Este artigo tem como objetivo abordar a questão:como o tamanho do sensor da sua câmera digital influencia os diferentes tipos de fotografia? A escolha do tamanho do sensor é análoga à escolha entre câmeras de filme de 35 mm, formato médio e grande formato — com algumas diferenças notáveis exclusivas da tecnologia digital. Muitas vezes surge muita confusão neste tópico porque existem tantas opções de tamanhos diferentes e tantas compensações relacionadas à profundidade de campo, ruído da imagem, difração, custo e tamanho/peso.
A leitura de fundo sobre este tópico pode ser encontrada no tutorial sobre sensores de câmeras digitais.
VISÃO GERAL DOS TAMANHOS DO SENSOR
Atualmente, os tamanhos dos sensores têm muitas possibilidades, dependendo de seu uso, preço e portabilidade desejada. O tamanho relativo para muitos deles é mostrado abaixo:
As séries 1Ds/5D e Nikon D3 da Canon são os sensores full frame mais comuns. As câmeras Canon, como a Rebel/60D/7D, têm um fator de corte de 1,6X, enquanto as câmeras SLR convencionais da Nikon têm um fator de corte de 1,5X. O gráfico acima exclui o fator de corte de 1,3X, que é usado nas câmeras da série 1D da Canon.
Os telefones com câmera e outras câmeras compactas usam tamanhos de sensor na faixa de ~1/4" a 2/3". Olympus, Fuji e Kodak se uniram para criar um sistema 4/3 padrão, que tem um fator de corte 2X comparado ao filme de 35 mm. Existem sensores de formato médio e maiores, no entanto, estes são muito menos comuns e atualmente proibitivamente caros. Estes, portanto, não serão abordados aqui especificamente, mas os mesmos princípios ainda se aplicam.
FATOR DE CULTURA E MULTIPLICADOR DE COMPRIMENTO FOCAL
O fator de corte é o tamanho diagonal do sensor em comparação com um sensor full-frame de 35 mm . É chamado assim porque, ao usar uma lente de 35 mm, esse sensor corta efetivamente essa grande parte da imagem em seu exterior (devido ao seu tamanho limitado).
Ângulo de visão de quadro completo de 35 mm
Pode-se pensar inicialmente que jogar fora a informação da imagem nunca é o ideal, mas tem suas vantagens. Quase todas as lentes são mais nítidas em seus centros, enquanto a qualidade degrada progressivamente em direção às bordas. Isso significa que
um sensor recortado descarta efetivamente as partes de qualidade mais baixa da imagem , o que é bastante útil ao usar lentes de baixa qualidade (já que elas normalmente têm a pior qualidade de borda).
Fotografia sem recorte
Cortar central
Corte de canto
Por outro lado, isso também significa que se está carregando uma lente muito maior do que o necessário – um fator particularmente relevante para quem carrega sua câmera por longos períodos de tempo (veja a seção abaixo). Idealmente, usar-se-ia quase toda a luz da imagem transmitida pela lente, e essa lente seria de qualidade alta o suficiente para que sua mudança de nitidez fosse insignificante em relação às bordas.
Além disso,
o desempenho óptico das lentes grande angular raramente é tão bom quanto as distâncias focais mais longas . Como um sensor recortado é forçado a usar uma lente de ângulo mais amplo para produzir o mesmo ângulo de visão de um sensor maior, isso pode degradar a qualidade. Sensores menores também ampliam mais a região central da lente, portanto, seu limite de resolução provavelmente será mais aparente para lentes de qualidade inferior. Veja o tutorial sobre a qualidade da lente da câmera para saber mais sobre isso.
Da mesma forma,
o multiplicador de distância focal relaciona a distância focal de uma lente usada em um formato menor a uma lente de 35 mm, produzindo um ângulo de visão equivalente , e é igual ao fator de corte. Isso significa que uma lente de 50 mm usada em um sensor com fator de corte de 1,6X produziria o mesmo campo de visão que uma lente de 1,6 x 50 =80 mm em um sensor full frame de 35 mm.
Esteja avisado que ambos os termos podem ser um pouco enganosos. A distância focal da lente não muda apenas porque uma lente é usada em um sensor de tamanho diferente - apenas seu ângulo de visão. Uma lente de 50 mm é sempre uma lente de 50 mm, independentemente do tipo de sensor. Ao mesmo tempo, "fator de corte" pode não ser apropriado para descrever sensores muito pequenos porque a imagem não é necessariamente cortada (ao usar lentes projetadas para esse sensor).
CONSIDERAÇÕES DE TAMANHO E PESO DA LENTE
Sensores menores exigem lentes mais leves (para ângulo de visão equivalente, faixa de zoom, qualidade de construção e faixa de abertura). Essa diferença pode ser crítica para a vida selvagem, caminhadas e fotografia de viagens, porque todas elas geralmente utilizam lentes mais pesadas ou exigem transporte de equipamentos por longos períodos de tempo. O gráfico abaixo ilustra essa tendência para uma seleção de lentes telefoto da Canon típicas da fotografia de esportes e vida selvagem:
Uma implicação disso é que, se for necessário que o assunto ocupe a mesma fração da imagem em uma câmera de 35 mm, usando uma lente de 200 mm f/2.8 em uma câmera com fator de corte de 1,5X (exigindo uma lente de 300 mm f/2.8 lente), teria que carregar 3,5X mais peso! Isso também ignora a diferença de tamanho entre os dois, o que pode ser importante se não se quiser chamar a atenção do público. Além disso, lentes mais pesadas geralmente custam muito mais.
Para câmeras SLR, tamanhos de sensor maiores resultam em imagens de visor maiores e mais nítidas, o que pode ser especialmente útil ao focar manualmente. No entanto, estes também serão mais pesados e mais caros porque requerem um prisma/pentespelho maior para transmitir a luz da lente para o visor e para o seu olho.
PROFUNDIDADE DOS REQUISITOS DE CAMPO
À medida que o tamanho do sensor aumenta, a profundidade de campo diminui para uma determinada abertura (ao preencher o quadro com um assunto do mesmo tamanho e distância). Isso ocorre porque
sensores maiores exigem que um deles se aproxime do assunto ou use uma distância focal maior para preencher o quadro com aquele assunto. Isso significa que é preciso usar tamanhos de abertura progressivamente menores para manter a mesma profundidade de campo em sensores maiores. A calculadora a seguir prevê a abertura e a distância focal necessárias para atingir a mesma profundidade de campo (enquanto mantém a perspectiva).
*Se a mesma perspectiva for desejada.
Como exemplo de cálculo, se alguém quiser reproduzir a mesma perspectiva e profundidade de campo em um sensor full frame que a obtida usando uma lente de 10 mm em f/11 em uma câmera com fator de corte de 1,6X, seria necessário usar um 16 mm e uma abertura de aproximadamente f/18. Alternativamente, se alguém usasse uma lente de 50 mm f/1.4 em um sensor full frame, isso produziria uma profundidade de campo tão rasa que exigiria uma abertura de 0,9 em uma câmera com fator de corte de 1,6X - não é possível com lentes de consumidor!
Retrato (DoF raso)
Paisagem (grande DoF)
Uma profundidade de campo mais rasa pode ser desejável para retratos porque melhora o desfoque do fundo, enquanto uma profundidade de campo maior é desejável para fotografia de paisagem. É por isso que as câmeras compactas lutam para produzir um desfoque significativo de fundo em retratos, enquanto as câmeras de grande formato lutam para produzir profundidade de campo adequada em paisagens.
Observe que a calculadora acima assume que você tem uma lente no novo sensor (#2) que pode reproduzir o mesmo ângulo de visão do sensor original (#1). Se você usar a mesma lente, os requisitos de abertura permanecerão os mesmos (mas você terá que se aproximar do assunto). Esta opção, no entanto, também muda a perspectiva.
INFLUÊNCIA DA DIFRAÇÃO
Sensores de tamanhos maiores podem usar aberturas menores antes que o disco arejado de difração se torne maior do que o círculo de confusão (determinado pelo tamanho da impressão e critérios de nitidez). Isso ocorre principalmente porque os sensores maiores não precisam ser ampliados tanto para obter o mesmo tamanho de impressão. Como exemplo:teoricamente, pode-se usar um sensor digital tão grande quanto 8x10 polegadas e, portanto, sua imagem não precisaria ser ampliada para uma impressão de 8x10 polegadas, enquanto um sensor de 35 mm exigiria uma ampliação significativa.
Use a calculadora a seguir para estimar quando a difração começa a reduzir a nitidez. Observe que isso só mostra quando a difração será visível quando visualizada na tela em 100% - se isso será aparente na impressão final também depende da distância de visualização e do tamanho da impressão. Para calcular isso também, visite:limites de difração e fotografia.
Tenha em mente que o início da difração é gradual, então aberturas ligeiramente maiores ou menores do que o limite de difração acima não parecerão repentinamente melhores ou piores, respectivamente. Além disso, o acima é apenas um limite teórico; os resultados reais também dependerão das características da lente. Os diagramas a seguir mostram o tamanho do disco arejado (capacidade de resolução máxima teórica) para duas aberturas em uma grade representando o tamanho do pixel:
Resolução de limites de densidade de pixels (Requisito de DOF raso)
Resolução de limites de disco do Airy (Requisito de DOF Profundo)
Uma implicação importante dos resultados acima é que
o tamanho do pixel limitado por difração aumenta para sensores maiores (se os requisitos de profundidade de campo permanecerem os mesmos). Esse tamanho de pixel se refere a quando o tamanho do disco arejado se torna o fator limitante na resolução total — não a densidade de pixels. Além disso, a profundidade de campo limitada por difração é constante para todos os tamanhos de sensor. Esse fator pode ser crítico ao decidir sobre uma nova câmera para o uso pretendido, porque mais pixels podem não fornecer necessariamente mais resolução (para seus requisitos de profundidade de campo). Na verdade, mais pixels podem até prejudicar a qualidade da imagem aumentando o ruído e reduzindo a faixa dinâmica (próxima seção).
TAMANHO DO PIXEL:NÍVEIS DE RUÍDO E FAIXA DINÂMICA
Sensores maiores geralmente também têm pixels maiores (embora isso nem sempre seja o caso), o que lhes dá o potencial de produzir menos ruído de imagem e ter uma faixa dinâmica mais alta. A faixa dinâmica descreve a faixa de tons que um sensor pode capturar abaixo quando um pixel fica completamente branco, mas ainda acima quando a textura é indiscernível do ruído de fundo (quase preto). Como os pixels maiores têm um volume maior - e, portanto, uma faixa maior de capacidade de fótons - eles geralmente têm uma faixa dinâmica mais alta.
Nota:cavidades mostradas sem filtros de cor presentes
Além disso, pixels maiores recebem um fluxo maior de fótons durante um determinado tempo de exposição (no mesmo f-stop), então seu sinal de luz é muito mais forte. Para uma determinada quantidade de ruído de fundo, isso produz uma relação sinal-ruído mais alta - e, portanto, uma foto com aparência mais suave.
Pixels maiores (com um sensor maior)
Pixels menores (com um sensor menor)
No entanto, nem sempre é esse o caso, porque a quantidade de ruído de fundo também depende do processo de fabricação do sensor e da eficiência com que a câmera extrai informações tonais de cada pixel (sem introduzir ruído adicional). Em geral, porém, a tendência acima é verdadeira. Outro aspecto a ser considerado é que
mesmo que dois sensores tenham o mesmo ruído aparente quando visualizados em 100%, o sensor com a maior contagem de pixels produzirá uma impressão final com aparência mais limpa . Isso ocorre porque o ruído aumenta menos para o sensor de contagem de pixels mais alto (para um determinado tamanho de impressão), portanto, esse ruído tem uma frequência mais alta e, portanto, parece mais granulado.
CUSTO DE PRODUÇÃO DE SENSORES DIGITAIS
O custo de um sensor digital aumenta drasticamente à medida que sua área aumenta. Isso significa que um sensor com o dobro da área custará mais que o dobro, então você está efetivamente pagando mais por unidade de "propriedade do sensor" à medida que muda para tamanhos maiores.
Wafer de silício
(dividido em pequenos sensores)
Wafer de silício
(dividido em sensores grandes)
Pode-se entender isso observando como os fabricantes fazem seus sensores digitais. Cada sensor é cortado de uma folha maior de material de silício chamada wafer, que pode conter milhares de chips individuais. Cada wafer é extremamente caro (milhares de dólares), portanto, menos chips por wafer resultam em um custo muito maior por chip. Além disso, a chance de um defeito irreparável (muitos pixels quentes ou não) acabar em um determinado sensor aumenta com a área do sensor, portanto, a porcentagem de sensores utilizáveis diminui com o aumento da área do sensor (rendimento por wafer). Assumindo que esses fatores (chips por wafer e rendimento) são os mais importantes, os custos aumentam proporcionalmente ao quadrado da área do sensor (um sensor 2X maior custa 4X mais). A fabricação no mundo real tem uma relação de tamanho versus custo mais complicada, mas isso dá uma ideia de custos vertiginosos.
Isso não quer dizer, porém, que determinados sensores de tamanho sempre serão proibitivamente caros; seu preço pode eventualmente cair, mas o custo relativo de um sensor maior provavelmente permanecerá significativamente mais caro (por unidade de área) quando comparado a algum tamanho menor.
OUTRAS CONSIDERAÇÕES
Algumas lentes estão disponíveis apenas para determinados tamanhos de sensor (ou pode não funcionar como pretendido de outra forma), o que também pode ser considerado se isso ajudar seu estilo de fotografia. Um tipo notável são as lentes de inclinação/deslocamento, que permitem aumentar (ou diminuir) a profundidade de campo aparente usando o recurso de inclinação. As lentes de inclinação/deslocamento também podem usar o deslocamento para controlar a perspectiva e reduzir (ou eliminar) as linhas verticais convergentes causadas pela mira da câmera acima ou abaixo do horizonte (útil em fotografia arquitetônica). Além disso,
lentes ultra grande angulares rápidas (f/2.8 ou maior) não são tão comuns para sensores recortados, o que pode ser um fator decisivo se necessário em esportes ou fotojornalismo.
CONCLUSÕES:DETALHES GERAIS DA IMAGEM E FATORES CONCORRENTES
A profundidade de campo é muito mais rasa para sensores de formato maior, no entanto, também é possível usar uma abertura menor antes de atingir o limite de difração (para o tamanho de impressão escolhido e critérios de nitidez). Então, qual opção tem potencial para produzir a foto mais detalhada? Sensores maiores (e contagens de pixels correspondentemente mais altas) sem dúvida produzem mais detalhes se você puder sacrificar a profundidade de campo. Por outro lado,
se você deseja manter a mesma profundidade de campo, tamanhos de sensor maiores não necessariamente têm uma vantagem de resolução . Além disso,
a profundidade de campo limitada por difração é a mesma para todos os tamanhos de sensor . Em outras palavras, se alguém usasse a menor abertura antes que a difração se tornasse significativa, todos os tamanhos de sensor produziriam a mesma profundidade de campo - mesmo que a abertura limitada da difração seja diferente.
Notas técnicas :Este resultado assume que o tamanho do seu pixel é comparável ao tamanho do disco arejado de difração limitado para cada sensor em questão e que cada lente é de qualidade comparável. Além disso, o recurso de lente de inclinação é muito mais comum em câmeras de formato maior - permitindo alterar o ângulo do plano focal e, portanto, aumentar o
aparente DoF.
Outro resultado importante é que se a profundidade de campo for o fator limitante, o tempo de exposição necessário aumenta com o tamanho do sensor para a mesma sensibilidade. Este fator é provavelmente mais relevante para a fotografia macro e noturna. Observe que, mesmo que as fotos possam ser tiradas no computador de mão em um formato menor, essas mesmas fotos podem não ser necessariamente tiradas no computador de mão no formato maior.
Por outro lado, os tempos de exposição podem não necessariamente aumentar tanto quanto se poderia supor inicialmente, porque sensores maiores geralmente têm menos ruído (e, portanto, podem usar uma configuração ISO de sensibilidade mais alta, mantendo o ruído percebido semelhante).
Idealmente, os níveis de ruído percebidos (em um determinado tamanho de impressão) geralmente diminuem com sensores de câmera digital maiores (independentemente do tamanho do pixel) .
Não importa o tamanho do pixel, sensores maiores inevitavelmente têm mais área de coleta de luz. Teoricamente, um sensor maior com pixels menores ainda terá menor ruído aparente (para um determinado tamanho de impressão) do que um sensor menor com pixels maiores (e uma contagem total de pixels muito menor). Isso ocorre porque o ruído na câmera de resolução mais alta aumenta menos, mesmo que pareça mais ruidoso em 100% na tela do computador. Alternativamente, pode-se conceber a média de pixels adjacentes no sensor de contagem de pixels mais alta (reduzindo assim o ruído aleatório) enquanto ainda alcança a resolução do sensor de contagem de pixels mais baixa. É por isso que as imagens reduzidas para a web e as impressões pequenas parecem tão livres de ruído.
Notas técnicas :tudo isso pressupõe que as diferenças na eficácia da microlente e no espaçamento de pixels são insignificantes. Se o espaçamento de pixel tiver que permanecer constante (devido à leitura e outros circuitos no chip), densidades de pixel mais altas resultarão em menos área de coleta de luz, a menos que as microlentes possam compensar essa perda. Além disso, isso ignora o impacto do padrão fixo ou ruído de corrente escura, que pode variar significativamente dependendo do modelo da câmera e do circuito de leitura.
Geral:sensores maiores geralmente fornecem mais controle e maior flexibilidade artística, mas ao custo de exigir lentes maiores e equipamentos mais caros . Essa flexibilidade permite criar uma profundidade de campo mais rasa do que a possível com um sensor menor (se desejado), mas ainda assim alcançar uma profundidade de campo comparável a um sensor menor usando uma velocidade ISO mais alta e uma abertura menor (ou ao usar um tripé ).
