Сколько нужно мегапикселов?

Сергей Асмаков

Разрешение разрешению рознь

Оптимальные параметры

Разрешение на вырост

4:3 и 3:2

Ответ на этот вопрос вовсе не так прост и однозначен, как может показаться на первый взгляд. Поэтому забудем на время расхожее правило «чем больше, тем лучше» и попробуем ответить на него более обстоятельно.

режде всего следует напомнить о том, что оценивать и тем более сравнивать технические характеристики однотипных устройств имеет смысл лишь в контексте вполне конкретной прикладной задачи. Причем вполне естественно, что при изменении условий задачи будут меняться и результаты сравнения.

В качестве примера сравним скоростные характеристики обычного дорожного автомобиля и гоночного болида «Формулы-1». При абстрактном сопоставлении величин максимальной скорости, динамики разгона и пр. можно сделать однозначный вывод, что «формульный» автомобиль значительно превосходит своего дорожного собрата по указанным параметрам. Однако на практике это утверждение будет справедливо лишь в том случае, если мы устроим состязание таких машин на гоночном треке. Если же изменить условия и перевести участников соревнования на проселочную дорогу, то результаты будут совершенно противоположными, ибо «формульный» болид на таком покрытии вряд ли вообще сможет сдвинуться с места.

Похожая ситуация возникает и при сравнении отдельных параметров цифровых фотокамер. Абстрактные утверждения о том, что «8-мегапиксельная камера однозначно лучше, чем 2-мегапиксельная», являются абсолютно бессмысленными — главным образом ввиду того, что в них не содержится ни малейшего намека на условия задачи, для решения которой планируется использовать сравниваемые устройства.

Исходя из вышесказанного сравнение разрешающей способности сенсоров двух разных моделей цифровых фотоаппаратов будет иметь практический смысл только в том случае, когда известно, каким образом и для каких целей планируется использовать полученные снимки. Однако прежде чем перейти к рассмотрению этого вопроса, необходимо разобраться с различными толкованиями термина «разрешение».

Разрешение разрешению рознь

пределенная сложность с пониманием терминов «разрешение» и «разрешающая способность» связана с тем, что в различных ситуациях в них вкладывается совершенно разный смысл. Рассматривая принтер или планшетный сканер, мы оперируем, условно говоря, линейным разрешением. Величина этого параметра измеряется в удельных единицах — то есть таких, которые показывают, сколько пикселов приходится на единицу длины: например, 300 ppi (300 пикселов на дюйм) или 300 dpi (300 точек на дюйм). Если же мы говорим о цифровых фотоаппаратах, то у этих устройств разрешение сенсора измеряется абсолютной величиной, эквивалентной суммарному количеству пикселов светочувствительного сенсора (в тех самых мегапикселах).

С технической точки зрения это выглядит вполне логично, ведь, как известно, в планшетных сканерах используются линейные (одномерные) сенсоры, а изображение в процессе сканирования считывается последовательно. В каждый момент времени сенсор фиксирует лишь небольшой участок оригинала, соответствующий одной строке пикселов. В цифровых же фотокамерах используются сенсоры, представляющие собой двумерный массив светочувствительных элементов. Соответственно и изображение в этом случае считывается за один прием: все элементы сенсора одновременно фиксируют значения яркости — каждый на своем участке изображения.

Однако наличие двух разных понятий, обозначаемых одним и тем же термином, часто приводит к некоторой путанице.

Проиллюстрируем это на простом примере. Возьмем участок растрового изображения, на котором имеется контрастная граница между двумя объектами, проходящая под некоторым углом (рис. 1, слева). При просмотре изображения в мелком масштабе граница между объектами кажется гладкой, но при сильном увеличении становятся отчетливо видны отдельные пикселы изображения, а некогда гладкая линия превращается в зигзагообразную «лесенку» (рис. 1, в центре и справа), причем при одинаковой кратности увеличения величина зубчиков («ступенек») этой ломаной линии будет тем меньше, чем с более высоким разрешением записано изображение (то есть чем большее количество пикселов приходится на единицу площади).

Рис. 1

Вполне очевидно, что при удвоении линейной разрешающей способности (например, с 300 до 600 ppi) линейные размеры «ступенек» уменьшатся вдвое, а пикселов в изображении станет в четыре раза больше.

Несколько иная картина возникает при измерении разрешающей способности «с точки зрения фотоаппарата» — как суммарного количества пикселов изображения. При удвоении этого параметра значение линейной разрешающей способности увеличится не вдвое, а лишь на величину, равную квадратному корню из двух (то есть приблизительно в 1,41 раза). Из этого можно сделать важный вывод: чтобы удвоить линейную разрешающую способность получаемого изображения, количество элементов светочувствительного сенсора цифрового фотоаппарата необходимо увеличить в 4 раза (рис. 2).

Рис. 2

Таким образом, линейное разрешение изображений цифровых камер с 2- и 4-мегапиксельным сенсором будет отличаться не в два, а примерно в 1,41 раза, а для обеспечения двукратного (по сравнению с 2-мегапиксельным аппаратом) роста линейной разрешающей способности изображения понадобится уже 8-мегапиксельная камера.

Аналогичным образом нетрудно подсчитать, что линейное разрешение 4-мегапиксельного снимка больше аналогичного параметра 3-мегапиксельного примерно в 1,15 раза, а разница между 4- и 5-мегапиксельными кадрами еще меньше — всего в 1,12 раза.

Оптимальные параметры

ная о том, каким образом будут использоваться снимки, полученные цифровой камерой, можно определить и необходимое для данного конкретного случая количество мегапикселов.

Одной из наименее требовательных к величине разрешающей способности снимков задач является экранный просмотр изображений. Так, возможности большинства современных бытовых телевизоров ограничены весьма скромными показателями — всего 720Ѕ576 пикселов, независимо от физического размера экрана. В будущем, когда получит распространение стандарт HDTV (так называемое телевидение высокой четкости) разрешение будет увеличено до 1280Ѕ768. Типичные размеры рабочей области экранов современных компьютерных мониторов лежат в пределах от 1024Ѕ768 до 1600Ѕ1200 пикселов. Что касается мультимедиапроекторов, то там показатели примерно такие же — от 800Ѕ600 до 1280Ѕ1024. Следовательно, если снимки цифровой камеры планируется использовать исключительно для просмотра на экране телевизора или компьютера либо при помощи мультимедиапроектора, вполне достаточно и 2-мегапиксельного фотоаппарата.

Более строгие требования к разрешению цифровой камеры выдвигаются в случае, когда отснятые кадры предполагается впоследствии выводить на печать. Вполне очевидно, что минимально необходимое линейное разрешение изображений в этом случае определяется главным образом форматом отпечатка. Правда, при этом стоит учитывать и такой аспект, как тип печатающего устройства.

Получившие широкое распространение струйные фотопринтеры формируют изображение из мельчайших, практически неразличимых на глаз точек нескольких базовых цветов, количество которых в зависимости от модели устройства может составлять от 4 до 8. Передача всей палитры оттенков достигается путем изменения плотности наносимых на бумагу точек каждого из базовых цветов. Такой метод воспроизведения полутонового изображения называется стохастическим, или частотно-модулированным, растрированием. Не вдаваясь в технологические тонкости этого процесса, отметим важную для обсуждаемой темы особенность: при использовании струйной печати нет четкого соответствия размеров пикселов изображения размерам наносимых на бумагу точек. Более того, для точной передачи цвета каждого из пикселов изображения требуется довольно большое количество точек.

Ориентировочные значения линейной разрешающей способности результирующего изображения (в ppi) в зависимости от разрешения сенсора камеры и физического размера отпечатка

Исходя из практического опыта оптимальная разрешающая способность цветных изображений, предназначенных для вывода на струйном принтере, составляет от 200 до 250 ppi. В общем-то можно печатать изображения и с большим исходным разрешением, однако на улучшение детальности это уже практически не влияет.

Такие устройства, как цифровые мини-лабы и термосублимационные фотопринтеры, позволяют формировать на бумаге однородно закрашенные области самых разных оттенков. Данные технологии печати называются безрастровыми, и именно этим объясняется сравнительно невысокая (около 300 dpi) разрешающая способность таких устройств — ведь каждый пиксел безрастрового отпечатка позволяет воспроизвести полноценный пиксел изображения.

Используя в качестве ориентира приведенные в таблице показатели, нетрудно будет оценить техническую пригодность снимков, сделанных на цифровых камерах с различным разрешением сенсора, для печати на бумаге различных форматов. Работая с печатающими устройствами, не следует также забывать о том, что во многих случаях печатаемые изображения могут иметь иные пропорции, чем используемая бумага (см. врезку «4:3 и 3:2»).

Разрешение на вырост

овольно широко распространено мнение о том, что лучше купить фотоаппарат с наибольшим из возможных (в своей ценовой категории) количеством мегапикселов — так сказать, про запас. Основные аргументы «за» — это более широкие возможности кадрирования и печати самых удачных снимков на бумаге большого формата (А4, А3 и более).

Действительно, более высокое разрешение сенсора (и, следовательно, получаемого изображения) оставляет фотографу большую свободу при кадрировании полученных снимков, что особенно актуально в тех случаях, когда не удается должным образом скомпоновать задуманный кадр из-за недостаточно длиннофокусного объектива и/или невозможности подойти ближе к объекту съемки.

Однако если сравнивать компактные модели цифровых фотоаппаратов одной ценовой категории, имеющие одинаковый физический размер сенсора, то камеры с более высоким разрешением отличаются и более высоким уровнем цифрового шума. И если при печати полного кадра более шумное изображение «супермегапиксельного» сенсора зрительно скрадывается за счет меньшего физического размера пикселов, то после кадрирования этот шум становится гораздо более заметным.

Вообще, если посмотреть на модельный ряд практически любого ведущего производителя цифровых фотокамер, то нетрудно заметить, что многие представленные в них аппараты по сути являются близнецами: они выполнены в одинаковых корпусах, имеют абсолютно идентичные объективы, одну и ту же систему органов управления и настроек и т.п. Единственное различие — разрешающая способность установленного в аппарате сенсора (и соответственно максимального размера получаемого кадра). Такой подход выгоден производителям, поскольку позволяет по мере выхода «многомегапиксельных» сенсоров в минимальные сроки и с минимальными затратами выпустить на рынок «новую» модель. Можно, конечно, утешать себя заверениями производителя насчет того, что оптика и процессор базовой модели этой камеры имеют определенный запас своих характеристик и что возможность установки более мощных сенсоров предусмотрена изначально. Однако, как очень верно отметил обозреватель известного ресурса DP Review (http://www.dpreview.com/) в комментариях по этому поводу, «старая камера с новым сенсором — это совсем не то, что ожидают пользователи от ведущих производителей».

Теперь рассмотрим негативные последствия покупки «лишних» мегапикселов. Во-первых, это, конечно же, нерациональное расходование средств. Если сравнить, например, цены на компактные цифровые фотоаппараты, выпущенные в конце прошлого — начале нынешнего года, то можно заметить, что разница цен на одинаковые по функциональности 3- и 4-мегапиксельные модели составляет в среднем 35-50 долл., а ведь на эти деньги вполне можно приобрести что-нибудь полезное, например SD-карту емкостью 128-256 Мбайт.

Во-вторых, это повышение требований к емкости используемых сменных носителей. Наверное, практически любой фотограф, использующий цифровую фототехнику, согласится, что много памяти не бывает. Между тем при использовании одинаковых настроек качества объем файла с 5-мегапиксельным снимком примерно на 60% больше по сравнению с 3-мегапиксельным. Для большей наглядности можно выразить эту величину в конкретных числах: на носитель, где умещается 64 файла с 3-мегапиксельными изображениями, можно сохранить лишь 40 таких же по сюжету 5-мегапиксельных кадров. К тому же при печати на карточках наиболее распространенного любительского формата (10Ѕ15 см) разница в детальности между 3-, 4- и 5-мегапиксельными снимками крайне незначительна, а для подавляющего большинства фотолюбителей и вовсе не заметна.

С огромным сожалением следует отметить, что многие производители решают проблему повышенного расхода памяти в новых многомегапиксельных версиях фотоаппаратов потрясающим по своей простоте способом — за счет увеличения степени компрессии при сжатии изображений в JPEG, а это неизбежно приводит к ухудшению их технического качества).

В общем, гнаться за «большими мегапикселами» (особенно в компактных камерах) сегодня не имеет особого смысла — по крайней мере до того момента, пока не произойдет нового качественного скачка в технологии производства светочувствительных сенсоров.

КомпьютерПресс 11'2004