Особенности цифровой фотографии кратко

Обновлено: 05.07.2024

Первооткрывателем обычной фотографии с применением первых светочувствительных фотоматериалов считают Луи Жака Дагера, нашедшего практический способ получения светописного изображения и его закрепления на серебряной полированной пластинке в 1839 году.

Точной даты рождения цифровой фотографии не существует. С некоторой условностью к ней можно отнести 1969 год, когда англичанами Уильямом Бойлем и Джорджем Смитом были изобретены чувствительные к свету полупроводниковые приборы с зарядовой связью CCD ( Charge Coupled Device ). Таким образом, если пленочные фотоаппараты существуют уже более 100 лет, то цифровые технологии съемки стали доступны рядовому пользователю лишь 5-10 лет назад. Тем не менее, большинство экспертов утверждают, что цифровая фотография станет в очень короткое время такой же обыденной вещью как телевизор или сотовый телефон. По своим возможностям цифровой фотоаппарат сейчас значительно обгоняет свой пленочный аналог. За считанные минуты после съемки фотограф может распечатать готовые изображения или разместить их в Интернете.

В цифровых фотоаппаратах, как и в пленочных, используется объектив, но вместо фокусирования изображения на пленку, свет попадает на светочувствительные ячейки полупроводникового чипа, называемого сенсором . Множество сенсоров образует светочувствительную матрицу. Микропроцессор фотоаппарата анализирует полученную из матрицы информацию и определяет необходимые значения выдержки и диафрагмы, настраивает автофокус и другие характеристики камеры. Потом матрица захватывает изображение и передает его на аналого-цифровой преобразователь , который анализирует аналоговые электрические импульсы и преобразует их в цифровой вид ( поток нулей и единичек). Собственно этот массив нулей и единиц и создает цифровое изображение, с которым фотографу предстоит работать в дальнейшем.

Особенности цифровой фотографии

Если вы решили заняться цифровой фотографией, то первым вашим шагом станет покупка цифровой фотокамеры.

Цифровое фото по сравнению с пленочным имеет ряд преимуществ:

  • Цена – главное, в чем проигрывает современный цифровой фотоаппарат аналогичному по своим характеристикам пленочному. Стоимость профессиональной камеры начинается от $1000 и заканчивается за облаками. В результате имеем стоимость профессионального пленочного аппарата, да еще на несколько отличных сменных объективов останется.
  • Большое время срабатывания спуска. Большинство современных цифровых фотоаппаратов делают снимок не сразу после нажатия на спусковую кнопку, а с некоторой задержкой. Из-за автофокуса время задержки колеблется в пределах 0,3-2 сек. При съемке пейзажа данный недостаток не мешает, но при фотографировании подвижных объектов (животных, транспорт, спорт) это создает определенные неудобства.

Выбор камеры

Во-первых, чем больше мегапикселей указано в маркировке камеры, тем более качественную фотографию можно получить. Для любительских целей и печати снимков небольшого формата (10 на 15 или 13 на 18 см) вполне достаточно 3-х мегапиксельной камеры. Пять мегапикселей позволят напечатать качественные фотографии 30 на 40 см, например, для фотовыставок.

Во-вторых, чем качественнее оптика, тем качественнее, при прочих равных условиях, получаются фотографии. При выборе цифровой камеры обратите внимание на фокусное расстояние объектива: каково максимальное и минимальное расстояние , на котором возможна съемка.

В-третьих, выбирая аппарат, не пренебрегайте функцией позволяющей отключать полностью автоматизированный режим съемки и выставлять параметры вручную (время экспозиции, размер диафрагмы). Помните, что автоматика может ошибаться.

Обратите внимание и на то, что есть некоторая тонкость с параметром Zoom .(Трансфокация) – функция , реализующая приближение фотографа к объекту съемки программно ( digital zoom ) или аппаратно ( optical zoom ). Качество фотографии при цифровом увеличении (программно) всегда ниже, чем при увеличении оптическом (аппаратно).

Об остальных моментах выбора цифрового аппарата мы более подробно поговорим позднее.

Основные этапы создания цифрового фото

Съёмка

Профессиональная фотосъемка начинается с приблизительного сценария или плана съемки. Такой план может содержать перечень планируемых сцен и попутные заметки по условиям съемки. Важное событие всегда следует снимать с различных точек съемки. Позднее, при редактировании, можно будет выбрать лучшие точки съемки или соединить их.

При любой съемке фотокамеру желательно стабилизировать. Можно получить стабильную картинку и без использования треноги. Для этого необходимо правильно держать камеру во время движения. Держите её двумя руками. Это уменьшит тряску, в отличие от удерживания одной рукой. Используйте свои ноги для поглощения колебаний. Согните колени чуть больше обычного и понизьте центр тяжести.

Одна из грубых ошибок съемки заключается в слишком частом использовании увеличения (зума). Для крупного плана лучше просто подойти поближе к объекту. Вторая распространенная ошибка заключается в отказе от ЖК-дисплея при съёмке. Цифровая камера - это устройство WYSIWYG (что видишь на экране, то и получишь на плёнке). Если вы видите нужный объект на ЖК- дисплее или видоискателе, то он будет и на плёнке.

Передача данных в компьютер

После окончания съемки необходимо загрузить ваши снимки в компьютер для их редактирования. Для этого вы можете воспользоваться USB -интерфейсом и программными возможностями ОС Windows. Соедините вашу камеру и компьютер кабелем USB – операционная система обнаружит ваш накопитель информации и позволит вам скинуть данные из фотоаппарата в ПК также как с обычного диска. Потребуется незначительное время, для того, чтобы весь графический материал был перенесен на ваш винчестер .

Редактирование

Следующий шаг вашей работы – редактирование фотоизображений. Редактирование предполагает умелую коррекцию дефектов отснятого вами материала. Брак удаляют, а удачные снимки доводят до совершенства.

Программное обеспечение по редактированию отснятого материала позволяет не только просмотреть, повернуть и обрезать фотографии, но и добавить в ваши снимки рамки, спецэффекты и текст. Наилучшая программа для редактирования цифровых фотографий – Adobe Photoshop. Вы можете также попробовать несколько разных программ, например, Paint Shop Pro или CorelPHOTO- PAINT , а затем выбирать то, что подойдёт вам лучше всего.

Монтаж

В процессе редактирования снимков вы можете выполнить их фотомонтаж (коллаж). Например, вашу фотографию с неудачной рыбалки вы можете изменить, добавив в свой снимок огромную щуку, взятую из Internet.

Эффекты

В процессе редактирования фотографий к ним можно добавить различные компьютерные эффекты, меняющие ваше изображение по специальному алгоритму (дым, вспышки, стилизации, капли воды и тому подобное).

Надписи

Нанесение текста на фотографии можно выполнить посредством любого графического редактора, например, Adobe Photoshop. Если вам нужно что-то особенное, например трёхмерные шрифты или буквы, горящие огнем, то можно применить специальные плагины (plugins) или особые программы, например, Xara 3D . Надписи должны быть эстетичными, смысловым образом оправданы и вызывать интерес смотрящего их человека.

При создании из фотографий слайд-шоу, а также галерей, к ним можно добавить и звук. Звук должен соответствовать фотоматериалу. Выбирайте соответствующую музыку - правильная музыка добавит качества вашему слайд-фильму и усилит его идею.

Вывод и хранение фотоизображений

Вы можете вывести свои готовые работы на компакт-диск, создав фото слайд шоу ( VCD ). О способах создания VideoCD с помощью программы Nero Burning Rom рассказывается в "лекции 9" .

Фотопрограммы

Если вы хотите привести в порядок свой цифровой фотоархив, то одной программой не обойтись. Есть программы, удобные для просмотра фотографий. Одной из признанных программ этого класса является смотровик ACDSee. Среди достоинств программы - большое количество поддерживаемых форматов файлов, возможность редактирования изображений и создания из них слайд-шоу.

Если из статических изображений вы захотите выполнить анимацию , то нет лучше программы, чем Ulead GIF Animator . Не смотря на отсутствие русской локализации , эта программа проста и понятна, имеет пошагового мастера и интуитивно понятный интерфейс .

Набор программы для работы с фотографиями может быть разным – все зависит от ваших целей и задач. Например, для создания панорам я использую утилиту Panorama Maker, а кому-то панорамы вообще не нужны.

Домашняя фотостудия

Простейшая домашняя студия может состоять из цифровой фотокамеры и компьютера. В эту условную схему также можно добавить цветной фотопринтер и пишущий CD ( DVD ) ROM . Совместное использование камеры и компьютера позволяет производить редактирование фотоизображений и их вывод на бумагу, в Сеть , либо запись на CD или DVD .

Резюме

Во введении было кратко рассказано об основных этапах вашей работы для создания любительских или профессиональных фоторабот. Более подробно мы рассмотрим эти вопросы далее. Хочу обратить ваше внимание на то, что и цифровая камера, и персональный компьютер – вещи дорогие. Профессиональная камера стоит не менее $1000, и около этого – цена хорошего компьютера. Плюс – фотопринтер и аксессуары. Как говорится, искусство требует жертв.

Отличными являются те процессы, которые происходят за объ­ективом фотоаппарата при использовании иного (полупроводнико­вого) световоспринимающего устройства с иным принципом записи информации.

В традиционной фотографии запись световой информации производится в результате фотохимических превращений в свето­чувствительном материале. В основе цифровой фотографии — физические процессы, основанные на явлении внутреннего фото­электрического эффекта. Оно лежит в основе световоспринимаю-щих устройств современных теле- и видеокамер и позволяет пре­вращать оптическое изображение сначала в электрический, а затем в цифровой сигнал посредством компьютера.

Цифровая фотография (электронная, компьютерная) — одна из технологий фотографии, основанная на использовании опто-электронных светоприемников и цифровой обработки изображений.

Сравнительная характеристика традиционной и цифро­вой фотографии. Наибольшим достоинством галогенсеребряного фотографического процесса является его универсальность и широ­кие масштабы использования. Однако традиционный процесс име­ет свои недостатки. Во-первых, в его основе лежит многоступенча­тая химико-фотографическая обработка светочувствительных материалов, требующая больших временных затрат и расходных материалов. Во-вторых, основными светочувствительными веще­ствами, используемыми в традиционной фотографии, являются галогенные соединения серебра, что при мировом дефиците се­ребра в настоящее время значительно увеличивает стоимость фо­топроцесса.

Цифровая фотография лишена этих недостатков: нет необхо­димости в расходных светочувствительных материалах и их обра­ботке; любая визуальная информация может быть представлена в виде электрического сигнала и посредством компьютера преобра­зована в цифровой вид; цифровые изображения можно корректи­ровать, хранить неограниченное время, тиражировать на бумажном носителе.

Преимуществами цифровой фотографии являются:

1. Оперативность — быстрота получения изображения, воз­можность передачи изображений по телекоммуникациям (связи, телефонной линии и т. п.) на большие расстояния.

2. Наглядность подготовительного этапа съемки, то есть возможность формировать изображения в реальном времени и осуществлять на стадии съемки визуальный контроль получаемого изображения на экране, сокращая время для получения изображе­ния требуемого качества.

3. Простота метода, поскольку для его применения в крими­налистической фотографии достаточно пользовательского уровня владения компьютером.

4. Высокое качество получаемого изображения. Цифровая фо­тография объединяет положительные стороны прямых и косвенных методов, известных в традиционной фотографии. Она позволяет получать контрастные изображения с хорошими оптическими па­раметрами, непосредственно наблюдать результаты исследований в невидимой зоне спектра.

5. Возможности коррекции (цифровой обработки) изображений с целью выявления и фиксации индивидуальных признаков (изме­нением тонового и цветового контраста, повышением резкости, удалением помех в изображении, усилением слабовидимого и т. п.). Эти возможности наилучшим образом реализуются именно в об­ласти судебной исследовательской фотографии.

Цифровая фотография имеет также ряд недостатков. Цифровые фотографические средства дороже, чем аналогичные по характе­ристикам традиционные. Первые цифровые фотокамеры и видео­камеры первого поколения дают изображения невысокого качества, с разрешающей способностью на порядок ниже традиционной фо­тографии. Существовал и ряд проблем, связанных с уязвимостью цифровой фотографии с точки зрения возможной фальсификации изображения, которые являлись сдерживающим фактором ее мас­сового применения в криминалистике и судебной экспертизе. На сегодняшний день данные проблемы решены. В настоящее время не только профессиональные, но и любительские цифровые фото­камеры по разрешающей способности сравнялись с галогенсереб-ряными фотоматериалами. Соблюдение процессуального порядка приобщения носителей компьютерной информации к материалам уголовного дела, регламентированного в действующем УПК РФ, а также выполнение разработанных в последнее время криминали­стических рекомендаций гарантирует достоверность передаваемой в иллюстрациях информации, исключает ее искажение, обеспечи­вает возможность ее проверки, т. е. допустимость использования цифровой фотографии при раскрытии и расследовании преступлений.

Применение цифровой фотографии в криминалистике. Цифровая фотография, как и традиционная, совмещает в себе две функции: запечатлевающую и исследовательскую. Она активно ис­пользуется при производстве следственных действий, позволяя уже в ходе их проведения оперативно изготавливать изображения фиксируемых процессов, обстановки, предметов — вещественных доказательств, следов и оформлять их вместе с протоколом. Ши­роки ее возможности и при проведении экспертных исследований.

Следует отметить, что в настоящее время на повестке дня не стоит вопрос о необходимости полной замены традиционного фо­тографического процесса технологией цифровой фотографии как в деятельности экспертно-криминалистических подразделений, так и в учебном процессе в высших учебных заведениях МВД России. Оба фотографических процесса должны использоваться по мере их возможностей.

Особенности цифровой фотографии

Цифровая и обычная фотография между собой имеют кое-что общее: сам принцип создания изображения. И там, и здесь изображение создается светом, попадающим через объектив на светочувствительную поверхность. На этом сходство двух видов фотографии заканчивается, и начинаются различия:
- в традиционной фотографии изображение фиксируется на промежуточном носителе - на пленке, которая затем требует проявки. После проявки изображение через увеличитель или станок для контактной печати переносят на фотобумагу.
- Цифровая камера записывает изображения не на пленку, а нa карту памяти. Затем полученные кадры передаются в компьютер и сохраняются на его жестком диске, К компьютеру камеру подключают при помощи кабелей или специальных устройств. Иными словами, цифровая камера относится к устройствам компьютерной периферии.

Разберем, как работает цифровой фотоаппарат, а для этого перечислим основные шаги создания цифрового изображения посредством цифровой камеры:
1. Свет, проходя через объектив, попадает на комплекс светочувствительных элементов - матрицу.
2. Процессор считывает с матрицы информацию, формирующую изображение. При этом он оцифровывает сигналы матрицы, сжимает их и записывает в память.
3. Фотограф оценивает снимок, просматривая его на жидкокристаллическом экране или на экране компьютера.
4. Изображение перезаписывается на жесткий диск компьютера или на другой носитель цифровой информации к при необходимости обрабатывается.

Цифровая камера состоит из двух взаимосвязанных частей. Первая часть, которая отвечает за управление фотографическими параметрами съемки - оптоэлектронно-механическая. Она состоит из оптической системы, схем управления фокусировкой, экспозицией и так далее. Вторая часть цифровой камеры скорее сродни компьютеру и состоит из светочувствительной матрицы (сенсора) и программного обеспечения. На основе математических алгоритмов она преобразует световые сигналы в цифровую информацию, оперирует этой информацией, хранит се и передает из камеры в компьютер, на принтер или в иное устройство.

Самые распространенные пиксельные значения разрешения камеры соответствуют тем, что применяются в компьютерных мониторах: 640x480, 1024x768, 1280x1024, 1600x1200 и так далее. Первая цифра означает число пикселов по горизонтали, вторая - по вертикали. Перемножив их, получим разрешение камеры. К примеру, трехмегапиксельиая цифровая фотокамера позволяет получить снимок с разрешением 2000x1500 точек. Тому, кто покупает свою первую цифровую камеру, за числом пикселов поначалу гнаться не стоит: для обычного семейного фотоальбома, для отпускных фотографий или съемок вечеринок достаточно двух или трех миллионов пикселов (то есть двух или трех мегапикселов). Снимки, сделанные двухмегапиксельной камерой, сохраняют хорошее качество в формате стандартной фотокарточки 10x15 см. Но для того, чтобы распечатать изображение большего размера, разрешения камеры может оказаться недостаточно.

Если разрешение вашей камеры меньше двух мегапикселов и если вы предполагаете разместить сделанную этой камерой картинку в Интернете, то проблем скорее всего не будет. Иное дело, если вы хотите увеличить снимок и распечатать его. Недостаток разрешения камеры означает недостаток информации для верного отображения снимка, и при увеличении до определенных значений картинка распадется на квадратики-пикселы. Округлые и искривленные границы предметов при этом оказываются как бы состоящими из ступенек. Недостаточное разрешение также может вызывать искажение цветов. Понятно, что в этом случае о качестве изображения не может быть и речи.

В этом посте мы расскажем о том, как развитие информационных технологий стало стимулом к дальнейшему развитию фотографии. Конечно, говорить будем только о цифровой фотографии, иначе велик риск докопаться в бездне времен до дагерротипов и камеры-обскуры.

Поэтому за точку отсчета предлагаем взять 1970 г., когда на основе прибора с зарядовой связью (ПЗС) был создан прототип первого видеофотоаппарата.


Итак, в 1969 г. два находчивых гражданина США Джордж Смит и Уиллард Бойл изобретают сам прибор с зарядовой связью, и уже год спустя в 1970 г. они смогли фиксировать изображения при помощи ПЗС-линеек. Логичным продолжением этого стало создание ПЗС-матриц.

Примерно в то же время создаются CMOS-матрицы (они же КМОП, комплементарная структура металл-оксид-полупроводник, но даже для русского уха, судя по по всему, CMOS оказался милее). Тогда, в конце 1960-х, CMOS уже показывали приемлемый уровень светочувствительности, но у ПЗС этот уровень был куда выше. Как, впрочем, и качество выдаваемого изображения.

На этом этапе в дело вступил самый главный двигатель развития технологий — деньги. Правильный бюджет в правильных руках иногда творит чудеса. Руки принадлежали Кадзуо Ивама, опытному инженеру и главе Sony, а бюджет, как можно догадаться, — Sony. Корпорация тогда делала видеокамеры и заметила хорошую возможность. Она начала вкладываться в ПЗС весьма резво, чтобы вытянуть технологию на новый уровень и поставить в свои видеокамеры такие матрицы, что закачаешься.

Работали японцы активно. Уже через 5 лет, в 1975 г., внедрение ПЗС-матриц в производство стало очень активным. А через 14 лет, в 1989 г., ПЗС-матрицы являлись нутром почти всех видеокамер в мире (97%).

Кадзуо так активно развивал технологию, что после смерти на его надгробной плите установили микросхему ПЗС в память о достижениях.


Норио Ога, президент Sony с 1982 по 1995, установил ПЗС-чип на надгробной плите Кадзуо, чтобы в очередной раз подчеркнуть вклад, который тот внёс в развитие технологии и самой корпорации. Источник — официальный сайт Sony



Стиву и его коллегам пришлось решать сразу несколько проблем, как и подобает истинным первопроходцам. И все они связаны с хранением подобных изображений. Решено было использовать новый (по тем временам) процесс, называемый цифровизацией (это когда электронные импульсы преобразуются в числа. Когда с этим разобрались, всплыла вторая задача — как теперь все это нормально сохранять в оперативной памяти, чтобы потом нормально переносить информацию на магнитную ленту. В итоге свет увидела первая цифровая камера, в состав которой входил портативный кассетный магнитофон, аналого-цифровой преобразователь, 16 батареек (никель-кадмиевых) и десятки цепей на 6 платах.

Качество снимков для того времени, учитывая как возможности самой фотокамеры, так и экранов, с которых просматривали снимки, можно оценить как вполне себе неплохое.


В 1981 году в Sony создают видеофотоаппарат Mavica (это штуковина, которая писала статичные изображения на видеокассеты, тогда это было нормальным).

CMOS не отставала, и уже в начале 1990-х был первый скачок технологий, который хорошо помог этому виду матриц: субмикронную фотолитографию прокачали до уровня, который позволил использовать в CMOS-сенсорах более тонкие соединения. Благодаря этому ощутимо подросла светочувствительность (больший процент облучаемой поверхности матрицы).

А потом в дело вступил еще один гигант с таким же гигантским бюджетом, тягой к знаниям и усовершенствованию технологий — NASA.


Именно здесь в 1993 г. создали активно-пиксельный датчик (APS), что и позволило матрицам CMOS стать такими, какими мы их знаем.

Лаборатория реактивного движения прекрасно оправдала свое название даже в этом — после создания APS-матрицы CMOS стали полноценной альтернативой CCD (ПЗС). Свои плюсы и минусы есть у каждой из технологий, но главными преимуществами CMOS считаются более низкое энергопотребление и не такая сильная боязнь точечного света. А тут еще спецы Sony, поняв, что CMOS — тоже штука неплохая, которую можно развивать не хуже, чем ранее CCD, прокачали технологию с помощью Backlight illumination.

Интересующимся — статья CMOS vs CCD (на английском).

Все это делало технологию доступнее для производства, а значит, и сказывалось на цене в сторону, удобную для покупателя. Фотоаппаратов и видеокамер с такими матрицами становилось все больше и больше, а сами они доступнее, что помогало обзавестись неплохим инструментом даже начинающему фотографу. А как только цифровики стали доступнее, они очень резво вытеснили пленочники с рынка.


Например, Huawei mate 20 Pro. Три основных камеры — 40+20+8 MP (прекрасный чехол с Арнольдом можно приобрести тут).

Лет 20 назад все было немного иначе.

1991 г. — Kodak вместе с Nikon делают Kodak DCS100, первую цифровую зеркалку.


Kodak DCS100 с надписью Nikon. Почему так — см. далее


Вопрос с корпусами решался довольно просто. Тогда не было промышленных заказов на цифровые фотоаппараты, соответственно, корпуса массово не выпускались, а печать их в качестве прототипов на 3D-принтерах затруднялась из-за отсутствия 3D-принтеров. Поэтому ребята просто брали корпуса от имеющихся пленочных фотокамер, и на их базе творили будущее. В этом случае тушкой стал легендарный пленочный Nikon F3. Оставалось лишь навесить на нее матрицу, аккумулятор и прочее высокотехнологичное добро.




Обратите внимание на самую нижнюю часть фотоаппарата.


В этом черном футлярчике помещалась память, 5 плашек DRAM на 1 мегабайт, что позволяло хранить вне Storage Kit целых 4 (четыре) полноразмерных фотографии.


Кстати, о сжатии. Технологию JPEG-сжатия статических цифровых изображений утвердили в качестве рекомендации Т.81 в 1998. Формат CF (CompactFlash) для хранения этого графического добра создала SanDisk. Эволюция формата касалась главным образом изменений ТТХ в части скорости записи изображения и емкости самого накопителя, а также количества пинов в самой карте.

И хотя сейчас прогресс у этих карт дошел до своего максимума (можно пойти и купить карту на 512 гигабайт с хорошими показателями чтение-запись), но по ряду параметров они все же уступают SD-картам. SD — это такая вещь в себе, которая довольно монолитна и которую сложно испортить, попытавшись вставить в ридер или фотоаппарат не под тем углом, а вот CF в этом случае может пострадать (пины погнутся, например). Ну и, собственно, размер самой карты.

Весила система хранения снимков вместе с аккумуляторами 3,5 кг. Все вместе с фотокамерой — 5 кг. Становится понятно, почему среди тогдашних фотографов было так мало откровенно хилых парней.

Сами снимки подобные фотоаппараты выдавали вполне себе приемлемого качества, если учитывать, что это просто тушка от пленочника, из которой сделали цифровик, просто добавив матрицу и несколько плат.




Сейчас совсем бюджетные китайские смартфоны иногда снимают хуже, чем первые цифровые камеры, которым сейчас больше 30 лет. Все фото — 640*480 пикс., четверть от максимального разрешения фотокамеры (больше фото здесь).

Существовали и вот такие системы хранения снимков — не такая здоровенная, но все равно тяжелая алюминиевая штуковина.


16 мегабайт и возможность хранить 12 полноразмерных фотоснимков или 48 снимков разрешением 640х480 пикс. Полные ТТХ можно посмотреть тут.



Canon EOS DCS 1 (он же — Kodak Professional EOS-DCS 1)

Сейчас более диким является не тот факт, что эта штука стоила порядка 40 000 долларов (2 482 420 рублей на момент публикации статьи), а то, что на одном гаджете стоят шильдики конкурентов.

Так или иначе на фото — рекордсмен по мегапикселям на 1995-й год. Тут их целых 6, матрица формата APS-H.

А в нулевых техника дошла уже до 20 Мпикс. Как до своего рода стандарта для продвинутых фотокамер. Конечно, были и мыльницы с куда меньшим разрешением.


Сравнение размеров матриц, Википедия

Шли годы. Компании продолжали совершенствовать матрицы, принимали новые стандарты (в плане размеров матриц для фотоаппаратов и форматов хранения файлов). Самих фотокамер становилось все больше. Цены на профессиональную технику стали хотя бы частично напоминать доступные.

И уж совсем упростили процесс смартфоны. Начиналось все то же на цифрах, которые сегодняшнему читателю показались бы смешными.

Первый камерофон ожидаемо был японским. Бытует стереотип, что первыми были Nokia. Нет, у них просто был один из первых известных и с неплохой камерой, N8 — 12 Мпикс. в телефоне на момент 2010 г. это было вообще ух. А еще был первый европейский камерофон, 7650, который сразу снимал в jpeg 640х480 и мог передавать только что снятые фото по MMS.

Но если рассматривать историю пошагово, то сначала это был телефон от Kyocera (да, да, не только принтеры).


Википедия. VP-210, 0,1 Мпикс., 1999 г.

Затем свой камерофон сделали в Sharp.


2000 г., почти аналогичная камера. Обратите внимание на зеркальце на задней панели — прошло почти 20 лет, а эту идею снова пытаются поставить на конвейер.


2018, LG и их смартфон с 16 фотокамерами (подробнее).

Дальнейшее развитие не заставило себя ждать — ряд мобилок с одномегапиксельными фотокамерами от разных вендоров, затем прорыв в виде 8 Мпикс. в телефоне от Samsung, G800, а потом и Nokia 808 PureView с сенсором на 41 Мпикс. и Lumia 920 с настоящей оптической стабилизацией.

Сейчас почти у каждого в кармане смартфон, чьи фотографические возможности вполне себе сравнимы с цифровыми мыльницами среднего и верхнего ценового диапазонов. А некоторые топовые модели снимают почти как зеркалки, хоть для боке и используется софт, а не характеристики самой фотокамеры.

Здесь можно долго спорить, что же лучше и для каких задач — фотокамера топового смартфона, зеркалка или беззеркалка. У каждого вида фотоаппарата всегда будет своя целевая аудитория и спектр задач, который можно решить только этим видом техники.

Главное — в другом. Фотография как процесс, как искусство стала более чем доступна. Тысячи людей создают прекрасные фотоснимки благодаря смартфонам (и сотни тысяч других людей снимают на эти же смартфоны так, что снимать им не стоит вообще никогда). Учреждаются вполне профессиональные конкурсы и выставки, посвященные мобилографии (собственно, как и упомянутая в начале поста выставка от Inventive Retail Group).

Фотографии стали занимать больше места в памяти устройств и больше места в нашей жизни. Все это время они эволюционировали вместе с техникой и софтом. Становились больше по разрешению и насыщеннее по цветам, получали добавочные плюшки (Live Photo, быстрое создание панорам, полноценные портретные режимы, целая куча предустановленных режимов для съемки еды, пейзажей, котов, детей).

Тягу к самовыражению через фото стимулируют и социальные сети — тот же Instagram, специально созданный для того, чтобы делиться удачными кадрами своей интересной жизни (или попытками выставить ее такой), множество других фотосервисов. Активный интерес к софту для обработки фото и видео (включая AR/VR) со стороны крупнейших игроков только подчеркивает этот факт.

Что характерно, различные приложения для обработки фото обычно носят хайповый характер. Те же PRISMA, MSQRD, Vinci оказались вполне себе забыты примерно через полгода, как и следовало ожидать. Народ вернулся к классике — обычным фото + все-таки именно к цифровой ретуши, нежели использования программ, полностью преображающих фотографию. Одно дело, когда твое фото превращается в стилизацию картины маслом, это даже занятно первые пару раз, другое дело — FaceTune, с помощью которого милые дамы могут в пару кликов удалить со снимка морщины, которые начинают появляться в самых неожиданных местах.

Как бы то ни было, спрос на такое есть, и рынок не мог не отреагировать.

Самый известный из таких комбайнов — Samsung GALAXY Camera.


Здесь вам и неплохая (для таких размеров и тех времен) оптика, и Android, и 4G, что делает софтовую часть полезнее не только при наличии wifi.

Были еще Nikon Coolpix S800C и парочка Полароидов — SC1630 и iM1836.



Затем на какое-то время эти устройства впали в заслуженное забытье, потому что флагманские смартфоны стали снимать не хуже (ну разве что оптический зум пока поменьше), а весили в несколько раз меньше.

Осенью 2018 года китайцы решили возродить этот класс техники — умельцы из Yongnuo сделали беззеркалку со сменными объективами на Android.



Выглядит уже посерьезнее аналогов. Сенсор 16 Мпикс. Four tdirds и объективы от Canon EF, сенсорный экран на 5 дюймов, возможность записи видео в 4К, 3 гигабайта оперативки и даже камера для селфи. Камера пока продаётся в Китае с байонетом EF. Официальные продажи по всеми миру должны начаться в 2020 году.

За трендами хорошо наблюдать не только на основании мнений большинства потребителей, но и на технологических выставках. Одним из главных посланий Photokina 2018 (в 2019 её решили не проводить) было — активно развитие беззеркалок.

Парни из Canon сделали EOS R с самой скоростной (по их заверениям) системой фокусировки, 0,05 с.


Это полнокадровая камера с такими характеристиками:

Формат датчика изображения Полнокадровый
Тип цветного светофильтра Основные цвета
Очистка датчика изображения Встроенная система очистки EOS
Эффективные пиксели 30,3 Мпикс.
Тип датчика 36 x 24 мм CMOS
Общее количество пикселей Прибл. 31,7 Мпикс.
Соотношение сторон 3:2

Цена — 220 000 руб (была на старте, сейчас можно взять за 135 000 руб — спасибо guryanov). Вишенкой на торте — новое крепление объективов, несовместимое с предыдущими.

Вечный конкурент не отстает — у Nikon теперь тоже есть полнокадровая беззеркалка с отличными характеристиками.


Формат матрицы FX (полнокадровая съемка)
Тип матрицы, размер КМОП: 35,9 мм x 23,9 мм
Эффективное число пикселей 45,7 млн
Процессор (АЦП) EXPEED 6

Сам Z 7 + объектив 24-70/4 S обойдутся счастливому владельцу примерно в 304 000 рублей.

Что в итоге? В итоге теперь у каждой уважающей себя марки есть топовые полнокадровые беззеркалки — см. Sony α9 и полный кадр от Sigma. А теперь подтянулись и Nikon c Canon. Судя по всему, компактность становится все более важным фактором при выборе хорошей оптики.

Полный кадр — почти у всех (Fuji, Olympus). Стабилизатор на матрице — почти у всех. В общем, еще вчерашние киллер-фичи становятся чем-то таким же привычным, как запись видео в 4К.

Не меняется только одно, и технологии тут (пока) бессильны. Главное в фотографии — чувство прекрасного и руки из плеч. Потому что иногда даже на бюджетный смартфон на Android можно поймать куда лучший кадр, чем на топовую зеркалку с объективом стоимостью в две таких зеркалки. А вот остальное — дело техники.


Что определяет качество изображения? Какова глубина резкости и от чего она зависит? Как влияет формат фотографии на эти параметры? С подобными вопросами люди сталкиваются как при выборе аппаратуры, так и при съемке. Цифровая революция, естественно, серьезно повлияла на развитие фототехники, сегодня потребителю предлагается широчайший выбор устройств: от камер, встроенных в телефоны, до дорогих цифрозадников к среднеформатным камерам. К чему ведет миниатюризация аппаратуры? Какого качества снимок можно получить и какие ограничения это накладывает на конечный результат? Вопросы, думаю, актуальные, и нам предстоит сейчас разобраться в них.

Илья Луцкер

Апертура. Резкость и глубина резкости

Рис. 1. Геометрическая модель объектива. Апертурный угол

Начнем с основных понятий и постепенно будем расширять свой кругозор, затрагивая новые темы.

Пожалуй, всякий, кто снимает не в полностью автоматическом режиме, знает, что глубина резкости зависит от выставленного значения диафрагмы. Для получения большой глубины резкости ее требуется закрыть, а для разделения планов – открыть.

Принятым в фотографии показателем апертуры является диафрагменное число – обратная величина от относительного отверстия.

Диафрагменное число – это отношение фокусного расстояния объектива к его апертуре.

Конус лучей на светочувствительном материале (обозначен на рисунке углом α) определяет важнейшие характеристики фотографии:

  • резкость;
  • глубину резко изображаемого пространства (ГРИП);
  • экспозицию.

Понятие резкости определяется в рамках дифракционной оптики. Лучи, сходящиеся в точку, даже в фокусе идеальной оптики образуют некоторый кружок рассеяния диаметром D = 1,35×N, где N – диафрагменное число.

Рис. 2. Дифракционный кружок рассеяния

Стоит учитывать, что дифракционный кружок в срезе напоминает колокол, а если точнее, то он описывается функцией sin X/X – быстро затухающей синусоидой, так что четкой границы у этого кружка нет, а для определения его диаметра берут первые минимумы.

В физике применяется критерий Рэлея, говорящий о том, что изображения двух точек еще можно воспринять как раздельные, если пик одного совпадает с первым минимумом второго, при этом возникает минимальный контраст между пиками точек и пространством между ними, еще воспринимаемый глазом.

Контраст как функция от пространственной частоты – современный метод выражения разрешения систем, известный как MTF (modular transfer function, частотно-контрастная характеристика).

Чем ниже частота, тем контрастнее картинка, тем качественнее, резче будет выглядеть снимок. Влияние диафрагменного числа иллюстрируется очень наглядно.

Рис. 3. Дифракционный предел на графике MTF

Итак, мы выделили основные факторы, влияющие на резкость изображения, находящегося в фокусе, но не менее важным параметром является глубина резкости.

Глубина резко изображаемого пространства (ГРИП)

Критерий глубины резкости правильнее всего определять, исходя из критерия резкости, учитывая те факторы, о которых мы говорили выше.

Классическим определением критерия для расчета резкости и ГРИП является кружок рассеяния, равный 1/1500 от диагонали кадра (это примерно соответствует разрешению глаза при рассматривании отпечатка 13×18 см на расстоянии наилучшего видения – приблизительно 25 см). Конечно, может быть и другой критерий – скажем, для просматриваемых на экране компьютера снимков величину допустимого кружка можно связать с величиной пиксела камеры, а для изображений, снятых с закрытой до критических величин диафрагмой, дифракционный кружок может быть в 1,2–1,4 раза больший, чем дифракционный в фокусе.

Важно понять, что чем выше критерий резкости, тем жестче будет и критерий глубины резкости.

Формул для расчета ГРИП несколько, выводятся они из геометрической оптики, дают одинаковый результат и позволяют определить его через разные параметры, удобные для использования в каждом конкретном случае.

Рассмотрим наиболее удачные с точки зрения параметров формулы подробнее.

Первая – зависимость от расстояния. За точку отсчета берем объект. Ближняя точка, еще кажущаяся резкой, исходя из принятых критериев, будет удалена от центра объекта на расстояние

S – расстояние от камеры до объекта,

H – гиперфокальное расстояние, определяемое по формуле H = f²/(C×N), где

f – фокусное расстояние объектива,

С – диаметр кружка нерезкости, та самая величина, о которой мы говорили выше,

N – диафрагменное число.

Дальняя точка вычисляется, соответственно, по формуле L2 = S²/(H+S).

При S≥H все предметы от L1 до бесконечности будут выглядеть как находящиеся в резкости. Эта формула удобна для вычислений ГРИП при съемке удаленных предметов, пейзажей, архитектуры.

Я чаще пользуюсь формулой, выражающей ГРИП через масштаб съемки:

М – увеличение, отношение изображения к реальному предмету, его можно также выразить через приближение для небольших увеличений: M = f/S.

Эту формулу удобно применять для объектов небольших размеров, например в портретной съемке.

Какие же выводы мы можем сделать, исходя из этих формул?

Для того чтобы лучше разобраться в понятии ГРИП, вернемся еще раз к критерию оценки глубины резкости.

Человеческий глаз очень чувствителен не к абсолютным величинам, а к относительным, что проявляется в том числе и в оценке резкости. Высокая резкость (контрастность малых деталей) в фокусе сужает субъективно оцениваемую ГРИП.

Небольшой выход из фокуса выглядит как легкое снижение контраста на высоких частотах (на мелких деталях, на границах деталей), больший же приводит к тому, что детали совершенно пропадают, но четкой границы между объектом в фокусе и вне фокуса нет. Это хорошо демонстрирует изменение кривых МТF (рис. 4).

Из формул дифракционного кружка рассеяния и ГРИП можно сделать вывод о влиянии размера сенсора на резкость и глубину фокуса.

Влияние кроп-фактора на разрешение и глубину резкости

Конечно, кроп-фактор никак не может влиять на объективы и их разрешение, но уменьшение формата сенсора приводит к тому, что для получения кадра такого же качества с тем же количеством деталей необходимо другое разрешение, причем этот показатель для разных систем будет зависеть от размеров сенсора. Для удобства сравнения было введено понятие кроп-фактор – соотношение диагонали кадра 24×36 мм и диагонали сенсора другого размера.

Исходя из формулы D = 1,35×N, можно сказать, что для получения равной резкости в системах с кроп-фактором K1 и K2 должно выполняться условие N1×K1 = N2×K2, т. е. для систем с малым сенсором надо открывать диафрагму пропорционально кроп-фактору. Аналогичный вывод делается и для ГРИП, кружок рассеяния уменьшается пропорционально кроп-фактору, и для получения аналогичной ГРИП надо открыть диафрагму пропорционально кроп-фактору.

С одной стороны, все просто, снимать на малый сенсор можно так же, как и на большой, достаточно открыть апертуру пропорционально кроп-фактору, но есть здесь и свои ограничения. Теоретический предел светосилы не может быть меньше 0,5, что следует из законов оптики, а на практике фактически не встречается качественных объективов с N Поле зрения и эффективное фокусное расстояние

Охватываемое камерой поле зрения определяется фокусным расстоянием объектива и размером сенсора в камере.

Согласно геометрической оптике при съемке удаленных объектов угол поля зрения будет равен 2×β = 2×arctg(X/F).

Рис. 5. Геометрическая модель объектива. Поле зрения

Во второй половине ХХ века почти повсюду применялась 35-миллиметровая пленка (малоформатная, названная так потому, что до этого были в ходу пленки и фотопластинки значительно больших размеров, вспомните знаменитые 6×9 см), и этот стандарт де-факто сформировал язык фотографов, использующих для определения поля зрения фокусное расстояние объектива, установленного на аппарате. Стандартное поле на малоформатных камерах обеспечивает объектив с фокусным расстоянием 50 мм, который формирует угловое поле зрения, для кадра 36×24 мм равное 40° по горизонтали. Понятия поле зрения и фокусное расстояние смешались в языке фотографов: широкоугольные объективы с углами 50–80° (позже появились и более широкие углы) формировали объективы с F = 20–40 мм, а длиннофокусные с F = 80–300 (до 1000) обеспечивали малый угол поля зрения для съемки удаленных предметов.

Технические аспекты цифровой фотографии. Вводные понятия
Разделение объекта и пестрого фона
Малая ГРИП (в данном случае при f/2) позволяет полностью размыть фон и выделить таким образом главный объект

Обобщенное сравнение камер разных форматов

Итак, мы сделали вывод, что и резкость, и глубина резкости, и поле зрения камеры линейно зависят от размера сенсора.

Вот, например, распространенный случай, который имеет смысл обсудить в рамках этой статьи. У нас имеется популярный объектив для пленочных камер 28–135/3,5–5,6. Как он поведет себя на наиболее распространенных матрицах с кроп-фактором 1,6х?

Эквивалентное фокусное расстояние: 45–216 мм, т. е. тот же объектив из широкоугольного умеренно длинофокусного стал среднефокально-длинно фокусным. Эквивалентная диафрагма: 5,6, на коротком конце зума до девяти, для портрета величина явно недостаточная. Разрешение: для данного кроп-фактора предельным кружком рассеяния становится 20 микрон – этот объектив позволяет получить изображение с такой характеристикой, но контраст при этом будет невысок. Вывод: бюджетные пленочные объективы плохо подходят к цифровым зеркальным камерам с малым сенсором, для получения качественного снимка для них требуется более широкоугольная оптика с большей светосилой.

Читайте также: