Цифровая пастораль. Принципы работы цифровых фотоаппаратов

“ Ах! Мне муж такой классный фотоаппарат купил! Цифровой!” Так началась моя беседа с одной незадачливой владелицей цифровой мыльницы. Я пришел на работу, где и был нещадно щелкнут этим “классным фотоаппаратом”. На вопрос, почему же этот цифровик такой расчудесный, знакомая — выражение лица серьезней некуда — ответила: “ Ну как же! Я же сказала, он цифровой! Смотри, какой блестящий, под платину. И вот тут рюшечка для ремешка есть, у моего старого такой не было. И еще он в карман сумочки помещается…” Прошло всего два часа, и леди уже негодовала по поводу того, что эта “дурацкая машинка” отказывается делать больше двадцати кадров. Что нужен какой-то провод, чтобы подключить фотоаппарат к компьютеру. А когда я таки принес ей провод и скачал на винчестер все сделанные фотографии, ей очень не понравилось качество. Еще бы! Ведь муж купил ей “классный фотоаппарат” по фамилии “цифровая мыльница”, с разрешением всего 2 мегапикселя, с жуткой пластиковой оптикой, без зума… Зато маленький и с рюшечкой для ремешка. Так уж получилось, что количество пользователей, которые хотят, чтобы им дали подешевле да покруче, и чтобы обязательно “дизайн не подкачал”, растет. А число тех, кто, прежде чем купить камеру, детально во всем разберется, не то чтобы уменьшается — остается неизменным. Как следствие — число недовольных растет, да и продавцы любят впаривать своим покупателям

SuperCCD матрица от FujiFilm.
“расчудесные мыльницы за сто баксов от крутого производителя, обитающего на просторах китайских прерий”. В Сети можно найти немало руководств потенциальных покупателей цифровиков, где детально разобрано, чем отличается “цифра” от “пленки”. Единственный минус таких “ФАКов” в том, что в них нет ни слова о том, а почему же эти два класса фототехники отличаются. В голову пользователя впечатываются ничего не значащие для него фразы: “разрешение 8 мегапикселей”, “цифровой зум”, “пленка — вчерашний день”. И с этими “знаниями” он и оказывается у прилавка, где его уже ждет продавец. Если хотите разобраться в вопросе, то нужно копать до конца. И для начала было бы неплохо разобраться, а чем же цифровой фотоаппарат отличается от пленочного. В чем принципиальная разница? За что, собственно, денюжка-то плотится? Если вы “супер-пупер-профи”, то ни в коем случае не читайте дальше. Ничего нового вы там не найдете. Если же вы в своих знаниях не уверены и готовы открыть что-то новое для себя, то мы проведем вас через тернии фотодистанции к цифровому Олимпу. Сегодня мы разберем, в чем отличаются принципы работы пленочного и цифрового фотоаппарата. А в одном из ближайших номеров “Игромании” сориентируемся в мире цифровиков, изучим, кто там лещ, а кто подлещик. И, конечно же, разберемся, какой цифровик для каких целей выбрать, чтобы не прогадать… Три или шесть? Мы говорили о трех цветочувствительных слоях на пленке. Все так, да не совсем. На самом деле у любой пленки этих слоев не три, а шесть. Два красных, два зеленых и два голубых. По сути, пары ничем не различаются. Просто в парных слоях размещены зерна серебра разного размера. Это позволяет получить при проявлении пленки более качественное изображение.
Пленка? Матрица! Можно долго рассуждать о том, чем цифровая камера отличается от пленочной. Кто-то скажет — количеством функций, кто-то добавит, что цифровой способ записи информации — это прорыв в технологии по сравнению с аналоговым. Кто-то тут же припомнит, что новый-то новый, да потери информации при “цифризации” огромны, так что, получив удобства в работе и возможность напрямую перекачивать информацию на компьютер, мы многое потеряли в качестве изображения. Да, все это так, но это все следствия. Следствия одного коренного отличия цифровой камеры от аналоговой пленочной. Радикальное отличие — в материале, фиксирующем световой поток. В пленочном фотоаппарате — это зерна галоидного серебра. В цифровом — элементы чувствительной матрицы. Всевозможные электронные навески, которыми снабжены цифровики, лишь дополнения к матрице. Что же такого удивительного в этой матрице, что отличает ее от пленки, что дает столько преимуществ и обеспечивает немало недостатков? Любая современная пленка устроена следующим образом. На некую основу (ее вы держите в руках, когда разматываете пленку из рулона) нанесено три светочувствительных слоя. Красный ( R ed), зеленый ( G reen) и голубой ( B lue), которые вместе образуют цветочувствительную основу пленки — RGB-поверхность. На каждом слое расположены зерна галоидного серебра, реагирующие строго на свою длину волны. Размер зерен определяет, насколько четким будет изображение. Чем меньше зерно, тем лучше: в изображении будет больше “точек-зерен”, а значит, оно получится более прорисованным. Это с одной

Чтобы “научить” элементы матрицы различать цвета, на них накладывается сетка из светофильтров.
стороны. С другой — хорошо бы зерна сделать побольше. Ведь чем больше зерно, тем с большей вероятностью оно среагирует на попавший на него свет. А значит, можно будет снимать при меньшей освещенности. Например, в квартире. Получается, чем меньше зерно, тем лучше для изображения, но вот поснимать в потемках не получится. Этим и отличаются пленки “сотки”, “двухсотки” и далее по списку. Чем выше чувствительность, тем при меньшей освещенности можно снимать на данную пленку, но тем “зернистей” будет изображение. Зернистей, потому что частицы серебра, нанесенные на пленку, действительно больше. Помимо основы и тройного светочувствительного слоя у любой пленки есть еще один слой — коррекционный. Нужен он для того, чтобы свет, пройдя через цветочувствительные слои, не отражался от основы пленки и не вызывал дополнительного засвечивания зерен серебра. Подобные артефакты были бы весьма некстати — изображение получалось бы искаженным. Еще один важный момент. На пленке зерна серебра в геле не все одинакового размера. “Плюс-минус” и около того. К тому же они еще и распылены в геле не совсем равномерно. Тут нанометром дальше, там ближе. Казалось бы, это должно привести к сильному разбросу в качестве различных участков изображения. Но этого не происходит, потому что помимо процесса фотографирования есть еще и процесс проявки. И именно на этом этапе изображению придается дополнительная четкость. Химикат проявителя реагирует на “активное” зерно серебра и не просто прокрашивает его, а формирует вокруг него небольшое цветное облачко. Облачка перекрываются, и так получается сплошное изображение, зернистость которого можно различить только при крупноформатной печати. Обратите внимание, во время фотографирования пленка как бы и есть место формирования изображения. Картинка формируется непосредственно на пленке и никуда дальше не передается. И снять ее с пленки тоже никак нельзя, пока пленку из фотоаппарата не вытащат, не проявят и в печатную машину не засунут. Вот и выходит, что ну всем хорош зеркальный пленочный фотоаппарат — недорогой, с высоким разрешением пленки (да и чувствительность подобрать несложно), а вот с передачей данных подкачал. Ну никак изображение быстро с пленки не снимешь и в компьютер не засунешь. Обязательно надо привлекать химиков и проявлять пленку. Потом печатать фотографии, их сканировать. Неудобно!

Коварные квадраты и добрые ромбы __ Существуют технологии, позволяющие более экономично использовать матричное пространство и не фиксировать в каждой тетраде дополнительно лишний цвет. Ближе всех к идеалу подобрались специалисты фирмы FujiFilm. В их матрице — SuperCCD — пиксели сделаны не квадратными, а восьмиугольными, это позволяет объединять их не в квадраты, а в ромбы, и тем самым экономить место на матрице. С точки зрения геометрии лучше всего было бы собирать из пикселей не квадраты и не ромбы, а гексаэдры. Но для современных технологов это пока сложная задача, хотя экспериментальные матрицы, работающие по такому принципу, уже существуют.
Пиксельный калейдоскоп Разобравшись с принципами работы пленки, совсем несложно разобраться в том, как функционирует цифровая матрица. Матрица состоит из совершенно

Скромная цифровуха от FujiFilm — GX680. SuperCCD-матрица на 20 мегапикселей. Максимальное разрешение RAW-снимка — 7648х5408 (весит файл около 40 Мбайт). Ну и цена не менее скромна — 22000 долларов. Аналоговая же камера такого класса, способная выдавать картинку даже лучшего качества, стоит “всего” несколько тысяч долларов.
одинаковых элементов (пикселей), каждый из которых реагирует на свет совершенно одинаково. Если просто поместить матрицу на пути светового потока, то она даст на выходе абсолютно однородное (засвеченное) изображение. А нам-то надо, чтобы матрица умела различать цвета. Что же делать, если цветочувствительных слоев не предусмотрено? Для того чтобы обеспечить различным элементам матрицы разную цветочувствительность, перед пикселями матрицы ставятся светофильтры — красный, зеленый или желтый. Но тут возникает другая проблема. Перед каким пикселем какой фильтр поставить? Не случайным же образом их по матрице раскидывать. Разработчики поступили вполне логично. Объединили пиксели в квадраты (тетрады). В каждом таком квадрате — четыре маленьких квадрата. Три из них отвечают за фиксацию трех основных цветов. А четвертый… четвертый оказывается лишним. Было бы очень удобно объединить пиксели по три. Но как склеить три квадратика в красивую геометрическую фигуру? Вот и приходится разработчикам собирать квадратики из четырех пикселей. И лишний четвертый пиксель, что называется, “впустую” окучивает повторно один из трех основных цветов. Обычно зеленый. Цвет попал на матрицу, она на него среагировала и… нет, пока еще не сформировала изображение, как делает пленка. Матрица послала сигнал в процессор цифрового фотоаппарата. Очень важный момент. На матрице, в отличие от пленки, изображение не формируется. Матрица, несмотря на то что она важнейшее звено в цифровой камере, лишь часть общего передаточного механизма. Процессор камеры обработал полученную информацию, форматнул ее в один из общепринятых форматов (JPG, RAW, TIFF, реже BMP) и записал на карточку памяти (точнее, сначала в буфер, а затем уже на карточку). И только тут, на карточке, изображение можно считать сформированным. Отсюда фотограф может его снять и использовать по назначению: распечатать и повесить на стену, оформить веб-сайт, послать по почте, да мало ли для чего можно использовать компьютерную картинку. То, что после матрицы изображение проходит еще и через процессор, позволяет проделывать с ним еще немало разных приятных фокусов. Хочется просмотреть изображение сразу после срабатывания затвора? Не вопрос — смасштабируем и выведем на миниатюрный экранчик прямо на фотоаппарате. Карточка памяти маловата, а снять нужно еще так много всего? Тоже не проблема — процессор сожмет изображение. Да, качество картинки упадет, зато сколько этих картинок можно на карту с объемом памяти 128 Мбайт записать! Лень осваивать Photoshop , а так хочется получить изображение “под старину”? Это уж и вовсе — как два байта об асфальт. Применил программный сепия-фильтр, зашитый в фотоаппарат, и вуаля, картинка стала коричневато-серой, прямо как заказывали… Краткий пленочно-цифровой словарь В словаре приведен ряд терминов, которые не обязательно встречались в тексте статьи, но которые весьма полезно знать любому пользователю цифровика. Zoom/зум — говоря простым языком, это “приближающая” способность объектива, способность его менять свое фокусное расстояние. Зумовое число показывает, во сколько раз может быть приближен тот или иной объект. Если проводить аналогию с фокусным расстоянием фотообъективов, то зумовая единичка — это 50 мм. То есть объектив с фокусным расстоянием 100 мм может дать двукратное увеличение объекта. Цифровой зум — дополнительное приближение снимаемого объекта, получаемое путем расчета недостающих точек изображения процессором. Не стоит обольщаться различными рекламными заявлениями некоторых фирм. Да, зум некоторых цифровых камер может быть и десятикратным (x10), но из них x4, а то и все x6 приходятся на цифровой зум, который ни в какое сравнение с оптическим не идет. Фактическое разрешение матрицы — общее количество светочувствительных элементов на матрице. Эффективное разрешение матрицы — количество светочувствительных элементов на матрице, которые участвуют в формировании изображения. Соответствует максимальному разрешению фотографии, сделанной при помощи данной матрицы. Некоторые производители любят писать на своих изделиях не эффективное, а фактическое разрешение матрицы, которое может заметно отличаться от эффективного. Камера — совсем не обязательно видеокамера. “Камерой” называют также фотоаппарат. Цифра — цифровой фотоаппарат. Мыльница — фотоаппарат, адаптированный для неискушенного пользователя. Карты памяти. Compact Flash — один из распространенных форматов флэш-карт. Используется, в частности, в цифровых фотоаппаратах. PCMCIA — Personal Computer Memory Card International Association, что на русский переводится как Всемирная Ассоциация Карт Памяти для Персональных Компьютеров. В цифровиках используется только один вид таких карт — PC Card ATA. Существует масса других карт памяти, включая SmartMedia , MultiMedia Card , Secure Digital , Memory Stick , xD и т.д. Зеркалка — фотоаппарат, обычно со сменным объективом. Представляет собой камеру, в которой съемочный объектив посредством зеркального отражения служит также для получения изображения в видоискателе. Таким образом, вы видите картинку, которая будет в итоге на пленке. Качество фотографий таких зеркальных фотоаппаратов значительно выше. Цифровая зеркалка — класс цифровых фотоаппаратов, речь о которых пойдет в следующей статье. Крутой такой, следует заметить, класс. RAW — скажем так, технический формат изображения для многих цифровых камер. RAW содержит в себе информацию о трех цветовых каналах (по 8 бит на канал). В каждом канале — только тона и полутона. И лишь после сведения каналов процессором мы получаем цветное изображение. Мало какие фотоаппараты умеют писать фотографии на флэш-карточку в “раве”. Большинство камер сразу конвертируют техформат в более простые форматы. Основной плюс RAW — он содержит “первозданную” информацию об изображении, полученную напрямую с матрицы. Процессор камеры, конечно, может быть очень мощным по меркам цифры, но уж точно он не будет мощнее обычного ПК-процессора. А значит, можно перенести RAW-файлы на компьютер и доверить ему сведение RAW в цветное изображение. У персонального компьютера с его мощностями это лучше выйдет. Впрочем, разницу между ПК-сведением и сведением, которое делает процессор цифровика, вряд ли многие заметят. TIFF — формат изображения, содержащий информацию о цвете. В этом формате обычно сохраняют изображение профессиональные и полупрофессиональные цифровые камеры. Единственный недостаток — места жрет невпроворот. 5-мегапиксельное изображение, сохраненное в TIFF-формате, съест около 20 Мбайт на флэш-карте. JPEG — самый распространенный формат для сохранения изображения в любительских (а также полупрофессиональных) цифровых камерах. Качество на уровне, ест раз в десять меньше места, чем TIFF. Минусы: JPEG — архивный формат, а значит, есть и потеря качества, без этого никуда. Но в остальном — очень даже…
Цифровой бансай С матрицей, по большому счету, есть только одна незадача. Чтобы получить высокодетализированное изображение — не хуже, чем на пленке — хорошо бы, чтобы количество пикселей на матрице было не меньше, чем количество зерен на этой самой пленке. Да, было бы неплохо, но! Одно дело истолочь в мелкую пыль специальный порошок и нанести его на некую основу, совсем другое — сделать множество абсолютно идентичных, четко работающих, не ломающихся из-за всяких пустяков пикселей. Это — совсем не просто. Это первый момент. Второй — очень бы хотелось, чтобы размер матрицы не сильно превышал размер простой пленки. Не каждый пользователь захочет таскать с собой “дуру” размером со старинную видеокамеру. А значит, пиксели надо делать еще меньше. Да еще и их количество увеличивать. Задача для настоящего японца-миниатюромана. И все бы ничего: и японцы нашлись бы, и количество можно уменьшить, и размеры отдельных пикселей — тоже. Да вот только против законов природы не попрешь. Размер отдельного пикселя на матрице нельзя уменьшать бесконечно. Есть такая штука, как длина световой волны. И если сделать пиксели меньше этой длины, то они просто перестанут реагировать на свет. А значит, не будет никакого изображения ни на матрице, ни на карте памяти. Хочешь большее разрешение? Изволь довольствоваться матрицей большего размера. Впрочем, мы заглядываем в будущее. Пока еще технология себя не исчерпала, “есть куда работать”. Но пройдет несколько лет, и разработчики столкнутся с проблемой миниатюризации. Но тут есть еще одна любопытная проблема. Даже при одинаковой площади сенсора, чем больше мегапикселей, тем меньше света получает один фотосайт — и тем менее светочувствительной получается матрица. Собственно, поэтому мыльницы с шестью мегапикселями не так хороши, как модели с пятью. С полпинка Зная принципы работы цифрового и пленочного фотоаппарата, мы теперь и сами можем сделать выводы о преимуществах и недостатках того и другого. Не тупо вызубрить, что нам умный дядя по телевизору или в журнале написал, а самостоятельно, почесав “тыковку” и покипятив “чайник”. Недаром говорят: “ Понял

Полупрофессиональный цифровик — Nikon Coolpix 8700.
— значит запомнил ”. Итак. До попадания на поверхность пленки или матрицы свет в цифровом и пленочном фотоаппарате ведет себя абсолютно одинаково. Что цифра, что аналог — все едино. Но вот свет дошел до “приемника” (пленки или матрицы), и начались различия. Пленка “заморозила” изображение на себе. Матрица передала на процессор. Первое кардинальное отличие. Раз с матрицы есть выходящий сигнал, его уже можно как-то снимать, преобразовывать, изменять… В дело идут компьютерные технологии. Если есть процессор, обрабатывающий изображение, то можно заставить его проворачивать с изображением самые различные фокусы. Конвертировать в различные форматы, обрабатывать “на лету”, уподобляться дизайнеру и прикручивать к изображению различные спецэффекты. Был бы только процессор помощнее, да памяти побольше. И тут уже вступает в силу компьютерная логика. Раз в цифровике есть процессор и память, похожие на компьютерную, значит, и с изображением можно провернуть те же фокусы, на которые способен ПК. Надо только соответствующие утилиты в фотоаппарат запихнуть. И тут по логике становится понятно, какие возникают проблемы. Более крутой процессор? Фотоаппарат больше стоит. Нарастить память? Та же проблема. А тут ведь еще за потребителя надо бороться. Где бы удешевить? А вдруг он посмотрит на наш дорогущий цифровик, плюнет, да и купит себе пленочный фотоаппарат? Он, конечно, морально устарел, зато копейки стоит, а фотографии задешево в любой фотолабе напечатают. Значит, будем удешевлять. Где бы, где бы это сделать? На чем бы сэкономить? Стекляшки

Красавица зеркалка от Nikon — D2H.
(оптику) поставим похуже. Матрицу хорошо бы поставить побольше разрешением, но это дорого, поэтому пока пускай будет 4-мегапиксельная. Ах, эта электроника столько энергии жрет! Вдруг этот пользователь в поход намылится, где ни одной розетки в радиусе ста миль нет? Значит, нужна мощная батарейка. Где же ее взять? Новое производство налаживать дорого. У конкурентов купить — еще дороже. Значит, пока наша цифровушечка будет питаться от стандартного литий-ионного аккумулятора, и ее придется часто перезаряжать. Там, где пленочная камера нащелкает четыреста кадров от одного комплекта батарей, цифра “сдохнет”, едва разменяв сотню. Дальше уже начинаются различия внутри семейства цифровых фотоаппаратов. У кого-то оптика получше, у кого-то процессор пошустрее, кто-то с внешними вспышками дружит, другие и вовсе с хитрым прищуром маскируются под хороший пленочный фотоаппарат, щеголяют сменными объективами и быстрым затвором (огромное семейство профессиональных камер, именуемых цифровыми зеркалками). Но все это море различий можно умело разложить по полочкам — разбить на группы. Научиться отделять зерна от плевел и не попадаться в умело расставленные сети рекламных агентов, советующих брать “ во-он ту камеру подороже ” только потому, что она от крутого производителя Sony (кстати, фирма делает действительно первоклассные цифровики, хотя далеко не все модели так уж хороши). Сегодня мы разобрались, чем вообще хороша цифра. Причем не на уровне банальных заявлений типа “круто, и с компьютером дружит”, а на уровне понимания, чем принципиально цифровик отличается от пленочной камеры. В следующей статье (в одном из ближайших номеров “Игромании”) мы пойдем дальше — разберемся, чем отличаются цифровики друг от друга. И самое главное, решим, какой же фотоаппарат выбрать лично себе. Ведь запросы, например, начинающего фотографа, продвинутого мастера или веб-дизайнера, который решил перейти с пленки на цифру, заметно различаются. А в индустрии цифровиков работает такое правило: “дороже не всегда лучше”.