От плёнки к цифре, или как цифровые фотоаппараты заменили плёночные (из истории фотографирования)
(продолжение)
«Зеркалка» начального уровня Canon EOS 1100D
Итак, продолжаем тему нашего занятия «От плёнки к цифре». Напоминаю, что на прошлом занятии нам удалось разобрать следующие вопросы:
Мы познакомились с историей появления цифровых фотоаппаратов.
Разобрали вопрос, можно ли считать цифровую фотографию более качественной, чем плёночную.
И поговорили об устройстве цифрового фотоаппарата.
Продолжим наше занятие и разберём оставшиеся вопросы.
Считывание изображения.
На сегодняшний день известны несколько технологий регистрации света в цифровой аппаратуре. Все они основаны на приборах с зарядовой связью (ПЗС) или комплементарных металло-оксидных полупроводниках (КМОП). Считается, что ПЗС генерируют более качественные сигналы, однако устройства на основе КМОП потребляют меньше электроэнергии и пригодны не только для регистрации изображения, но и для измерения экспозиции или автофокусировки. Те и другие выполняются в виде прямоугольных матриц или линеек, способных считывать изображение одним из трёх основных способов.
Наиболее распространён способ с записью в одну экспозицию, который может быть осуществлён двумя путями: с помощью фильтра Байера, установленного над единственной прямоугольной матрицей, или тремя такими же матрицами, получающими свет от объектива через три светофильтра основных цветов.
Массив цветных светофильтров (фильтр Байера), расположенный над фотоматрицей.
Разделение потоков при этом производится призменной цветоделительной системой, как в видеокамерах типа 3CCD. Последний способ использовался в некоторых первых цифровых фотоаппаратах, например «Minolta RD-175», но из-за громоздкости уступил место одноматричной технологии. При использовании фильтра Байера для получения одного цветного пикселя требуются четыре элементарных фотодиода, покрытых светофильтрами основных цветов. В результате, матрица, генерирующая 4-мегапиксельный монохромный файл, в цвете даёт лишь 1 мегапиксель. Существует ещё одна технология Foveon X3 с единственной матрицей, состоящей из трёх слоёв светочувствительных фотодиодов. Цветоделение при этом осуществляется за счёт различий проникающей способности разных участков видимого спектра. Однако из-за невысокой точности цветоделения широкого распространения такие матрицы не получили.
Второй способ регистрации основан на последовательной съёмке на одну матрицу через три светофильтра основных цветов, размещаемых перед матрицей или объективом. По такому принципу был построен первый среднеформатный цифровой задник «DCB I» компании Leaf. Объект съёмки снимался трижды за поворотным диском с тремя светофильтрами. При этом разрешение получаемых цветных файлов соответствовало количеству элементарных фотодиодов. Кроме того, не требуется так называемая дебайеризация файлов, неизбежная при цветоделении массивом цветных светофильтров. Более сложная технология такого способа считывания получила название «Микросканирование», и заключается в перемещении матрицы с фильтром Байера в плоскости изображения с прецизионной точностью на один пиксель. В результате удаётся получить разрешение, вчетверо превосходящее даваемое неподвижными фотоматрицами. Среднеформатный цифровой задник «Sinarback 44 HR» оснащался для этого пьезоэлектрическим механизмом микроперемещения матрицы, обеспечивая за 4 экспозиции разрешение более 75 полноцветных мегапикселей. К достоинствам технологии относится высокое разрешение и отсутствие муаровых эффектов на мелких деталях изображения. Однако необходимость нескольких раздельных экспозиций ограничивает сферу применения такой аппаратуры, пригодной только для съёмки неподвижных предметов.
Третий способ регистрации заключается в сканировании изображения с помощью ПЗС-линеек, такой же, как в сканерах. Такая линейка шириной в один пиксель движется вдоль одной из сторон кадрового окна, последовательно считывая изображение. Для регистрации цвета используются три параллельные линейки, каждая из которых накрыта светофильтром одного из основных цветов. Сканирование обладает тем же недостатком, что и последовательное экспонирование через светофильтры, не позволяя фотографировать движущиеся объекты. Однако, разрешающая способность, обеспечиваемая сканированием, недостижима для прямоугольных матриц. Все цифровые задники крупного формата строятся только по такому принципу, поскольку прямоугольные матрицы больших размеров не производятся. Ещё одна область, в которой нашло применение линейное сканирование — панорамная сканирующая камера, позволяющая получать круговой обзор с помощью ПЗС-линейки. Фотоаппарат устанавливается на панорамной головке с электроприводом, поворачивающей всё устройство вокруг нодальной точки объектива. Наиболее известны камеры такого типа, выпускающиеся с 1999 года под названием «Паноскан» (англ. Panoscan).
Камера Panoscan MK-3
Управление.
Цифровой фотоаппарат оснащён теми же органами управления, что и плёночный, позволяющими регулировать относительное отверстие объектива и выдержку затвора. Система автофокуса и её управление также аналогичны классическим камерам. При этом общий интерфейс чаще всего не отличается от последних моделей аналоговой аппаратуры, представляя собой два колеса выбора с отображением на цифровых дисплеях. В любительских и полупрофессиональных моделях дополнительно устанавливается диск режимов фотоаппарата, позволяющий устанавливать алгоритмы автоматического управления экспозицией. Однако, кроме параметров, характерных для плёночной фотографии, в цифровой необходимо выбирать светочувствительность, размер и разрешение файла, цветовое пространство, баланс белого и многие другие свойства снимка. Их регулировка осуществляется, как правило, с помощью меню, выводимого на жидкокристаллический дисплей, кнопок и колёс выбора. Современные цифровые фотоаппараты профессионального и полупрофессионального классов допускают управление большинством параметров с внешнего смартфона, подключенного по беспроводному протоколу.
Видоискатель.
Электронный видоискатель беззеркального фотоаппарата
В цифровых фотоаппаратах могут быть использованы все типы оптических визиров, общепринятых в аналоговой аппаратуре: телескопического, рамочного и зеркального. Зеркальные фотоаппараты составляют одну из наиболее многочисленных и совершенных групп цифровой фототехники. Однако, кроме оптических, в цифровой аппаратуре может быть использован электронный видоискатель, функционально ничем не уступающий зеркальному, но более компактный и обладающий рядом преимуществ. Яркость изображения таких видоискателей не зависит от освещённости сцены и диафрагмирования объектива, обеспечивая удобное и точное визирование в любых ситуациях. Кроме изображения на такой видоискатель может выводиться любая служебная информация, необходимая для непрерывной регулировки параметров.
На основе электронного видоискателя созданы совершенно новые классы аппаратуры, появление которых было невозможно в плёночных камерах. Это беззеркальные и псевдозеркальные фотоаппараты. Кроме того, в зеркальных фотоаппаратах последних поколений также доступно визирование на жидкокристаллическом дисплее в режиме Live View, когда зеркало поднято, а затвор открыт. Благодаря этому, большинство современных цифровых фотоаппаратов пригодны не только для съёмки неподвижных фотографий, но и для видеозаписи.
Разъёмы и интерфейсы.
Современные цифровые фотоаппараты оснащаются несколькими типами разъёмов, каждый из которых предназначен для разных целей. Внешний интерфейс подключения к персональному компьютеру имеется практически во всех цифровых камерах, позволяя не только копировать данные с накопителя, но и менять настройки фотоаппарата. Первые цифровые камеры оснащались интерфейсом SCSI, вскоре уступившим место более скоростному IEEE 1394. В настоящее время (2017 год) самым распространённым как в любительской, так и в профессиональной фотоаппаратуре является скоростной интерфейс USB 3.0, пригодный для соединения с компьютерами любых типов. Для вывода изображения на телевизор многие фотоаппараты снабжаются композитным видеовыходом с компактными разъёмами.
С появлением цифровых фотоаппаратов, оснащённых функцией видеозаписи, общепринятым стал цифровой интерфейс HDMI, как правило, с миниатюрной версией разъёма. С середины 2010-х годов профессиональная и полупрофессиональная цифровая фотоаппаратура в качестве стандартной опции снабжается беспроводной связью стандарта Wi-Fi. Первые такие устройства были съёмными, а затем стали встраиваться в корпус, позволяя мгновенно передавать готовые снимки на внешний компьютер или сервер, повышая оперативность новостной фотожурналистики. Последние модели профессиональных цифровых фотоаппаратов содержат разъём типа RJ-45 для подключения к локальным вычислительным сетям с помощью витой пары.
Носители информации.
Некоторые цифровые фотоаппараты первых поколений для хранения данных использовали оптические диски или дискеты. Однако постепенный отказ от таких носителей в других сферах вычислительных технологий привёл к тому, что практически вся современная цифровая фотоаппаратура основана на применении флеш-памяти.
Флеш-карты разных стандартов
Ряд фотоаппаратов начального уровня имеют небольшой объём встроенной флеш-памяти, которой хватает для 2—30 снимков. Кроме этого, вся цифровая фотоаппаратура оснащается одной или двумя съёмными картами, что позволяет иметь неограниченный запас памяти и копировать данные с помощью кардридера. Самые распространенные на сегодняшний день (2017) форматы карт памяти:
* CF (Compact Flash);
· SD (Secure Digital), microSD;
· XQD;
· CFexpress;
Объём наиболее распространённых флеш-карт варьируется от 16 до 64 Гигабайт, но может быть и значительно больше.
Классификация.
Среди цифровых устройств записи изображения грань между фотоаппаратом и видеокамерой размыта: современная видеоаппаратура, как правило, может создавать фотоснимки, а фотоаппараты — осуществлять видеозапись. Ознакомимся с примерной классификацией устройств, чьё основное назначение — фотосъёмка.
Цифровой зеркальный фотоаппарат.
Цифровой зеркальный фотоаппарат «Canon EOS-1D X»
Из двух существующих разновидностей зеркального видоискателя в цифровой аппаратуре используется только однообъективный, поскольку двухобъективная схема не нашла применения. В цифровом воплощении однообъективный зеркальный видоискатель обладает теми же достоинствами, что и в плёночной аппаратуре: отсутствие параллакса, точные кадрирование и фокусировка с объективами любых фокусных расстояний, а также возможность визуального контроля глубины резко изображаемого пространства. Кроме того, возможна макросъёмка, работа с шифт-объективами и стыковка с оптическими приборами, такими как микроскоп, телескоп и эндоскоп. Зеркальные фотоаппараты обладают матрицей, превосходящей по размерам большинство других классов цифровой аппаратуры. Для любительских моделей больше характерен формат APS-C, а в профессиональных и полупрофессиональных чаще встречается «полнокадровая» размером 24×36 миллиметров. Существуют модели и со среднеформатной матрицей.
Цифровые зеркальные фотоаппараты являются единственным классом аппаратуры, в которой может быть полноценно реализован фазовый автофокус. Это достижимо благодаря дополнительному оптическому тракту, направляющему свет из объектива к датчику. Кроме основного зеркала используется вспомогательное, закреплённое на шарнире и убирающееся вместе с ним перед срабатыванием затвора. Фазовый автофокус обеспечивает самое высокое быстродействие, и поэтому зеркальная аппаратура до сих пор не уступает свою нишу в профессиональной, и особенно спортивной фотографии.
Отдельный класс зеркальной аппаратуры (жаргонный термин — «полузеркалка») снабжается вместо подвижного зеркала полупрозрачным неподвижным. При этом свет от объектива разделяется на две части, одна из которых направляется на матрицу, а другая — в видоискатель. Чаще всего световой поток разделяется в пропорции 65/35 %, как, например, в семействе Sony Alpha SLT. Достоинства неподвижного зеркала заключаются в возможности непрерывного визирования в момент съёмки, а также в отсутствии вибрации, снижающей резкость снимка. Кроме того, возможна очень высокая частота непрерывной съёмки, недостижимая в камерах с подвижным зеркалом. В то же время, световая эффективность такого визира значительно ниже, чем традиционного, поскольку глаз получает лишь часть света от объектива.
Беззеркальные фотоаппараты.
Беззеркальный фотоаппарат «Olympus OM-D E-M1»
Беззеркальные фотоаппараты – это класс цифровой фотоаппаратуры, в котором отсутствует оптический визир; его роль выполняет беспараллаксный электронный видоискатель. Отсутствие громоздкого и сложного зеркального видоискателя с пентапризмой и подвижным шумным зеркалом позволило значительно уменьшить габариты камеры и её вес. По размерам большинство беззеркалок сопоставимы с компактными камерами, обеспечивая при этом качество изображения, свойственное зеркальной аппаратуре. Беззеркальные фотоаппараты получили распространение в конце 2000-х годов, резко изменив рынок любительской фототехники, и потеснив камеры других типов.
Принципиальным недостатком беззеркальных фотоаппаратов, мешающим полностью вытеснить зеркальную аппаратуру, считается невозможность полноценной реализации фазового автофокуса, требующего отдельного оптического тракта. Контрастный автофокус, доступный в беззеркальной аппаратуре, значительно медленнее фазового. В 2011 году появились первые беззеркальные фотоаппараты, оснащённые матрицей, у которой часть пикселей выделена для автофокусировки методом измерения разности фаз, что существенно увеличило скорость автофокусировки. К таким моделям относятся Nikon 1 V1, Nikon 1 J1, Canon EOS M.
Цифровые дальномерные фотоаппараты.
Фотоаппарат «Leica M9»
Немногочисленная группа цифровых фотоаппаратов с ручной фокусировкой при помощи дальномера. Этот тип аппаратуры можно считать цифровой реализацией дальномерных фотоаппаратов, удобных для репортажной жанровой съёмки. В отличие от зеркальной аппаратуры, дальномерные очень устойчивы на длинных выдержках из-за отсутствия подвижного зеркала. Кроме того, точность фокусировки дальномером не зависит от освещённости снимаемой сцены и светосилы объектива, что выгодно отличает этот тип визира от зеркального. Первым цифровым дальномерным фотоаппаратом в 2004 году стал «Epson R-D1». В 2006 и 2009 годах увидели свет «Leica M8» и «Leica M9». Позднее линейку пополнили «Leica M 240» и «Leica M Monochrom». Последняя модель оснащена матрицей без фильтра Байера, генерирующей чёрно-белые снимки высокого разрешения. У всех этих моделей крепление объективов такое же, как у дальномерных плёночных «Леек» — байонет Leica M. Отличаются высокой ценой, сочетают качество изображения с практически бесшумным срабатыванием затвора, не привлекающим внимания на улице.
Ультразумы.
Псевдозеркальный фотоаппарат «Minolta DIMAGE A200»
Псевдозеркальные цифровые фотоаппараты получили своё название из-за внешнего сходства с зеркальными и не оснащаются оптическим визиром. Изображение в электронном видоискателе такого аппарата формируется сигналом, получаемым непосредственно с матрицы. Первыми в этом классе были камеры с упрощённой версией зеркального видоискателя со светоделительной призмой. В 2000-х годах этот тип видоискателя использовался в таких фотоаппаратах, как «Olympus E-10» и «Olympus E-20». Совершенствование технологий электронного визирования позволило в дальнейшем полностью отказаться от оптического видоискателя.
Другое название «ультразум» или «гиперзум» получено из-за большой кратности жёстковстроенного зум-объектива, достигающей 6× и выше. Качество съёмки выше чем у компактных фотоаппаратов, благодаря более высокому качеству оптики, стабилизированному объективу и большим размерам матрицы. Размеры матрицы варьируются от 1/2,5 видиконовых дюймов до Микро 4:3. Как правило имеют гибкие настройки экспозиции с большим количеством ручных режимов, благодаря чему фотограф может быстро выбрать нужные параметры съёмки. С появлением беззеркальных фотоаппаратов были быстро вытеснены с рынка ими и компактными камерами с такими же размерами матрицы.
Компактные цифровые фотоаппараты.
Компактный фотоаппарат «Canon Powershot G9»
Пренебрежительно именуется «цифромыльница» из-за примитивных органов управления и невысокого качества снимков. В большинстве моделей зум-объектив имеет телескопическую конструкцию, и в нерабочем состоянии убирается в корпус, позволяя носить камеру в кармане. Кроме стандартного электронного визира, в таких фотоаппаратах иногда есть оптический видоискатель, синхронизированный с изменением фокусного расстояния объектива. За компактность приходится платить крошечной матрицей — обычно 1/2,5 видиконных дюймов. Малый физический размер матрицы означает низкую чувствительность и высокий уровень шумов. Для получения приемлемого качества снимков применяется агрессивное шумоподавление. Этот тип камер обычно отличает отсутствие или недостаточная гибкость ручных настроек экспозиции. Кратность зум-объектива обычно не превышает 3× или 4×, что иногда компенсируется цифровым трансфокатором. Страдают и возможности макросъёмки. За исключением самых дешёвых моделей, имеет зум-объектив, а также хорошие возможности в макросъёмке: у многих моделей размер объекта съёмки 30 мм и даже меньше.
В последние годы этот класс аппаратуры, как и псевдозеркальные камеры, стремительно теряет позиции на рынке, вытесняясь сопоставимыми по возможностям и более компактными камерафонами.
Модульные фотоаппараты.
Смартограф «Sony Alpha ILCE-QX1» со сменным объективом «Zeiss Sonnar T*»
Разновидность цифровых фотоаппаратов со сменными объективами, объединёнными с затвором и фотоматрицей в общем модуле, который может быть отстыкован от корпуса камеры и заменён аналогичным с объективом другого фокусного расстояния. В корпусе содержатся видоискатель, дисплей, органы управления и батарея. Впервые такая конструкция была использована в 1996 году в фотоаппарате Minolta Dimage V, и получила дальнейшее продолжение в следующих моделях EX 1500 и 3D 1500. В 2009 году выпущен построенный по такому же принципу Ricoh GXR.
Модульный принцип получил развитие в смартографах: в их корпусе собраны объектив с матрицей, а иногда даже флеш-карта с аккумулятором, но отсутствует видоискатель, в качестве которого используется дисплей смартфона, к которому присоединяется устройство. Передача данных осуществляется при этом по протоколам Wi-Fi или NFC. Смартографы, которые иногда называют автономными объективами, превосходят встроенную камеру по большинству параметров, сохраняя при этом мобильность и сетевые возможности. Одними из первых в 2013 году появились модульные камеры серии «Sony SmartShot QX».
Встроенные фотокамеры.
Возможности первых камерафонов были ограничены, позволяя снимать только при хорошем освещении и с крайне низким разрешением, чаще всего стандарта VGA. Однако с начала 2010 годов камерафоны получили мощный импульс развития, достигнув разрешения, сопоставимого с компактными фотоаппаратами, и даже превосходящего этот сегмент рынка.
Встроенная цифровая камера смартфона «iPhone 5»
Например, основная камера смартфона «Xiaomi Redmi 4X» обладает разрешением в 13 мегапикселей и хорошей светочувствительностью. При этом большинство камерафонов из-за миниатюрных размеров матрицы оснащаются объективом типа фикс-фокус, не требующим фокусировки. Однако известны модели с высокоскоростным лазерным автофокусом, например LG G3.
Экшен-камеры и фотоловушки.
Экшен-камера «GoPro Hero 4»
Класс цифровой аппаратуры, пригодный для съёмки как неподвижных фотографий, так и видео в экстремальных условиях, а также без участия человека. Конструкция таких камер обычно выполняется в ударопрочном брызгозащищённом корпусе, позволяющем вести съёмку в труднодоступных местах. Видоискатель чаще всего отсутствует, что компенсируется большим полем зрения сверхширокоугольного объектива. Считывание данных возможно дистанционно по беспроводным протоколам Wi-Fi. Фотоловушки в отличие от экшен-камер обладают большим запасом автономности, круглосуточно работая в ждущем режиме до нескольких месяцев. Постоянная готовность обеспечивается чувствительностью к невидимому инфракрасному излучению, которым объекты подсвечиваются в тёмное время суток. Запуск съёмки в таких камерах чаще всего осуществляется с помощью датчика движения, фиксируя диких животных в естественных условиях.
Камеры светового поля.
Экспериментальное направление фотоаппаратостроения, существующее только в виде единичных «концептов». Цифровые фотоаппараты, фиксирующие вместо распределения освещённости на матрице световое поле, создаваемое объективом внутри светонепроницаемой камеры. Благодаря этому возможна точная фокусировка изображения уже после съёмки в готовом файле. Аналогичным достоинством обладает цифровая камера «Light L16», оснащённая 16 матрицами и объективами разных фокусных расстояний. Съёмка ведётся разными модулями одновременно, а полученные изображения программно объединяются, давая фотографии с разрешением до 52 мегапикселей.
Итак, я заканчиваю обзор современной цифровой фотоаппаратуры. Конечно, в подготовленном мною материале много профессиональных терминов и понятий, в которых, я думаю, вам не так просто было разобраться. «Разве все эти знания понадобятся юному, начинающему журналисту?»- спросите вы. На этот вопрос я не задумываясь отвечу «да» и объясню свой ответ так.
«Фотожурналистика является одним из наиболее распространённых применений фотографии, создающейся в общественных интересах для освещения текущих новостей. Фотожурналистика резко выделяется среди других похожих направлений фотографии (таких, как документальная, уличная фотография и фотография знаменитостей) жёстким соблюдением этических норм, гарантирующих беспристрастность при изложении информации. Особенности профессии заставляют фотожурналистов быть информированными обо всех общественно важных событиях, происходящих на территории распространения своего издания, а также иметь представление об общемировом общественно-политическом контексте. При этом, кроме информативности, фотографии должны обладать эстетической ценностью, привлекая внимание к освещаемой новости. Ещё одна особенность, отличающая фотожурналистику от других видов фотографии — необходимость оперативной доставки готовых изображений конечному потребителю. В эпоху аналоговой фотографии для этого использовался бильдаппарат, в настоящее время передача осуществляется по сети Интернет».
Так что, юные журналисты, материалы нашего сегодняшнего занятия имеют цель подковать вас в вопросах современной цифровой фототехники для того, чтобы вы повысили свой профессиональный уровень!
А теперь, в конце занятия, вас по традиции ждёт новое ПРАКТЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ. Оно будет сегодня заключаться в следующем. Представьте, что у вас есть возможность приобрести любой фотоаппарат. Назовите, какой фотоаппарат вы хотели бы приобрести и почему. Не забудьте, ОБЪЯСНЕНИЕ вашего выбора входит в ваш ответ! Ответы, как и прежде, присылайте на мою почту purrgen@list.ru 25 апреля. Желаю творческих успехов!