Цифра против пленки

Новую технологию лучше всего начинать осваивать, сравнивая ее с тем, что мы хорошо знаем и понимаем. Здесь вы познакомитесь с основами цифровой фотографии, используя понятия, которые известны каждому, кто имел дело с обычной пленочной фотокамерой.

Камера

Современные цифровые фотокамеры внешне мало отличаются от пленочных. Правда, почти у всех цифровых моделей есть небольшой ЖК-дисплей, но в остальном они выглядят так же, как обычные фотоаппараты. Если схематически описать фотокамеру, то это просто коробочка с объективом, видоискателем, затвором, диафрагмой и отделением для пленки (см. ил. 1).

Конструкция всех пленочных фотокамер, сколь бы проста или сложна она ни была, сводится к этой схеме. Съемка происходит следующим образом. Фотограф кадрирует (выбирает композицию кадра) снимок при помощи видоискателя. Когда композиция выстроена, он нажимает на рычажок (или на кнопку) затвора. Свет проходит через объектив и диафрагму и фокусируется на пленке. Когда на пленку попадет достаточное количество света, затвор закрывается.

Цифровая камера работает по тому же принципу, только изображение не фиксируется на светочувствительной пленке, а записывается при помощи цифрового сенсора (см. ил. 2). Все остальное происходит в обоих типах камеры в общем одинаково. Если у вас есть опыт фотографирования пленочной камерой, то ваши навыки пригодятся и в работе с цифровой аппаратурой.

«ЦИФРОВАЯ ПЛЕНКА»

Сердце цифровой камеры — так называемая светочувствительная матрица. Обычно она представляет собой решетку из ПЗС-сенсоров (ПЗС — прибор с зарядовой связью), каждый отдельный элемент которой способен измерять количество попадающего на него света. Если на элементарный сенсор сверху наложить цветной фильтр, то он сможет определять не только количество света, но и его цвет. Фильтры наложены на всю решетку CCD по определенной схеме чередования красного (R), зеленого (G) и синего (B) (см. ил. 3). При помощи этих трех основных цветов можно получить практически все цвета и оттенки.

Цветная пленка и сенсоры с фильтрами

Из физики известно, что практически все цвета, которые мы видим, можно получить из этих трех основных, или первичных, цветов. Цветная фотография использует этот принцип с самого начала. На самом деле современная цветная пленка имеет гораздо больше общего с цифровыми сенсорами, чем кажется на первый взгляд.

Почти восемьдесят лет назад открыли, что можно получить цветную фотографию, сняв сюжет три раза на черно-белую пленку через красный, синий и зеленый фильтры. Если затем эти три снимка спроецировать на экран через те же самые фильтры, то можно воссоздать сюжет в цвете. С тех пор цветная пленка стала значительно сложней по структуре, но сам принцип остался незыблемым — цвета разделяются и фиксируются отдельно, а затем вновь соединяются при печати или на слайде (см. ил. 4).

Когда стало ясно, что электронные сенсоры могут записывать только черно-белое изображение (то есть только яркость), остался один небольшой шаг до того, чтобы применить к ним принцип разделения. Поэтому почти во всех цифровых камерах используют именно эту схему. В результате при съемке получаются так называемые RGB-файлы, потому что они содержат информацию о снимке в трех раздельных черно-белых каналах, соответствующих трем основным цветам — красному (R или red), зеленому (G или green) и синему (B или blue). Когда мы просматриваем файл на экране или печатаем его, то эти изображения накладываются друг на друга и дают полноценную цветную картинку (см. ил. 5).

Новое зерно

На традиционной фотопленке сюжет запечатлевается при помощи сложной структуры чувствительных к свету «зерен». Эти зерна меняются под действием попадающего на них света. Иногда их можно заметить на отпечатках или на слайдах. Легче всего их обнаружить на фотоотпечатках, сделанных при большом увеличении или в том случае, если вы снимали на высокочувствительную пленку, предназначенную для съемки при слабом освещении.

Цифровой эквивалент так называемого «зерна» — это основной элемент картинки, или пиксель. Цифровая фотография состоит из решетки пикселей. На расстоянии эти цветные квадратики сливаются, и глаз воспринимает цельную картину с плавными переходами тонов (см. ил. 6). Каждый пиксель цифрового изображения — это результат того, что элементарный сенсор матрицы записал цвет и яркость в отдельной точке кадра. Чем больше элементарных сенсоров у матрицы фотокамеры, тем больше пикселей будет в вашем цифровом файле. Аналогично тому, что «пленочное зерно» становится заметнее по мере увеличения размера фотографии, отпечатанной с традиционного негатива, так и пиксели становятся заметнее при большем увеличении.

ЦИФРОВОЙ ПРОЦЕСС

Процесс фотографирования стал столь привычен, что превратился во вторую натуру. Вы снимаете объекты на пленку, обрабатываете ее (проявляете и фиксируете), затем печатаете с негативов снимки при помощи увеличителя, а потом наслаждаетесь созерцанием отпечатков. В цифровой фотографии дело обстоит немного сложнее (см. ил. 7).

Также есть три главные стадии процесса — съемка (захват и запись изображения), обработка и печать. Однако при этом каждая стадия несколько отличается (см. ил. 8).

Съемка (запись изображения)

• Сцена скомпонована, камера наведена на фокус и затвор сработал. Пока у пленочной и у цифровой камеры все происходит одинаково.
• Свет попадает на сенсоры. Свет, отраженный от различных участков объекта, при помощи объектива попадает на элементарные сенсоры. Каждый элементарный сенсор получает, вообще говоря, разное количество света.
• Реагируя на свет, каждый элемент матрицы выдает электрический заряд. Чем большее количество света упадет на элементарный сенсор, там больший заряд он выдаст. Не забудьте, что на каждый элемент установлен свой фильтр — красный, зеленый или синий. Таким образом, этот сигнал отражает не только количество света, но и цвет.
• Все электрические импульсы воспринимаются, преобразуются в цифровые данные и сохраняются сообразно их положению в матрице. Этот процесс называют также квантованием (дискретизацией). Он осуществляется при помощи специального чипа, который называется аналогово-цифровым преобразователем, или АЦП-преобразователем.
• Цифровая информация сохраняется в камере в виде файла изображения. Этот файл содержит информацию обо всех пикселях цифрового изображения, то есть об их координатах, цвете и яркости. Эти файлы сохраняются на флэш-карте камеры (обычно) или на другом носителе (у некоторых моделей камер). Процесс съемки завершен, камера готова к следующему кадру.

Компьютерная обработка

• Цифровые файлы передаются в компьютер. Камера может хранить ограниченный объем информации, поэтому на определенной стадии необходимо перекачать файлы с записанными изображениями в компьютер. Обычно это делается при помощи специального кабеля, соединяющего камеру с компьютером.
• Когда изображения попадают в компьютер, для их обработки можно запустить программу наподобие Photoshop.
• Обработанная картинка сохраняется в компьютере, как правило, на его жестком диске.

Вывод на печать

• Теперь изображение готово к выводу на принтер. В большинстве случаев это предполагает печать на струйном цветном принтере или на принтере аналогичного типа. Однако цифровое изображение можно также выложить в Интернет или даже вывести на фотопленку — на позитивную (в виде слайда) или на негативную.

ЧЕМ БОЛЬШЕ У МАТРИЦЫ ЭЛЕМЕНТАРНЫХ СЕНСОРОВ = ТЕМ ВЫШЕ РАЗРЕШЕНИЕ = ТЕМ ЛУЧШЕ КАЧЕСТВО ИЗОБРАЖЕНИЯ

В традиционной пленочной фотографии пленка отделена от камеры, так что фотограф может для каждой задачи подобрать нужную пленку. Если надо снимать спортивные соревнования ночью при свете прожекторов, то вы возьмете высокочувствительную пленку, подходящую для съемок в условиях слабой освещенности. Напротив, если вы снимаете в условиях хорошо поставленного студийного освещения, то можете выбрать малочувствительную пленку с более мелким зерном и насыщенными цветами.

Фотограф, снимающий на цифровую камеру, лишен возможности менять «тип пленки» в зависимости от условий съемки. Максимальная чувствительность и «зерно», т. е. разрешающая способность матрицы, зафиксированы. Вот почему производители продолжают повышать разрешение матриц, что позволяет расширять диапазон возможностей цифровых камер.

Последние несколько лет мы являемся свидетелями того, как постоянно увеличивается разрешающая способность цифровых камер. Если вначале матрицы фотокамер могли выдавать сотни тысяч пикселей, то сегодня матрицы выдают 12 и больше миллионов пикселей. Некоторые профессиональные модели могут выдавать изображения в 20 и 25 миллионов пикселей. Конечно, параметры матрицы недорогой любительской камеры начального уровня из разряда «на-вел-и-щелкнул» далеки от этих астрономических цифр. Если сравнить их возможности с возможностями пленочных камер, то обычная пленка чувствительностью в 100 единиц ISO насчитывает 60 миллионов светочувствительных зерен в одном кадре 35-мм пленки. Это значит, что сенсор лучшей цифровой зеркальной камеры может записать лишь около 20% того, что может запечатлеть фотопленка.

Если же говорить о чувствительности, то еще пять лет назад чип средней цифровой камеры имел чувствительность 100-200 ISO. То сейчас профессиональные модели могут снимать с чувствительностью 6400 ISO.

КАКИМ ОБРАЗОМ ИЗМЕРЯЮТ РАЗРЕШЕНИЕ СЕНСОРА?

Цифровое изображение измеряется не в дюймах или в сантиметрах, а в пикселях. Число пикселей соотносится с числом элементарных сенсоров матрицы цифровой камеры. Поскольку матрица цифровой камеры оснащена известным количеством элементарных сенсоров, «пиксельные» размеры конечного файла напрямую зависят от параметров того чипа, при помощи которого он был получен.

Разрешение сенсора измеряется числом пикселей по горизонтали и по вертикали. На пример разрешение — 1200 х 1600 пикселей. Получается, что такая матрица выдает изображение, состоящее примерно из двух миллионов пикселей. Такую матрицу называют двухмегапиксельным сенсором (или 2-Мп сенсором). Когда цифровое изображение печатают на принтере, пиксели распределяются по бумаге в определенном соотношении на квадратный дюйм (или на квадратный сантиметр), отсюда термины ppi (pixels per inch — количество пикселей на дюйм) и dpi (dots per inch — количество точек на дюйм).