De crop-factor (uitsnedefactor)

Wat is de crop-factor

Omdat full-frame camera's vrij duur zijn is men ook camera's met kleinere beeldsensors gaan fabriceren die minder omvangrijk en goedkoper zijn maar het gebruik van een kleinere sensor heeft wel enkele gevolgen. Omdat camera's met een APS-C-sensor heden nog steeds de meest populaire zijn gaan we deze als voorbeeld nemen om te vergelijken.

In onderstaande afbeelding heeft de bovenste camera een full-frame-sensor van 36 x 24 mm en de onderste een camera een APS-C-sensor van 22,3 x 14,9 mm. Op beide camera's staat precies hetzelfde objectief gemonteerd met een brandpuntsafstand van 100 mm en beide camera's staan op exact dezelfde afstand van het onderwerp (de libelle). Aangezien het objectief in beide gevallen hetzelfde is zal er ook identiek het zelfde cirkelvormig beeld op de beide beeldsensors terecht komen.

In dat cirkelvormig beeld geeft het blauwe vierkant het beeld weer dat de full-frame-sensor zal registreren, het rode vierkant het beeld dat de kleinere APS-C-sensor zal registreren.
Het op de kleinere APS-C-sensor geregistreerde beeld is dus een crop, een uitsnede van het full-frame beeld.

De crop-factor met zelfde objectieven en zelfde opnameafstand

De crop-factor (1.6 in het voorbeeld hierboven) wordt bepaald door de verhouding van het diagonaal van het full-frame formaat (diagonaal = 43,27 mm) en de diagonaal van de APS-C-sensor = 26,82 mm (in dit voorbeeld de diagonaal van een Canon APS-C ).
De crop-factor voor Canon APS-C is dus 43,27/26,82 = 1.6
De crop-factor voor Nikon, Sony en andere is 1.5


Het equivalent

Willen we van de libelle met een APS-C-camera een even grote afbeelding bekomen zoals met een full-frame dan moeten we achteruit met de APS-C om meer van de libelle in beeld te kunnen brengen, de afstand tot het onderwerp zal groter worden (zie afbeelding).
Om de libelle met beide camera's precies even groot weer te geven moet het 100 mm objectief op de APS-C het equivalent zijn van 100 mm x 1,6 crop-factor = 160 mm.
In de 'volksmond' zegt men dat het 100 mm objectief op een Canon APS-C een 160 mm wordt (op een Nikon, Sony of andere APS-C met cropfactor 1.5 wordt het een 150 mm).
Een cropcamera heeft dus een voordeel voor wie bijvoorbeeld zoogdieren of vogels fotografeert.
Een 500 mm teleobjectief op een Canon APS-C (crop 1.6) geeft het equivalent van een 800 mm (500 X 1.6).
Een 500 mm teleobjectief op een Nikon of Sony APS-C (crop 1.5) geeft het equivalent van een 750 mm (500 X 1.5).

 

De crop-factor met verschillende opnameafstand

Scherptediepte

Als in afbeelding 1 het objectief, diafragma en afstand tot het onderwerp hetzelfde zijn is ook de scherptediepte in beide beelden precies hetzelfde (het APS-C beeld is wel kleiner maar de scherptediepte is hetzelfde).
Maar als we de afstand tot het onderwerp (de libelle) vergroten neemt de scherptediepte toe. De scherptediepte is recht evenredig met het kwadraat van de onderwerpafstand.
In afbeelding 2 moet de camera met kleinere APS-C-sensor achteruit en het vergroten van de afstand tot het onderwerp geeft dus een grotere scherptediepte. Hoe kleiner de sensor hoe verder men achteruit moet om de libelle even groot in beeld te krijgen en hoe meer de scherptediepte zal toenemen. Compactcamera's hebben met hun heel kleine sensors een heel grote scherptediepte.


Beeldhoek

Aangezien in het voorbeeld de objectieven op de full-frame en APS-C camera identiek zijn zal ook de beeldhoek in beide gevallen identiek zijn. Maar omdat we met de APS-C-camera achteruit moeten om een even grote afbeelding te bekomen als met de full-frame zullen we met de APS-C-camera meer van de achtergrond in beeld krijgen en dat kan een nadeel zijn als het om een storende achtergrond gaat.

Objectieven

Een objectief werpt een cirkelvormig beeld op de sensor dat uiteraard de volledige sensordiagonaal moet omvatten (vandaar de berekening van de crop-factor door middel van de diagonalen van de sensors).
In de afbeelding staat de blauwe beeldcirkel voor full-frame en de rode voor APS-C. Hoe kleiner de sensor, hoe kleiner de beeldcirkel mag zijn en hoe kleiner en lichter men het objectief kan maken.
Canon heeft EF-S-objectieven ontworpen voor hun APS-C's. EF-S-objectieven kunnen niet op Canon full-frame camera's worden gebruikt.
Nikon heft DX-objectieven ontworpen voor hun APS-C's. DX-objectieven kunnen wel op Nikon full-frame camera's worden gebruikt maar je bekomt een kleiner beeld. Opletten dus als je van een APS-C formaat overstapt naar full-frame.
Objectieven voor full-frame (EF bij Canon en FX bij Nikon) kan je meestal ook op APS-C camera's gebruiken (raadpleeg de handleiding).
Beeldcirkels full-frame en APS-C

Microlensjes en fotodioden

Een sensor van een digitale camera is een complexe constructie. Heel simpel uitgelegd is die opgebouwd uit miljoenen minuscule kleine microlensjes die het licht opvangen en naar een fotodiode geleiden. Iedere lensje met fotodiode vormt uiteindelijk één pixel. De fotodiode zet het licht om in een elektrisch signaaltje dat op de gepaste manier wordt versterkt en uiteindelijk tot een digitaal beeld kan worden omgevormd.

(Fotodioden herkennen zelf geen kleur en registreren alleen de hoeveelheid licht die op de sensor valt. Om toch een kleur aan een pixel te kunnen toewijzen wordt er boven de microlensjes een kleurenfilter (Bayer Matrix) geplaatst. Daarboven zitten ook nog enkele andere filters.

Micolenjes en fotodioden

Ruis

Hoe meer pixels men op een sensor wil proppen hoe kleiner men de microlensjes zal moeten maken.
Veronderstel dat in de onderstaande afbeelding de 3 afgebeelde sensors allemaal 10 Mpx hebben (10 miljoen pixels) dan geeft het onderste cijfer de pixeldichtheid, het aantal pixels per mm² weer.
Op de 10 Mpx APS-C sensor is de pixeldichtheid bijna 3 keer meer dan bij de 10 Mpx full-frame (30.395 tegenover 11.574).
Op de kleine 1/2.5 inch sensor is dat 34,5 keer meer dan op de full-frame en 13 keer meer dan op de APS-C.

Sensor pixelvergelijking

Het is nogal logisch dat een kleine pixel minder licht kan opvangen dan een grote waardoor er bij een kleine pixel meer digitale 'versterking' nodig zal zijn voor een goede beeldvorming, maar meer 'versterking' veroorzaakt meer ruis.
Wil men met hogere ISO-instellingen fotograferen dan is daar nog meer 'versterking' voor nodig en dat geeft nog meer ruis. Bovendien zal meer versterking de sensortemperatuur sneller doen oplopen en dat geeft nog eens wat extra ruis.
Jaar na jaar heeft men de technieken om ruis onder controle te houden weten te verbeteren (microlensjes, fotodioden, elektronika, beeldprocessoren, enz.) en er zijn uiteraard ook nog beeldbewerkingsapps om zichtbare ruis in een afbeelding weg te te verminderen.
Ruis is vooral te zien in de donkere beeldpartijen .


Dynamisch bereik

Het maximaal dynamisch bereik duidt het grootste aantal helderheidsniveau's aan die een sensor kan weergeven tussen het lichtste en het donkerste helderheidsniveau. Dynamisch bereik wordt uitgedrukt in een hoeveelheid belichtingswaarden (EV Exposure Values) en wordt uitgedrukt in f-stops (de aanduiding stop wordt in de fotografie gebruikt om een verdubbeling of halvering van de hoeveelheid licht dat op de sensor valt aan te duiden).

De betere hedendaagse camerageneratie haalt met hun hoogstaande sensor- en beeldprocessortechnologie een heel hoog dynamisch bereik, de absolute top haalt zelfs een bereik van bijna 15 stops maar met een waarde van rond de 12 stops zit je ook al goed.

Fotograferen met hogere ISO-waarden doet het dynamisch bereik drastisch afnemen omdat er meer digitale versterking voor nodig is. Op photonstophotos kan je voor verscheidene camera's, en wellicht ook de uwe, de afname van het dynamisch bereik bij hogere ISO-instellingen in grafiekvorm zien.

Voortbordurend op wat hier in voorgaande is geschreven zou je kunnen denken dat een kleinere sensor ook een kleiner dynamisch bereik heeft en in veel gevallen zal dat ook wel zo zijn maar niet altijd.
Zo hebben de Nikon D5 en Canon EOS 6D Mark II met hun full-frame sensor in lage ISO's een kleiner dynamisch bereik dan een aantal APS-C camera's.