مفهوم اندازه سنسور در دوربین های دیجیتال

این مقاله سعی دارد به این پرسش پاسخ دهد که چگونه اندازه و ابعاد سنسور دوربین های دیجیتال، بر روی انواع عکاسی تاثیر می گذارد؟
انتخاب اندازه سنسور دوربین دیجیتال، با صرف نظر کردن از تفاوت هایی که بین دنیای دیجیتال و آنالوگ وجود دارد، مانند این است که در دنیای آنالوگ، از میان فیلم های ۳۵ میلیمتری، قطع متوسط و قطع بزرگ، تنها یکی را انتخاب کنیم. ممکن است با خواندن این مطلب کمی سر در گم شویم زیرا در آن اندازه های مختلف سنسور بررسی و همچنین در زمینه معیارهایی نظیر: عمق میدان، اختلال های نویز در تصویر، انکسار، قیمت، اندازه و وزن سنسور، مقایسه های زیادی بین سنسورهای گوناگون انجام شده است.

به خاطر داشته باشید انکسار به صورت تدریجی در عکس های شما پیدا شده و از یک سوی تصویر به سوی دیگر جریان می یابد و اینکه عددی که توسط نرم افزار بالا بدست می آید، یک حدس نظری است و ممکن است در لنزهایی با کیفیت بهتر، تغییر کند. شکل زیر اندازه ریزدانه (گرین) را در دو وضعیت مختلف نشان می دهد.

Pixel Density Limits Resolution (Shallow DOF Requirement)		Airy Disk Limits Resolution (Deep DOF Requirement)

اگر عمق میدان را ثابت در نظر بگیریم، محدودیت اندازه پیکسل ها در سنسورهای بزرگتر، افزایش می یابد. همچنین توجه دشته باشید که پیکسل های بیشتر همیشه منجر به داشتن رزولوشن بالاتر نمی شوند. در حقیقت پیکسل های بیشتر ممکن است با ایجاد نویز و کاهش داینامیک رنج، منجر به کاهش کیفیت تصویر نیز بشوند.

اندازه پیکسل و رابطه آن با مقدار نویز و داینامیک رنج (گستره روشنایی)

بطور معمول، هرچقدر سنسور بزرگتر باشد، از پیکسل های بزرگتری هم برخوردار است (اگرچه این قانون همیشه صادق نیست)، این وبژگی باعث می شود تصاویر نویز کمتر و داینامیک رِنج بالاتری داشته باشند. داینامیک رنج گستره ای از تونها از روشن ترین تا تیره ترین تون است که هر پیکسل می تواند آن را ثبت کند. پیکسل های بزرگتر ظرفیت بیشتری دارند و در نتیجه می توانند تعداد بیشتری از فوتون های نور را در خود نگه دارند که این منجر به داشتن داینامیک رِنج بالاتر می شود.

بنابراین، در زمان نوردهی و با f-stop یکسان، پیکسل های بزرگتر تعداد بیشتری از فوتون ها را در خود ذخیره می کنند در نتیجه تصویر با کیفیت بیشتر و نویز کمتری تولید می شود.

پیکسل های بزرگتر (با سنسور بزرگتر)		پیکسل های کوچکتر (با سنسور کوچکتر)

البته این نکته یک قانون همیشگی نیست، زیرا میزان نویز به کیفیت ساخت سنسور و اینکه نرم افزار داخلی دوربین چگونه اطلاعات سنسور را به عکس تبدیل می کند، نیز بستگی دارد. نکته بعدی اینجاست که اگر دو سنسور در زوم ۱۰۰% میزان نویز یکسانی را نشان دهند، عکس حاصل از سنسور بزرگتر, چاپ بهتری دارد . این امر به این دلیل است که در پیکسل های بزرگتر، نویزها به نسبت کمتری بزرگ می شوند.

هزینه تولید سنسورهای دیجیتال!

هر چقدر اندازه سنسور بزرگتر شود، قیمت آن افزایش پیدا می کند، بطور مثال شما برای داشتن سنسور با اندازه دو برابر نسبت به سنسور حال حاضرتان، می بایست بیش از دو برابر قیمت سنسور فعلی تان پول پرداخت کنید.

Silicon Wafer (تقسیمات سنسور کوچکتر)		Silicon Wafer (تقسیمات سنسور بزرگتر)

با دقت در روش ساخت سنسورها، می توان علت این قضیه را فهمید که هر سنسور، بخشی از یک ورق سیلیکونی بزرگتر به نام ویفر است که خود ویفر شامل تعداد زیادی ریزتراشه بوده و ارزشی برابر با هزارها دلار دارد.
بنابراین هر چه ویفر از ریزتراشه های بیشتری برخوردار باشد، قیمت آن بالاتر می رود. از طرف دیگر، سطح وسیع سنسور، احتمال وجود پیکسل های سوخته در آن را تقویت می کند. همینطور است که سنسور باید از ریزتراشه های بهتری ساخته شود تا احتمال وجود پیکسل سوخته به حداقل برسد.
باید این را هم در نظر گرفت که قیمت سنسورهای فعلی ممکن است در آینده با تولید سنسورهای بزرگتر کاهش پیدا کند اما نکته اینجاست که قیمت سنسورهای بزرگتر، همیشه گرانتر خواهد بود.

سایر موارد

بعضی از لنزها فقط بر روی سنسورهای با اندازه مشخص نصب می شوند و بعضی دیگر، توانایی نصب شدن بر روی سنسورها با اندازه های مختلف را دارند. لنزهای tilt/shift که در کنترل پرسپکتیو و عمق میدان تصویر تاثیر زیادی دارند، معمولا از نوع نخست می باشند. همچنین لنزهای فوق واید نیز برای کار با سنسورهای فول فریم تولید می شوند.

جزئیات عکس و شاخص های تعیین کننده

عمق میدان کمتر، در کار با سنسورهای بزرگتر بدست می آید، همچنین کار با سنسورهای بزرگتر باعث داشتن عکس های چاپ شده ای با کیفیت و جزئیات بیشتر می شود. از طرف دیگر، داشتن سنسورهای بزرگتر، بدین معنا نیست که شما عکس هایی با رزولوشن بالاتر خواهید داشت و وجود انکسار در تصویر هم هیچ ارتباطی با اندازه سنسور ندارد. به عبارت دیگر، حد نهایی گشودگی دهانه دیافراگم، تا قبل از بروز انکسار در تصویر، برای تمامی سنسورها یکسان است، اگرچه در نبود انکسار، شرایط متفات است.

نکته مهم دیگر این است که اگر عمق میدان یک عامل محدود کننده باشد، هر چقدر اندازه سنسور بیشتر شود، با ثابت فرض کردن عامل حساسیت، زمان نوردهی بیشتر می شود که این قانون، بر روی عکاسی در شب و ماکروگرافی تاثیر منفی می گذارد، زیرا در این دو نوع عکاسی، عمق میدان زیاد و زمان نوردهی کم مورد نیاز است و این یعنی اگر شما بتوانید با دوربین قطع متوسط بر روی دست یک عکس را ثبت کنید، در شرایط مشابه برای ثبت همان عکس با دوربین قطع بزرگ، به سه پایه احتیاج پیدا می کنید.
از طرف دیگر، نوردهی طولانی مدت با سنسورهای قطع بزرگ، خیلی هم برای عکس زیانبار نیست زیرا دوربین های قطع بزرگ بطور کلی نویز کمتری تولید می کنند و حتی با بزرگ کردن تصویر ثبت شده هم میزان نویز ایده آل است.
بدون در نظر گرفتن اندازه پیکسل ها، سنسورهای بزرگتر، ظرفیت بیشتری برای ثبت نور دارند. به لحاظ نظری، سنسورهای بزرگتر با پیکسل های کوچکتر، به نسبت سنسورهای کوچکتر با پیکسل های بزرگتر، نویز کمتری تولید می کنند. این بدان دلیل است که نویز در دوربین هایی با رزولوشن بالاتر، کمتر افزایش پیدا می کند، حتی اگر تصویر ثبت شده توسط این دوربین ها در صفحه مانیتور نویزی تر باشد، در چاپ، از نویز کمتری برخوردار می شود.

نتیجه گیری نهایی:

بطور کلی، استفاده از سنسورهای بزرگتر منجر به کنترل و انعطاف پذیری بیشتری در خلق جلوه های هنری می شود، اما به علت نیاز به تجهیزات گرانتر، هزینه را بالاتر می برد. این انعطاف پذیری به عکاس امکان داشتن عمق میدان کمتری از آنچه در سنسورهای قطع متوسط تولید می شود می دهد، اما در عوض می بایست از میزان حساسیت – ISO – بالاتر به نسبت سنسورهای قطع متوسط و سه پایه دوربین استفاده کرد، در حالیکه با سنسور قطع متوسط هم می توان عمق میدانی تقریبا مشابه را بدون استفاده از سه پایه عکاسی ثبت کرد.