От пленки к "цифре"
Интернет-Университет Информационных Технологий
http://www.INTUIT.ru
От пленки к "цифре": версия для печати и PDA
На первый взгляд преимущества цифровой фотографии перед фотографией традиционной не вполне очевидны. Но на самом деле это настоящая революция в светописи, полностью устраняющую само понятие старения оригиналов снимков. Кроме этого цифровые методы фиксации изображений сделали фотографию поистине массовой.
В наше время фотоаппарат есть не только в каждом доме, но и просто у каждого человека (если, конечно, считать фотоаппаратом сотовый телефон со встроенной камерой). Причем, речь идет только о цифровых фотоаппаратах. Некогда повсеместно распространенная пленочная камера, пройдя почти двухсотлетний путь развития, сошла со сцены.
Нам казалось, что пленка еще будет жить - не как инструмент профессионала (а она в этом качестве просуществует очень долго), а как популярный, доступный, недорогой носитель информации. Но с момента выпуска на массовый рынок доступных цифровых камер прошло всего 6-7 лет. И уже в начале 2007 года мы с трудом отыщем в своем городе хорошую лабораторию по обработке и печати фотографий, работающую по традиционной технологии. А в магазинах почти нет хороших пленочных камер (под хорошими подразумеваются доступные зеркальные фотоаппараты любительского класса и более-менее совершенные в технологическом смысле "мыльницы"). И вообще, век пленки завершился. Наступил век "цифры"...
По этому поводу можно печалиться, а можно и радоваться. Если изобретение в конце 19 века Джорджем Истменом, основателем компании Kodak, мини-лабораторий и дешевых фотоаппаратов сделало фотографию доступной, то изобретение в конце 20 века цифровых камер сделало ее воистину массовой. При этом под словом "массовая" мы понимаем распространенность всеобъемлющую и даже абсолютную.
Действительно, что стоило увлечение фотографией обычному человеку, скажем, в 70-е годы прошлого века, когда выпускались пленочные камеры классической конструкции, на рынке появились интеллектуальные автоматические фотоаппараты, а по всему миру, как грибы после дождя, появлялись небольшие лаборатории проявки и печати снимков? Стоимость самой камеры в расчет можно не брать - это разовые затраты (даже если приобретается дорогой зеркальный фотоаппарат). Пленка, проявка, бумага, печать. Деньги вроде бы и небольшие, но - деньги.
А сегодня достаточно купить лишь фотоаппарат, а компьютер, цифровая "лаборатория" по обработке снимков, скоро будет в каждой семье. И затраты на ежедневную съемку (если, конечно, не распечатывать все кадры подряд на бумаге) получаются, практически, нулевые.
Вот где раздолье увлеченному фотографией человеку! Хотя, почему только увлеченному? Даже если мы снимаем лишь время от времени, по праздникам, в туристических поездках - мы тоже с полным на то правом можем называть себя фотолюбителями. Пусть светопись не находится в числе наших любимых занятий. Пусть фотоаппарат мы используем только в качестве регистратора событий, снимаем исключительно бытовые сюжеты и, как говориться, "звезд с неба не хватаем". В конце концов, обладатель хорошей ручки не обязан быть писателем, а владелец автомобиля - гонщиком. Точно так же человек, купивший цифровую камеру, волен снимать тогда, когда захочется или когда потребуется...
Отдельный разговор о камерофонах - о гибридах сотового телефона и цифрового фотоаппарата. Конечно, это не фотоаппараты в полном смысле слова. Это - необязательное мультимедийное дополнение к телефону (смартфону или коммуникатору). Большинство из нас уже знает - снимать камерофоном можно, но рассчитывать на хорошие в техническом плане (о творчестве здесь говорить не будем) результаты не стоит. Поэтому камерофон фотоаппарата не заменит. И даже так - очень хороший, самый дорогой камерофон не способен конкурировать по качеству снимков с самой недорогой цифровой "мыльницей". Во всяком случае - пока. А что будет дальше, посмотрим.
Рис. 2.1. Современный камерофон Sony Ericsson
Так что же - жалко пленку? Жалко. И вместе с тем, бурный расцвет цифровой фотографии стал тем событием, которое способно изменить саму картину будничной жизни - так же, как изменила ее сотовая связь. И, честное слово, здесь нет ни малейшей причины для уныния. Напротив, все интересное только начинается...
Снова вернемся к истории.
Как это ни удивительно, родоначальницей цифровой фотографии стала не "фотографическая" компания, а электронный гигант Sony. Именно в недрах лабораторий Sony в начале восьмидесятых годов двадцатого века родился проект Mavica, в котором были сформулированы, а затем и реализованы основные принципы цифровой фотографии, в основе своей оставшиеся незыблемыми до сих пор.
Рис. 2.2. Sony Mavica 1981 года
В чем принципиальное отличие цифровой фотографии от фотографии пленочной? В способе регистрации и хранения изображений. Традиционная фотография фиксирует изображение в аналоговом виде. Свет, проходящий через объектив и сфокусированный на поверхности пленки, вызывает изменение оптической плотности солей серебра светочувствительной эмульсии. Степень потемнения эмульсии соответствует уровню засветки. То есть светочувствительный элемент пленки - зерно галогенида серебра - изменяет свои характеристики пропорционально экспозиции.
Для получения окончательного результата съемки - готового отпечатка - пленку подвергают химической обработке, то есть проявлению, закреплению, промывке и сушке. Пленка в традиционной фотографии - это промежуточный носитель информации. При этом изображение на фотопленке после проявки становится видимым, но негативным и зеркально обращенным.
Далее с пленочного негатива изображение переносят на фотобумагу посредством повторной экспозиции. Через увеличитель или станок для контактной печати негативное изображение проецируется на поверхность светочувствительной фотобумаги. Затем проэкспонированная бумага проявляется, фиксируется, промывается и просушивается. Этот процесс практически идентичен процессу обработки фотопленки. Фотобумага в данном случае становится окончательным носителем информации…
Эта, казалось бы, элементарно простая технология получения фотоизображений на самом деле слишком сложна. Многоступенчатая обработка еще не самый большой ее минус. Основной недостаток традиционной фотографии в том, что в ней используется разнородные и несовместимые ни с чем носители информации.
Попробуйте, к примеру, проиллюстрировать обычное письмо какой-нибудь "бумажной" фотографией. Способ лишь один - наклеить фотоотпечаток на лист бумаги, на котором написано это письмо (то есть попытаться совместить два принципиально несовместимых носителя информации)… А если речь идет о печатном издании? А о видеофильме, который необходимо дополнить фотоизображениями (да еще и специальным образом трансформированными)?
Далее - хранение снимков. Мы привыкли к тому, что личный или семейный фотоархив хранится в виде фотоальбома - бумажной книги с вклеенными в него (или закрепленными каким-либо иным образом) фотоотпечатками. Но иногда возникает необходимость восстановить утраченные или испорченные временем снимки. Без повторной печати здесь не обойтись. Поэтому мы вынуждены хранить еще и архив пленочных негативов.
Сохранность проявленной фотопленки, как, впрочем, и бумажных фотоотпечатков, зависит от двух факторов - от физических характеристик самой пленки (или бумаги) и от соблюдения технологии ее химической обработки.
Старые негативные пленки имели целлулоидную подложку. Со временем целлулоид подложки обезвоживается и становится ломким. Старые негативы очень трудно сохранить неповрежденными.
Весьма непросто обстоит дело и с сохранностью эмульсии. Изготовленная на основе желатина эмульсия также подвержена высыханию. Кроме того, эмульсия старых пленок и бумаги склонна к изменению цвета - с годами она желтеет.
В современных фототехнических материалах проблема долговременного хранения негативов и готовых снимков в значительной степени решена. Подложка пленки изготавливается из долговечного лавсана и иных искусственных материалов, эмульсионный слой пленки защищен лаком, а бумаги - полимерным покрытием. Но это не снимает проблемы механических повреждений негативов. Пленку можно поцарапать, испачкать, повредить растворителями и так далее.
Еще одно неприятное свойство архива пленочных негативов - его абсолютная нефункциональность. Что такое архив негативов? Пыльные коробки с отснятыми пленками, которые хранятся где-нибудь в шкафу и не используются никак. Негативы нужны лишь в качестве страховой копии альбомных фотоотпечатков, это единственное их предназначение. А место в пространстве наших домов и офисов они занимают (и немалое, если фотолюбитель снимает более-менее активно, и огромное, если речь идет о редакции периодического издания или о специализированном архиве).
Главное достоинство цифровой фотографии в том, что отснятые изображения сохраняются в виде цифрового кода. Цифровой фотоснимок - это некий объем оцифрованной информации, которая может использоваться совместно с цифровыми данными любого другого типа, например, с текстовыми. Компьютер считывает цифровые данные с носителя информации и строит на экране монитора изображение, идентичное тому, что было зафиксировано светочувствительным сенсором фотоаппарата в момент съемки.
Цифровые фотографии хранятся в памяти компьютера или на носителях в виде графических файлов стандартных типов. Это позволяет унифицировать снимки, сделав их совместимыми с любыми компьютерами, печатающими устройствами, другими цифровыми фотоаппаратами. К примеру, снимки, полученные при помощи одного фотоаппарата, можно переписать на карту флэш-памяти, перенести на другой фотоаппарат и просмотреть их на его встроенном контрольном дисплее. Ясно, что потребности в подобной процедуре не возникает (а сама возможность существует только теоретически, поскольку каждому снимку компьютер фотоаппарата присваивает уникальное имя и работает только с ним). Гораздо чаще нам приходится переносить цифровые фотографии с компьютера на компьютер, в том числе и на карманный, или распечатывать на разного рода печатающих устройствах. И то, и другое не вызывает проблем именно по причине того, что снимки хранятся в виде стандартных графических файлов.
Рис. 2.3. Цифровой фотоаппарат Panasonic Lumix
Процесс оцифровки изображения цифровым фотоаппаратом выглядит следующим образом. Световой поток фокусируется объективом (таким же, как и в пленочном фотоаппарате) на поверхности матрицы микроскопических полупроводниковых светочувствительных элементов. В момент срабатывания затвора или запуска электронного механизма мгновенного считывания состояния матрицы (последнее применяется в камерах начального уровня) компьютер фотокамеры фиксирует состояние засвеченных элементов. При этом аналого-цифровой преобразователь (АЦП) фотоаппарата преобразует электрические потенциалы каждого элемента в набор цифровых сигналов (логических нулей и единиц). Информация фиксируется в дискретном виде - засвечен элемент матрицы или не засвечен. Затем оцифрованное АЦП изображение записывается в память фотоаппарата.
Рис. 2.4. Цифровой фотоаппарат Canon EOS 400D
Это предельно упрощенная схема работы цифровой камеры, дающая лишь общее представление о принципиальных различиях между традиционной пленочной и цифровой фотографией. Но и она показывает, что усложнение технологии фиксации изображения на самом деле приводит к значительному упрощению его дальнейшей обработки и повышению точности работы фотоаппарата.
Сначала обратимся именно к точности. От чего зависит техническое качество пленочного снимка? По всей видимости, от конструкции самого фотоаппарата (его объектива и затвора), правильной установки экспозиционных параметров и, самое главное, от характеристик и качества изготовления применяемых фотоматериалов.
Светочувствительный слой негативной фотопленки состоит из зерен галогенидов серебра, равномерно распределенных в толще эмульсии. Однако величина и форма зерен не идентичны - даже при современном уровне технологий достичь этого невозможно. Следовательно, некоторые зерна галогенидов обладают более высокой светочувствительностью (поскольку в них больше солей серебра), другие - меньшей. Значит, и степень фиксации засветки на разных участках эмульсии будет хоть незначительно, но отличаться.
Затем наступает очередь самого вещества эмульсии. Полив эмульсии на подложку пленки осуществляется специальной машиной. Скорость протяжки прозрачной лавсановой ленты постоянна, но не абсолютна. А сопла, из которых эмульсия вытекает на подложку, могут менять пропускную способность - засоряться, находиться в различных температурных режимах (сотые доли градуса, и эмульсия становится чуть более жидкой или вязкой). И так далее… Все это укладывается в нормы технологических допусков, но убеждает в том, что никакая фотопленка не способна давать при экспонировании абсолютно идентичные результаты даже в области кадрового окна фотоаппарата, не говоря уже обо всей поверхности ролика пленки.
В отличие от фотопленки светочувствительная матрица цифрового фотоаппарата фиксирует дискретные значения засветки. То есть там, где зерно галогенида серебра может иметь разную степень затемнения, элемент матрицы выдаст точную информацию - есть засветка элемента или нет. И матрица, таким образом, работает гораздо точнее, чем эмульсия фотопленки. Но только теоретически. На практике конкурировать с фотопленкой светочувствительному сенсору цифрового фотоаппарата пока трудно.
Дело в том, что самый миниатюрный светочувствительный элемент цифровой матрицы оказывается намного крупней зерна галогенида серебра самой крупнозернистой фотопленки. Сам элемент - это полупроводниковый прибор с вмонтированными в него проводниками. Обеспечить такую степень миниатюризации, чтобы элемент сенсора был хотя бы сравним с зерном фотоэмульсии по величине, современные технологии пока не в состоянии.
Это первая причина. Вторая причина кроется в способах получения цветного изображения. На фотопленке цветное изображение строится при помощи трех (иногда более) светочувствительных слоев, каждый из которых отделен от предыдущего окрашенным прозрачным слоем, выполняющим функции светофильтра. На светочувствительности и величине зернистости пленки это сказывается мало (хотя величина зерен галогенидов в глубинных слоях эмульсии должна быть больше, чем в слоях наружных - для обеспечения равномерной цветочувствительности).
В цифровом сенсоре для получения цветного изображения используются, в основном, два способа. В более совершенных цифровых камерах профессионального уровня (в специальных фото и в большинстве массовых и профессиональных видеокамер высокого уровня) применяются три раздельные матрицы, каждая из которых снабжена светофильтром базового цвета - красным, зеленым, синим. Матрицы располагаются под углом друг к другу. Лучи света, проходящие через объектив, преломляются специальной призмой и делятся на три потока, каждый из которых экспонирует "свою" матрицу. На основе трех базовых цветовых каналов электроникой камеры и строится полноцветное изображение.
Рис. 2.5. Сенсор цифрового фотоаппарата
В большинстве цифровых фотоаппаратов применяется иная технология. Поток сфокусированного объективом света проходит через массив цветных светофильтров так называемой "цветовой модели Байера". В этой системе красные, зеленые и синие фильтры расположены в шахматном порядке, а количество зеленых фильтров в два раза больше, чем красных или синих. При этом красные и синие фильтры расположены между зелеными. Большее количество зеленых фильтров обусловлено тем, что наши глаза более чувствительны к зеленому цвету.
Массив фильтров состоит из множества микроскопических светофильтров, каждый из которых взаимодействует с одной ячейкой светочувствительной матрицы. То есть можно сказать, что каждый элемент цветного изображения (пиксель) состоит из трех субэлементов. Но при этом разрешение сенсора не уменьшается втрое, поскольку изображение строится на основе механизмов интерполяции, то есть с учетом яркости (интенсивности генерируемого ячейками электрического сигнала) всех элементов.
В фотоаппаратах с сенсорами ПЗС (CCD) формирование цветного изображения строится в специальном устройстве после преобразования аналогового сигнала в цифровой сигнал. В фотоаппаратах с сенсорами архитектуры КМОП (CMOS) смешение цветов может производиться непосредственно в самом сенсоре. Но и в том, и в другом случае, повторим еще раз, цветное изображение строится по специальным математическим алгоритмам методом интерполяции - то есть с учетом яркости соседних элементов каждого из базовых цветов.
Сенсоры цифровых фотоаппаратов проигрывают фотопленке по множеству параметров. Сенсоры имеют небольшой динамический диапазон (число различимых градаций между абсолютно белым и абсолютно черным), склонны к цветовым шумам (ореолам вокруг границ, разделяющих элементы изображения с большим перепадом яркости, например, вокруг фигур, снятых на освещенном фоне), имеют невысокую светочувствительность (обычно около 50-100 единиц ISO). Наконец, физический размер наиболее распространенных сенсоров меньше, чем стандартный для узкой пленки размер кадрового окна 24х36 мм.
Последний параметр - физический размер - имеет принципиально важное значение. Аргумент элементарно простой - на большей площади кадра умещается большее количество светочувствительных элементов, зерен галогенида серебра или электронных элементов сенсора. Чем больше светочувствительных элементов, тем больше мелких деталей изображения будет зафиксировано фотоаппаратом. И тем больше будет разрешение снимка, позволяющее увеличивать фотографии при печати без видимой потери качества.
В истории фотографии известны случаи попыток введения новых стандартов на узкую пленку. В тридцатые годы прошлого века в Латвии был выпущен сверхкомпактный фотоаппарат Minox, предназначенный для съемки на 16-миллиметровую неперфорированную негативную пленку. Фотоаппарат имел специальное назначение (он применялся в разведке) и получился очень удачным. В шестидесятые-семидесятые годы в СССР выпускались его функциональные аналоги - фотоаппараты "Нарцисс" и "Киев-Вега". Современные варианты 16-мм фотоаппаратов выпускаются швейцарской фирмой Minox и сегодня, но только в качестве миниатюрных копий классических камер Leica, предназначенных для коллекционеров и любителей такого рода техники.
Рис. 2.6. "Шпионский" пленочный Minox
Рис. 2.7. Советская копия Minox - камера "Киев-Вега"
16-миллиметровый формат пленки не прижился потому, что площадь кадра была недостаточной для печати бумажных снимков размером больше, чем 9х12 сантиметров. Даже сегодня, когда цветная негативная пленка крупнейших мировых производителей имеет максимальную, приближающуюся к теоретическому пределу, разрешающую способность, 16-миллиметровый формат для получения отпечатков нормального размера явно недостаточен (хотя подобная пленка выпускается и продается в небольших количествах под той же маркой Minox).
Этот пример показывает значимость такой характеристики, как размер кадрового окна, а в цифровом фотоаппарате - светочувствительного сенсора.
Положение усугубляется еще и тем, что матрица цифрового фотоаппарата используется не полностью. Область кадрового окна занимает большую часть центральной области сенсора, но крайние ряды элементов сенсора в фиксации изображения не участвуют, выполняя служебные функции (поэтому говорят о полном и эффективном значениях разрешения матрицы).
Не следует забывать и о "врожденных пороках" светочувствительных сенсоров, в частности, о "битых пикселях". В процессе массового производства изготовить стопроцентно работоспособную матрицу практически невозможно. Каждый элемент сенсора имеет настолько малые размеры, что начинают сказываться особенности молекулярного строения применяемых материалов. Несколько молекул газа, проникшего в область пограничного слоя полупроводника, способны вывести светочувствительный элемент из строя. В результате сенсоры всех цифровых фотоаппаратов имеют несколько неработающих светочувствительных элементов. Но без специальных тестовых операций обнаружить эти пороки трудно, поскольку единичные неработающие элементы по краям кадрового окна незаметны, а сенсоры с "битыми" элементами в группах отбраковываются на заводе.
Еще одно несомненное преимущество цифровой фотографии состоит в простоте обработки готовых снимков. Для занятий творческой фотографией обладателю пленочной камеры придется обзавестись необходимым оборудованием - проявочной машиной (или набором бачков и ванночек), увеличителем, набором реактивов и самой темной комнатой. Что практически равнозначно приобретению в личное пользование всего комплекса оборудования мини-лаборатории (которые, как мы уже говорили, изживают себя, уступая место цифровым мини-лабам). Либо… все же сменить пленочную камеру на цифровой фотоаппарат и персональный компьютер.
Именно персональный компьютер является фотолабораторией для цифровой фотографии. Сам фотоаппарат при этом можно рассматривать как очередное периферийное устройство для ПК, трехмерный сканер с возможностью удаленного и автономного функционирования.
Рис. 2.8. Компьютер Макинтош, отличное решение для любительской фотографии
Но в последние годы фотолюбители получили более широкие возможности. Помимо услуг специализированных лабораторий или приобретения персонального компьютера, они могут приобрести небольшой и недорогой принтер для прямой печати снимков. Речь о сублимационных и струйных цветных принтерах, рассчитанных на фиксированный формат отпечатка (обычно 10х15 см и, в качестве опции, меньше). Впрочем, эти недорогие печатающие устройства приобретаются чаще всего не вместо компьютера, а в дополнение к нему - в качестве портативного принтера, позволяющего получать фотоотпечатки, когда компьютер недоступен. Если же использовать только пару "фотоаппарат - принтер" и попытаться обойтись без компьютера, то фотолюбитель получит более дорогой аналог услуг мини-лаборатории, работающей с пленочными негативами. Набор инструментов для обработки снимков будет чуть расширен (станут доступными экспокоррекция при печати, исправление цветовых искажений и, возможно, небольшое масштабирование), но для творчества останется явно недостаточным.
Рис. 2.9. Портативный фотопринтер
Наконец, еще об одном очевидном преимуществе цифрового фотоаппарата перед пленочным. Любая современная цифровая камера оснащена цветным дисплеем. И это замечательный инструмент для обучения азам фотографии и совершенствования мастерства, который трудно переоценить.
Только что отснятый кадр выводится на встроенный в камеру экран. Снимок можно увеличить, чтобы разглядеть детали. Можно оценить правильность выбора экспозиционных параметров и композиционное решение. Если фотограф чем-то не удовлетворен, переснять кадр можно тут же, не дожидаясь лабораторной обработки и распечатки на бумаге. Согласитесь, лучшего фотоаппарата для обучения не найти. Даже с очень качественным пленочным фотоаппаратом начинающий фотолюбитель не получит ни малейшего представления о том, ошибся ли он только что, сняв любопытный кадр, насколько снимок оказался удачным, что следует изменить, дабы не допустить подобных ошибок в будущем. Вспомнить обстоятельства съемки потом, когда мини-лаборатория отпечатает готовые фотографии, очень непросто. Особенно если в лабораторию сдается несколько пленок скопом (как обычно и случается).
Другое важное достоинство встроенного контрольного дисплея - возможность его использования в качестве электронного видоискателя, функционального аналога матового стекла. Этот изрядно забытый инструмент - матовое стекло - применялся в пластиночных и зеркальных одно- и двухобъективных среднеформатных камерах для точного построения кадра. В принципе, пользоваться контрольным дисплеем цифрового фотоаппарата, как видоискателем, даже удобней, поскольку классическое матовое стекло дает перевернутое изображение.
Дисплей способен функционально заменить и видоискатель узкопленочных зеркальных фотоаппаратов со встроенной оборачивающей пентапризмой. Изображение на контрольном экране цифрового фотоаппарата соответствует изображению, которое фиксируется светочувствительным сенсором. То есть фотограф видит на экране именно то, что будет отснято. Очень удобно для макросъемки и съемки через микроскоп.
Рис. 2.10. Дисплей фотоаппарата Canon PowerShot G7
Более того, в компактных и ультракомпактных камерах начального и среднего уровня, в просьюмерских аппаратах, предназначенных для творческой съемки и даже в таких полупрофессиональных "ультразумах", как Sony DSC-R1, электронный цветной дисплей используется в качестве основного и единственного видоискателя. Хотя в зеркальных цифровых камерах (и в этом их несомненное достоинство) используется исключительно оптический видоискатель реального изображения, а контрольный дисплей используется лишь для просмотра готовых снимков и для управления камерой посредством системы экранных меню.
Рис. 2.11. Цифровая камера Sony DSC-R1
<
Условная классификация цифровых фотоаппаратов
Интернет-Университет Информационных Технологий
http://www.INTUIT.ru
Условная классификация цифровых фотоаппаратов: версия для печати и PDA
Мировая промышленность выпускает огромное количество фотосъемочной техники. Но на самом деле кажущееся разнообразие не так уж велико, камеры отлично укладываются в рамки неофициальной, но уже устоявшейся классификации.
Цифровые фотоаппараты, как совсем недавно фотоаппараты пленочные, по своему назначению подразделяются на несколько групп. В самом "низу" - дешевые и простые автоматические "компакты" или "мыльницы" (их назвали так потому, что корпуса этих камер и в самом деле напоминают пластмассовые мыльницы). Однако, параллель с пленочными автоматическими камерами здесь довольно условная.
Рис. 3.1. Пленочный компактный фотоаппарат
Рис. 3.2. Цифровой компактный фотоаппарат
Любая простейшая пленочная "мыльница" и цифровой фотоаппарат начального уровня это далеко не одно и то же. Начнем с того, что цифровой фотоаппарат устроен намного сложней пленочного "аналога". Его светочувствительным элементом, заменившим пленку, является сенсор - светочувствительный датчик, состоящий из сотен тысяч и миллионов (количество зависит от класса камеры) микроскопических элементов, собранных в прямоугольную плоскую матрицу. Каждый элемент можно сравнить с крупинкой галогенида серебра фотопленки. Только изображение здесь строится по совершенно иным физическим принципам.
Далее - в цифровой камере работает мощный компьютер, который устанавливает экспозицию (выдержку и диафрагму), преобразует электрические сигналы, получаемые с матрицы, в цифровой код, управляет всеми узлами фотоаппарата.
Наконец, оптика. В дешевых пленочных "мыльницах" очень часто устанавливали простой объектив, линзы которого были изготовлены из пластмассы. Пластиковая оптика встречается и в цифровых камерах начального уровня. Но совсем примитивных оптических схем, как и оптики невысокого качества, здесь не встретишь. Какой смысл устанавливать за примитивной пластиковой линзой дорогой высокотехнологичный сенсор?..
Еще четыре-пять лет назад классификация цифровых камер начиналась с недорогих (до 100 долларов) цифровых фотоаппаратов с сенсорами CMOS, имеющими разрешение VGA - 350 тысяч элементов (пикселей). Но этот класс аппаратуры сошел со сцены прямо на наших глазах. Сегодня он полностью вытеснен недорогими сотовыми телефонами с такими же сенсорами VGA и такой же простой оптикой.
Эти камеры - первая жертва развития цифровых фототехнологий. Но дело они свое сделали, став стартовой площадкой для камерофонов и задав начальный уровень цифровых фотоаппаратов. Дело в том, что эти дешевые камеры (вспомним марки - Aiptek, Agfa, Volkano и так далее) воспринимались, скорее, как игрушки, нежели серьезная замена пленочному фотоаппарату. Так оно, в принципе, и было. Сделать технически совершенный снимок простой камерой было невозможно (как невозможно сделать его сотовым телефоном с сенсором VGA).
Рис. 3.3. Фотоаппарат Aiptek
Но сегодняшние простые камеры вовсе не так просты, как кажутся (особенно, если судить об их оснащенности по ценникам). Это полноценные фотоаппараты, которыми можно делать очень неплохие снимки. Даже в руках не самого умелого фотолюбителя цифровая камера начального уровня будет уже не игрушкой, а самым что ни на есть фотоинструментом. И технический уровень современных цифровых фотоаппаратов можно смело сравнить с уровнем дальномерных и автофокусных пленочных фотоаппаратов недавнего прошлого, относящихся к средней ценовой категории.
Об особенностях устройства цифровых "мыльниц" поговорим чуть ниже. Пока же об отличиях внутри этой группы. Зайдя в магазин цифровой техники легко заметить, что компактные цифровые фотоаппараты очень по-разному стоят. Среди них есть демократичные модели, продающиеся за 120 долларов и есть миниатюрные камеры за 400-500 и более долларов. Откуда эта разница в цене? В чем тут дело?
Может показаться, что главная причина - разрешение сенсора. Это и так, и не так одновременно. Дело в том, что камеры всех ценовых групп стремятся (не сами камеры, конечно, а их конструкторы и производители) к увеличению разрешения. И сегодня 120-долларовая "мыльница" может иметь сенсор разрешением в 4 или 5 мегапикселей, а камера за 500 долларов - сенсор 6-ти или 7-мегапиксельного разрешения. Разница совсем невелика. И можно надеяться, что в ближайшем будущем эта разница станет либо еще меньше, либо вовсе исчезнет.
На самом деле цена камеры зависит от множества факторов. Помимо сенсора - а в дешевые камеры встраивают обычно сенсоры предыдущего поколения, в то время, как дорогие компакты оснащают сенсорами новейших разработок (а это и разрешение, и светочувствительность, и динамический диапазон и множество других характеристик, о которых обязательно поговорим) - фотоаппарат еще содержит в себе высококачественную светосильную оптику, быстродействующий процессор обработки изображений (тот самый компьютер, который мы уже упоминали), электромеханический затвор (простейшие камеры VGA, которых уже не встретишь в магазинах, и фототелефоны затвора не имеют вовсе). Плюс материал корпуса, аккумулятор, плюс яркий цветной дисплей. Вот и набегают немалые деньги. Не будем забывать и о том, что в стоимость новейших моделей входят расходы на перспективные разработки и научные изыскания. Цифровая фотография одна из наиболее наукоемких отраслей, требующая постоянных финансовых вливаний и интенсивных научных исследований.
Вот и получается, что в группу цифровых "компактов" можно включить и недорогие фотоаппараты, и камеры уровнем повыше... В чем отличия? Их множество. Одно из основных - размеры камеры. Фотоаппараты начального уровня компактны, но не миниатюрны. Это обусловлено и конструкцией объектива, и спецификой автономного питания. В этих фотоаппаратах в качестве источника питания используются стандартные никель-металлгидридные аккумуляторы формата АА (так называемые "пальчиковые"). В комплект самых дешевых камер они не входят - фотоаппараты комплектуются "пробными" щелочными элементами, которые мы называем "алкалиновыми батарейками". С этими элементами камера работает плохо. Щелочной элемент не способен долгое время отдавать большой ток, а энергопотребление фотоаппарата таково, что в некоторые моменты он потребляет ток силой в 1 и даже в 2 ампера (и больше, не будем забывать про энергоемкий конденсатор встроенной вспышки, яркий дисплей с лампой подсветки и сам сенсор). В результате элементы разряжаются быстро и в самый неподходящий момент. Предсказать время разряда невозможно. Но после короткого "голодного обморока" алкалиновые элементы восстанавливают свою энергоемкость и могут служить некоторое время источником питания - до следующего непредсказуемого быстрого разряда.
Рис. 3.4. Фотоаппарат начального уровня с питанием от элементов АА Canon PowerShot A430
В более дорогих камерах используются литиевые (литий-ионные или литий-полимерные) аккумуляторы. И это, между прочим, один из плюсов недорогих камер, помимо повсеместно распространенного формата аккумуляторов. А плюсом более "продвинутых цифромыльниц" является то, что их аккумуляторы более компактны и обладают высокой емкостью. То, что они имеют нестандартный, не универсальный формат недостатком считать вряд ли все-таки следует, ибо внутри модельной линейки каждой компании-производителя аккумуляторы жестко стандартизированы. То есть к своей камере, которой уже не первый год от роду, аккумулятор можно подобрать без большого труда - если камера эта носит имя известного производителя (Canon, Nikon, Sony и так далее).
Следующая причина повышения стоимости компактных камер - уменьшение размеров корпуса до рекордных величин при одновременном увеличении размера матрицы ЖК экрана и применении в конструкции фотоаппарата высокопрочного легкого металла (обычно это магниевый сплав). Посмотрите сами - крошечные камеры от Sony, Olympus, Canon сделаны сплошь из металла. Дисплеи покрывают, практически, всю тыльную часть корпуса фотоаппарата. А оптического видоискателя здесь не найти... Еще один плюс бюджетных фотоаппаратов? Да, наверное. Но в ультракомпактный корпус телескопический видоискатель, такой, чтобы с ним можно было реально работать, встроить невозможно в принципе. Поэтому во всех ультракомпактных камерах в качестве видоискателя используется только жидкокристаллический дисплей.
О не столь явных отличиях поговорим ниже. А сейчас обратимся к следующему классу фотосъемочной аппаратуры - к камерам для энтузиастов. Их еще называют "просьюмерками" (от Professional Consumer, можно вольно перевести как "профессиональный потребитель"). Просьюмерки - это большие цифровые камеры с жестковстроенной (несменной) оптикой, сенсорами больших размеров, развитой автоматикой, наличием ручных режимов (в том числе и ручной фокусировки), но при полном отсутствии оптического видоискателя. Вместо телескопического или зеркального видоискателя в этих камерах используются большой внешний и маленький внутренний (встроенный в окуляр) дисплеи. По одному можно ориентироваться или строить кадр на некотором расстоянии от камеры, по другому - прильнув к окуляру, как в случае с зеркальным или классическим дальномерным фотоаппаратом.
Рис. 3.5. Просьюмерка и ультразум - Panasonic Lumix DMC-FZ50
Ярчайший пример отличной просьюмерки - камера Sony DSC-R1. Очень хороший фотоаппарат. Но... Это снова этакий цифровой бронтозавр, представитель вымирающего класса фотоаппаратуры. Да, да, едва появившись, прожив бурную жизнь, полную новаций, открытий, стремительного роста, просьюмерки уступают дорогу зеркальным камерам.
Рис. 3.6. И снова - Sony DSC-R1
Это неизбежный процесс. Пленочная фототехника совершенствовалась почти двести лет и пришла к оптимальным формам - к зеркальной оптической схеме и тем пропорциям, которые мы прекрасно знаем по профессиональным фотоаппаратам Canon, Nikon, Minolta. И цифровая съемочная техника пройдя короткий путь эксперимента с формой корпуса, с эргономикой кнопок и дисков управления, возвращается к проверенным решениям. Все идет к тому, что на рынке останутся только компактные "мыльницы" (которые все же достаточно разнообразны и по форме корпуса и по техническим решениям) и близкие к классическим пропорциям зеркальные камеры.
Чем хорош зеркальный фотоаппарат и в чем его минусы? Для неискушенного фотолюбителя эти особенности могут быть неочевидными. Тем не менее то, что может зеркальная камера, компакту не по силам в принципе. Речь о магической аббревиатуре ГРИП - о глубине резко изображаемого пространства. А также о связанной с ним ручной фокусировке объектива...
Рис. 3.7. Зеркальная камера начального уровня Nikon D40
Вспомните хороший портрет работы известного фотохудожника. Что отличает его в первую очередь? Выделение резкостью глаз и легкое "размытие" второстепенных деталей - волос, ушей и тем более фона. Это и есть эффект воздействия ГРИП. Использовать этот прием можно только отключив автофокус, полностью открыв диафрагму объектива и подбирая экспозицию установкой выдержки затвора. То есть камера работает если не в полностью ручном, то хотя бы в полуавтоматическом режиме, а автофокусировка отключается вовсе.
Но не ГРИПом единым жива творческая фотография. Зеркальный видоискатель позволяет очень точно строить кадр, поскольку наш глаз видит ровно то, что отображается на поверхности светочувствительного сенсора. Зеркальная камера работает очень быстро, досадные задержки между двумя нажатиями на спусковую кнопку затвора отсутствуют в принципе (на самом деле просто очень малы). Владельцы "цифромыльниц" знают, какая это неприятная штука - длительная задержка между кадрами. Задержками страдают даже дорогие просьюмерки. К примеру, у той же Sony DSC-R1 при сохранении кадров в RAW (особый некомпрессированный формат графического файла, который используется профессионалами для корректировки параметров изображения на компьютере) задержка может составлять до 10 с. Сенсоры зеркальных камер имеют самые большие физические размеры - они в 1,6-1,5 раза меньше стандартного кадрового окна пленочной камеры (24х36 мм). Чем больше физический размер сенсора, тем выше качество снимка.
Наконец, с зеркальной камерой можно использовать весь парк сменной оптики, что выпущен ведущими компаниями мира за десятилетия производства пленочных зеркальных фотоаппаратов.
увеличить изображение
Рис. 3.8. Набор сменной оптики для зеркального фотоаппарата
А недостатки? Их тоже хватает. Первое - цена. Самая дешевая цифровая "зеркалка" стоит около 600 долларов. Второе - дисплей зеркальной камеры не работает в качестве видоискателя в принципе. На ЖК экране можно только просмотреть уже отснятые кадры. Третье - зеркальная камера не умеет снимать видео (к слову, самая совершенная просьюмерка Sony DSC-R1 - тоже). И четвертое, едва ли ни самое главное... Сенсор зеркального фотоаппарата со сменной оптикой может быть засорен пылью. Удалить эту пыль самостоятельно очень сложно. Элементы светочувствительной матрицы имеют микронные размеры. Крошечная пылинка закрывает сразу несколько десятков ячеек, соответственно, выводя из строя несколько десятков пикселей.
В дорогих (и не очень) камерах используются схемы ультразвукового стряхивания пыли с поверхности сенсора (например, в зеркальных камерах Olympus). Все камеры имеют специальный режим очистки сенсора, когда зеркало поднимается и удерживается до выключения камеры. В этот момент с камеры снимают объектив и сдувают пыль специальной резиновой грушей или посредством баллона со сжатым воздухом. Но, как показывает практика, полное обеспыливание сенсора возможно только в условиях хорошо оснащенной мастерской...
Помимо описанных групп цифровой фототехники особняком стоят фотоаппараты профессиональные. Они классифицируются по собственным правилам, рассматривать которые мы здесь не будем... Проще всего ориентироваться по стоимости. Любительская аппаратура - зеркальный фотоаппарат с "китовым" объективом (с самым простым объективом-трансфокатором) - стоит от 600 до 1200 долларов. Профессиональные камеры - от 1500 и до 30 и более тысяч долларов. Но тут же заметим, что оснащенность современных любительских "зеркалок" равна оснащенности профессиональных цифровых фотоаппаратов шести-семилетней давности. То есть совершенствуется профессиональная аппаратура, а вместе с ней совершенствуется и аппаратура любительская, перенимая у профессиональной все ее недавние достижения и технологии.
Рис. 3.9. Профессиональный цифровой фотоаппарат Canon
Детально говорить о профессиональной технике смысла нет, поскольку это отдельная и совершенно самостоятельная тема. Здесь же отметим лишь наиболее характерные особенности подобных камер.
Профессиональные фотоаппараты оснащаются сенсорами с большими физическими размерами - до 24х36 мм, то есть полностью совпадающих с размерами малоформатного пленочного кадра. Это позволяет использовать весь парк сменной оптики без учета кроп-фактора (увеличения фокусного расстояния объектива из-за уменьшения физических размеров сенсора). В любительских камерах стандартный 50-мм объектив имеет фокусное расстояние либо 75, либо 80 мм для сенсоров с кроп-фактором 1,5 и 1,6 соответственно. То есть вместо хорошего нормального объектива получается "портретник" и даже "телевик". Наибольшие проблемы в связи с этим вызывает применение широкоугольной оптики - профессиональные камеры этих трудностей лишены.
Далее - со светочувствительностью и прочими характеристиками ясно и так, в дорогую аппаратуру устанавливают самые новые, самые совершенные сенсоры. А вот с другими характеристиками дело сложней.
Есть в профессиональном фотообиходе такое понятие, как ресурс камеры. Эта весьма субъективная и приблизительная характеристика пришла из области пленочной аппаратуры. Ранее считалось, что зеркальная пленочная камера любительского уровня (с пластмассовым фильмовым каналом, электромотором, ламельным металлическим затвором, автофокусом) имела ресурс примерно в 20-30 тысяч кадров. То есть жизнь камеры до ее износа ограничивалась съемкой от 600, до 1000 36-кадровых пленок... Скажете, мало? Но многие ли из нас, у кого были (и есть) пленочные Nikon, Canon, Olympus или Minolta сталкивались с тем, что камера рассыпалась от старости? Думается, очень немногие.
Так вот, профессиональные пленочные камеры имеют ресурс на порядок выше - до 100 тысяч кадров. К подобным камерам можно отнести в полном смысле великий механический фотоаппарат Nikon FM2. Ну а камеры Nikon F3 и дальномерные фотоаппараты Leica имели фантастическую долговечность в несколько сотен тысяч кадров.
Рис. 3.10. Легендарный профессиональный пленочный фотоаппарат Nikon F3
Каков ресурс современных цифровых профессиональных "зеркалок", сказать трудно. Износ пленочной камеры определялся больше изнашиванием затвора и механизма транспортировки пленки, того самого узла, который испытывал нешуточные перегрузки (на морозе пленка становилась твердой, в жару прилипала к направляющим и прижимному столику). В цифровой камере пленки нет. Есть затвор, оптика и сенсор. Ресурс затвора очень велик - никак не меньше 100 тысяч срабатываний. В этом смысле любительские камеры от профессиональных отличаются не столь сильно, как может показаться. А вот сенсор... Его долговечность пока никто не проверял. Цифровые камеры Kodak, выпущенные в начале 90-х годов на основе топовых моделей пленочных камер Nikon, работают до сих пор. Хотя светочувствительность сенсора должна за эти годы (около 14 лет!) снизиться.
Как бы там ни было, но в профессиональной аппаратуре используются металлические корпуса, высокоточные и высоконадежные ламельные затворы. И случаи поломок у этих сложнейших камер крайне редки. Профессиональная техника должна быть безупречной. Иначе - кому она будет нужна? Кому угодно, только не настоящим репортерам и художникам...
В индустрии цифровой съемочной аппаратуры сложилась собственная иерархия брендов. Увы, не все классические марки выжили. Вспыхнула и погасла Minolta, которая сегодня возрождается в образе потрясающей зеркальной камеры Sony Alpha DSLR-A100 (конструкция была куплена японским гигантом Sony у консорциума Konica Minolta). Некоторые могущественные в прошлом компании, вроде Polaroid, просто обанкротились. Но возникли и новые имена, которые раньше отношения к фототехнике не имели - например, Panasonic (торговая марка компании Matsushita).
Рис. 3.11. Фотоаппарат Sony Alpha DSLR-A100
Совершим краткий экскурс по модельному ряду цифровых фотоаппаратов известнейших мировых производителей. При этом будем иметь в виду, что этот обзор ни в коей мере не может считаться исчерпывающим. В области производства цифровой фототехники работает огромное количество электронных компаний...
Компания Canon. Модельный ряд фотоаппаратов этого крупнейшего мирового производителя прямо-таки поражает. Чего здесь только нет... Заметим, что ведущие компании в области фототехники обычно производят и светочувствительные сенсоры для своей аппаратуры. Они же продают эти сенсоры компаниям-конкурентам. К примеру, в фотоаппаратах Nikon (в зеркальных точно) используются сенсоры производства Sony.
Так вот, все цифровые камеры Canon (говорим только о фото, компания выпускает еще и великолепные видеокамеры) подразделяются на несколько групп. Открывает модельную линейку камеры PowerShot Axxx. Это любительские камеры начального и среднего уровня. Все они отличаются довольно крупными (по меркам компактных цифровых фотоаппаратов) корпусами из пластика, наличием телескопического видоискателя (есть, разумеется, и ЖК дисплей) и питанием от элементов (аккумуляторов) формата АА. Серия A4xx включает четыре модели - A420, А430, А450 и А460 - выполненные в едином конструктиве, имеющем вытянутую форму, и оснащенные 1/3-дюймовыми сенсорами. Отличия в разрешении сенсоров (от 4 мегапикселей у А420, до 5 мегапикселей у А460), в оптике (3-х и 4-х кратные зумы) и в размерах контрольных дисплеев (1,8 дюйма по диагонали у младших моделей и 2 дюйма по диагонали у старших). Это самые простые и самые доступные камеры в семействе Canon, которые, тем не менее, пригодны для занятия творческой фотографией, поскольку наделены полуавтоматическими режимами, и дают превосходные снимки.
Серия PowerShot A5xx, выполненная в более "ухватистом" корпусе, включает в себя три модели - А530, А540 и А550 (до 7 мегапикселей). Отличия примерно такие же, как и в серии А4хх. Серия PowerShot А6хх - это две модели А630 и А640 (разрешение сенсора до 10 мегапикселей). Серия PowerShot А7хх - две модели А700 и А710 (до 7,1 мегапикселей).
Рис. 3.12. Canon PowerShot A540
Особняком стоят камеры PowerShot S80, как компактное решение в бюджетной линейке. А также камеры G7 (сенсор 10 мегапикселей) и S3 IS (сенсор 6 мегапикселей). Последняя модель PowerShot S3 IS относится к классу просьюмерок.
Рис. 3.13. Canon PowerShot S3 IS
Компактные камеры среднего класса представлены огромной модельной линейкой Digital IXUS, включающей ни много, ни мало 10 моделей фотоаппаратов. Их отличия - компактный металлический (комбинированный, с применением пластика) корпус, применение фирменных аккумуляторов (внутреннего корпоративного стандарта). При этом некоторые модели не обделены телескопическим видоискателем. Canon Digital IXUS первый ультракомпакт на рынке цифровой фотоаппаратуры. Правда, уже давно не единственный.
Рис. 3.14. Canon Digital IXUS 60
С недавних пор любительская цифровая зеркальная камера Canon EOS 400D сменила популярную модель EOS 350D. Помимо этого фотоаппарата компания выпускает еще 4 модели полупрофессиональных и профессиональных зеркальных камер, самая известная из которых EOS-1D Mark II N c 8,5-мегапиксельным сенсором и ресурсом в 200 тысяч кадров.
Рис. 3.15. Canon EOS 400D
Рис. 3.16. Canon EOS-1D Mark II N
Компания Canon один из мировых лидеров производства цифровой фотоаппаратуры. В недорогие цифровые камеры она ставит сенсоры CCD собственного производства, а в зеркальные камеры уникальные сенсоры CMOS, также своего производства. И это весьма примечательный факт... Об устройстве сенсоров мы еще поговорим, а сейчас отметим одну характерную особенность этого типа светочувствительных датчиков - они очень стабильны и долговечны. Сенсоры CCD склонны к деградации. Со временем у них понижается чувствительность, снижаются характеристики, выходят из строя отдельные светочувствительные ячейки. Сенсоры CMOS этим порокам не подвержены, осторожно добавим - теоретически. Практика показывает, что зеркальные камеры с сенсорами CMOS и CCD в плане стабильности характеристик друг от друга не отличаются.
Модельный ряд ведущих мировых компаний постоянно меняется. Выходят новые камеры, снимаются с производства старые. Новые фотоаппараты Canon получают сенсоры более высокого разрешения, новые процессоры, новые контрастные, яркие дисплеи. Так что угнаться за всеми новинками очень и очень непросто...
То же самое - существенная коррекция модельного ряда цифровых фотоаппаратов - происходит и в другой великой компании мира, известной своими выдающимися во всех отношениями камерами. Речь о Nikon, имя которой давно стало символом надежности и качества.
Nikon, как и ее могущественный конкурент Canon, выпускает полный спектр моделей фотосъемочной аппаратуры, начиная с простых любительских камер, заканчивая сложнейшими моделями для профессионалов.
Модели, предназначенные для фотолюбителей, Nikon назвал Coolpix. Компактные камеры (цифровые "мыльницы") компания подразделяет на три группы - простую, в которую входят модели Coolpix Lxx, среднего уровня (так называемая "стильная" серия), в которую включены модели Sxx и премиум-класса, в которую входят модели Coolpix Pxxx. "Просьюмерок" Nikon больше не выпускает, сделав основной акцент на производстве зеркальных камер любительского уровня. Ну и само собой разумеется - камеры профессиональные. Здесь у Nikon конкурентов мало (помимо Canon).
Начальная серия Coolpix Lxx - это 7 моделей (на февраль-март 2007 года), начиная с самой дешевой L2 (с 6-мегапиксельным сенсором), заканчивая камерой L12 (с 7,1-мегапиксельным разрешением). Основные особенности серии Lxx - пластмассовый конструктив, применение в качестве носителей информации карт памяти формата SD (Secure Digital), трехкратный объектив-трансфокатор, отсутствие оптического видоискателя (в его роли выступает жидкокристаллический цветной дисплей), большой набор автоматических режимов отработки экспозиции и полное отсуствие ручных режимов. Камеры Nikon Coolpix Lxx - отличный выбор для начинающих фотолюбителей и для людей, стремящихся обладать техникой известнейшего производителя за относительно небольшие деньги.
Рис. 3.17. Nikon Coolpix L3
Средняя группа любительских камер - Nikon Coolpix Sxxx. В этой серии выпускаются 8 компактных моделей, которые значительно отличаются друг от друга (отличий больше, чем в серии Lxx). Модельный ряд открывается камерой S5. Это ультракомпакт в тонком металлическом корпусе, с оптикой особого устройства (оправа объектива не выступает за пределы корпуса), с ЖК-дисплеем в качестве видоискателя.
Рис. 3.18. Nikon Coolpix S9
Весьма любопытна 6-мегапиксельная модель S10, выполненная в поворотном конструктиве, некогда "любимом" компанией Nikon. Корпус камеры разделен на две части соединенных вертикальным шарниром. Объективная половинка может поворачиваться относительно основной, что позволяет снимать под разными углами и с разных ракурсов.
Рис. 3.19. Nikon Coolpix S10
Старшая модель линейки S500 оснащена мощным трансфокатором, оправа которого выступает за пределы корпуса камеры, и 7,1-мегапиксельным сенсором.
Камеры модельного ряда Coolpix Sxxx годятся и для начинающего фотолюбителя, и для фотографа-любителя средней квалификации. А для поездок и путешествий эти камеры просто незаменимы, поскольку предельно компактны, прочны и позволяют добиться высокого качества карточек.
Модельная линейка Nikon Coolpix Pxxx - всего три камеры. Но какие камеры! Самая младшая P4 наделена сенсором с разрешением в 8,1-мегапикселя, мощной оптикой и традиционным (позаимствованным в части эргономики у пленочных камер) корпусом. Отличный инструмент для творчества, поскольку здесь есть и оптическая стабилизация объектива (защита от непроизвольных смещений и дрожания рук), и режим приоритета диафрагмы (можно вручную выбрать выдержку), и отличная оптика.
Рис. 3.20. Nikon Coolpix P4
Еще интересней P3. Несмотря на младший индекс, она чуть совершенней модели P4, поскольку обладает встроенным беспроводным адаптером Wi-Fi (остальные характеристики те же). Что это дает фотографу? Возможность переписывать снимки на компьютер, печатать, обмениваться снимками с другими портативными устройствами без кабельного подключения. Уникальная функция, которую трудно переоценить.
Наконец, модель Coolpix P5000. Самый совершенный компакт от Nikon, оснащенный 10-мегапиксельным сенсором, 3,5-кратным зумом с оптической стабилизацией, набором автоматических и ручным режимами установки экспозиции, обладающий рекордным для компактных камер быстродействием. Камеру P5000 можно смело назвать наследницей просьюмерок Nikon, которая будет полезна и обычному, и "профессиональному" фотолюбителю (есть такой условный термин в области фотодела).
Зеркальные камеры Nikon - особая тема. Моделей истинно любительского класса всего три - D40, D50 и D70s (остальные модели полупрофессионального и профессионального уровня, их мы рассматривать не будем из-за высокой стоимости и их недвусмысленного назначения). Nikon D40 - самая доступная зеркальная камера для фотолюбителей, оснащенная полноразмерным сенсором формата APS (то есть уменьшенным в 1,5 раза по сравнению со стандартным кадровым окном пленочной камеры). По сравнению с камерой D50 у младшей модели нет целого ряда вспомогательных механизмов и упрощен сам фотоаппарат. К примеру, в этой камере нет кнопки закрытия диафрагмы для оценки ГРИП (глубины резкого изображения). В корпус камеры не встроен мотор привода автофокусировки - поэтому с камерой в режиме автофокуса работают только специальные объективы со встроенным мотором. Уменьшено количество датчиков (до 3-х) в сенсоре автофокуса. Nikon D40 оснащается 6-мегапиксельным CCD сенсором производства Sony, а новейшая модификация D40x - 10-мегапиксельной матрицей.
Рис. 3.21. Nikon D50
Камера D50 занимает в этом ряду среднее положение. От D40 ее отличают более крупные размеры и наличие второго монохромного дисплея на верхней панели фотоаппарата (плюс уже отмеченные отличия). А от D70s - применение карт памяти SD вместо Compact Flash и отсутствие защиты контрольного дисплея специальной крышкой. В D50 и D70s встраиваются 6-мегапиксельные сенсоры CCD (тоже производства Sony...
Из пятерки ведущих мировых производителей пленочной аппаратуры в цифровую эпоху на плаву остались четыре - Canon, Nikon, Pentax и Olympus. Для российских фотолюбителей особый интерес представляет Olympus, поскольку эта компания помимо великолепных цифровых компактов выпускает доступные по цене цифровые зеркальные фотоаппараты.
Эти камеры (самый яркий пример Olympus E-300 и E-400) отличаются от цифровых зеркальных камер других производителей тем, что компания Olympus отказалась от совместимости фотоаппаратов с оптикой для пленочных камер своего производства - в этих зеркалках используется "своя", ни с чем более несовместимая оптика. Причина такого решения - в применении сенсора формата 4/3 дюйма (то есть 22,5 мм по диагонали). Это вдвое меньше диагонали 35-мм узкопленочного кадра. Следовательно, применение оптики от пленочных камер Olympus возможно только с учетом двукратного увеличения фокусного расстояния объективов (кроп-фактор), что зачастую вряд ли приемлемо.
Рис. 3.22. Olympus E-400
Среди других отличий зеркальных камер от Olympus - наличие специального ультразвукового механизма самоочистки сенсора от пыли. А в компактных цифровых камерах этой компании используются карты уникального стандарта xD-Picture Card, что приходится учитывать при покупке камеры.
Цифровые камеры Pentax (и компакты, и зеркальные, выпускаемые японской компанией Asahi Optical) отличает высокое качество объективов и сбалансированность характеристик. Нельзя сказать, что компания сохранила в полной мере свои позиции на рынке любительской аппаратуры, но свое место она удерживает прочно. Качество и продуманность конструкции камер Pentax по-прежнему привлекает к ним немалую часть фотолюбителей...
Рис. 3.23. Зеркальный фотоаппарат Pentax K100D
На рынке цифровой фотоаппаратуры немало достойных игроков. Часть из них - это крупные электронные компании, освоившие новую для себя область. Пример - камеры под маркой Panasonic Lumix, над разработкой которых компания Matsushita работает совместно с прославленной Leica. Эти камеры отличает фирменная оптика (именно под маркой Leica), сенсоры собственной разработки и производства, отличное сочетание характеристик и, как следствие - популярность у фотолюбителей. В модельном ряду компании есть и простые модели, и "имиджевые" ультракомпакты, и просьюмерки, и зеркальная камера (формата 4/3, как и Olympus).
Рис. 3.24. Panasonic Lumix DMC-LX2
Наконец - Sony. Несмотря на "не фотографический" имидж крупнейшего мирового производителя потребительской электроники, эта грандиозная по своим масштабам компания в области цифровой аппаратуры занимает особое положение. Именно Sony подарила нам цифровой фотоаппарат таким, каким мы его знаем сегодня. Именно Sony выпустила в начале 80-х годов прошлого века первые цифровые фотоаппараты (знаменитый проект Mavica). Тем удивительней огромная пауза между выпуском первых камер и выпуском на широкий рынок зеркального фотоаппарата под этим брендом. Мы говорим об уникальной по сочетанию характеристик 10-мегапиксельной цифровой "зеркалке" Sony DSLR-A100 Alpha. Эта камера - наследница цифровой зеркалки Minolta (модели 5D). Соответственно, к ней подходит оптика от пленочных фотоаппаратов Minolta.
Что же касается цифровых компактных камер Sony, то их количество столь велико, что даже краткое описание займет не одну страницу. Эти фотоаппараты отличаются высоким качеством изготовления и применением карт памяти фирменного стандарта Memory Stick (разновидности - Duo, Pro Duo).
Рис. 3.25. Sony CyberShot DSC-T10
Помимо упомянутых компаний, цифровую фотоаппартуру выпускают и другие гранды производства электроники, например, Samsung...
Марка камеры значение, конечно, имеет. Но не менее важны и характеристики конкретной модели. Этим характеристикам мы уделим особое внимание, но сначала присмотримся к основным узлам цифрового фотоаппарата. Хотя бы для того, чтобы понять, о каких, собственно, характеристиках пойдет речь.
<
Сенсоры цифровых фотоаппаратов
Интернет-Университет Информационных Технологий
http://www.INTUIT.ru
Сенсоры цифровых фотоаппаратов: версия для печати и PDA
Матрица светочувствительных элементов - основной узел цифрового фотоаппарата. Понять принцип его работы - понять принцип самой цифровой фотографии. В этой маленькой по физическим размерам микросхеме средоточие современных высоких технологий.
Качественный уровень современного цифрового фотоаппарата определяется, прежде всего, техническим совершенством установленного в нем сенсора - матрицы светочувствительных элементов. Это самая дорогая и наиболее значимая деталь цифровой камеры.
Рис. 4.1. Сенсор CCD цифрового фотоаппарата
На сегодняшний день в производстве светочувствительных сенсоров применяются две конкурирующие технологии. Первая, более простая в производстве и по ряду признаков более перспективная - технология CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor). В переводе эта технология называется КМОП - комплементарный металл-окисел-полупроводник. В силу разных причин сенсоры, построенные по технологии CMOS, устанавливаются в фототелефоны и в зеркальные камеры Canon и Sony.
Лидирующей на рынке цифровой фототехники является технология CCD (Charge-Coupled Device). В русском переводе этот тип сенсоров называется ПЗС - прибор с зарядовой связью. Более трудоемкие в производстве, сенсоры CCD, тем не менее, установлены в подавляющем большинстве цифровых фотоаппаратов любительского и профессионального класса.
В упрощенном виде принцип действия матрицы светочувствительных элементов цифрового фотоаппарата выглядит следующим образом. Сенсор CCD состоит из подложки, изготовленной из монокристаллического полупроводникового материала, изолирующего слоя окисла, покрывающего подложку, и набора микроскопических (микронных размеров) металлических проводников-электродов. К электродам матрицы подводится электрический ток. Засветка поверхности матрицы приводит к тому, что сила тока (заряд) на выводах электродов изменяется, то есть каждая ячейка светочувствительной матрицы реагирует на интенсивность засветки. Эти изменения считываются электронной схемой фотоаппарата, и на их основе строится картинка, соответствующая сфокусированному на поверхности сенсора изображению.
Ячейки матрицы, построенной по технологии CMOS, это полевые транзисторы, которые при засветке изменяют свое состояние, препятствуя прохождению электрического тока через выводы ячейки или, наоборот, усиливая сигнал. Электронная схема фотоаппарата считывает изменения состояния ячеек матрицы и на их основе строит картинку.
Матрицы CMOS по сравнению с матрицами CCD отличаются пониженным энергопотреблением и высокой технологичностью. С другой стороны, разрешение матриц CMOS, их светочувствительность, динамический диапазон и устойчивость к шумам ниже, чем у матриц CCD. Это объясняется сложностью устройства, а также пониженной светочувствительностью полевых транзисторов по сравнению с ячейками с зарядовой связью.
Устанавливаемые в сотовые камерофоны сенсоры CMOS выполнены в виде большой гибридной микросхемы, на кристалле которой смонтированы многие сервисные схемы встроенного в телефон фотоаппарата. Это и аналого-цифровой преобразователь (АЦП), и электронный затвор (схема мгновенного считывания состояния матрицы), схемы баланса белого и сжатия изображений. В массовом производстве CMOS-сенсоры оказываются дешевле, поскольку каждый элемент матрицы крупней, чем ячейка сенсора CCD. А простейшим камерам на основе CMOS-сенсоров не нужны многие вспомогательные электронные механизмы. По сути недавно еще популярная, а сегодня сошедшая со сцены дешевая веб-камера с функцией автономной работы в качестве цифрового фотоаппарата состоит из корпуса, батарейного блока питания, простого объектива, небольшого набора пассивных элементов (согласующих резисторов, порта USB, пары кнопок), монохромного символьного дисплея и одной микросхемы, на которую возложена вся работа по оцифровке и обработке изображений. Отсюда и чрезвычайно низкая цена подобных фотокамер.
Говоря о перспективах сенсоров CMOS, не стоит забывать, что это очень молодая технология. Она возникла, как альтернатива трудоемкой и малоэффективной технологии сенсоров CCD. Достаточно сказать, что выход годной продукции при массовом производстве матриц CCD еще шесть-семь лет назад находился на уровне двух процентов. Сказываются размеры элементов (порядка тысячных долей миллиметра) и очень высокие требования к технологическим допускам.
В то же время, конструкторы зеркальных цифровых фотоаппаратов Canon и просьюмерок Sony (пример - камера Sony DSC-R1) устанавливают в свои фотоаппараты именно сенсоры CMOS, дополняя их специальными схемами подавления шумов. Еще одна положительная сторона матриц CMOS - их стабильность и долговечность. Причина, опять же, в применении в качестве светочувствительных элементов полевых транзисторов, в более крупных размерах каждого элемента и в высокой технологичности массового производства...
Микроскопические ячейки светочувствительной матрицы способны отреагировать только на силу попадающего на них света (на интенсивность светового потока). Для того, чтобы получить изображение, приближающееся по качеству к пленочному фотоснимку, цифровой фотоаппарат должен распознавать еще и цветовые оттенки.
Но прежде чем говорить о технологии оцифровки цветного изображения, следует заметить, что для увеличения точности работы матрицы (улучшения соотношения сигнал/шум) и повышения светочувствительности, каждая ячейка снабжается собирающими микролинзами, фокусирующими световой поток. Особенно это касается матриц CMOS, где без подобных линз необходимого качества изображения добиться трудно.
Получить цветное изображение, и мы об этом уже говорили, можно разными способами. В профессиональной съемочной аппаратуре применяется схема с тремя светочувствительными матрицами. Сфокусированное объективом изображение расщепляется специальной призмой на три идентичных световых потока, каждый из которых засвечивает свою матрицу через светофильтр одного из базовых цветов - красного, зеленого и голубого (RGB - Red, Green, Blue). Эта технология позволяет добиться высокого качества цветопередачи, но усложняет конструкцию камеры и отражается на ее стоимости. Чаще всего три матрицы устанавливаются в дорогих цифровых видеокамерах.
В фотоаппаратах же (кроме профессиональных камер специального назначения) используется другая технология - с одним сенсором. Над поверхностью сенсора установлен блок микроскопических светофильтров, расположенных в шахматном порядке в соответствии с цветовой моделью Байера. Этот алгоритм построения цветного изображения подразумевает удвоенное количество зеленых фильтров по сравнению с красными и синими, поскольку человеческий глаз более чувствителен к зеленой части светового спектра. Цветное изображение строится электроникой камеры уже после преобразования аналогового электрического сигнала, снимаемого с ячеек сенсора камеры в цифровой код аналого-цифровым преобразователем АЦП (если говорить о сенсорах CCD, сенсоры CMOS сами могут обрабатывать цветовую составляющую сигнала, поскольку обычно это большие многофункциональные микросхемы).
В получении цветовой информации участвуют все экспонированные элементы ячейки. При обработке ее применяются сложные методы интерполяции. В частности, учитывается цветовая составляющая соседних элементов (пикселей). В результате электроника камеры выдает реалистичную полноцветную картинку максимально соответствующую действительному изображению.
Чтобы лучше понять этот механизм, обратимся к другой технологии (то есть пойдем от противоположного механизма), к принципам построения цветного изображения цветных жидкокристаллических мониторов. Там все элементы ЖК матрицы, представляющие собой микроскопические капсулы с жидкими кристаллами, образованы из трех субэлементов, каждый из которых прикрыт светофильтром трех базовых цветов - красным, зеленым и синим. Изображение строится методом сложения цветов. В зависимости от интенсивности свечения субэлемента пиксель (ячейка матрицы) приобретает тот или иной цветовой оттенок (при этом сама ячейка с жидкими кристаллами не светится, а лишь перекрывает или пропускает световой поток лампы подсветки экрана).
Примерно так же работали КМОП сенсоры первых цифровых фотоаппаратов и самые дешевые веб-камеры. То есть каждый элемент матрицы был прикрыт индивидуальным микроскопическим светофильтром. Но в современных сенсорах эта технология не применяется. В построении картинки участвуют все задействованные ячейки (но не все ячейки сенсора - часть из них выполняют сервисные функции, поэтому говорят о полном и эффективном разрешении сенсора). Это касается и сенсоров CCD, и сенсоров CMOS - во всяком случае, современных, которые устанавливаются в выпускаемые сегодня цифровые фотоаппараты...
Еще одна важная деталь устройства светочувствительных матриц - способ регистрации изображения. Матрица CCD состоит из двух идентичных наборов ячеек - светочувствительных элементов, образующих секцию накопления зарядов, и элементов, образующих секцию хранения зарядов. Электрические заряды, которые возникают при облучении элементов сенсора световым потоком, поступают в ячейки секции накопления и перемещаются в ячейки секции хранения зарядов, откуда затем через регистры вертикального сдвига - в выходной усилитель матрицы. Ячейки секции хранения прикрыты светонепроницаемым фильтром, а потому на световой поток не реагируют. Но при переходе зарядов из секции накопления в секцию хранения следует изолировать непроницаемой заслонкой и светочувствительные ячейки, чтобы не смешивать возникшие при облучении новые заряды с уже сохраненными (иначе изображение просто не получится), используя для этого в цифровых фотоаппаратах обычный электромеханический затвор.
Эта особенность касается матриц с построчным переносом зарядов. В фотоаппаратах с матрицами с покадровым переносом зарядов затвор оказывается ненужным, поскольку заряды ячеек накапливаются сразу со всей поверхности матрицы и с сигналами ячеек накопления не смешиваются. При этом регистрами вертикального сдвига, представляющими собой простые проводники, снабжается каждая светочувствительная ячейка секции накопления зарядов, а светоизолированная секция хранения зарядов занимает отдельную область сенсора. Проблема в том, что применение покадрового переноса зарядов увеличивает размеры сенсора и в то же время уменьшает его разрешение. Поэтому сегодня применяется технология комбинированного построчно-кадрового переноса. Что позволяет, с одной стороны, получать постоянный сигнал с матрицы и использовать его для построения изображения на встроенном контрольном дисплее фотоаппарата, а с другой - получать высококачественные изображения с построчным считыванием зарядов и применением электромеханического затвора.
В фотоаппаратах с сенсорами CMOS (в самых простых из них и в фототелефонах) электромеханический затвор не применяется вовсе, поскольку информация о состоянии ячеек подобной матрицы считывается непосредственно с выводов полевых транзисторов, образующих матрицу. Однако, в зеркальных фотоаппаратах с сенсорами CMOS для точной отработки экспозиции электромеханический затвор устанавливается обязательно.
Элементарные сведения о принципе действия сенсоров CCD важны для фотолюбителя и с практической точки зрения. Дело в том, что при покупке нового фотоаппарата, вне зависимости от уровня техники и ее стоимости, у фотографа, как это ни печально, всегда есть шанс угодить на камеру с "битыми" пикселями. "Битый" пиксель - это светочувствительный элемент, в силу разных причин утративший способность реагировать на световое облучение. При этом бездействующая ячейка может быть совершенно незаметна на снимке, если находится в нижней части матрицы, на которую приходится та часть кадра, где обычно располагается земля, где мало светлых участков, на которых одна черная точка может быть хорошо заметна. Другое дело верхняя часть матрицы, где изображается небо и другие светлые объекты.
Один-два битых пикселя вещь для любительской камеры обычная. Хуже, когда таких пикселей несколько и они объединены в группу. Тогда темная точка на снимке становится различимой даже при съемке с самым высоким разрешением, когда в построении изображения участвуют все светочувствительные ячейки матрицы. В магазине битые пиксели матрицы увидеть очень трудно, а в ходе практической работы с камерой подобная неприятность будет непременно обнаружена...
Мы уже говорили о том, что техническое совершенство камеры определяется качеством сенсора, а как и чем определяется качество самого сенсора? Существует ряд характеристик, имеющих для светочувствительной матрицы цифрового фотоаппарата первостепенное значение.
В первую очередь это разрешение матрицы. Чем больше разрешение матрицы светочувствительных элементов, тем выше качество конечного бумажного отпечатка или электронного фотоизображения. Количество эффективных пикселей на матрице цифрового фотоаппарата определяет разрешение оцифрованного изображения, поскольку максимальное разрешение снимка равно количеству пикселей светочувствительного сенсора.
Иногда в сводке технических характеристик (это касается только самых дешевых камер) можно обнаружить, что максимальное разрешение фотоснимков превышает количество пикселей матрицы фотоаппарата. Этим заявлениям производителей не стоит доверять. Повышенное разрешение достигается программной интерполяцией, когда недостающие элементы изображения синтезируются на основе усредненных значений яркости соседних пикселей. Интерполяция увеличивает количество пикселей, но всегда за счет реального качества изображения. На интерполированном снимке границы объектов утрачивают резкость и ухудшается детализация. В лучшем случае разрешение возрастает без какого бы то ни было улучшения изображения. Поэтому разного вида интерполяционную обработку, если таковая функция присутствует в камере, лучше не использовать вовсе.
Разрешение (или разрешающая способность) светочувствительного сенсора, как и разрешение экрана монитора (и, кстати, контрольного дисплея фотоаппарата), выражается в пикселях. При этом экранное разрешение монитора определяется величиной светящейся экранной точки - пикселя, образованного люминофором электронно-лучевой трубки или ячейкой жидкокристаллической матрицы (в этом случае светится не элемент, а лампа за ним). Экранное разрешение величина постоянная. Оно зависит только от размера пикселя экрана монитора. Стандартные значения величины пикселя 0,25, 0,28 и 0,31 мм. Стандартные значения экранного разрешения компьютерных мониторов 72 или 96 пикселей на квадратный дюйм.
Разрешение светочувствительных сенсоров тоже зависит от размера пикселя, но каких-либо стандартов здесь не существует. Чем меньше величина каждого пикселя, тем больше пикселей (то есть светочувствительных элементов) размещается на поверхности матрицы и, как следствие, тем большим разрешением обладает сама матрица.
Кроме экранного разрешения и разрешения сенсора цифровой камеры существует еще одна важная характеристика - разрешение печатающего устройства (в практике любительской цифровой фотографии, как правило, цветного струйного принтера). Однако разрешение принтера измеряется не в пикселях, а в точках. А выражается разрешение принтера в точках на квадратный дюйм. Для фотолюбителя принципиальной разницы между пикселем и точкой нет, поэтому обе единицы измерения разрешающей способности можно считать равнозначными. Различия между точкой и пикселем носят теоретический характер, имеющий значение для разработчиков цифровой техники. Считается, что пиксель имеет правильную прямоугольную форму, близкую к квадрату (на практике экранные пиксели могут иметь форму круга или вытянутого по вертикали прямоугольника в зависимости от типа электронно-лучевой трубки - со щелевой маской или с апертурной решеткой соответственно, а пиксель матрицы цифрового фотоаппарата может иметь форму квадрата или восьмиугольника - например, ячейки матрицы SuperCCD камер Fujifilm FinePix). Принтерная же точка имеет неправильную форму близкую к кругу...
Современная цифровая камера для более или менее серьезных занятий любительской фотосъемкой - это фотоаппарат с сенсором разрешением не менее 4 мегапикселя. Почему не 2 мегапикселя (не говоря уже о меньших значениях разрешения)? Дело в том потенциале, что заложен в фотографию высокого разрешения. Снимок с разрешением в 2272х1704 пикселя (нормальное разрешение для сенсора в 4,23 мегапикселя) легко поддается кадрированию. Его можно без каких бы то ни было потерь вывести на экран в оконном и полноэкранном режиме. Наконец, фотографию можно распечатать на бумаге, получив отпечаток 10х15 см очень хорошего качества и даже формата А4 (стандартный альбомный лист) при вполне приемлемом качестве. Со снимком разрешением 1600х1200 пикселей (нормальное разрешение для сенсора в 2 мегапикселя), как бы хорошо он ни выглядел (а выглядит он и в самом деле замечательно), подобные манипуляции весьма проблематичны.
Вторая важнейшая характеристика светочувствительного сенсора - его физический размер. Он измеряется по диагонали и обозначается в долях дюйма. При этом форма сенсора, как правило, прямоугольная с соотношением сторон 4:3, хотя в магазинах уже можно купить фотоаппараты с широкоформатными сенсорами с соотношением сторон 16:9 (подобные камеры выпускает Samsung, Kodak, Matsushita и другие компании).
Здесь же кроется одно исторически сложившееся несоотвествие. Дело в том, что соотношение сторон стандартного для большинства стран бумажного отпечатка 10х15 сантиметров равняется 2:3 (или 3:2, это непринципиально). Почему же сенсоры имеют соотношение сторон 4:3, ведь при печати снимка на бумаге часть изображения, края картинки, будут обрезаны? Да, будут. Это неизбежные издержки цифровой фотографии. Дело в том, что размеры сенсора оптимизированы под вывод снимка на компьютерный монитор в полноэкранном режиме. А соотношение сторон стандартного компьютерного монитора как раз и соответствует соотношению 4:3. Широкоэкранные мониторы имеют соотношение сторон 16:9. А фотобумага - 3:2... Правда, в некоторых камерах (пример - камеры Panasonic, Canon серии Digital IXUS и другие) позволяют сохранять снимки с соотношением сторон 3:2, но ценой уменьшения разрешения.
Рис. 4.2. Фотоаппарат Panasonic Lumix с широкоформатным сенсором
Чем больше физический размер сенсора, тем он работает точней и эффективней. Сенсор размером в 1/1,8 дюйма лучше, чем сенсор размером 1/3,2 дюйма, поскольку на большей площади кристалла умещается большее количество светочувствительных ячеек (значит, выше и разрешение). Более того, при одинаковых значениях разрешения сенсор большего размера лучше, чем сенсор меньшего размера. В этом случае ячейки сенсора имеют большие размеры, значит и такие параметры оцифровки изображения, как динамический диапазон и устойчивость к шумам, выше.
Размер сенсоров зеркальных камер измеряется в миллиметрах по сторонам кадрового окна. Дело в том, что величина матрицы этих фотоаппаратов вплотную приближается к стандартному размеру кадрового окна узкопленочной 35-мм камеры, то есть 36х24 мм, и в общих случаях соотвествует пленочному стандарту APS. Это позволяет использовать на цифровом фотоаппарате совместимую оптику от пленочных камер того же производителя. Но при этом следует учитывать изменение фокусного расстояния сменных объективов - тот самый кроп-фактор. К примеру, на фотоаппаратах Canon EOS 400D с сенсором размером 28,7 мм по горизонтали и 19,1 мм по вертикали изменение фокусного расстояния всей линейки объективов для пленочных камер Canon будет кратно 1,6 единиц в сторону увеличения - ровно настолько, насколько матрица камеры меньше стандартного кадрового окна пленочного фотоаппарата. У любительских зеркальных камер Nikon кроп-фактор меньше - 1,5, а у Olympus и Panasonic (они относятся к так называемому стандарту 4/3, поскольку их сенсоры меньше по размерам, чем размеры кадра APS) больше - 2. То есть нормальный 50-мм объектив на цифровой зеркальной камере Nikon D50 (приводим для примера) будет иметь фокусное расстояние в 75 мм (получается не нормальный универсальный объектив, а умеренный телевик, подходящий для портретной съемки).
Следующая крайне важная, но достаточно трудноопределимая без специального оборудования характеристика светочувствительных сенсоров - соотношение сигнал/шум. В той или иной степени шумят любые сенсоры, включая и самые на сегодняшний день совершенные. Цветовые шумы проявляются на снимке в виде мелких окрашенных точек (артефактов) в тенях и в виде цветовых ореолов вокруг контуров фигур на границах контрастных переходов. Бороться с шумами очень трудно. В случае необходимости применяются специальные фильтры - утилиты, работающие в программной среде графического редактора Adobe Photoshop. Фильтры способны в некоторой степени смягчить шумы, замещая артефакты точками с усредненными значениями цвета и яркости. Если фильтры не способны убрать все артефакты и ореолы, приходится править снимок вручную, сильно увеличивая и ретушируя элементы изображения.
Ни один способ правки изображения не дает стопроцентного избавления от шумов. Поэтому фотолюбителю, если качество снимков для него в самом деле значимо, приходится следовать элементарным правилам как при выборе камеры, так и при практической съемке. Первое правило - не приобретать дешевых камер с матрицами низкой светочувствительности. Склонность к шумам наиболее присуща сенсорам CMOS, которые устанавливаются в фототелефоны, и сенсорам CCD самых дешевых компактных камер, в которые обычно встраиваются сенсоры предыдущего поколения, да к тому же и очень небольшие по размеру.
Шумят сенсоры и у более серьезных камер. Технология цифровой фотографии очень молода, а потому производство сенсоров бурно совершенствуется. Поколения матриц сменяют друг друга быстрей, чем морально устаревают конкретные модели фотоаппаратов (а они устаревают достаточно быстро, в течение примерно двух лет). Сенсоры разрешением в 4 мегапикселя, которые устанавливались в камеры средней и даже старшей группы два-три года назад сегодня применяются в недорогих любительских фотоаппаратах. Их место занимают матрицы с повышенными характеристиками, в том числе и по устойчивости к шумам. Следовательно, выбирать следует ту модель, которая выпускается не слишком долго, не более года. Тогда у фотографа будут основания предполагать, что сенсор его камеры склонен к шумам в минимальной степени.
Второе правило касается изменения светочувствительности сенсора. В большинстве цифровых фотоаппаратов с достаточно развитыми сервисными функциями светочувствительность устанавливается как автоматически, так и вручную. В режиме auto компьютер фотоаппарата сам выбирает значение светочувствительности сенсора в зависимости от уровня освещенности снимаемого объекта и установленного программного режима работы камеры. Например, в режиме "ночной портрет" светочувствительность будет выбрана максимальной, а в обычном режиме - минимально возможной (если позволяет освещение).
Чем выше значение светочувствительности матрицы, тем она больше шумит. Следовательно, лучше совсем отказаться от применения автоматического режима и выставить селектор выбора значения светочувствительности сенсора на минимальное значение, поскольку минимальное значение соответствует реальной светочувствительности сенсора. В этом режиме не задействованы электронные схемы усиления сигнала, которые вносят дополнительные искажения и приводят к появлению артефактов в тенях. Если же условия освещения таковы, что автоматика камеры устанавливает слишком длительную выдержку, с которой невозможно снимать без штатива, то значение светочувствительности можно увеличить, но при этом надо быть готовым к тому, что уровень шумов существенно повысится.
И еще одно правило, заключающееся в том, что не следует предъявлять к цифровому фотоаппарату завышенных требований. То, что по силам высококачественной фотопленке, цифровому фотоаппарату не по силам в принципе. Цифровой фотоаппарат не способен снимать в условиях слишком низкой освещенности без применения источников искусственного света, импульсных фотовспышек или ламп накаливания. А профессиональная пленка светочувствительностью в 3200 единиц ISO вытянет снимок даже при свете одной свечи (причем, в буквальном смысле).
Две качественные характеристики, напрямую влияющие на результат съемки - динамический диапазон сенсора и разрядность представления цвета. Первая из этих характеристик отражает способность матрицы передавать световые оттенки, вторая относится не только собственно к сенсору, но и к аналого-цифровому преобразователю, переводящему электрические сигналы с выводов матрицы в цифровой код.
Динамический диапазон - это количество оттенков серого (то есть уровней яркости), которые способен различить светочувствительный материал (фотопленка или сенсор цифровой камеры) между абсолютно черным и абсолютно белым цветом. Чем выше динамический диапазон, тем выше достоверность изображения на экспонированном носителе. Самым высоким динамическим диапазоном обладает негативная фотопленка. Поэтому до сих пор, несмотря на достижения цифровых технологий, для демонстрации фильмов в кинотеатрах используются обычные пленочные, а не цифровые проекторы.
Среди цифровых устройств наибольшим динамическим диапазоном обладают барабанные сканеры, которые применяются в полиграфии и стоят десятки тысяч долларов. Динамический диапазон планшетных сканеров CCD гораздо меньше, но еще меньше динамический диапазон сенсоров цифровых фотоаппаратов. У самых дорогих профессиональных фотоаппаратов этот показатель лишь приближается к уровню фотобумаги на основе галогенидов серебра (а ее динамический диапазон, соответственно, в десять раз меньше диапазона фотопленки).
Качество цветопередачи цифрового фотоаппарата выражается разрядностью цвета. Разрядность цвета - это сумма значений разрядности оцифровки каждого цветового канала. К примеру, каждый цветовой канал большинства матриц цифровых фотоаппаратов любительского класса способен зафиксировать 256 оттенков (или градаций) серого, что составляет 8 бит. В этом случае разрядность сенсора будет 8+8+8=24 бита, по 8 бит на каждый цветовой канал (красный, зеленый, голубой). В принципе, 24-битного представления цвета вполне достаточно для получения качественного фотоснимка, поскольку в этом случае АЦП камеры выдаст снимок, содержащий 16,7 млн. цветовых оттенков. Но в продаже можно встретить камеры как с более высокой разрядностью кодирования цвета по 10 или 12 бит на канал, так и с низкой - по 4 или 6 бита на канал. Избыточная разрядность до 36 бит(то есть по 12 бит на канал) используется в профессиональных камерах, предназначенных для получения снимков с максимально достоверной цветопередачей. Хотя сегодня сенсорами с повышенной разрядностью цветового кодирования оснащают и камеры любительского класса. А матрицы с пониженной разрядностью в 12 или 16 бит устанавливают в бюджетные сотовые фототелефоны.
Матрица светочувствительных элементов не только самая сложная и самая дорогая деталь цифрового фотоаппарата, но и самая уязвимая. Она подвержена старению (электрохимическому износу) и, как следствие, изменениям светочувствительности, а также, по всей видимости, выходу из строя отдельных ячеек. Если на естественное старение матрицы владелец фотоаппарата не может повлиять никак, то возможность уберечь сенсор от нежелательных воздействий окружающей среды и, тем самым продлить срок службы фотоаппарата в целом, у него есть.
Как любое сложное электронное устройство, состоящее из множества микроскопических элементов, сенсор цифровой камеры боится резких температурных перепадов, при которых в материале подложки и пленочных слоях оптических фильтров возникают внутренние деформации, а на поверхности сенсора образуется конденсат. Если пленочная камера, особенно механическая, способна работать при очень низких температурах, то цифровой фотоаппарат при отрицательных температурах работать не будет. Во-первых, даже на легком морозе сенсор цифровой камеры может изменить светочувствительность в сторону уменьшения. Во-вторых, изображение на встроенном контрольном дисплее станет слишком светлым и малоконтрастным, чтобы пользоваться дисплеем в качестве видоискателя. В-третьих, пострадают элементы питания (литиевые аккумуляторы при температуре минус 10 градусов могут попросту взорваться).
Если возникает необходимость снимать цифровой камерой при низких температурах, следует позаботиться о надежной защите фотоаппарата. Камеру следует держать в тепле, под верхней одеждой, вынимая фотоаппарат для съемки и тут же пряча его под шубу или пальто. Работа со штативом или неторопливое кадрирование исключаются. В крайнем случае следует воспользоваться утепленным меховым или тканевым чехлом. Но при этом надо помнить, что остывшая камера при перемещении в тепло (даже под шубу) тут же покроется капельками влаги. Из замерзшей камеры надо немедленно удалить элементы питания или аккумулятор и убрать фотоаппарат в чехол до того момента, пока температура не выровняется. В противном случае на поверхности сенсора и линзах объектива могут образоваться капли влаги, которые приведут к короткому замыканию электрических цепей камеры и иным неприятностям.
<
Устройство цифрового фотоаппарата
Интернет-Университет Информационных Технологий
http://www.INTUIT.ru
Устройство цифрового фотоаппарата: версия для печати и PDA
Современный цифровой фотоаппарат - сложное электронное устройство, объединяющее в одном конструктиве множество технологий. Разобраться в них - значит, понять принцип работы самой камеры. Что в конечном результате позволит в полной мере освоить съемочную технику.
Конструкция цифрового фотоаппарата во многом повторяет конструкцию пленочной камеры. Фотоаппараты для узкой 35-мм пленки в зависимости от устройства видоискателя подразделяются на шкальные камеры с установкой резкости по шкале, нанесенной на фокусировочное кольцо объектива, на дальномерные камеры, в которых объектив наводится на фокус при помощи оптического дальномера, и на зеркальные фотоаппараты, в которых фокусировка объектива производится по изображению на матовом стекле, встроенном в оборачивающую пентапризму.
По типу основного объектива пленочные фотоаппараты подразделяются на камеры со сменным объективом и на фотоаппараты с жестковстроенным объективом.
В настоящее время шкальные и отчасти дальномерные фотоаппараты не производятся - если не принимать во внимание дорогие механические дальномерные камеры, производимые для профессиональных применений компаниями Leica и Cosina (в модельном ряду камер компании Cosina есть один шкальный фотоаппарат Voigtlander Bessa-L). Место шкальных и дальномерных фотоаппаратов занято компактными камерами с автоматической фокусировкой (теми самыми "мыльницами") и зеркальными фотоаппаратами любительского класса.
Рис. 5.1. Пленочный шкальный фотоаппарат Voigtlander Bessa-L
Цифровые фотоаппараты в целом соответствуют устоявшейся классификации пленочных камер. Правда, есть и отличия - наряду с "настоящими" зеркальными фотоаппаратами встречаются и камеры "псевдозеркальные", не имеющие аналогов среди пленочной аппаратуры. В "псевдозеркальных" цифровых фотоаппаратах функцию подъемного зеркала выполняет расщепляющая световой поток призма, расположенная между объективом и светочувствительным сенсором. Призма обладает свойством полупрозрачности. Часть светового потока используется в подобных камерах для построения изображения на матовой поверхности оборачивающей пентапризмы, часть - для экспонирования сенсора. В результате страдает светочувствительность сенсоров "псевдозеркальных" фотоаппаратов (оптические потери приходится компенсировать электронным способом), но упрощается конструкция камеры, уменьшается стоимость и одновременно повышается надежность, поскольку нет механического узла подъема зеркала. Пример подобной "псевдозеркальной" камеры выпускавшийся несколько лет назад фотоаппарат Hewlett-Packard PhotoSmart C912, сконструированный совместно с компанией Asahi Optical, выпускающей фототехнику марки Pentax.
Рис. 5.2. Цифровой фотоаппарат Hewlett-Packard PhotoSmart C912
С другой стороны, среди цифровых фотоаппаратов есть камеры, напрочь лишенные оптического видоискателя. Вместо телескопического или зеркального видоискателя в них используется встроенный контрольный дисплей, выполняющий функции матового стекла, по которому можно судить о компоновке кадра и наводке на резкость. Еще необычней устроены видоискатели дорогих фотоаппаратов просьюмерского класса (то есть предназначенных для требовательных фотолюбителей), вроде той же камеры Sony DSC-R1. В эти фотоаппараты помимо большого контрольного дисплея встроен цветной дисплей очень небольшого размера, который выполняет функции окуляра телескопического видоискателя. То есть кадрирование и проверка наводки объектива на фокус осуществляется по небольшому, размером с почтовую марку, дисплею, который рассматривают через увеличительную линзу, приближая окуляр видоискателя к глазу.
Возникает резонный вопрос - а зачем цифровой камере оптический (телескопический или зеркальный) видоискатель, если подавляющее большинство фотоаппаратов имеют цветной дисплей, полностью повторяющий картинку, построенную светочувствительным сенсором? В том-то и дело, что изображение на дисплее соответствует реальному изображению лишь приблизительно. Малые размеры дисплея не позволяют вывести на его экран изображение с достаточно высоким разрешением, чтобы в полной мере оценить композицию будущего снимка и убедиться в том, что объектив наведен на резкость верно.
Вторая причина - инерционность картинки и, как следствие, замедление работы самой цифровой камеры. С момента включения питания фотоаппарата до его полной готовности к съемке проходит несколько секунд. При выключенном дисплее это время сокращается в 2-3 раза.
С выключенным дисплеем фотоаппарат потребляет в 2-3 раза меньше электроэнергии, что позволяет продлить время работы. Но самое главное, с оптическим видоискателем гораздо удобней работать. И телескопический, и зеркальный видоискатели дают более яркое и более полное изображение, чем контрольный жидкокристаллический дисплей. При ярком внешнем освещении изображение на дисплее становится неразличимым. Даже новейшие трансфлективные ЖК матрицы, в которых для подсветки применяется специальная отражающая пластина, установленная за слоем жидких кристаллов, с ярким солнцем "справляются" плохо, не говоря уже о традиционных люминесцентных лампах подсветки (точнее, о плоских светящихся панелях).
Наконец, на абсолютном большинстве цифровых фотоаппаратов имеет место эффект виньетирования - обрезания части изображения при выводе его на экран контрольного дисплея. Получается, что камер, у которых изображение на контрольном дисплее по геометрическим и цветовым параметрам совпадает с изображением выдаваемым сенсором, не существует.
Вместе с тем, наличие простого телескопического видоискателя почти не сказывается на стоимости фотоаппарата, а фотограф при этом получает возможность выбора - компоновать кадр при помощи электронного аналога матового стекла или использовать обычный телескопический видоискатель.
Устройство телескопического видоискателя очень простое. В классическом виде это всего лишь пара ограничительных рамок, одна из которых выполняет роль объектива, а другая - окуляра видоискателя. Более совершенна конструкция, состоящая из стеклянной монолитной прямоугольной призмы с плоскими поверхностями. Подобная призма не масштабирует (не увеличивает и не уменьшает) реальное изображение и является вариантом все тех же ограничительных рамок. Наконец, самая распространенная конструкция видоискателя - в виде миниатюрной галилеевой зрительной трубы, состоящей из передней собирающей и задней оборачивающей линз. Общий коэффициент увеличения подобного видоискателя обычно меньше единицы - то есть фотограф видит в окуляре видоискателя уменьшенное изображение, что позволяет рассмотреть всю площадь будущего кадра.
Телескопический видоискатель в виде зрительной трубы, кроме пары линз, состоит из полупрозрачного стекла, на которое нанесены параллактические метки для правильного кадрирования снимка при съемке с близких расстояний. Эффект параллакса возникает в том случае, если оптическая ось объектива не совпадает с оптической осью видоискателя. В результате на близких расстояниях от снимаемого объекта изображение в окуляре видоискателя оказывается смещенным и не соответствует изображению, сфокусированному основным объективом на поверхности пленки или сенсора. В некоторых пленочных и цифровых камерах параллактическая поправка вводится автоматически при помощи компенсаторной призмы, размещенной между передней и задней линзой видоискателя. Но в большинстве случаев достаточно и обычных полупрозрачных меток.
Конструкция телескопического видоискателя позволяет разместить в поле зрения фотографа массу полезной информации. Например, световые или символьные индикаторы готовности встроенной вспышки, значений установленных автоматом экспопараметров, срабатывания автоматической фокусировки и количества оставшихся кадров. Правда, видоискатели любительских цифровых камер (не зеркальных) подобным информативным набором индикаторов снабжаются крайне редко - дополнительные полупрозрачные жидкокристаллические панели усложняют конструкцию камеры и сказываются на ее стоимости. Совсем другое дело полупрофессиональные и профессиональные цифровые зеркальные камеры. Здесь важность выведенной в окуляр оптического видоискателя информации трудно переоценить, особенно при оперативной - репортерской или спортивной - съемке.
Телескопический видоискатель не всегда прямой тубус со встроенными линзами и полупрозрачными вставками. В современных фотоаппаратах чаще применяются изогнутые тубусы с отклоняющими зеркалами внутри. Это позволяет встроить в камеру достаточно яркий и удобный в применении видоискатель, не увеличивая при этом размеров корпуса фотоаппарата. Рассмотрите внимательно компактный цифровой фотоаппарат. Вы наверняка обнаружите, что оптические оси линз объектива и окуляра видоискателя смещены. Теоретически это должно отразиться на яркости изображения в окуляре видоискателя, но потери настолько малы, что ими можно пренебречь.
Рис. 5.3. Контрольный дисплей и окуляр оптического видоискателя Canon PowerShot G7
Гораздо сложней устроен оптический видоискатель зеркального цифрового фотоаппарата. В данном случае объективом видоискателя служит основной объектив камеры. Световой поток отклоняется поворотным зеркалом и фокусируется на расположенном горизонтально в верхней части корпуса фотоаппарата прозрачном матовом стекле. Рабочий отрезок (расстояние от задней линзы объектива до поверхности светочувствительного материала - пленки или сенсора) видоискателя равен рабочему отрезку основного объектива. То есть матовое стекло расположено на том же расстоянии от объектива, что и кадровое окно фотоаппарата, и получаемое на матовом стекле изображение можно считать идентичным изображению на поверхности светочувствительного материала.
Но при этом изображение на матовом стекле (как и изображение на поверхности сенсора) получается зеркально перевернутым. Чтобы получить истинную картинку, в зеркальном фотоаппарате применяется специальная оборачивающая пентапризма (она имеет пять плоских поверхностей, отсюда и название) или пентазеркало, пять наклеенных на внутреннюю поверхность надстройки корпуса камеры тонких зеркал. Впрочем, в высококачественных профессиональных камерах пентапризмы изготовляются из целого литого куска оптического стекла.
Пентапризма (это относится в равной мере и к пентазеркалу) оборачивает изображение на матовом стекле, а линза окуляра видоискателя фокусирует его на глазном дне фотографа. Для большего удобства окуляры видоискателей (и телескопического, и зеркального) снабжаются механизмом перемещения линзы окуляра для введения диоптрийной поправки. Этот механизм позволяет подстроить фокусировку окуляра под зрение фотографа. При работе с такими камерами очки фотографу, даже если он носит их постоянно, не нужны. Хотя диапазон подстройки не настолько велик, чтобы компенсировать слишком большие отклонения зрения.
Рис. 5.4. Окуляр зеркального видоискателя
В тело пентапризмы зеркальных фотоаппаратов часто вводят различные информационные индикаторы. Их располагают на отражающих поверхностях призмы, и фотограф видит в окуляре не только изображение на матовом стекле, но светодиоды и стрелки контрольных приборов, отображающих состояние камеры, задействованные рабочие режимы и параметры съемки.
В профессиональных камерах, допускающих ручную фокусировку объектива, пентапризму выполняют съемной. Это позволяет менять фокусировочные экраны (матовые стекла), используя для точной наводки на резкость экраны с микрорастром (расположенными в центре фокусировочного экрана микропризмами, на которых несфокусированное изображение мерцает), с оптическими клиньями (двумя расположенными в центре фокусировочного экрана полукруглыми линзами со смещенными оптическими осями, изображение на поверхности таких линз двоится при расфокусировке), либо применять однородное матовое стекло, чтобы добиться резкости по всему полю кадра. При необходимости пентапризму заменяют на шахтный видоискатель, который позволяет рассматривать изображение непосредственно с поверхности матового стекла (применяется в репродукционной, макроскопической и студийной съемке).
В камерах любительского и полупрофессионального класса пентапризму снять невозможно, но матовое стекло, располагающееся под ней, при этом может быть сменным. Для замены матового стекла отсоединяют основной объектив и открывают замок-защелку, крепящую фокусировочный экран. К слову, матовое стекло очень нежная и хрупкая деталь. Дело даже не в том, что его можно нечаянно сломать, его можно безнадежно загрязнить. И потом фотографу придется рассматривать увеличенные ворсинки и песчинки, застрявшие между пирамидками микрорастра. Удалить их оттуда полностью очень непросто.
Также чувствительно к случайным повреждениям и отклоняющее зеркало. Для повышения отражающей способности и во избежание оптических искажений зеркало имеет не совсем обычную конструкцию. Серебряная амальгама нанесена не на внутреннюю, а на внешнюю часть стеклянной пластины зеркала. Случайное прикосновение к поверхности зеркала может привести к появлению жировых загрязнений и царапин, ухудшающих оптические свойства видоискателя. Недаром многие фотолюбители предпочитают зеркальным фотокамерам просьюмерки с несъемными объективами. Нет возможности отсоединить от камеры объектив, нет и шанса случайно повредить или испачкать оптическую систему зеркального видоискателя и заднюю линзу объектива. Таким образом фотоаппарат получает еще одну степень защиты от повреждений...
Оптическая система цифрового фотоаппарата состоит из видоискателя, основного объектива и устройства автоматической фокусировки. Типы встраиваемых в цифровые камеры объективов рассмотрим отдельно, а пока остановимся на механизмах автофокусировки.
Как мы уже говорили, в любительских цифровых фотоаппаратах применяется автоматическая фокусировка двух типов - активная и пассивная. При этом способов реализации автофокуса достаточно много. Активная фокусировка может быть инфракрасной (на камере установлен излучающий инфракрасный светодиод и приемник, реагирующий на отраженный луч света) или ультразвуковой (используются излучатель ультразвука и микрофон). Ультразвуковой фокусировочный локатор в массовых моделях цифровых фотоаппаратов не применяется, но инфракрасный встречается. Зато в пленочных компактных фотоаппаратах активный инфракрасный автофокус обычное дело.
Работает активный автофокус с инфракрасным локатором подобно оптическому дальномеру. Вспомним конструкцию оптического дальномера, которым снабжаются пленочные камеры Leica и их многочисленные в прошлом аналоги (включая отечественные "Зоркие" и "ФЭДы").
Оптический дальномер состоит из пары разнесенных на некоторое расстояние (оно называется базой дальномера) объективов, отклоняющей системы зеркал и окуляра. Основной объектив дальномера расположен на одной оптической оси с окуляром. Между линзой основного объектива и линзой окуляра под углом располагается полупрозрачное зеркало, направляющее световой поток дополнительного объектива на окуляр видоискателя. За дополнительным объективом располагается подвижное отклоняющее зеркало, которое направляет сфокусированный дополнительным объективом световой поток на полупрозрачное зеркало. Поворотное зеркало соединено специальным поводком с фокусировочной оправой основного объектива фотоаппарата. При вращении фокусировочной оправы зеркало смещается, смещая и изображение на полупрозрачном зеркале дальномера. Момент слияния двух изображений - полученных от основного и дополнительного объективов - и соответствует правильной фокусировке объектива фотоаппарата на фотографируемом объекте.
Рис. 5.5. Классический оптический дальномер
Активный автофокус устроен иначе (хотя, работает подобно оптическому дальномеру). Вместо основного объектива и окуляра в фотокамере установлен инфракрасный прожектор, освещающий снимаемый объект невидимыми человеческим глазом световыми лучами инфракрасного спектра. В качестве источника света используется инфракрасный светодиод.
Приемная часть механизма активной автофокусировки - объектив и светоприемник, в качестве которого применяются фотодиоды. Приемная часть и излучатель расположены на лицевой части корпуса камеры на некотором расстоянии друг от друга. При наводке на резкость отраженный объектом луч света фокусируется на светоприемнике. Светоприемник снабжен моторным приводом и соединен механически с фокусировочным кольцом объектива фотоаппарата. Смещение светоприемника происходит до тех пор, пока сила индуцируемого светоприемником тока не достигнет максимума. Этот момент совпадает с правильной фокусировкой объектива камеры на снимаемом объекте.
Механизм инфракрасной фокусировки может иметь и иную конструкцию - с неподвижным светоприемником. В этом случае смещается линза объектива приемной части дальномера, а светочувствительный элемент представляет собой линейку фотодиодов. При фокусировке светового потока на определенном элементе линейки, электроника фотоаппарата определяет расстояние до объекта и правильное положение фокусировочной оправы (или линзы) объектива.
Активный автофокус часто объединяется с устройством автоматической установки экспозиционных параметров - выдержки и диафрагмы. Работает активный автофокус не пропорционально изменению расстояния (то есть плавно), а дискретно, по заранее установленным на заводе значениям - 1, 2, 3 метра и так далее. Поскольку в цифровые и компактные пленочные фотоаппараты встраиваются широкоугольные объективы с большой глубиной резкости, предустановленных ступеней фокусировки может быть немного. В наиболее совершенных цифровых камерах с активной фокусировкой число ступеней фокусировки достигает 255.
Недостатками активного автофокуса являются относительно высокое энергопотребление, склонность к ошибкам, если в кадре оказывается другой источник инфракрасного излучения (камин, костер, яркое солнце), и небольшая дальность действия - до 10 метров. Впрочем, для широкоугольной оптики большего и не требуется. А достоинства активного автофокуса - в способности работать в условиях недостаточной освещенности (даже в полной темноте) и в простоте устройства.
И все же в современных цифровых фотоаппаратах среднего и старшего уровней больше распространен другой механизм фокусировки - пассивный. Его действие основано на том, что сфокусированное изображение имеет максимальную яркость, на которую и реагирует электронный датчик автофокуса (так называемая "автоматическая фокусировка контрастного типа").
Дальномер системы пассивной автофокусировки может иметь самую различную конструкцию. На лицевой панели некоторых компактных цифровых камер можно разглядеть пару прозрачных окон, за которыми располагаются зеркала светоприемника автофокуса. Одно из окон снабжено неподвижным отклоняющим зеркалом, второе - подвижным, которое соединено механически (или электрически) с моторным приводом фокусировочной оправы основного объектива. Световые потоки от зеркал попадают на отклоняющую призму, направляющую отраженный свет на поверхность пары матриц светочувствительных элементов. Когда сила тока на выводах элементов матрицы, облученной световым потоком от неподвижного зеркала, совпадет с силой тока элементов матрицы, облученной световым потоком от подвижного зеркала, электроника фотоаппарата придет к выводу, что фокус наведен.
Рис. 5.6. Оптические датчики автофокусировки компактного цифрового фотоаппарата
Иначе устроена пассивная фокусировка зеркальных камер. Пара матричных светоприемников, состоящих из множества элементов, установлена на обращающей пентапризме фотоаппарата. Каждая из матриц снабжена индивидуальной линзой, фокусирующей на поверхности светочувствительных элементов часть светового потока основного объектива. Электрические сигналы, индуцируемые элементами матриц фокусировки, анализируются электронной схемой сравнения. При максимальной яркости изображения, сфокусированного основным объективом (с моторным приводом фокусировочной оправы), элементы матриц индуцируют ток максимальной силы. Схема сравнения дает сигнал компьютеру камеры, что фокус наведен.
Конструкций механизмов пассивной фокусировки великое множество. Есть системы с многозонным замером, когда датчики особым образом сгруппированы на поверхности пентапризмы; есть системы с точечным замером, когда пара датчиков установлена в определенной точке призмы, соответствующей центральной части кадра; есть системы, в которых светоприемники располагаются в фокальной области объектива - рядом с затвором. Наконец, в качестве датчика механизма автофокусировки цифровых фотоаппаратов может использоваться светочувствительный сенсор камеры.
Системы пассивной автофокусировки, в которой датчики расположены за основным объективом фотоаппарата (TTL), работают наиболее точно. Именно таким автофокусом снабжено большинство популярных моделей любительских цифровых камер.
Помимо достоинств - высокой точности и скорости наведения объектива на резкость - у пассивной автофокусировки есть и серьезные недостатки. Пассивная фокусировка плохо работает в условиях недостаточной освещенности. В некоторых камерах (среди пленочных - в зеркальных фотоаппаратах Pentax и Minolta, среди цифровых - в зеркальных камерах Canon и Sony и в компактных фотоаппаратах) в качестве вспомогательного источника света при автоматической фокусировке в темноте используется встроенная вспышка. При недостатке света встроенный в камеру осветитель дает серию коротких предвспышек, освещающих объект съемки. В других камерах (среди пленочных и цифровых - в зеркальных камерах Nikon) для подсветки автофокуса используется лампа-прожектор, которая включается при половинном нажатии кнопки спуска.
Другой недостаток пассивного автофокуса - неуверенное срабатывание при съемке близкорасположенных контрастных объектов. Пример - съемка зверей в зоопарке, когда объектив фокусируется на решетке клетки и оставляет объект съемки вне фокуса. Бороться с этим эффектом приходится при помощи механизма блокировки установленного значения фокуса, наводя на резкость по объекту, расположенному примерно на таком же расстоянии. Для этого следует оценить расстояние до снимаемого объекта (в данном случае до животного) на глаз, отыскать предмет, находящийся примерно на том же расстоянии, навести на него объектив и наполовину нажать спусковую кнопку. Фотоаппарат сфокусирует объектив и запомнит параметры автофокусировки (равно как и параметры экспозиции - значение выдержки и диафрагмы, об этом тоже не следует забывать). Затем, не отпуская спусковую кнопку, объектив переводят на снимаемый объект, кадрируют изображение и производят съемку. Так же следует поступать и при съемке через залитое дождем стекло окна. И при съемке фигуры, частично скрытой редкими кустами. И при фотографировании лица человека в толпе, если требуется сфокусировать объектив именно на этом лице…
Труднопреодолимым недостатком любых механизмов автоматической фокусировки, а точнее, самих цифровых фотоаппаратов с высокой степенью автоматизации, можно считать отсутствие ручной фокусировки. Навести объектив на резкость самостоятельно, без участия автомата, позволяют только дорогие камеры, вроде Canon PowerShot G7. То же, кстати, касается и установки параметров экспозиции. Любительские цифровые фотоаппараты среднего уровня позволяют лишь ввести экспозиционную поправку (как правило, через экранное меню встроенного дисплея, что оперативности фотосъемке явно не добавляет, а зачастую делает введение экспозиционной поправки и вовсе невозможным). Счастливым исключением являются бюджетные камеры серии Canon PowerShot серии Axxx, в которых реализованы и полуавтоматические (с приоритетом диафрагмы и выдержки), и ручные режимы установки экспозиции. Это, кстати, и определяет высокую популярность таких камер, как Canon PowerShot А430 (на сегодняшний день самая доступная полнофункциональная цифровая камера) и A540 (самый продаваемый любительский фотоаппарат) и их соседей в модельной линейке цифровых компактов ведущего мирового производителя фототехники.
<
Жидкокристаллические дисплеи и система управления цифрового фотоаппарата
Интернет-Университет Информационных Технологий
http://www.INTUIT.ru
Жидкокристаллические дисплеи и система управления цифрового фотоаппарата: версия для печати и PDA
Кнопки управления и опции меню настроек контрольного дисплея могут поставить неопытного фотографа в тупик. Между тем, системы управления различных моделей цифровых фотоаппаратов имеют много общего.
Жидкокристаллический контрольный дисплей цифрового фотоаппарата - инструмент универсальный и в практическом применении очень удобный. Во-первых, управление многочисленными режимами работы фотоаппарата и сервисными функциями реализовано через многоуровневое экранное меню дисплея. Во-вторых, контрольный дисплей выводит текущую информацию о наличии на карте флэш-памяти свободного места (количество оставшихся кадров), о времени и дате, о состоянии аккумуляторов, о задействованном программном режиме и об экспозиционных параметрах съемки. В-третьих, в абсолютном большинстве современных цифровых камер контрольный дисплей работает в качестве электронного видоискателя. И, наконец, контрольный дисплей позволяет просмотреть отснятые кадры по отдельности или в виде уменьшенных изображений по 9 (в некоторых моделях до 25) кадров на экран (режим preview), увеличить каждый кадр, чтобы лучше оценить его качество, удалить отдельные снимки или все сразу, подвергнуть снимки обработке встроенным программным фильтром, получив эффект черно-белой фотографии, сепии или негативного изображения.
Мы уже говорили, что в некоторых цифровых камерах начального уровня цветной контрольный дисплей выполняет функции основного и единственного видоискателя. Добавим - не только в камерах начального уровня, но и в достаточно дорогих ультракомпактных фотоаппаратах, в том числе и предназначенных для творческой съемки. В качестве примера можно привести замечательные фотоаппараты Panasonic Lumix, выпускаемые японской компанией Matsushita.
Рис. 6.1. В фотоаппаратах Panasonic Lumix контрольный дисплей служит единственным инструментом компоновки кадра
Значение контрольного дисплея трудно переоценить, но в практической съемке пользоваться им неподготовленному фотографу, не имеющему опыта работы с цифровыми фотоаппаратами, не так просто. Один из самых существенных недостатков, который мы уже упоминали, это неразличимость изображения на экране дисплея при ярком солнечном освещении. В некоторых камерах, вроде выпущенного несколько лет назад Panasonic Lumix DMC-LC5, применялись светозащитные шторки (бленды), раскладывающиеся в виде шахты, как у прямых зеркальных видоискателей двух- и однообъективных среднеформатных и профессиональных малоформатных пленочных "зеркалок". В других фотоаппаратах (их, кстати, не так много) используются рефлективные жидкокристаллические матрицы с отражающей подсветкой. В этом случае лучи солнца отражаются от зеркальной подложки экрана дисплея и сами служат в качестве "лампы" подсветки. Но какие бы технические решения ни применялись, полностью вытеснить телескопические и зеркальные видоискатели контрольные ЖК дисплеи пока не могут.
Еще один недостаток встроенных в цифровые камеры дисплеев - неточное изображение реальной картинки или только что отснятого кадра. Надо осознавать, что точность отображения встроенного дисплея зависит от его разрешения. Сколько элементов можно расположить на матрице с диагональю в 1,8-2-2,5 дюйма? В очень популярном фотоаппарате Canon PowerShot A540 экран имеет размер 2,5 дюйма по диагонали и всего около 85 тысяч ячеек жидкокристаллической матрицы. Изображение на таком экране выглядит зернистым до такой степени, что становится трудно оценить степень наведения объектива на резкость и различить мелкие детали картинки.
Рис. 6.2. Контрольный дисплей фотоаппарата Canon PowerShot A540
О другой особенности контрольного дисплея - виньетировании размера кадра при использовании экрана в качестве видоискателя - говорят мало. Между тем эффект виньетирования (или подрезания границ кадра) в той или иной степени присущ большинству дисплеев компактных цифровых фотоаппаратов Дело в том, что для вывода изображения на экран, когда он работает в режиме видоискателя, используется только средняя часть светочувствительной матрицы, в которой реализован режим покадрового переноса зарядов. Остальная площадь матрицы работает только в режиме построчного переноса зарядов - для снижения стоимости сенсора и для более рационального использования поверхности кремниевого кристалла матрицы. В этом плане электронный видоискатель можно сравнить с оптическими видоискателями бюджетных пленочных "зеркалок". Зеркальный видоискатель способен отобразить от 80 до 90 процентов площади кадрового окна (очень редко до 95 процентов). Причина - в размерах подъемного зеркала, расположенного между задней линзой объектива и фокальной плоскостью (плоскостью пленки). Для увеличения площади отображения придется увеличить и размер зеркала, а вместе с ним и размер фокусировочного экрана. Поэтому с виньетированием кадра зеркальным видоискателем приходится мириться.
В лучшем положении оказываются владельцы дальномерных пленочных камер, особенно таких совершенных, как Leica M6 и M7. Телескопический видоискатель этих фотоаппаратов охватывает площадь, превышающую площадь кадрового окна. У фотографа появляется возможность видеть то, что выходит за рамки кадра, ориентируясь по светящейся ограничительной рамке. Это кардинальным образом изменяет технологию композиционного решения кадра (чем, собственно, и обусловлена неувядающая популярность "дальномерок" у серьезных мастеров художественной и документальной фотографии).
Рис. 6.3. Пленочный дальномерный фотоаппарат Leica M7
Но у владельцев цифровых фотоаппаратов имеется точно такая же возможность - воспользоваться телескопическим видоискателем, если он у камеры, конечно, есть. Таким образом, любые недостатки встроенного контрольного дисплея меркнут, если рассматривать его как вспомогательный, а не основной инструмент для кадрирования будущего снимка.
В конструкцию жидкокристаллического экрана встроенного цветного дисплея заложены самые передовые достижения цифровых технологий последней четверти XX века. Принцип действия ЖК матрицы основан на способности некоторых веществ, находящихся в аморфном состоянии, менять свою кристаллическую структуру под воздействием электрического потенциала.
Жидкие кристаллы наделены свойствами твердого вещества, поскольку имеют кристаллическую структуру, и в то же время жидкого вещества, поскольку обладают текучестью и вязкостью. Если к капле субстрата, в котором хаотично располагаются жидкие кристаллы, подвести электрический потенциал положительной или отрицательной полярности, то кристаллы вещества расположатся в строго определенном порядке - параллельно или перпендикулярно подводящему потенциал электроду. То есть под воздействием электрического потенциала жидкие кристаллы упорядочивают свою структуру.
Прежде чем рассмотреть подробней устройство жидкокристаллических матриц, вновь обратимся к конструкции цифрового фотоаппарата. Все цифровые камеры снабжены жидкокристаллическими дисплеями. Но дешевые камеры-игрушки, популярные несколько лет назад, а ныне окончательно вытесненные сотовыми камерофонами, имеют символьный монохромный дисплей, как у наручных электронных часов. Информация на таком дисплее выводится в символьном виде, а сама матрица называется сегментной, поскольку все символы - буквы и цифры - строятся из отдельных элементов, или сегментов.
Монохромный дисплей фотоаппарата (кстати, не только цифрового, но и любого пленочного, имеющего автофокус и экспозиционную автоматику, начиная с недорогих компактных, заканчивая профессиональными зеркальными камерами) выводит на экран необходимый минимум информации. Символьные дисплеи в компактных цифровых фотоаппаратах редкость, но они применяются в зеркальных камерах, например, в Canon EOS D350. Они выполняют второстепенную, сугубо информационную функцию, но, тем не менее, очень удобны.
Рис. 6.4. Вспомогательный символьный дисплей
Теперь поговорим об устройстве монохромных жидкокристаллических матриц с сегментным отображением информации. Конструктивно жидкокристаллическая матрица представляет собой пакет тонких стекол с пленочными прокладками между ними. Первый слой (от основания экрана к его поверхности) отражает проникающий через стекла матрицы внешний свет. Если дисплей предназначен для работы в качестве вспомогательного монохромного индикатора цифрового (как у только что упомянутой цифровой "зеркалки" или, что будет более показательно, у профессиональных камер) или пленочного фотоаппарата, а также для установки в электронные часы, отражающий слой матрицы может быть дополнен лампами подсветки. При этом подсветка может иметь разную конструкцию - в виде излучающих светодиодов, установленных по краям стеклянной пластины и освещающих ее торцы, или в виде светящейся полимерной панели, работающей по принципу люминесцентной лампы (эффект свечения фосфора в среде нейтрального газа).
За отражающим слоем располагается подложка матрицы. Для уменьшения общей толщины панели отражающая свет амальгама может наноситься на внешнюю поверхность подложки (что в часах чаще всего и делается). Подложка прикрыта покровным стеклом, а между ними находится тончайшая прокладка, разделяющая промежуток между слоями стекла на герметичные ячейки. В эту прокладку (либо в подложку) вмонтированы полупрозрачные электроды. А ячейки матрицы заполнены жидкими кристаллами. Ячейки выполнены в виде полосок, образующих сегменты экрана. Над покровным стеклом матрицы располагается поляризационный фильтр, пропускающий только световые волны определенной направленности (этот фильтр обычно многослойный - для улучшения поляризации).
Работает матрица следующим образом. Контроллер матрицы посылает электрический сигнал к выводам каждой ячейки, образующей сегмент изображения. Накапливающийся на конце электрода потенциал воздействует на жидкие кристаллы, заставляя их располагаться упорядоченно - параллельно лучам отраженного от амальгамы света или перпендикулярно - в зависимости от полярности потенциала. Если кристаллы располагаются перпендикулярно лучам света, сегмент выглядит темным, если параллельно - он невидим. Без подсветки сзади сегменты матрицы неразличимы. Поляризационный фильтр служит для поглощения световых волн иной направленности и тем самым улучшает качество изображения на дисплее (попросту делает его видимым).
Как только электрический потенциал на электродах ячеек исчезает, жидкие кристаллы приходят в исходное хаотичное состояние, и изображение на экране матрицы разрушается. Чтобы этого не происходило, сигналы контроллера обновляются с определенной частотой. Из-за того, что жидкие кристаллы обладают свойством инерции, они не успевают изменить положение за время обновления потенциала на электроде ячейки. И сегмент дисплея кажется неизменным постоянно - до момента смены значения того или иного индикатора.
Если устройство монохромной жидкокристаллической матрицы с сегментным отображением информации кажется простым, то это ошибочный вывод. Матрица имеет очень сложное устройство. Достаточно вспомнить, что первые электронные калькуляторы и наручные часы с дисплеями на жидких кристаллах появились только в начале 70-х годов 20-го века, уже после того, как человек побывал на Луне. Однако устройство цветной жидкокристаллической матрицы, устанавливаемой в цифровые фотоаппараты в качестве контрольного дисплея (добавим - и в ноутбуки, и в ЖК мониторы персональных компьютеров, и в контрольно-измерительные, навигационные и прочие электронные приборы), намного сложней.
Жидкокристаллические матрицы цифровых фотоаппаратов, в отличие от сегментных, выводят изображение в графическом виде. То есть изображение строится не из сегментов, из которых складываются символы - буквы и цифры, а из отдельных точек - пикселей.
Количество пикселей матрицы определяет разрешение экрана. Например, матрица ноутбука с экранным разрешением XGA (1024х768 пикселей) содержит 786432 элемента, каждый из которых представляет собой микроскопический пузырек с жидкими кристаллами внутри. Разрешение матрицы не может быть увеличено вообще и не может быть уменьшено без специальных программных средств. Если изменить экранное разрешение ноутбука на меньшее, то мы увидим, что в построении изображения задействована только центральная часть экрана, а его края останутся темными. Причина в прямом способе адресации жидкокристаллической матрицы - контроллер посылает сигнал на электрод каждой ячейки непосредственно, а не последовательно (построчно), как в случае с электронно-лучевой трубкой компьютерных мониторов и телевизоров. К сведению, если на ноутбуке требуется установить полноэкранный режим отображения информации при пониженном разрешении, используется программная интерполяция, замещающая отсутствующие пиксели элементами с усредненными значениями яркости соседних элементов изображения. Качество картинки при этом сильно ухудшается.
Рис. 6.5. Жидкокристаллический экран портативного компьютера
Жидкокристаллические матрицы с графическим представлением информации подразделяются на два типа - пассивные и активные. Ячейки пассивных матриц работают так же, как и ячейки сегментных матриц. Отличия в размерах ячеек - у пассивной матрицы с графическим представлением информации размер ячейки не превышает 0,28 мм, соответственно существенно меньше размеры подводящих потенциалы электродов, а площадь матрицы, панели подсветки и поляризационных фильтров - больше.
Пассивные монохромные матрицы до сих пор устанавливаются в недорогие карманные компьютеры, ноутбуки специального назначения и в контрольно-измерительные приборы. То есть в устройства, не требующие динамического обновления изображений, при котором сказывается основной недостаток пассивных матриц - высокая инерционность изображения. При этом пассивные матрицы обладают низким энергопотреблением и долговечностью. В пассивных матрицах не бывает "битых" пикселей. Они сохраняют работоспособность в течение 10 и более лет.
Эффект инерционности проявляется в том, что при резком перемещении курсора или при воспроизведении видео (запуске игр, любого приложения, в котором экранная картинка изменяется быстро) изображение смазывается, а курсор становится неразличимым.
Инерционность пассивной жидкокристаллической матрицы обусловлена ее конструктивными особенностями. Потенциалы ячеек матрицы обновляются с определенной частотой (стандартное значение 60 Гц). В промежутке между обновлениями кристаллы стремятся вернуться в исходное хаотичное положение. А при подводе потенциала на кристаллы действуют разнонаправленные силы - сила инерции, стремящаяся вернуть кристалл в первоначальное положение, и электромагнитное поле, стремящееся придать кристаллу упорядоченное положение. На преодоление противодействия инерции уходит некоторое время, в результате матрица не "успевает" отреагировать на сигналы контроллера дисплея.
Положение можно исправить, если подвести к каждой ячейке матрицы не электрод, а транзистор, который меняет полярность потенциала на своих выводах только при подаче на него явным образом электрического тока иной направленности. По этому принципу и устроена активная жидкокристаллическая матрица. Вместо электродов каждая ячейка матрицы снабжена тонкопленочным транзистором. Пока контроллер не изменит состояние транзистора, послав соответствующий электрический сигнал, транзистор сохраняет электрический потенциал и удерживает положение жидких кристаллов в неизменном положении. К тому же транзистор способен усиливать электрический ток, а потому управляющий потенциал ячейки активной матрицы имеет большую величину, чем потенциал на электроде ячейки пассивной матрицы.
Технологически производство активных жидкокристаллических матриц намного сложней, чем производство матриц пассивных. Конструкторам приходится решать две противоположные задачи - снабдить каждую ячейку надежно работающим транзистором, но при этом сами транзисторы должны быть прозрачными и не препятствовать прохождению света через матрицу.
До сих пор мы говорили о принципах работы монохромных жидкокристаллических матриц. Но в цифровые фотоаппараты устанавливаются исключительно цветные матрицы. Как в жидкокристаллических матрицах реализован вывод цветного изображения?
Известно, что цветное изображение можно получить сложением базовых цветов по модели RGB - красного, зеленого и синего. Есть и другие цветовые модели (например, применяющаяся в печатающих устройствах CMYK - Cyan, Magenta, Yellow, blacK - зелено-голубой, красно-малиновый, желтый и черный, аббревиатура составлена по выделенным буквам), но модель RGB оказывается наиболее простой и, соответственно, наиболее технологичной.
Чтобы получить цветное изображение на жидкокристаллической матрице, каждый ее элемент, ячейку с жидкими кристаллами, приходится делить на более мелкие субэлементы. При этом каждая ячейка состоит из трех субэлементов и называется триадой. Размер субэлемента втрое меньше размера ячейки. Каждый из субэлементов оснащен микросветофильтром - красным, зеленым или синим. При подаче на транзистор субэлемента сигнала определенной полярности жидкие кристаллы изменяют свое положение относительно проходящего через слои матрицы света от лампы подсветки, либо препятствуя прохождению световой волны, либо не препятствуя. В результате субэлементы триады формируют цвет пикселя матрицы.
При всей сложности и хрупкости жидкокристаллической матрицы, которая изготавливается из тончайших пластин оптического стекла, это достаточно прочная и надежная деталь цифрового фотоаппарата. Дисплей, установленный на камере, защищен толстым покровным стеклом, обладающим повышенной устойчивостью к царапинам. Однако случайный удар по поверхности покровного стекла, например, при падении камеры, выведет дисплей из строя. Поэтому владельцу цифрового фотоаппарата придется беречь не только оптику камеры, но и контрольный дисплей. Для обеспечения сохранности дисплея чаще всего используются специальные экранные протекторы - прозрачные пластиковые пленки, удерживающиеся на поверхности экрана посредством статики (клей не применяется), обеспечивающие защиту от царапин и придающие покровному стеклу экрана большую механическую прочность.
Характерной особенностью эксплуатации цифрового фотоаппарата является его использование в любых условиях, в том числе и при ярком солнечном освещении. Идеальные для большинства фотолюбителей условия съемки противоречат условиям беспроблемного функционирования жидкокристаллической матрицы. Изображение на экране дисплея при ярком освещении трудно рассмотреть потому, что яркости и контрастности любой, даже самой совершенной, матрицы оказывается недостаточно для отображения информации на экране, залитом ярким дневным светом. Для сравнения - показатель яркости изображения жидкокристаллических матриц не превышает 1:250 (соотношение яркостей между полностью погасшей и максимально светящейся точками), а электронно-лучевых телевизионных трубок 1:500 и выше. При этом солнечные лучи, попадающие через окно на экран телевизора, делают изображение неразличимым. Что же говорить о ЖК матрице?
Для преодоления этого эффекта дисплеи цифровых фотоаппаратов снабжаются лампами подсветки с регулируемой яркостью свечения. Радикальным способом решения проблемы можно считать применение матриц с рефлективной подсветкой. Добавим - казалось бы, можно. На самом деле не все так просто, и рефлективная подсветка проблемы не решает.
Матрица с рефлективной подсветкой от обычной активной матрицы отличается, как мы уже говорили, устройством внутренней панели, на которую возлагается роль источника света. В обычном случае эта панель представляет собой стеклянную плоскую призму, по боковым сторонам которой располагаются лампы. Подсвечивая торец призмы, лампы приводят к свечению всей ее поверхности. У матрицы же с рефлективной подсветкой стеклянная пластина покрыта отражающей амальгамой и расположена под углом к нижней поверхности матрицы. С одной стороны отражающей пластины располагаются лампы подсветки. При включенных лампах экран освещается ими, при отключенных - лучами солнечного света, проходящими через прозрачные слои матрицы и отражающимися от амальгамы стеклянной пластины. Другой вариант - стеклянная пластина выполнена в виде треугольной с узких торцов призмы, то есть имеет переменную толщину от одного длинного края к другому. Наконец, пластина может состоять из двух расположенных под небольшим углом частей или быть выполненной в виде такой же плоской призмы. Конструкций множество, технология производства компактных жидкокристаллических дисплеев бурно прогрессирует...
Недостаток дисплеев с рефлективной подсветкой - значительные цветоискажения. При ярком солнечном освещении лампа подсветки отключается и экран дисплея подсвечивается отражающей пластиной. Изображение на экране хорошо различимо, но цветопередача, контраст и яркость изображения при этом зависят от параметров внешнего источника света. Поворот экрана, тень, упавшая на камеру (а дисплей фотоаппарата всегда находится в тени), отражение от какой-либо поверхности (например, кирпичной стены или цветной рубашки фотографа), все это влияет на экранное изображение. Более того, даже при включенной лампе изображение на экране дисплея с рефлективной подсветкой имеет пониженную яркость. Это не позволяет правильно оценить только что отснятый цифровой камерой кадр и сильно мешает в визуальной оценке качества цветопередачи.
Стоит ли в таком случае говорить о рефлективных матрицах? Стоит, если учесть, что кроме собственно фотоаппаратов существует такой класс цифровых устройств, как смартфоны. К примеру, популярнейшие смартфоны Nokia семейства S60, оснащенные 2-х и 3-х мегапиксельными сенсорами CMOS активно используются владельцами в качестве фотоаппаратов. Экраны в этих смартфонах установлены именно рефлективные (точнее - трансфлективные, еще более независимые от внешней яркой засветки). Правда, качество снимков, получаемых посредством смартфона, не позволяет даже думать о каком-либо творчестве. Это лишь карманный фоторегистратор, простой аппарат для быстрой документальной съемки и не более того. Но, заметим, потрясающе привлекательный...
Рис. 6.6. Смартфон Nokia, который может работать в качестве простого цифрового фотоаппарата
Контрольный дисплей цифрового фотоаппарата выполняет множество функций. Это и электронный видоискатель, и инструмент для просмотра отснятых кадров, и многофункциональное устройство управления функциями камеры. Система управления реализована при помощи многоуровневого многостраничного экранного меню. Правильная компоновка меню способствует комфортной работе с цифровой камерой и, наоборот, нелогично обустроенное меню способно испортить даже очень хороший фотоаппарат.
Органы управления цифровым фотоаппаратом сгруппированы на верхней и задней панелях корпуса камеры. На верхней панели располагаются (с некоторыми отличиями от модели к модели) спусковая кнопка затвора, трехпозиционный переключатель управления моторным приводом изменения фокусного расстояния зуммируемого объектива (этот переключатель может быть заменен трехпозиционной клавишей на, чаще всего, задней или, реже, передней панели корпуса камеры) и дисковый селектор выбора рабочих режимов фотоаппарата.
Рис. 6.7. Кнопки верхней панели цифрового фотоаппарата Panasonic Lumix
Рис. 6.8. Кнопки задней панели цифрового фотоаппарата Panasonic Lumix
Рис. 6.9. Кнопки верхней панели цифрового фотоаппарата Canon PowerShot
Рис. 6.10. Кнопки задней панели цифрового фотоаппарата Canon PowerShot
На задней (или верхней, как у компактных камер Canon и Panasonic) панели корпуса располагаются главный выключатель питания, кнопка активации и переключения режимов работы встроенной вспышки, включатель серийной съемки, кнопка экспокоррекции, кнопка включения/выключения цветного контрольного дисплея, кнопка вызова экранного меню и четырехпозиционная круглая кнопка навигации по меню. Этой же кнопке могут быть присвоены функции включения экспокоррекции, быстрого выбора светочувствительности сенсора и установки электронного автоспуска.
Включив камеру главным выключателем, мы увидим освещенное лампой подсветки экранное меню на фоне сфокусированного объективом изображения. Если это первое включение фотоаппарата после длительного хранения без элементов питания, то компьютер камеры предложит установить дату и время на внутренних часах. В некоторых камерах (Canon PowerShot) внутренние часы оснащаются автономным литиевым элементом питания, позволяющим сохранить установки при длительном обесточивании камеры. Но в большинстве бюджетных моделей показания часов при изъятии батареи питания через некоторое время обнуляются. В фотоаппаратах начального и среднего уровня производства Nikon, Panasonic и других внутренние часы способны сохранять отсчет времени в течение от нескольких часов, до полугода, что позволяет не корректировать дату после каждой зарядки аккумуляторов (на полное восстановление заряда аккумуляторов обычно требуется 4-5 часов).
Кнопка включения дисплея последовательно переводит экран в три рабочих режима.
Первый режим - режим полной индикации. При этом на экран выводится ряд символьных индикаторов, отображающих параметры работы фотоаппарата. Типичное расположение этих элементов (на разных камерах набор индикаторов может быть различным) таково: в верхней левой части экрана дисплея - символ включенной рабочей программы, совпадающий с символом задействованного режима дискового сектора. Затем - режим встроенной вспышки (автоматическое срабатывание, защита от эффекта "красных глаз", медленная синхронизация, принудительное включение, принудительное отключение).
В верхней правой части экрана дисплея - значение установленного разрешения, степени сжатия графического файла и состояния аккумуляторной батареи. Ниже - индикатор установленного значения светочувствительности сенсора и количество свободных кадров.
В центре экрана видна ограничительная рамка, соответствующая зоне действия автофокуса. В нижней центральной части экрана при включении на несколько секунд выводятся время и дата внутренних часов.
При частичном (на половину хода) нажатии на спусковую кнопку на экране возникает зеленая светящаяся точка, означающая, что экспонометр установил экспозиционные параметры, а механизм автоматической фокусировки навел объектив на резкость. Одновременно в нижней части дисплея выводятся значения установленной автоматом диафрагмы и выдержки. Между прочим, это позволяет использовать цифровую камеру в качестве электронного экспонометра, если фотограф снимает не только на "цифру", но и активно пользуется механической пленочной камерой.
Второй режим, в который кнопка переключения состояния дисплея переводит жидкокристаллический экран - режим частичной индикации. В этом режиме на экране видна только рамка активной зоны автофокуса, что облегчает композиционное построение кадра при помощи контрольного дисплея. При половинном нажатии спусковой кнопки в этом режиме значения диафрагмы и выдержки не выводятся, на экране видна только зеленая светящаяся точка, обозначающая готовность камеры к съемке.Наконец, третий режим, в который кнопка переключения переводит контрольный дисплей камеры - выключенное состояние. Отключение дисплея позволяет значительно продлить работу аккумуляторов, поскольку лампа подсветки экрана и сама жидкокристаллическая матрица являются одними из самых энергоемких узлов камеры. Кроме того, с выключенным дисплеем фотоаппарат быстрей приходит в рабочую готовность после включения камеры.
Отключать контрольный дисплей рекомендуется и тогда, когда фотограф использует для компоновки кадра телескопический видоискатель, и во время съемки на ярком солнце, когда изображения на экране все равно не видно.
Если при включенном контрольном дисплее нажать кнопку вызова меню, то на экране появятся пункты меню установок фотоаппарата. Количество пунктов и страниц меню на разных моделях камер может быть различным. Вот их типичный набор.
Первая страница, первая строка - W. Balance, установка баланса белого, один из важнейших параметров цифровой съемки (о балансе белого поговорим отдельно). Первый пункт меню - автоматическая установка - компьютер камеры сам определяет цветовую температуру источника света.Второй пункт - солнечный свет.Третий - рассеянное естественное освещение (солнце скрыто облаками).Четвертый - освещение галогенными лампами.Пятый - установка баланса белого вручную.Второй пункт - Pict. Size, установка разрешения снимков. В камерах среднего уровня выбранное значение разрешения сохраняется при выключении камеры. В недорогих фотоаппаратах этот параметр приходится переустанавливать каждый раз, когда фотографа не устраивает разрешение по умолчанию (обычно среднее).Третий пункт меню - Quality, выбор степени сжатия графических файлов. В виде таких файлов снимки сохраняются на карте флэш-памяти или во внутренней памяти фотоаппарата. Обычно это 2-3 значения. Выбор наибольшего значения позволяет увеличить количество кадров, умещающихся на карте памяти, но приводит к некоторому ухудшению изображения. Если в камере есть функция выбора типа графического файла, в котором хранится цифровой снимок, то в меню будет и этот пункт. В любительских фотоаппаратах снимки обычно сохраняются в формате JPEG, который допускает значительную компрессию графики.Четвертый пункт меню - Sensitivity, установка чувствительности сенсора. Значения - auto (при недостаточном освещении автомат устанавливает светочувствительность 200 ISO, при нормальном - 100 ISO), 100 единиц ISO, 200 и 400 единиц.Пятый пункт меню - D. Zoom, включение и выключение цифрового зума (мы об этой неоднозначной функции уже говорили).
Переход от пункта к пункту и активация режимов производятся кнопкой навигации по меню. Четыре ее положения - вверх, вправо, вниз и влево - обозначены стрелками. Такими же стрелками обозначаются выбранные пункты меню. То есть для выбора меню нажимаем навигационную кнопку вниз, для перемещения по строке меню, чтобы выбрать нужный пункт - вправо/влево, для активации пункта меню - вниз, для отмены - вверх. Все просто и очевидно.
При достижении нижнего пункта меню первой страницы происходит автоматический переход на вторую страницу.
Первый пункт второй страницы меню - Monitor, установка яркости лампы подсветки контрольного дисплея.Второй пункт меню - Auto Review, включение режима автоматического вывода на экран дисплея последнего отснятого кадра. При активации этого пункта каждый последний снимок будет появляться на экране дисплея в течение 1 секунды. Этот режим удобен для быстрой оценки качества снимка, но сказывается на времени готовности камеры для следующего снимка.Третий пункт - Beep, включение или отключение звуковой сигнализации. Нажатие на любую кнопку, срабатывание затвора, включение/выключение камеры будет сопровождаться негромким звуковым сигналом. Удобно при работе с фотоаппаратом "вслепую", то есть во время оперативной съемки. Если камера используется для скрытой съемки, в общественных местах, например, в театре, звук лучше отключить.Четвертый пункт - Power Save, выбор интервала автоматического отключения питания фотоаппарата. Можно выбрать интервал в 2 минуты, в 5 минут или режим ручного отключения. Автоматическое отключения питания при длительном простое камеры позволяет сберечь энергию аккумуляторов.Пятый пункт - Clock Set, установка даты и времени внутренних часов фотоаппарата.
При переходе к следующему пункту меню происходит автоматическое переключение на третью страницу.
Первый пункт третьей страницы меню - No. Reset, сброс файловых номеров, присваиваемых каждому кадру, автоматически на 0001 (может использоваться иной формат названия файла, но всегда со сквозной общей нумерацией). Опции две - активация сброса файловых номеров и отмена сброса. Эта функция нужна для устранения путаницы с уникальными именами файлов (на персональном компьютере каждому снимку можно присвоить любое имя, в камере - только то, что присваивается автоматически) при применении нескольких сменных карт памяти.Второй пункт - Language, выбор языка системы экранного меню. Количество доступных языков зависит от варианта камеры. Если она выпущена для продажи в странах Европы, то в меню выбора языков будут доступны английский, немецкий, французский, русский и другие языки. В азиатских вариантах доступны английский, японский или китайский языки.Третий, последний пункт меню - Memory, сохранение установленных настроек в памяти камеры. Полностью настроив фотоаппарат, можно сохранить все значения (кроме настроек часов и даты), чтобы не перенастраивать камеру после длительного обесточивания.
Если вызвать экранное меню в режиме просмотра кадров (первое положение дискового селектора фотоаппарата), то содержание меню изменится.
На первой странице появится пункт удаления снимков из памяти. При этом меню имеет ряд вложенных опций - Delete, выбор снимка для удаления (снимок выводится на экран) или удаление всего содержимого памяти. Третья опция этого меню активирует форматирование карты флэш-памяти, во время которого снимки безвозвратно стираются, а на карту заново наносится разметка, как на любом дисковом накопителе - дискете или жестком диске. Второй пункт первой страницы меню - Protect, защита от случайного удаления выбранных или всех снимков, хранящихся в памяти камеры или на карте флэш-памяти.Третий пункт - DPOF, установка параметров печати снимков непосредственно с карты памяти. В этом меню можно выбрать снимки для распечатки, установить количество копий, затем переставить карту в принтер, поддерживающий функцию печати с карты памяти и произвести распечатку. Функция DPOF поддерживается портативными струйными и сублимационными принтерами для оперативного получения снимков на бумаге небольшого (до 10х15 см) формата.Четвертый пункт меню - Slide Show, служит для включения режима "слайд-шоу". В этом режиме отснятые кадры, хранящиеся на карте флэш-памяти, выводятся на экран дисплея последовательно с небольшим интервалом. Эта функция позволяет освежить в памяти, что и где отснято.После четвертого пункта первой страницы меню на экране возникает вторая страница, состоящая из уже описанных пунктов. Это Monitor, или установка яркости лампы подсветки дисплея, Beep, или включение звуковой сигнализации, Power Save, или выбор интервала автоматического отключения питания, Clock Set, или установка даты и времени, Language, или выбор языка меню.Третью страницу открывает пункт - Video выбора видеостандарта PAL или NTSC для правильного отображения снимков при подключении фотоаппарата ко входу AV телевизора специальным кабелем. Последний пункт меню третьей страницы - Memory, сохранение настроек в памяти фотоаппарата.
Остается добавить, что индикация на встроенном контрольном дисплее обычно дополняется световыми индикаторами. Пара индикаторов зеленого и красного цвета располагается на задней поверхности корпуса камеры (или рядом с окуляром телескопического видоискателя). Зеленый светодиод загорается при включении камеры, красный горит при перезаписи снимков из основной памяти камеры (буферной) на карту памяти, мигает при зарядке конденсатора встроенной вспышки или часто мигает при невозможности съемки при ошибке автофокуса или недопустимо низкого освещения (с отключенной вспышкой). Красный световой индикатор на лицевой панели мигает медленно при срабатывании электронного автоспуска камеры, а когда до срабатывания затвора остается 2 секунды, начинает мигать с увеличенной частотой...
Описанная система управления цифровой камеры может отличаться (и наверняка будет отличаться обязательно) в деталях для каждой конкретной модели фотоаппарата. Здесь приведены лишь общие принципы организации построения экранного меню и функционального назначения кнопок.
<
Фотооптика
Интернет-Университет Информационных Технологий
http://www.INTUIT.ru
Фотооптика: версия для печати и PDA
Качественный объектив - одно из важнейших условий для обеспечения безупречного технического качества фотоснимка. Все современные цифровые фотоаппараты оснащаются совершенной оптикой. Но устройство объективов все-таки различается.
Объектив фотоаппарата или иного оптического прибора (зрительной трубы, бинокля и так далее) - это набор линз, вставленных в тубус, предназначенный для формирования резкого изображения на поверхности светочувствительного сенсора (или на сетчатке глаза, если речь идет о приборах для наблюдения).
Рис. 7.1. Объектив цифрового фотоаппарата
Для начала - элементарные сведения из области оптики. Всего существует шесть типов линз - три собирающих (двояковыпуклая, плосковыпуклая и вогнутовыпуклая) и три рассеивающих (двояковогнутая, плосковогнутая и выпукловогнутая). Расстояние перед линзой в оптике называется пространством предметов, расстояние за линзой - пространством изображений. Расстояние от оптического центра собирающей линзы до точки схождения лучей называется фокусным расстоянием линзы. А плоскость, на которой располагаются точки схождения боковых лучей, сфокусированных линзой, называется фокальной плоскостью.
В фокальной плоскости объектива фотоаппарата расположен светочувствительный сенсор. Если в камере применяется шторный (ламельный) затвор, то он устанавливается непосредственно перед фокальной плоскостью рядом с сенсором. Центральные затворы устанавливают в оправе объектива между линзами (междулинзовый центральный затвор), либо за задней линзой объектива (залинзовый центральный затвор). В цифровых фотоаппаратах чаще всего применяется междулинзовый затвор.
Рис. 7.2. Устройство объектива
Простейший объектив, устанавливаемый в самые недорогие цифровые фотоаппараты (например, в веб-камеры с опционной возможностью автономной работы в качестве фотоаппарата), зачастую состоит из одной линзы и называется "монокль" (хотя чаще применяются двулинзовые объективы ахроматы). Объективы подобного типа лишены каких-либо средств исправления искажений (аберраций) и обладают невысокой светосилой.
Светосила объектива - это отношение освещённости оптического изображения, образованного объективом в плоскости светочувствительного материала, к яркости фотографируемого объекта. Другой важный параметр - относительное отверстие объектива. Чем меньше числовое значение относительного отверстия, тем больше света пропускает объектив и тем выше его светосила.
Говоря о простейшем объективе, мы упомянули об оптических искажениях. Аберрациям в той или иной степени подвержены любые объективы, даже самые совершенные и дорогие. О каких именно искажениях речь и почему они возникают? Проблема в том, что стекло - далеко не идеальная среда для прохождения световых лучей. Стекло линзы на разных участках имеет различную оптическую плотность, эти отклонения ничтожно малы, но они неизбежны. В результате часть световых лучей отклоняется и приводит к возникновению ряда оптических искажений.
В простых объективах и в светосильных объективах с линзами большого диаметра чаще всего проявляется сферическая аберрация. В результате световые лучи, проходящие через разные участки линзы, фокусируются не в одной плоскости, и изображение становится нерезким. Наиболее эффективный способ устранения сферической аберрации - придание поверхности линзы асферической формы (то есть неравномерной выпуклости). При этом приходится доводить и полировать линзу вручную или на высокоточном оборудовании, что многократно удорожает объектив. Для упрощения этой операции была придумана остроумная технология, которая сегодня и применяется при производстве оптики для фотоаппаратуры массового назначения. На поверхность сферической линзы напыляется слой оптически прозрачной пластмассы, который и придает линзе асферическую форму.
Другой вид оптических искажений - хроматическая аберрация. На практике она наблюдается в виде цветных ореолов вокруг любых объектов. Хроматической аберрации подвержены длиннофокусные объективы, а возникает она из-за того, что стекло линзы по-разному преломляет световые волны различной длины (и, соответственно, различных цветов). Современные объективы почти полностью избавлены от этого недостатка, поскольку для изготовления линз используется низкодисперсное стекло, не разлагающее световые лучи на волны спектра. Особо низкодисперсные линзы применяются в дорогих объективах, которые обладают повышенной резкостью изображения.
Широкоугольная оптика подвержена другому виду искажений - дисторсии. Дисторсия - это искривление прямых линий по краям кадра. Все мы снимали архитектурные сооружения дешевыми пленочными "мыльницами" с широкоугольным объективом и замечали при этом, как "заваливаются" стены зданий на готовом отпечатке - высокие стены сходятся в верхней части снимка. Это и есть дисторсия. Избавиться от этого искажения можно двумя способами. Во-первых, применить более длиннофокусный, близкий к нормальному (с углом зрения 40-55 градусов), объектив. Во-вторых, попытаться исправить искажение прямых линий в графическом редакторе при обработке снимка. Хотя сама по себе дисторсия может оказаться интересным в художественном плане инструментом.
Два вида аберраций, присущих простейшим объективам - это астигматизм и кривизна поля изображения. Астигматизм приводит к тому, что точечные объекты, расположенные на расстоянии от оптической оси объектива (то есть сбоку от центра кадра) на снимке получаются в виде объемных эллипсовидных фигур. Точки расплываются, изображение выглядит нерезким. А кривизна поля изображения приводит к тому, что резкими получаются только объекты в центре кадра. Чем дальше расстояние от оптического центра линз объектива, тем резкость хуже. Кривизна поля изображения - обычный порок для объективов типа монокль. Правда, дешевые цифровые камеры спасает то, что площадь линзы объектива невелика и кривизна поля изображения не слишком заметна.
Склонность объектива к тому или иному виду аберраций один из основных показателей качества оптики. Аберрации устраняются различными техническими способами, а сами объективы при этом подразделяются на несколько типов.
Самый простой объектив ахромат. Он состоит из пары линз - собирающей и рассеивающей. Применение рассеивающей линзы в значительной степени устраняет сферическую аберрацию и хроматизм, но при этом остается астигматизм, дисторсия и кривизна поля изображения.
Апохромат полностью избавлен от хроматической аберрации, поскольку линзы в нем специальным образом подобраны под длину световых волн.
Объектив апланат состоит из двух ахроматических линз, поэтому хроматической и сферической аберраций в нем нет, но остаются кривизна поля изображения и астигматизм.
Наконец, самый совершенный тип, к которому относится подавляющее большинство современных фотообъективов - анастигмат. Анастигмат состоит, как минимум, из трех линз (триплет). Но чаще в нем применяется пять и более линз. В анастигмате в той или иной мере устранены все аберрации (точнее - сведены к приемлемому минимуму). Анастигматы обладают высокой светосилой и разрешающей способностью. На практике фотолюбителю придется иметь дело с объективом именно этого типа.
Среди технических характеристик объектива есть показатель, на который следует обратить особое внимание - разрешающая способность. Что это такое? Способность объектива передавать мелкие детали. Измеряется разрешающая способность не в пикселях или точках, а в линиях на миллиметр. Для измерения этого параметра фотографируют испытательную таблицу - специальное тестовое изображение с тонкими линиями. В том месте, где отдельные линии становятся неразличимы, и будет порог разрешающей способности. Важной характеристикой объектива является разброс разрешающей способности от центра кадра к краю. Дело в том, что в оптическом центре линз объектива разрешающая способность всегда выше, чем по краям. У хорошего объектива разница между разрешающей способностью в центре и по краям кадра не должна превышать 30%.
Еще одна важная деталь - просветление. Слышали о просветлении все, но что реально дает просветленный объектив? И как его… просветляют? Все достаточно просто. Если вы не новичок в фотографии, вам наверняка приходилось иметь дело с пленочным фотоаппаратом. И наверняка вы попадали в ситуацию, когда снимать приходилось "против солнца", то есть при контровом освещении. Что получалось в результате? Световые пятна, обычно шестиугольные, расположенные одно за другим. Это боковая засветка световыми лучами, попадающими в объектив под большим углом.
Рис. 7.3. Просветляющее покрытие передней линзы объектива
Другой случай - отражение солнца (любого мощного источника света, например, прожектора) на какой-либо плоской поверхности, например, на капоте автомобиля. При этом отражение окружено ореолом расходящихся лучей наподобие звезды. Эти эффекты проявляются из-за того, что поверхность линзы преломляет попадающие в объектив лучи света, которые затем многократно отражаются от поверхностей внутренних линз. Эти лучи называют паразитными (то есть не участвующими в построении изображения на поверхности светочувствительного сенсора). Чтобы избавиться от паразитных отражений, переднюю линзу объектива покрывают просветляющим слоем полимера. Этот слой имеет иной коэффициент преломления, нежели стекло передней линзы. Толщина слоя подбирается под длину светового луча определенного участка спектра. При попадании на линзу объектива бокового светового луча, он отражается от внутренней поверхности просветляющей пленки, возвращается и складывается с совпадающим по фазе колебаний основным световым лучом, участвующим в построении изображения, усиливая при этом общий световой поток. В результате пленка усиливает светопропускающую способность объектива, а потому и называется просветляющей.
Рис. 7.4. Паразитные отражения непросветленного объектива
Но так случается только со световым лучом определенной длины волны - универсальной просветляющей пленки, способной отразить лучи всего спектра не существует. Поэтому просветляющее покрытие изготавливают многослойным - до 10 слоев, расположенных один над другим. Каждый слой настроен на волны определенного участка спектра, а потому покрытие в целом способно работать с волнами любой длины.
От состава просветляющего покрытия зависят и цветовые характеристики объектива. Если просветляющее покрытие настроено на усиление световых лучей красной зоны спектра, то изображение имеет легкий теплый оттенок, особенно на границах контрастных переходов. Такие объективы называют теплорисующими. Если просветляющее покрытие настроено на усиление лучей синего участка спектра, то снимок приобретает легкий холодный оттенок (опять же, заметно на границах контрастных переходов). И такой объектив называется холоднорисующим. При этом цветовые акценты, расставляемые объективами, не выходят за рамки нормы и не могут считаться искажениями. При подборе оптики профессиональные фотографы обращают особое внимание на цветовые особенности объективов. Что касается любительской цифровой аппаратуры, то нам придется иметь дело преимущественно с теплорисующими объективами.
Просветляющее покрытие выполняет еще одну практическую функцию - защиты передней линзы объектива от механических повреждений. Полимер пластичней стекла и более устойчив к царапинам. Там где стекло даст микротрещину, пленка лишь деформируется и впоследствии выпрямится. Но не стоит слишком рассчитывать на прочность просветления. Пленка имеет очень небольшую толщину и многослойную структуру. При повреждении всего лишь одного полимерного слоя просветляющее покрытие перестанет выполнять основную функцию - подавления паразитных отражений.
Отличить просветленный объектив от непросветленного можно на глаз. Просветленная поверхность при попадании на нее света переливается всеми цветами радуги и выглядит темней обычного стекла. Остается добавить, что просветляющую пленку имеют только стеклянная линза, причем, исключительно передняя. Если вам посчастливилось обладать профессиональной цифровой камерой со сменными объективами (или вы по-прежнему храните верность старому доброму "Зениту"), помните - задняя линза объектива не имеет никакого защитного покрытия. А потому протирать ее тканью или ватой ни в коем случае не следует (хотя протирать переднюю линзу не меньшее варварство).
Раз уж коснулись темы материала, из которого изготовлены линзы объектива, поговорим и об этом. Для производства линз используется оптическая пластмасса и стекло различных сортов. Причем, линзы наиболее дорогих объективов изготовлены из низкодисперсного стекла с применением кристаллического кварца и флюорита. Пластмассовыми линзами снабжены объективы простейших фотоаппаратов. Применяется она и в стеклянных объективах в качестве компонента для придания линзам асферической формы и в просветляющих покрытиях.
Скажем сразу - связываться с пластмассовой оптикой не следует категорически. Пластмассовые линзы очень термочувствительны. При повышении или понижении температуры форма линз меняется, соответственно меняются и оптические характеристики объектива. Причем, процесс этот совершенно непредсказуем. Кто станет специально рассчитывать пластмассовую оптику, если единственная цель, с которой она применяется, максимальное снижение стоимости фотоаппарата? Кроме всего прочего, пластмассовые линзы легко повреждаются и мутнеют. Срок службы пластикового объектива - два года от силы. Затем поверхность передней линзы мутнеет, и фотоаппарат перестает быть фотоаппаратом.
Отличить пластик от стекла можно при помощи лупы (объективы дешевых фотоаппаратов имеют очень небольшой диаметр). Если передняя линза выглядит прозрачной и светлой, значит, на ней нет просветляющего покрытия. Нет просветления - это пластмасса. Стекло без просветления в современных фотообъективах практически не встречается.
Вернемся к пропускной способности объектива, к его светосиле. Относительное отверстие самый убедительный показатель "зоркости" оптики, в том смысле, что светосильный объектив позволяет снимать в условиях недостаточной освещенности без применения дополнительных источников освещения, например, встроенной вспышки. Ряд показателей светосилы стандартизирован и имеет следующий вид - 0,7, 1, 1,4, 2, 2,8, 3,5, 4 и так далее. Легко заметить, что в этом числовом ряду отсутствуют числители. На самом деле светосила выражается соотношением внутреннего диаметра объектива к фокусному расстоянию и выглядит как 1:0,7, 1:1, 1:1,4 и так далее. Но для удобства числитель в обозначении обычно опускается и указывается только знаменатель. Чем меньше число, тем светосила объектива выше и тем большее количество света способны пропускать линзы объектива.
Казалось бы - зачем искусственно ограничивать светосилу объектива? Однако в каждом фотоаппарате есть механизм уменьшения светосилы объектива - диафрагма. Дело здесь в том, что с увеличением относительного отверстия объектива уменьшается глубина резкости - диапазон расстояний, в рамках которого все объекты получатся на снимке резкими. В обычном положении фокусировочной оправы объектив настроен на резкое изображение предметов, расположенных от нескольких метров от камеры до бесконечности. При приближении снимаемого объекта к камере объектив приходится выдвигать, чтобы изображение фокусировалось точно в фокальной плоскости фотоаппарата. При большом относительном отверстии зона резкого изображения (ГРИП) невелика. При максимально вдвинутом объективе - от нескольких метров (от 5-6) до "бесконечности", при максимально выдвинутом - несколько сантиметров (в макрорежиме эта зона исчисляется миллиметрами).
При уменьшении относительного отверстия зона резкого изображения расширяется. Причем, при максимальном диафрагмировании эта зона может простираться от метра до бесконечности. Увеличение глубины резкости - одна из функций механизма изменения относительного отверстия объектива, то есть диафрагмы.
В ходе эволюции фотоаппаратуры механизм диафрагмы принимал самые разные формы, но сегодня классическим решением является ирисовая лепестковая диафрагма, которая и применяется в большинстве моделей цифровых фотоаппаратов. Конструктивно диафрагма устроена следующим образом. На внутреннем ободке установлены оси, на которые насажен набор светонепроницаемых лепестков, удерживаемых в открытом положении пружинами. Лепестки приводятся в движение электромагнитом исполнительного механизма автоматического экспонометра камеры. В момент нажатия на спусковую кнопку электромагнит сдвигает лепестки к центру объектива. Лепестки уменьшают площадь внутреннего отверстия объектива на заданное автоматом значение, а затем, после срабатывания затвора, под действием пружин возвращаются в исходное открытое положение. Расположен механизм диафрагмы обычно в междулинзовом пространстве объектива. В ходе всего срока службы фотоаппарата он не требует какого бы то ни было обслуживания…
Мы уделили внимание внутреннему устройству объективов, хотя на практике нам вряд ли придется разбираться с линзами или механизмом диафрагмирования. Но есть у фотосъемочной оптики ряд характеристик, в которых мы, как фотолюбители, крайне заинтересованы. Например, такой показатель, как фокусное расстояние объектива.
Не надо быть специалистом, чтобы отличить камеру с фикс-фокусным объективом, фокусное расстояние которого не изменяется, от камеры, оснащенной объективом с переменным фокусным расстоянием или зум-объективом. Фикс-фокусные объективы устанавливаются на любительские камеры начального уровня и в дорогих моделях (в отличие от пленочной техники) не применяются.
Несмотря на внешнюю простоту фикс-фокусный объектив, если его линзы выполнены из стекла и имеют просветление, вполне полноценный инструмент для серьезной съемки. К сожалению, фикс-фокусные объективы с механизмом наведения на резкость (автоматическим) в компактных цифровых камерах не встречаются. Все объективы с неизменяемым фокусным расстоянием установлены на гиперфокальное расстояние и фокусировки на тот или иной объект не требуют. Почему "к сожалению"? Дело в том, что настроенная на максимальную глубину резкости оптика полностью исключает портретную съемку с эффектом размытого фона, подбор глубины резкости при макросъемке, акцентирование того или иного объекта выведением второстепенных деталей за рамки резкости. Все это сужает применение цифрового фотоаппарата, оставляя ему лишь фотографирование стандартных сцен "на память".
Рис. 7.5. Фотоаппарат с фикс-фокусным объективом
Однако для этой ложки дегтя есть и своя бочка меда. Фикс-фокусный объектив очень прост и по устройству, и в использовании. Значительное время в пресловутой задержке срабатывания затвора цифрового фотоаппарата приходится на механизм автоматической фокусировки объектива. Камера выбирает оптимальную резкость попадающих в кадр объектов, исполнительный механизм перемещает фокусировочную оправу объектива, и только потом закрывается диафрагма и срабатывает затвор. Нет автофокуса, нет и длительной задержки. А фотографу не приходится думать, что в кадре получится резко, а что нет. Установка объектива на гиперфокальное расстояние позволяет максимально расширить границы резкости изображения.
Второй плюс - простая механика объектива, а по сути, отсутствие какой бы то ни было механики. Фотоаппарат с фикс-фокусным объективом очень долговечен. Зависимость простая - чем проще, тем надежней.
Наконец, в ряде ситуаций фикс-фокусный объектив незаменим. Например, при подводной съемке. Особо защищенные фотоаппараты для подводной съемки и для работы в запыленной атмосфере снабжены объективами с неизменяемым фокусным расстоянием, установленным на гиперфокальное расстояние. В воде, которая имеет иной коэффициент преломления и оптическую плотность, нежели воздух, система автоматической фокусировки будет ошибаться (хотя эти ошибки из-за большой глубины резкости оптики вряд ли сильно скажутся на качестве снимков) - это первое. Второе - большое количество электромеханических узлов зум-объектива не позволяют надежно герметизировать корпус фотоаппарата. В упомянутых камерах (яркий пример - выпускавшаяся несколько лет назад камера Casio G. Bros GV-2) корпус герметизирован силиконовыми уплотнителями, объектив спрятан за стеклом, также имеющим надежное уплотнение. В результате фотоаппарат пригоден для съемки под водой без каких бы то ни было специальных боксов и иных средств защиты от воды.
Наконец, фотоаппараты с фикс-фокусными объективами дешевле камер с зум-объективами, а их оптические системы выглядят более предсказуемыми. Если в характеристиках камеры указано, что светосила фикс-фокусного объектива равна 2,8, то это именно так и никак иначе. Фотоаппарат с зум-объективом, имеющим светосилу 2,8 на "коротком" конце, на "длинном" конце обладает светосилой 4,5 (пример гипотетический, но справедливый для большинства моделей). Вопрос - какова светосила этого объектива при среднем значении фокусного расстояния?
Часто ли нам приходится использовать широкоугольный объектив? Гораздо реже, чем обычный, с нормальным углом зрения. Но про истинные характеристики вот этого "нормального" объектива, которым становится зум при среднем значении фокусного расстояния, мы как раз мало что знаем.
И все же подавляющее большинство любительских цифровых фотоаппаратов оснащаются объективами с переменным фокусным расстоянием. И это вполне оправдано, поскольку снимает проблему отсутствия сменной оптики у компактных цифровых камер.
В стандартный набор для пленочной дальномерной или зеркальной 35-мм пленочной (а сегодня уже и цифровой) камеры входит три основных сменных объектива. Широкоугольный объектив с фокусным расстоянием 28-35 мм, который используется для съемки внутри помещений. Нормальный объектив с фокусным расстоянием 45-55 мм, используемый в любых видах съемки - пейзажной, съемка натюрмортов, архитектурной и так далее. Длиннофокусный объектив 90-135 мм и более, для съемки портретов и удаленных объектов.
Перечислим характерные особенности этих объективов. У широкоугольного объектива самая большая глубина резкости, но они склонны к искажениям перспективы и дисторсии. Нормальные объективы можно назвать универсальными, они являются оптимальными для большинства вида съемок. Длиннофокусные объективы имеют малую глубину резкости, поэтому часто применяются в портретной съемке для размывания фона. Их недостатком является большой вес, а в случае с объективами с фокусным расстоянием от 200 мм и больше - необходимость обязательного применения штатива (иначе трудно зафиксировать положение камеры, при котором изображение в кадре будет стабильным).
Поскольку в области цифровой фотоаппаратуры нет общепринятого стандарта на размер сенсора (хотя подвижки в этой области очевидны), обозначение фокусного расстояния объектива в миллиметрах мало что говорит. Объектив с фокусным расстоянием в 5,6 мм для простейшей камеры с крошечным сенсором КМОП будет работать как нормальный (с углом обзора примерно в 45 градусов), а в камере с относительно большим по размеру сенсором ПЗС - как широкоугольный. Поэтому фокусное расстояние объективов для цифровой техники, как правило, обозначается в приведенном к 35-мм пленке значении. То есть фокусное расстояние 5,6-мм объектива во втором случае (камера с сенсором ПЗС) можно обозначить, как 28-мм объектив в приведенном к 35-мм пленке значении.
Так вот, зумы большинства любительских цифровых камер охватывают два диапазона фокусных расстояний - от 35 до 70 мм (двукратные зумы) и от 35 до 105 мм (трехкратные зумы). Встречаются и иные параметры., например, 28 - 70 мм или 35 - 200 мм. Впрочем, цифровая техника не стоит на месте. Компании Olympus и Matsushita выпускают камеры с особо мощными 10 и даже 12 кратными зумами (эти камеры именуют "суперзумами"). Оптика у этих фотоаппаратов просто отменная, но в практическом использовании эти фотоаппараты не так удобны, а их приобретение требует дополнительной мотивации (относительно крупные размеры, отсутствие оптического видоискателя, наконец, более высокая стоимость - и все это взамен не всеми востребованной возможности заглянуть подальше). Однако характеристики подобной оптики и ее качество впечатляют…
Рис. 7.6. Зуммируемый объектив любительской цифровой камеры
Объективы с изменяемым фокусным расстоянием имеют сложную конструкцию и подразделяются на несколько типов. Нам важно знать одну практически значимую подробность - есть объективы, в которых для изменения фокусного расстояния выдвигается-вдвигается тубус объектива, есть объективы, в которых для этих целей перемещается внутренний блок линз, и есть объективы, в которых использованы обе технологии. Чаще всего встречается оптика, построенная по гибридной технологии. С одной стороны это позволяет расширить диапазон фокусных расстояний, с другой - сделать тубус объектива и сам фотоаппарат компактным.
Если включить камеру, скажем, класса Canon Digital IXUS (при этом тубус объектива выдвинется из корпуса фотоаппарата, а защитные створки передней линзы откроются), и установить максимальное, затем минимальное фокусное расстояние, легко заметить, что при этом тубус немного выдвигается, затем вдвигается, почти не изменяя своей длины. Перемещаются не только тубус, но и внутренние линзовые блоки. То есть на лицо применение подвижного блока линз и изменяемого по длине тубуса одновременно.
Отличительной особенностью относительно недорогих фотоаппаратов среднего класса от полупрофессиональных моделей является способ изменения фокусного расстояния объектива. Блок линз и тубус и в том, и в другом случае перемещаются встроенным электродвигателем, но у недорогих камер зум имеет набор фиксированных предустановок и изменение фокусного расстояния происходит ступенчато, дискретно. А в более дорогих камерах фокусное расстояние объектива изменяется бесступенчато, плавно. Для практической съемки это, в общем-то, не имеет большого значения. Просто любопытный факт.
Кнопка включения электродвигателя механизма изменения фокусного расстояния на разных камерах расположена по-разному. Самый распространенный случай (и, возможно, самый удобный) - кольцевой поворотный переключатель, расположенный вокруг спусковой кнопки. Иногда переключатель выполнен в виде двуплечего качающегося рычага в правой верхней части задней панели корпуса камеры - под большой палец. Совсем неудобно пользоваться зумом на камерах, на которых переключатель установлен на верхней панели корпуса. Приходится выгибать указательный палец, нащупывая двуплечую кнопку, затем возвращаться к спусковой кнопке. Хотя, привыкнуть можно - нравилась бы сама камера...
Еще одна новая технология, появившаяся в цифровой фотосъемочной технике относительно недавно - стабилизаторы изображения. Она была позаимствована из области камкордеров, портативных видеокамер, в которых неподвижность самой камеры в момент съемки имеет особое значение.
Стабилизаторы изображения призваны устранить неприятный эффект смазывания изображения при непроизвольных микроперемещениях рук фотографа. Другая не менее важная задача - обеспечить неподвижность камеры при длительных выдержках.
Стабилизаторы изображения можно разделить на три типа - оптические, электронные и цифровые. Действенным инструментом можно считать только стабилизаторы первых двух типов.
В оптическом стабилизаторе применяется целая система, которая встраивается в объектив. Она состоит из отклоняющей линзы, подвижного тубуса, соленоида или двигателя, перемещающих линзу в вертикальной плоскости (относительно оптической оси самой линзы и объектива в целом) и гироскопа, удерживающего линзу в строго горизонтальном положении при перемещениях фотоаппарата. Как только электроника фотоаппарата фиксирует движение камеры, отклоняющая линза компенсирует эти перемещения, отклоняя световые лучи таким образом, что сфокусированное изображение на поверхности сенсора остается неподвижным. Электронный стабилизатор воздействует не на оптику, а на сенсор фотоаппарата, перемещая его в вертикальной плоскости таким образом, чтобы сфокусированное объективом изображение оставалось неподвижным. Наконец, цифровой стабилизатор работает по интерполяционным алгоритмам, заменяя пиксели "размытых" участков изображения "резкими".
Наибольшее распространение получили оптические стабилизаторы. Ими, в частности, оснащены все современные цифровые камеры Panasonic Lumix, начиная с самых доступных.
На практике оптический стабилизатор полезен тем, что увеличивает количество "безопасных" длинных выдержек на одну-две ступени (вместо 1/30 секунды 1/15 и длинней). А неудобство применения стабилизатора (его, кстати, можно отключить) в том, что он замедляет работу камеры, увеличивая время между нажатием на спусковую кнопку и срабатыванием затвора. Однако этот инструмент настолько нравится фотолюбителям, что камеры с оптическими стабилизаторами сегодня активно вытесняют камеры без стабилизаторов.
И несколько слов об одном малополезном, но весьма популярном устройстве... Любой цифровой фотоаппарат, кроме самых примитивных камер, имеет функцию электронного изменения масштаба съемки. Это так называемый "цифровой зум". В технических характеристиках камеры обычно указывается - "трехкратный оптический и двукратный цифровой зум, что позволяет снимать с увеличением в шесть раз". Увы, не позволяет. Цифровой зум инструмент в практическом плане не только совершенно бесполезный, но даже вредный. В режиме цифрового увеличения задействуется центральная часть светочувствительной матрицы. То есть цифровое увеличение изображения в два раза соответствует ухудшению разрешения снимка (а также детализации, цветопередачи, резкости) вдвое. Если из цифрового снимка в любом графическом редакторе вырезать центральную часть, то эффект будет тем же самым (но при этом картинку можно подправить программными средствами, чего не сделаешь непосредственно в камере). Отсюда вывод - цифровое увеличение не превращает объектив с фиксированным фокусным расстоянием в зум, а объективу с переменным фокусным расстоянием ничего полезного не добавляет.
<
