотографы, — пыль на матрице камеры.

Она может оказать неблагоприятное воздействие на фотографии, поскольку видна в светлых частях изображения в виде размытых темных пятен. В большинстве случаев пыль видна на фоне голубого неба, как показано ниже.Иногда ошибочно полагают, что пятна, появляющиеся на фотографиях, вызваны пылью на полупрозрачном зеркале, электронном видоискателе или объективе. Однако пыль на зеркале и электронном видоискателе не влияет на окончательный вид фотографии. Равным образом и пылинки на объективе слишком малы и далеки от фокуса, чтобы быть видимыми на снимках.

Какие меры предосторожности следует предпринять, чтобы избежать попадания пыли на матрицу и полупрозрачное зеркало?

Полностью избежать попадания пыли в камеру нельзя, но значительно снизить ее количество можно с помощью следующих мер.

Выключайте камеру перед сменой объектива. Это снизит статический заряд на матрице и понизит риск притяжения пыли.
Прежде чем устанавливать объектив на камеру, убедитесь, что его задняя часть чистая и не запылена. Сдувайте с объектива пыль и в особенности другие частицы, способные поцарапать стекло, пневмощеткой. После этого при необходимости используйте сухую ткань из микроволокна.
Не оставляйте камеру без объектива на продолжительное время. При снятии объектива сразу же устанавливайте на камеру крышку или другой объектив.
По возможности меняйте объективы только в сухих условиях, при отсутствии пыли и песка.
При смене объектива держите камеру байонетом вниз, чтобы избежать попадания в нее пыли.
Сохраняйте заднюю крышку объектива и крышку байонета камеры в чистоте. Не допускайте накопления на них пыли. При установке объектива на камеру заднюю крышку объектива можно прикрепить к крышке байонета камеры. Это предотвратит накопление на них пыли и грязи, особенно если они будут храниться в сумке для камеры.
Поддерживайте сумку для камеры в чистоте. В процессе эксплуатации сумка собирает на себя много пыли и грязи. Время от времени извлекайте из сумки все содержимое и чистите ее пылесосом. Перед использованием пылесоса извлекайте из сумки все мелкие детали — карты памяти, крышечку горячего башмака и т. д.

Что можно сделать, если на снимках есть пятна от пыли?

В камерах SLT имеется двухэтапная функция очистки Anti Dust.

Антистатическое покрытие оптического низкочастотного фильтра.
Вибрация матрицы для стряхивания легких пылинок, попавших на низкочастотный фильтр. (В моделях SLT, появившихся летом 2011 г. (SLT-A77 и последующие модели), используется более эффективная в сравнении с предыдущими моделями ультразвуковая вибрация.)

Вибрация матрицы включается автоматически при каждом выключении камеры, а при необходимости может быть включена в меню. Поскольку встроенная функция Anti Dust срабатывает при каждом выключении камеры, пыль, видимая на предыдущих фотографиях, могла быть уже удалена с матрицы. Кроме того, обычные пылинки достаточно малы и незаметны невооруженным глазом на матрице.

Как очищать матрицу (в частности оптический низкочастотный фильтр перед ней)?

Sony допускает только один способ самостоятельной очистки — с помощью потока воздуха из ручной резиновой груши (пневмощетки)*. Все прочие методы могут повредить матрицу, в частности оптический низкочастотный фильтр перед ней, и аннулировать гарантию на камеру.

Для очистки низкочастотного фильтра перед матрицей выполните следующее:

Выключите камеру, чтобы автоматически сработала функция вибрации матрицы. Слабо держащаяся пыль будет сброшена.
Снимите объектив. Вы увидите полупрозрачное зеркало, закрывающее матрицу. С помощью резиновой груши аккуратно сдуйте пыль с полупрозрачного зеркала, но не касайтесь зеркала кончиком груши.
Для доступа к матрице зеркало необходимо откинуть. Аккуратно нажмите на фиксирующий рычаг зеркала пальцем, чтобы откинуть его.
Не касайтесь поверхности полупрозрачного зеркала! Зеркало камеры изготовлено из полупрозрачной пленки. Касание может запачкать или деформировать его, что скажется на качестве изображения и работе камеры.
Поверните камеру байонетом вниз, направьте кончик груши внутрь камеры и подуйте из груши несколько раз. Большая часть пылинок будет сдута с матрицы и выброшена из камеры потоком воздуха.
После этого нажатием пальца верните зеркало в нормальное положение. Вы должны услышать щелчок. Как и выше, касайтесь только оправы зеркала, но не его поверхности.

* Ручная резиновая груша/пневмощетка. Пневмощетки выпускаются многими производителями и значительно различаются по цене и качеству. Качественные пневмощетки оснащены сменными воздушными фильтрами для предотвращения задувания в камеру новой пыли. Резиновая пневмощетка — важный аксессуар в наборе фотографа, позволяющий в большинстве случаев быстро и действенно избавиться от пыли.

Примечание. Не используйте для очистки матрицы сжатый воздух! При слишком высоком давлении он может повредить матрицу или занести в камеру капли агрессивных жидкостей, способных серьезно повредить низкочастотный фильтр или полупрозрачное зеркало.

Пыль на полупрозрачном зеркале

Полупрозрачное зеркало — очень чувствительная деталь камеры.

Зеркало камеры изготовлено из полупрозрачной пленки. Касание может запачкать или деформировать его, что скажется на качестве изображения и работе камеры. Кроме того, полупрозрачную пленку легко поцарапать.

Не пытайтесь стирать грязь, пыль и жир с зеркала камер SLT и не используйте чистящие жидкости. Это повредит полупрозрачное зеркало. Повреждения, вызванные непосредственным контактом с полупрозрачной пленкой, не покрываются гарантией.

Для очистки зеркала камер SLT и обеспечения оптимальной функциональности регулярно используйте резиновую пневмощетку* во избежание накопления пыли. Также очищайте внешнюю сторону задней части объектива перед его установкой на камеру. Это особенно важно при использовании камеры в среде с высокой влажностью или опасностью образования конденсата. В условиях высокой влажности имеющаяся на зеркале камеры SLT пыль может приклеиться к нему.

Примечание. Не используйте сжатый воздух! При слишком высоком давлении он может повредить матрицу или занести в камеру капли агрессивных жидкостей, способных серьезно повредить полупрозрачное зеркало.

Пыль внутри объектива

Пыль внутри объектива — это нормальное явление, и оно не должно вызывать беспокойства. В сравнении с пылью на матрице пыль внутри объектива практически не сказывается на снимках. Таким образом, если вы заметили пыль внутри объектива (ее легче заметить невооруженным глазом, чем пыль на матрице), вы можете продолжать снимать.

Попадание воздуха в объективы предусмотрено конструкцией, поскольку они содержат элементы, движущиеся при фокусировке и трансфокации. Если бы конструкция была герметичной, линзам мешало бы сдвигаться и раздвигаться давление воздуха.

Даже в новом объективе может содержаться небольшое количество пыли. Это не является дефектом. Хотя объективы изготавливаются в очень чистой среде, изолировать ее полностью от пыли невозможно.

Как чистить и обслуживать камеру и объективы

Необходимо производить очистку камеры и объективов, чтобы поддерживать технику в хорошем состоянии, однако это весьма деликатная процедура. Вот почему важно содержать их в хорошем состоянии и беречь от загрязнений.

Всегда надевайте крышки объективов.

Храните объективы в защитных чехлах.

Храните фотоаппаратуру в подходящей сумке.

Необходимые принадлежности можно найти здесь.

Если вы находитесь в очень влажном месте или переходите из холода в тепло, может произойти конденсация влаги. Конденсация может привести к окислению некоторых металлических деталей внутри камеры, что вызовет ее поломку. Кроме того, в камере может появиться грибок и плесень, что приведет к повреждению оборудования. Чтобы уменьшить этот риск, рекомендуется положить в футляр для переноски фототехники мешочки с силикагелем. Силикагель абсорбирует часть влаги.

При работе с оборудованием в камеру и на объективы может попасть пыль и другие твердые частицы; кроме того, на них могут появиться отпечатки пальцев. См. ниже, как удалить их, не повредив технику.

Камера
После дня, проведенного на пляже, в щели на корпусе камеры могут попасть песчинки. Если не удалить их сразу, они могут проникнуть в регулировочные диски, что приведет к преждевременному износу деталей камеры и сделает ее непригодной для использования. Эти песчинки могут также серьезно повредить фокусировочные кольца объективов.

Простейший способ удалить песчинки — почистить внешнюю часть корпуса камеры мягкой кисточкой. Не нажимайте на кисточку, чтобы не поцарапать корпус или ЖК-экран.

Если липкая пыль не удаляется кисточкой, можно воспользоваться ватным валиком. Для очистки труднодоступных мест часто бывает эффективна резиновая груша.

Если все это не помогло удалить загрязнения (грязь и т. п.) с корпуса камеры, с ними прекрасно справится ткань из микроволокна (которую можно купить в магазине оптики), слегка смоченная водой. Мы рекомендуем микроволокно, потому что оно не поцарапает ЖК-экран.

Не используйте химические вещества — разбавители, бензин, спирт, одноразовые чистящие салфетки и т. д.

Объективы
Объективы следует чистить особенно осторожно. Стекло, из которого сделаны линзы, очень хрупкое и легко царапается. Объективы следует чистить только в крайнем случае. При каждой очистке ухудшаются свойства оптической поверхности. Следы остаются всегда, даже если они не видны невооруженным глазом. Лучше иметь немного пыльный объектив, чем поцарапанный.
На наш взгляд, чистка необходима, если вы заметили отпечатки пальцев. По своей природе они жирные и кислые и могут повредить антибликовое покрытие линз. Высохшие водяные капли и брызги морской воды содержат кристаллики соли, которые также могут повредить стекло, поэтому их тоже необходимо удалять.

Удаление пыли и других микрочастиц

Сначала с помощью резиновой груши удалите большую часть пыли. Ни в коем случае не продувайте объективы ртом. Это приведет к попаданию на объектив капелек слюны, которые оставляют трудноудаляемые следы.

Затем с помощью очень мягкой кисточки удалите пыль с объектива. Не трогайте волоски кисточки пальцами, иначе они станут жирными и будут оставлять мазки. Не давите слишком сильно. К примеру, после дня, проведенного на пляже, на линзах объектива могут остаться микрочастицы кварца и кремнезема, и неправильная чистка приведет к тому, что оптические поверхности будут поцарапаны.

Удаление жирных потеков и отпечатков пальцев

Общее правило: не прикасайтесь пальцами к линзам. Если на линзах появились отпечатки пальцев, никогда не удаляйте их с помощью одежды или салфетки. Их волокна слишком грубые и могут поцарапать линзу.

Используйте ткань из микроволокна и храните ее в сумке или футляре для переноски фототехники, чтобы на нее не попадала пыль.

Если для удаления жирных потеков необходимо использовать жидкость, не пользуйтесь водопроводной водой, содержащиеся в ней соли могут поцарапать линзу.

Смочите тряпку из микроволокна деионизированной водой и без втирания легко протрите поверхность линзы.

Рассечение матрицы камеры, часть 2: Внешняя матрица ←

22 августа 2012 г.

Добро пожаловать в третий пост из серии «Камера перспективы — Интерактивный тур». В прошлом посте мы узнали, как разложить матрицу камеры на произведение внутренней и внешней матриц. В следующих двух постах мы рассмотрим внешние и внутренние матрицы более подробно. Сначала мы рассмотрим различные способы взглянуть на внешнюю матрицу с интерактивной демонстрацией в конце.

Внешняя матрица камеры

Внешняя матрица камеры описывает местоположение камеры в мире и направление, в котором она направлена. Те, кто знаком с OpenGL, знают это как «матрицу просмотра» (или свернутую в «матрицу просмотра модели»). Он состоит из двух компонентов: матрицы вращения R и вектора перемещения t , но, как мы скоро увидим, они не совсем соответствуют повороту и перемещению камеры. Сначала мы исследуем части внешней матрицы, а позже мы рассмотрим альтернативные способы описания позы камеры, которые более интуитивно понятны.

Внешняя матрица принимает форму жесткой матрицы преобразования: матрица вращения 3×3 в левом блоке и вектор-столбец переноса 3×1 справа:

\ [[R \, | \, \ boldsymbol {t}] =
\ left [\ begin {array} {ccc | c}
r_ {1,1} & r_ {1,2} & r_ {1,3} & t_1 \\
r_ {2,1} & r_ {2,2} & r_ {2,3} & t_2 \\
r_ {3,1} & r_ {3,2} & r_ {3,3} & t_3 \\
\ end {array} \ right] \]

Часто можно увидеть версию этой матрицы с дополнительной строкой (0,0,0,1), добавленной внизу.Это делает матрицу квадратной, что позволяет нам дополнительно разложить эту матрицу на поворот с последующим переводом на :

\ [
\ begin {align}
\оставил [
\ begin {array} {c | c}
R & \ boldsymbol {t} \\
\ hline
\ boldsymbol {0} & 1
\ end {массив}
\ right] & =
\оставил [
\ begin {array} {c | c}
Я & \ boldsymbol {t} \\
\ hline
\ boldsymbol {0} & 1
\ end {массив}
\верно ]
\ раз
\оставил [
\ begin {array} {c | c}
R & \ boldsymbol {0} \\
\ hline
\ boldsymbol {0} & 1
\ end {массив}
\верно ] \\
знак равно
\ left [\ begin {array} {ccc | c}
1 & 0 & 0 & t_1 \\
0 & 1 & 0 & t_2 \\
0 & 0 & 1 & t_3 \\
\ hline
0 & 0 & 0 & 1
\ end {array} \ right] \ times
\ left [\ begin {array} {ccc | c}
r_ {1,1} & r_ {1,2} & r_ {1,3} & 0 \\
r_ {2,1} & r_ {2,2} & r_ {2,3} & 0 \\
r_ {3,1} & r_ {3,2} & r_ {3,3} & 0 \\
\ hline
0 & 0 & 0 & 1
\ end {array} \ right]
\ end {align}
\]

Эта матрица описывает, как преобразовать точки в мировых координатах в координаты камеры.Вектор t можно интерпретировать как положение начала отсчета мира в координатах камеры, а столбцы R представляют направления мировых осей в координатах камеры.

Важно помнить, что внешняя матрица описывает, как мир трансформируется относительно камеры . Это часто противоречит интуиции, потому что мы обычно хотим указать, как камера трансформируется относительно мира .Далее мы рассмотрим два альтернативных способа описания внешних параметров камеры, которые более интуитивно понятны, и способы их преобразования в форму внешней матрицы.

Построение внешней матрицы из позы камеры

Часто более естественно указать позу камеры напрямую, чем указывать, как точки мира должны преобразовываться в координаты камеры. К счастью, построить внешнюю матрицу камеры таким способом легко: просто создайте жесткую матрицу преобразования, которая описывает позу камеры, а затем возьмите ее обратную. TC \\
\ hline
\ boldsymbol {0} & 1 \\
\ end {массив}
\ right] & \ text {(умножение матриц)}
\ end {align}

При применении инверсии мы используем тот факт, что инверсией матрицы вращения является ее транспонирование, а инвертирование матрицы переноса просто инвертирует вектор переноса.Т \\
\ boldsymbol {t} & = -RC
\ end {align}
\]

Некоторые тексты пишут внешнюю матрицу, заменяя -RC на t , что смешивает мировое преобразование ( R ) и нотацию преобразования камеры ( C ).

Обзорная камера

Читатели, знакомые с OpenGL, могут предпочесть третий способ определения позы камеры с использованием (a) положения камеры, (b) того, на что она смотрит, и (c) направления «вверх».В унаследованном OpenGL это достигается с помощью функции gluLookAt (), поэтому мы назовем эту камеру «обзорной» камерой. Пусть C будет центром камеры, p будет целевой точкой, а u направлен вверх. Алгоритм вычисления матрицы вращения (перефразирован из документации OpenGL):

Вычислить L = p — C.
Нормализовать L.
Вычислить s = L x u. (перекрестное произведение)
Нормализовать s.
Вычислить u ‘= s x L.

Тогда матрица внешнего вращения имеет следующий вид:

\ [
R = \ left [
\ begin {array} {ccc}
s_1 & s_2 & s_3 \\
u_1 ‘& u_2’ & u_3 ‘\\
-L_1 и -L_2 и -L_3
\ end {массив}
\верно]
\]

(обновлено 21 мая 2014 г. — транспонированная матрица)

Вы можете получить вектор трансляции так же, как и раньше: t = -RC .

Попробуйте!

Ниже представлена интерактивная демонстрация трех различных способов параметризации внешних параметров камеры.Обратите внимание на то, как камера по-разному перемещается при переключении между тремя параметрами.

Для этого требуется браузер с поддержкой WebGL и включенным Javascript.

Для этой демонстрации требуется

Javascript.

Слева : сцена с камерой и просмотром объема. Виртуальная плоскость изображения отображается желтым цветом. Справа : изображение камеры.

Настройте внешние параметры, указанные выше.

Это параметризация, ориентированная на мир. Эти параметры описывают, как мир изменяется относительно камеры . Эти параметры соответствуют непосредственно записям в матрице внешней камеры.

При настройке этих параметров обратите внимание на то, как камера движется в мире (левая панель), и контрастируйте с параметризацией «ориентированной на камеру»:

Вращение влияет на положение камеры (синее поле).
Направление движения камеры зависит от текущего поворота.
Положительное вращение перемещает камеру по часовой стрелке (или, что эквивалентно, вращает мир против часовой стрелки).

Также обратите внимание, как изменяется изображение (правая панель):

Вращение никогда не перемещает начало мира (красный шар).
Изменение \ (t_x \) всегда перемещает сферы по горизонтали, независимо от вращения.
Увеличение \ (t_z \) всегда перемещает камеру ближе к началу координат мира.

Настройте внешние параметры, указанные выше.

Это параметризация, ориентированная на камеру, которая описывает, как камера изменяется относительно мира . Эти параметры соответствуют элементам матрицы внешней камеры inverse .

При настройке этих параметров обратите внимание на то, как камера перемещается в мире (левая панель), и контрастируйте с параметризацией «мир-центричность»:

Вращение происходит относительно положения камеры (синий прямоугольник).
Направление движения камеры не зависит от текущего поворота.
Положительное вращение вращает камеру против часовой стрелки (или, что эквивалентно, вращает мир по часовой стрелке).
Увеличение \ (C_y \) всегда перемещает камеру к небу, независимо от поворота.

Также обратите внимание, как изменяется изображение (правая панель):

При вращении вокруг оси y обе сферы перемещаются по горизонтали.
При разных поворотах изменение \ (C_x \) перемещает сферы в разных направлениях.

Настройте внешние параметры, указанные выше.

Это параметризация «взгляда», которая описывает ориентацию камеры с точки зрения того, на что она смотрит. Отрегулируйте \ (p_x \), \ (p_y \) и \ (p_z \), чтобы изменить направление взгляда камеры (оранжевая точка).Вектор вверх зафиксирован на (0,1,0) ‘. Обратите внимание, что перемещение центра камеры, * C *, приводит к повороту камеры.

Настройте внутренние параметры, указанные выше. При настройке этих параметров наблюдайте, как изменяется громкость просмотра на левой панели:

При изменении фокусного расстояния желтая фокальная плоскость перемещается, что меняет угол поля зрения просматриваемого объема.
Изменение главной точки влияет на то, где зеленая центральная линия пересекает фокальную плоскость.
Установка наклона на ненулевое значение приводит к тому, что фокальная плоскость становится непрямоугольной

Внутренние параметры приводят только к двумерным преобразованиям; глубина объектов игнорируется. Чтобы убедиться в этом, посмотрите, как на изображение в правой панели влияет изменение внутренних параметров:

Изменение фокусного расстояния одинаково масштабирует ближнюю и дальнюю сферу.
Изменение главной точки не влияет на параллакс.
Никакая комбинация внутренних параметров не позволит выявить закрытые части объекта.

Заключение

Мы только что изучили три различных способа параметризации внешнего состояния камеры. Какую параметризацию вы предпочитаете использовать, зависит от вашего приложения. Если вы пишете шутер от первого лица в стиле Wolfenstein, вам может понравиться параметризация, ориентированная на мир, потому что движение по (t_z) всегда соответствует движению вперед.Или вы можете интерполировать камеру через путевые точки в вашей сцене, и в этом случае предпочтительна параметризация, ориентированная на камеру, поскольку вы можете напрямую указать положение своей камеры. Если вы не уверены, что предпочитаете, поиграйте с указанным выше инструментом и решите, какой подход кажется наиболее естественным.

Присоединяйтесь к нам в следующий раз, когда мы исследуем внутреннюю матрицу, и мы узнаем, почему скрытые части вашей сцены никогда не могут быть обнаружены путем увеличения вашей камеры. Увидимся позже!

Сообщение от
Кайл Симек

Пожалуйста, включите JavaScript, чтобы просматривать комментарии от Disqus.\ top $)

Я предполагаю, что традиционные координаты изображения камеры (до проецирования) имеют $ z $ сверление «в» изображение, $ x $, указывающее слева направо, и $ y $, указывающее вниз.

А теперь проследим, как оси надо вращать без смещения:
1. новая ось $ z $ ($ z ‘$) будет указывать вдоль $ v-c $.
1. новая ось $ x $ ($ x ‘$) перпендикулярна $ z $ и $ z’ $
1. новая ось $ y $ ($ y ‘$) перпендикулярна $ x’ $ и $ z ‘$.

Вы можете найти три вектора, которые указывают вдоль новых осей в мировых координатах, нормализовать их, а затем поместить их в строки $ 3 \ times 3 $ матрицы $ R $: это преобразует мировые координаты в повернутую ориентацию камеры.\ circ $. (Сначала мне было трудно это увидеть, но если вы нарисуете куб и проверите угол между $ (1,1,0) $ и $ (1,1,1) $, вы поймете, что я имею в виду. \ top $ и что местоположение камеры мира $ (10,10,10) $ теперь сопоставляется к исходной точке камеры.Третьей проверки по вашему выбору должно быть достаточно, чтобы убедить вас, что это правильные $ R $ и $ t ‘$.

Одно предостережение: я не уверен на 100%, что шаг с $ z \ times z ‘$ всегда находится в таком порядке. Я выбрал его в данном случае, потому что он дает правильную ориентацию для $ x ‘$ и $ y’ $ в конце. Надеюсь, это все согласуется, но, возможно, все-таки есть некоторая двусмысленность.

Второй вопрос — как построить вектор «ВВЕРХ».

Я не понимаю, о чем вы спрашиваете.\ top + t ‘$.

Наконец, мне придется также повернуть камеру из «альбомной» в «портретной» ориентации.

Я интерпретирую это как означающее, что вы хотите повернуть плоскость изображения так, чтобы ось $ y $ была горизонтальной, что можно сделать с помощью вращения $ \ pi / 4 $ в любом направлении вокруг камеры $ z $ -ось. \ top $ даст вращение в другое направление.

новых вопросов о матрице камеры — Stack overflow на русском

новых вопросов о матрице камеры — qaru

В компьютерном зрении матрица камеры или матрица проекции (камеры) — это матрица, которая описывает отображение камеры-обскуры от трехмерных точек мира к двумерным точкам на изображении.

OpenGL «Свободное соотношение сторон», как в Unity

Я сделал свой собственный простой редактор уровней в Visual Studio, используя OpenGL и C ++ для создания игр для телефона Android. Но я столкнулся с проблемой, когда некоторые объекты, которые я поместил в свой редактор, не …

задан 9 мая в 18:08

Проецировать коробку из мира в плоскость изображения

У меня есть откалиброванная камера с внешними и внутренними параметрами, так что я могу проецировать видимую точку мира обратно на изображение.Но мне нужно уметь разбираться с моментами, которые также …

задан 4 янв в 21:47

Al Wld

61455 серебряных знаков1212 бронзовых знаков

Vulkan / GLSL — правильный вывод с неправильным базисным вектором

Я использую правостороннюю систему координат с матрицами старших строк.Я получаю правильный вывод, когда использую вектор вверх (-1, 0, 0} — вверх равен -X, а повернутый вывод с базисным вектором (0, 1, 0) — вверх равен + Y. …

Создан 12 дек.

Определение примерной матрицы камеры

Я хочу определить матрицу камеры в ленте.Изображение имеет ширину shape = (1440,2960), где 1440 — это высота, а 2960 — ширина.

Хотелось бы найти матрицу камеры на такую же. Я …

задан 14 мая ’20 в 10: 512020-05-14 10:51

Python калибровка камеры

У меня есть следующее изображение I1.Я не снимал. Я скачал это с гугла
Я применяю известную гомографию H к I1, чтобы получить следующее изображение I2.
Я хочу предположить, что это сняла камера …

Создан 13 янв.

RaviTej310

1,9452 золотых знака1919 серебряных знаков4646 бронзовых знаков

Получение матрицы проекции и обзора с матрицы камеры

У меня есть матрица камеры 3 * 4, которая равна P = K [R | -RC], где K — внутренняя матрица камеры, R — матрица вращения, C — положение камеры по отношению к мировому происхождению, а -RC — перевод.Я могу разложить П …

Создан 09 ноя.

Неискажение камеры CAHVORE модели

У меня есть несколько изображений с искажением «рыбий глаз» и соответствующие им файлы калибровки CAVHORE. Я хочу, чтобы изображения не искажались, используя OpenCV (а именно cv2.fisheye.undistortImage), который …

Создан 17 окт.

ilke444

2,16611 золотых знаков1515 серебряных знаков2929 бронзовых знаков

Stack Overflow лучше всего работает с включенным JavaScript

Ваша конфиденциальность

Нажимая «Принять все файлы cookie», вы соглашаетесь с тем, что Stack Exchange может хранить файлы cookie на вашем устройстве и раскрывать информацию в соответствии с нашей Политикой в отношении файлов cookie.

Принимать все файлы cookie

Настроить параметры

% PDF-1.6
%
227 0 объект>
эндобдж

xref
227 238
0000000016 00000 н.
0000006706 00000 н.
0000006824 00000 н.
0000006859 00000 н.
0000007065 00000 н.
0000007308 00000 н.
0000007357 00000 н.
0000007378 00000 н.
0000007399 00000 н.
0000008087 00000 н.
0000008591 00000 н.
0000009145 00000 н.
0000009780 00000 н.
0000010361 00000 п.
0000010920 00000 н.
0000011514 00000 п.
0000012083 00000 п.
0000012214 00000 п.
0000012438 00000 п.
0000012662 00000 п.
0000012887 00000 п.
0000013017 00000 п.
0000013149 00000 п.
0000013279 00000 п.
0000013408 00000 п.
0000013539 00000 п.
0000013762 00000 п.
0000013893 00000 п.
0000014025 00000 п.
0000021480 00000 п.
0000021727 00000 н.
0000022344 00000 п.
0000022816 00000 п.
0000023297 00000 п.
0000023565 00000 п.
0000023824 00000 п.
0000024035 00000 п.
0000024342 00000 п.
0000024567 00000 п.
0000024759 00000 п.
0000024979 00000 п.
0000025245 00000 п.
0000025422 00000 п.
0000025600 00000 п.
0000025847 00000 п.
0000026152 00000 п.
0000026431 00000 н.
0000026761 00000 п.
0000027025 00000 п.
0000027276 00000 н.
0000027493 00000 п.
0000027751 00000 п.
0000028017 00000 п.
0000028289 00000 п.
0000028499 00000 н.
0000028764 00000 п.
0000028985 00000 п.
0000029221 00000 п.
0000029444 00000 п.
0000029768 00000 п.
0000030021 00000 п.
0000030216 00000 п.
0000030519 00000 п.
0000030695 00000 п.
0000031008 00000 п.
0000031218 00000 п.
0000031532 00000 п.
0000031841 00000 п.
0000032121 00000 п.
0000032410 00000 п.
0000032647 00000 п.
0000033026 00000 п.
0000033317 00000 п.
0000033643 00000 п.
0000033863 00000 п.
0000034124 00000 п.
0000034434 00000 п.
0000034811 00000 п.
0000035160 00000 п.
0000035405 00000 п.
0000035647 00000 п.
0000035925 00000 п.
0000036126 00000 п.
0000036400 00000 п.
0000036668 00000 н.
0000036920 00000 н.
0000037120 00000 п.
0000037379 00000 п.
0000037637 00000 п.
0000037838 00000 п.
0000038001 00000 п.
0000038164 00000 п.
0000038355 00000 п.
0000038653 00000 п.
0000038958 00000 п.
0000039216 00000 п.
0000039512 00000 п.
0000039825 00000 п.
0000040092 00000 п.
0000040427 00000 п.
0000040598 00000 п.
0000041445 00000 п.
0000041847 00000 п.
0000042360 00000 п.
0000042626 00000 п.
0000042887 00000 п.
0000043112 00000 п.
0000043446 00000 п.
0000043673 00000 п.
0000043865 00000 п.
0000044108 00000 п.
0000044283 00000 п.
0000044541 00000 п.
0000044867 00000 н.
0000045200 00000 п.
0000045421 00000 п.
0000045667 00000 п.
0000045930 00000 п.
0000046144 00000 п.
0000046401 00000 п.
0000046621 00000 н.
0000046850 00000 п.
0000047069 00000 п.
0000047338 00000 п.
0000047530 00000 п.
0000047836 00000 п.
0000048007 00000 п.
0000048340 00000 п.
0000048663 00000 п.
0000048982 00000 н.
0000049266 00000 п.
0000049581 00000 п.
0000049816 00000 п.
0000050203 00000 п.
0000050506 00000 п.
0000050839 00000 п.
0000051061 00000 п.
0000051327 00000 п.
0000051567 00000 п.
0000051851 00000 п.
0000052120 00000 п.
0000052381 00000 п.
0000052635 00000 п.
0000052905 00000 п.
0000053171 00000 п.
0000053384 00000 п.
0000053549 00000 п.
0000053721 00000 п.
0000053913 00000 п.
0000054220 00000 п.
0000054478 00000 п.
0000054783 00000 п.
0000055053 00000 п.
0000055234 00000 п.
0000055875 00000 п.
0000056298 00000 п.
0000056755 00000 п.
0000057046 00000 п.
0000057342 00000 п.
0000057579 00000 п.
0000057930 00000 п.
0000058167 00000 п.
0000058368 00000 п.
0000058624 00000 п.
0000058914 00000 п.
0000059091 00000 п.
0000059370 00000 п.
0000059731 00000 п.
0000060036 00000 п.
0000060412 00000 п.
0000060711 00000 п.
0000060989 00000 п.
0000061221 00000 п.
0000061504 00000 п.
0000061801 00000 п.
0000062108 00000 п.
0000062339 00000 п.
0000062632 00000 п.
0000062875 00000 п.
0000063118 00000 п.
0000063354 00000 п.
0000063724 00000 п.
0000064010 00000 п.
0000064201 00000 п.
0000064547 00000 п.
0000064895 00000 п.
0000065251 00000 п.
0000065555 00000 п.
0000065892 00000 п.
0000066147 00000 п.
0000066468 00000 п.
0000066843 00000 п.
0000067075 00000 п.
0000067467 00000 п.
0000067724 00000 п.
0000068026 00000 п.
0000068328 00000 п.
0000068627 00000 н.
0000068911 00000 п.
0000069148 00000 п.
0000069451 00000 п.
0000069745 00000 п.
0000069964 00000 н.
0000070129 00000 п.
0000070304 00000 п.
0000070500 00000 п.
0000070836 00000 п.
0000071164 00000 п.
0000071450 00000 п.
0000071734 00000 п.
0000071918 00000 п.
0000072609 00000 п.
0000080110 00000 п.
0000080430 00000 п.
0000080752 00000 п.
0000093092 00000 п.
0000093421 00000 п.
0000093905 00000 п.
0000094043 00000 п.
0000094118 00000 п.
0000094433 00000 п.
0000094746 00000 п.
0000094792 00000 п.
0000105251 00000 н.
0000105485 00000 н.
0000105840 00000 н.
0000121782 00000 н.
0000122092 00000 н.
0000122726 00000 н.
0000130227 00000 н.
0000130444 00000 н.
0000130486 00000 н.
0000137773 00000 н.
0000138002 00000 н.
0000138193 00000 н.
0000148166 00000 н.
0000148390 00000 н.
0000005056 00000 н.
трейлер
] >>
startxref
0
%% EOF

464 0 obj> поток
xW PSg} $ + B8En

DEE
(ZC
x «ZVi» W27 * B «m jkg: L;:} o {

Камера-обскура

— документация Kornia

В этом модуле у нас есть все функции и структуры данных, необходимые для описания проекции пространства 3D-сцены на плоскость 2D-изображения.

В компьютерном зрении мы можем отображать трехмерный мир и двухмерное изображение, используя проективную геометрию . В модуле реализована простейшая модель камеры, камера-обскура , которая является самой базовой моделью для обычных проективных камер из конечной группы камер.

Модель камеры-обскуры показана на следующем рисунке:

Используя эту модель, вид сцены может быть сформирован путем проецирования трехмерных точек на плоскость изображения с использованием преобразования перспективы. T \), выраженными в евклидовой системе координат.T \) в начале координат плоскости изображения.

\ (fx, fy \) — фокусные расстояния, выраженные в пикселях.

Вращение и перемещение камеры выражаются в евклидовой системе координат, также известной как мировая система координат . Эти члены обычно выражаются объединенной матрицей вращения-сдвига \ ([R | t] \) или также называются матрицей внешних параметров. Он используется для описания позы камеры вокруг статической сцены и переводит координаты трехмерной точки \ ((X, Y, Z) \) в систему координат относительно камеры.

Для камеры PinholeCamera требуется матрица внутренних параметров и матрица внешних параметров иметь форму (B, 4, 4) так, чтобы каждая матрица внутренних параметров из имела следующий формат:

\ [\ begin {split} \ begin {bmatrix} f_x & 0 & u_0 & 0 \\ 0 & f_y & v_0 & 0 \\ 0 & 0 & 1 & 0 \\ 0 & 0 & 0 & 1 \ end {bmatrix} \ end {split} \]

И каждая матрица параметров экстренсики имеет следующий формат:

\ [\ begin {split} \ begin {bmatrix} r_ {11} & r_ {12} & r_ {13} & t_1 \\ r_ {21} & r_ {22} & r_ {23} & t_2 \\ r_ {31} & r_ {32} & r_ {33} & t_3 \\ 0 & 0 & 0 & 1 \ end {bmatrix} \ end {split} \]

класс PinholeCamera ( внутренние компоненты: резак.Tensor , extrinsics: torch.Tensor , height: torch.Tensor , width: torch.Tensor ) [источник]

Класс, представляющий модель камеры-обскуры.

Параметры

intrinsics ( torch.Tensor ) - тензор с формой \ ((B, 4, 4) \) содержащую полную калибровочную матрицу камеры 4x4.
extrinsics ( torch.Tensor ) - тензор с формой \ ((B, 4, 4) \) содержащую полную матрицу поворота-сдвига 4x4.
высота ( torch.Tensor ) - тензор формы \ ((B) \), содержащий высота изображения.
width ( torch.Tensor ) - тензор формы \ ((B) \), содержащий изображение ширина.

Примечание

Мы предполагаем, что атрибуты класса находятся в пакетной форме, чтобы принимать преимущество параллелизма PyTorch для повышения производительности вычислений.

свойство размер партии

Возвращает размер пакета хранилища.

Возврат: скаляр с размером партии
Тип возврата: внутр

свойство camera_matrix

Возвращает матрицу камеры 3x3, содержащую встроенные функции.

Возврат: тензор формы \ ((B, 3, 3) \)
Тип возврата: Горелка Тензор

клон () → корния.geometry.camera.pinhole.PinholeCamera [источник]: Возвращает полную копию текущего экземпляра объекта.

недвижимость cx

Возвращает координату x главной точки.

Возврат: тензор формы \ ((B) \)
Тип возврата: Горелка Тензор

недвижимость cy

Возвращает координату y главной точки.

Возврат: тензор формы \ ((B) \)
Тип возврата: Горелка Тензор

недвижимость внешнее

Полная матрица внешних устройств 4x4.

Возврат: тензор формы \ ((B, 4, 4) \)
Тип возврата: Горелка Тензор

недвижимость FX

Возвращает фокусное расстояние по оси x.

Возврат: тензор формы \ ((B) \)
Тип возврата: Горелка Тензор

недвижимость фу

Возвращает фокусное расстояние по оси y.

Возврат: тензор формы \ ((B) \)
Тип возврата: Горелка Тензор

недвижимость собственное

Полная внутренняя матрица 4x4.

Возврат: тензор формы \ ((B, 4, 4) \)
Тип возврата: Горелка Тензор

intrinsics_inverse () → torch.Tensor [источник]

Возвращает инверсию матрицы instrisics 4x4.

Возврат: тензор формы \ ((B, 4, 4) \)
Тип возврата: Горелка Тензор

свойство матрица вращения

Возвращает матрицу вращения 3x3 из внешних элементов.

Возврат: тензор формы \ ((B, 3, 3) \)
Тип возврата: Горелка Тензор

недвижимость rt_matrix

Возвращает матрицу поворота-сдвига 3x4.

Возврат: тензор формы \ ((B, 3, 4) \)
Тип возврата: Горелка Тензор

масштаб ( scale_factor ) → корня.geometry.camera.pinhole.PinholeCamera [источник]

Масштабирует модель крошечного отверстия.

Параметры: scale_factor ( torch.Tensor ) - тензор с масштабным коэффициентом. Оно имеет быть транслируемым с учениками. Ожидаемая форма \ ((B) \) или \ ((1) \).
Возвращает: модель камеры с масштабированными параметрами.
Тип возврата: Пинхол-камера

scale_ ( scale_factor ) → корня.geometry.camera.pinhole.PinholeCamera [источник]

Масштабирует модель точечного отверстия по месту.

Параметры: scale_factor ( torch.Tensor ) - тензор с масштабным коэффициентом. Оно имеет быть транслируемым с учениками. Ожидаемая форма \ ((B) \) или \ ((1) \).
Возвращает: модель камеры с масштабированными параметрами.
Тип возврата: Пинхол-камера

недвижимость translation_vector

Возвращает вектор трансляции из внешних элементов.

Возврат: тензор формы \ ((B, 3, 1) \)
Тип возврата: Горелка Тензор

недвижимость tx

Возвращает координату x вектора перемещения.

Возврат: тензор формы \ ((B) \)
Тип возврата: Горелка Тензор

недвижимость ти

Возвращает координату y вектора перемещения.

Возврат: тензор формы \ ((B) \)
Тип возврата: Горелка Тензор

недвижимость tz

Возвращает координату z вектора перемещения.

Возврат: тензор формы \ ((B) \)
Тип возврата: Горелка Тензор

cam2pixel ( cam_coords_src: torch.Tensor , dst_proj_src: torch.Tensor , eps: Необязательно [float] = 1e-06 ) → torch.Tensor [источник]

Преобразование координат в кадре камеры в пиксельный кадр.

Параметры

cam_coords ( torch.Tensor ) - координаты пикселей, определенные в первом система координат камеры. Форма должна быть BxHxWx3.
dst_proj_src ( torch.Tensor ) - матрица проецирования между эталонный и не эталонный кадр камеры.Форма должна быть Bx4x4.

Возвращает

Массив [-1, 1] координат формы BxHxWx2.

Тип возврата

Горелка Тензор

pixel2cam ( depth: torch.Tensor , intrinsics_inv: torch.Tensor , pixel_coords: torch.Tensor ) → torch.Tensor [источник]

Преобразовать координаты в пиксельном кадре в кадр камеры.

Параметры

depth ( torch.Tensor ) - исходные карты глубины. Форма должна быть Bx1xHxW.
intrinsics_inv ( torch.Tensor ) - инверсная встроенная матрица камеры. Форма должна быть Bx4x4.
pixel_coords ( torch.Tensor ) - сетка с однородной камерой координаты. Форма должна быть BxHxWx3.

Возвращает

Массив координат кулачка (u, v, 1) формы BxHxWx3.

Тип возврата

Горелка Тензор

`Как определяются параметры внутренней и внешней камеры? - Поддержка`

1. Внешние параметры камеры

2. Из 3D в 2D: внутренние параметры камеры

2.1 Перспективный объектив

2.1.1 Камера без искажения модели 2.1.2 Камера с искажением модели

2.2 Линза рыбий глаз

3. Внешние параметры установки камеры

1.Внешние параметры камеры

Параметры внешней камеры различны для каждого изображения. Их выдают:

T = (T _x, T _y, T _z) положение центра проекции камеры в мировой системе координат.
R матрица вращения, которая определяет ориентацию камеры с углами ω, φ, κ (соглашение PATB).

Если X = (X, Y, Z) является трехмерной точкой в мировой системе координат, ее положение X ' = (X', Y ', Z') в системе координат камеры определяется как:

Рисунок 1.Трехмерная геометрия внешнего вида камеры. Если смотреть от T к 3D-точке X, отображается изображение, видимое на экране. Мировая система координат определяется как Z указывает вверх, Y указывает на север, а X указывает на восток.

2. Из 3D в 2D: внутренние параметры камеры

2.1 Перспективная линза

2.1.1 Модель камеры без искажений

Пиксельная координата (x _u, y _u) трехмерной точечной проекции без искажения модели определяется выражением:

Где f - фокусное расстояние в пикселях, а (c _x, c _y) главная точка в пиксельных координатах.

Рис. 2. Геометрия перспективной камеры без искажений. При взгляде от T 'к 3D-точке X' изображение отображается на экране, начало системы координат изображения находится в нижнем левом углу изображения. Системы координат изображения (X ', Y', Z ') на рисунках 1 и 2 соответствуют друг другу.

2.1.2 Камера с искажением модели

Лет:

- однородная точка,

квадрат 2D радиуса от оптического центра, R ₁, R ₂, R ₃ радиальный и T ₁, T ₂ тангенциальные коэффициенты искажения
.Искаженная однородная точка в системе координат камеры (x _hd, y _hd)
определяется по формуле:

Пиксельная координата (x _d, y _d) трехмерной точечной проекции с моделью искажения:

Где f - фокусное расстояние в пикселях, а (c _x, c _y) главная точка в пиксельных координатах.

2.2 Линза рыбий глаз

Дисторсия для объектива «рыбий глаз» определяется следующим образом:

Параметры C, D, E, F, которые описывают аффинную деформацию кругового изображения в координатах
пикселей.
Диагональные элементы аффинной матрицы могут быть связаны с фокусным расстоянием f :
Недиагональные элементы связаны с искажением круга проецируемого изображения,
который в самом общем случае может быть повернутым эллипс.
Коэффициенты p ₂, p ₃, p ₄ полинома:
Где:

Пиксельная координата (x _d, y _d) трехмерной точечной проекции с моделью искажения «рыбий глаз» равна
, полученной из

Где:

И (c _x, c _y) - главная точка в координатах пикселей.

Пример:

При использовании объектива Sigma 8 мм на камере Canon 6D с размером изображения 5472 x 3648 пикселей (рис. 3) внутренние параметры могут быть инициализированы следующим образом:

(c _x, c _y) = (5472/2, 3648/2) пиксель - центр круга проецируемого изображения
p ₂ = p ₃ = p ₄ = 0
п. ₁ = 1
C = F = 1780 пикселей - радиус окружности изображения
E = D = 0


Рисунок 3.Искажение объектива 8 мм Sigma на Canon 6D.

3. Внешние параметры установки камеры

Установка камеры состоит из нескольких камер, соединенных вместе геометрическими ограничениями. Камерная установка имеет следующие характеристики:

Одна камера принимается в качестве эталонной (ведущей) камеры с заданным положением T _м и ориентацией R _м в мировых координатах.
Все остальные камеры являются второстепенными с положением T _s и ориентацией R _s в мировых координатах.
Для каждой дополнительной камеры известно относительное перемещение T _отн. и поворот R _отн. относительно опорной камеры.

Положение и ориентация камер вторичной буровой установки определяются по эталонная (основная) камера такая, что:

Положение X ' трехмерной точки в системе координат опорной (главной) камеры определяется как:

Положение X ' трехмерной точки в системе координат дополнительной камеры задается следующим образом:

После вычисления трехмерной точки в координатах камеры проекция работает так же, как и для любой другой камеры, как описано в разделе 2.

`Матрица: Добро пожаловать в машину`

Режиссеры Ларри и Энди Вачовски вместе с оператором Биллом Поупом работают над захватывающим футуристическим боевиком « Матрица».

Фотография объекта, сделанная Джейсоном Боландом, любезно предоставлена Warner Bros.

Эта история была первоначально опубликована в AC в апреле 1999 года. Некоторые изображения являются дополнительными или альтернативными.

Компьютеризированные устройства играют в нашей повседневной жизни такую все более важную роль - от автомобилей с микропроцессорным управлением до сверхскоростной электронной почты в Интернете и сотовых телефонов, - что можно задаться вопросом, не виляет ли собака хвостом.С приближающимся концом тысячелетия, вызывающим волны паранойи и истерии по поводу компьютерных сбоев 2000 года, неудивительно, что такие технофобные фильмы, такие как 2001: Космическая одиссея Стэнли Кубрика (1968) и Терминатор (1984) Джеймса Кэмерона, кажутся когда-либо - более точные изображения микрочипов выходят из-под контроля.

«Матрица », новый фильм от братьев-сестер Ларри и Энди Вачовски, предлагает еще более мрачное видение будущего.Родившись в Чикаго в середине 1960-х, Вачовски выросли на здоровой диете из комиксов, японской анимации и всевозможных фильмов. Работая на стройке, братья начали писать комиксы и сценарии, в которых сочеталась внешне непохожая эстетика их любимых жанров. Перед своим режиссерским дебютом в 1997 году в мрачном и стильном триллере « Bound » (который они также написали в соавторстве) дуэт уже написал сценарий для «Матрица».

Сценаристы-постановщики Энди и Ларри Вачовски в Австралии.

«Наша главная цель с The Matrix заключалась в создании интеллектуального боевика», - объясняет Ларри. «Нам нравятся боевики, оружие и кунг-фу, но мы устали от конвейерных боевиков, лишенных какого-либо интеллектуального содержания. Мы были полны решимости воплотить в фильме как можно больше идей и целенаправленно пытались вывести на экран изображения, которых люди никогда раньше не видели ».

Морфеус (Лоуренс Фишберн) и Нео (Киану Ривз) принимают участие в «загрузочной программе», получившей название «Конструкция», позволяя персонажу (и зрителям) объяснить сложную природу мира Матрицы.

Out of the Void В течение многих лет сценарий для The Matrix томился в подвешенном состоянии, потому что многие в Голливуде не могли уловить сложнейшего повествования и экстравагантных визуальных элементов сказки. «Едва ли кто-нибудь в городе это понимал», - говорит Ларри. «Это стало почти шуткой. Люди думали, что это слишком сложно и слишком плотно ».

«Предпосылка для The Matrix началась с идеи, что все в нашем мире, каждое волокно реальности - это фактически симуляция, созданная в цифровой вселенной», - объясняет он.«Как только вы начнете [нарративно] иметь дело с электронной реальностью, вы действительно сможете раздвинуть границы того, что может быть возможным для человека и визуально».

Чтобы преобразовать эту концепцию в более понятную форму, Вачовски наняли нескольких мастеров комиксов, в том числе популярного художника Hard Boiled Джефа Дэрроу, чтобы они вручную нарисовали весь фильм в виде высокографической библии-раскадровки. «Нам не очень нравится, как делают обычные раскадровки», - говорит Ларри. «Вместо этого мы пригласили некоторых наших друзей, чтобы они нарисовали каждый бит действия, визуальный момент и стилистический кадр в фильме.Затем в течение нескольких месяцев мы изучали каждый кадр, пытаясь понять, как атаковать каждый кадр. Это также позволило нам быть очень конкретными с точки зрения требований к бюджету и визуальным эффектам ».

Оператор Билл Поуп

Это графическое изображение фильма также стало неоценимым инструментом для кинорежиссера Билла Поупа, чей общий интерес к комиксам ранее привел его к назначению режиссера-постановщика на Bound Вачовских. Поуп вспоминает: «Они видели и любили [фильм ужасов-фэнтези 1993 года] « Армия тьмы », который я снимал для режиссера Сэма Рэйми.Они позвали меня, и у нас была потрясающая встреча. Думаю, они наняли меня, потому что я читал комиксы и знал, о чем они говорят, когда упоминали конкретное название. Фактически, во время нашей встречи на их столе лежала копия книги Фрэнка Миллера Sin City , поэтому я спросил: «Вы хотите, чтобы фильм выглядел именно так?» Мы все были впечатлены тем, как Миллер использовал высококонтрастные, угольно-черные области в кадре, чтобы сфокусировать взгляд, и его крайняя стилизация реальности. Я давно хотел сделать что-то стилизованное под фильм."

Папа проверяет свою выдержку на съемочной площадке.

Не случайно «стилизация» легла в основу ранней карьеры Поупа. Киношкола, окончившая в 1977 году кинопрограмму Нью-Йоркского университета, вспоминает: «В то время киношкола была довольно напряженной, потому что лишь немногие из нас сконцентрировались на кинематографии. Все остальные хотели руководить. В моем классе это был только Кен. Келш [ASC] и я, а в классе позади нас был только [режиссер и бывший оператор] Барри Зонненфельд Мы трое снимали фильмы для всех остальных.После учебы я снял несколько из тех ранних видеороликов, которые показывали только на кабельных телевизорах в клубах. Когда в начале 1980-х появился MTV, и все начали снимать видео, люди говорили: «Берите Билла Поупа, он снимал эти вещи!» Неожиданно я стал оператором-постановщиком ».

Поуп провел остаток десятилетия, снимая несколько сотен видеороликов. Попутно он получил премию MTV за лучшую операторскую работу за свою черно-белую операторскую работу над клипом Стинга «Сегодня вечером мы будем вместе».«

Затем он перешел на рекламные ролики и репортажи. «В 1989 году Сэм Рэйми дал мне шанс снять [научно-фантастическое фэнтези] Darkman », - вспоминает Поуп. «Я получил работу только потому, что Барри Зонненфельд сказал Сэму нанять меня. К счастью, Сэм просто сказал:« Тебя наняли, поехали! » В противном случае у меня никогда бы не получился полнометражный фильм. Долгое время музыкальные видеоклипы считались незаконнорожденными детьми киноиндустрии. Только в конце восьмидесятых и начале девяностых годов кинематографисты музыкального видео даже считались достаточно законными, чтобы снимать рекламные ролики.Однако после того, как я снял Darkman , я смог сконцентрироваться на съемках фильмов и рекламных роликов ». Поуп также сделал и другие работы, включая The Zero Effect, Gridlock'd, Clueless и Fire in the Sky. пилот телесериала Максимум Боб , режиссером которого был Зонненфельд.

Технология берет верх Сюжетная концепция, которая движет Матрица , сложна: 2197 год, а человеческая реальность - это просто компьютерно смоделированная среда.«В какой-то момент в прошлом искусственный интеллект захватил мир», - рассказывает Поуп. "Пытаясь восстановить контроль, люди затемнили солнце, потому что компьютеры работали на солнечной энергии. Но машины перехитрили нас и захватили наши тела, поместив их в капсулы и используя их в качестве батарей - отнимая БТЕ, которые мы Пока мы плаваем в жидкости, они проецируют в наш мозг мир, в котором мы, как мы думаем, живем, который называется Матрицей. Все, что мы делаем в нашей жизни, каждый день, является всего лишь компьютерной симуляцией реальности.

«Некоторые люди, однако, поняли это и ведут битву против компьютеров. Эти повстанцы сражаются внутри Матрицы против агентов, которые сами являются компьютерными программами. Агенты могут делать все, что угодно, становиться кем угодно и изменять любой естественный закон, но люди не могут. Один из главных героев, Морфеус [Лоуренс Фишберн], ищет человека, который, как сообщается, может делать то же, что и компьютеры: проходить через Матрицу и изменять реальность. Морфеус считает, что этот человек - Нео [Киану Ривз] .

Нео продолжает свое существование как анонимный компьютерный программист, невольно попавший в Матрицу. Поуп осветил все сцены этого виртуального мира зеленоватым оттенком.

«Это довольно сложная история Христа, - признает Поуп, - но для Вачовски и меня одним из лучших видов комиксов является история о происхождении», в которой описываются истоки таких супергероев, как Сорвиголова или Человек-паук. Matrix - это история происхождения Neo ».

Ларри Вачовски добавляет: «Мы хотели, чтобы фильм был путешествием сознания.Главный герой, который ведет зрителей в это путешествие, - Нео, который изначально знает о мире фильма не меньше, чем зрители. Однако вскоре мы обнаруживаем, что персонажи фильма могут мгновенно получить информацию, загруженную в их головы; Например, Нео может внезапно стать мастером кунг-фу, как Джеки Чан!

«Я знаю кунг-фу»: Морфеус и Нео соревнуются в виртуальном додзё - часть тренировочной программы, которая мгновенно загружает любые желаемые способности.

«Энди и я любим гонконгские боевики, и мы оба чувствуем, что они намного опережают американские боевики с точки зрения того волнения, которое этот боевик привносит в историю.Американские кинематографисты дошли до того, что создают свои бои в монтажной. Эти типы последовательностей просто созданы для интуитивного, мгновенного воздействия, и мозг аудитории никогда не задействуется. Есть куча быстрых решений - бац! бац! бац! - и тут все кончено; борьба никогда не вовлекает аудиторию на уровне истории. Гонконгские постановщики боевиков на самом деле привносят сюжетные линии в боевые действия и рассказывают небольшую историю боевых действий ».

Тринити (Кэрри-Энн Мосс) сражается с солдатом.

A Ballet of Violence Помня об этой восточной эстетике, Вачовски наняли известного гонконгского режиссера / постановщика трюков Юэна Во Пина, чтобы он координировал все сложные боевые сцены в The Matrix, , а также служил в качестве личного единоборства. - тренер для четырех основных актеров. «Чтобы снять эти очень сложные боевые сцены, - говорит Ларри, - нам пришлось взять четырех западных актеров и обучить их кунг-фу в течение четырех месяцев перед началом съемок.В Гонконге Во Пинг обычно режиссирует свои боевые сцены и выбирает все ракурсы камеры. Что касается наших боев, мы говорили с ним о фактической сюжетной линии боя, а затем он уходил и ставил ее хореографию. Как только у него будет весь «танец» боя, мы спросим, что он порекомендует для каждого удара. Затем мы добавляли к этому любые элементы, движения камеры или другие углы, которые хотели ».

Подвешенный на проводах, Мосс прыгает между крышами.

Неотъемлемая часть боевой хореографии Во Пина - его легендарное использование трюков с привязью.Поистине впечатляющий подвиг визуального обмана, техника позволяет актерам, казалось бы, игнорировать законы физики, прыгая, летая и кружась вокруг своих противников в бою. «Проволока Ву Пинга самая лучшая», - подтверждает Ларри. «Используя систему проводов, вы можете очень легко импровизировать. Они могут положить провод в любом месте и в любой момент подключить к нему кого-нибудь. Им не нужна большая установка - просто группа парней, которые хватаются за нее и говорят: 'Пошли!' Это очень быстро, плавно и безопасно. В гонконгских фильмах о кунг-фу люди обычно связывают все, от прыжков до вставания или даже бега.Это делает все движения очень изящными и немного сюрреалистичными. Мы думали, что это идеально подходит для The Matrix .

«Мы также пытались детализировать действие так, как это больше не принято в Голливуде», - продолжает Ларри. «В насилии есть много невероятных и красивых образов, и я думаю, что насилие может быть отличным инструментом для повествования. [Создатели фильмов] придумали невероятный язык для обозначения насилия. Например, то, что Джон Ву [ The Killer, Face / Off ] делает с его разновидностью гипер-насилия блестяще.Он выводит жестокие образы на новый уровень. Мы попытались сделать это и с The Matrix . "

Воображая будущее Учитывая сложные требования к змееподобному повествованию фильма и грандиозные условия и события, которые предвидели Вачовски, продюсеры решили снять весь фильм в Сиднее, Австралия. Использование практически каждой сцены в городе - включая все сцены Fox в их новой студии, а также несколько переоборудованных складов - производство быстро стало огромным присутствием.Среди сотен австралийских членов съемочной группы на шоу были художник-постановщик Оуэн Патерсон, художник по костюмам Ким Барретт, гаффер Рег Гарсайд, монтажник Крейг Брайант, ключевой Рэй Браун, оператор Дэвид Уильямсон, фокусники Дэвид Элмс и Адриен Сеффррин, хлопушка / погрузчик Джейсон Бинни и погрузчик Джоди Смит, а также второй оператор-постановщик Росс Эмери и подводный оператор Роджер Бэкингем, ACS.

«Моя подготовка к Matrix состояла из двух месяцев планирования и изменения графика», - вспоминает Поуп.«Семья Вачовски была захвачена множеством опасений из-за уровня сложности фильма. Все нужно было заранее продумать и объяснить. Ларри и Энди по своей природе сдержанные люди, поэтому им это было трудно. Обычно они не хотят говорить вам ничего, кроме как они вынуждены. Во время моей подготовки к Bound , например, я попросил их сесть со мной и просмотреть каждую сцену. Вначале они пытались не обращать внимания на мои вопросы, говоря что-то вроде: « Ну, сцена - это просто два парня, сидящих и разговаривающих.Тогда я бы спросил, как они планировали это освещать. Они говорили: «О, условно». Тогда я должен был бы сказать: «Хорошо, давай вернемся назад - какой первый выстрел?» Наконец, они говорили: «Ну, мы начнем с ботинка одного парня, поднимемся по его телу, окажемся на его лице в очень крупном плане, а затем перейдем к другому человеку». Теперь мы смеемся, когда говорим «обычное» освещение. В конечном итоге мы прошли все Bound по кадрам. Однако в «Матрице» братья были так заняты во время подготовки, что такой встречи никогда не происходило."

Поскольку весь фильм был тщательно раскадрован по цвету, Поуп действительно понимал визуальный стиль, который хотели создать режиссеры. «Ларри и Энди хотели, чтобы в The Matrix было два разных мира, - говорит оператор. «Есть мир в будущем 2197 года, в котором у нас есть капсулы, созданные с помощью компьютеров, а также есть современный мир Матрицы, который был спроектирован так, чтобы быть немного непривлекательной реальностью.

В Матрице полиция приближается к Тринити, прежде чем она берет на себя ответственность.Выше Мосс настраивается с каскадером в униформе, пока режиссеры смотрят на него.

«Будущий мир холодный, темный и пронизанный молниями, поэтому мы оставили освещение немного голубее и сделали его черным как ад. Кроме того, реальность будущего очень грязная, потому что нет причин ее чистить - стерильными должны быть только стручки. Поскольку люди фактически ничего не производили в течение ста лет, все, что было произведено, теперь устарело и заржавело.

«Мы не обязательно хотели, чтобы мир Матрицы напоминал наш нынешний мир», - добавляет Поуп.«Нам не нужны были веселые голубые небеса. В Австралии небо ярко-синее практически всегда, но мы хотели лысое, белое небо. Все наши подложки TransLight [для сценической работы] были изменены, чтобы небо стало белым. , а на реальных снимках экстерьера, на которых мы видим много неба, мы улучшили его в цифровом виде, чтобы сделать его белым.Кроме того, поскольку мы хотели, чтобы реальность Матрицы была непривлекательной, мы спросили себя: «Какой самый непривлекательный цвет?» Я думаю, мы все согласились с зеленым цветом, поэтому для этих сцен мы иногда использовали зеленые фильтры, и я бы добавил немного зеленого в цветовую синхронизацию."

Поуп сфотографировал The Matrix , используя камеры Panavision Platinum и объективы Primo с фиксированным фокусным расстоянием, которые он привез с собой из Вудленд-Хиллз, Калифорния. (На момент производства Samuelson Film Services в Сиднее только недавно была приобретена Panavision и не могла удовлетворить потребности фильма.) Оператор снимал в формате Super 35 2.35: 1 с использованием Kodak Vision 500T 5279 и 200T. 5274 шт. «Мы снимали весь день экстерьеров и эффектов на 5274 и использовали 5279 для всех интерьеров.Мне нравится внешний вид 79, и мне нравится видеть немного зернистости. Я снимал в Super 35 частично из-за того, что у меня было слишком много камер, чтобы создать достаточно анаморфных линз, а также из-за огромных размеров наборов. Я чувствовал, что у меня, возможно, были небольшие проблемы с освещением декораций, чтобы получить остановку, которая нам нужна для анаморфизма. Тем не менее, мне нравится Super 35; Я также снимал Fire in the Sky в этом формате ».

Дополнительный важный фактор в подходе к освещению фильма был продиктован специальной фотографической техникой, которую Вачовски решили интегрировать в съемку.Этот подход был вдохновлен новым владением Нео виртуальным временем и пространством. Ларри объясняет: «Мы хотели снимать большую часть действия в режиме сверхзамедленной съемки - до 300 кадров в секунду. Для некоторых снимков мы хотели снимать на высокой скорости, сохраняя при этом видимое движение камеры на постоянной скорости, что в основном На подготовительной стадии мы рассмотрели идею ракетной камеры, которую мы собирались снимать на съемочной площадке со скоростью примерно 100 миль в час при съемке со скоростью 150 кадров в секунду, но [руководитель визуальных эффектов] Джон Гаэта придумал другой процесс, который стала основой для этих последовательностей."

(Эта экстремально замедленная фотография, названная Вачовски "Bullet Time", подробно описана в сопровождающей истории визуальных эффектов также в этом выпуске.)

Освещение для скорости «Наборы для Matrix были огромными - самыми большими, которые я лично когда-либо видел, - говорит Поуп. - У нас постоянно работали две камеры. Первый блок снимал 118 дней, а второй - 90 дней. Первые 40 дней были потрачены на съемки на крышах в центре Сиднея, где из-за проблем с безопасностью мы действительно не могли установить тщательно продуманное освещение или что-нибудь летающее.Там я в основном использовал некоторую негативную заливку, и на этом все закончилось - и это нормально, потому что мне нравится работать естественным образом. В общем, мы использовали бы огни только для согласования целей, потому что погода в Сиднее меняется быстро и часто ».

Австралийский бригадир Рег Гарсайд продолжает: «Все эти экстерьеры были связаны с логистическими проблемами. Мы снимали в центре Сиднея, где выполняются все городские работы. Нам пришлось поднимать генераторы на полпути по сторонам зданий, потому что мы требовалось 200 или 300 ампер фазной мощности на некоторых крышах.Мы должны были не только обслуживать освещение, но и обеспечивать электроэнергией специалистов по спецэффектам, у которых также были эти большие дымовые машины ».

Перемещаясь в помещении, Поуп и Гарсайд столкнулись с огромной задачей по освещению огромных декораций, чтобы обеспечить желаемую для Вачовски частоту кадров 300 кадров в секунду для экстремально замедленных снимков. Примечания Гарсайда: «Требования к высокоскоростному освещению были большой проблемой, потому что на больших площадках, таких как метро, экстерьер правительственного здания и вестибюль, нам требовалось огромное количество света, чтобы иметь возможность снимать между Т2 Билла.8 базовый и Т16, необходимый для скоростных съемок. Фактически, на некоторых этапах нам пришлось установить более 1000 банок Par в перманентах [для получения необходимых уровней света]. Я часто использовал баллончики Par, потому что я мог легко управлять атмосферой от T2.8 до T16, просто включая и выключая дополнительные устройства. Кроме того, банки Par намного дешевле, чем Maxi-Brutes, и хотя в них используются лампы того же типа [Par 64], я обнаружил, что могу установить их в гораздо более странных или сложных местах, чем я могу установить Maxi. Иметь 1000 банок Par на самом деле все равно, что иметь 80 Maxis, но у нас в Австралии нет даже 80 Maxi-Brutes!

«Для скорости и максимального контроля, - продолжает Гарсайд, - каждый свет проходил через диммер, поэтому, если Билл сказал мне дать ему T8, я мог бы дать ему T8, отрегулировав рычаг на регуляторах».Для T2.8 вы можете использовать только одну лампу, но для T16 вам может понадобиться 32 лампы. Вы действительно имеете дело с экспоненциальным эффектом удвоения, чтобы получить дополнительные стопы. Билл на самом деле использовал много верхнего света через рассеивающую сетку света, чтобы создать атмосферу. Так что у меня был [такелажник] Крейг Брайант (Craig Bryant) для предварительной установки банок Par на крыше для создания атмосферы, которая могла бы поднять меня до T16. Затем нам пришлось изготовить множество нестандартных накладных платков, которые мы называем парусами, и практически вручную установить их на декорации."

Поуп поясняет: «Мы снимали большую часть этого фильма с лампами накаливания. Кроме того, используя баллончики Par, мы могли изменять уровень освещенности без изменения цветовой температуры, просто путем включения или выключения устройств. Однако мне нравится использовать Kino. Флора на лицах для интерьеров. На самом деле, я предпочитаю, чтобы вокруг актеров были Кинос, потому что они намного круче. В этом фильме мы использовали целые грузовики Wall-O-Lites и 4 'на 4' Kinos ".

После пробуждения от кибер-созданной реальности Матрицы Нео раскрывает правду о заговоре машин по сбору энергии человечества.

Harvesting Humanity Для ключевого набора, изображающего будущую реальность человечества, художник-постановщик Оуэн Патерсон ( Приключения Присциллы, королевы пустыни; Добро пожаловать в Вуп-Вуп ) сконструировал несколько инкубационных капсул, в которых живут люди. удерживаются в стазисе, в то время как их энергия прослушивается компьютерами. «У нас было около шести таких наполненных жидкостью капсул», - описывает Поуп. «Каждый был достаточно большим для человека и выступал из стены 30 на 60 футов, которую построил Оуэн.Каждая капсула была на высоте около 15 футов над землей, что потребовало строительства множества рабочих платформ для актеров и съемочной группы. Мы остановились на более холодном свете - 1/4 CTB на вольфрамовых лампах - и снова использовали большой мягкий верхний свет, около 200 банок Par проходили через легкую сетку. У нас также были Kino Flos, поднимавшиеся снизу [чтобы предложить бесконечное количество модулей выше и ниже шести практических опор]. У нас также были отряды Lightning Strikes, которые время от времени выскакивали, потому что в реальности будущего должно быть много статического электричества.Кроме того, Реджи, Оуэн и я много работали над тем, чтобы встроить несколько Kinos и MR-16 в сами капсулы ».

«Зажигать стручки было довольно сложно, потому что они были полны этой красной жидкой слизи», - поясняет Гарсайд. «Мы хотели заставить их светиться, поэтому мы использовали безопасные для подводного плавания блоки Kino Flo от Hydroflex, которые мы встроили в основание каждой капсулы. Эта техника очень хорошо работала для широкоугольных снимков. Когда мы подошли ближе, мы использовали тот же интерьер. освещение, но поскольку капсулы были сделаны из прозрачного материала Perspex, мы улучшили их освещение, подсвечивая 1K младенцев снизу."

Логово повстанцев После того, как Нео пробуждается из заточенной в капсулы неопределенности и Морфеус показывает истинную судьбу человечества, он присоединяется к небольшой группе повстанцев, которые действуют вне контроля Матрицы. Члены этой фракции независимо входят и покидают киберсферу, чтобы стать более искусными в изменении виртуальной реальности Матрицы. Для этого повстанцы собрали импровизированное судно на воздушной подушке Nebuchadnezzar , которое они перемещают по канализационным коллекторам монолитной компьютерной сети.

В командном центре Сайфер (Джо Пантолиано) наблюдает за происходящим в Матрице.

«Внутри« Навуходоносора »у повстанцев есть специальные стулья, которые удерживают их тела в состоянии анабиоза, пока они питают свой разум Матрицей», - уточняет Папа. «Корабль представлял собой невероятную конструкцию. В нем была цельная стальная центральная секция, которая поддерживала кресло каждого повстанца, которое было гидравлически сочлененным. Стулья были окружены мониторами и различными механизмами, а пол представлял собой своего рода пористую решетку.Мы снимали резкий и мягкий свет снизу через решетку, хотя никогда не позволяли этому свету поразить актеров. Они всегда были довольно мягко освещены лампами Kino Flo, которые были либо встроены над каждым стулом, либо установлены на подставках. Мы также интегрировали в дизайн несколько банок MR-16 и Par. В целом, корабль оставался довольно темным и скользким, а поверхности намочили, чтобы получить блестящие блики на конструкции ».

Установка освещения в тесноте на съемочной площадке Навуходоносора.

добавляет Гарсайд: «Из-за особенностей этого набора мы действительно не могли использовать верхний парус для создания атмосферы. Набор был разработан так, чтобы разбираться на части: крыша поднималась до решетки, а боковые стороны тянулись к стене, оставляя только центральная секция и стулья. Из-за этого ключа, Рэя Брауна и меня, пришлось встроить наши оснастки в набор, чтобы, если бы набор сдвинулся с места, свет был прикреплен, и это не изменило ощущения. стороны корабля, но мы не хотели видеть, что было снаружи.Поэтому мы пропустили 2K Juniors с 1/4 CTB по бокам набора, чтобы подчеркнуть рельеф и создать некоторую глубину ».

Разборки в вестибюле Когда Морфеус схвачен тремя агентами и удерживается в здании правительственного офиса, «Нео возвращается в Матрицу, в основном с миссией самоубийства, чтобы спасти его», - объясняет Поуп. «Никто никогда не выжил в битве даже с одним агентом, но Нео собирается атаковать все правительственные войска, армию и трех агентов!»

«Пушки, много оружия»: Тринити и Нео входят в вестибюль.

Войдя в вестибюль здания, Нео и его напарница Тринити (Кэрри-Энн Мосс) сталкиваются с головокружительным натиском пуль и хаосом со стороны хорошо вооруженных войск. «Нео и Тринити бегут по вестибюлю, стреляя во всех», - замечает Поуп со смешком. «Каменные колонны в вестибюле буквально разрушаются, повсюду разбрызгиваются огромные куски камня. Для большей части наших высокоскоростных работ мы использовали Wilcam-12 Клермонта, и большая часть перестрелок снималась со скоростью 300 кадров в секунду, что требовало Рег и я, чтобы осветить установку примерно до T11 [при съемке с 79, с базовой экспозицией около T2.8/4]. "

«Поскольку Вачовски использовали широкоугольные линзы, такие как 10 мм и 14,5 мм, мы действительно не могли освещать съемочную площадку с пола», - вспоминает Гарсайд. «По сути, нам приходилось освещать все это с потолка с большой атмосферой, поэтому снова у нас было около 1000 банок Par на крыше».

«Стены вестибюля были темно-зеленого цвета, - добавляет Поуп. «Многие действия происходили в двух боковых колоннадах, куда не попадал верхний свет, поэтому я использовал несколько динозавров и мини-динозавров на полу для моделирования в этих местах.В сетке размером 12 на 12 и 8 на 8 футов всегда сжигали одновременно по крайней мере восемь или девять динозавров. Я попытался воспроизвести весь свет с одной стороны, и мы использовали очень мало заполняющего света. Однако, если ваш основной источник света достаточно мягкий, вам действительно нужен только один источник ».

Воздушное нападение После того, как Нео и Тринити устроили хаос в вестибюле, дуэт поднимается на лифте на крышу, где захватывает вертолет. «В вертолете Нео и Тринити спускаются вниз по стене здания и видят, как Морфеус пытают в одном из офисов», - уточняет Поуп.

Подлый агент Смит (Хьюго Уивинг) мучает Морфеуса.

«Так как весь вестибюль только что взорвали, в здании сработали спринклерные системы, и вода начала заливать комнаты. У нас был полномасштабный вертолет, который летал на буровой установке, прикрепленной к пермам для сцены; он Его можно было поднимать, опускать и плавать. Когда трое агентов смотрят вверх, они видят вертолет, парящий перед огромным светом TransLight. Состоит из нескольких немного измененных снимков Сиднея - с исправленным на белый цвет небом - сделанный на заказ TransLight измеренные 190 футов на 40 футов.Опять же, мы должны были иметь возможность снимать со скоростью 300 кадров в секунду, поэтому при необходимости комплект и TransLight нужно было освещать до T11. У Рега была компьютерная программа, которая сообщала нам, сколько источников света нам понадобится для этого. Я думаю, у нас в здании было всего 12000 ампер ».

Вертолет и установка Translight.

«Только для TransLight у нас было 200 5K Skypans с диммерами», - добавляет Гарсайд. «Вдобавок у нас было 500 банок Par на крыше - опять же, нацеленных через легкий парус из сетки, - чтобы создать некоторую атмосферу над вертолетом.Мы также должны были осветить вертолет, поэтому у нас было четыре Dinos, проходящих через рамки 12 на 12 футов легкой сетки, которые я поставил на ножничный подъемник, потому что вертолет был подвешен на 20 футов над полом сцены. Наконец, у меня было еще пять динозавров, снабженных узконаправленными лампами [NSP] и установленных в перманентной завивке, чтобы освещать нам свет через окна здания. Окна, кстати, тоже были тонированы, поэтому, когда они были задутыми, создавалось ощущение, что свет заливает их, когда они разбиваются. Затем нам пришлось осветить комнату изнутри, что мы и сделали с помощью нескольких светильников Wall-O-Lites.С появлением спринклеров мы создали собственные корпуса для Wall-O-Lites: трубки Hydroflex Kino Flo, прикрепленные к подложке отражателя, чтобы сделать водонепроницаемые блоки с 8 и 4 рядами. Затем мы использовали эти единицы через слои легкой сетки ".

Вид на вертолет изнутри офиса, где держат Морфеуса.

«В качестве последнего элемента освещения в этой сцене, - продолжает Поуп, - я хотел создать эффект солнечного света, пробегающего по головам актеров из-за вращающихся лопастей винта вертолета, даже если лопасти будут добавлены в сцену позже с CG.Для этого у меня было два блока Lightning Strikes 70K, которые пропускались через прецизионный фейдер, чтобы мы могли контролировать количество мигающих стробоскопов в зависимости от конкретной частоты кадров камеры. Мы нацелили их на актеров сверху. Сначала мы попробовали устройства Unilux, но светильники Lightning Strikes были намного ярче.

«Поскольку Нео выбивает окна здания из мини-пистолета на борту вертолета, - объясняет Поуп, - люди [Брайан Кокс и Стив Кортли] должны были создать эффект от попадания пули, но не смогли запор стекло, потому что мы могли бы видеть провода.Перед стеклом и над ним они установили сотни минометов, которые выбрасывали песок с такой силой, чтобы разбить окно по заданному образцу. Стены в комнате, как и люди, тоже были расшиты по той же схеме. Вода тогда должна была хлынуть из разбитых окон - и все сразу.

«Мы стреляли через плечо Киану из вертолета, - продолжает Поуп, - так что мы видели, как все это происходило прямо перед нами, когда он стрелял из мини-пушки. Это было невероятно сложно.Фактически, нам пришлось поставить его дважды, потому что с первого дубля мы могли видеть, как песок проходит через воздух, прежде чем он попадет в стекло. Чтобы скрыть это, мы отключили некоторые огни наверху - что было непросто, потому что нам все еще нужно было освещать фасад здания, как будто это было днем ».

Морфеус бежит, чтобы прыгнуть к вертолету. вдоль пола расположена система массивов камер «Bullet Time», позволяющая создавать экстремальные эффекты замедленной съемки.

Когда окна здания выбиты, Морфеус совершает драматический прыжок к вертолету и свободе; его едва поймал Нео, который ныряет с вертолета вслед за своим падающим другом.Подвешенные тросом от теперь уже покалеченного вертолета, Нео и Морфеус несутся по зданиям в центре города, в то время как Тринити ищет крышу, чтобы безопасно высадить героев. «Большая часть этой работы была выполнена вторым подразделением с земли, а вертолетное подразделение - с дополнительной камеры-вертолета», - отмечает Поуп. «В некоторых ключевых кадрах Кэрри-Энн фактически научилась управлять вертолетом. В кадре, в котором Нео и Морфеус падают на крышу, большой каскадный подъемный кран был построен на самой высокой части многоуровневой крыши, примерно на 20 этажей выше. улица.Мы использовали кран, чтобы перебросить каскадеров на нижние уровни крыши ».

Когда Нео и Морфеус благополучно приземляются, вертолет теряет управление и ныряет в сторону здания. «Когда вертолет терпит крушение, - рассказывает Ларри, - мы видим, как он взрывается позади них почти сверхзвуковой волной, которая вылетает из окон здания - это похоже на замедленную съемку раскрывающегося цветка».

«Крушение вертолета было своего рода сложной сценой, в которой раскадровка неоценима», - объясняет Поуп.«Ни один кадр в этом эпизоде не является простым кадром реальности. Многие фоновые кинофильмы и неподвижные изображения должны были быть сняты с вертолетов, установок для мытья окон и других зданий. Затем было возведено зеленое здание с цветным ключом в четверть размера - который был сделан из гофрированного стекла - люди разбивались по образцу «расширяющегося кольца», когда макет вертолета вбрасывался в здание на специально построенной стреле крана ».

Подземная драка «После освобождения Морфеуса агенты преследуют троицу в метро, - объясняет Поуп.«Тем не менее, всем удается выбраться, кроме Нео. Именно здесь Нео и главный злодей, агент Смит [Хьюго Уивинг], проводят большую битву в решающей схватке».

Как и в предыдущих наборах, метро нужно было освещать как для обычной, так и для скоростной фотосъемки. «Внутри станции платформа имела потолочные секции площадью 8 квадратных футов, каждая из которых имела встроенный люминесцентный светильник», - отмечает Гарсайд. «Над каждой из этих секций было 72 банок Par. Встроенные светильники на самом деле были полыми, и мы просто направили банки Par сквозь них, наклоняя их таким образом, чтобы освещение ощущалось как флуоресцентный свет.Когда мы снимали на обычных скоростях, через каждое поддельное приспособление проходило около 12 банок Par, покрытых слоем 1000H. Для высокоскоростной работы мы оснастили комплект таким образом, чтобы каждую из секций потолка можно было поднять и заменить рамками из легкой сетки; увеличивая яркость, но не меняя так сильно качество света ».

«Поскольку наши наборы освещались попеременно с T2.8 или T11, - говорит Поуп, - все практические приборы должны были быть сконструированы таким образом, чтобы они могли работать с обоими уровнями освещения.Многие пришлось специально делать из термостойкой смолы. Кадры [нормальные и замедленные] не всегда идеально совпадают, но они достаточно близки, чтобы средний зритель не заметил никакой разницы. Когда вы долгое время работаете на Т2,8, а затем внезапно стреляете в Т11, легко ошибиться. При таком уровне освещенности вы должны доверять своему измерителю больше, чем своему глазу ».

Завтра ярче Интересно, что 150 выставочных отпечатков Matrix были обработаны с помощью обновленного процесса «матриц» переноса красителя Technicolor.(См. "Soup du Jour" AC , ноябрь 1998 г.) Остальные 4350 печатных экземпляров были отчеканены на новой ложе Kodak Vision.

Поуп только хвалит свою австралийскую команду: «Реджи, его команда и главный герой Рэй Браун и вся его команда невероятно усердно работали над этим фильмом. Они были твердыми, как скала, и справились с любой задачей. об освещении и физических требованиях для этого фильма они сказали: «Ты шутишь!» Но когда они поняли, что это не так, они сказали: «Ну ладно, давай сделаем это!» »

Семья Вачовски с одинаковым энтузиазмом относится к своему оператору-постановщику, заявляя: «Билл Поуп - из тех кинематографистов, которым действительно нравится использовать черный цвет на экране.В глубоких, темных тонах есть определенная [композиционная] сила. Но помимо этого Биллу нравится перемещать камеру, что нам очень нравится. Эти два элемента действительно хорошо вписываются в то, как мы хотели снять наш фильм ».

Поуп впоследствии сфотографировал два сиквела Matrix , а также такие фильмы, как Team America: World Police, Scott Pilgrim vs. the World, The World's End, The Jungle Book и Baby Driver.

Матрица была выбрана в качестве одного из фильмов ASC 100 Milestone в кинематографии 20-го века. .

Автор Кристофер Пробст стал членом ASC в 2018 году.

Если вам нравятся архивные и ретроспективные статьи о классических и влиятельных фильмах, вы найдете больше AC исторического обзора здесь.

Чтобы получить доступ к 100-летнему отчету American Cinematographer , подписчики могут посетить архив AC. Не подписчик? Сделай это сегодня.

.