Wielkość matrycy w aparacie. Czym się charakteryzują?

Stoisz przed wyborem aparatu fotograficznego? Nie wiesz co wybrać? Jednym z głównych kryteriów jakimi powinieneś się kierować to wielkość fizyczna matrycy. Dlaczego nie koniecznie rozdzielczość?

Przede wszystkim zacznijmy od tego, ze fotografuję amatorsko i nigdy nie nabywałem wiedzy w sposób profesjonalny. Wszystko co wiem i tutaj opisuję dowiedziałem się z różnych źródeł na przełomie kilku ostatnich lat. Jeśli poniższe informacje są niepełne lub nie daj Bóg nieprawdziwe, to proszę o komentarz z linkiem do źródła. Zdecydowanie nie jestem zawodowcem i chętnie się doedukuję w tym względzie. Ale zacznijmy może od początku.

Po co dzisiaj kupować aparat fotograficzny za grube dziesiątki tysięcy złotych skoro w cenie niezłego body można kupić smartfon z 200 MPix matrycą i 10x krotnym zoomem? Dlatego że te zdjęcia najczęściej są dobre jedynie na ekranie smartfona. Po powiększeniu okaże się, ze szczegóły mają dziwny kształt, krawędzie również są jakieś dziwne, rozmazane tło nie jest rozmazane naturalnie tylko sztucznie… można by długo pisać. Aczkolwiek dla większości ludzi nie związanych z fotografią, takie “fotki” będą zupełnie wystarczające. Zaletą smartfona jest przecież mała waga i mały gabaryt. No i raczej zawsze mamy go gdzieś pod ręką. Jeśli nie widzisz różnicy pomiędzy zdjęciami ze smartfona a tymi z profesjonalnych aparatów fotograficznych to w zasadzie nie musisz czytać dalej, kup sobie porządny smartfon z dobrym aparatem. Zaoszczędzisz mnóstwo pieniędzy i będziesz szczęśliwy. W przypadku aparatów z wymienna optyką to już nie jest takie proste. Jeśli wybieramy się w plener i chcemy mieć sprzęt do uchwycenia każdej możliwej sceny (duże przybliżenie, szeroka panorama, makro na jakiś mały obiekt itd.) to okaże się, że potrzebujemy niezłego plecaka na sam sprzęt fotograficzny. Gdzie tu jest logika i jaki jest tego cel?

Laik wykonując zdjęcia w czasie dnia na otwartej przestrzeni raczej nie będzie miał żadnych problemów ze zrobieniem zdjęcia nieporuszonego. Po prostu ilość światła w takich scenach jest wystarczająca dla każdego rodzaju matrycy i obiektywu. Ale używając smartfona mamy z góry narzuconą optykę, która ma określone parametry i nic więcej z tym nie możemy zrobić. Chodzi nie tylko o jasność obiektywu bo w smartfonach optyka posiadająca jasność “obiektywu” rzędu F 1.8 czy nawet F 1.7. To już jest naprawdę bardzo dobrze i pozwala na wykonywanie niezłych zdjęć w nieco (!) trudniejszych warunkach oświetleniowych. Ale należy pamiętać, ze to nie jest rzeczywista jasność takich obiektywów a jedynie efekt końcowy, który tylko można porównywać do zdjęć zrobionych profesjonalnym aparatem z przysłoną F1.7 czy F1.8. Dużą rolę odgrywają tutaj sztuczki inżynierów, którzy tworzyli oprogramowanie takich malutkich aparatów. Z roku na rok takie oprogramowanie potrafi wyciągać coraz więcej informacji z tych malutkich matryc, odpowiednio je obrabiać, nadawać odpowiednie kolory itd. Z tym że to nie jest zaleta zastosowanej optyki ale oprogramowania… czyli efekt jest sztucznie wykreowany w procesorze smartfona. Należy też pamiętać, że optyka nadaje zdjęciom kształt, odpowiada za jakość obrazu (np. aberracja chromatyczna czy dystorsja, winietowanie itp.). Użytkownicy smartfonów nie przywiązują do takich rzeczy żadnej wagi i często nawet nie wiedzą o takich rzeczach koncentrując się na centralnej części obrazu gdzie faktycznie jest nieźle. Natomiast ludzie zajmujący się fotografią nieco bardziej dogłębnie, natychmiast takie zniekształcenia zobaczą. Kolejną rzeczą, bardzo istotną, jest fakt posiadania przez smartfony kilku rodzajów matryc, różnej rozdzielczości. To, że mamy najnowszego Samsunga który ma 200Mpix matrycę wcale nie oznacza, ze wszystkie zdjęcia będą właśnie tej rozdzielczości. Na przykład zdjęcia makro będą wykonywane matrycą o rozdzielczości kilkanaście megapikseli bo pod “obiektywem” makro znajduje się tam taka właśnie matryca! Dzieje się tak dlatego, ze smartfony mają kilka matryc a każda matryca ma swój dedykowany “obiektyw”, każdy do innego rodzaju zdjęć. Jedna jest “ta lepsza” a pozostałe “takie sobie”. Dla ludzi, którzy takie defekty zdjęcia widzą i ich to irytuje, są dedykowane aparaty cyfrowe, niedawno lustrzanki cyfrowe a obecnie bezlusterkowce. W lustrzanki cyfrowe w zasadzie nie ma sensu wchodzić, wychodzą one z użycia. Obiektywów do lustrzanek na rnku jest coraz mniej i głównie jest to rynek wtórny. Nie da się do takich body zainstalować z sukcesem nowych obiektywów dedykowanych dla bezlusterkowców a to mocno ogranicza możliwości we współczesnym świecie fotograficznym. Co nie znaczy że nie da się robić zdjęć. Osobiście z powodzeniem używam lustrzanki Sony A77V i do tego trzy dedykowane obiektywy, którymi mogę zrobić w zasadzie każde ujęcie. Da się ale najnowszych obiektywów ze stajni Sony do tego już niestety nie podłączę. A szkoda bo to są naprawdę “ostre” obiektywy, nieporównywalnie lepsze od tych starszych.

Zalety smartfona mniej więcej już znamy. Jakie są zatem zalety wykonywania zdjęć dedykowanym aparatem cyfrowym z wymienna optyką? Pierwsza podstawowa rzecz: jedna matryca do wszystkich zdjęć. I wcale nie ma ona rozdzielczości 100 czy 200 MPix. Na czas pisania tego tekstu najbardziej “pojemną” w piksele matrycą aparatów cyfrowych jest FujiFilm GFX 100, który posiada matrycę 102 Mpix. Co ciekawe, większość zawodowych fotografów odradza kupowanie aparatów z dużą ilością pixeli, wskazując wielkość fizyczną matrycy jako ważniejszy parametr. Dlaczego? O co chodzi?

W największym skrócie chodzi o to, że im mniejsza matryca tym mniej miejsca na piksele. Im mniejsza matryca tym mniej światła jest w stanie ona zaabsorbować w danym czasie. A im więcej pikseli producent upakuje na malutkiej powierzchni, tym większe prawdopodobieństwo, że informacje o obrazie będą między tymi pikselami przechodziły co nie jest dobre. Innymi słowy piksel będzie posiadał informację o obrazie nie tylko o tym jaki pada na niego samego ale pozyska też część informacji z pikseli sąsiednich. Im gęściej ułoży się piksele tym jest to efekt mocniejszy. Tak więc nie należy się dziwić, że jakość zdjęcia, szczegółowość kształt itd., zdjęcia z aparatu bezlusterkowego będzie zdecydowanie lepsza niż z jakiegokolwiek smartfona. Nawet biorąc od uwagę fakt, ze aparaty bezlusterkowe rzadko kiedy przekraczają rozdzielczość matrycy rzędu 40-kilku megapikseli! Jakim to cudem? Ano właśnie takim, że w aparatach bezlusterkowych wbudowana jest fizycznie większa matryca światłoczuła. A jak już wiemy, fizycznie większa matryca to więcej miejsca na piksele. Skoro są one “rzadziej” upakowane niż w smartfonach to informacja pojedynczego piksela jaką przekazuje o obrazie jest zdecydowanie bardziej szczegółowa niż informacja pozyskana z piksela matrycy smartfona.

Dla pełnego zobrazowania co daje nam fizyczna wielkość matrycy, wyobraź sobie, ze światło to strumień kropelek wody czyli deszcz. Dla naszych potrzeb zamieniam fotony na kropelki wody a strumień światła na deszcz. Nietrudno sobie wyobrazić, ze jeśli wystawimy dłoń to spadnie na nią określona ilość kropel w przeciągu np. 2 sekund. Jeśli jednak na taki sam deszcz wystawimy parasol, który ma o wiele większą powierzchnię i również wystawimy go na te dwie sekundy, to spadnie na niego o wiele większa ilość kropel wody. Takie samo zjawisko zachodzi w aparatach cyfrowych: im większa matryca tym więcej światła jest w stanie ona przekształcić na obraz cyfrowy. Co za tym idzie: potrzeba będzie krótszego czasu naświetlania aby uzyskać taki sam efekt jak w przypadku mniejszych matryc.

No tak, ale zdjęcia ze smartfona wcale nie wyglądają źle. Jak to się dzieje, że z tak małej matrycy da się wyciągnąć mimo wszystko dobrej jakości obraz? Zachodzi tam bardzo mocne przetwarzanie cyfrowe obrazu. Więcej się dzieje wewnątrz procesora niż na matrycy światłoczułej. Zacznijmy od tego, że aby matryca smartfona mogła przesłać wystarczająco dużo informacji do procesora musi ona być wystawiona na działanie światła przez dłuższy czas niż matryca aparatu cyfrowego (bo jest mniejsza i absorbuje mniej światła w danej jednostce czasu). Opcje są dwie: wykonać jedno zdjęcie którego naświetlanie trwa długi czas – nie uda się z ręki bez statywu, obraz będzie rozmazany. Opcja druga: wykonać szereg zdjęć jedno po drugim w jak najkrótszym czasie i scalić je w jedno, które zawiera komplet informacji z tych wszystkich zdjęć pojedynczych. W fotografii jest to znana metoda, ma ona swoją nazwę: stackowanie. Smartfony robią to bez wiedzy użytkownika, w tle. Użytkownik widzi jedynie efekt końcowy. Można to łatwo zaobserwować: zrób zdjęcie smartfonem jednocześnie obserwując jak długi czas potrzebuje smartfon od momentu dotknięcia “klawisza” migawki do momentu aż smartfon faktycznie zrobi zdjęcie? Jest to spory kawałek sekundy, bardzo wyraźnie widoczny czas. Przecież nikt mi nie wmówi, że kilku rdzeniowy procesor nie jest w stanie zrobić zdjęcia w ułamku sekundy! Zrobienie jednego zdjęcia nawet byśmy nie zauważyli. To jest właśnie ten czas jaki smartfon potrzebuje na wykonanie kilku (nastu?) zdjęć i przekształcenie ich w jedno, zawierające komplet informacji z tych wszystkich pojedynczych. W tym czasie najnowsza technologia stabilizacji matrycy, zarówno mechaniczna jak i cyfrowa, “staje na głowie” aby wszystkie wykonane zdjęcia były jak najmniej poruszone i aby można je było szybko wyrównać i scalić. Taki trik można wykonać każdym aparatem cyfrowym, ale niestety ręcznie i potrzebny będzie statyw, wężyk spustowy… z tym że to historia na inny materiał.

Ale wróćmy do aparatów cyfrowych. Skoro wiemy już, że wraz ze wzrostem fizycznej wielkości matrycy rośnie jakość zdjęcia to czy po prostu nie zakupić sobie aparatu z matrycą FX (średnioformatową)? Idąc tym tokiem rozumowania faktycznie tak należałoby zrobić. Oczywiście jest pewne “ale”: Im większą matrycę posiadasz w aparacie cyfrowym tym większą optykę musisz do niego zainstalować. Tak moi drodzy: do mniejszych matryc projektuje się mniejsze obiektywy (specjalnie pod te wielkości matryc). Na przykładzie aparatów Sony ze złączem typu E: są dostępne obiektywy zarówno do wersji matryc APSC jak i pełnej klatki (oznaczone “FE”). Obiektywy dla pełnej klatki mogą być stosowane na matrycach mniejszych ale obiektywy zaprojektowane dla matryc mniejszych nie mogą być za bardzo używane z matrycami większymi ponieważ wielkość matrycy będzie wykraczała poza obrys światła jaki generuje taki obiektyw. W takim przypadku narożniki obrazu pozostaną zaciemnione!

Tak więc decydując się na większą matrycę musimy brać pod uwagę fakt, ze będziemy potrzebować większych i droższych (!) obiektywów. Nawet jeśli ktoś nie liczy się z pieniędzmi to i tak musi brać pod uwagę gabaryty jak i masę samego sprzętu jaki będzie musiał transportować gdzieś w plener. A nie wszędzie da się dojechać komfortowo pojazdem typu samochód czy motocykl. W moim przypadku moim modelem są Tatry i żaden pojazd nie wchodzi w grę wychodząc w góry. Cokolwiek ze sobą zechcę zabrać muszę to nieść na plecach lub w rękach. A duże obiektywy naprawdę dużo ważą…

Niestety, to nie koniec rzeczy o jakich trzeba wiedzieć przy zakupie aparatu cyfrowego z odpowiednio dużą wielkością matrycy. Jasność obiektywu jaka jest podawana na obudowie obiektywu jest podawana zawsze dla pełnej klatki. Na przykład kupujemy obiektyw o jasności F1.4 do aparatu z matrycą APSC. Niestety, efekt jaki uzyskamy to nie będzie wcale F1.4. Tę wartość należy pomnożyć przez około x2 (bo powierzchnia matrycy APSC jest około 2-ktornie mniejsza niż powierzchnia pełnej klatki) co da nam w efekcie F2.8. To jest ciągle bardzo dobrze ale ten sam obiektyw z pełną klatką będzie miał pełne F 1.8. A to ogromna różnica w niesprzyjających warunkach oświetleniowych! Jeśli posiadamy aparat z jeszcze mniejszą matrycą to problem staje się jeszcze bardziej odczuwalny. Czy jeśli kupuję obiektyw dedykowany dla APSC to wartości opisane na obiektywie są poprawne dla APSC? – nie. To są wartości właściwe ZAWSZE dla pełnej klatki. Posiadając matrycę wielkości APSC należy tę wartość (przysłony) pomnożyć razy 2 – powierzchnia matrycy pełnoklatkowej jest około 2x większa niż matrycy APSC. Niestety. Będzie potrzeba wydłużyć czas naświetlania albo wzmocnić czułość ISO aby zrobić podobne zdjęcie w przypadku pełnej klatki. Wydłużenie czasu naświetlania to narażanie się na poruszone zdjęcie a podnoszenie ISO to wzmacnianie szumów matrycy… oba rozwiązania są złe. Dlatego po raz kolejny pełna klatka tutaj jest lepsza.
Jeśli ktoś nie rozumie co to jest ta jasność to tak w bardzo dużym skrócie: im większa jasność obiektywu (większa jasność to mniejsza wartość tego F) tym mniej czasu będzie potrzeba aby wykonać takie samo zdjęcie. Bardziej obrazowo: mniejsza wartość F na obiektywie umożliwia przepływ większego strumienia fotonów. Większa powierzchnia fizyczna matrycy pozwala złapać tych fotonów więcej.

Na koniec kolejna rzecz na jaką należy zwrócić uwagę posiadając matrycę takiej a nie innej ogniskowej obiektywu. Tutaj znowu mamy naniesione wartości właściwe dla pełnej klatki. Inny obraz zostanie zarejestrowany na matrycy pełnoklatkowej a inny na APSC.

Innymi słowy: im mniejsza matryca tym mniejszy fragment obrazu zostanie zarejestrowany. To tak jakbyśmy z oryginalnego obrazu wycięli tylko środkową część odpowiedniej wielkości. Im mniejsza matryca tym więcej obrzeża nie zostanie ujęta na zdjęciu ale… uzyskamy w ten sposób “efekt zoom”. Ma to ogromne znaczenie w fotografii. To będą niemal dwa różne zdjęcia na aparacie z pełną klatką i na aparacie z matrycą APSC. I znowu: wartość ogniskowej na obiektywie ZAWSZE jest właściwa dla pełnej klatki. Jeśli takiego obiektywu używamy z matrycą APSC to wartość tą należy pomnożyć x1.5 ponieważ długość i szerokość matrycy pełnoklatkowej są o tyle właśnie większe od długości i szerokości matrycy APSC. Na przykład fotografując aparatem APSC z obiektywem 35mm i przechodząc na aparat pełnoklatkowy, aby uzyskać bardzo podobny efekt należy użyć obiektywu o ogniskowej 50mm. Tak więc jeśli zależy nam na jak największym przybliżeniu to należy skłaniać się do jak największej ogniskowej na obiektywie oraz do jak najmniejszej matrycy w aparacie. Oczywiście bez przesady. Im większe przybliżenie tym będzie potrzebna lepsza stabilizacja obrazu. Ta w korpusie aparatu (w tym przykładzie Sony) może być niewystarczająca aby ustabilizować bardzo mocno przybliżony obraz. Trzeba się również skłaniać do stabilizacji w obiektywie.

Podsumowanie
Wybierając aparat dla siebie dobieraj właściwie wielkość matrycy. Jeśli wybierzesz matrycę zbyt małą to musisz się liczyć, ze zdjęcia będą gorszej jakości (dłuższy czas naświetlania, większe ISO i więcej szumów itd.) ale za to osprzęt będzie mniejszy. Z kolei jeśli kupisz aparat ze zbyt dużą matrycą to musisz się liczyć z koniecznością zakupu dużych i ciężkich (i drogich!) obiektywów. Takim dobrym wyborem dla tych, którzy chcą zacząć i raczej liczą na poważniejszą przygodę z fotografią, będzie format APSC. Wielu profesjonalnych fotografów nie przechodziło na pełną klatkę, ciągle pracują na APSC. Dla tych którzy chcą zostać bardziej amatorem niż zawodowcem i nie chcą za dużo dźwigać, lepszym wyborem będzie format 4/3. Natomiast jeśli ktoś już trochę popstrykał zdjęć i chce po prostu porządnego sprzętu na lata to pełna klatka. Na samym końcu: jeśli ktoś kilka lat pofotografował, wie “co i z czym się je” i chce robić zdjęcia bardzo szczegółowe, najwyższej jakości to średni format (FX)… ale to już naprawdę wysoka półka, wymagająca odpowiedniej wiedzy i niemal “betonowego” statywu. Nie radzę w to wchodzić amatorom bo mogą się po prostu zawieźć jeśli chodzi o efekt końcowy. Nie będzie to wina sprzętu ale właśnie braku wiedzy jak taki sprzęt właściwie wykorzystać.

Rozdzielczość matrycy? Wbrew pozorom nie musi to być nie wiadomo ile mega pikseli. Większość profesjonalnych sprzętów ciągle posiada matryce o rozdzielczości 24 megapikseli! To o czymś świadczy! Taką matrycą wykonane zdjęcie można śmiało wydrukować nawet na papierze o wymiarach kartki A4 i będzie na takim zdjęciu mnóstwo szczegółów. Z powodzeniem nadaje się to do publikacji w mediach, czy to papierowych czy elektronicznych. Jeśli chcesz robić z tego wydruk wieloformatowy to ilość pikseli będzie musiała być oczywiście większa ale nie przesadzałbym od razu z megapikselami na matrycy. Są techniki które pozwalają na wykonanie niemal dowolnie szczegółowego zdjęcia, zarówno na komputerze jak i samym aparatem. Przykładem niech będzie możliwość łączenia wielu zdjęć z panoramy za pomocą darmowego oprogramowania Microsoft ICE. Po prostu zamiast robić jedno zdjęcie panoramy, robimy większe zbliżenie i fotografujemy tę panoramę wykonując zdjęcia nachodzące na siebie. Każde z tych zdjęć osobno będzie miało te 24 MPix ale połączone razem mogą mieć rozdzielczość mierzoną w setki a nawet tysiące megapiseli. W zależności od tego jak umiejętnie sfotografujemy panoramę, jaką ilością zdjęć, jakim przybliżeniem itd.
Jeśli mamy odpowiedni aparat fotograficzny to możemy zwielokrotnić piksele matrycy używając opcji PixelShift (np. Sony), gdzie z matrycy 64Mpix (sony A7R IV i V) możemy zrobić zdjęcie o rozdzielczości nawet 240 Mpix! I nie będzie to efekt generowany sztucznie w procesorze ale będą to informacje z 16 zdjęć wykonanych takim aparatem (technika polega na wykonaniu do 16 zdjęć z przesunięciem matrycy w każdą stronę o pół piksela co daje łącznie fizyczną rozdzielczość 240Mpix). Niestety, aparat musi posiadać taką opcję, bez tego zostaje mozolne fotografowanie panoramy kawałeczek po kawałeczku i późniejsze łączenie tego w komputerze. To da się zrobić każdym aparatem, nawet takim najbardziej prymitywnym i starym.

Jak ja bym widział aparaty przyszłości? To by było połączenie optyki i matrycy z aparatów profesjonalnych z techniką cyfrową ze smartfonów. Jeśli taki iPhone czy Samsung wpadł na pomysł aby wypuścić własnego bezlusterkowca z matrycą pełnoklatkową i ze swoją technologią cyfrowej obróbki zdjęć, to myślę… nie myślę, JESTEM PEWIEN, że cały obecny rynek profesjonalnego foto i video zostałby wywrócony do góry nogami. Myślę, ze to prędzej czy później nastąpi. Być może nagle a być może smartfony wyewoluują do tego poziomu powoli. Ale jestem pewien, że to nastąpi już niedługo. Póki co profesjonalne aparaty cyfrowe są niezagrożone jeśli bierzemy pod uwagę jakość zdjęć.

Jakie są Wasze doświadczenia w tym względzie? Czegoś tu brakuje? – bardzo chętnie się dokształcę i skoryguje tekst.