Ваш фотоаппарат:
устройство и принцип работы

Что нужно знать о фотоаппарате для того, чтобы меньше совершать ошибок и чаще радоваться результатам или ключевой вопрос прогресса и его влияние на рост профессионального мастерства.

Еще несколько лет назад профессионалы снисходительно улыбались, слыша разговоры о цифровых фотокамерах. Сейчас всё изменилось, и цифровые зеркальные фотоаппараты перестали вызывать удивление и насмешки в профессиональных кругах. Буквально взрывной рост «цифровизации» фототехники затормозился, приблизившись к границе технологических и физических возможностей. Что еще важнее — возможности цифровой техники приблизились к границе разумных потребностей фотолюбителя. Функциональные и качественные характеристики цифровых фотокамер разных производителей сблизились вплотную и, наконец, цены стабилизировались в приемлемом потребительском коридоре. Что особенно важно, качество изображения формируемого профессиональными и некоторыми любительскими цифровыми аппаратами не уступает, а во многих случаях и превосходит плёночное. Да, плёнка жива и, возможно, будет жить еще долго, но прогресс остановить невозможно. Согласитесь, побеждает та технология, которая удобнее и дешевле. Поэтому, изучая фотоаппарат как основной инструмент фотографа, мы будем говорить, прежде всего, о цифровых фотокамерах. Каким фотоаппаратом снимать — плёночным, или цифровым каждый решает сам? Какую модель выбрать, с какими характеристиками, какого производителя тоже дело вкуса и личных предпочтений? Для эффективного обучения мастерству фотографии несущественно фотокамерой какого производителя вы пользуетесь.

Но! Хочу обратить ваше внимание, уважаемые коллеги — намного удобнее и дешевле обучаться, имея цифровой фотоаппарат, и уж совсем жизненно необходимо, чтобы ваша камера имела возможность съемки в полуавтоматических и ручном режимах. Почему эти тезисы верны, вы поймете в процессе знакомства с материалом данной лекции.

Кратко об устройстве фотоаппарата и влиянии конструктивных элементов на результат.

1. ОБЪЕКТИВ

Объектив — устройство создающее изображение на светорегистрирующей плоскости.

Достаточно подробно мы уже рассмотрели этот вопрос в лекции, посвященной объективам, поэтому напомню и уточню только несколько важных пунктов:

• разрешающая способность — важнейшая характеристика, определяющая максимально возможную четкость и резкость формируемого изображения. Зависит от качества материала, из которого выполнены линзы объектива, качества обработки поверхностей и точности самой оптической схемы. Нетрудно догадаться, что чем объектив лучше, тем он дороже.

• светосила — упрощенно это отношение количества света пропущенного объективом в светорегистрирующую плоскость, к количеству света отраженного от фотографируемого объекта (в сторону объектива, естественно). Характеризуется светосила минимальным значением диафрагмы f (обратная величина, см. лекцию про объективы), лучшие объективы имеют значение f/1.2, у большинства объективов минимальное значение f/4.

• аберрации (они же вносимые искажения) — чаще всего, выделяют две основных группы искажений влияющих на изображение:

— хроматические аберрации — паразитная дисперсии света, проходящего через линзу. Белый свет преломляясь, разлагается на составляющие его цветные лучи, а поскольку коэффициент преломления у синих лучей больше, чем у красных, зоны их фокусировки будут несколько различаться. В результате, ухудшается резкость изображения и появляются цветные ореолы. Особенно это заметно на четких контурах (границах силуэтов) при съемке против света.


Схема хроматической аберрации (1) и её уменьшение с помощью ахроматической линзы (2)

— геометрические аберрации — дисторсии, сферическая аберрация, кома и астигматизм. Самая заметная — дисторсия — искажение изображения прямых линий, зависит от взаиморасположения диафрагмы и линзы. В большинстве оптических систем удается скомпенсировать эти искажения и свести их практически к нулю.

Световой поток на рисунке, распространяется слева направо.

Результат в плоскости кадра:


Подушкообразная дисторсия


Бочкообразная дисторсия


Отсутствие дисторсии

Про сферическую аберрацию, кому и астигматизм, а также про дифракционную аберрацию, особенно пытливые студенты могут прочитать в справочной литературе.

• виньетирование — это не столько характеристика объектива, сколько эффект, связанный с объективом — затемнение изображения по краям кадра возникающее, частично, вследствие ограничения светового пучка диафрагмой, но наиболее сильно проявляющееся при использовании нескольких светофильтров на внешней оправе объектива.

• автофокус — это уже характеристика системы фотоаппарат-объектив. Скорость и точность фокусировки в объективах с автофокусом зависит от используемого типа привода и качества системы автофокусировки в целом. Думаю, не нужно объяснять, на что и как это влияет. Сегодня, чаще всего используют ультразвуковой привод, позволяющий сделать этот процесс очень быстрым, плавным, бесшумным и точным. Трудности, как правило, возникают в случае низкой освещенности, для решения этой проблемы в некоторых фотоаппаратах используют систему подсветки автофокуса. При работе с фотоаппаратом без подсветки автофокуса, зачастую можно подсвечивать обычной лазерной указкой. В некоторых случаях эффективнее использовать ручной автофокус, если он конструктивно предусмотрен, конечно.
От качества объектива, как нетрудно догадаться, качество изображения зависит в первую очередь. Такие характеристики объектива как фокусное расстояние и ГРИП можно рассматривать как переменные или производные от других характеристик. Об этом мы подробно говорили в лекции посвященной объективам.

2. МАТРИЦА

Матрица — электронное устройство, расположенное в той самой светорегистрирующей плоскости, в которой объектив формирует изображение и, фактически регистрирующее это самое изображение.

Обычно размышления на тему цифровой фотокамеры начинаются с оценки разрешающей способности матрицы и других ее характеристик. Во многом это правильно. Упрощенно, матрица, она же сенсор, это аналого-цифровой преобразователь (АЦП преобразует аналоговый сигнал — количество света, в цифровой — электрический импульс) на основе кремниевого кристалла в котором сформирована плоскость (матрица) фотодиодов каждый из которых и есть пиксел. Все вместе эти элементы преобразуют световой поток падающий на плоскость в поток данных в виде совокупности электрических сигналов. Матрицы различаются по типу и размеру (подробно об этом в статье Салавата Фидаева). Не вдаваясь в технические подробности, можно отметить, что для получения фотоотпечатков удовлетворительного качества традиционного бытового формата 10×15 см достаточно 2-мегапиксельной матрицы (два миллиона светочувствительных элементов). Понятно, что тем, кто учится фото-мастерству, бытовой формат не интересен, а значит нужно более высокое разрешение. К счастью, большинство цифровых фотокамер уже давно перешагнули за пятимегапиксельный рубеж. Почему пять мегапикселей имели такое принципиальное значение? Потому что, в профессиональной фотографии, самый распространённый формат — это 20×30 см, размер стандартного листа (А4), и пяти мегапикселей как раз достаточно для получения качественного изображения такого формата. Итак, по пунктам.

• разрешение — количество точек из которых формируется изображение. В общем виде, надеюсь, интуитивно понятная характеристика — чем разрешение выше, тем лучше.

• динамический диапазон — фактически, качество точек — очень важный параметр матрицы, который характеризует способность аналого-цифрового преобразователя (сенсора), фиксировать и детализировать световую информацию в диапазоне от минимального количества света (темная часть изображения) до максимального (светлая часть изображения). Иначе говоря, способность качественно зафиксировать детали изображения одновременно в самой светлой и в самой темной частях снимка. Естественно, чем больше динамический диапазон, тем точнее и мягче изображение. Динамический диапазон определяется битностью представления данных. Для понимания того, что такое битность, приведу упрощенный пример. Один бит — одна позиция в двоичной системе счисления (использует компьютер), которая может принимать значения 0 или 1, то есть либо черный, либо белый. Два бита — две позиции по два значения — 2×2=4 всего четыре: черный, темно серый, светло серый, белый. Три бита — 2×2х2=8 — восемь уровней (ступеней) детализации от черного до белого; четыре бита — 2×2х2×2=16 — соответственно, шестнадцать уровней. И так далее. На сегодняшний день в большинстве систем фиксации, преобразования и отображения изображений используется восьмибитный диапазон, то есть 2 в восьмой степени, что соответствует 256 ступеням от абсолютно белого до совершенно черного. Это, конечно, существенно меньше, чем диапазон человеческого глаза, но для решения фото-задач в большинстве случаев достаточно. Подробнее мы это обсуждаем в лекции «Свет и освещение в фотографии».

• физический размер матрицы и кроп-фактор — площадь которую занимают пикселы в столь важной для нас плоскости и пропорция отношения к стандартному размеру 24×36. Что здесь важно понять?

— размер пикселя — как нетрудно догадаться, если есть маленькая восьмимегапиксельная матрица и существенно большая, скажем, шестимегапиксельная, значит размеры пикселей у них отличаются. Влияет ли это на что-нибудь и как именно? Чем больше размер ячеек (фотодиодов) тем «глубже» и «чище» получается фотоизображение. Это обусловлено тем, что во-первых. светочувствительность пикселя и его точность как АЦП пропорциональна его площади и, во-вторых чем пиксели крупнее, тем меньше влияние тепловых шумов, неизбежно возникающих при работе и разогреве матрицы. Поэтому маленькие, много-мегапиксельные матрицы, чаще всего имитируют 8-битный диапазон, существенно экстраполируя зашумленные данные. Как вы понимаете, нет ничего удивительного в том, что фотографии, сделанные «цифромыльницами» с крошечными восьмимегапиксельными матрицами, такие шумные и нечёткие. Кроме того, такие матрицы гораздо чувствительнее к ошибкам экспозиции. Минимальная недодержка ведет к повышенному уровню шума в тенях, а при небольшой передержке, детали в светах «выжигаются».

— кроп-фактор или нет худа без добра. Кроп-фактор всего лишь, показывает насколько матрица по площади меньше стандартного узкопленочного формата (см. статью Салавата Фидаева). Что здесь важно понимать? Во-первых, использование малой светорегистрирующей площади позволяет делать светосильные объективы с большими фокусными расстояниями весьма небольшого размера. Эта возможность, в полной мере используется в цифрокомпактах и фотокамерах просьюмерского формата с суперзумами. Во-вторых, в цифрозеркалках со стандартной оптикой периферийная часть изображения «обрезается», а именно там, как вы помните основные искажения.

Еще есть такое понятие как тип матрицы, но в эти технологический дебри мы пока не будем углубляться. В качестве резюме хочется сказать, если технологический прорыв позволит создать достаточно маленькую десятимегапиксельную «холодную» (без тепловых шумов) матрицу с реальным динамическим диапазоном больше двенадцати, то фотоаппарат профессионального качества легко разместится в любом телефоне. Вопрос в том возможно ли это, когда ожидать такого чуда и будет ли это выгодно фотографической промышленности?

3. ПРОЦЕССОР

Процессор — устройство, преобразующее поток данных в изображение и управляющее всей системой.

Что такое процессор, сегодня, в общих чертах, представляет каждый. Что нужно знать фотографу о процессоре своего фотоаппарата? В общем, ничего особенного — это мозг фотоаппарата, который участвует в определении экспозиции, при необходимости оптимизируя экспопару (в полуавтоматических режимах и в сюжетных программах) занимается фокусировкой, в случае надобности распознавая лица в кадре и показывая, что именно он распознал. Кроме того, разбирается с чувствительностью, обеспечивает корректную работу органов управления — превращает указания фотографа в действующие параметры работы всей системы под названием цифровая фотокамера. Если темно, включает подсветку автофокуса и управляет вспышкой. И, наконец, самое главное — создает изображение из того потока безликих данных, который получает от матрицы. Ну а потом, конечно, преобразует изображение в указанный формат, с заданными параметрами сжатия в нужном цветовом пространстве. Ну и еще записывает снимок на карту памяти и выводит изображение на монитор. И наконец выходит в режим готовности к новому снимку. Да, совсем забыл, диафрагмой и выдержкой также, как и затвором, тоже управляет процессор, честно выполняя указания фотографа. Кстати, может и самостоятельно фотографировать, достаточно только поручить. Процессоры все разные и у них, бывают недостатки — некоторые долго соображают, другие мудрят с фокусировкой, третьи регулярно ошибаются в сложных световых условиях, а иные плохо справляются и с простым светом. Но самые большие недостатки любого процессора это неспособность выбрать место/время съемки и неумение выстроить кадр. Так что, коллеги, приходится фотографу быть умнее процессора и судя по всему это надолго, поскольку фотография процесс творческий.

Дополнение или еще раз спасибо процессору.

Часто вы задумываетесь над тем, что световой поток в помещении с лампами и свет на улице в солнечный день, имеют разную природу и состав — имеют разную «цветовую температуру». Те, кто снимал на пленку, наверняка получив отпечатки, удивлялись, почему с одной и той же пленки одни фотографии нормальные, другие в синеву, а третьи сильно желтят. Для правильной цветопередачи в разном освещении, выпускаются и используются разные пленки. В отличии от плёнки, процессор цифрового фотоаппарата может настраиваться оперативно на изменение спектрального состава светового потока, используя белый цвет, как стандарт, и обеспечивает естественную цветопередачу в самых разных условиях — это называется баланс белого. Он может подстраиваться автоматически, может быть выставлен принудительно по типу освещения: дневной свет, облачно, лампы накаливания, лампы дневного света и может выставляться вручную или настраиваться по белому листу. Подробнее о балансе белого и цветовой температуре в лекции «Свет и освещение в фотографии».

4. ДИСПЛЕЙ

Дисплей, главный подсказчик, учитель и... обманщик

Дисплей, он же монитор, не нуждается в долгом представлении, это экранчик на котором виден получившийся после съемки кадр. Он же позволяет заблаговременно видеть подобие того, что должно получиться после нажатия на спусковую кнопку и вносить необходимые поправки. Большинство цифровых зеркальных аппаратов, правда, не дают возможности наблюдения через дисплей, но позволяют просматривать изображение немедленно после экспозиции. Возможность увидеть результат в процессе фотосъемки, отбраковать неудачные кадры, переснять — для многих самая важная и, как нетрудно догадаться, для нас весьма учебно-методическая. Совершенно очевидно, что дисплей может иметь разный размер, разрешающую способность и яркость. Эти параметры не нуждаются в детальном описании в силу очевидности. Очень важно, что почти все современные камеры позволяют вывести на дисплей гистограмму, не нужно пренебрегать этой возможностью, она спасает от многих ошибок и в экспозиции и в построении кадра. Некоторые модели фотоаппаратов оснащаются поворотными или вращающимися дисплеями, что заметно повышает удобство работы — например можно точно кадрировать (прицеливаться) при съемке на вытянутых руках над головой, или снимать с уровня земли. Не возникло вопроса, почему дисплей, при всех его плюсах — обманщик? Думаю, нет, но на всякий случай поясню: в силу малого размера дисплей оставляет нашему сознанию слишком много места для игры воображения. Поэтому очень часто кадр, казавшийся на дисплее гениальным, на большом экране оказывается безнадежным.

5. ЭКСПОСИСТЕМА

Экспосистема — вполне интеллектуальная и весьма непростая система определения условий освещенности и баланса значений экспопары.

Я не буду вам рассказывать, как работает TTL-замер при полностью открытой диафрагме с использованием много-зонного кремниевого фотоэлемента о том, какие экспонометрические системы сегодня наиболее распространены или о том, в чем разница замеров падающего и отраженного света. Главное, что вы должны понимать это то, какие способы измерений принципиально используются в фотоаппаратах и как это влияет на фотосъемку.

• Экспозамер. Встроенный экспонометр современного фотоаппарата может оценивать количество света отраженного от области съемки, как правило, несколькими способами. В разных моделях, разных производителей названия режимов и технология замеров могут довольно сильно различаться, но принцип везде один. Есть два базовых режима — точечный и интегральный. В первом случае оценивается освещенность небольшой точки, совпадающей, как правило, с точкой фокусировки (или несколькими точками), во втором — усредняется освещенность всего кадра или значительной его площади. Все остальные режимы будут вариациями между этими полярными случаями. Например: оценочный замер сопряженный с любой точкой автофокусировки, частичный замер 10% площади в центре кадра, центральный точечный замер 3-4% площади в центре кадра, центрально-взвешенный интегральный замер, интегральный замер с приоритетом зон в которых система распознала лица... Что из этого следует вы уже знаете или, наверняка, догадываетесь. Если вы фотографируете блондинку в темной одежде на темном фоне, а экспозамер производится по всей площади кадра, то получится отлично проработанный костюмчик с белым пятном вместо лица. Конечно у пятна, скорее всего, прорисуются брови, глаза и губы, но выдать такой портрет за высокий ключ на темном фоне будет непросто. Отсюда вывод — режим экспозамера нужно подбирать в соответствии со светотеневым характером кадра площадью и освещенностью его смысловых центров. Итак, вы определили и установили подходящий режим, теперь процессор знает, как правильно оценить общее количество света и, связав его с чувствительностью, рассчитать значение экспопары.

• Экспопара — пара двух параметров: выдержки и диафрагмы. При помощи экспопары выставляется экспозиция. Очевидно, что одной и той же экспозиции соответствует довольно много экспопар, например 1/30 — f/8, 1/60 — f/5,6, 1/120 — f/4 и т. д. Дальше самое интересное — определение правильной экспопары. Тут без помощи фотографа не обойтись. Нужно задать (ввести, установить) режим отработки экспозиции: программный автоматический (Р), приоритет выдержки (S), приоритет диафрагмы (А), сюжетные программы (полный автомат, портрет, пейзаж, макро, спорт, ночной...). Еще иногда встречается автоматическая экспозиция с учетом глубины резкости и всегда — автоматическая экспозиция с участием собственной вспышки. Дальше, определив экспозицию и получив от фотографа дополнительную творческую информацию, фотоаппарат сам выбирает оптимальное соотношение диафрагма — выдержка. Понятно, что если в одних и тех же световых условиях снимать спортивный репортаж и пейзаж, то в первом случае нужно отдать приоритет выдержке сделав ее как можно короче, а диафрагма пусть подстраивается. Во втором случае наоборот — нужно закрыть посильнее диафрагму и пусть выдержка будет длинной, чувствительность минимальной, а штатив устойчивым. Замечали? Именно по солидному штативу видно серьезного пейзажиста! Как вы думаете, насколько точно фотоаппарат делает то, что нужно фотографу? Правильно думаете — весьма точно. Только весьма опытный фотограф может решить эту задачу точнее. Поэтому, во многих фотоаппаратах, есть еще ручной режим (M), в котором система только подсказывает корректность установки экспопараметров, а сами параметры выставляет фотограф. С экспопарой и режимами отработки экспозиции разобрались, но это не все — еще есть экспокоррекция которая совершенно необходима если процессор туповат или категорически не согласен с вашими творческими замыслами. Если, например, вам нужно недоэкспонировать или переэкспонировать кадр вы вводите соответствующую экспопоправку и процессор честно ее отрабатывает. Ну и, наконец, на случай когда трудности не только у процессора, но и у фотографа, есть автоматическая экспозиционная вилка, она же экспозиционный брэкетинг. Как правило, это серийная съемка по три кадра в диапазоне ±2 ступени (EV), с шагом 1/2 или 1/3 ступени.

Про экспозицию и экспопару можно подробно прочитать в дополнении к данной лекции «Экспозиция и экспонометрия».

6. КАРТЫ ПАМЯТИ И ФОРМАТЫ ХРАНЕНИЯ ИЗОБРАЖЕНИЯ

• Флэш-карты. Цифровая память на съемный носителях — способ и место хранения отснятых фотографий. Сегодня, в профессиональной фотографии используются, в основном, четыре типа:
— CF — Compact Flash.
— SD — Secure Digital Card — к ним же относятся «вложенные» форматы MiniSD и MicroSD.
— Memory Stick — к ним же относятся Memory Stick Pro, Memory Stick Pro Duo, Memory Stick Micro M2.
— xD-Picture Cards

CF (Compact Flash) — самый старый и распространенный тип флэш-памяти. Современные CF карты отличаются высокой скоростью чтения/записи и большим объёмом до 32Гб. Цены на флэш-память сейчас настолько снизились, что не имеет смысла пользоваться CF картами прошлых поколений.

SD (Secure Digital) — меньше по размеру и быстрее, чем CF карты, но имеют несколько меньшую ёмкость. Архитектура SD теоретически допускает более высокие скорости передачи данных, чем CF, поэтому считается более перспективной.

Memory Stick — формат флэш-памяти разработанный и продвигаемый компанией Sony. Этим если не все, то многое сказано.

xD-Picture Cards — наименее распространенный и, потому все более дорогой, по сравнению с прочими тип флэш-памяти, а следовательно наименее конкурентоспособный.

• Форматы изображения. Есть три основных формата:
— RAW — технический формат, набор данных полученных непосредственно с матрицы;
— TIFF — стандартный для многих компьютерных программ формат, в котором каждая точка имеет описание цветовых показателей;
— JPEG — тоже стандартный формат, фактически сжатый (архивированный) файл, без потери или с минимальной потерей информации.

TIFF — последовательное поточечное описание всего изображения, с указанием для каждой точки всего набора данных. Последнее время редко используется для фотосъёмки, поскольку, использование этого формата существенно замедляет работу фотоаппарата из-за большого объема передаваемых данных и в разы сокращает количество кадров умещающихся на карте памяти. Например, фото с максимальным разрешением, сделанное ЦФК с 12-мегапиксельной матрицей в формате TIFF при 8 битах на канал, будет иметь объем 28Mb, а в формате JPEG с максимальным качеством — около 2,0 Mb, а в RAW — 10 Mb. Именно поэтому многие производители в моделях, ориентированных на фотолюбителя, отказались от использования формата TIFF.

JPEG сжатое изображение, имеет существенные недостатки другого характера. Во-первых, даже в случае минимальной компрессии, качество изображения в формате JPEG ниже оригинального. Во-вторых, JPEG не поддерживает битность выше восьми, что, как мы уже отмечали, отрицательно сказывается на тональном диапазоне изображения. В-третьих, изображения в форматах TIFF и JPEG нельзя использовать в качестве доказательства достоверности, потому что они легко поддаются редактированию в графических приложениях.

RAW — наиболее часто используемый в профессиональной цифровой фотографии формат, лишенный недостатков, упомянутых выше. Что же это за формат и чем он хорош, и почему TIFF в разы больше по объему, а информации содержится больше в RAW-е? Есть два определения, не очень научных, но совместно хорошо объясняющих смысл этого формата. Первое — RAW это сырой файл, содержащий исходные данные, полученные с матрицы. Второе — RAW это исходный черно-белый TIFF — не совсем корректное, но помогающее понять суть формата определение. RAW это поточечное описание всего изображения без цветовой информации. Файлы в этом формате требуют конвертации в компьютере, но зато дают возможность корректировать экспозицию и баланс белого в широких пределах. Кроме того, в формате невозможен фотомонтаж. В последнее время появляется все больше просмотрщиков и конверторов упрощающих работу с RAW и делающих его все более привлекательным для фотолюбителей.

7. ОРГАНЫ УПРАВЛЕНИЯ

Управление фотоаппаратом. Кроме традиционных кнопок (клавиш, дисков) включения питания, спуска, управления трансфокатором (зумом) и режимами съемки, в цифровой камере есть специальные кнопки и клавиши для работы с меню. На экране дисплея отображаются режимы и параметры фотосъемки, а также различные дополнительные установки, которые можно менять в ходе работы и после съемки для просмотра и пересылки отснятого материала. Естественно, производители стараются сделать общение с фотоаппаратом удобным и интуитивно понятным, но удается им это по-разному.

Независимо от того, чем вы снимаете, этот материал необходимо освоить, если вы хотите добиться качественных результатов в фотографии. В любом виде фотографии, знание материальной базы и умение использовать её достоинства и недостатки лежит в основе предсказуемости результата.

_______________________

Читайте также:

Бизнес-уроки для фотографа. E-mail маркетинг

Как выбрать объектив? Путеводитель по джунглям объективов

Урок Photoshop. Инструменты выделения: быстрая маска