Какой размер матрицы фотоаппарата лучше всего подходит для астрофотографии?

В этой небольшой статье я расскажу о роли размера матрицы камеры в фотографии, уделяя особое внимание астрофотографии.
Эта тема может быстро стать очень технической, и поскольку многие аспекты датчиков, кроме их размера, вступают в игру при рассмотрении общей производительности датчика, я дам здесь только некоторые общие рекомендации.

Физический размер распространенных типов датчиков

Исторически эталонным размером матрицы фотоаппарата считается размер матрицы старой 35-мм пленки.
Вместо использования физических размеров датчика при обсуждении и сравнении различных типов датчиков чаще используется так называемый коэффициент урожайности, CP, который гораздо легче запомнить.
CP — это соотношение между размером полнокадрового сенсора (длина и ширина) и размером обсуждаемого сенсора.
Вот кроп-фактор для наиболее распространенных типов датчиков:

  • Полный кадр: CP 1
  • Canon APS-C: CP 1.6
  • Nikon, Pentax, Sony и Sigma APS-C: CP 1.5
  • Panasonic и Olympus MFT: CP 2
  • 1-тип: CP 2.72
  • 1/3; CP 7.7

Приведенная ниже схема позволяет наглядно представить значение кроп-фактора, сравнивая площади различных типов датчиков.

Диаграмма, объясняющая сравнение размеров сенсора камеры между наиболее распространенными типами цифровых сенсоров и полнокадровым сенсором 35 мм.
Сравнение размеров сенсора между наиболее распространенными типами цифровых сенсоров и полнокадровым сенсором 35 мм.

Что нужно знать о поле зрения и глубине резкости

Размер матрицы камеры, а также фокусное расстояние и диафрагма объектива, расстояние до объекта и т.д. будут влиять на ваши снимки несколькими способами, наиболее очевидным из которых является поле зрения.
Чтобы избежать путаницы при иллюстрации того, как размер сенсора повлияет на ваше изображение, мы поставим себя в определенные условия, но во всех случаях будем считать, что фокусное расстояние и апертура останутся одинаковыми для всех случаев.

Поле зрения

Вы можете найти подробное обсуждение глубины резкости и поля зренияздесь. Однако для этой статьи все, что вам нужно знать, приведено на диаграмме ниже.

Диаграмма, объясняющая глубину резкости и поле зрения - кроп-сенсор против полнокадровой камеры
При съемке одного и того же объекта с одинакового расстояния с одинаковым фокусным расстоянием сенсоры кроп-камер дают меньший FoV.

На практике проще говорить в терминах эквивалентного фокусного расстояния, EFL. Это фокусное расстояние, необходимое для получения такого же поля зрения при использовании полнокадровой матрицы.
Например, 50-мм объектив на камере Canon APS-C даст поле зрения, эквивалентное 80-мм объективу на полнокадровой камере.
Расчет прост: EFLFL*CP
Короче говоря, чем меньше сенсор, тем меньше поле зрения и тем длиннее EFL.
Подробнее о фокусном расстоянии читайте в этой статье.
Не нужно быть математиком, чтобы разобраться в этом на месте. Существует множество онлайн-калькуляторов, которые можно использовать при планировании съемки, или приложения для смартфонов, которые можно использовать на ходу.
Они пригодятся при создании панорам из сшивки нескольких изображений.

Глубина поля

Глубина резкости (DoF) связана с переходом фокус/нефокус в изображении.
Технически, когда вы фокусируетесь, вы фокусируетесь на одной плоскости. Все, что находится перед или за этой плоскостью, не в фокусе.
В реальности все обстоит несколько иначе. Мы все еще можем воспринимать некоторые объекты, находящиеся впереди или позади объекта съемки, как находящиеся в фокусе, даже если технически это не так.
Это связано с глубиной резкости. Глубина резкости представляет собой область в кадре, содержимое которой мы воспринимаем как находящееся в фокусе.
Посмотрите на эту диаграмму, чтобы понять, как размер матрицы влияет на глубину резкости, когда фокусное расстояние, диафрагма и охват кадра остаются неизменными. Единственной переменной здесь является размер матрицы.

При использовании одинакового фокусного расстояния и диафрагмы, чтобы заполнить кадр так же, как это делает полнокадровая камера, фотографу, использующему кроп-камеру, приходится отодвигаться дальше от объекта съемки. Это увеличивает DoF.

На практике это означает, что с кроп-сенсором может быть сложнее получить приятное боке.
Это очень важно для портретной съемки, где целью является выделение модели из фона.

Роль размера сенсора для астрофотографии

Как уже неоднократно упоминалось в наших статьях, посвященных астрофотографии, звездные пейзажи, звездные тропы, планетарные и космические фотографии — все это часть жанра. И размер матрицы может по-разному влиять на эти виды фотографии.

Роль поля зрения в астрофотографии

Поле зрения, очевидно, так же важно в астрофотографии, как и в любом другом виде фотографии.
Если вам нужны звездные пейзажи, вам может показаться сложным сделать достаточно широкий кадр, чтобы охватить весь пейзаж. Или для кадрирования переднего плана и Полярной звезды, чтобы получить красивые круговые звездные следы.

Nocurnal landscape over water, creative motion blur star trails above
Несмотря на использование моегообъектива Samyang 7.5 f/3.5 fisheye на камере MFT, я не смог поймать Полярную звезду в кадр.

На камерах MFT, например, обычное фокусное расстояние для широкоугольных объективов составляет 14 мм (или 12 мм). Это соответствует не очень широкому 28 (24) мм на полном кадре.
Для более широкой съемки вам придется покупать довольно дорогие зум-объективы в диапазоне 7-18 мм. Вместо этого можно приобрести объектив «рыбий глаз», например, объектив Samyang 7.5 f/3.5 fisheye.
С другой стороны, для съемки планет и глубокого неба кроп-сенсор может помочь приблизиться к цели лучше, чем при использовании полнокадровой камеры.
Довольно недорогой 200 мм на камере MFT даст такой же FoV, как более дорогой, громоздкий и тяжелый 400 мм на полнокадровой камере.

Диптих фотографий глубокого космоса, сравнивающий M42, снятый 200-мм объективом на полнокадровую (сверху) и MFT (снизу) камеры
M42, снятый 200-мм объективом на полнокадровую (сверху) и MFT (снизу) камеры. (FoV смоделирован с помощью Stellarium)

Преимущество использования камеры с кроп-сенсором заключается в том, что вы можете легко приблизиться к цели с помощью относительно компактной и легкой фотографической системы.
Это облегчит (и удешевит) работу с монтировками для слежения за движением звезд по ночному небу.
Возможно, это основная причина, по которой планетарные камеры имеют маленькие 1/3 сенсоры. На моем телескопе с фокусным расстоянием 1250 мм, при съемке на камеру MFT (EFL 2500 мм), Юпитер по-прежнему остается яркой, лишенной черт точкой, окруженной четырьмя меньшими точками.
Это четыре ее крупнейшие луны, Галилеевы луны: Ио, Ганимед, Европа, Каллисто.

Jupiter seen with Skymax 90/1250 on MFT camera
Jupiter seen with my Skymax 90/1250 on MFT camera (FoV simulated with Stellarium).

И напротив, при использовании моей планетарной камеры ZWO ASI 224MC с 1/3, из-за CP7.7, EFL составляет колоссальные 9625 мм.
Юпитер показывает свои цвета, полосы и большое красное пятно.

Юпитер, наблюдаемый с помощью Skymax 90/1250 и камеры ZWO ASI 224MC (1/3 тип сенсора). (FoV смоделирован с помощью Stellarium).

Глубина резкости и астрофотография

Глубина резкости — это не то, о чем стоит беспокоиться в астрофотографии. Луна, планеты, туманности и звезды находятся так далеко, что даже если вы снимаете при f/1.2, все они будут в фокусе.
На практике, например, и Луна, удаленная на 300 000 км, и Андромеда, удаленная на 2,5 миллиона световых лет, будут в фокусе.
Единственная возможность, где DoF может играть роль, — это звездные пейзажи и звездные тропы. То есть, если вы находитесь очень близко к элементу переднего плана.
В этом случае вы можете сделать снимок переднего плана, а затем перейти к съемке неба. Вы можете совместить эти два изображения в Photoshop.

Размер пикселя

Нередко говорят, что полнокадровые сенсоры имеют лучшую эффективность при слабом освещении. Это объясняется тем, что, как правило, они имеют больше пикселей, чем сенсоры меньшего размера.
На практике мы можем сказать, что для данной диафрагмы и времени экспозиции более крупные пиксели собирают больше фотографий. Это означает меньше шума и более чистое и детализированное изображение.
Размер пикселя также связан с динамическим диапазоном датчика. Чем больше пикселей, тем шире динамический диапазон. Вы сможете лучше записывать высококонтрастные сцены.
В астрофотографии это полезно для сохранения цветов ярких звезд или ядра галактики, а также для регистрации самых слабых деталей.

Разрешение изображения

Не путать с разрешением в пикселях, оно зависит от размера матрицы (или пикселя) и используемого фокусного расстояния объектива.
В астрофотографии размеры звезд, туманностей и галактик выражаются как видимый угловой размер. Разрешение изображения выражается в арксекундах/пиксель (также обозначается как /px). Это дает вам представление о том, насколько велика часть неба, запечатленная на каждом пикселе.
На практике та часть неба, которая записывается в пиксель, не будет содержать никаких деталей.
Смысл заключается в том, что низкое разрешение (большое /px) приведет к получению более гладкого, но менее детализированного изображения. А высокое разрешение (маленькое /px) даст четкое и детализированное изображение.
Недостатком установок с высоким разрешением является то, что плохое зрение (т.е. плохие условия видения неба) сведет на нет преимущества такого высокого разрешения. Количество деталей, которые вы можете увидеть, ограничено условиями видимости.
Кроме того, ошибки отслеживания будут гораздо более заметны в виде вытянутых звезд.

Скриншот калькулятора разрешения изображения, где разрешение изображения сравнивается с условиями просмотра.
Калькулятор разрешения изображения, где разрешение изображения сравнивается с условиями видимости.

Лучшие фотоаппараты для астрофотографии

С учетом приведенных выше аргументов можно сказать, что лучшими камерами для астрофотографии являются:

  • APS-C или FF камеры для съемки звездных пейзажей и звездных трасс. Легко получить достаточно большое фокусное расстояние, и они имеют несколько лучшие характеристики при низкой освещенности и больший динамический диапазон.
  • Для планетарных работ планетарная камера с малым сенсором позволяет приблизить объект съемки благодаря небольшому FoV.
  • Для фотосъемки глубокого неба полезно использовать кроп-матрицу, как в камерах MFT. Это позволит сохранить компактность и легкость вашей фотоустановки. Это позволит вам использовать более легкие (и дешевые) трекинговые крепления.
  • С другой стороны, если вы фотографируете с телескопом, то у MFT слишком узкий FoV, и лучше всего подойдет полнокадровая камера.

После этого помните, что это очень общие рекомендации. Любая современная камера даст вам хорошие результаты, если вы понимаете ограничения и способы их преодоления.

Млечный путь в зените. Размер сенсора камеры для астрофотографии
Млечный путь в зените. Sony RX10, 28 мм, фиксированный штатив. Галактика Андромеды видна как небольшое облако в левой нижней части кадра.

Заключение

Эта статья — лишь вершина айсберга. Такие вещи, как квантовая эффективность, шум считывания, полная скважина и так далее, являются другими факторами, определяющими возможности сенсоров, особенно для астрофотографии.
Но это хорошее широкое обсуждение того, как размер сенсора может повлиять на вашу фотографию. И как использовать преимущества различных размеров сенсора для лучшей астрофотографии.
Наконец, помните, что датчики — это электронные устройства. Их производительность может значительно меняться с возрастом. Полнокадровый сенсор, которому уже несколько лет, может работать хуже, чем совершенно новый сенсор APS-C или MFT.

Добавить комментарий