Парадокс цифровой фотографии.

Всeгдa ли цифрoвыe тexнoлoгии лучшe и кaчeствeннee aнaлoгoвыx? Eсли вы любитe слушaть винилoвыe плaстинки, тo скoрee всeгo вы пoнимaeтe рaзницу мeжду aнaлoгoвым сигнaлoм и цифрoвым. Дa, цифрoвaя зaпись музыки нe имeeт пoстoрoнниx шумов, присущих обычной граммофонной пластинке или магнитной записи. Цифровая запись свободна от помех и не подвержена старению, как магнитофонная лента. Когда мы слышим словосочетание "цифровая фотография" у нас невольно возникает ощущение чего-то качественного и не подверженного старению… Однако, должен вас разочаровать, уважаемый читатель. Дело в том, что цифровое изображение получается в цифровом фотоаппарате посредством аналогового элемента — матрицы.

От аналогового сигнала к цифровому.

Матрица цифрового фотоаппарата состоит из набора очень простых аналоговых датчиков (пикселей) преобразующих свет в электрический сигнал. Когда частица света (фотон) ударяется в датчик, то в нём возникает фотоэлектрон,
который в свою очередь увеличивает аналоговый электрический сигнал. Увеличение этого сигнала регистрируется аналогово-цифровым преобразователем. Удары фотонов заставляют нагреваться датчик и появляются дополнительные электроны, которые
называются термоэлектроны. Они тоже влияют на увеличение аналогового сигнала. Но из-за них появляется первый вид электрических шумов — цветной шум. Когда нам не хватает освещения для фотосъёмки, мы вынуждены каким-нибудь способом увеличить его количество. Первый способ — это добавить света, используя дополнительные источники света.

А теперь представьте себе, что вы и два ваших друга находитесь в пустыне. И вдруг пошёл дождь. А вам обоим
очень хочется пить. Что вы будете делать, чтобы собрать как можно больше воды пока не
закончился дождь? Самый простой способ — сложить ладони лодочкой и подставить их струям. Держу пари, в этот момент вы подумали о какой-нибудь ёмкости да пошире! В любом случае, самое простое и быстрое решение получить чего-то падающего (не важно, воды или света ) побольше увеличить площадь "инструмента сбора".

Теперь представьте, что вы утолили жажду и хотите собрать воды про запас. Но кроме обычной походной кружки у вас нет больше ничего. Что вы будете делать? Совершенно верно, вы будете собирать воду ладошками и сливать её в кружку. То по очереди, то все вместе… Но суета будет ещё та… :о) Так вот, ваши друзья и вы — это три сенсора трёх основных цветов, и вы собираете свет в одну картинку (кружку) … И всё же вернёмся к цифровому фотоаппарату.

К сожалению, купив однажды цифровой фотоаппарат, мы не можем так просто увеличить размер и площадь матрицы, чтобы собрать побольше света. Мы можем лишь увеличить её чувствительность — поднять значение ISO. Чтобы собрать побыстрее и побольше воды про запас вам потребовалась помощь друзей. Точно так же и в цифровом фотоаппарате, чтобы собрать побольше света, нужна помощь — усиление сигнала. И роль эту выполняет всё тот же аналогово-цифровой преобразователь. И усиливает он как вы понимаете, не только сигнал, но и шум. Это второй вид шума, так
называемый яркостным. Поэтому поднимая чувствительность матрицы мы всегда увеличиваем шумы. Но мы ведь можем не поднимать ISO, а просто удлинить выдержку! Конечно, но чем дольше фотоны будут бомбардировать фотосенсоры, тем сильнее они нагреются, соответственно будет больше
цветового шума… Вот такой замкнутый круг… Единственный выход на сегодняшний день — цифровой фотоаппарат с бóльшим размером матрицы! Соответственно за большие деньги. А большей матрице добавьте ещё и большие (и дорогие) линзы для объектива…И цифровой фотоаппарат становиться большим, тяжёлым и дорогим. И многие уже не смогут заниматься любимым делом — слишком дорого!