Устройство фотоаппарата, строение и принцип действия. Фиксация изображения в цифровой фотокамере
Вопрос длительного хранения цифровых фотографий несколько глубже, чем может показаться на первый взгляд. В отличие от «оперативных» файлов, цифровой фотоархив должен гарантированно сохраниться невредимым за годы и десятилетия. Казалось бы, чего проще? Доступно множество различных носителей: оптические CD, DVD и BlueRay (BR) диски, всевозможные флэшки и карты памяти, обычные жесткие диски и даже удаленные файловые хранилища, так называемые файлообменники. Основная проблема длительного хранения цифровых снимков именно в надежности носителей, а емкость, скорость или удобство использования отходят на второй план. Еще не лишним будет помнить, что при выборе носителя информации следует учитывать частоту обращений к файлам. Одно дело — запертый в сейфе «на века» оптический диск, и совершенно другое — постоянно пополняемый семейный альбом. Как водится, выигрывая в одном — проигрываем в другом, закон в полной мере относится и к носителям информации. Идеального хранилища пока, увы, не изобрели. Постараемся разобраться в сегодняшнем изобилии и помочь сделать осознанный выбор, не полагаясь на рекламу.
Объем. Вообще-то, чем больше — тем лучше, запас не повредит. Но если ограничен бюджет, необходимую емкость носителя можно прикинуть, исходя из общего числа и объема фотографий. Автор признает только архивы в форматах без сжатия, например TIFF. В распространенном JPEG объем фотографии меньше примерно в 5 раз. Считать очень просто, делим емкость носителя на объем фото. Первая написана на самом устройстве, а примерный объем сканированной фотографии можно оценить по табличке (размеры указаны максимальные для глубины цвета при сканировании 24 бита):
| Разрешение, DPI | Размер, см | Примерный объем, Мб |
| 300 | 9х12 | 5 |
| 300 | 10х15 | 8 |
| 300 | 12х18 | 11 |
| 300 | 20х25 | 25 |
| 600 | 9х12 | 19 |
| 600 | 10х15 | 30 |
| 600 | 12х18 | 42 |
| 600 | 20х25 | 110 |
| 1200 | 9х12 | 72 |
| 1200 | 10х15 | 115 |
| 1200 | 12х18 | 170 |
| 1200 | 20х25 | 430 |
Носители. Самым компактным и, наверное, уже самым распространенным носителем информации является так называемая флэш (flash) память. Крошечные микросхемы стоят в картах памяти, «флешках» и монтируются в различную аппаратуру. Этот тип памяти хорош энергонезависимостью, относительной дешевизной и емкостью — сегодня никого не удивишь USB-флэшкой на 256 Гигабайт. К минусам относится низкая скорость обмена и самое главное — не слишком высокая надежность. Производители микросхем памяти заявляют гарантированный срок хранения данных до 10 лет, но с маленькой оговоркой — в нормальных условиях. В данном контексте «нормальные» значит «идеальные», которых наверняка не сможет обеспечить ни один обычный человек. Стабильная температура, влажность и даже атмосферное давление. Отсутствие излучений как радиочастотных, так и радиоактивных. Отсутствие обращений к памяти в течение срока хранения. Вот такие «нормальные» с точки зрения производителей условия… При обычном же использовании отдельные биты информации могут потеряться уже в первые месяцы, через пару-тройку лет процентов 20 (в среднем) записанных данных будут искажены или недоступны. Вывод: флэш-память отлично подходит для оперативного хранения данных и с оговорками — для длительного. Оговорка одна, но существенная: требуется хотя бы раз в год перезаписывать все данные на новый носитель. Зато дешево и компактно, подходит для постоянно пополняемого архива, не рассчитанного на долгие годы. Покупать лучше память от именитых брэндов, таких как Kingston, Transcend, Sandisk и прочих, дающих гарантию хотя бы года три.
Оптические диски широко используются уже не первый десяток лет и претерпели всего три ключевых стадии эволюции — CD, DVD и BlueRay технологии. На вид диски разных поколений отличить сможет разве что специалист, но по емкости они отличаются на порядки. Сравните: CD — 750 Мб, DVD — до 8 Гб, БлюРэй — до 50 Гб сегодня и до 200 Гб обещают в недалеком будущем. Для наглядности, на первый поместится приблизительно 20 больших фотографий, на второй — около 200, и соответственно на третий — в районе 1500 снимков. Надо отметить, что BlueRay носители довольно дороги сами по себе, а оборудование для записи по карману лишь весьма обеспеченным людям. CD уже отходят в прошлое, а сегодняшний лидер в этой области — DVD — доступен всем. Поэтому BR диски в качестве хранилища домашнего архива пока нельзя назвать массовыми. О надежности. Здесь планку задает сам материал — прозрачный пластиковый диск. Очевидно, что пластмасса боится повышенной температуры (деформация диска) и механических воздействий (поверхность царапается). И то и другое мешает правильно прочесть информацию. Но количество циклов считывания практически бесконечно, к тому же оптические носители равнодушны к любому типу радиации. Отсюда можно сделать вывод, что DVD, а в ближайшем будущем и BR диски хорошо подходят для длительного хранения фотоархивов, следует лишь позаботиться о надежной упаковке. То есть архив получается компактным и весьма надежным, но не удобен для пополнения и/или перезаписи — время записи одного DVD диска может доходить до часа. Наиболее надежными являются диски от Verbatim или TDK при условии, что они настоящие. Лучше всего искать носители со словами в названии «ExtraLife», «Life Plus» и подобные, говорящие о повышенной надежности хранения.
Жесткие диски — «винчестеры» — давно и прочно обосновались в нише оперативного хранения информации. Современная технология позволяет создавать носители емкостью до десятков Терабайт (!), куда можно записать любой мыслимый фотоархив. Жесткие диски обеспечивают высокую скорость обмена данными, огромное количество циклов перезаписи при невысокой цене и приемлемой надежности. Но следует помнить, что жесткий диск — сложное и точное механическое устройство, пусть даже высокотехнологичное. Поэтому надежность хранения определяется как условиями эксплуатации, так и качеством конкретного экземпляра. Поскольку используется магнитная запись, винчестеры «боятся» сильных магнитных полей и механических перегрузок, особенно во время работы. Восстановление сбойного носителя может обойтись очень дорого или вообще выходить за рамки возможностей мастера. Но в более-менее комфортных условиях жесткий диск практически идеален для хранения фотоархива, даже постоянно обновляемого. Тем более, существуют простые способы на порядок повысить надежность хранения — использование одновременно нескольких жестких дисков в так называемом RAID-массиве. Массив можно организовать на большинстве домашних компьютеров или же приобрести специализированное устройство (обычно в пределах 300$). Принцип прост: хранилище создается из нескольких одинаковых жестких дисков, специальный контроллер дублирует и контролирует целостность записанных данных, постоянно мониторит состояние каждого носителя. При выходе из строя (что случается крайне редко) одного или даже двух дисков — информация не потеряется и восстановится при подключении новых чистых винчестеров. Таким образом, надежность хранения многократно возрастает, ведь даже один жесткий диск — весьма надежен и может работать много лет не выключаясь. К минусам такого решения следует отнести громоздкость, высокую цену плюс необходимость некоторых познаний в компьютерном «железе» и настройках «софта». Эти недостатки с лихвой компенсируются скоростью и надежностью архива в средних домашних условиях. Отлично показывают себя винчестеры WesternDigital (WD), Samsung, Hitachi, желательно поискать модель для повышенных нагрузок — будет подороже, но надежней.
Удаленные хранилища данных. С развитием интернета появились многочисленные файловые хостинги — сайты, на которые можно закачать свои документы (не важно, фото ли, видео или просто файлы) в пределах отведенных квот и в любое время получить доступ к файлам через любой компьютер, подключенный к глобальной сети. Обычно бесплатно предоставляется весьма скромный объем, который можно расширить за такие же скромные деньги. Сервисы наперебой хвалятся надежностью и защищенностью данных — и многие не голословно. Крупные компании могут позволить себе самое современное и супернадежное хранилище файлов под присмотром опытных специалистов. Системные администраторы делают все, чтобы не допустить взлома персональных дисков. И тем не менее — кто поручится, что через десять лет эта компания все еще будет существовать? Кто гарантирует, что не найдется хакер, который из хулиганских побуждений выложит ваши персональные файлы на всеобщее обозрение? Да и сам доступ к сети сегодня есть — завтра нет. И все же удаленные хранилища очень удобны, особенно совместно с быстрым интернетом и отлично подходят для накопления, обновления и формирования архива, который в свою очередь будет сохранен на более подходящем носителе. Ссылок сознательно не даю, поскольку не обладаю информацией о надежности того или иного сервиса. Сам пользуюсь зарубежным «DropBox» — показалось удобно, да и сервис уже не новый.
И наконец, общее, очень важное правило , действующее независимо от типа выбранного носителя информации: ДЕЛАЙТЕ РЕЗЕРВНЫЕ КОПИИ! Именно так, прописными буквами! Пусть лень, нет времени или дорого — при первой же возможности делайте копии на разные носители. Лично у автора основной архив, который «на века» — лежит на двух десятках DVD, причем каждый диск в двух экземплярах. Оперативный архив — на RAID-массиве домашнего компьютера, а наиболее ценные файлы дублированы на удаленное хранилище в интернете. Вместо массива можно использовать пару-тройку больших флэшек или внешних жестких дисков, только обязательно делать копии на все, не лениться. Помните, что восстановить испорченный носитель информации сложно, дорого и не всегда возможно.
Для хранения снимков в камере не обойтись без запоминающих устройств. И что бы ни говорили о том, что за последние годы память подешевела в несколько раз, она все еще стоит достаточно дорого. На «лишнюю» память не жалуется никто, все говорят лишь о ее недостатке. Объемом встроенной в камеру памяти производители обычно нас не балуют, и память приходится докупать в девяноста девяти случаях из ста. Ведь на стандартную восьмимегабайтную карту умещается всего от восьми до двенадцати снимков в формате JPEG, а в практически несжимаемом формате TIFF - и того меньше. Согласитесь, что крайне неудобно перекачивать на компьютер или брелок с флэшпамятью каждые шесть или десять снимков.
Сейчас большинство камер имеет сменную флэш-память, которая хранит информацию без потребления энергии и, кроме того, позволяет подсоединить портативный накопитель большой емкости. Если карта сменной памяти целиком заполнена изображениями, то ее можно просто вынуть из фотоаппарата и вставить на ее место другой модуль или продолжать снимать на встроенную память. Съемная карта памяти помещается в специальном отсеке цифровой камеры, или, правильней сказать, в слоте. Каждый тип носителя предусматривает собственный дизайн слота - вы не сможете вставить в него карту памяти, которую камера не поддерживает.
Большинство слотов спроектировано таким образом, чтобы предотвратить неправильную установку карты (например, «вверх ногами»). Камеры большинства моделей обычно «видят» одновременно лишь одну из двух имеющихся карт памяти. Если сменная карта вставлена в слот, то камера «забывает» о существовании встроенной памяти. Если на съемной карте не осталось свободного места, а хочется снимать еще и еще, следует вынуть карту из слота - тогда камера увидит свободную встроенную память. Сравнивая достоинства цифровых камер, эксперты обращают внимание на тип используемой памяти. Всегда полезно знать, насколько память камеры совместима с другими устройствами и не обернется ли дешевизна «мозгов» дороговизной или даже помехой в эксплуатации. Перечислим известные сегодня устройства хранения информации, используемые в цифровых фотоаппаратах.
Для владельцев ноутбуков лучше всего подойдет PC Card ATA, или, как ее еще именуют по названию слота, PCMCIA. Такой разъем в ноутбуках, как правило, имеется. Такая карта используется для хранения больших объемов данных (до 1 Гбайт) и применяется как внешний носитель, в зависимости от типа, в фото- и видеокамерах и в ноутбуках. Размером и формой эти карты напоминают толстую визитку. Карты PCMCIA обычно используются в больших камерах, по характеристикам приближающихся к профессиональным.
Изредка в цифровых камерах применяются устройства Mini Card. Они не слишком надежны. Кроме того, скорость считывания данных у них довольно низка. Зато они потребляют мало энергии и имеют малые габариты: 38x33x3,5 мм. Устройства Mini Card вмещают 64 Мбайт данных.
Самый распространенный в наши дни формат памяти Compact Flash во многом аналогичен картам PC Card, но его физические размеры значительно меньше. Совсем недавно развитие технологии позволило увеличить его максимальный объем до 1 Гбайт. В носителях Compact Flash нет движущихся частей, и потребляют они сравнительно мало энергии - от 3,3 до 5 В, что сделало эти карты суперпопулярными у производителей цифровой фототехники. Карты Compact Flash прочны и долговечны. Производители утверждают, что они могут хранить информацию хоть сто лет.
Компактные и не слишком дорогие карты Smart Media - или, как было принято называть их совсем недавно, SSFDC (английское сокращение от «твердотельный гибкий диск») - известны с 1997 года. Они менее совместимы с цифровыми устройствами, чем карты Compact Flash, и вот отчего. В картах Smart Media отсутствует контроллер, который имеется в Compact Flash и в других устройствах хранения данных. Таким образом, они как бы полагаются на контроллер, встроенный в камеру. Карты Smart Media имеют объем до 128 Мбайт и размер 45x37x0,76 мм - примерно со спичечный коробок. Помимо пониженной совместимости, у них есть и другие недостатки: недолговечность (срок жизни носителя не более пяти лет), хрупкость, незащищенность от внешних воздействий и малый объем. Последний когда-то казался достаточным, но сегодня совсем невелик по сравнению с предоставляемым другими носителями. Для передачи изображений на компьютер с карт Smart Media необходим специальный адаптер Smart Media.
Крохотные, размером в почтовую марку MultiMedia Card (до 128 Мбайт объемом) - из числа самых миниатюрных устройств хранения данных небольшой емкости. Вначале они были задуманы для портативных телефонных аппаратов, но малые размер и вес, а также простой интерфейс и пониженное потребление энергии привлекли внимание производителей различных цифровых устройств. MultiMedia Card все чаще используются в «гибридных» устройствах вроде цифровой фотокамеры со встроенным МРЗ-плейером, а также (иногда) в мобильных телефонах с поддержкой мультимедийных сообщений. Надо сказать, что гонка производителей оперативной памяти за миниатюризацию привела к появлению варианта MultiMedia Card под названием RS-MMC (Reduced Size MultiMedia Card, мультимедийная карта уменьшенного размера). Габариты RS-MMC сократились до 32x24x1,4 мм, и теперь они широко используются в смартфонах и мобильных телефонах новых поколений.
Память Memory Stick от фирмы Sony с максимальной емкостью 128 Мбайт с виду похожа на пластинку жевательной резинки и весит всего 4 г, но широкого применения пока не нашла - хотя устройства для ее подключения могут быть весьма экзотическими. Еще бы: закрытый стандарт, высокая цена и небольшой объем. Камеры, где предусматривается использование этого вида памяти, выпускает только корпорация Sony (с другими типами памяти они не совмещаются).
А вот карты безопасного хранения SD Card (Secure Digital Card), производство которых началось совсем недавно, похоже, обещают стать весьма популярными носителями. Сегодня они вмещают всего 256 Мбайт данных, что совсем немного, но интерес к таким картам вовсе не случаен. Дело в том, что карты SD снабжены криптозащитой от несанкционированного копирования и защитой от случайного стирания и разрушения. Такие свойства вызвали пристальный интерес как у медиакорпораций, так и у потребителей, порой желающих, чтобы картинки из личной жизни не могли быть скопированы без их ведома. Карты SD весьма малы - при габаритах 24x32x2,1 мм они весят всего 2 г. Слот для SD Card принимает и MultiMedia Card, что делает «безопасный» формат еще более перспективным. Немаловажно и то, что SD Card потребляют совсем немного энергии и довольно прочны.
Появились даже одноразовые (нестираемые) флэш-карты серии Shoot&Store от компании SanDisk. Их производитель считает, что появление таких носителей будет способствовать поистине массовому переходу от пленки к цифре. Ведь с появлением одноразовой памяти будет решена проблема хранения снимков и необходимость в компьютере отпадет сама собой. По стоимости одноразовые флэш-карты будут сопоставимы с обычной фотопленкой, а разница в цене компенсируется их надежностью и удобством выбора кадров для печати.
Представленные совсем недавно миниатюрные диски для разгрузки данных DataPlay быстро завоевывают популярность из-за своей дешевизны: 500 Мбайт такой памяти обходятся всего в 10 долларов. В DataPlay используется уменьшенная в размере DVD-оптика, а привод похож на привод винчестера. Практически DataPlay можно назвать миниатюрным DVD (размерами 33,53x39,5 мм). Компания DataPlay объявила о планах выпустить устройства емкостью в 4 Гбайт. Вот только одно нехорошо: диск DataPlay одноразовый и возможности повторной записи не предусматривает. Зато до чего дешево!
В цифровых фотокамерах нашли применение даже такие носители, как диски CD-R и CD-RW. Да-да, не удивляйтесь! Компакт-диск вставляется в камеру и несет на себе до 156 Мбайт записанных данных! Правда, компания Sony, выпускающая такую вот экзотику с прямой записью изображения на CD, пока остается на рынке в одиночестве: никто другой не пытается ей подражать.
Теперь, зная достоинства и недостатки различных видов памяти, попробуйте оценить память вашей камеры (или той, которую вы собрались купить) на фоне всего этого многообразия внешних носителей данных.
Выводы
Вынимая карту из камеры в первый раз, обратите внимание на то, как она вставляется. Перепутав направление контактов, можно повредить и карту, и камеру.
Предохраняйте карту от накопления статических зарядов. Если пришлось извлечь ее из камеры, то время от времени кладите ее на металлическую поверхность или фольгу. Не допускайте трения карты о ткань.
Особенно бережно отнеситесь к контактам карты. Не допускайте их царапанья и иных повреждений.
Имейте в виду, что многие карты довольно хрупки. Уронив карту, можно лишиться и хранящихся на ней данных, и денег, которые вы на нее потратили.
М. ДМИТРЕВСКИЙ.
Наука и жизнь // Иллюстрации
Наука и жизнь // Иллюстрации
Отсутствие катушек с пленкой и лентопротяжного механизма позволяет придавать цифровым фотокамерам самую разную форму для удобства пользования.
Цифровые камеры можно разделить по группам.
Принципиальное устройство цифровой камеры.
Портативный штатив обеспечит неподвижность камеры, а значит, хорошее качество съемки даже при слабом освещении.
Принципиальная схема элемента матрицы.
Распространение компьютеров и, как следствие, цифровых фотоаппаратов позволило сократить и упростить техническую часть съемки. Обработка отснятого материала до момента получения результата значительно ускорилась. Фотограф получает гораздо большую свободу при пользовании техническими возможностями современных фотоаппаратов. «Цифровик» дал нам новые инструменты и возможности. Главным преимуществом «цифры» в отличие от пленочной фотографии стала возможность не бояться ошибок. Можно сделать необходимое количество копий кадра и экспериментировать с ними сколько угодно, изменяя и сравнивая результат. Можно, не откладывая, послать картинку по Интернету более опытному коллеге, узнать его мнение и получить совет. Места для работы с цифровыми фотографиями требуется ничуть не больше, чем уже занимает ваш компьютер, причем работу со снимками можно прервать в любой момент без малейшей потери качества, тогда как при работе с пленкой такие перерывы недопустимы. Фотопленок продается все меньше и меньше, с их проявкой и печатью фотографий уже намечаются трудности. Некоторые крупнейшие производители пленочных аппаратов (например, фирма «Nikon») заявили о прекращении их производства. Сегодня ответ на вопрос, какой фотоаппарат выбрать, очевиден: наступило время цифровых.
Но какую именно камеру следует выбрать, чтобы не тратить лишних денег и удовлетворить свои требования к аппарату? Это зависит от того, для чего мы его приобретаем.
ВСТРОЕННЫЕ
Главная цель камер, установленных в телефонах, придать трубкам конкурентоспособность, повысить цену и заманить покупателя телефона перспективой «за те же деньги» приобрести сразу две полезные вещи. Возможности такого комбайна весьма скромны. Количество кадров небольшое, объектив самый простой и не способен менять фокусное расстояние, приличные кадры получаются лишь при хорошем освещении и когда объект съемки неподвижен. Манипулировать кнопками управления не слишком удобно. Фотографировать телефоном можно, но подавляющее большинство владельцев, попробовав, быстро убеждаются, что для качественных снимков нужен настоящий фотоаппарат, хотя главного преимущества у встроенного аппарата не отнимешь: он всегда под рукой и всегда готов к съемке.
СУПЕРПОРТАТИВНЫЕ
Такие фотоаппараты можно класть в карман рубашки или в кошелек. По техническим данным мало отличаются от портативных аппаратов, а вот цены заметно выше. Здесь действует тот же принцип, что и у часов: чем меньше, тем дороже.
ПОРТАТИВНЫЕ
Аппараты этой группы - самые распространенные у любителей. Доступные цены и широкие технические возможности удовлетворят подавляющее большинство запросов непрофессионала. Размеры невелики, а вес 100-150 граммов позволяет всегда носить камеру с собой. Вы можете делать серии снимков (полезно при съемке быстроизменяющихся событий), снимать видеоклипы без звука или со звуком. Просмотреть результат можно как на дисплее аппарата, так и на компьютере или обычном телевизоре. Количество кадров, которые можно снять на одну карту памяти в зависимости от качества кадра (разрешения) и емкости карты, лежит в диапазоне от десятков штук до нескольких тысяч. Объектив с изменяемым фокусным расстоянием позволяет фотографировать объекты на расстоянии от двух сантиметров до бесконечности. Удаленные предметы можно приблизить, изменяя фокусное расстояние, а также увеличивая электронным способом при обработке на компьютере.
Портативные камеры полностью автоматизированы; один раз установив желаемые настройки, остается лишь выбирать объекты съемки и нажимать на кнопку спуска. О качестве позаботится электроника. Качество снимков, сделанных этими сравнительно недорогими аппаратами, весьма высокое. Когда владелец приобретет некоторый навык работы с камерой, заметить разницу между кадрами, снятыми профессиональным аппаратом и портативным, довольно трудно. Технические возможности у аппаратов разных марок, продающихся примерно по одной цене, очень похожи. Они совершенствуются стремительно, с каждым годом, и уже превзошли уровень разумной достаточности. Большинство владельцев не используют и половину способностей своей техники.
ПОЛУПРОФЕССИОНАЛЬНЫЕ
К приставке «полу» не стоит относиться с подозрением. Многие профессионалы пользуются такой техникой как основной. Главным отличием таких аппаратов от предыдущих категорий можно считать большой объектив с хорошей оптикой и, следовательно, - светосилой. Надежность тоже выше, чем у портативных моделей. Это достигается применением в конструкции камер легких металлов, тогда как в любительских аппаратах чаще используют пластмассу. Полупрофессиональные камеры имеют в дополнение к дисплею видоискатель, чаще всего зеркальный.
«Полупрофессионала» стоит покупать только тем, кто убежден, что возможностей портативной модели ему не хватает. Не обойтись без подробного изучения инструкции, чтобы освоить все возможности вашей покупки. К фотоаппаратам такого класса можно покупать дополнительные принадлежности и аксессуары: объективы, вспышки, штативы, светофильтры и т. д.
ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЕ
Вес и размеры цифровых камер высокого класса примерно такие, как у широко известных пленочных камер типа «Зенит»; весят они 1000-1500 г.
Основное отличие - высокая надежность и качество функций, здесь они доведены до совершенства. Все новые разработки применяются в первую очередь при создании профессиональной техники. Большое количество дополнительного оборудования, которое можно применять совместно с камерой, позволяет фотографу реализовывать почти любые творческие замыслы.
От пленочного у цифрового фотоаппарата существенное отличие: в пленочном свет, пройдя через объектив, попадает на пленку, в цифровом - на матрицу.
МАТРИЦА
Это электронный элемент, который превращает падающие на него лучи света в понятные для процессора сигналы, несущие информацию об изображении. Матрица состоит из ячеек - пикселей; чем больше пикселей, тем выше разрешение снимка. Количество пикселей в первую очередь стремится сообщить изготовитель и продавец.
Зачем нужно высокое разрешение? Предположим, мы вывели на экран компьютера кадр со снятым муравьем при разрешении в 1 мегапиксель (Мп). Объект будет выглядеть очень хорошо и натурально. Теперь попробуем увеличить картинку: резкость будет понижаться, а изображение превращаться в набор квадратиков, похожий на заготовку для вышивания крестиком. Рассмотреть мелкие детали не удастся. При разрешении в 7 Мп мы сможем разглядеть каждый незаметный волосок на ножках муравья и изображение останется достаточно хорошим. Мы можем увеличить изображение очень сильно, при этом отредактировать мельчайшие детали, потом вернуть картинке исходный размер. После наших усилий на изображении не будет видно следов редакторской работы.
У кадров, снятых с высоким разрешением, есть и оборотная сторона - они занимают много места на карте памяти. При высоком разрешении кадров на карту уместится гораздо меньше, чем при низком.
ОБЪЕКТИВ
Матрица обработает только то, что попадет на нее через объектив, причем в необходимом ей режиме. Объектив - весьма сложная система. Чем больше в нем линз, тем выше качество изображения, однако при этом световой поток, попадающий на матрицу, уменьшается. Противоречие устранить непросто, поэтому объектив зачастую может стоить не меньше самого фотоаппарата. О классе фотокамеры можно судить по объективу: если он не встроенный, а объемный, камера не может быть плохой. Все необходимые сведения об объективе помещены на нём, только нужно уметь их понимать.
Очень важная характеристика объектива - светосила, значение максимально возможной диафрагмы. Чем больше света попадет на матрицу, тем лучше; убавить количество света можно, изменяя диафрагму, а увеличить - лишь увеличивая размеры объектива и повышая его качество - вместе с ценой. Чем цифра светосилы меньше, тем выше светосила.
На рисунке 1 мы видим обозначение 1:2,8-4,9. Это значит, что максимальная светосила у объектива 2,8 и уменьшается с увеличением фокусного расстояния до 4,9. У этого объектива фокусное расстояние изменяется от 5,8 до 23,4 мм, что сообщает надпись «ZООM». Чем фокусное расстояние короче, тем шире угол обзора. Изменяя его, с одного и того же места съемки вы сможете разместить в кадре и целый памятник, и одну его голову. Такой объектив позволяет снимать объекты с расстояния от нескольких сантиметров до бесконечности, причем в положении максимального фокусного расстояния изображение объекта увеличивается в три раза. Тем, кто прежде пользовался только пленочными фотокамерами, необходимо знать, что фокусные расстояния у цифровых камер имеют непривычные значения. Объясняется это тем, что кадр стандартной 36-миллиметровой пленки имеет размер 24x36 мм, а размер матрицы - 23,7x15,6 мм. Поскольку угол зрения уменьшается, сокращается и фокусное расстояние. На многих объективах дается перевод относительно фокусного расстояния пленочных камер. Возле значения фокусного расстояния стоит еще одна цифра, указывающая эквивалент для пленочных камер: так, 30 мм для пленочных камер примерно соответствует 18 мм для цифровых.
ВИДОИСКАТЕЛЬ
Во многих портативных и в большинстве «телефонных» камер видоискателя нет совсем, снимаемый объект мы видим на дисплее. К сожалению, этого бывает недостаточно. При ярком солнце за спиной фотографа на дисплей падает много света и изображение можно разглядеть только с большим трудом, затенив экранчик ладонью. В темноте снимать без видоискателя тоже трудно, на дисплее разглядеть ничего не удается, хотя объект съемки различается глазом. Чтобы избавиться от таких неудобств, на фотоаппарате устанавливают привычный оптический видоискатель так называемого реального видения. Увиденная через видоискатель картинка и снимок будут иметь небольшие отличия: обзор через видоискатель не совсем соответствует обзору объектива. На полупрофессиональных и профессиональных камерах установлены зеркальные видоискатели. Так они называются потому, что свет сначала проходит через объектив, а затем через систему зеркал попадает в глаз фотографа. Качество картинки несравненно лучше, чем через простой видоискатель.
ПРОЦЕССОР
Процессор - «мозг» камеры. Он руководит всеми настройками, наведением резкости, изменяет выдержку и диафрагму. Процессор соединяется с компьютером и другими электронными приборами и обменивается с ними цифровой информацией. На прилавке в магазине в технических данных камеры про процессор обычно ничего не говорится. Об его достоинствах можно судить по обилию функций и возможности камеры.
КАРТА ПАМЯТИ
Карта памяти - это запоминающее устройство фотоаппарата. После того как кадр снят, его цифровой код записывается на карту. Чем больше емкость карты, тем больше кадров можно на нее записать. Размером она примерно с почтовую марку. Если вы предполагаете, что одной карты может не хватить, стоит иметь в запасе еще несколько штук. Меняются они очень легко. Каждая карта может быть заполнена и очищена огромное число раз и при бережном отношении прослужит очень долго. Вы можете вынуть карту и отнести ее в фотоателье, чтобы распечатать фотографии, или захватить ее в гости к друзьям, чтобы показать снимки на экране компьютера, вставив карту в специальный адаптер.
ВСПЫШКА
Необходимость в ней появляется, когда недостаточно естественного или искусственного освещения. Она применяется при репортажной съемке. Если светит солнце или есть возможность осветить объект лампами, вспышка не нужна, а вот когда полагаться приходится только на себя, она незаменима. На большинстве камер установлена встроенная вспышка. Такое приспособление способно осветить пространство на расстоянии не более 3 м от фотографа. Если необходимо осветить дальше, придется использовать отдельную, более мощную вспышку; для нее на приличных аппаратах есть специальные крепежные салазки и контакт синхронизации. Объект, расположенный дальше 10 м, не удастся осветить никакой вспышкой. Пользоваться вспышкой тоже придется учиться. При неумелом пользовании тени могут изменить лицо до неузнаваемости, а цвета не будут иметь ничего общего с оригиналом. Если можно снять без вспышки, лучше так и поступить.
ПИТАНИЕ
Чем камера проще, тем меньше она потребляет энергии. Обычно портативная камера заряжается двумя батарейками стандарта «АА». В полупрофессиональную - потребуется от четырех до шести таких же источников. Гораздо лучше вместо батарей применять аккумуляторы. Их можно многократно заряжать. После дня съемок при использовании батарей уже нет уверенности, что их хватит и на следующий. С аккумуляторами проще: день прошел, на ночь ставим их на зарядку, а утром они вновь полны энергии. Хотя аккумуляторы стоят дороже, чем батарейки, работать с ними выгоднее благодаря многоразовому использованию. А для работы в помещении в серьезных фотоаппаратах существует гнездо для сетевого адаптера.
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ АКСЕССУАРЫ
Купив камеру, обязательно приобретите для нее чехол, желательно жесткий или полужесткий - только такие кофры защитят ваше приобретение от ударов и царапин. Съемка при плохом освещении потребует больших выдержек, особенно если светосила объектива аппарата невелика. В момент съемки камера должна быть совершенно неподвижна, иначе изображение будет смазано. Купите хотя бы маленький штатив. Его можно закрепить на неподвижную поверхность и фотографировать без опасений за качество.
ЧТО ПОТОМ?
Вы вернулись из поездки домой, заполнив снимками видеокарту, а может быть, и не одну. Перекачиваем информацию на компьютер и просматриваем. Часть кадров получилась темными, часть - слишком светлыми, композиция далека от совершенства. На некоторых снимках присутствуют посторонние элементы вроде неизвестно чьей руки или ремешка от фотоаппарата, который оказался перед объективом и на фотографии выглядит как непонятная полоса. Пора редактировать отснятый материал. Здесь мы ощутим достоинства цифровой фотографии в максимальном объеме. Если ретушировать пленочное фото умеют считанные любители, то цифровое - способно улучшить большинство. При помощи компьютера можно весьма существенно компенсировать недостаток мастерства при съемке. В комплект каждого цифрового аппарата входит программный диск, на котором записана программа обработки фотографий, но подавляющее большинство фотографов пользуются все же программой Adobe Photoshop. Кроме широких возможностей у этой программы есть и тот плюс, что о ней выпущено огромное количество справочной литературы. Другая программа для редактирования, пожалуй, еще более мощная - Corel draw.
При помощи этих программ можно обработать каждый пиксель отдельно, позволив сделать практически любой интересный вам кадр вполне пригодным. Поэтому даже неинтересные с первого взгляда кадры удалять не стоит, лучше их сохранить, рассортировав по видам, в отдельной виртуальной папке. Они потом могут послужить «донором» при редактировании интересных, но подпорченных кадров. Например, лицо друга на кадре оказалось наполовину закрыто крылом неожиданно взлетевшего голубя. Находим в своих запасах нужное лицо в нужном ракурсе и переносим в нужное место. Даже мастера обработки фотографий вряд ли используют эти мощнейшие программы более чем на две трети их потенциальных возможностей. С появлением цифровых фотокамер и средств обработки материалов разница между художниками и фотографами становится все более призрачной.
Но если ваши фотографии хранятся только на диске компьютера, велика возможность через какое-то время их утерять. Чтобы этого не случилось, придется постоянно переносить информацию на новые носители, а лучше всего самые ценные кадры печатать, как и прежде, на фотобумаге и хранить в семейных альбомах.
Но в любом случае, овладев возможностями цифровой камеры, ее владелец получит немало удовольствия.
Подробности для любознательных
МАТРИЦА ЦИФРОВОГО ФОТОАППАРАТА
В современных цифровых аппаратах используются матрицы двух типов: ПЗС (прибор с зарядовой связью) и КМОП (комплементарный металло-оксидный проводник). Матрица ПЗС - это интегральная микросхема, выполненная на основе кремния и состоящая из светочувствительных фотодиодов. Название ее отражает способ считывания электрического потенциала: путем последовательного сдвига заряда от фотодетектора к фотодетектору до его преобразования считывающим устройством в определенный уровень напряжения и превращения таким образом из аналоговой формы в цифровую. На это требуется некоторое время, и следующий снимок может быть сделан лишь после того, как считывание завершено.
В матрицах КМОП напряжение может быть сразу же снято с каждого пикселя, поэтому использующие их фотокамеры более быстродействующие. Кроме того, матрицы КМОП в сравнении с ПЗС потребляют меньше энергии и дешевле в изготовлении. Такие матрицы используются в цифровых камерах, встроенных в мобильные телефоны. Главным их недостатком до последнего времени являлось наличие «шума» - мелких дефектов изображения, возникающих как следствие конструктивных особенностей устройства.
Тем не менее работа по усовершенствованию матриц обоих типов ведется непрерывно, и говорить об их преимуществах и недостатках становится все труднее.
Несмотря на свои скромные размеры, матрица - весьма сложный электронный прибор, состоящий из нескольких десятков элементов - деталей. Каждая ее логическая ячейка - пиксель - накрыта фокусирующей световой поток линзой и трехцветным фильтром (фильтром Байера), обеспечивающим воспроизведение цвета объекта.
ЦВЕТ И СВЕТ
Чтобы цвета фотоснимка не исказились, в цифровой камере существует специальная схема сведения баланса белого, настраивающая световой сенсор на восприятие того или иного источника света.
Например, свет лампы накаливания имеет смещение в сторону красных волн, а свет люминесцентной лампы - в сторону фиолетовой части спектра. В цифровых камерах применяется автоматическая установка, хотя возможно перейти и в ручной режим. Характеристика освещенности объекта называется цветовой температурой; чем она выше, тем больше синих тонов.
Датчик цветовой температуры - это два светодиода, прикрытые парой светофильтров синего и красного цвета. Если в отраженном от объекта съемки световом потоке преобладает красная составляющая, компьютер камеры приходит к выводу, что источник света - лампа накаливания, и переключается в соответствующий режим. Если преобладающей оказывается синяя составляющая, камера переключается на заводскую предустановку для люминесцентных ламп. А когда сигналы датчиков примерно равны (состав отраженного света соответствует спектру солнечного света), то сенсор переключается в основной режим, предназначенный для съемки при естественном солнечном освещении.
Как правило, если съемка идет в стандартных условиях (при дневном освещении после 9 часов утра и до заката солнца; в пасмурную погоду; с включенной вспышкой), достаточно выбрать в меню опцию автоматического сведения баланса белого.
В иных случаях лучше установить цветовой баланс вручную, воспользовавшись заводскими предустановками: для утренней съемки установить режим освещения люминесцентной лампой, для вечерней съемки - лампой накаливания. Иногда, однако, этого оказывается недостаточно (например, при съемке на закате, когда все окрашивается в красный цвет; на ночной улице, освещенной яркими натриевыми лампами, и т.д.). В этих случаях лучше всего свести баланс белого самостоятельно.
Выбрав в экранном меню опцию баланса белого, переключаем камеру на ручную установку. Наводим объектив на белую поверхность - стену, потолок или даже лист бумаги. При этом площадь кадра должна быть полностью занята этой поверхностью без теней и отблесков. Нажатие на кнопку спуска приведет к установке цветового баланса. Фотоаппарат выйдет из режима экранного меню в рабочий режим и будет готов к съемке. Последняя настройка баланса белого запоминается камерой и сохраняется вплоть до явного выбора другого режима сведения баланса.
Следует помнить, что бытовые осветительные приборы - настольные лампы, торшеры, люстры и так далее - не предназначены специально для освещения места фотосъемки, поэтому в цифровой камере в таких случаях рекомендуется устанавливать баланс белого вручную.
Главное отличие пленочного фотоаппарата от цифрового заключается в способе фиксации света, прошедшего через объектив. Там, где в традиционных пленочных фотоаппаратах располагается пленка, у цифровой камеры находится электронная матрица со светочувствительными элементами. Именно на поверхности электронно-оптического преобразователя (матрицы) создается изображение, которое затем превращается в электрические сигналы, обрабатываемые процессором камеры. От матрицы цифрового фотоаппарата напрямую зависит не только качество получаемых фотографий, но и стоимость самой камеры. Что же собой представляет светочувствительная матрица и каким образом создается цветное изображение в цифровом фотоаппарате?
Матрица: типы и принцип работы
Светочувствительная матрица является ключевым элементом любой современной цифровой камеры. Ее можно назвать «сердцем» цифрового фотоаппарата. Если же сравнивать камеру с человеческим глазом, то матрица – это сетчатка цифрового аппарата, на которой оптический сигнал преобразуется в цифровое изображение. Матрица или сенсор представляет собой сложно структурированную пластинку из полупроводникового материала. На этой микросхеме имеется упорядоченный массив светочувствительных элементов. Миллионы таких светочувствительных элементов или пикселов изолированы друг от друга и формируют только одну точку изображения. Нужно отметить, что, несмотря на высокую точность в изготовлении матриц цифровых фотоаппаратов, каждый сенсор по своему уникален и потому двух совершенно одинаковых камер по своему характеру не существует.
Основная задача матрицы фотоаппарата заключается в том, чтобы обеспечить преобразование оптического изображения в электрическое. При спуске затвора фотоаппарата на миллионы крошечных ячеек попадает свет, на них накапливается заряд, который, естественно, разнится в зависимости от количества света, попавшего на данную ячейку матрицы. Эти заряды передаются на электрическую схему, которая призвана усилить их и преобразовать в цифровой вид. Усиление сигнала выполняется в соответствии с настройками чувствительности ISO, выбираемых камерой автоматически или самостоятельно устанавливаемых пользователем. Чем больше выбираемая чувствительность ISO отличается от реальной светочувствительности матрицы, тем сильнее сигнал. Но усиление сигнала может негативно сказаться на итоговом изображении – появляется так называемый «шум» в виде случайных помех.
На сегодняшний день при производстве светочувствительных матриц для цифровых фотоаппаратов используются, главным образом, две технологии – CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) и CCD (Charge Coupled Device). В русском переводе эти два типа сенсоров известны как КМОП и ПЗС-матрицы.
КМОП-матрицы изготавливаются из комплементарных металлооксидных полупроводниковых материалов. Их ключевая особенность состоит в том, что они умеют считывать и усиливать световой сигнал с любой точки своей поверхности. КМОП-матрица может преобразовывать заряд в напряжение сразу в пикселе. Эта особенность позволяет значительно повысить скорость работы фотоаппарата при обработке информации с матрицы.
Кроме того, подобная технология дает возможность интегрировать матрицы непосредственно с аналогово-цифровым преобразователем (АЦП), что обеспечивает удешевление цифрового фотоаппарата за счет некоторого упрощения его конструкции. Плюс ко всему, КМОП-матрицы отличаются более низким энергопотреблением. Однако у них есть существенный недостаток – для того, чтобы повысить светочувствительность матрицы и улучшить, тем самым, качество изображения производителям приходится существенно увеличивать физические размеры сенсора.
ПЗС-матрицы получили большое распространение в современных цифровых фотоаппаратах любительского и профессионального уровня даже несмотря на то, что они отличаются чуть большей трудоемкостью в производстве. Принцип работы такой матрицы основывается на построчном перемещении накопленных электрических зарядов. В процессе считывания заряда осуществляется перенос зарядов к краю матрицы и в сторону усилителя, который далее передает усиленный сигнал в аналогово-цифровой преобразователь (АЦП). Поскольку информация из ячеек считывается последовательно, то сделать следующий снимок можно только после того, как предыдущее изображение сформировано целиком. В то же время преимуществом ПЗС-матриц являются их сравнительно небольшие размеры.
ПЗС-матрицы, используемые в современных цифровых фотоаппаратах, по своей конструкции делятся на полнокадровые, с буферизацией кадра, буферизацией столбцов, с прогрессивной разверткой, чересстрочной разверткой и с обратной засветкой. Например, в чересстрочных ПЗС каждый пиксель обладает как приемником света, так и областью для накапливания заряда. В свою очередь, в полнокадровых матрицах весь пиксель выполняет функцию приема светового потока, а каналы передачи заряда спрятаны под пиксель.
Довольно долгое время считалось, что ПЗС-матрицы обладают большей светочувствительностью, более широким динамическим диапазоном и лучшей устойчивостью к шумам, по сравнению с КМОП-сенсорами. Поэтому цифровые фотоаппараты с ПЗС-матрицами использовались там, где требуется обеспечить высокое качество изображения, а камерам с КМОМ-сенсорами отводилась роль недорогих любительских устройств. Однако за последние годы производителям вследствие улучшения качества кремниевых пластин и схемы усилителя удалось существенно повысить характеристики КМОП-матриц. И теперь по качеству изображения камеры на основе КМОП-матриц практически ни в чем не уступают фотоаппаратам, в которых используются ПЗС-сенсоры.
Новейшие КМОП-сенсоры способны гарантировать профессиональное качество снимков. А потому с точки зрения качества фотоизображения, собственно, тип матрицы уже мало о чем говорит, гораздо более важным фактором являются конкретные характеристики данного сенсора — его физические размеры, разрешающая способность, светочувствительность, соотношение сигнал — шум.
Как мы уже выяснили, матрица цифрового фотоаппарата состоит из огромного количества светочувствительных полупроводниковых элементов прямоугольной формы, называемых пикселями. Каждый такой пиксель собирает электроны, возникающие в нем под действием фотонов, пришедших от источника света. Но как же происходит процесс формирования изображения матрицей фотоаппарата?
В упрощенном виде об этом можно рассказать на примере ПЗС-матрицы. Во время экспозиции кадра, регулируемой с помощью затвора фотоаппарата, каждый пиксель постепенно заполняется электронами пропорционально тому количеству света, которое попало на него. Далее затвор фотоаппарата закрывается, и столбцы с накопленными в пикселях электронами начинают сдвигаться к краю сенсора, где размещается аналогичный измерительный столбец.
В этом столбце заряды сдвигаются уже в перпендикулярном направлении и, в конечном счете, попадают на измерительный элемент. В нем создаются микротоки, пропорциональныепопавшим на него зарядам. Благодаря такой схеме становится возможным определить не только значение накопленного заряда, но и какому пикселю на матрице, то есть номер строки и номер столбца, он соответствует. На основе этого строится картинка, соответствующая сфокусированному на поверхности светочувствительной матрицы изображению. В матрицах, построенных по технологии КМОП, заряд преобразуется в напряжение прямо в пикселе, после чего он может быть считан электрической схемой фотоаппарата.
Формирование цветного изображения
Сенсоры цифровых фотоаппаратов способны реагировать только на силу попадающего на них света. То есть они могут определять исключительно градации интенсивности света — от полностью белого до полностью черного. Чем больше фотонов попало на пиксель, тем, соответственно, выше яркость света. Но как в таком случае цифровой фотоаппарат распознает цветовые оттенки? В традиционных пленочных фотокамерах используется негативная пленка, состоящая из трех слоев, которые позволяет пленке сохранять различные цветовые оттенки света. В цифровых же камерах реализуются иные технические решения для формирования цветного изображения.
Для того, чтобы сенсор цифрового фотоаппарата мог различать цветовые оттенки, над его поверхностью устанавливают блок микроскопических светофильтров. Если в матрице используются микролинзы, служащие для дополнительной фокусировки света на пикселях с целью повышения их чувствительности, то фильтры размещаются между каждой микролинзой и ячейкой.
Как хорошо известно, любой цвет в спектре можно получить путем смешения всего нескольких основных цветов (красного, зеленого и синего). Распределение светофильтров по поверхности сенсора для формирования цветного изображения может быть разным, в зависимости от выбранного алгоритма. В большинстве цифровых фотоаппаратов сегодня применяется цветовая модель Байера (Bayerpattern).
В рамках этой системы цветовые фильтры над поверхностью матрицы располагаются вперемежку между собой, в шахматном порядке. Причем количество зеленых фильтров в два раза больше, чем красных или синих, поскольку человеческий глаз более чувствителен к зеленой части светового спектра. В результате, получается так, что красные и синие фильтры располагаются между зелеными. Шахматный порядок в расположении фильтров необходим для того, чтобы одинаковые по цвету изображения получались вне зависимости от того, как пользователь держит фотокамеру – вертикально или горизонтально.
Цветовая модель Байера (ист. www.figurative.ru)
Таким образом, цвет каждого пикселя определяется прикрывающим его светофильтром. В получении информации о цвете участвуют все экспонированные элементы ячейки. Само же цветное изображение строится электроникой камеры уже после того, как снимаемый с ячеек сенсора камеры электрический сигнал преобразуется в цифровой код аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Впрочем, КМОП-сенсоры могут и самостоятельно обрабатывать цветовую составляющую сигнала.
Аналого-цифровой преобразователь (АЦП)
Как мы уже поняли, работа светочувствительной матрицы тесно связана с аналого-цифровым преобразователем камеры (АЦП). После того, как каждый из миллиона светочувствительных элементов матрицы преобразует энергию падающего на него света в электрический заряд, этот накопленный заряд усиливается до необходимого уровня для последующей его обработки аналого-цифровым преобразователем.
Аналогово-цифровой преобразователь – это устройство, отвечающее за преобразование входного аналогового сигнала в цифровой сигнал. АЦП переводит аналоговые величины полученного каждым светочувствительным элементом электрического заряда в цифровые величины, которые далее автоматика камеры, в частности, встроенный микропроцессор, получает уже в двоичном коде.
Главной характеристикой АЦП является его разрядность, то есть количество дискретных уровней сигнала, которые кодируются преобразователем. К примеру, одноразрядный аналогово-цифровой преобразователь может классифицировать сигналы светочувствительных датчиков только как черные (0) или белые (1). А восьмиразрядный АЦП способен построить уже 256 различных значений яркости для каждого датчика. В современных моделях цифровых фотоаппаратов с сенсорами большого размера используются 12-, 14- либо 16-разрядные аналого-цифровые преобразователи. Высокая разрядность установленного в камере АЦП может свидетельствовать о том, что данный цифровой фотоаппарат способен создавать изображения с широким тональным и динамическим диапазонами.
После того, как АЦП выполнит преобразование аналоговых напряжений, полученных с датчиков, в двоичную кодированную метку, состоящую из нулей и единиц, он передает эти оцифрованные данные нацифровой процессор сигналов камеры. В процессоре эти данные уже преобразуются в цветную картинку в соответствии с внесенными производителем алгоритмами, включающими в себя, в частности, определение координат точек изображения и присвоения им определенного цветового оттенка. При построении цветового изображения встроенная электроника камеры обеспечивает регулировку яркости, контрастности и насыщенности картинки. Также она убирает с него различные помехи и «шумы».
Безусловно, сенсор и связанный с ним аналого-цифровой преобразователь – это не единственные составляющие цифровой камеры, которые определяют ее качество. Оптика, электроника и другие элементы также очень важны для обеспечения высокого качества создаваемых фотоизображений. Тем не менее, уровень современного цифрового фотоаппарата принято определять именно исходя из технического совершенства установленной в нем светочувствительной матрицы. Более того, развитие фототехники в целом сегодня во многом определяется скоростью разработки все более совершенных сенсоров.