Розді́льна зда́тність ма́триці цифрово́ї фотока́мери — здатність пристрою передавати дрібні деталі . Фотоматриця застосовується у вигляді спеціалізованої аналогової або цифро-аналогової інтегральної мікросхеми, що складається зі світлочутливих елементів. Вона призначена для перетворення проєктованого на неї оптичного зображення на аналоговий електричний сигнал або на потік цифрових даних (за наявності АЦП безпосередньо у складі матриці).

Говорити про фактичну роздільну здатність одержуваних зображень можна або відносно пристрою виводу — екранів, принтерів тощо, або стосовно сфотографованих предметів, з урахуванням їх перспективних спотворень при зніманні та характеристик об'єктива. Роздільна здатність зображення в основному визначається джерелом, тобто роздільною здатністю фотоматриці, що в свою чергу залежить від її типу, площі, кількості фоточутливих елементів — пікселів, що створюються на основі декількох елементів світлочутливої матриці сенселей і їх щільності на одиницю поверхні. На моніторі не вдасться показати більше деталей (навіть якщо сам монітор здатний на це), ніж зафіксувала матриця фотокамери.

Роздільність — один з найважливіших параметрів фотоматриці. Вона буває фізичною (оптичною) (англ. Hardware / optical Resolution) і з інтерполяцією (програмна) (). Перша залежить від конструкції пристрою і в ряді випадків може бути змінною. Оптична роздільність (дійсна здатність пікселів реагувати на фотони) — визначається матрицею і шириною її робочої зони, як число ефективних пікселів, які безпосередньо беруть участь в отриманні зображення.

Практично у всіх цифрових фотокамерах (особливо недорогих) існує і другий тип — роздільність з інтерполяцією. Інтерполяція або зведення трьох первинних кольорів у повноцінне зображення, може відбуватися як у самій фотоматриці, так і в цифровому процесорі наступної обробки. І таким чином, роздільність з інтерполяцією визначається тим сукупним пристроєм, який виконує дану операцію.

У ПЗС сенсорах присутнє поєднання всіх трьох сигналів воєдино, яке відбувається не на сенсорі, а в пристрої формування зображення, вже після того, як сигнал перетворений з аналогового на цифровий. У КМОН-сенсорах це поєднання може відбуватися безпосередньо на чипі. Алгоритми навіть простої лінійної інтерполяції враховують значення всіх навколишніх пікселів. Безпосередньо механізм інтерполяції — спосіб знаходження проміжних значень величини за наявним дискретним набором відомих значень. Для ПЗС-матриці, яка складається з дискретних пікселів, інформація однієї ТВ- лінії складається з дискретних значень, відповідних кожному пікселю. Цей метод дає не цифрову інформацію, а швидше дискретну вибірку. Таким чином ПЗС-матриця — це оптичний пристрій дискретизації. Як і у випадку інших пристроїв дискретизації, ми не отримуємо повну інформацію по кожному рядку, лише дискретні значення на позиціях, що відповідають позиціям пікселів. Відновлення безперервного сигналу з окремих його частин відбувається згідно теореми Котельникова (Найквіста) без втрати інформації, якщо частота дискретизації дорівнює, щонайменше, подвійній ширині спектра сигналу. Оскільки інтерполяція є всього лише наближенням, зображення буде дещо втрачати якість всякий раз, коли піддається інтерполяції.

Роздільна здатність матриці цифрової фотокамери, нелінійно залежить від світлочутливості матриці і від дозволеного програмою (оцифрування) рівня шуму.

Типова специфікація

Приклади позначень, використовувані в каталогах:

Guideline for Noting Digital Camera Specifications in Catalogs × Image sensor Пристрій обробки зображень System Interlace CCD Розмір діагоналі у мм (Відіконові дюйми) Size Diagonal 6mm (Type 1/1.3") Розмір матриці Chip size 5.59mm(H) x 4.68mm(V) Сумарна кількість пікселів Number of Total Pixel Approximate 0.47M Усього пікселів Total Pixel 795(H) x 596(V) Optical Part Сумарна кількість ефективних пікселів Number of Effective Pixel Approximate 0.44M Усього ефективних пікселів Effective Pixel 752(H) x 582(V)

Діагоналі матриці 1 '' , 1/3 '' тощо, прийнято вимірювати в відіконових дюймах. Ця одиниця вимірювання дорівнює 2/3 звичайного дюйма.

Роздільність аналогових і цифрових фотоматриць може бути описаний по-різному.

Роздільність в пікселях () визначається числом ефективних пікселів (effective pixels) матриці.

Роздільність в TV lines (ТВЛ). Розрізняють роздільну можливість по горизонталі (TVLH) і вертикалі (TVLV).

Просторова роздільність (). Кількість ліній на міліметр — lpm () або пікселів на дюйм — ppi ().

Спектральна роздільність () — спектральна ширина електромагнітного випромінювання у видимій і ближній зоні інфрачервоної області.

Тимчасова роздільність () — міра швидкості оновлення кадрів за секунду (frames / s) ().

Радіометрична роздільність (). Виражається одиницею біт на піксель — bpp ().

Розділення в пікселях Роздільна здатність матриці цифрової фотокамери — можливість фотосенсорів, спостерігати або вимірювати найменший об'єкт, з явно чіткими межами.

Існує різниця між розділенням і пікселем, піксель насправді є одиницею цифрового зображення. Оскільки матриця складається з дискретних пікселів, тому інформація однієї ТВ-лінії, складається з дискретних значень, відповідних кожному пікселю. Цей метод дає не цифрову інформацію, а швидше дискретну вибірку. Таким чином матриця — це оптичний пристрій дискретизації. Роздільна здатність, що дається матрицею, залежить від числа пікселів і роздільної здатності об'єктива.

У технічних характеристиках цифрових камер, зазвичай вказується число дійсних (ефективних) мегапікселів (Number of Effective Pixel), тобто загальна кількість пікселів, фактично використовуваних для реєстрації зображення, а не загальне число номінальних мегапікселів, що фіксуються давачем зображення.

Термін «Розділення» в області цифрових зображень, часто визначається як «pixel», хоча американські, японські та міжнародні стандарти визначають, що він не повинен використовуватися так, принаймні, в області цифрових камер.

Розділення в матриці «Width x Height» (Pixels) Зображення з N пікселів у висоту на M пікселів у ширину, може мати будь-яке розділення менше, ніж N ліній по висоті зображення, або N TV ліній. Коли кількістю пікселів визначають розділення, то їх описують з набором двох позитивних цілих чисел, де перша цифра є числом піксельних стовпців (ширина), а друга є числом піксельних рядків (висота), наприклад, у вигляді 7680 x 6876.

Загальна кількість пікселів (Mpix) Інший популярний термін «Number of Total Pixel» визначає розділення, як загальну кількість пікселів у зображенні, він подається як кількість мегапікселів, яку може бути обчислено шляхом множення колонки пікселів на пікселі рядків і ділення на один мільйон.

Число ефективних пікселів (Effective pixels) Жодна з вищевказаних піксельних резолюцій не є істинною резолюцією, але вони широко згадуються в такій якості та служать верхньою межею розділення зображення.

Згідно з тими ж стандартами, саме число ефективних пікселів (Number of Effective Pixel) вказує на фактичний дозвіл матриці, оскільки саме вони вносять вклад в остаточне зображення, на відміну від сумарної кількості пікселів, які крім того містять у собі невикористовувані, «биті» або світлозахищені пікселі по краях.

Дозвіл матриць залежить від їх типу, площі і щільності світлочутливих елементів на одиницю поверхні. Він нелінійно залежить і від світлочутливості матриці, і від заданого програмою рівня шуму. Деякі фірми — виробники цифрових фотоапаратів з рекламною метою, намагаються повернути матрицю під кутом в 45 °, досягаючи певного формального підвищення дозволу за фотографування найпростіших горизонтально-вертикальних мір. Але якщо, використовувати професійну міру, або хоча б повернути просту міру під тим же кутом, стає очевидним, що підвищення дозволу — фіктивне.

Нижче наведено приклад того, як одне і те ж зображення може відбиватися при різних дозволах в пікселях.

Зображення, яке становить 2048 пікселів в ширину і 1536 пікселів у висоту, має в цілому 2048 х 1536 = 3145728 пікселів або 3,1 мегапікселя. Можна посилатися на нього як 2048 по 1536 або 3,1 — мегапіксельне зображення.

На жаль, кількість пікселів не є реальним показником дозволу цифрової фотокамери, — якщо це не триматрична система 3CCD, а у звичайній CCD системі давачі кольорового зображення, як правило, побудовані на альтернативних кольорових фільтрах, де кожен піксель матриці відповідає тільки за один колір, який більш світочутливий до певного кольору. Цифрові зображення, в кінцевому рахунку, вимагають, як один з варіантів, червоного, зеленого і синього значень для кожного пікселя, яке буде відображатися надалі, але один піксель в фотосенсорі буде поставляти тільки один з цих трьох кольорів інформації. У підсумку колірної інтерполяції, виходить повнокольорова картина на одній матриці, де кожна точка вже має всі три необхідні колірні складники.

Однак, дійсний дозвіл одержуваного зображення (тобто ступінь розрізнюваності деталей), крім піксельного дозволу сенсора, залежить від оптичного дозволу об'єктиву і пристрою сенсора.

Роздільність в TV lines (ТВЛ) Дозвіл в "Television lines» (ТВЛ) — здатність пристрою передавати максимальну кількість деталей зображення на сітці дозволів. Для двовимірних пристроїв таких як ПЗС-матриця, розрізняють роздільну можливість по горизонталі і вертикалі.

Вертикальний дозвіл TV lines. Вертикальна роздільна здатність визначається числом вертикальних елементів, які можна фіксувати камерою і відтворити на екрані монітора. У системі CCIR — 625 ліній, в EIA — 525 ліній. Беручи до уваги тривалість кадрової (вертикальної) синхронізації та імпульсів вирівнювання, невидимі рядки і тощо, число активних рядків знижується в CCIR до 575, а в EIA до 475. За обчислення «реальної» вертикальної роздільності, слід застосовувати поправочний коефіцієнт, що дорівнює 0,7. Він відомий як коефіцієнт Келла (або Келл -фактор Kell factor) і є загальноприйнятим способом апроксимації реальної роздільності. Це означає, що 575 слід скорегувати (помножити) на 0.7, щоб отримати практичну межу вертикальної роздільності для PAL, яка дорівнює приблизно 400 ТВ-лініях рядків. Для NTSC, відповідно виходить приблизно 330 ТВ-ліній (рядків) вертикальної роздільності.

Горизонтальна роздільність TV lines. Роздільна здатність по горизонталі (горизонтальна роздільність) визначається числом горизонтальних елементів, які можна зафіксувати камерою і відтворити на екрані монітора або скільки вертикальних ліній можна підрахувати. Оскільки співвідношення сторін в телебаченні стандартної чіткості становить 4:3, де ширина більше висоти, то, щоби зберегти природні пропорції зображень, враховують тільки вертикальні лінії по ширині, еквівалентні висоті, тобто 3 / 4 від ширини. Для камери з 570 ТВ-лініями горизонтальної роздільності, максимум відповідає приблизно в 570x4 / 3 = 760 ліній по ширині екрану.

Якщо в документації вказано лише роздільну здатність, то це треба розуміти, як роздільну здатність по горизонталі (Наприклад: 960H).

Багато виробників воліють спиратися на результати власних несертифікованих тестів, в яких застосовуються спеціальні штрихові міри. Джерела похибок таких тестів пов'язані із застосуванням нестандартних мір, з неточним їх позиціонуванням і з похибкою визначення дозволених штрихів. Ніколи не буває так, щоби, скажімо, 380 ліній розрізнити було можна, а 390 вже не можна. За збільшення числа ліній контраст падає плавно, і правильніше було-б говорити про граничне число ліній, при спостереженні яких контраст знижується до певного заданого рівня. При цьому важливо те, як розміщуються штрихи в кадрі (радіально або тангенціально) і в якій частині кадру вони знаходяться (у центрі або з краю). Проте реальні методики визначення роздільної здатності виробниками камер, залишаються для споживачів невідомими.

Просторова роздільна здатність