Как работает цифровой фотоаппарат

© 2014 Vasili-photo.com

Для полного контроля над процессом получения цифрового изображения необходимо хотя бы в общих чертах представлять себе устройство и принцип работы цифрового фотоаппарата.

Единственное принципиальное отличие цифровой камеры от плёночной заключается в природе используемого в них светочувствительного материала. Если в плёночной камере это плёнка, то в цифровой – светочувствительная матрица. И как традиционный фотографический процесс неотделим от свойств плёнки, так и цифровой фотопроцесс во многом зависит от того, как матрица преобразует свет, сфокусированный на неё объективом, в цифровой код.

Принцип работы фотоматрицы

Светочувствительная матрица или фотосенсор представляет собой интегральную микросхему (проще говоря, кремниевую пластину), состоящую из мельчайших светочувствительных элементов – фотодиодов.

Матрица фотоаппарата Nikon D4

Существует два основных типа сенсоров: ПЗС (Прибор с Зарядовой Связью, он же CCD – Charge-Coupled Device) и КМОП (Комплементарный Металл-Оксид-Полупроводник, он же CMOS – Complementary Metal-Oxide-Semiconductor). Матрицы обоих типов преобразовывают энергию фотонов в электрический сигнал, который затем подлежит оцифровке, однако если в случае с ПЗС матрицей сигнал, сгенерированный фотодиодами, поступает в процессор камеры в аналоговой форме и лишь затем централизованно оцифровывается, то у КМОП матрицы каждый фотодиод снабжён индивидуальным аналого-цифровым преобразователем (АЦП), и данные поступают в процессор уже в дискретном виде. В целом, различия между КМОП и ПЗС матрицами хоть и принципиальны для инженера, но абсолютно несущественны для фотографа. Для производителей же фотооборудования имеет значение ещё и тот факт, что КМОП матрицы, будучи сложнее и дороже ПЗС матриц в разработке, оказываются при этом выгоднее последних при массовом производстве. Так что будущее, скорее всего, за технологией КМОП в силу чисто экономических причин.

Фотодиоды, из которых состоит любая матрица, обладают способностью преобразовывать энергию светового потока в электрический заряд. Чем больше фотонов улавливает фотодиод, тем больше электронов получается на выходе. Очевидно, что чем больше совокупная площадь всех фотодиодов, тем больше света они могут воспринять и тем выше светочувствительность матрицы.

К сожалению, фотодиоды не могут быть расположены вплотную друг к другу, поскольку тогда на матрице не осталось бы места для сопутствующей фотодиодам электроники (что особенно актуально для КМОП матриц). Восприимчивая к свету поверхность сенсора составляет в среднем 25-50 % от его общей площади. Для уменьшения потерь света каждый фотодиод накрыт микролинзой, превосходящей его по площади и фактически соприкасающейся с микролинзами соседних фотодиодов. Микролинзы собирают падающий на них свет и направляют его внутрь фотодиодов, повышая таким образом светочувствительность сенсора.

Основа любой фотографии – свет. Он проникает в камеру через объектив, линзы которого формируют изображение предмета на светочувствительной матрице. При нажатии на кнопку спуска затвор камеры открывается (как правило, на доли секунды) и происходит экспонирование кадра, т. е. освещение матрицы потоком света заданной интенсивности. В зависимости от желания получить светлый или тёмный снимок, может потребоваться различное количество света, т.е. различная экспозиция.

По завершении экспонирования электрический заряд, сгенерированный каждым фотодиодом, считывается, усиливается и с помощью аналого-цифрового преобразователя превращается в двоичный код заданной разрядности, который затем поступает в процессор фотоаппарата для последующей обработки. Каждому фотодиоду матрицы соответствует (хоть и не всегда) один пиксель будущего изображения.

Разрядность определяет количество оттенков, т.е. градаций яркости для каждого пикселя. Чем выше разрядность, тем более плавные тональные переходы способна запечатлеть камера. Большинство цифровых зеркальных камер способно сохранять 12 или 14 бит информации для каждого пикселя. 12 бит означает 2¹²=4096 оттенков, а 14 бит – 2¹⁴=16384 оттенка.

Динамический диапазон

Под динамическим диапазоном матрицы подразумевают отношение между максимальным уровнем сигнала фотодиодов и уровнем фонового шума матрицы, т. е., по сути, – отношение между максимальной и минимальной интенсивностью света, которые матрица способна воспринять.

Чем больше фотонов способен уловить фотодиод до того, как он достигнет насыщения, тем большим динамическим диапазоном будет обладать сенсор в целом. Ёмкость фотодиодов пропорциональна их физическому размеру, а потому, при прочих равных условиях, фотоаппарат с бо́льшей матрицей, а значит, и с более крупными фотодиодами, будет обладать большим динамическим диапазоном и меньшим уровнем шума.

Кроме того, бо́льшая матрица обычно означает более высокое максимальное значение чувствительности ISO для конкретной модели фотоаппарата. Ведь повышение ISO в цифровой камере – это всего лишь усиление электрического сигнала непосредственно перед его оцифровкой. Естественно, что вместе с полезным сигналом усиливается и шум, а значит, матрица с большим отношением сигнал/шум обеспечивает более чистую картинку при высоких значениях ISO.

Формирование цветного изображения

Возможно, некоторые из читателей уже заметили, что матрица цифрового фотоаппарата в том виде, в каком она описана выше, способна воспринимать лишь чёрно-белое изображение. Совершенно верно. Фотодиод регистрирует лишь интенсивность освещения (по принципу один фотон – один электрон), но не имеет возможности определить цвет, зависящий от длины световой волны или, иначе говоря, от энергии конкретных фотонов.

Чтобы решить эту проблему, каждый из фотодиодов снабжается светофильтром красного, зелёного или синего цвета. Красный светофильтр пропускает лучи красного цвета, но задерживает синие и зелёные лучи. Аналогичным образом ведут себя зелёный и синий светофильтры, пропуская лучи только своего цвета. В результате каждый фотодиод становится восприимчив лишь к ограниченному спектру световых волн.

Цветные светофильтры, покрывающие фотодиоды, образуют узор или мозаику, называемую массивом цветных фильтров. Существует множество вариантов взаимного расположения светофильтров, но в большинстве цифровых камер используется т.н. фильтр Байера, состоящий на 25 % из красных, на 25 % из синих и на 50 % из зелёных элементов. Вдвое большее количество зелёных светофильтров используется потому, что человеческий глаз обладает повышенной чувствительностью именно к световым лучам зелёного цвета, из-за чего неточность в передаче зелёного канала на фотографии особенно заметна.

Полученное с помощью массива цветных фильтров изображение не является в полной мере цветным, ведь каждый фотодиод сообщает процессору камеры информацию лишь об одном из основных цветов: красном, зелёном или синем. Недостающая цветовая информация для каждого пикселя восстанавливается в процессе дебайеризации. Процессор фотоаппарата анализирует данные из расположенных по соседству элементов и, используя хитроумные алгоритмы интерполяции, рассчитывает значения красного, зелёного и синего цвета для каждого пикселя, получая в конечном итоге полноцветное RGB изображение.

Печально, но платой за цвет является трёхкратное снижение чувствительности матрицы, поскольку, при использовании фильтра Байера, световой поток, достигающий каждого фотодиода, ослабляется светофильтром примерно втрое. Кроме того, страдает резкость изображения. Заявленное производителем разрешение матрицы отражает её, так сказать, чёрно-белое разрешение, в то время как цветное изображение формируется посредством интерполяции соседних пикселей, что несколько размывает картинку.

Также матрицы с массивом цветных фильтров ведут себя из рук вон плохо в условиях монохромного освещения. Например, при свете натриевых ламп низкого давления полноценно работают только красные фотодиоды. Зелёные получают минимум света, а синие и вовсе не воспринимают никакой информации. В результате фотография выходит довольно зернистой даже при умеренных значениях ISO, поскольку изображение приходится восстанавливать почти исключительно на основании красных пикселей, которых на матрице всего 25 %.

Существуют альтернативные подходы к получению цветного изображения вроде трёхматричных систем 3CCD или трёхслойных фотосенсоров Foveon X3, однако и они не лишены недостатков и по распространённости значительно уступают матрицам с фильтром Байера.

Предварительная фильтрация света

Поверх фильтра Байера и микролинз сенсор накрыт дополнительным фильтром, прозрачным для видимого света, но непроницаемым для инфракрасных лучей. Необходимость в ИК фильтре продиктована высокой чувствительностью матрицы не только к видимому, но также и к инфракрасному излучению. ИК фильтр отсекает световые лучи с длиной волны свыше 700 нм и приводит диапазон частот, воспринимаемых фотосенсором, в соответствие с чувствительностью человеческого глаза.

Для съёмки же в инфракрасном диапазоне выпускаются специальные камеры без ИК фильтра.

К ультрафиолетовому излучению (с длиной волны меньше 400 нм) сенсор цифрового фотоаппарата практически не восприимчив, и потому в специальном УФ фильтре не нуждается.

Помимо фильтра, задерживающего инфракрасное излучение, фотосенсор часто снабжается ещё и т.н. оптическим фильтром нижних частот или сглаживающим фильтром, задача которого состоит в лёгком размытии изображения. Дело в том, что если снимаемый объект имеет области с мелкими деталями, размер которых сопоставим с размерами фотодиодов матрицы, то при оцифровке изображения возможно появление неестественно выглядящих артефактов вроде муара. Фильтр нижних частот сглаживает мельчайшие детали изображения, т.е. снижает частоту исходного аналогового сигнала до уровня, не превышающего частоту дискретизации. Это позволяет уменьшить риск возникновения артефактов оцифровки ценой незначительного снижения резкости конечного снимка.

Чем выше разрешение цифрового фотоаппарата, тем меньше необходимость в сглаживающем фильтре, и потому в последнее время всё чаще выпускаются модели без оного. При разрешении матрицы свыше 15-20 мегапикселей аберрации объектива и дифракция на отверстии диафрагмы обеспечивают естественное и неизбежное размытие изображения, что делает намеренное ухудшение резкости с помощью фильтра нижних частот излишним.

***

Теперь вы знаете, как работает цифровая камера, и обладаете достаточным представлением об определённых технических слабостях цифровой фотографии на настоящем этапе её развития. Само собой разумеется, что сведения эти дополняют, но ни в коем случае не заменяют глубокое и всестороннее понимание экспозиции.

Спасибо за внимание!

Василий А.

Post scriptum

Если статья оказалась для вас полезной и познавательной, вы можете любезно поддержать проект, внеся вклад в его развитие. Если же статья вам не понравилась, но у вас есть мысли о том, как сделать её лучше, ваша критика будет принята с не меньшей благодарностью.

Не забывайте о том, что данная статья является объектом авторского права. Перепечатка и цитирование допустимы при наличии действующей ссылки на первоисточник, причём используемый текст не должен ни коим образом искажаться или модифицироваться.

Желаю удачи!

Вернуться к разделу «Матчасть»

Перейти к полному списку статей

Принцип работы цифрового фотоаппарата: фиксация изображения

Цифровое изображение создается в момент отражения источника света от объекта. Некоторая часть света поглощается самим объектом, остальная же проникает к объективу камеры. Триллионы частичек света – фотоны — ведущие себя подобно волнам, попадают на линзу. Количество линз в объективе может варьироваться от 4-х и до 20-ти, это зависит от конструкции объектива. Линзы могут перемещаться синхронно или по отдельности, в зависимости от способа съемки, фокусного. Эффект дрожания камеры, возникающий при нестабильном положении, можно убрать как раз с помощью сдвига элементов объектива.

Самые простые объективы — те, у которых фиксированный фокус (т.е. фокусное расстояние не изменяется). Они фокусируют изображение на сенсор только одним способом. Только дополнительные элементы могут усложнить функции объектива, которые будут позволять корректировку изображения путем изменения фокусного расстояния. В любом случае цель у объектива одна – собрать лучи в четко сфокусированную позицию на сенсоре камеры.

Еще десять лет назад про сенсоры ничего не знали, в фотоаппараты вставлялась пленка, которая содержала вещество, чувствительное к свету. С появлением более современных технологий пленка ушла в далекие 90-е годы, а на смену ей пришел светочувствительный сенсор.

В современной электронике используют несколько видов сенсоров. Наиболее распространенными являются CCD (charge coupled device — прибор с зарядовой связью, ПЗС) и CMOS (complementary metal oxide semiconductor — комплементарная структура металл-оксид-полупроводник, КМОП).

В принципе достаточно понимать, что сенсор – это набор строк и столбцов, состоящий их крохотных диодов. Ну а дальше чистая физика — при столкновении фотонов с диодами образуется электрон. Для создания яркого, насыщенного изображения необходимо чтобы максимально большое количество фотонов достигло ячеек диодов, а созданные электроны в свою очередь насытят пиксели фокусируемого изображения.

Чувствительность сенсора определяет минимальное число фотонов, необходимое для регистрации изображения. Сенсоры с очень большой чувствительностью требуют наличия всего нескольких фотонов, что позволяет делать изображение с минимальным количеством света. При настройке параметров ISO (например, меняете значение с ISO200 на ISO800) в цифровом фотоаппарате вы указываете минимальный пропускной порог фотонов для конкретного пикселя при регистрации изображения. Эффект зернистого шума возникает при высоких параметрах ISO. Также может возникнуть фиксация интерференции электронов или другая, не относящаяся к изображению информация, но это происходит только при большой чувствительности сенсора. Отсюда делаем вывод, что чем больше чувствительность сенсора, тем больше шума.

КМОП-сенсоры в среднем шумят меньше, но вследствие своей конструкции имеют не совсем точную цветопередачу. ПЗС сенсоры, наоборот, дают очень интересный цвет, но ощутимо сильнее шумят и стоят заметно дороже. В течение довольно продолжительного времени КМОП использовался для производства бюджетных фотокамер, сканеров и т.п, а ПЗС – для дорогих фотоаппаратов, в первую очередь – полупрофессиональных и профессиональных зеркальных. Сегодня практически все фотоаппараты, включая дорогие модели выпускаются с КМОП-сенсорами. – это связано со значительным улучшением их характеристик. Последним массовым зеркальным фотоаппаратом с ПЗМ сенсором был Nikon D3000. Что касается зеркалок Canon, все они, начиная с Canon EOS 300D, оснащались КМОП сенсорами, имевшими посредственную цветопередачу, но при этом весьма шумными по причине высокого разрешения. Эта проблема была решена только в фотоаппарате Canon EOS 550D.

Принцип работы фотоаппарата, как работает фотокамера

Как работает фотоаппарат можно изучить еще в школе. Но знать конструктивные особенности интересно каждому владельцу фотокамеры. Основной принцип работы цифрового фотоаппарата можно выразить в нескольких словах: свет преображается в электричество. Все здесь служит для привлечения света, от кнопки пуск до линз.

Что же революционного с точки зрения света в цифровом фотоаппарате. Он преобразует свет в электрические заряды, которые становятся образом, запечатленным на экране. Как же это работает? Задача каждой детали фотоаппарата поймать отличное изображение. Но главное это свет.

Устройство и работа фотоаппарата

Первое что нужно для получения фото это источник света. Частицы света фотоны покидают источник света, отталкиваются от предмета и входят в камеру через несколько линз. Затем фотоны следуют по установленному пути. Целый ряд линз позволяет сделать максимально четкое изображение.

1. Створки диафрагмы контролируют количество света, которое должно проникнуть внутрь через отверстие фотоаппарата.
2. Пройдя сквозь диафрагму, линзы и войдя в отверстие, свет отталкивается от зеркала и направляется в видоискатель.
3. До этого свет преломляется, проходя сквозь призму, поэтому то мы и видим изображение в видоискателе не вверх ногами и если нас устраивает композиция, то мы нажимаем на кнопку.
4. При этом зеркало подымается, и свет направляется внутрь, какую-то долю секунды свет направлен не на видоискатель, а в самое сердце фотоаппарата – матрицу фотокамеры.

Длительность этого действия зависит от скорости срабатывания створок. Они открываются на мгновение, когда свет должен воздействовать на сенсор света. Время экспозиции может быть 1/4000 секунды. То есть в мгновение ока створки могут открыться и закрыться 1400 раз. Для этого существует две створки, когда первая открывается, то вторая закрывается. Таким образом, внутрь попадает чрезвычайно малое количество света. Это важный момент в понимании принципа работы цифрового фотоаппарата.

Теория обработки света

Так в чем же революционность цифровой камеры? Элемент, фиксирующий изображение, сенсор изображения (матрица) это решетка с плотной структурой, состоящей из крошечных сенсоров света. Ширина каждого всего 6 микрон – это 6 миллионных метра. 5 тысяч таких сенсоров могут поместиться на кончике остро заточенного карандаша.

Но сначала свет должен пройти через фильтр, который разделяет его на цвета: зеленый, красный и синий. Каждый сенсор света обрабатывает только один цвет. Когда в него ударяют фотоны, они поглощаются полупроводниковым материалом, из которого он сделан. На каждый поглощенный фотон сенсор света испускает электрическую частицу, она называется электрон. Энергия фотона передается электрону – это электрический заряд. И чем ярче изображение, тем сильнее электрический заряд. Таким образом, каждый электрический заряд обладает различной интенсивностью.

Затем печатная плата переводит эту информацию на язык компьютера, язык цифр и битов или последовательность единиц и нулей. Они представляют собой миллионы крошечных цветных точек, из которых и состоит фото – это пиксели. Чем больше пикселей в изображении, тем лучше разрешение. Другими словами это несколько миллионов микроскопических световых ловушек, которые вместе со всеми элементами фотоаппарата нацелены на одну задачу – преобразовать свет в электричество, что бы сделать прекрасные фотографии.

Дальше вся эта информация в цифровом виде подается в процессор, где она обрабатывается по определенным алгоритмам. Затем уже готовая фотография передается в память фотокамеры, где она и хранится и доступна для просмотра пользователю.

Так вкратце можно изобразить принцип работы цифрового зеркального фотоаппарата.

Устройство фотоаппарата. Пленочные и цифровые фотокамеры

Современные цифровые камеры во многом напоминают старые пленочные фотоаппараты. И в этом нет ничего удивительного, ведь цифровая фотография, по сути, выросла из пленочной, позаимствовав различные узлы и компоненты. Особенное сходство прослеживается между зеркальным цифровым фотоаппаратом и пленочной камерой: ведь и там и там применяется объектив, с помощью которого аппарат фокусируется на снимаемом объекте. Схожий процесс: фотограф просто нажимает на кнопку затвора и, в конечном счете, получается фотоизображение.

Тем не менее, несмотря на схожесть процесса съемки, устройство цифрового фотоаппарата является гораздо более сложным по сравнению с пленочным. И эта сложность конструкции обеспечивает «цифровикам» существенные преимущества — мгновенный результат съемки, удобство, широкие функциональные возможности по управлению фотосъемкой и обработке изображений. Для того, чтобы разобраться в устройстве цифрового фотоаппарата, нужно, прежде всего, ответить на следующие вопросы: Как создается фотоизображение? Какие узлы цифровой фотоаппарат позаимствовал у пленочного?  И что нового появилось в фотокамере с развитием цифровых технологий?

Принцип работы пленочного и цифрового фотоаппарата

Принцип работы обычной пленочной камеры состоит в следующем. Свет, отражаясь от снимаемого объекта или сцены, проходит через диафрагму объектива и фокусируется особым образом на гибкой, полимерной пленке. Фотопленка покрыта светочувствительным эмульсионным слоем на основе галоидного серебра. Мельчайшие гранулы химических веществ на пленке под действием света изменяют свою прозрачность и цвет. В результате, фотопленка благодаря химическим реакциям «запоминает» изображение.

Устройство зеркального цифрового фотоаппарата

Как известно, для формирования любого существующего в природе оттенка достаточно использовать комбинацию трех основных цветов — красного, зеленого и синего. Все остальные цвета и оттенки получаются путем их смешивания и изменения насыщенности. Каждая микрогранула на поверхности фотопленки отвечает, соответственно, за свой цвет в изображении и изменяет свои свойства именно в той степени, в которой на нее попали лучи света.

Поскольку свет различается по цветовой температуре и интенсивности, то в результате химической реакции на фотопленке получается практически полное дублирование снимаемой сцены. В зависимости от характеристик оптики, освещенности, времени выдержки/экспозиции сцены на пленке и времени раскрытия диафрагмы, а также других факторов формируется тот или иной стиль фотографии.

Что же касается цифрового фотоаппарата, то тут также используется система оптики. Лучи света проходят через линзу объектива, преломляясь особым образом. Далее они достигают диафрагмы, то есть отверстия с изменяемым размером, посредством которого регулируется количество света. Далее при фотографировании лучи света попадают уже не на эмульсионный слой фотопленки, а на светочувствительные ячейки полупроводникового сенсора или матрицы. Чувствительный сенсор реагирует на фотоны света, захватывает фотоизображение и передает его на аналого-цифровой преобразователь (АЦП).

Последний анализирует простые, аналоговые электрические импульсы, и преобразует их с помощью специальных алгоритмов в цифровой вид. Это перекодированное изображение в цифровом виде сохраняется на встроенном или внешнем электронном носителе. Готовое изображение уже можно посмотреть на ЖК-экране цифровой камеры, либо вывести его на монитор компьютера.

В течение всего этого многоступенчатого процесса получения фотоизображения электроника камеры непрерывно опрашивает систему на предмет немедленной реакции на действия фотографа. Сам фотограф через многочисленные кнопки, регуляторы и настройки может влиять на качество и стиль получаемого цифрового снимка. И весь этот сложный процесс внутри цифровой камеры происходит за считанные доли секунды.

Основные элементы цифрового фотоаппарата

Даже визуально корпус цифровой камеры схож с пленочным аппаратом, за исключением того, что в «цифровике» не предусмотрено катушки фотопленки и фильмового канала. На катушку в пленочных фотоаппаратах закреплялась пленка. И по окончании кадров на пленке фотографу приходилось перематывать кадры в обратном направлении вручную. В фильмовом канале фотопленка перематывалась до нужного для съемки кадра.

В цифровых фотоаппаратах все это кануло в лету, причем за счет избавления от фильмового канала и места для катушки с пленкой удалось сделать корпус камеры существенно тоньше. Впрочем, некоторые узды пленочных фотоаппаратов плавно перешли в цифровую фототехнику. Чтобы убедиться в этом, рассмотрим основные элементы современной цифровой камеры:

— Объектив

Оптическая схема объектива Samyang

И в пленочной, и в цифровой фотокамере световые лучи проходят через объектив для получения изображения. Объектив представляет собой оптическое устройство, состоящее из набора линз и служащее для проецирования изображения на плоскости. В зеркальных цифровых фотоаппаратах объективы практически ничем не отличаются от тех, что использовались в пленочных камерах. Более того, многие современные «зеркалки» обладают совместимостью с объективами, разработанными для пленочных моделей. К примеру, старые объективы с байонетом F могут применяться со всеми цифровыми зеркальными фотоаппаратами Nikon.

— Диафрагма и затвор

Диафрагма – это круглое отверстие, посредством которого можно регулировать величину светового потока, попадающего на светочувствительную матрицу или фотопленку. Это изменяемое отверстие, обычно размещающееся внутри объектива, образуется несколькими серповидными лепестками, которые при съемке сходятся или расходятся. Естественно, что диафрагма имеется как в пленочных, так и в цифровых аппаратах.

Механизм шестилепестковой диафрагмы

Тоже самое можно сказать и о затворе, который устанавливается между матрицей (фотопленкой) и объективом. Правда, в пленочных камерах используется механический затвор, представляющий собой своеобразные шторки, которые ограничивают воздействие света на пленку. Современные же цифровые аппараты оснащены электронным эквивалентом затвора, способным включать/выключать сенсор для приема приходящего светового потока. Электронный затвор фотоаппарата обеспечивает точную регуляцию времени приема света матрицей фотоаппарата.

В некоторых цифровых камерах, впрочем, имеется и традиционный механический затвор, который служит для предотвращения попадания на матрицу световых лучей после окончания времени выдержки. Тем самым, предотвращается смазывание картинки или появления эффекта ореола. Стоит отметить, что поскольку цифровому фотоаппарату может потребоваться некоторое время, чтобы обработать изображение и сохранить его, то возникает задержка по времени между тем моментом, когда фотограф нажал на кнопку спуска, и моментом, когда камера зафиксировала изображение. Эта задержка по времени называется задержкой срабатывания затвора.

— Видоискатель

Как в пленочном, так и в цифровом фотоаппарате имеется устройство для визирования, то есть устройство для предварительной оценки кадра. Оптический видоискатель, состоящий из зеркал и пентапризмы, показывает фотографу изображение именно в том виде, в котором оно существует в натуре. Однако многие современные цифровые камеры оборудованы электронным видоискателем. Он снимает изображение со светочувствительной матрицы и показывает фотографу таким, каким камера его видит с учетом предустановленных настроек и используемых эффектов.

В недорогих компактных цифровых фотоаппаратах видоискатель как таковой может просто отсутствовать. Его функции выполняет встроенный ЖК-экран с функцией LiveView. ЖК-экраны сегодня встраиваются и в зеркальные цифровые аппараты, поскольку благодаря такому экрану фотограф имеет возможность сразу же просмотреть результаты съемки. Таким образом, если снимок не удался, его можно тут же удалить и отснять новый кадр уже с другими настройками или в другом ракурсе.

Дисплей фотоаппарата

— Матрица и аналого-цифровой преобразователь (АЦП)

После того, как мы рассмотрели принцип работы пленочного и цифрового фотоаппарата, стало понятно, в чем собственно состоит основная разница между ними. В цифровой камере вместо фотопленки появилась светочувствительная матрица или сенсор. Матрица представляет собой полупроводниковую пластину, на которой размещается огромное множество фотоэлементов.

Матрица цифрового фотоаппарата

Размеры матрицы не превышают размеров кадра фотопленки. Каждый из чувствительных элементов матрицы  при попадании на него светового потока создает минимальный элемент изображения – пиксел, то есть одноцветный квадрат или прямоугольник. Элементы сенсора реагируют на свет и создают электрический заряд. Таким образом, матрица цифрового фотоаппарата фиксирует световые потоки.

Матрица цифровой камеры характеризуется такими параметрами, как физические размеры, разрешение и чувствительность, то есть способность матрицы точно уловить поток попадающего на нее света. Все эти параметры оказывают свое влияние на качество фотоизображения.

Полученная информация от сенсора в виде электрических импульсов далее поступает на обработку в аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Функция последнего состоит в том, чтобы превратить эти аналоговые импульсы в цифровой поток данных, то есть перевести изображение в цифровой вид.

— Микропроцессор

Микропроцессор присутствовал и в некоторых последних моделях пленочных камер, однако в цифровом фотоаппарате он стал одним из ключевых элементов. Микропроцессор отвечает в «цифровике» за работу затвора, видоискателя, матрицы, автофокуса, системы стабилизации изображения, оптики, а также за запись отснятого фото- и видеоматериала на носитель, выбор настроек и программных режимов съемки. Это своеобразный мозговой центр камеры, управляющий всей электроникой и отдельными узлами.

Электроники фотоаппарата (процессор, АЦП)

От производительности микропроцессора во многом зависит то, насколько быстро цифровая камера сможет осуществлять непрерывную съемку. В этой связи в некоторых продвинутых моделях цифровых камер используется сразу два микропроцессора, которые могут производить отдельные операции параллельно. Тем самым, обеспечивается максимальная скорость серийной съемки.

— Носитель информации

Если аналоговый (пленочный) фотоаппарат сразу же фиксирует изображение на пленке, то в цифровом, электроника записывает изображение в цифровом формате на внешний или внутренний носитель информации. Для этой цели в большинстве случаев используются карты памяти (SD, CompactFlash и др.). Но в некоторых камерах имеется и встроенная память небольшого объема, которой хватает для размещения нескольких отснятых кадров.

Карты памяти

Также цифровые камеры обязательно оснащаются соответствующими разъемами для возможности их подключения к персональному или планшетному компьютеру, телевизору и другим устройствам. Благодаря этому фотограф получает возможность всего через несколько минут после съемки поместить готовое изображение в Интернете, передать по электронной почте или распечатать.

— Батарея

Во многих пленочных фотоаппаратах используется аккумуляторная батарея для приведения в действие электроники, которая, в частности, управляет фокусировкой и автоматической экспозицией сцены. Но эта работа не требует значительного энергопотребления, поэтому на одном заряде батареи пленочная камера способна проработать несколько недель.

Другое дело цифровая фототехника. Здесь жизнь аккумуляторной батареи камеры измеряется часами. А потому для поддержания работы камеры в условиях отсутствия источника электричества фотографу порой приходится запасаться дополнительными батареями.

Несмотря на то, что цифровая фототехника заимствовала многие узлы и компоненты из пленочной фотографии, она обладает рядом существенных преимуществ. Прежде всего, это возможность оперативно контролировать результаты съемки и вносить необходимые коррективы. Цифровой фотоаппарат в силу особенностей своего устройства предоставляет любому фотографу больше гибкости в процессе съемки за счет широких возможностей управления качеством изображений. Цифровые технологии обеспечивают мгновенный доступ к любому кадру и высокоскоростную фотосъемку. Сочетание гибкости, широких функциональных возможностей и оперативности ведения съемки гарантируют обладателю цифровой камеры получение фотографий превосходного качества практически в любых условиях.

Возможности цифровой фототехники сегодня далеко не исчерпаны. По мере развития устройство цифровых камер будет все более усложняться, в них будут реализованы новые технологии, увеличивающие функциональность аппаратов и обеспечивающие еще более высокое качество изображений.

Источник: Фотокомок.ру – тесты и обзоры фотоаппаратов (при цитировании или копировании активная ссылка обязательна)

Анатомия цифрового фотоаппарата / Фото и видео

Как кажется на первый взгляд, между цифровым и пленочным фотоаппаратами почти нет различий. И там и там вы нацеливаете объектив на предмет, нажимаете на кнопку затвора и получаете изображение, которое позднее превратится в фотографию. Но на самом деле технология цифрового фотоаппарата намного более изощрена и сложна по сравнению с пленочным.

Если пленочные фотоаппараты дорабатывались и совершенствовались более 160 лет, то цифровые технологии съемки находятся в младенческом возрасте: в лабораторных условиях они используются около 20 лет, а на потребительском рынке цифровые фотоаппараты появились только 7-8 лет назад. Конечно, скорость развития технологии за этот период просто потрясает, но предела пока что не достигнуто, и цифровые технологии съемки будут развиваться в направлениях повышения качества изображения, производительности и удобства управления. В цифровых фотоаппаратах до сих пор остается много острых углов, которые еще требуется отшлифовать.

Сейчас состояние цифровой технологии съемки можно сравнить с другой технологией XX века: автомобилями. Мы только что научились хромировать кузов, изготовлять двигатель и подключать фары. Говоря другими словами, цифровые технологии доказали свое право на жизнь, основы уже явно выделены, и нас ожидает относительно скучный этап дальнейшей эволюции.

Но, хотя нас и ждет скорее экстенсивное, нежели интенсивное, развитие, эта отрасль все же приковывает к себе пристальное внимание. Большинство обозревателей и экспертов предсказывают, что цифровая фотография станет в очень короткое время такой же обыденной вещью как общественный транспорт, скоростные магистрали и другие современные чудеса.

До сих пор главной целью цифрового фотоаппарата была замена пленочного фотоаппарата. Но, как фильмы превзошли театральные постановки, по возможностям цифровой фотоаппарат сейчас значительно обгоняет свой пленочный аналог. Сегодня его предполагаемое использование уже не сводится только к получению статических изображений, фотоаппарат стал визуальным средством связи. За минуту (или даже за нескольких секунд) после съемки фотограф может распечатать изображение, использовать его на презентации, поместить в Интернет или передать по модему (в том числе и беспроводному).

Массив цветных светофильтров

В конечном счете, будет увеличиваться функциональность самого фотоаппарата, так что все показанные возможности будут доступны даже без компьютера. Уже сейчас камеры оснащаются беспроводным инфракрасным интерфейсом для прямого подключения к принтерам, сотовым телефонам и беспроводным сетям. Например, цифровой фотоаппарат HP PhotoSmart 912 может по нажатию клавиши передать выбранные изображения на фотопринтер HP или на подобные фотоаппараты по инфракрасной связи.

Прямая закачка на FTP, просмотр веб-страниц и даже больше

Планируемая к скорому выпуску модель Ricoh RDC i700 способна автоматически закачивать изображения по протоколу FTP через встроенный модем. Для этого фотоаппарат оснащен подобным PDA интерфейсом управления с электронным пером. Таким образом, пользователь сможет передать как статические изображения, так и видеоролики, текст и звук используя заранее подготовленный HTML шаблон.

Кроме того, i700 поддерживает периферию стандарта Type II, например, дополнительный модем, сетевую или ATA карту. В i700 даже интегрирован собственный веб-браузер. Точно также Polaroid PDC-640M содержит встроенный 56,6k модем для подключения по телефонной линии и прямой закачки фотографий на фотосайт Polaroid.

В этом году несколько производителей анонсировали недорогие цифровые фотоаппараты (например, Kodak mc3 и Samsung Digimax 35MP), совмещенные с MP3 проигрывателями. Многие современные модели могут снимать короткий видеофильм низкого разрешения (включая аудиопоток), который затем можно просмотреть на самом фотоаппарате, на телевизоре или поместить на веб-страницу. Пока что не было объявлено ни одного фотоаппарата с поддержкой Bluetooth или другой современной технологии связи, однако можно наверняка ожидать, что в будущем подобные технологии найдут свое место в цифровых фотоаппаратах.

Безусловно, узкоспециализированные цифровые фотоаппараты (которые могут только снимать изображения) не исчезнут из продажи, но они уже выйдут из сферы интереса потребителей, желающих получить максимальную функциональность за уплаченную цену.

По мере увеличения функциональных возможностей строение цифрового фотоаппарата усложняется: огромное число технологий пытаются впихнуть в такую маленькую коробочку. Сегодня выпускаются крошечные фотоаппараты размером с кредитную карточку или наручные часы (например, Casio WQV1-1CR и SmaL Ultra Pocket), но уже в ближайшем будущем мы увидим устройства размером с брошь или запонку.

Размер и набор возможностей фотоаппарата — это лишь вопрос времени, изобретательности и требований рынка.

В этой статье мы попытаемся разобраться, как работают компоненты цифровой камеры, и что нам даст будущее с точки зрения новых технологий и дизайнов. Но сначала давайте вкратце взглянем на поток данных в цифровой фотографии для лучшего понимания современного состояния технологий.

Основы пленочной фотографии

В обычном пленочном фотоаппарате свет отражается от объекта или сцены и проходит через прозрачные стеклянные или пластиковые линзы, которые фокусируют его на тонком гибком кусочке пластика («пленка»). Пленка покрыта светочувствительным эмульсионным слоем галоида серебра. Попадающий на пленку свет (фотоны) приводит к немедленной химической реакции, которая после химической обработки помогает проявить и закрепить изображение на пленке. Свет различается по цвету и интенсивности, что приводит к практически идентичному дублированию сцены в результате химической реакции.

Единственными регуляторами света в обычном пленочном фотоаппарате являются затвор (металлический или тканевой занавес или пластинки, которые быстро открываются и закрываются для управления временем выдержки/экспозиции сцены на пленке) и диафрагма (отверстие с изменяемым размером, позволяющее управлять количеством проходящего через линзу света). Перед съемкой фотограф устанавливает значение выдержки и размер диафрагмы. Диафрагма обычно устанавливается вручную при вращении ободка на объективе, который в свою очередь механически регулирует лепестки отверстия, пропускающего свет. Конечно, сегодня многие фотоаппараты (как аналоговые, так и цифровые) обладают некоторым интеллектом, позволяющим автоматически выбрать время выдержки и размер диафрагмы.

Но если мы обратимся к истокам, то современная пленочная фотография в любом случае есть разновидность химического и механического процесса, изобретенного в 1830 году Луисом Дагером и Фоксом Талботом.

Основы цифровой фотографии

В цифровых фотоаппаратах процесс получения изображения намного более сложен. Но, как и в пленочной технологии, принципы и основы будут неизменны в ближайшие годы, независимо от масштаба роста технологий.

В цифровых фотоаппаратах также используется линза, но вместо фокусирования изображения на пленку, свет попадает на светочувствительные ячейки полупроводникового чипа, называемого сенсором (image sensor). Сенсор реагирует на получаемые фотоны, что фиксируется фотоаппаратом. Дальше вычислительный блок фотоаппарата анализирует полученную информацию и определяет необходимые значения выдержки и фокуса, цвет (баланс белого), необходимость вспышки и т.д. Потом сенсор захватывает изображение и передает его на чип АЦП (аналого-цифровой преобразователь), который анализирует аналоговые электрические импульсы и преобразует их в цифровой вид (поток нулей и единичек).

Используя дополнительную вычислительную мощность (цифровые фотоаппараты могут содержать несколько процессоров и других чипов, включая специализированные процессоры и главный процессор), данные проходят дальнейшую обработку с помощью специальных (зависящих от конкретной модели/фирмы) алгоритмов и преобразуются в файл изображения, который уже можно просмотреть. Файл записывается на встроенный или внешний электронный носитель. Далее изображение может быть перенесено на компьютер, выведено на принтер или телевизор. Равно как его можно просмотреть на встроенном в камеру ЖК экране/видоискателе, благодаря чему пользователь может обработать изображение с помощью дополнительных алгоритмов или фильтров, используя встроенный интерфейс (чаще всего работающий через ЖК экран) или просто стереть неудачный снимок и начать все сначала.

На всем протяжении этого многоступенчатого процесса, «интеллект» камеры непрерывно опрашивает операционную систему для немедленной реакции на действия фотографа (которые он производит через многочисленные кнопки, рычаги, регуляторы и ЖК интерфейс). Как видите, цифровой фотоаппарат является сложной системой, где множество данных и инструкций передается по множеству путей. И все это заключено в маленькой легкой коробочке с батарейками, которая умещается в вашей ладони.

Показанный процесс описывает лишь основы получения цифрового изображения. Его детали по-разному реализованы в различных цифровых фотоаппаратах. Давайте более подробно пройдемся по каждому шагу этого процесса в типичной цифровой камере.

Сенсор

До сих пор почти все камеры на рынке оценивались по количеству пикселей, которые может снять цифровой фотоаппарат (чем их больше, тем более детализированной будет фотография). Количество пикселей зависит от физического размера и концентрации элементов на сенсоре. Сенсор является сердцем цифровой камеры, и в качестве сенсора выступает ПЗС или КМОП чип. Сенсор состоит из множества светочувствительных элементов (photosites), содержащих фотодиоды. Элементы на чипе упорядочены и образуют матрицу. Таким образом, элементы матрицы можно сопоставить с пикселями (равно как и назвать). Элементы реагируют на свет и создают электрический заряд, величина которого пропорциональна количеству попавшего света. Количество пикселей сенсора можно измерять по числу строк и столбцов AxB (например, 640×480), а можно — по общему числу элементов (например, 1 000 000 пикселей). Миллион пикселей обычно называют Мегапикселем (1 MP). В любом случае пиксель является наименьшим элементом цифрового изображения. Поэтому этот термин используется также и при описании мониторов и сканеров.

Некоторые производители иногда дают в технической спецификации две пиксельные характеристики КМОП/ПЗС сенсора. Первая из них показывает общее число пикселей (например, 3 340 000 пикселей или 2,11 MP), а вторая — число активных пикселей, которые используются для получения изображения. Разница между этими числами обычно не превышает 5%.

Существует несколько причин такого расхождения. Во-первых, при производстве сенсора создаются «темные», дефектные пиксели (создание полностью исправного сенсора практически невозможно при существующих технологиях). Во-вторых, некоторые пиксели используются для других целей, например, для калибровки сигналов сенсора. Свет не попадает на часть пикселей, расположенных по краям. Эти пиксели помогают определить фоновый шум, который затем будет вычитаться из данных остальных пикселей. Также часть сенсора может не учитываться для создания изображения с требуемым форматом кадра (отношение количества точек по горизонтали к количеству точек по вертикали).

Кстати, зависимость размера фотографии от числа пикселей не линейная, а логарифмическая. Переход от 3 MP к 4 MP сенсору увеличивает размер изображения не на 25%, а на меньшее значение. По этой причине даже в новейших цифровых фотоаппаратах с увеличенной концентрацией пикселей на сенсоре размер изображения незначительно отличается от предыдущих моделей, что вряд ли так уж важно для большинства пользователей.

Сейчас все цифровые камеры любительского уровня используют один КМОП или ПЗС сенсор. Некоторые high-end профессиональные аппараты (равно как и многие портативные видеокамеры) используют несколько сенсоров. В них входящий свет разделяется призмой на ряд пучков, каждый из которых попадает на свой сенсор. Такая технология позволяет предотвратить наложение цветов (когда границы красного, синего и зеленого цвета сдвинуты на изображении). Однако подобные камеры требуют более аккуратного процесса изготовления, а по причине наличия призмы они более массивны и менее выносливы. Также в них должна использоваться улучшенная оптика, так что общая цена такой камеры существенно выше.

Что интересно, использование нескольких сенсоров не приводит к линейному росту количества пикселей. В большинстве фотоаппаратов (равно как и в многосенсорных видеокамерах) используется три отдельных КПОМ/ПЗС сенсора для красного, зеленого и синего цвета. Каждый из них получает 1/3 цветовой информации. Таким образом, при использовании трех 3 MP сенсоров они будут работать как один 3 MP сенсор. Однако зачастую в цифровых фотоаппаратах механизм использования информации, полученной от сенсоров, отличается. Фактически он зависит от модели и от производителя.

В некоторых трех-сенсорных фотоаппаратах каждый сенсор захватывает 1/3 от разрешения полного изображения, а затем происходит интерполяция. Другие камеры используют какую-либо комбинацию главных цветов на каждом сенсоре и задействуют сложные алгоритмы для получения изображения. Например, теперь уже не выпускающаяся Minolta RD-175 была оснащена тремя ПЗС сенсорами, два из которых были зелеными, а третий был красно-синим. (Такое удвоение зеленого сенсора напоминает технологию Bayer Pattern, о которой будет рассказано ниже). Каждый из сенсоров RD-175 содержал меньше 1 MP, но благодаря дальнейшему математическому преобразованию получавшееся изображение состояло из 1,7 Мегапикселей.

Во многих цифровых камерах только часть пикселя реагирует на свет, поэтому важно направить как можно больше света на нужную область пикселя (это явление называется коэффициентом заполнения, fill factor). Для этого на сенсорах большинства фотоаппаратов любительского уровня используются микролинзы, располагающиеся непосредственно над каждым пикселем и направляющие фотоны напрямую на светочувствительную область (well). Фотоны преобразуются в электроны с помощью кремниевого фотодиода, располагающегося в верхней части светочувствительной области, а сама область работает как конденсатор, так как обладает возможностью сохранения электрического заряда.

Так как сенсоры по своей сути есть черно-белые устройства, не различающие цвет, в цифровых фотоаппаратах чаще всего используется массив цветных светофильтров (color filter array, CFA), располагающихся между микролинзой и светочувствительной областью пикселя. С помощью светофильтра каждому пикселю присваивается свой цвет. Производители цифровых камер используют различные архитектуры светофильтров, как правило, задействующие комбинацию основных цветов (красного, зеленого и синего) или дополнительных цветов (голубой, пурпурный и желтый). Но в любом случае принцип работы фильтра заключается в пропуске только нужного цвета (с определенной длиной волны). При этом требуется уменьшать проявления цветовых артефактов и избегать взаимного влияния соседних пикселей, в то же время сохраняя правильную цветопередачу. (Ниже мы рассмотрим, как процессор камеры создает изображение из отдельных битов цвета).

Массив цветных светофильтров

Чаще всего массив цветных светофильтров использует технологию Bayer Pattern, при которой красные, зеленые и синие фильтры располагаются в шахматном порядке, причем число зеленых фильтров в два раза больше чем красных или голубых. Это связано с тем, что человеческий глаз более чувствителен к свету с длиной волны в зеленом диапазоне, чем к синему или красному диапазонам. Соответственно удвоение числа зеленых пикселей должно обеспечивать лучшее восприятие яркости и более естественные цвета для человеческого глаза (что очень напоминает соотношение яркостей полного видеосигнала, где яркость (Y) = 0,59G + 0,30R + 0,11B).

Также в результате использования этой технологии получаются более резкие изображения. Проблема соответствия воспринимаемого цвета и фактического цвета решается несколькими способами. Различные производители используют всевозможные цветовые модели и алгоритмы для улучшения цветопередачи цифрового фотоаппарата.

Все цифровые камеры оснащены электронным эквивалентом затвора (он отличается от традиционного механического затвора в пленочных фотоаппаратах), который встроен в сенсор. Он нужен для точной регуляции времени приема света сенсором. Электронный затвор — это переключатель, который включает (или выключает) сенсор для приема приходящего светового потока. Некоторые цифровые камеры также используют и более дорогой механический затвор, но отнюдь не для избыточности, а для предотвращения попадания на сенсор света после окончания времени выдержки. Таким образом, предотвращаются артефакты типа появления ореола, затуманивания и смазывания.

Если вы нажимаете клавишу затвора наполовину, то в цифровом фотоаппарате фиксируются фокус и время выдержки в ожидании последующей съемки. Точно также все происходит и на обычной пленочной камере типа «навелся и снял» при нажатии клавиши затвора наполовину. Однако дальнейшие события в цифровом фотоаппарате принципиально отличаются от пленочного. При полном нажатии клавиши затвора в цифровой камере почти одновременно происходят следующие действия.

1. Если фотоаппарат оснащен механическим затвором, то он закрывается. Далее сенсор немедленно освобождается от любых электрических зарядов. Это связано с постоянной активностью сенсора, что приводит к накоплению электрических зарядов в различных точках. (На некоторых усовершенствованных камерах сенсор должен находиться в режиме сна перед съемкой изображения для исключения влияния нагрева и увеличения соотношения сигнал/шум). Если камера не получает никаких инструкций, то сенсор будет непрерывно освобождаться от заряда примерно каждую 1/60 долю секунды. Таким образом, перед съемкой изображения весь электрический заряд должен быть сброшен.
   
   Что интересно, некоторые цифровые фотоаппараты (типа Olympus Camedia E-100RS) сохраняют последнее «удаленное» с сенсора изображение во временном буфере памяти. Они могут показать «удаленное» изображение после съемки, так что пользователь может выбрать лучший вариант из двух. Такой «предварительный» режим съемки оказывается полезен для получения фотографий детей или животных, которые зачастую моргают или двигаются при любом щелчке фотоаппарата.
2. Удаляет ли камера накопленный электрический заряд перед съемкой или преобразует ли его в изображение во временном буфере, в любом случае один из процессоров камеры использует эти данные для регуляции и выбора параметров будущей фотографии. Например, один из процессоров камеры, занимающийся регуляцией баланса белого (цветокоррекцией), может использовать полученные значения для определения, какие пиксели текущего изображения должны быть белыми. Он может попытаться отрегулировать все цвета для устранения смещения от «точки белого». Точно также на базе полученных данных выбирается фокус, необходимость вспышки и другие обязательные параметры (еще перед фактической съемкой изображения). Эти параметры сохраняются в буфере и могут быть использованы далее на фазе обработки изображения. Если для съемки используется ЖК видоискатель, то на него также поступят эти данные.
3. Как только электрические заряды будут сброшены с сенсора и необходимые параметры съемки будут выбраны, сенсор готов к принятию требуемого изображения (которое вы ожидаете получить при нажатии на клавишу затвора). Далее камера открывает механический затвор и активизирует электронный затвор. Оба из них остаются открытыми на время выдержки (определенное ранее). По окончании времени выдержки механический затвор закрывается.
4. Пока камера занимает обработкой, затвор вновь открывается. Он будет закрыт только при последующем нажатии на клавишу затвора (когда будет начат процесс сброса заряда для подготовки к получению следующего изображения). Если процессор (или фотограф) решит использовать электронную вспышку для получения фотографии сцены (обычно применяется встроенный в камеру стробоскопический источник света), то вспышка будет освещать сцену до тех пор, пока отдельный световой сенсор не решит, что вспышка достаточно осветила сцену для данного времени выдержки и не выключит вспышку.

Примечание: Olympus представляет себе процесс получения цифрового изображения в следующем виде.

Так как для сброса заряда сенсора требуется некоторое время (равно как и для чтения информации и установки параметров), всегда существует некоторая неизбежная задержка между полным нажатием на клавишу затвора и временем съемки изображения. На рядовой любительской цифровой камере эта задержка начинается от 60 миллисекунд (этот промежуток настолько мал, что вы вряд ли его заметите) до 1 секунды.

Использование больших буферов памяти и скоростных процессоров может уменьшить задержку, по этой причине дорогие фотоаппараты снимают быстрее своих дешевых собратьев. Среди самых дорогих профессиональных камер можно выделить новый Nikon Dh2 с 128 Мб буфером. Другие камеры типа Kodak DCS 520, 620 и Fuji S1 оснащены 64 Мб буфером. Очень небольшое количество профессиональных и high-end любительских камер оснащено буферами размером 16 Мб или 32 Мб.

Кроме того, ряд сенсоров (особенно КМОП) являются многофункциональными чипами с некоторым встроенным интеллектом, что помогает им уменьшать время, затрачиваемое на передачу и на обработку полученной информации. Подобно любой другой цифровой системе, цифровая камера работает тем быстрее, чем выше ее внутренняя пропускная способность.

Когда сенсор преобразует попавшие на него фотоны в электроны, то он работает с аналоговыми данными. Следующим шагом является снятие сохраненных электрических сигналов из пикселей и дальнейшее их преобразование в электрический ток посредством встроенного выходного усилителя. Ток посылается на внешний или встроенный аналого-цифровой преобразователь (АЦП).

Одним из главных отличий между КМОП и ПЗС сенсорами является то, что в КМОП сенсоре АЦП интегрирован, а при использовании ПЗС сенсора он находится на внешнем чипе. Но по этой же причине КМОП сенсор более зашумлен. АЦП преобразует различные уровни напряжения в двоичные цифровые данные. Цифровые данные подвергаются дальнейшей обработке и организуются в соответствии с битовой глубиной цвета для красного, зеленого и синего каналов, что выражается в интенсивности данного цвета для выбранного пикселя.

Разберемся с терминологией

Некоторые могут неправильно интерпретировать термин «битовая глубина цвета». Для понимания этого термина рассмотрим основы цифрового цвета. Все цвета в цифровом фотоаппарате создаются с помощью комбинации интенсивности (или битовых значений) трех главных цветов — красного, зеленого и синего. Эти три главные цвета также называются каналами.

Битовая глубина может быть определена для каждого из трех каналов (например, 10 бит, 12 бит и т.д.) или для всего спектра, при этом битовые значения каналов умножаются на три (30 бит, 36 бит и т.д.) Однако в мире приняты зачастую нелогичные соглашения по терминологии, поэтому вам придется кое-что просто запомнить. Например, 24-битный цвет (который иногда также называют True Color, так как он первым в цифровом мире приблизился по количеству цветов к уровню восприятия человеческого глаза) отводит по 8 бит на каждый канал.

Но 24-битный цвет никогда не называют 8-битным цветом. Если вы услышите, что кто-то говорит о 8-битном цвете, то он вовсе не имеет в виду 8 бит на канал. Скорее всего, этот человек подразумевает 8 бит на весь спектр, что дает 256 различных цветов (очень ограниченный спектр, кстати). 24-битный же цвет дает возможность отобразить 16,7 млн различных оттенков. Поэтому лучше всего принять 24-битный цвет как разделительную линию: если количество бит в спектре больше 24, то принято называть такую битовую глубину по количеству бит на весь спектр или по количеству бит на канал. Если же количество бит 24 или меньше, то такую битовую глубину лучше называть по количеству бит в полном спектре.

До прошлой осени почти все любительские цифровые фотоаппараты работали с 24-битным цветом (используя 8-битные АЦП). Сейчас уже появились некоторые модели, типа Olympus E-10 и HP PhotoSmart 912, которые могут работать 30 или 36-битным цветом (используя 10 или 12-битные АЦП). Впрочем, некоторые цифровые фотоаппараты, способные снимать с большей глубиной цвета, используют 8-битные АЦП, что приводит к выводу изображения только с 24-битной глубиной. (Небольшое число камер, типа Canon PowerShot G1, могут записывать 36-битное изображение в формате RAW, но этот формат патентован, и он не может быть считан напрямую ни одной программой редактирования изображений. Хотя Photoshop и понимает изображения с глубиной вплоть до 16 бит на канал, его функциональность в таких случаях ограничена. Программное обеспечение для работы с камерой Canon должно сначала преобразовать файл в TIFF, который уже можно будет загрузить в Photoshop. Еще одна неприятная вещь: с такими файлами не будет работать большинство устройств вывода). Возникает закономерный вопрос: зачем нам нужно снимать с такой глубиной цвета, если нам будет очень трудно или даже невозможно использовать такие изображения? Все дело в том, что чем больше битовая глубина цвета, тем больше деталей и градаций оттенков мы получим, особенно это касается затененных и ярко освещенных объектов. Здесь существует интересное решение. Как только камера (или ее программное обеспечение) получит данные, она может проанализировать их и при преобразовании изображения в 24-битное фотоаппарат попытается сохранить правильные цвета на самых критических участках.

Если в камере используется хороший алгоритм, то в результате получится лучшее изображение (по диапазону полутонов и по детализации в ярко освещенных областях и тенях), чем если бы камера изначально получала 24-битное изображение и потом его записывала. Большая глубина цвета (производная от глубины получаемого на сенсоре цвета и АЦП) является одной из характеристик, отличающих профессиональные цифровые камеры от любительских и полу-профессиональных (в дополнение к лучшей оптике и большим возможностям профессиональных устройств). По этой же причине, даже если цифровые фотоаппараты АЦП передает поток цифровых данных на чип цифрового процессора сигналов (DSP). В некоторых камерах используется несколько DSP. В чипе DSP данные преобразуются в изображение на основе определенных инструкций. Эти инструкции включают в себя определение координат полученных от сенсора точек и присвоение им цвета по черно-белой и цветной шкале. В камерах с одним сенсором, использующим массив цветных светофильтров, применяются алгоритмы присвоения цветов с учетом мозаичного расположения пикселей.

Лучше всего представлять расположение массива цветных светофильтров как мозаику, составленную из трех или четырех основных или дополнительных цветов. Из этих цветов создаются все остальные оттенки. Алгоритмы преобразования анализируют соседние пиксели для определения цвета данного пикселя. Таким образом, в итоге получается изображение, похожее на то, если бы мы создавали его от трех физически разделенных сенсоров (если используются цвета RGB). Поэтому в результате изображение передает естественные цвета и переходы между ними.

Кроме описанного процесса, DSP отвечает за разрешение изображения. Хотя большинство цифровых фотоаппаратов можно настроить на различные разрешения, внутри себя они будут получать и обрабатывать данные исходя от разрешения сенсора. Например, при VGA съемке на 3 Мегапиксельной цифровой камере, она будет выполнять съемку в разрешении 2048×1548, а не в 640×480. Далее DSP переведет (интерполирует) изображение в выбранное фотографом разрешение (кстати, разрешение выбирается через операционную систему с помощью ЖК дисплея или панели управления, или при нажатии соответствующей клавиши).

Однако некоторые сенсоры (как правило, КМОП) могут выборочно отсеивать пиксели вместо интерполирования, таким образом, выбирая меньшее или большее разрешение прямо во время съемки. Такая возможность КМОП сенсоров связана с подобной ОЗУ структурой, благодаря чему сенсор может выбрать требуемые данные через быстрый доступ по строке/столбцу. В отличие от КМОП сенсора, ПЗС сенсор является устройством последовательного вывода данных, он должен непременно передать все данные, а уже потом процессор камеры сам будет осуществлять интерполяцию. Обычно использование КМОП сенсора, который может снимать только нужные данные, позволяет ускорить время обработки изображения в фотоаппарате.

Кстати, алгоритм преобразования изображения в требуемое разрешение обычно держится производителями в секрете, так что он зависит от конкретной модели фотоаппарата. Другими словами, DSP осуществляет улучшение изображения в зависимости от параметров, заданных производителем. Таким образом, изображение, созданное любой камерой, является уникальным. Оно реализует свой баланс цветов и свою насыщенность (которые производитель счел наилучшими). Некоторые производители предпочитают добавлять теплые (розоватые) цвета, другие, наоборот, — холодные (голубоватые). Третьи выбирают нейтральную, реалистичную насыщенность для более аккуратной передачи цветов. (Производитель выбирает цвета и насыщенность в каждой модели на основе своих предположений о том, какие цвета и оттенки больше понравятся среднему покупателю. Такой выбор редко бывает случайным, чаще всего он базируется на основе выбранного корпоративного дизайна).

Более того, благодаря использованию одного или нескольких DSP вкупе с остальной логикой, камера комбинирует настойки фотографирования с анализом типа изображения. (А не является ли картинка с большим количеством голубого цвета небом, а бежевый блок — это случайно не кожа?) При этом также учитываются ручные настройки фотографа, заданные через интерфейс операционной системы камеры. Если камера производит ненужный шум, или ее электронный затвор приводит к появлению затуманивания, то будет использован специальный алгоритм (заданный производителем) для выполнения необходимых исправлений.

Подобным же образом регулируется резкость/мягкость изображения, используется заранее заданный баланс белого и т.д. Именно на этом этапе обработки изображения и существуют значительные отличия между цифровыми фотоаппаратами от разных производителей.

Как только изображение пройдет через DSP, процессор камеры будет преобразовывать поток данных в файл изображения формата JPEF, TIFF или RAW. Обычно к этому файлу прикрепляются и метаданные фотографии (значение диафрагмы, скорость затвора, баланс белого, коррекция экспозиции, включение вспышки, время/дата и т.д.) Если файл не записывается в форматы RAW или TIFF, то он сжимается в соответствии с выбранным фотографом коэффициентом сжатия (обычно можно указать высокое, средне или низкое сжатие) и логикой камеры. Алгоритмы сжатия в фотоаппарате стараются соблюсти баланс между размером файла, скоростью обработки и качеством изображения. После этого изображение записывается либо на встроенную память (как правило, в недорогих цифровых камерах), либо на съемную карту или другой устройство (такой путь используется в большинстве камер).

Преимущество использования съемной памяти заключается в возможности смены карты при ее заполнении. Таким образом, вы можете продолжать фотографировать, вместо того чтобы бежать к компьютеру, скачивать на него фотографии и стирать затем память камеры. Кроме того, съемная память дает пользователю возможность гибкой модернизации на карты большей емкости. Чаще всего используются карты CompactFlash (CF) и SmartMedia (SM). Тип используемой карты определяется маркой производителя и моделью фотоаппарата. Например, большинство цифровых камер Toshiba, Fuji и Olympus используют SmartMedia, в то время как большинство моделей Kodak, Nikon, Canon и Hewlett-Packard — CompactFlash. Впрочем, различия между картами CompactFlash и SmartMedia сейчас довольно размыты, тем более что некоторые модели Olympus и Canon могут использовать оба типа карт.

Карты SmartMedia тоньше и меньше, стоимость их производства также ниже. Но они изготавливаются из тонкого пластика, их позолоченные контакты выведены наружу, и их можно легко повредить, к примеру, статическим электричеством.

Карты CompactFlash толще и прочнее, кроме того, в них встроена некоторая логика, ускоряющая скорость чтения/записи. Также в карты CompactFlash можно добавлять буферную память. Емкость у карт CF также выше — сейчас выпущены уже 512 Мб CF карты от SanDisk, в то время как максимальный размер SM карт не превышает 128 Мб. Относительно новый тип CF карты, называемый Type II, может вмещать в себя еще больший объем памяти и даже работать с крошечным винчестером IBM Microdrive объемом до 1 Гб. Минусом CF карт остается их ощутимо большая толщина по сравнению с SM картами, что приводит к увеличению отводимого под карту места в дизайне фотоаппарата.

Из других видов носителей можно упомянуть Sony Memory Stick, MultiMedia (MM) и Secure Digital (SD). Кроме твердотельных карт памяти в некоторых фотоаппаратах используется несколько разновидностей миниатюрных дисков. Здесь следует перечислить 730 Мб магнито-оптический привод в новом фотоаппарате Sanyo IDC-1000Z, 156 Мб CD-R в Sony Mavica CD1000 и подобный 3» 156 Мб CD-RW диск в Sony Mavica CD200 и CD300, флоппи-диски с повышенной емкостью 120MM в Panasonic PVD-SD5000 и 40 Мб Click! диск в Agfa ePhoto CL30 Click! Сейчас данные решения, скорее всего, являются патентованными технологиями, так как они используются только определенными производителями в некоторых моделях. Нам еще предстоит узнать, станут ли более распространенными.

Параллельно с записью изображения на носитель, оно может быть также показано и на ЖК видоискателе (или на электронном прямом видоискателе). В большинстве ЖК видоискателей используются 1,8» или 2» TFT панели, вмещающие от 65 000 до 220 000 пикселей. Частота их регенерации — от 1/8 до 1/30 секунды. ЖК панель разработана для оптимального просмотра с расстояния от 8» до 18».

Рекомендуется всегда использовать прямой видоискатель при съемке изображений, а ЖК видоискатель — главным образом для установки различных параметров и последующем просмотре снятого изображения. Даже при использовании ЖК видоискателей с высоким разрешением, цифровые камеры все равно вынуждены уменьшать изображение, так что вы никогда не увидите изображения 1:1 на видоискателе. По этой причине ЖК видоискатель сложно использовать для фокусировки или установки кадра. Но что еще хуже, ЖК экран просто пожирает батарейки при частом своем использовании. Еще одним важным недостатком выступает то, что во многих дизайнах фотоаппаратов ЖК дисплей находится вблизи ПЗС или КМОП сенсора, а это может привести к нежелательному шуму или к появлению визуальных артефактов. (Главное преимущество шарнирных ЖК видоискателей — то, что они не находятся в корпусе камеры, например, в Canon G1. Чем дальше ЖК панель находится от сенсора, тем меньше шуму она создаст). В большинстве цифровых фотоаппаратов используется один из трех типов традиционного прямого видоискателя: просто стеклянный глазок, светоделитель или шарнирное зеркало. При использовании светоделителя (также он называется пленочным зеркалом), 90% света проходит через наклоненное под углом зеркало на сенсор, а 10% отражается под углом 90 градусов и через пентапризму попадает в глаз фотографа. Преимущество такой системы заключается в неподвижности зеркала (уменьшении вибрации) и отсутствии движущихся частей. Таким образом, светоделитель является более надежной системой. Но опять же, главным его недостатком является низкая эффективность при съемке в помещениях и в темноте: слишком мало света попадает в глаз фотографа, подчас такого света бывает недостаточно для выбора нужной композиции и фокуса.

В большинстве однолинзовых зеркальных пленочных фотоаппаратах и в профессиональных цифровых фотоаппаратах используется шарнирное зеркало, которое во время наводки отражает до 100% поступающего в объектив света в глаз фотографа. Когда фотограф нажмет клавишу затвора, зеркало сойдет с пути светового потока, на время зачерняя видоискатель, но в то же время, не препятствуя попаданию всего света на сенсор. После съемки зеркало возвращается обратно, и фотограф может продолжать составлять композицию для следующего кадра. При маленьких выдержках фотограф буквально даже не успеет моргнуть во время зачернения видоискателя — настолько быстро движется зеркало. Однако такая система механически более сложна, а, следовательно, менее вынослива. Впрочем, она обеспечивает лучшее качество картинки в видоискателе, чем при использовании светоделителя.

Намного более дешевым и менее сложным прямым видоискателем является стеклянный глазок. Эта система используется в большинстве любительских цифровых фотоаппаратов. Глазок выполнен из прозрачного стекла, и вместо демонстрации изображения, на которое нацелен объектив (а такой режим называется TTL), в глазок видно изображение, смещенное вверх или в сторону от объектива. Преимущество такого глазка заключается в отсутствии энергопотребления и движущихся частей. К тому же, изображение в глазке более ярко по сравнению с системами TTL. Однако главным минусом является неаккуратность глазка (как правило, глазок показывает меньше, чем будет снято на самом деле, так что вам придется обрезать ненужное изображение по краям кадра). Также глазок приводит к появлению параллакса.

Параллакс связан с тем, что глазок находится на расстоянии 1» или 2» от объектива, и вы видите сцену немного под другим углом (в сравнении с объективом). Сей факт не важен при фотографировании удаленных сцен, но отличие будет все более заметно при приближении к объекту. При макросъемке (12» или ближе), глазок становится бесполезным в связи с большим параллаксом.

Электронный прямой видоискатель — новейшая технология, призванная заменить оптический видоискатель крошечным монитором с высоким разрешением и низким энергопотреблением. Кроме прямого и детального изображения объекта, по которому можно четко определить фокус, в большинстве электронных видоискателей отображается дополнительная важная информация о настройках: фокусное расстояние, выдержка, состояние вспышки и т.д. Главный недостаток такой технологии заключается в том, что она слишком нова и несовершенна в цифровых фотоаппаратах (в отличие от цифровых видеокамер), поэтому электронный глазок не всегда такой яркий и четкий, как традиционный оптический видоискатель.

Так же как и в ЖК видоискателе, прямой электронный видоискатель выводит изображение в более низком разрешении после обработки процессором. Или он может выводить электронный thumbnail, полученный из заголовка файла TIFF или JPEG. По мере улучшения технологии можно ожидать, что прямые электронные видоискатели заменят ЖК видоискатели во многих моделях.

Кроме всей той обработки, что была показаны выше, в цифровом фотоаппарате происходят еще и другие процессы. Главный процессор выполняет общий контроль, в то время как другие процессоры и специализированные микросхемы проверяют и обрабатывают различную информацию. Например, операционная система должна постоянно проверять настройки фотографа, для того чтобы они сразу же отражались на получаемом изображении без задержек. Постоянно должна проверяться и зарядка батарей, чтобы фотоаппарат смог получить достаточно энергии для завершения цикла съемки одного изображения. Все компоненты фотоаппарата должны постоянно опрашиваться, чтобы убедиться в их корректной и правильной работе. Так что даже в простейших цифровых камерах типа «нацелился и снял» все совсем не так просто, как может показаться на первый взгляд.

Число процессоров, DSP и других микросхем широко варьируется в зависимости от имени производителя и марки цифрового фотоаппарата. Впрочем, сейчас можно наметить тенденцию интеграции максимально возможного количества функций на один чип, дабы сэкономить на стоимости и пространстве.

Вся показанная выше обработка изображения требует большого количества электроэнергии. Пару лет назад при работе с цифровыми фотоаппаратами приходилось запасаться большим количеством щелочных (alkaline) AA батареек. Цифровые камеры потребляли очень много энергии, и батарейки приходилось менять даже после нескольких снимков. В современном поколении цифровых фотоаппаратов улучшилась эффективность использования электроэнергии и повысилась их экономичность. Многие цифровые камеры были переведены с щелочных элементов на более совершенные технологии, типа перезаряжаемых никель-гидридных или литий-ионных батарей. Некоторые производители, к примеру, Sony, разработали для своих цифровых фотоаппаратов «умные» батареи, которые могут в нужный момент информировать пользователя о количестве оставшейся энергии.

По мере усложнения конструкции фотоаппаратов, при добавлении компонент и повышении требований к скорости съемки, потребление энергии и экономичность будут находиться под пристальным вниманием разработчиков.

Качество цифрового фотоаппарата — это больше чем пиксели

Важно понимать, что фотография в цифровой камере — это результат сложного взаимодействия многих частей. Ни один компонент сам по себе не может получить качественное изображение, и в то же время любой затор может полностью прервать процесс съемки или негативно сказаться на качестве картинки.

В первых цифровых фотоаппаратах самым значимым ограничивающим фактором являлось низкое качество и крошечный размер (примерно с горошину) сенсоров. Производители камер пришли к выводу, что в таких устройствах вряд ли имеет смысл использовать высококачественные линзы, так как сенсоры слишком слабы для получения хорошего изображения. Поэтому первые любительские цифровые фотоаппараты использовали дешевые пластиковые линзы с относительно низким оптическим качеством. С другой стороны, современные камеры с 3-Мегапиксельными сенсорами, наконец, достигли качественного уровня пленочных камер, поэтому сейчас требуется подровнять по качеству и остальные механизмы. В настоящее время достаточно много внимания разработчиков приковано к линзам. Продолжается их совершенствование по направлениям увеличения количества пропускаемого света, улучшения цветопередачи, углового разрешения и фокусировки, дабы не пропал ни единый пиксель на сенсоре. Точно также на остальные компоненты цифрового фотоаппарата возлагается задача получения изображений лучшего качества, скорости и эффективности, дабы не отставать от быстрого развития сенсоров.

В недалеком будущем мы, безусловно, будем наблюдать значительные улучшения технологии цифровых фотоаппаратов. Будут продолжать совершенствоваться сенсоры, их плотность будет увеличиваться (первые 5-Мегапиксельные любительские камеры поступили в продажу уже этим летом). На таких сенсорах пиксели будут более плотно упакованы (и более мелки), а форм-фактор сенсоров увеличится. Чем плотнее располагаются пиксели, чем они меньше, тем точнее необходимо доставлять фотоны через систему линз. Тем тщательнее нужно удалять различные шумы, равно как и использовать более эффективные алгоритмы улучшения изображений.

По мере роста плотности сенсоров, все остальные детали, скорее всего, будет уменьшаться в размерах, так что сами камеры начнут становиться все более и более миниатюрными. В настоящее время самые маленькие камеры основаны на компромиссном технологическом выборе между функциональностью и размером. Но чипы выполняют все больше функций, технологии совершенствуются, так что вскоре даже самые маленькие фотоаппараты будут предоставлять полный комплекс услуг. Еще одним подходом к миниатюризации является кардинальная перестройка дизайна самой камеры. Например, новый фотоаппарат Olympus Brio D-100 поражает своим необычно тонким корпусом. Для этого разработчикам пришлось позиционировать ПЗС сенсор под углом 90 градусов к объективу с помощью зеркала. Такая простая, хотя и достаточно революционная, идея привела к появлению нескольких принципиально новых дизайнов.

Наоборот, большие полупрофессиональные фотоаппараты будут падать в цене и постепенно завоевывать любительский рынок. Самые дешевые камеры с небольшим разрешением будут властвовать на нижнем сегменте этого рынка. Несмотря на относительно низкое разрешение, качество картинки будет повышаться и достигнет своих собратьев с высоким разрешением. (Помните, что количество пикселей — всего лишь один из аспектов цифровой фотографии, качество очень сильно зависит и от других аспектов).

Каждое новое поколение цифровых фотоаппаратов по своему интеллекту будет превосходить предыдущее. Вскоре фотоаппараты перейдут грань поистине многофункциональных устройств, успешно соединяя в себе цифровые видеокамеры, диктофоны, веб-камеры, PDA и сотовые телефоны. Поэтому вскоре мы должны увидеть поистине гениальные решения в области разработки фотоаппаратов и обработки изображений, которые смогут обойти создаваемый шум и другие проблемы, связанные с накоплением такого количества различной электроники в столь маленькой коробочке. Ну и, конечно, цены продолжат свое падение вниз, равно как будет повышаться производительность и качество. Сейчас начинается очень интересное время для цифровых фотографов (а это значит и для всех нас).

Дополнительные материалы:
Анатомия цифрового фотоаппарата. Часть 2: сенсоры
Sony Cyber-shot DSC-P72
Canon PowerShot G3
Casio Exilim ZOOM EX-Z3
Rekam Di 1.3M
RoverShot RS-2100

Если Вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.

Устройство зеркального фотоаппарата

Как устроены цифровые зеркальные фотоаппараты? Большинство из них устройство имеют примерно одинаковое. Это, прежде всего, корпус, собственно камера, на которую крепится фотообъектив. Объектив служит для создания изображения на матрице, а матрица — для записи фотографического изображения. В зеркальных аппаратах съемочный объектив так же передает изображение и в видоискатель. Незеркальные аппараты имеют чуть другую схему. Изображение на матрицу и изображение в видоискатель чаще всего передается двумя различными объективами. В этом случае объектив для видоискателя маленький и находится над основным объективом. В самых простых аппаратах, так называемых «мыльницах», на экране дисплея отображается изображение, которое непосредственно попадает на матрицу.

Принцип действия фотоаппарата примерно таков: световой поток проходит сквозь объектив и попадает на диафрагму. Диафрагма регулирует количество попавшего в объектив света и пропускает его дальше, на зеркало. Свет отражается от зеркала и попадает в призму, преломляясь через которую доходит до видоискателя, в котором фотограф и видит то, что находится непосредственно перед объективом. К изображению в видоискателе добавляется и другая полезная информация о снимаемом кадре. Что это за информация, ее количество – это зависит от конкретной модели аппарата. Как говорят, от его наворочености.

В собственно момент фотографирования зеркало, входящее в эту механическую конструкцию, поднимается и открывается затвор фотоаппарата. Именно в этот момент и происходит так называемое экспонирование. Свет попадает на матрицу и создает на ней изображение. После экспонирования затвор закрывается, зеркало опускается на свое место и ваш фотоаппарат готов сделать следующий снимок. Интересно то, что весь этот сложный технологический процесс происходит внутри аппарата за сотые и даже за тысячные доли секунды.

C того дня, как придумали это механическое устройство для фотосъемки, в процесс фотографирования не было внесено ничего принципиально нового. Световой пучок проходит сквозь объектив, масштабируется и попадает на установленный внутри фотоаппарата светочувствительный элемент. Этот принцип одинаков и для пленочных, и для цифровых фотокамер.

В чем заключается различие зеркального и незеркального фотоаппаратов? В чем преимущества зеркалки? Как мы уже сказали, зеркальный аппарат имеет в своей конструкции зеркало, которое позволяет нам в видоискателе видеть точно ту же картинку, что попадает на светочувствительный элемент.

А в чем отличие между зеркальным цифровым и зеркальным пленочным аппаратом? Вот на этом давайте остановимся поподробнее.

• 
  Первым делом следует сказать, что в зеркальном цифровом фотоаппарате использована электронная система записи изображения. Оно записывается на электронную карту памяти. В плёночном же аппарате изображение сохраняется на фотографической плёнке.
• 
  Практически все зеркальные фотокамеры записывают изображение на матрицу, поверхность которой меньше чем площадь кадра в пленочном зеркальном фотоаппарате.
• 
  Устройство цифрового зеркального фотоаппарата таково, что фотограф может сразу просматривать отснятые кадры. Зеркальный пленочный фотоаппарат такой возможности не предоставляет. Полученное изображение мы можем увидеть на фотоплёнке после некоторой химической её обработки.
• 
  Пленочные зеркалки старых моделей полностью механические. Они не нуждаются в электрическом питании. А современные цифровые зеркальные фотокамеры не могут жить и работать без батареек или аккумуляторных батарей.
• 
  При съемке зеркальной плёночной камерой кадр лучше немного переэкспонировать, а при работе с цифровой камерой — как раз наоборот: недоэкспозиция выгоднее.
• 
  Зеркальные фотоаппараты, не зависимо от того, пленочные они или цифровые, позволяют пользоваться множеством всевозможных аксессуаров: сменные объективы, фотовспышки, пульты дистанционного управления и пр.

Как устроен современный цифровой зеркальный фотоаппарат.

Давайте для начала рассмотрим его принципиальное устройство. Каждый современный человек сегодня знает, что основная часть любого фотоаппарата – это светонепроницаемая коробка, которую раньше называли камерой-обскурой. В одной из стенок этой коробки проделано отверстие. На противоположной от отверстия стенке находится светочувствительный сенсор, который называется матрицей. Для того, чтобы создать фотографический снимок, современные фотоаппараты оснащены множеством дополнительных элементов. Основные компоненты конструкции фотокамеры – объектив, затвор и диафрагма.

1. 
   Объектив – это оптическая конструкция, состоящая из стеклянных (или, в недорогих моделях пластиковых) линз. Световой поток преломляется, проходя сквозь эти линзы, попадает на матрицу или плёнку, что делает изображение качественным.
2. 
   Затвор – это устройство, чаще механическое, которое установлено между объективом и матрицей. Затвор представляет собой непрозрачную плоскость. Эта плоскость открывается и закрывается с огромной скоростью, чем регулирует доступ света на матрицу. Отрезок времени, на который затвор остается открытым, называется выдержка.
3. 
   Диафрагма – это круглое отверстие, которое может менять свой диаметр. Она позволяет дозировать количественное поступление света на матрицу фотокамеры. Диафрагма чаще всего установлена внутри объектива, между его линзами.

Ну вот, теперь вы имеете некоторое понятие о современной цифровой зеркальной фотокамере. Теперь давайте изучать это сложнейшее электронно-механическое устройство и принцип его работы более детально. Поговорим о каждом из упомянутых конструктивных элементах поподробнее.

Объектив

Объектив — наиболее важная составляющая любого фотоаппарата. Ему всегда уделяется особое внимание.

Что такое фотографический объектив? Это оптическая система линз, собранная в оправе из металла. Объектив проецирует изображение на плоскость. В цифровом фотоаппарате – на матрицу, в пленочном — на плёнку. Хорошие фотографические объективы должны давать на плёнке или матрице резкое изображение по всей площади кадра, его пропорции должны соответствовать реальным пропорциям объекта съемки. Современный объектив – изделие достаточно сложное технически. Производство объективов – высокотехнологичное и точное производство. На заводах, выпускающих объективы, каждый из них проверяется индивидуально и очень тщательно. В былые времена, на заре фотографии, в фотоаппаратах в качестве объектива использовалась всего одна собирательная линза. Но такой примитивный объектив имел множество недостатков. Например, изображение получалось резким только в центральной части кадра, по краям оно оставалось нерезким и размытым, прямые линии ближе к границам кадра становились изогнутыми. Путем комбинации, подбора линз в одну цельную оптическую систему ученые со временем научились избегать этих недостатков.

Как выбрать объектив

Ещё на стадии планирования покупки зеркального фотоаппарата необходимо задуматься об объективе. Дело в том, что одна и та же модель фотокамеры при продаже может комплектоваться различными объективами, а может продаваться и вообще без объектива. Всё зависит от выбора производителя и фирмы-продавца. Обычно покупка фотокамеры в комплекте с объективом обходится несколько дешевле, чем приобретение собственно камеры и объектива раздельно. Но иногда особо придирчивых покупателей предлагаемый комплект по каким либо характеристикам не устраивает.

Для начала рекомендуем выбирать объектив исходя из его универсальности. Проще говоря, это объектив, подходящий для всех видов съемки. От того, как широки будут возможности вашего первого объектива, зависит, как быстро вы поймете на практике, какой ещё объектив вам необходим для тех видов съемки, которым вы будете отдавать приоритет в своей работе. Если вы, например, увлечетесь фотоохотой – то вам будет нужен объектив с большим фокусным расстоянием, если вашей страстью станет съемка портретов – то потребуется объектив, который так и называется – портретный.

Но, даже если у вас и появятся различные объективы, в основном вы будете снимать объективом универсальным. Специализированные объективы — широкоугольники, длиннофокусники и пр. применяются в повседневной практике достаточно редко. Но, тем не менее, зачастую возникают ситуации, когда без специальных объективов не обойтись. И тогда их применение становится очень даже оправданным.

Все объективы в основном выпускаются со стандартной резьбой, что позволяет легко их заменять на разных моделях фотоаппаратов.

Подведём итог. К приобретению своего первого объектива нужно отнестись достаточно серьезно. В противном случае неудачная дорогостоящая покупка так и останется лежать в ящике вашего стола невостребованной. А ведь универсальный объектив как раз тем и хорош, что использовать его можно во всех случаях жизни. Например, в путешествиях, когда любой лишний вес может оказаться в тягость. А объективы — вещь довольно тяжелая.

Диафрагма

Если присмотреться, внутри объектива можно увидеть несколько лепестков, каждый из которых имеет форму дуги. Накладываясь один на другой, они образуют круглое отверстие, диаметр которого можно регулировать. Это устройство называется диафрагма. Сам этот термин имеет греческие корни, и буквально означает «перегородка». В английском языке для обозначения диафрагмы употребляется другой термин: «апертура».

Диафрагма – это устройство, которое регулирует количество света, попадаемого на матрицу или плёнку. Изменяя диаметр отверстия диафрагмы, мы меняем соотношение яркостей создаваемого объективом фотографического изображения. Влияет диафрагма и на яркость самого объекта.

Посредством специального довольно сложного механизма лепестки диафрагмы сводятся к центру и отверстие, которое они образуют, уменьшается. При изменении значения диафрагмы на одну ступень, диаметр уменьшается или увеличивается в 1,4 раза. А вот количество света, попадаемого на пленку или матрицу, увеличивается в другой пропорции – в 2 раза.

Зачем нам необходима диафрагма? Почему без неё не обойтись? Для какой цели этот сложный конструктивный узел включен в фотоаппарат? Главное – для регулирования светового потока на матрицу или плёнку. Например, снимая при ярком освещении целесообразно отверстие диафрагмы сделать поуже. А при недостатке света, естественно, пошире. Но далеко не только для этого нужна диафрагма. Между прочим, по большому счету без нее можно и обойтись. Почему? А вот почему.

Как уже было сказано выше, и диафрагма, и затвор являются своего рода перегородками на пути светового потока, идущего к матрице или плёнке. Диафрагму вместе с выдержкой называют также экспопарой. Например, при одной конкретной съемке диафрагма может быть широко открыта, а выдержка установлена более короткой, а при другой съемке – с точностью до наоборот: выдержка длинная, а отверстие диафрагмы маленькое. Вроде бы, кажется, что значение выдержки и диафрагмы взаимозаменяемы. И та, и другая влияют на количество света, попадаемого на матрицу или плёнку. Но это не совсем так. Точнее, совсем не так. Размер отверстия диафрагмы в первую очередь влияет на глубину резкости, или, как сейчас стали говорить специалисты, глубину резко изображаемого пространства (сокращенно – ГРИП). А это как раз и является весьма значимым функциональным фактором, позволяющим создавать различные творческие и технические эффекты, при помощи которых фотограф и достигает намеченного результата, поставленной цели съемки.

Не хочется вас загружать различными сложными формулами и определениями. Все равно на данном начальном этапе вы мало что запомните и поймёте. Вам сейчас важно понять и усвоить самое главное. В книжках, справочниках и формулах диафрагма обозначается буквой f. И чем большее число будет стоять около этой буквы, тем меньшим будет диаметр отверстия диафрагмы, которое оно обозначает. Например, как на своем языке говорят фотографы, дырка 2.8 шире, чем дырка 8 или 16. Сейчас в основном самое широкое отверстие диафрагмы – это 2,8 (на старинных объективах можно встретить диафрагму 1, 4). Таким образом, на большинстве современных объективов при значении 2,8 отверстие диафрагмы максимально. То есть, смело можно сказать, что диафрагмы в этом случае попросту нет. Между прочим, некоторые мастера считают, что чем меньше значение диафрагмы, то есть чем больше дырка в объективе, тем интереснее будет кадр, тем красивее будет выглядеть объект. Многие свадебные фотографы работают именно по этому принципу – как они говорят, «на полной дырке».

Теперь про глубину резкости. На старых объективах даже была нанесена специальная шкала глубины резкости. Принцип тут простой: чем отверстие диафрагмы меньше, тем глубина резкости больше. Измеряется глубина резкости в метрах. Например, при определенной фокусировке на какой то объект и при определенной диафрагме глубина резко изображаемого пространства будет от 1,5 до 5 метров. Несмотря на то, что основным способом управления глубиной резкости является диафрагма, на ГРИП так же влияют и другие параметры: размер матрицы аппарата, фокусное расстояние объектива, которым вы снимаете, расстояние до снимаемого объекта.

Для разных сюжетов и видов съемки глубина резкости нужна так же разная. Как применять глубину резкости на практике? Например, вы фотографируете пейзаж. Тогда смело закрывайте диафрагму, делайте ее отверстие меньше. И вы получите резкое изображение как ближних, так и дальних объектов снимаемого ландшафта. А если вы решили снять портрет, то фон лучше сделать нерезким, а собственно лицо модели – резким. Как этого добиться? Снимайте с маленькой глубиной резкости, то есть с большим отверстием диафрагмы. В этом случае нерезкость фона как бы оторвет портретируемого от окружающего пространства. С маленькой глубиной резкости хорошо снимать крупным планом цветы, или ещё какие-нибудь объекты небольшого размера. Резкость можно настроить на ближний край цветка. А дальний от фотографа и зрителя край вывести в нерезкость. Это будет очень красиво. За счет маленькой глубины резкости хорошо делать акценты. Зритель сразу понимает, на что автор фотографии хочет обратить его внимание.

Регулировка глубины резко изображаемого пространства – очень важное средство в арсенале фотографа.

В компактных цифровых аппаратах, или каких ещё называют, мыльницах, глубина резкости будет большой при любом положении диафрагмы. Так уж рассчитаны их объективы разработчиками. Это очень мешает реализации многих творческих идей фотографа, но в то же время дает хорошего качества повседневные бытовые снимки для фотолюбителей. Мыльницы ведь и рассчитаны на эту категорию пользователей.

Затвор

Переходим к описанию следующего элемента фотоаппарата — затвору. Для чего они необходим?

Затвор — этот дико сложный механизм, гораздо сложнее, чем механизм диафрагмы. Его можно назвать сердцем любого фотоаппарата. Затвор отмеряет время, на протяжении которого свет действует на матрицу или на фотоплёнку, и происходит собственно процесс экспонирования. Это время, на которое затвор открыт, называется выдержкой. Затвор находится внутри фотокамеры, постороннему взгляду его не видно. Но зато его в зеркальных (как цифровых, так и плёночных) камерах хорошо слышно. Именно он издает тот самый характерный щелчок, ставший символом всей фотографии.

Что же происходит с затвором в момент фотографирования?

Затвор представляет собой механическое устройство, включающее в себя одну или две непрозрачные шторки, которые могут быть расположены как горизонтально, так и вертикально. Именно эти шторки открываются и закрываются, дозируя световой поток. Выдержка измеряется во времени. Чаще всего, это доли секунды. То есть затвор, можно сказать, работает молниеносно. Трудно даже представить себе отрезок времени, составляющий 1/250 или 1/500 долю секунды, не говоря уж о 1/1000 и менее. Но механический затвор имеет предел скорости срабатывания. Тогда каким же образом работают выдержки 15000 и 1/7000 секунды, на которые способна современная фотоаппаратура? Для этих целей инженерами разработан так называемый цифровой затвор. Тут регулировка выдержки осуществляется непосредственно на матрице, электроникой. Происходит это в таком режиме: при нажатии кнопки спуска открываются шторки физического, механического затвора, причем на минимально возможное время, затем на матрицу аппарата от его «электронной начинки» поступает цифровой сигнал, который включает экспонирование матрицы, а спустя какое то время другой сигнал отключает это экспонирование, а затем закрываются шторки и физического затвора. Величина выдержки зависит от освещенности снимаемого объекта, об общей освещенности в помещении, в котором вы снимаете, от скорости движения объекта или объектов съемки. Выдержку всегда нужно соотносить с диафрагмой.

Если в современном зеркальном цифровом фотоаппарате установлено и работает сразу два затвора, может возникнуть вопрос: а зачем в таком случае нужен тут механический затвор? Ответим. Кроме своей основной функции — отмеривания времени — он так же выполняет функцию защиты матрицы от пыли и грязи. Пыль и грязь наносят ей серьезные повреждения. А ведь матрица – самый дорогой и нежный элемент современного фотоаппарата.

Механизм любого фотоаппарата, будь то плёночного или современного зеркального цифрового фотоаппарата, немыслим без затвора. Но из-за наличия в механическом затворе шторок, в цифровых зеркалках исключена возможность визирования по дисплею. Матрица закрыта этими шторками, и изображение на дисплей передаваться просто не имеет возможности. При нажатии кнопки спуска шторки открываются (за счет или пружин, или электромагнитов), и на матрице происходит формирование изображения. В цифровых аппаратах с несъемной оптикой чаще всего стоит электронный затвор. Проще говоря, матрица сама на время проведения экспонирования включается, и по окончании этого времени отключается. Во время экспонирования и происходит запись изображения. Все остальное время на дисплей выводится сигнал для визирования, или, говоря по-другому, наводки. Преимущества электронного затвора очевидно – он может работать на несравненно более высоких скоростях, чем механический. Но, тем не менее, комбинированный электронно-механический затвор намного лучше.

Несколько слов о вспышке

О фотовспышке поговорим только в общих чертах. Причем, упор сделаем на штатную, встроенную в сам фотоаппарат вспышку, которую иногда весело называют «лягушкой» (потому что она, как лягушка, выпрыгивает из фотоаппарата). Вспышка может работать в нескольких режимах, которые соотносятся с режимами работы самого фотоаппарата.

• 
  Автоматический режим. Вспышка срабатывает (или не срабатывает) автоматически. В этом режиме автоматически же регулируется длительность излучаемого ей светового импульса и его мощность в зависимости от условий освещения, в которых производится съемка. Такой режим удобен тем, что при нём экономится заряд электрической батареи. Но, тем не менее, он не всегда может быть использован. Например, при съемке в контровом свете. Так уж устроен фотоаппарат.
• 
  Принудительный режим фотовспышки. Вспышка будет срабатывать всегда, независимо от уровня освещенности. В этом режиме недоступно регулирование длительности и мощности светового импульса. Как говорят специалисты, вспышка тут полностью использует своё ведущее число. Такой режим работы со вспышкой применим практически во всех случаях съемки, однако и расход энергии батареи тут будет более высоким, чем в предыдущем режиме.
• 
  Режим медленной синхронизации. При таком режиме скорость срабатывания затвора (проще говоря, выдержка), устанавливается на более продолжительное время, чем длительность светового импульса. Это делается для дополнительной проработки фона и заднего плана снимаемой сцены. Ведь встроенная в фотоаппарат вспышка достаточно слаба и зачастую ее световой поток не достаёт («не добивает») до фона.
• 
  Режим съемки без вспышки. Тут вспышка вообще не срабатывает. Этот режим необходим в тех ситуациях, когда съемка со вспышкой запрещена или в ней нет никакой необходимости, так как условия освещенности вполне благоприятные. А при благоприятном естественном освещении изображение всегда получается намного лучше, естественно передаются цвета объектов, теневые и освещенные его участки.

В более совершенных фотоаппаратах предусмотрены и другие режимы работы вспышки, например эффект устранения «красных глаз». В этом режиме перед основной вспышкой, во время которой срабатывает затвор, производится ещё несколько коротких вспышек. Это сделано для того, чтобы у людей, которых вы фотографируете, рефлекторно сузились зрачки глаз. Ведь что такое «красные глаза»? Не что иное, как отражение яркого света вспышки, проникающего через широко открытые зрачки на глазное дно. А если зрачки будут узкими, то и отражение сильного света в глазном дне будет практически незаметным. Такой режим нужно применять лишь при съемке людей. В противном случае – это пустая трата не только энергии батарей, но и времени.

Не нужно забывать, что использование штатной, встроенной в аппарат (как иногда называют — бортовой) фотовспышки делает лица людей на снимке довольно плоскими. Происходит это из-за того, что вспышка находится в непосредственной близости к объективу и «бьёт» прямо в лоб снимаемому человеку, лишая его лицо теней. Стало быть, со встроенной вспышкой людей лучше снимать под небольшим углом — чтобы появились хоть какие-то тени на лице. Но и под большим углом снимать тоже не надо — тени будут слишком грубыми и неестественными.

Фотоаппарат мгновенной печати: особенности функционирования

Камера мгновенной печати позволяет почти сразу после срабатывания затвора получить распечатанный снимок. Благодаря этой особенности устройство приобрело популярность как в любительских, так и профессиональных съемках. Для ценителей фотокарточек сегодня доступен большой выбор моделей, обладающих разными преимуществами. Объединяет их единый принцип действия. Давайте поговорим подробнее о том, как работает фотоаппарат мгновенной печати.

Получение пленочных фотокарточек осуществляется двумя способами:

• Посредством проявления реактивов фотокартриджа. Фотоматериал, использующийся в камерах быстрой печати, состоит из защитного, чувствительного и проявительного слоев и является пленкой и бумагой одновременно. В момент съемки происходит экспонирование фотопленки, которая проходит через устройство роликового типа и проявляется после попадания на нее специального раствора.




• С помощью специальных кристаллов. В камерах может использоваться пленка специального типа, которая окрашивается в необходимые цвета с помощью кристаллов под воздействием определенной температуры. Технология является более современной и перспективной и носит название ZINK. Снимок, сделанный с ее помощью, не боится влаги, отпечатков пальцев и не теряет своих качественных характеристик со временем.

Благодаря тому, как работает фотоаппарат мгновенной печати, фотографию можно получить за 30-120 секунд. Также его существенными преимуществами являются малый вес и небольшие габариты.

В японском фотоаппарате мгновенной печати Fujifilm Instax используются фирменные картриджи высокого качества. Устройства данной линейки, которых на российском рынке уже 11 моделей, позволяют получить отличное фото за счет большого набора функций. В отличие от старых аналоговых моделей цифровые камеры имеют значительно более широкие возможности. Устройства могут работать в разных режимах съемки, приближать далеко расположенные объекты, корректировать экспозицию, осуществлять макросъемку и многое другое. Подробнее о том, как работает конкретная модель фотоаппарата мгновенной печати, можно узнать на сайте производителя или официального дилера.

Приобрести фирменные камеры и картриджи для фотоаппарата мгновенной печати проще всего в интернет-магазине. Формат комплектующих позволяет носить проявленные снимки в бумажнике, использовать в качестве удобных и оригинальных закладок или вешать на холодильник. Для более удобного хранения предусмотрены аккуратные фотоальбомы, позволяющие собрать в одну коллекцию все самые яркие моменты.

Как работают цифровые фотоаппараты

Фотоны с неба собираются телескопом и фокусируются на датчике цифровой камеры, где фотоэлектроны создаются, сохраняются во время экспозиции и, наконец, оцифровываются и превращаются в числа, с которыми мы работаем на компьютере.

Цифровая камера улавливает свет и фокусирует его через линзу на кремниевый сенсор. Он состоит из сетки крошечных фотосайтов , чувствительных к свету. Каждый фотосайт обычно называется пиксель , сокращение от «элемент изображения».В сенсоре цифровой зеркальной камеры миллионы этих отдельных пикселей.

Цифровые камеры снимают свет из нашего мира или космического пространства, пространственно, тонально и во времени. Пространственная выборка означает, что угол обзора, который видит камера, разбит на прямоугольную сетку пикселей. Тональная выборка означает, что непрерывно меняющиеся тона яркости в природе разбиты на отдельные дискретные ступени тона. Если имеется достаточно сэмплов, как пространственно, так и тонально, мы воспринимаем это как точное представление исходной сцены.Временная выборка означает, что мы делаем экспонирование заданной продолжительности.

Наши глаза также воспринимают мир таким образом, который можно рассматривать как «временную экспозицию», обычно на относительно короткой основе в несколько десятых секунды, когда уровень освещенности высокий, как в дневное время. В условиях низкой освещенности экспозиция глаза или Время интеграции может увеличиваться до нескольких секунд. Вот почему мы можем увидеть больше деталей в телескоп, если некоторое время будем смотреть на слабый объект.

Глаз — относительно чувствительный детектор.Он может обнаружить одиночный фотон, но эта информация не отправляется в мозг, потому что она не превышает минимального порогового значения отношения сигнал / шум схемы фильтрации шума в зрительной системе. Для отправки детектирования в мозг требуется несколько фотонов. Цифровая камера почти так же чувствительна, как глаз, и обе они гораздо более чувствительны, чем пленка, для обнаружения которой требуется много фотонов.

Это временная выборка с длинной выдержкой, которая действительно делает возможной магию цифровой астрофотографии.Истинная сила цифрового датчика заключается в его способности интегрировать или собирать фотоны в течение гораздо более длительных периодов времени, чем глаз. Вот почему мы можем записывать детали на длинных выдержках, которые невидимы для глаза даже в большой телескоп.

Каждый фотосайт на ПЗС- или КМОП-чипе состоит из светочувствительной области из кристаллического кремния в фотодиоде, который поглощает фотоны и высвобождает электроны за счет фотоэлектрического эффекта. Электроны накапливаются в колодце в виде электрического заряда, который накапливается на протяжении всего воздействия.Генерируемый заряд пропорционален количеству фотонов, попадающих на датчик.

Этот электрический заряд затем передается и преобразуется в аналоговое напряжение, которое усиливается и затем отправляется в аналого-цифровой преобразователь, где он оцифровывается (превращается в число).

ПЗС- и КМОП-сенсоры

действуют одинаково при поглощении фотонов, генерировании электронов и их хранении, но отличаются тем, как переносится заряд и где он преобразуется в напряжение. Оба заканчиваются цифровым выходом.

Таким образом, весь файл цифрового изображения представляет собой набор чисел, которые представляют значения местоположения и яркости для каждого квадрата в массиве. Эти числа хранятся в файле, с которым могут работать наши компьютеры.

Фотосайт не светочувствителен. Только фотодиод есть. Процент светочувствительного фотосайта называется коэффициентом заполнения . Для некоторых датчиков, таких как КМОП-чипы, коэффициент заполнения может составлять от 30 до 40 процентов всей площади фотосайта.Остальная часть датчика CMOS состоит из электронных схем, таких как усилители и схемы шумоподавления.

Поскольку светочувствительная область настолько мала по сравнению с размером фотосайта, общая чувствительность чипа снижается. Чтобы увеличить коэффициент заполнения, производители используют микролинзы для направления фотонов, которые обычно попадают в нечувствительные области и в противном случае остаются незамеченными, на фотодиод.

Электроны генерируются, пока фотоны попадают на датчик во время экспонирования или интегрирования.Они хранятся в потенциальной яме до окончания экспонирования. Размер лунки называется полной емкостью , и он определяет, сколько электронов можно собрать, прежде чем она заполнится и будет считаться заполненной. В некоторых датчиках, когда колодец заполняется, электроны могут перетекать в соседние лунки, вызывая цветущих , которые видны как вертикальные шипы на ярких звездах. Некоторые камеры имеют функции защиты от цветения, которые уменьшают или предотвращают это. Большинство зеркальных фотокамер очень хорошо контролируют цветение, и это не проблема для астрофотографии.

Количество электронов, которое может накапливаться в колодце, также определяет динамический диапазон датчика , диапазон яркости от черного до белого, при котором камера может захватывать детали как в слабых, так и в ярких областях сцены. Если учесть шум, датчик с большей полноэкранной емкостью обычно имеет больший динамический диапазон. Датчик с более низким уровнем шума помогает улучшить динамический диапазон и улучшить детализацию в слабо освещенных областях.

Не каждый фотон, попавший в детектор, будет зарегистрирован.Количество обнаруженных определяется квантовой эффективностью датчика. Квантовая эффективность измеряется в процентах. Если датчик имеет квантовую эффективность 40 процентов, это означает, что четыре из каждых десяти фотонов, попадающих в него, будут обнаружены и преобразованы в электроны. По словам Роджера Н. Кларка, квантовая эффективность ПЗС-матриц и КМОП-сенсоров в современных зеркальных фотокамерах составляет от 20 до 50 процентов, в зависимости от длины волны. Лучшие специализированные астрономические ПЗС-камеры могут иметь квантовую эффективность 80 процентов и более, хотя это относится к изображениям в оттенках серого.

Количество электронов, которые накапливаются в яме, пропорционально количеству обнаруженных фотонов. Затем электроны в яме преобразуются в напряжение. Этот заряд является аналоговым (непрерывно изменяющимся) и обычно очень мал, и его необходимо усилить, прежде чем его можно будет оцифровать. Усилитель считывания выполняет эту функцию, согласовывая диапазон выходного напряжения датчика с диапазоном входного напряжения аналого-цифрового преобразователя. Преобразователь A / D преобразует эти данные в двоичное число.

Когда аналого-цифровой преобразователь оцифровывает динамический диапазон, он разбивает его на отдельные этапы. Общее количество шагов определяется разрядностью конвертера. Большинство цифровых зеркальных фотоаппаратов работают с глубиной тона 12 бит (4096 шагов).

Выход датчика технически называется аналого-цифровым блоком (ADU) или цифровым номером (DN). Количество электронов на ADU определяется коэффициентом усиления системы. Коэффициент усиления 4 означает, что аналого-цифровой преобразователь оцифровал сигнал, так что каждый ADU соответствует 4 электронам.

Рейтинг выдержки по ISO аналогичен рейтингу светочувствительности пленки. Это общая оценка светочувствительности. Датчики цифровой камеры действительно имеют только одну чувствительность, но позволяют использовать разные настройки ISO, изменяя усиление камеры. Когда коэффициент усиления удваивается, количество электронов на ADU уменьшается в 2 раза.

По мере увеличения ISO в цифровой камере меньше электронов преобразуется в один ADU. Увеличение ISO отображает меньший динамический диапазон на ту же битовую глубину и уменьшает динамический диапазон.При ISO 1600 можно использовать только 1/16 от полной емкости сенсора. Это может быть полезно для астрономических изображений тусклых объектов, которые в любом случае не собираются заполнять колодец. Камера преобразует только небольшое количество электронов из этих редких фотонов, и, отображая этот ограниченный динамический диапазон на полную битовую глубину, возможно большее различие между шагами. Это также дает больше шагов для работы, когда эти слабые данные растягиваются позже при обработке для увеличения контрастности и видимости.

Для каждого пикселя в датчике данные яркости, представленные числом от 0 до 4095 для 12-битного аналого-цифрового преобразователя, вместе с координатами местоположения пикселя, сохраняются в файле. Эти данные могут быть временно сохранены во встроенном буфере памяти камеры, прежде чем они будут навсегда записаны на съемную карту памяти камеры.

Этот файл чисел преобразуется в изображение, когда оно отображается на мониторе компьютера или распечатывается.

Это числа, полученные в процессе оцифровки, с которыми мы можем работать на наших компьютерах.Числа представлены как биты, сокращение от «двоичных цифр». Биты используют двоичную систему счисления с основанием 2, где единственными числами являются единица и ноль вместо десятичных чисел от 0 до 9, с которыми мы обычно работаем. Компьютеры используют двоичные числа, потому что транзисторы, из которых они сделаны, имеют только два состояния, включенное и выключенное, которые представляют собой числа один и ноль. Таким образом могут быть представлены все числа. Это то, что делает компьютеры такими мощными в работе с числами — эти транзисторы очень быстрые.

Пространственная выборка

Фотосайты в датчике камеры соответствуют один к одному пикселям цифрового изображения при его выводе. Многие люди также называют фотосайты в датчике камеры общим термином «пиксели». Эти фотосайты расположены в виде прямоугольного массива. В Canon 20D размер массива составляет 3504 x 2336 пикселей, что в сумме составляет 8,2 миллиона пикселей. Эту сетку можно представить как шахматную доску, где каждая клетка очень мала. Квадраты настолько малы, что при просмотре издалека они обманывают глаз и мозг, заставляя думать, что изображение представляет собой непрерывное тональное изображение.Если вы увеличите любое цифровое изображение до достаточно большого размера, вы сможете увидеть отдельные пиксели. Когда это происходит, мы называем изображение «пиксельным».

Оцифрованное изображение состоит из сетки пикселей, представленных числами. Числа указывают положение пикселя в сетке и яркость красного, зеленого и синего цветовых каналов.

Цветные изображения фактически состоят из трех отдельных каналов черно-белой информации, по одному для красного, зеленого и синего цветов. Из-за того, как глаз и мозг воспринимают цвет, все цвета радуги можно воссоздать с помощью этих трех основных цветов.

Хотя цифровая камера может записывать 12 бит или 4096 шагов информации о яркости, почти все устройства вывода могут отображать только 8 бит или 256 шагов для каждого цветового канала. Исходные 12-битные (2 ¹² = 4096) входные данные должны быть преобразованы в 8-битные (2 ⁸ = 256) для вывода.

В приведенном выше примере указанный пиксель имеет уровень яркости 252 в красном канале, 231 в зеленом канале и 217 в синем канале. Яркость каждого цвета может варьироваться от 0 до 255, что составляет 256 шагов в каждом цветовом канале, когда он отображается на мониторе компьютера или выводится на настольный принтер.Ноль означает чистый черный цвет, а 255 — чистый белый.

256 цветов: красный, зеленый и синий — может показаться немного, но на самом деле это огромное количество, потому что 256 x 256 x 256 = более 16 миллионов отдельных цветов.

Тональная выборка

Свет и тона в мире непрерывны. После захода солнца в ясный день небо на западе меняется от яркого у горизонта до темно-синего над головой. Эти оттенки синего постоянно меняются. Они плавно переходят от светлого к темному.

Цифровые камеры измеряют свет и разбивают его непрерывно меняющиеся тона на дискретные шаги, которые могут быть представлены числами (цифрами). Они оцифровывают изображение.

Из-за того, как работает наша зрительная система, если мы разделим непрерывные тона на достаточное количество маленьких дискретных шагов, мы можем обмануть глаз, заставив его думать, что это непрерывный тон, хотя это не так.

256 шагов — визуально кажется непрерывным

128 шагов

64 шага

32 ступени

16 шагов

В приведенных выше примерах мы можем увидеть эффект разного количества тонов при сэмплировании от черного к белому.Мы можем четко различить небольшое количество тонов как непостоянные. Но когда число увеличивается, где-то около 128 шагов, они кажутся непрерывными для нашего восприятия.

Компьютеры и номера

Поскольку компьютеры очень мощные при манипулировании числами, мы можем быстро и легко выполнять различные операции с этими числами.

Например, контраст определяется как разница в яркости между соседними пикселями. Чтобы был контраст, вначале должна быть разница, поэтому один пиксель будет светлее, а другой — темнее.Мы можем очень легко увеличить контраст, просто добавив число к значению яркости более светлого пикселя и вычтя число из значения яркости более темного пикселя.

Цвет изображения представлен значением яркости пикселя в каждом из трех цветовых каналов — красном, зеленом и синем — которые составляют информацию о цвете. Мы можем так же легко изменить цвет пикселя или группы пикселей, просто изменив числа.

Мы можем выполнять и другие уловки, такие как увеличение видимой резкости изображения путем увеличения контрастности краевых границ объектов изображения с помощью процесса, называемого нерезким маскированием.

Представление изображения цифрами позволяет нам полностью контролировать его. А поскольку изображение представляет собой набор чисел, его можно точно дублировать любое количество раз без потери качества.

Линейные и нелинейные данные

Регистрирующий отклик цифрового датчика пропорционален количеству попавших на него фотонов. Ответ линейный. В отличие от пленки, цифровые датчики регистрируют вдвое больший сигнал, когда на них попадает вдвое большее количество фотонов.Цифровые датчики также не страдают от нарушения взаимности, как большинство фильмов.

Данные, производимые датчиком CMOS в камере DSLR, которые записываются в необработанный файл, являются линейными. Линейные данные обычно выглядят очень темными и низкоконтрастными по сравнению с обычной фотографией (см. Изображение ниже).

Человеческое зрительное восприятие яркости больше похоже на логарифмическую кривую, чем на линейную кривую. Другие человеческие чувства, такие как слух и даже вкус, также являются логарифмическими. Это означает, что мы лучше воспринимаем различия на нижнем уровне шкалы восприятия, чем на верхнем.Например, мы можем очень легко определить разницу между весом в один фунт и весом в два фунта, когда мы их поднимаем. Но нам очень трудно определить разницу между 100-фунтовой и 101-фунтовой гирями. Но разница такая же, один фунт.

Обычные фотографии, снятые на пленку, также записываются нелинейным способом, аналогичным тому, как работает человеческое зрение. Вот почему мы можем поднять слайд на свет, и он выглядит как разумное представление исходной сцены без каких-либо дополнительных изменений.

Поскольку система зрительного восприятия человека не работает линейно, необходимо применить нелинейную кривую, чтобы «растянуть» линейные данные с камеры DSLR, чтобы тональность фотографии соответствовала тому, как работает наша зрительная система. Эти нелинейные настройки выполняются программным обеспечением внутри камеры, если изображение записано в файл JPEG. Если необработанный файл сохраняется в камере, эти нелинейные настройки выполняются в программном обеспечении позже, когда данные открываются в программе обработки изображений.

Щелкните курсором мыши по изображению, чтобы сравнить два изображения. Щелкните еще раз, чтобы вернуться к предыдущему изображению.

В примерах изображений, показанных выше, снимок экрана диалогового окна «Кривые» в Photoshop был включен в изображение, поэтому мы можем видеть сравнение линейных данных и тех же данных с примененной к ним нелинейной кривой. Кривая на темном изображении линейная, это прямая линия. Кривая на ярком изображении показывает растяжение, которое необходимо применить к данным, чтобы приблизить их к нашему визуальному восприятию.

Кривая представляет входные и выходные значения яркости пикселей изображения. Черный цвет находится в нижнем левом углу, а белый — в верхнем правом углу. Серые тона находятся посередине. Когда линия прямая, входной тон, идущий горизонтально по дну, совпадает с выходным тоном, который проходит вертикально по левой стороне.

Во вставке кривой, когда прямая линия тянется вверх, так что ее наклон увеличивается, контраст этой части кривой и соответствующие тона в изображении увеличиваются.В приведенном выше примере изображения тон в указанной точке стал намного светлее. Все тона на изображении ниже этой точки на кривой и соответствующие тона изображения растягиваются, и их контраст увеличивается.

Вот почему важно работать с высокой битовой глубиной при работе с необработанными изображениями. Из-за необходимости сильного растяжения и увеличения контрастности тона размываются. Если у нас много тонов, что позволяет высокая битовая глубина, они будут плавно перераспределяться.Если у нас не так много тонов, с которыми можно работать, мы рискуем постеризацией и полосами при растяжении данных.

На более ярком изображении наклон верхней части кривой уменьшается в светлых областях изображения. Это сжимает тона и уменьшает контраст этих тонов изображения.

Именно тот факт, что мы можем получить доступ к этим данным в линейной форме с высокой битовой глубиной, делает изображения с цифровых зеркальных и зеркальных фотокамер настолько мощными для записи астрофотографий.Это позволяет нам вычесть фон неба и световое загрязнение. Это дает нам возможность управлять нелинейными корректировками растяжения данных. Эти корректировки позволят выявить детали астрономического объекта, которые скрыты глубоко внутри того, что мы считаем теневыми областями обычной фотографии.

Как работают цифровые фотоаппараты?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 1 ноября 2020 г.

Цифровые фотоаппараты дают совершенно новый
смысл идеи рисования цифрами.В отличие от пленочных фотоаппаратов старого образца, они захватывают и записывают изображения
окружающий мир с помощью цифровых технологий. Другими словами, они хранят
фотографии не как узоры тьмы и света, а как длинные цепочки чисел. У этого есть много преимуществ:
дает нам мгновенные фотографии, позволяет редактировать наши изображения и
упрощает нам обмен фотографиями с помощью мобильных телефонов (мобильных
телефоны), электронную почту и веб-сайты.

Фото: типичный недорогой цифровой фотоаппарат. Круг — это линза;
прямоугольник над ним — ксеноновая лампа-вспышка.Вы можете увидеть, как эта камера выглядит внутри, на фото ниже на этой странице.

Как работают обычные пленочные фотоаппараты

Фото: пленочный фотоаппарат старого образца с конца
1980-е гг.
Пленка загружается в катушку справа и перематывается на другую.
катушка слева, по пути проходящая перед линзой. Когда ты
сделай фото, затвор позволяет
свет попадает из объектива и экспонирует пленку.
Это все очень похоже на 19 век по сравнению с цифровой фотографией!

Если у вас есть фотоаппарат старого образца, вы поймете, что он бесполезен.
без одного жизненно важного оборудования: пленки .Пленка — это длинная катушка
из гибкого пластика, покрытого специальными химикатами (на основе соединений серебра)
чувствительные к свету. Чтобы свет не испортил пленку, ее заворачивают внутрь жесткой,
светонепроницаемый пластиковый цилиндр — вещь, которую вы вставляете в фотоаппарат.

Если вы хотите сделать снимок пленочной камерой, вам нужно нажать кнопку
кнопка. Это приводит в действие механизм, называемый затвором, который заставляет
отверстие (диафрагма) на короткое время открывается в передней части камеры, позволяя
свет проникает через линзу (толстый кусок
стекло или пластик
установлен спереди).Свет вызывает реакции в
химикаты на пленке, таким образом сохраняя изображение перед вами.

Это не
Однако это конец процесса. Когда фильм заполнен, ты
нужно отнести в аптеку (аптеку), чтобы это было
развитый. Обычно это включает размещение пленки в огромном
автоматическая проявочная машина. Машина открывает фильм
контейнер, вытаскивает пленку и окунает ее в другие химические вещества.
чтобы ваши фотографии появились. Этот процесс превращает фильм в серию
«негативных» картинок — призрачных перевернутых версий
то, что вы на самом деле видели.На негативе черные области выглядят светлыми и
наоборот, и все цвета тоже выглядят странно, потому что негатив
хранит их как противоположности. Как только машина произведет
негативы, он использует их для печати (готовых версий) ваших
фотографии.

Если вы хотите сделать только одну или две фотографии, все это может быть немного
неприятность. Большинство людей теряют фотографии
просто чтобы «закончить фильм». Часто приходится ждать
несколько дней на проявку пленки и распечатки (
готовые фотографии) вернулся к вам.Неудивительно, что
цифровая фотография стала очень популярной, потому что она решает
все эти проблемы одним махом.

(Кстати, если вы хотите узнать больше о пленочных фотоаппаратах и ​​традиционной фотографии,
см. нашу основную статью о том, как работают пленочные фотоаппараты.)

Как работают цифровые фотоаппараты

Фото: типичный датчик изображения. Зеленый прямоугольник в центре (размером с ноготь) — это светочувствительная часть; золотые провода, идущие от него, подключают его к цепи камеры.

Цифровые фотоаппараты очень похожи на обычные пленочные фотоаппараты, но работают в
совершенно другой способ. Когда вы нажимаете кнопку, чтобы взять
сфотографировать цифровым фотоаппаратом, диафрагма открывается в передней части
камера и свет проходит через объектив.
Пока что это как пленочный фотоаппарат.
Однако с этого момента все по-другому. Нет пленки в цифровом
камера. Вместо этого есть кусок
электронное оборудование, которое
улавливает падающие световые лучи и превращает их в электрические
сигналы.Этот световой датчик может быть одного из двух типов: с зарядовой связью.
устройство (CCD) или датчик изображения CMOS .

Если вы когда-нибудь смотрели на экран телевизора, закройте
вверх, вы заметите, что изображение состоит из миллионов крошечных
цветные точки или квадраты называются пикселями . ЖК-экраны ноутбуков также создают изображения с помощью пикселей, хотя они
часто слишком мал, чтобы увидеть. На экране телевизора или компьютера,
электронное оборудование включает и выключает все эти цветные пиксели
очень быстро.Свет от экрана попадает в ваши глаза и
мозг обманом заставляет увидеть большую движущуюся картинку.

В цифровом фотоаппарате происходит прямо противоположное. Свет от
объект, который вы фотографируете, приближается к объективу камеры. Этот входящий
«Картинка» попадает на чип датчика изображения, который разбивает ее на миллионы
пикселей. Датчик измеряет цвет и яркость каждого пикселя.
и сохраняет его как число. Ваша цифровая фотография эффективно
невероятно длинная строка чисел, описывающая точные детали
каждого содержащегося в нем пикселя.Вы можете узнать больше о том, как датчик изображения создает цифровое изображение в нашем
статья о веб-камерах.

Как в цифровых камерах используются цифровые технологии

После того, как изображение сохранено в числовой форме, вы можете делать все, что угодно.
с этим. Подключите цифровую камеру к компьютеру, и вы сможете
скачать сделанные вами изображения и загрузить их в такие программы, как PhotoShop
чтобы отредактировать их или оживить. Или вы можете загружать их на веб-сайты, отправлять по электронной почте друзьям и т. Д.
на. Это возможно, потому что ваши фотографии хранятся в цифровом формате.
формат и всевозможные другие цифровые гаджеты — от
MP3-плееры iPod на
от мобильных телефонов и компьютеров до фотопринтеров — используйте цифровые
технологии тоже.Цифровой — это своего рода язык, на котором все электронные
гаджеты «говорят» сегодня.

Фото: Цифровые фотоаппараты намного удобнее
чем пленочные фотоаппараты. Вы можете сразу увидеть, как изображение будет выглядеть на ЖК-дисплее.
экран на спине. Если с вашей картинкой не все в порядке, вы можете просто удалить ее и попробовать
очередной раз. Вы не можете этого сделать с пленочной камерой. Цифровые фотоаппараты означают
фотографы могут быть более креативными и экспериментальными.

Если вы откроете цифровую фотографию в программе рисования (редактирования изображений),
вы можете изменить его разными способами.Такая программа работает
путем корректировки чисел, которые представляют каждый пиксель изображения. Так,
если вы нажмете на элемент управления, который сделает изображение на 20 процентов ярче,
программа по очереди перебирает все числа для каждого пикселя и
увеличивает их на 20 процентов. Если вы зеркально отразите изображение (переверните его
по горизонтали), программа меняет последовательность чисел на обратную.
магазины, поэтому они работают в противоположном направлении. Что вы видите на
Экран — это изображение, изменяющееся по мере того, как вы редактируете или манипулируете им. Но что
вы не видите, меняет ли программа рисования все числа в
фон.

Некоторые из этих методов редактирования изображений встроены в более сложные
цифровые фотоаппараты. У вас может быть камера с оптическим зумом и
цифровой зум. Оптический зум означает, что объектив перемещается внутрь и наружу.
для увеличения или уменьшения входящего изображения при попадании на ПЗС-матрицу. А
цифровой зум означает, что микрочип внутри камеры взрывает
входящее изображение без фактического перемещения объектива.
Таким образом, как и при приближении к телевизору, качество изображения ухудшается.
Короче говоря, оптическое увеличение делает изображения больше и такими же четкими, но
цифровое зуммирование делает изображения больше и более размытыми.

Почему цифровые камеры сжимают изображения

Представьте на мгновение, что вы — чип считывания изображения CCD или CMOS. Выгляни в окно и попробуй
выяснить, как бы вы могли хранить детали вида, который вы видите.
Во-первых, вам нужно разделить изображение на сетку квадратов.
Итак, вам нужно нарисовать воображаемую сетку поверх окна.
Затем вам нужно будет измерить цвет и яркость каждого
пиксель в сетке. Наконец, вам придется написать все эти
измерения вниз как числа.Если вы измерили цвет и
яркость для шести миллионов пикселей и записал оба значения как
чисел, вы получите строку из миллионов чисел — просто чтобы
хранить одну фотографию! Вот почему качественные цифровые изображения часто
создавать огромные файлы на вашем компьютере. Каждого может быть несколько
размером в мегабайты (миллионы символов).

Чтобы обойти это, цифровые фотоаппараты, компьютеры и другие цифровые устройства
используйте технику под названием сжатие . Сжатие — это математический трюк
это включает сжатие цифровых фотографий
поэтому их можно хранить с меньшим количеством номеров и меньшим объемом памяти.Одна из популярных форм сжатия называется JPG (произносится как J-PEG, что
расшифровывается как Joint
Photographic Experts Group имени ученых и математиков
кто придумал идею). JPG известен как «с потерями»
сжатие, потому что, когда фотографии сжимаются таким образом, некоторые
информация потеряна и не может быть восстановлена. JPG высокого разрешения
использовать много места в памяти и выглядеть очень четко; использование файлов JPG с низким разрешением
гораздо меньше места и выглядят более размытыми. Вы можете узнать больше о
сжатие в нашей статье о MP3
игроков.

Большинство цифровых фотоаппаратов имеют настройки, позволяющие делать снимки с более высоким или более высоким разрешением.
более низкие разрешения. Если вы выберете высокое разрешение, камера сможет
хранить на карте памяти меньше изображений, но
они намного лучшего качества. Выберите низкое разрешение, и вы получите больше изображений, но
качество не будет таким хорошим. Изображения с низким разрешением сохраняются с большим сжатием.

Превращение обычных фотографий в цифровые фотографии

Есть
способ превратить фотографии с обычного пленочного фотоаппарата в цифровые
фотографии — отсканировав их.Сканер — это часть компьютера
оборудование, похожее на небольшой копировальный аппарат
но работает как
цифровая камера. Когда вы помещаете фотографии в сканер, свет сканирует
поперек них, превращая их в строки пикселей и, таким образом, в
цифровые изображения, которые вы можете просматривать на своем компьютере.

Что такое «беззеркальные» фотоаппараты?

Фактически существует четыре различных типа цифровых фотоаппаратов. Самый простой, известный как наведи и стреляй, , имеет объектив
для захвата света (который может или не может увеличиваться), датчик изображения, чтобы преобразовать узор света в цифровую форму, и ЖК-экран на задней панели для просмотра ваших фотографий.На противоположном конце спектра фотоаппараты DSLR (Digital Single Lens Reflex) выглядят как традиционные профессиональные пленочные фотоаппараты и имеют внутри движущееся откидное зеркало, которое позволяет вам просматривать точную картинку, которую вы собираетесь снимать, через объектив ( объяснение того, как работает SLR, можно найти в нашей статье о пленочных камерах). Самая последняя инновация, беззеркальные цифровые фотоаппараты , представляет собой своего рода гибрид этих двух конструкций: они отказываются от
система шарнирных зеркал в пользу ЖК-видоискателя с более высоким разрешением, установленного ближе к датчику изображения, что делает их меньше, легче, быстрее и тише.Наконец, есть камеры для смартфонов , которые напоминают модели «наведи и снимай», но не имеют таких функций, как оптический зум.

Чем цифровые фотоаппараты соотносятся с фотоаппаратами смартфонов?

Из того, что я сказал до сих пор, вы можете видеть, что цифровые камеры — замечательная вещь, если вы
сравнивая их со старыми пленочными фотоаппаратами. Благодаря превосходному ультрасовременному изображению
датчиков, на самом деле нет веских причин (кроме ностальгического предпочтения
аналоговая технология) для использования пленки.Вас простят за то, что вы думаете, что продажи цифровых фотоаппаратов будут
взрывается в результате, но вы ошибаетесь. За последние несколько лет,
продажи цифровых фотоаппаратов падают одновременно с двузначным числом
с массовым ростом количества смартфонов и планшетов (которые сейчас продаются
более
чем 1,5 миллиарда каждый год). Посетите сайт обмена фотографиями, например
Flickr, и вы обнаружите, что самые популярные «камеры» на самом деле
телефоны: в сентябре 2019 г., когда я обновляю эту статью,
Все пять лучших камер Flickr
айфоны.Есть ли веская причина для владения автономным цифровым
камеры больше или теперь можно все делать с камерой телефона?

Фото: плюсы и минусы цифровых фотоаппаратов и смартфонов резюмированы на трех фотографиях. Даже цифровые камеры типа «наведи и снимай», такие как мой старый Canon Ixus, имеют большие, лучшие телескопические линзы (вверху) и сенсоры по сравнению с таковыми в лучших камерах для смартфонов, таких как мой новый LG (в центре). Но смартфоны, несомненно, имеют отличные возможности подключения, и у них большие, лучшие и четкие экраны (внизу).Здесь вы можете увидеть огромный экран моего смартфона, изображенный на превью фотографии на крошечном экране Canon.

Датчики и экраны

Сделайте шаг назад на десять лет, и не будет никакого сравнения между
грубые и неуклюжие снимки камер на мобильных телефонах и даже на самых
посредственные компактные цифровые фотоаппараты. В то время как цифровые устройства хвастались
постоянно увеличивающееся количество мегапикселей, мобильные телефоны сделали грубые снимки
немного лучше, чем у обычной веб-камеры (1
Мегапиксель или меньше было обычным явлением).Теперь все изменилось.
Цифровая камера Canon Ixus / Powershot 10-летней давности, которую я обычно использую, имеет разрешение 7,1 мегапикселя.
отлично подходит почти для всего, что я когда-либо хотел
делать. Мой новый смартфон LG имеет разрешение 13 мегапикселей, что
(по крайней мере теоретически) звучит так, как будто он должен быть вдвое лучше.

Но ждать! «Мегапиксели» — это маркетинговая уловка, вводящая в заблуждение: действительно важен размер
и качество самих датчиков изображения. Как правило, чем больше
датчик, тем лучше снимки.Сравнивая необработанные технические данные, Canon Ixus заявляет о ПЗС-матрицах размером 1 / 2,5 дюйма.
в то время как LG имеет 1 / 3,06-дюймовую CMOS (более новый, несколько иной тип сенсорного чипа).
Что на самом деле означают эти числа?
Измерения сенсора основаны на бесполезной запутанной математике, которую я не собираюсь здесь объяснять, и
Вы можете поверить в то, что обе эти камеры имеют крошечные сенсоры, примерно вдвое меньше ногтя на мизинце (измерения менее 5 мм в каждом направлении), хотя сенсор Canon значительно больше.
Digital Ixus, хотя на восемь лет старше смартфона LG и имеет вдвое меньше «мегапикселей»,
имеет значительно больший сенсорный чип, который, вероятно, превзойдет LG,
особенно в условиях низкой освещенности.

Canon также набирает намного лучше, чем на телескопический объектив.
(технически оцененный 5,8–17,4 мм, что эквивалентно 35–105 мм) — лучшее качество и телескопический при загрузке — который может снимать все с бесконечного расстояния
пейзажи и макро-снимки пауков и мух крупным планом. Но у меня есть
загрузить свои фотографии в компьютер, чтобы понять, насколько они хороши или плохи
потому что у Canon есть только крошечный 6-сантиметровый (2,5-дюймовый) ЖК-экран.
LG более чем в два раза лучше по диагонали экрана — 14 см (5.5 дюймов) «монитор».
По оценкам Canon, экран Ixus имеет 230 000 пикселей, а LG
может похвастаться четырехъядерным HD (2560 × 1440 пикселей), что примерно в шестнадцать раз больше.
Возможно, я не смогу делать более качественные фотографии с помощью LG, но, по крайней мере, я могу мгновенно оценить и оценить их на экране, не уступающем HD-телевизору (хотя и карманного размера).

Имейте в виду, что мой Canon — это всего лишь компактный, наведи и снимай, так что это не совсем
справедливое сравнение того, чего можно достичь с помощью действительно хорошей цифровой камеры и действительно хорошего смартфона.Мой LG лучше всех камер для смартфонов, но Ixus далеко не так хорош.
как лучшие цифровые фотоаппараты. Профессиональная цифровая зеркальная фотокамера будет иметь датчик , намного больший, чем у смартфона — до 3,6 см × 2,4 см, поэтому она сможет захватывать действительно мелкие детали даже при самом низком уровне освещенности.
У него также будет более крупный и лучший экран и лучшие (сменные) линзы.

Фото: это крупный план камеры внутри LG (со снятой крышкой).Что ты смотришь
А вот и объектив: чип датчика изображения находится прямо под ним. (Если неясно, я указываю на красную ручку.)

Социальные сети

Конечно, где камеры смартфонов действительно забивают, так это в «смартфонах».
отдела: по сути, это компьютеры, которые можно легко достать из кармана.
портативный и всегда онлайн. Так что вы не только с большей вероятностью
делать случайные фотографии (потому что у вас всегда есть фотоаппарат), но
вы можете мгновенно загрузить свои снимки в Instagram с метким названием,
Facebook или Twitter.И это настоящая причина, по которой смартфон
камеры превзошли цифровые модели старой школы: сама фотография
изменен с цифрового эквивалента дагерротипа XIX века
(само по себе возврат к портретным картинам старых времен) к чему-то
более непринужденный, немедленный и, конечно же, социальный . Для
цели Facebook или Twitter, часто просматриваемые на мобильных устройствах с маленьким экраном
устройств, вам не нужно больше пары мегапикселей, самое большее.
(Убедитесь в этом сами, загрузив изображение в высоком разрешении из Instagram или
Flickr, и редко бывает больше пары сотен
размер в килобайтах и ​​не более 1000 мегапикселей в каждом измерении,
всего меньше одного мегапикселя.) Даже лучше
сайты обмена фотографиями, такие как Instagram и Flickr, большинство людей будут
никогда не просматривайте фотографии в многомегапиксельном разрешении:
они просто не поместились бы на экране. Таким образом, даже если ваш смартфон не имеет большого количества мегапикселей, он
на самом деле не имеет значения: большинство людей просматривают ваши фотографии на своих
смартфоны не заметят — или не позаботятся. Социальные сети — значит никогда не иметь
сказать, что вам жаль, что вы забыли свою зеркалку и у вас был только iPhone!

Дополнения для смартфонов

Совершенно верно, что первоклассные фотографии
Canon или Nikon DSLR превзойдут, без сомнения, снимки даже с
лучшие смартфоны, но это часто потому, что это не
равное сравнение.Часто сравниваем хорошие любительские фото
снятые на смартфон, в блестящие профессиональные фотографии, снятые с
Зеркалки. Сколько из того, что мы видим, — это камера … и сколько
глаз фотографа? Иногда трудно разделить два
вещи

Профессионалы могут добиться потрясающих результатов со смартфонами, но и любители могут
с небольшой дополнительной помощью. Одним из недостатков камер смартфонов является отсутствие
ручное управление (обычно даже меньше, чем у базового компактного
цифровая камера).В определенной степени это можно обойти,
с помощью дополнительных приложений, которые дают вам гораздо больший контроль над
неудобные старые настройки, такие как ISO, диафрагма, выдержка и баланс белого.
(Найдите в своем любимом магазине приложений такие ключевые слова, как «профессиональная фотография»
или «ручная фотография».) Вы также можете добавить к смартфону съемные линзы, чтобы обойти недостатки
объектив с фиксированным фокусным расстоянием (хотя тут ничего не поделаешь)
о крошечном датчике изображения худшего качества). Как только ваши фотографии будут
надежно закреплены, есть множество приложений для редактирования фотографий для смартфонов, в том числе уменьшенное,
бесплатная версия PhotoShop, которая поможет вам ретушировать любительскую
«посеять уши» в профессиональные «шелковые кошельки».«

Так зачем все же покупать цифровые?

Поскольку сейчас у многих людей есть смартфоны, реальный вопрос
нужна ли вам еще и цифровая камера. Очень трудно увидеть
аргумент в пользу компактов наведи и стреляй больше: для социальных сетей
щелкает, большинство из нас может обойтись своими телефонами. Для этого сайта я использую много макросов
фотографии — крупные планы схем и механических частей — с моим Ixus, которые я не мог
захватить с LG, так что я не собираюсь прыгать с корабля в ближайшее время.

Если вы хотите делать фотографии профессионального качества, сравнивать между
смартфоны и зеркалки.Первоклассная зеркалка обеспечивает лучшее качество изображения
датчик (до 50 раз больше, чем в
смартфон) и гораздо лучший объектив:
эти две принципиально важные вещи делают «сырое» изображение
от зеркалки намного лучше. Добавьте все эти неудобные инструкции
управления у вас есть на DSLR, и вы сможете снимать далеко
больший диапазон фотографий при гораздо более широком диапазоне освещения
условия. Если вы действительно заботитесь о качестве своих фотографий,
мгновенная загрузка на сайты обмена может быть менее важной
соображение: вы захотите просматривать свои фотографии на большом мониторе,
ретушируйте их и делитесь ими только тогда, когда будете счастливы.Сказав
что теперь вы можете купить гибридные цифровые камеры со встроенным Wi-Fi,
предлагают удобство мгновенного обмена, аналогичное смартфонам. И из
Конечно, ничто не мешает носить с собой смартфон и зеркалку.
если вы действительно хотите получить лучшее из обоих миров!

Краткая история фотографии

Artwork: Оригинальная цифровая камера, изобретенная в 1970-х годах Стивеном Сассоном, немного напоминала старый.
видеокамера и нужен был отдельный монитор воспроизведения. Сначала (вверху) вы сделали фотографии с помощью камеры (синяя), которая использовала ПЗС-матрицу для записи их на магнитную ленту (красная).Позже (внизу), когда вы вернулись домой, вы достали ленту, вставили ее в компьютер (оранжевый) и просмотрели сделанные вами снимки на мониторе компьютера или телевизоре (зеленый). Изображение из патента США 4 131919: Электронный фотоаппарат Гарета А. Ллойда, Стивена Дж. Сассона любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

• 4 век до нашей эры: Китайцы изобрели камеру-обскуру (затемненная комната с дырой в шторах, которая проецирует изображение внешнего мира на дальнюю стену).
• Конец 1700-х: Thomas Wedgwood (1771–1805) и Сэр Хэмфри Дэви (1778–1829),
  два английских ученых провели первые эксперименты, пытаясь записать изображения на светочувствительной бумаге.Их фото не было
  постоянный: они стали черными, если не хранились постоянно в темном месте.
• 1827: французский Джозеф Нисефор Ньепс (1765–1833) сделал первый в мире
  фотографии. Его метод не годился для портретов людей, потому что затвор камеры нужно было оставлять открытым в течение восьми часов.
• 1839: Французский художник сцены из оперного театра Луи Дагер (1787–1851) объявил об изобретении фотографий на серебряных пластинах, которые стали известны как дагерротипы.
• 1839: Уильям Генри Фокс Талбот (1800–1877) изобрел фотографический негатив.
• 1851: британский художник и фотограф Фредерик Скотт Арчер (1813–1857) изобрел способ делать резкие фотографии на влажных стеклянных пластинах.
• 1870-е: Британский врач Доктор Ричард Мэддокс (1816–1902) разработал способ фотографирования с использованием сухих пластинок и желатина.
• 1883: американский изобретатель Джордж Истман (1854–1932) изобрел современную фотопленку.
• 1888: Джордж Истман выпустил на рынок свою простую в использовании камеру Kodak. Его девизом было: «Вы нажимаете кнопку, а мы делаем все остальное».
• 1947: Эдвин Лэнд (1909–1991) изобрел мгновенную поляроидную камеру.
• 1963: Эдвин Лэнд изобрел цветную поляроидную камеру.
• 1975: американский инженер-электрик Стивен Сассон вместе с Гаретом Ллойдом из Eastman Kodak изобрел первую электронную камеру на основе ПЗС.
• 1990-е: Цифровые фотоаппараты стали популярными, постепенно снимая пленочные фотоаппараты.
• 2000-е: Современные мобильные телефоны со встроенными цифровыми камерами начали делать автономные цифровые камеры ненужными для повседневной фотосъемки.

Как работают цифровые фотоаппараты?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 1 ноября 2020 г.

Цифровые фотоаппараты дают совершенно новый
смысл идеи рисования цифрами.
В отличие от пленочных фотоаппаратов старого образца, они захватывают и записывают изображения
окружающий мир с помощью цифровых технологий. Другими словами, они хранят
фотографии не как узоры тьмы и света, а как длинные цепочки чисел.У этого есть много преимуществ:
дает нам мгновенные фотографии, позволяет редактировать наши изображения и
упрощает нам обмен фотографиями с помощью мобильных телефонов (мобильных
телефоны), электронную почту и веб-сайты.

Фото: типичный недорогой цифровой фотоаппарат. Круг — это линза;
прямоугольник над ним — ксеноновая лампа-вспышка.
Вы можете увидеть, как эта камера выглядит внутри, на фото ниже на этой странице.

Как работают обычные пленочные фотоаппараты

Фото: пленочный фотоаппарат старого образца с конца
1980-е гг.Пленка загружается в катушку справа и перематывается на другую.
катушка слева, по пути проходящая перед линзой. Когда ты
сделай фото, затвор позволяет
свет попадает из объектива и экспонирует пленку.
Это все очень похоже на 19 век по сравнению с цифровой фотографией!

Если у вас есть фотоаппарат старого образца, вы поймете, что он бесполезен.
без одного жизненно важного оборудования: пленки . Пленка — это длинная катушка
из гибкого пластика, покрытого специальными химикатами (на основе соединений серебра)
чувствительные к свету.Чтобы свет не испортил пленку, ее заворачивают внутрь жесткой,
светонепроницаемый пластиковый цилиндр — вещь, которую вы вставляете в фотоаппарат.

Если вы хотите сделать снимок пленочной камерой, вам нужно нажать кнопку
кнопка. Это приводит в действие механизм, называемый затвором, который заставляет
отверстие (диафрагма) на короткое время открывается в передней части камеры, позволяя
свет проникает через линзу (толстый кусок
стекло или пластик
установлен спереди). Свет вызывает реакции в
химикаты на пленке, таким образом сохраняя изображение перед вами.

Это не
Однако это конец процесса. Когда фильм заполнен, ты
нужно отнести в аптеку (аптеку), чтобы это было
развитый. Обычно это включает размещение пленки в огромном
автоматическая проявочная машина. Машина открывает фильм
контейнер, вытаскивает пленку и окунает ее в другие химические вещества.
чтобы ваши фотографии появились. Этот процесс превращает фильм в серию
«негативных» картинок — призрачных перевернутых версий
то, что вы на самом деле видели. На негативе черные области выглядят светлыми и
наоборот, и все цвета тоже выглядят странно, потому что негатив
хранит их как противоположности.Как только машина произведет
негативы, он использует их для печати (готовых версий) ваших
фотографии.

Если вы хотите сделать только одну или две фотографии, все это может быть немного
неприятность. Большинство людей теряют фотографии
просто чтобы «закончить фильм». Часто приходится ждать
несколько дней на проявку пленки и распечатки (
готовые фотографии) вернулся к вам. Неудивительно, что
цифровая фотография стала очень популярной, потому что она решает
все эти проблемы одним махом.

(Кстати, если вы хотите узнать больше о пленочных фотоаппаратах и ​​традиционной фотографии,
см. нашу основную статью о том, как работают пленочные фотоаппараты.)

Как работают цифровые фотоаппараты

Фото: типичный датчик изображения. Зеленый прямоугольник в центре (размером с ноготь) — это светочувствительная часть; золотые провода, идущие от него, подключают его к цепи камеры.

Цифровые фотоаппараты очень похожи на обычные пленочные фотоаппараты, но работают в
совершенно другой способ.Когда вы нажимаете кнопку, чтобы взять
сфотографировать цифровым фотоаппаратом, диафрагма открывается в передней части
камера и свет проходит через объектив.
Пока что это как пленочный фотоаппарат.
Однако с этого момента все по-другому. Нет пленки в цифровом
камера. Вместо этого есть кусок
электронное оборудование, которое
улавливает падающие световые лучи и превращает их в электрические
сигналы. Этот световой датчик может быть одного из двух типов: с зарядовой связью.
устройство (CCD) или датчик изображения CMOS .

Если вы когда-нибудь смотрели на экран телевизора, закройте
вверх, вы заметите, что изображение состоит из миллионов крошечных
цветные точки или квадраты называются пикселями . ЖК-экраны ноутбуков также создают изображения с помощью пикселей, хотя они
часто слишком мал, чтобы увидеть. На экране телевизора или компьютера,
электронное оборудование включает и выключает все эти цветные пиксели
очень быстро. Свет от экрана попадает в ваши глаза и
мозг обманом заставляет увидеть большую движущуюся картинку.

В цифровом фотоаппарате происходит прямо противоположное. Свет от
объект, который вы фотографируете, приближается к объективу камеры. Этот входящий
«Картинка» попадает на чип датчика изображения, который разбивает ее на миллионы
пикселей. Датчик измеряет цвет и яркость каждого пикселя.
и сохраняет его как число. Ваша цифровая фотография эффективно
невероятно длинная строка чисел, описывающая точные детали
каждого содержащегося в нем пикселя.
Вы можете узнать больше о том, как датчик изображения создает цифровое изображение в нашем
статья о веб-камерах.

Как в цифровых камерах используются цифровые технологии

После того, как изображение сохранено в числовой форме, вы можете делать все, что угодно.
с этим. Подключите цифровую камеру к компьютеру, и вы сможете
скачать сделанные вами изображения и загрузить их в такие программы, как PhotoShop
чтобы отредактировать их или оживить. Или вы можете загружать их на веб-сайты, отправлять по электронной почте друзьям и т. Д.
на. Это возможно, потому что ваши фотографии хранятся в цифровом формате.
формат и всевозможные другие цифровые гаджеты — от
MP3-плееры iPod на
от мобильных телефонов и компьютеров до фотопринтеров — используйте цифровые
технологии тоже.Цифровой — это своего рода язык, на котором все электронные
гаджеты «говорят» сегодня.

Фото: Цифровые фотоаппараты намного удобнее
чем пленочные фотоаппараты. Вы можете сразу увидеть, как изображение будет выглядеть на ЖК-дисплее.
экран на спине. Если с вашей картинкой не все в порядке, вы можете просто удалить ее и попробовать
очередной раз. Вы не можете этого сделать с пленочной камерой. Цифровые фотоаппараты означают
фотографы могут быть более креативными и экспериментальными.

Если вы откроете цифровую фотографию в программе рисования (редактирования изображений),
вы можете изменить его разными способами.Такая программа работает
путем корректировки чисел, которые представляют каждый пиксель изображения. Так,
если вы нажмете на элемент управления, который сделает изображение на 20 процентов ярче,
программа по очереди перебирает все числа для каждого пикселя и
увеличивает их на 20 процентов. Если вы зеркально отразите изображение (переверните его
по горизонтали), программа меняет последовательность чисел на обратную.
магазины, поэтому они работают в противоположном направлении. Что вы видите на
Экран — это изображение, изменяющееся по мере того, как вы редактируете или манипулируете им. Но что
вы не видите, меняет ли программа рисования все числа в
фон.

Некоторые из этих методов редактирования изображений встроены в более сложные
цифровые фотоаппараты. У вас может быть камера с оптическим зумом и
цифровой зум. Оптический зум означает, что объектив перемещается внутрь и наружу.
для увеличения или уменьшения входящего изображения при попадании на ПЗС-матрицу. А
цифровой зум означает, что микрочип внутри камеры взрывает
входящее изображение без фактического перемещения объектива.
Таким образом, как и при приближении к телевизору, качество изображения ухудшается.
Короче говоря, оптическое увеличение делает изображения больше и такими же четкими, но
цифровое зуммирование делает изображения больше и более размытыми.

Почему цифровые камеры сжимают изображения

Представьте на мгновение, что вы — чип считывания изображения CCD или CMOS. Выгляни в окно и попробуй
выяснить, как бы вы могли хранить детали вида, который вы видите.
Во-первых, вам нужно разделить изображение на сетку квадратов.
Итак, вам нужно нарисовать воображаемую сетку поверх окна.
Затем вам нужно будет измерить цвет и яркость каждого
пиксель в сетке. Наконец, вам придется написать все эти
измерения вниз как числа.Если вы измерили цвет и
яркость для шести миллионов пикселей и записал оба значения как
чисел, вы получите строку из миллионов чисел — просто чтобы
хранить одну фотографию! Вот почему качественные цифровые изображения часто
создавать огромные файлы на вашем компьютере. Каждого может быть несколько
размером в мегабайты (миллионы символов).

Чтобы обойти это, цифровые фотоаппараты, компьютеры и другие цифровые устройства
используйте технику под названием сжатие . Сжатие — это математический трюк
это включает сжатие цифровых фотографий
поэтому их можно хранить с меньшим количеством номеров и меньшим объемом памяти.Одна из популярных форм сжатия называется JPG (произносится как J-PEG, что
расшифровывается как Joint
Photographic Experts Group имени ученых и математиков
кто придумал идею). JPG известен как «с потерями»
сжатие, потому что, когда фотографии сжимаются таким образом, некоторые
информация потеряна и не может быть восстановлена. JPG высокого разрешения
использовать много места в памяти и выглядеть очень четко; использование файлов JPG с низким разрешением
гораздо меньше места и выглядят более размытыми. Вы можете узнать больше о
сжатие в нашей статье о MP3
игроков.

Большинство цифровых фотоаппаратов имеют настройки, позволяющие делать снимки с более высоким или более высоким разрешением.
более низкие разрешения. Если вы выберете высокое разрешение, камера сможет
хранить на карте памяти меньше изображений, но
они намного лучшего качества. Выберите низкое разрешение, и вы получите больше изображений, но
качество не будет таким хорошим. Изображения с низким разрешением сохраняются с большим сжатием.

Превращение обычных фотографий в цифровые фотографии

Есть
способ превратить фотографии с обычного пленочного фотоаппарата в цифровые
фотографии — отсканировав их.Сканер — это часть компьютера
оборудование, похожее на небольшой копировальный аппарат
но работает как
цифровая камера. Когда вы помещаете фотографии в сканер, свет сканирует
поперек них, превращая их в строки пикселей и, таким образом, в
цифровые изображения, которые вы можете просматривать на своем компьютере.

Что такое «беззеркальные» фотоаппараты?

Фактически существует четыре различных типа цифровых фотоаппаратов. Самый простой, известный как наведи и стреляй, , имеет объектив
для захвата света (который может или не может увеличиваться), датчик изображения, чтобы преобразовать узор света в цифровую форму, и ЖК-экран на задней панели для просмотра ваших фотографий.На противоположном конце спектра фотоаппараты DSLR (Digital Single Lens Reflex) выглядят как традиционные профессиональные пленочные фотоаппараты и имеют внутри движущееся откидное зеркало, которое позволяет вам просматривать точную картинку, которую вы собираетесь снимать, через объектив ( объяснение того, как работает SLR, можно найти в нашей статье о пленочных камерах). Самая последняя инновация, беззеркальные цифровые фотоаппараты , представляет собой своего рода гибрид этих двух конструкций: они отказываются от
система шарнирных зеркал в пользу ЖК-видоискателя с более высоким разрешением, установленного ближе к датчику изображения, что делает их меньше, легче, быстрее и тише.Наконец, есть камеры для смартфонов , которые напоминают модели «наведи и снимай», но не имеют таких функций, как оптический зум.

Чем цифровые фотоаппараты соотносятся с фотоаппаратами смартфонов?

Из того, что я сказал до сих пор, вы можете видеть, что цифровые камеры — замечательная вещь, если вы
сравнивая их со старыми пленочными фотоаппаратами. Благодаря превосходному ультрасовременному изображению
датчиков, на самом деле нет веских причин (кроме ностальгического предпочтения
аналоговая технология) для использования пленки.Вас простят за то, что вы думаете, что продажи цифровых фотоаппаратов будут
взрывается в результате, но вы ошибаетесь. За последние несколько лет,
продажи цифровых фотоаппаратов падают одновременно с двузначным числом
с массовым ростом количества смартфонов и планшетов (которые сейчас продаются
более
чем 1,5 миллиарда каждый год). Посетите сайт обмена фотографиями, например
Flickr, и вы обнаружите, что самые популярные «камеры» на самом деле
телефоны: в сентябре 2019 г., когда я обновляю эту статью,
Все пять лучших камер Flickr
айфоны.Есть ли веская причина для владения автономным цифровым
камеры больше или теперь можно все делать с камерой телефона?

Фото: плюсы и минусы цифровых фотоаппаратов и смартфонов резюмированы на трех фотографиях. Даже цифровые камеры типа «наведи и снимай», такие как мой старый Canon Ixus, имеют большие, лучшие телескопические линзы (вверху) и сенсоры по сравнению с таковыми в лучших камерах для смартфонов, таких как мой новый LG (в центре). Но смартфоны, несомненно, имеют отличные возможности подключения, и у них большие, лучшие и четкие экраны (внизу).Здесь вы можете увидеть огромный экран моего смартфона, изображенный на превью фотографии на крошечном экране Canon.

Датчики и экраны

Сделайте шаг назад на десять лет, и не будет никакого сравнения между
грубые и неуклюжие снимки камер на мобильных телефонах и даже на самых
посредственные компактные цифровые фотоаппараты. В то время как цифровые устройства хвастались
постоянно увеличивающееся количество мегапикселей, мобильные телефоны сделали грубые снимки
немного лучше, чем у обычной веб-камеры (1
Мегапиксель или меньше было обычным явлением).Теперь все изменилось.
Цифровая камера Canon Ixus / Powershot 10-летней давности, которую я обычно использую, имеет разрешение 7,1 мегапикселя.
отлично подходит почти для всего, что я когда-либо хотел
делать. Мой новый смартфон LG имеет разрешение 13 мегапикселей, что
(по крайней мере теоретически) звучит так, как будто он должен быть вдвое лучше.

Но ждать! «Мегапиксели» — это маркетинговая уловка, вводящая в заблуждение: действительно важен размер
и качество самих датчиков изображения. Как правило, чем больше
датчик, тем лучше снимки.Сравнивая необработанные технические данные, Canon Ixus заявляет о ПЗС-матрицах размером 1 / 2,5 дюйма.
в то время как LG имеет 1 / 3,06-дюймовую CMOS (более новый, несколько иной тип сенсорного чипа).
Что на самом деле означают эти числа?
Измерения сенсора основаны на бесполезной запутанной математике, которую я не собираюсь здесь объяснять, и
Вы можете поверить в то, что обе эти камеры имеют крошечные сенсоры, примерно вдвое меньше ногтя на мизинце (измерения менее 5 мм в каждом направлении), хотя сенсор Canon значительно больше.
Digital Ixus, хотя на восемь лет старше смартфона LG и имеет вдвое меньше «мегапикселей»,
имеет значительно больший сенсорный чип, который, вероятно, превзойдет LG,
особенно в условиях низкой освещенности.

Canon также набирает намного лучше, чем на телескопический объектив.
(технически оцененный 5,8–17,4 мм, что эквивалентно 35–105 мм) — лучшее качество и телескопический при загрузке — который может снимать все с бесконечного расстояния
пейзажи и макро-снимки пауков и мух крупным планом. Но у меня есть
загрузить свои фотографии в компьютер, чтобы понять, насколько они хороши или плохи
потому что у Canon есть только крошечный 6-сантиметровый (2,5-дюймовый) ЖК-экран.
LG более чем в два раза лучше по диагонали экрана — 14 см (5.5 дюймов) «монитор».
По оценкам Canon, экран Ixus имеет 230 000 пикселей, а LG
может похвастаться четырехъядерным HD (2560 × 1440 пикселей), что примерно в шестнадцать раз больше.
Возможно, я не смогу делать более качественные фотографии с помощью LG, но, по крайней мере, я могу мгновенно оценить и оценить их на экране, не уступающем HD-телевизору (хотя и карманного размера).

Имейте в виду, что мой Canon — это всего лишь компактный, наведи и снимай, так что это не совсем
справедливое сравнение того, чего можно достичь с помощью действительно хорошей цифровой камеры и действительно хорошего смартфона.Мой LG лучше всех камер для смартфонов, но Ixus далеко не так хорош.
как лучшие цифровые фотоаппараты. Профессиональная цифровая зеркальная фотокамера будет иметь датчик , намного больший, чем у смартфона — до 3,6 см × 2,4 см, поэтому она сможет захватывать действительно мелкие детали даже при самом низком уровне освещенности.
У него также будет более крупный и лучший экран и лучшие (сменные) линзы.

Фото: это крупный план камеры внутри LG (со снятой крышкой).Что ты смотришь
А вот и объектив: чип датчика изображения находится прямо под ним. (Если неясно, я указываю на красную ручку.)

Социальные сети

Конечно, где камеры смартфонов действительно забивают, так это в «смартфонах».
отдела: по сути, это компьютеры, которые можно легко достать из кармана.
портативный и всегда онлайн. Так что вы не только с большей вероятностью
делать случайные фотографии (потому что у вас всегда есть фотоаппарат), но
вы можете мгновенно загрузить свои снимки в Instagram с метким названием,
Facebook или Twitter.И это настоящая причина, по которой смартфон
камеры превзошли цифровые модели старой школы: сама фотография
изменен с цифрового эквивалента дагерротипа XIX века
(само по себе возврат к портретным картинам старых времен) к чему-то
более непринужденный, немедленный и, конечно же, социальный . Для
цели Facebook или Twitter, часто просматриваемые на мобильных устройствах с маленьким экраном
устройств, вам не нужно больше пары мегапикселей, самое большее.
(Убедитесь в этом сами, загрузив изображение в высоком разрешении из Instagram или
Flickr, и редко бывает больше пары сотен
размер в килобайтах и ​​не более 1000 мегапикселей в каждом измерении,
всего меньше одного мегапикселя.) Даже лучше
сайты обмена фотографиями, такие как Instagram и Flickr, большинство людей будут
никогда не просматривайте фотографии в многомегапиксельном разрешении:
они просто не поместились бы на экране. Таким образом, даже если ваш смартфон не имеет большого количества мегапикселей, он
на самом деле не имеет значения: большинство людей просматривают ваши фотографии на своих
смартфоны не заметят — или не позаботятся. Социальные сети — значит никогда не иметь
сказать, что вам жаль, что вы забыли свою зеркалку и у вас был только iPhone!

Дополнения для смартфонов

Совершенно верно, что первоклассные фотографии
Canon или Nikon DSLR превзойдут, без сомнения, снимки даже с
лучшие смартфоны, но это часто потому, что это не
равное сравнение.Часто сравниваем хорошие любительские фото
снятые на смартфон, в блестящие профессиональные фотографии, снятые с
Зеркалки. Сколько из того, что мы видим, — это камера … и сколько
глаз фотографа? Иногда трудно разделить два
вещи

Профессионалы могут добиться потрясающих результатов со смартфонами, но и любители могут
с небольшой дополнительной помощью. Одним из недостатков камер смартфонов является отсутствие
ручное управление (обычно даже меньше, чем у базового компактного
цифровая камера).В определенной степени это можно обойти,
с помощью дополнительных приложений, которые дают вам гораздо больший контроль над
неудобные старые настройки, такие как ISO, диафрагма, выдержка и баланс белого.
(Найдите в своем любимом магазине приложений такие ключевые слова, как «профессиональная фотография»
или «ручная фотография».) Вы также можете добавить к смартфону съемные линзы, чтобы обойти недостатки
объектив с фиксированным фокусным расстоянием (хотя тут ничего не поделаешь)
о крошечном датчике изображения худшего качества). Как только ваши фотографии будут
надежно закреплены, есть множество приложений для редактирования фотографий для смартфонов, в том числе уменьшенное,
бесплатная версия PhotoShop, которая поможет вам ретушировать любительскую
«посеять уши» в профессиональные «шелковые кошельки».«

Так зачем все же покупать цифровые?

Поскольку сейчас у многих людей есть смартфоны, реальный вопрос
нужна ли вам еще и цифровая камера. Очень трудно увидеть
аргумент в пользу компактов наведи и стреляй больше: для социальных сетей
щелкает, большинство из нас может обойтись своими телефонами. Для этого сайта я использую много макросов
фотографии — крупные планы схем и механических частей — с моим Ixus, которые я не мог
захватить с LG, так что я не собираюсь прыгать с корабля в ближайшее время.

Если вы хотите делать фотографии профессионального качества, сравнивать между
смартфоны и зеркалки.Первоклассная зеркалка обеспечивает лучшее качество изображения
датчик (до 50 раз больше, чем в
смартфон) и гораздо лучший объектив:
эти две принципиально важные вещи делают «сырое» изображение
от зеркалки намного лучше. Добавьте все эти неудобные инструкции
управления у вас есть на DSLR, и вы сможете снимать далеко
больший диапазон фотографий при гораздо более широком диапазоне освещения
условия. Если вы действительно заботитесь о качестве своих фотографий,
мгновенная загрузка на сайты обмена может быть менее важной
соображение: вы захотите просматривать свои фотографии на большом мониторе,
ретушируйте их и делитесь ими только тогда, когда будете счастливы.Сказав
что теперь вы можете купить гибридные цифровые камеры со встроенным Wi-Fi,
предлагают удобство мгновенного обмена, аналогичное смартфонам. И из
Конечно, ничто не мешает носить с собой смартфон и зеркалку.
если вы действительно хотите получить лучшее из обоих миров!

Краткая история фотографии

Artwork: Оригинальная цифровая камера, изобретенная в 1970-х годах Стивеном Сассоном, немного напоминала старый.
видеокамера и нужен был отдельный монитор воспроизведения. Сначала (вверху) вы сделали фотографии с помощью камеры (синяя), которая использовала ПЗС-матрицу для записи их на магнитную ленту (красная).Позже (внизу), когда вы вернулись домой, вы достали ленту, вставили ее в компьютер (оранжевый) и просмотрели сделанные вами снимки на мониторе компьютера или телевизоре (зеленый). Изображение из патента США 4 131919: Электронный фотоаппарат Гарета А. Ллойда, Стивена Дж. Сассона любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

• 4 век до нашей эры: Китайцы изобрели камеру-обскуру (затемненная комната с дырой в шторах, которая проецирует изображение внешнего мира на дальнюю стену).
• Конец 1700-х: Thomas Wedgwood (1771–1805) и Сэр Хэмфри Дэви (1778–1829),
  два английских ученых провели первые эксперименты, пытаясь записать изображения на светочувствительной бумаге.Их фото не было
  постоянный: они стали черными, если не хранились постоянно в темном месте.
• 1827: французский Джозеф Нисефор Ньепс (1765–1833) сделал первый в мире
  фотографии. Его метод не годился для портретов людей, потому что затвор камеры нужно было оставлять открытым в течение восьми часов.
• 1839: Французский художник сцены из оперного театра Луи Дагер (1787–1851) объявил об изобретении фотографий на серебряных пластинах, которые стали известны как дагерротипы.
• 1839: Уильям Генри Фокс Талбот (1800–1877) изобрел фотографический негатив.
• 1851: британский художник и фотограф Фредерик Скотт Арчер (1813–1857) изобрел способ делать резкие фотографии на влажных стеклянных пластинах.
• 1870-е: Британский врач Доктор Ричард Мэддокс (1816–1902) разработал способ фотографирования с использованием сухих пластинок и желатина.
• 1883: американский изобретатель Джордж Истман (1854–1932) изобрел современную фотопленку.
• 1888: Джордж Истман выпустил на рынок свою простую в использовании камеру Kodak. Его девизом было: «Вы нажимаете кнопку, а мы делаем все остальное».
• 1947: Эдвин Лэнд (1909–1991) изобрел мгновенную поляроидную камеру.
• 1963: Эдвин Лэнд изобрел цветную поляроидную камеру.
• 1975: американский инженер-электрик Стивен Сассон вместе с Гаретом Ллойдом из Eastman Kodak изобрел первую электронную камеру на основе ПЗС.
• 1990-е: Цифровые фотоаппараты стали популярными, постепенно снимая пленочные фотоаппараты.
• 2000-е: Современные мобильные телефоны со встроенными цифровыми камерами начали делать автономные цифровые камеры ненужными для повседневной фотосъемки.

Как работают цифровые фотоаппараты?

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 1 ноября 2020 г.

Цифровые фотоаппараты дают совершенно новый
смысл идеи рисования цифрами.
В отличие от пленочных фотоаппаратов старого образца, они захватывают и записывают изображения
окружающий мир с помощью цифровых технологий. Другими словами, они хранят
фотографии не как узоры тьмы и света, а как длинные цепочки чисел.У этого есть много преимуществ:
дает нам мгновенные фотографии, позволяет редактировать наши изображения и
упрощает нам обмен фотографиями с помощью мобильных телефонов (мобильных
телефоны), электронную почту и веб-сайты.

Фото: типичный недорогой цифровой фотоаппарат. Круг — это линза;
прямоугольник над ним — ксеноновая лампа-вспышка.
Вы можете увидеть, как эта камера выглядит внутри, на фото ниже на этой странице.

Как работают обычные пленочные фотоаппараты

Фото: пленочный фотоаппарат старого образца с конца
1980-е гг.Пленка загружается в катушку справа и перематывается на другую.
катушка слева, по пути проходящая перед линзой. Когда ты
сделай фото, затвор позволяет
свет попадает из объектива и экспонирует пленку.
Это все очень похоже на 19 век по сравнению с цифровой фотографией!

Если у вас есть фотоаппарат старого образца, вы поймете, что он бесполезен.
без одного жизненно важного оборудования: пленки . Пленка — это длинная катушка
из гибкого пластика, покрытого специальными химикатами (на основе соединений серебра)
чувствительные к свету.Чтобы свет не испортил пленку, ее заворачивают внутрь жесткой,
светонепроницаемый пластиковый цилиндр — вещь, которую вы вставляете в фотоаппарат.

Если вы хотите сделать снимок пленочной камерой, вам нужно нажать кнопку
кнопка. Это приводит в действие механизм, называемый затвором, который заставляет
отверстие (диафрагма) на короткое время открывается в передней части камеры, позволяя
свет проникает через линзу (толстый кусок
стекло или пластик
установлен спереди). Свет вызывает реакции в
химикаты на пленке, таким образом сохраняя изображение перед вами.

Это не
Однако это конец процесса. Когда фильм заполнен, ты
нужно отнести в аптеку (аптеку), чтобы это было
развитый. Обычно это включает размещение пленки в огромном
автоматическая проявочная машина. Машина открывает фильм
контейнер, вытаскивает пленку и окунает ее в другие химические вещества.
чтобы ваши фотографии появились. Этот процесс превращает фильм в серию
«негативных» картинок — призрачных перевернутых версий
то, что вы на самом деле видели. На негативе черные области выглядят светлыми и
наоборот, и все цвета тоже выглядят странно, потому что негатив
хранит их как противоположности.Как только машина произведет
негативы, он использует их для печати (готовых версий) ваших
фотографии.

Если вы хотите сделать только одну или две фотографии, все это может быть немного
неприятность. Большинство людей теряют фотографии
просто чтобы «закончить фильм». Часто приходится ждать
несколько дней на проявку пленки и распечатки (
готовые фотографии) вернулся к вам. Неудивительно, что
цифровая фотография стала очень популярной, потому что она решает
все эти проблемы одним махом.

(Кстати, если вы хотите узнать больше о пленочных фотоаппаратах и ​​традиционной фотографии,
см. нашу основную статью о том, как работают пленочные фотоаппараты.)

Как работают цифровые фотоаппараты

Фото: типичный датчик изображения. Зеленый прямоугольник в центре (размером с ноготь) — это светочувствительная часть; золотые провода, идущие от него, подключают его к цепи камеры.

Цифровые фотоаппараты очень похожи на обычные пленочные фотоаппараты, но работают в
совершенно другой способ.Когда вы нажимаете кнопку, чтобы взять
сфотографировать цифровым фотоаппаратом, диафрагма открывается в передней части
камера и свет проходит через объектив.
Пока что это как пленочный фотоаппарат.
Однако с этого момента все по-другому. Нет пленки в цифровом
камера. Вместо этого есть кусок
электронное оборудование, которое
улавливает падающие световые лучи и превращает их в электрические
сигналы. Этот световой датчик может быть одного из двух типов: с зарядовой связью.
устройство (CCD) или датчик изображения CMOS .

Если вы когда-нибудь смотрели на экран телевизора, закройте
вверх, вы заметите, что изображение состоит из миллионов крошечных
цветные точки или квадраты называются пикселями . ЖК-экраны ноутбуков также создают изображения с помощью пикселей, хотя они
часто слишком мал, чтобы увидеть. На экране телевизора или компьютера,
электронное оборудование включает и выключает все эти цветные пиксели
очень быстро. Свет от экрана попадает в ваши глаза и
мозг обманом заставляет увидеть большую движущуюся картинку.

В цифровом фотоаппарате происходит прямо противоположное. Свет от
объект, который вы фотографируете, приближается к объективу камеры. Этот входящий
«Картинка» попадает на чип датчика изображения, который разбивает ее на миллионы
пикселей. Датчик измеряет цвет и яркость каждого пикселя.
и сохраняет его как число. Ваша цифровая фотография эффективно
невероятно длинная строка чисел, описывающая точные детали
каждого содержащегося в нем пикселя.
Вы можете узнать больше о том, как датчик изображения создает цифровое изображение в нашем
статья о веб-камерах.

Как в цифровых камерах используются цифровые технологии

После того, как изображение сохранено в числовой форме, вы можете делать все, что угодно.
с этим. Подключите цифровую камеру к компьютеру, и вы сможете
скачать сделанные вами изображения и загрузить их в такие программы, как PhotoShop
чтобы отредактировать их или оживить. Или вы можете загружать их на веб-сайты, отправлять по электронной почте друзьям и т. Д.
на. Это возможно, потому что ваши фотографии хранятся в цифровом формате.
формат и всевозможные другие цифровые гаджеты — от
MP3-плееры iPod на
от мобильных телефонов и компьютеров до фотопринтеров — используйте цифровые
технологии тоже.Цифровой — это своего рода язык, на котором все электронные
гаджеты «говорят» сегодня.

Фото: Цифровые фотоаппараты намного удобнее
чем пленочные фотоаппараты. Вы можете сразу увидеть, как изображение будет выглядеть на ЖК-дисплее.
экран на спине. Если с вашей картинкой не все в порядке, вы можете просто удалить ее и попробовать
очередной раз. Вы не можете этого сделать с пленочной камерой. Цифровые фотоаппараты означают
фотографы могут быть более креативными и экспериментальными.

Если вы откроете цифровую фотографию в программе рисования (редактирования изображений),
вы можете изменить его разными способами.Такая программа работает
путем корректировки чисел, которые представляют каждый пиксель изображения. Так,
если вы нажмете на элемент управления, который сделает изображение на 20 процентов ярче,
программа по очереди перебирает все числа для каждого пикселя и
увеличивает их на 20 процентов. Если вы зеркально отразите изображение (переверните его
по горизонтали), программа меняет последовательность чисел на обратную.
магазины, поэтому они работают в противоположном направлении. Что вы видите на
Экран — это изображение, изменяющееся по мере того, как вы редактируете или манипулируете им. Но что
вы не видите, меняет ли программа рисования все числа в
фон.

Некоторые из этих методов редактирования изображений встроены в более сложные
цифровые фотоаппараты. У вас может быть камера с оптическим зумом и
цифровой зум. Оптический зум означает, что объектив перемещается внутрь и наружу.
для увеличения или уменьшения входящего изображения при попадании на ПЗС-матрицу. А
цифровой зум означает, что микрочип внутри камеры взрывает
входящее изображение без фактического перемещения объектива.
Таким образом, как и при приближении к телевизору, качество изображения ухудшается.
Короче говоря, оптическое увеличение делает изображения больше и такими же четкими, но
цифровое зуммирование делает изображения больше и более размытыми.

Почему цифровые камеры сжимают изображения

Представьте на мгновение, что вы — чип считывания изображения CCD или CMOS. Выгляни в окно и попробуй
выяснить, как бы вы могли хранить детали вида, который вы видите.
Во-первых, вам нужно разделить изображение на сетку квадратов.
Итак, вам нужно нарисовать воображаемую сетку поверх окна.
Затем вам нужно будет измерить цвет и яркость каждого
пиксель в сетке. Наконец, вам придется написать все эти
измерения вниз как числа.Если вы измерили цвет и
яркость для шести миллионов пикселей и записал оба значения как
чисел, вы получите строку из миллионов чисел — просто чтобы
хранить одну фотографию! Вот почему качественные цифровые изображения часто
создавать огромные файлы на вашем компьютере. Каждого может быть несколько
размером в мегабайты (миллионы символов).

Чтобы обойти это, цифровые фотоаппараты, компьютеры и другие цифровые устройства
используйте технику под названием сжатие . Сжатие — это математический трюк
это включает сжатие цифровых фотографий
поэтому их можно хранить с меньшим количеством номеров и меньшим объемом памяти.Одна из популярных форм сжатия называется JPG (произносится как J-PEG, что
расшифровывается как Joint
Photographic Experts Group имени ученых и математиков
кто придумал идею). JPG известен как «с потерями»
сжатие, потому что, когда фотографии сжимаются таким образом, некоторые
информация потеряна и не может быть восстановлена. JPG высокого разрешения
использовать много места в памяти и выглядеть очень четко; использование файлов JPG с низким разрешением
гораздо меньше места и выглядят более размытыми. Вы можете узнать больше о
сжатие в нашей статье о MP3
игроков.

Большинство цифровых фотоаппаратов имеют настройки, позволяющие делать снимки с более высоким или более высоким разрешением.
более низкие разрешения. Если вы выберете высокое разрешение, камера сможет
хранить на карте памяти меньше изображений, но
они намного лучшего качества. Выберите низкое разрешение, и вы получите больше изображений, но
качество не будет таким хорошим. Изображения с низким разрешением сохраняются с большим сжатием.

Превращение обычных фотографий в цифровые фотографии

Есть
способ превратить фотографии с обычного пленочного фотоаппарата в цифровые
фотографии — отсканировав их.Сканер — это часть компьютера
оборудование, похожее на небольшой копировальный аппарат
но работает как
цифровая камера. Когда вы помещаете фотографии в сканер, свет сканирует
поперек них, превращая их в строки пикселей и, таким образом, в
цифровые изображения, которые вы можете просматривать на своем компьютере.

Что такое «беззеркальные» фотоаппараты?

Фактически существует четыре различных типа цифровых фотоаппаратов. Самый простой, известный как наведи и стреляй, , имеет объектив
для захвата света (который может или не может увеличиваться), датчик изображения, чтобы преобразовать узор света в цифровую форму, и ЖК-экран на задней панели для просмотра ваших фотографий.На противоположном конце спектра фотоаппараты DSLR (Digital Single Lens Reflex) выглядят как традиционные профессиональные пленочные фотоаппараты и имеют внутри движущееся откидное зеркало, которое позволяет вам просматривать точную картинку, которую вы собираетесь снимать, через объектив ( объяснение того, как работает SLR, можно найти в нашей статье о пленочных камерах). Самая последняя инновация, беззеркальные цифровые фотоаппараты , представляет собой своего рода гибрид этих двух конструкций: они отказываются от
система шарнирных зеркал в пользу ЖК-видоискателя с более высоким разрешением, установленного ближе к датчику изображения, что делает их меньше, легче, быстрее и тише.Наконец, есть камеры для смартфонов , которые напоминают модели «наведи и снимай», но не имеют таких функций, как оптический зум.

Чем цифровые фотоаппараты соотносятся с фотоаппаратами смартфонов?

Из того, что я сказал до сих пор, вы можете видеть, что цифровые камеры — замечательная вещь, если вы
сравнивая их со старыми пленочными фотоаппаратами. Благодаря превосходному ультрасовременному изображению
датчиков, на самом деле нет веских причин (кроме ностальгического предпочтения
аналоговая технология) для использования пленки.Вас простят за то, что вы думаете, что продажи цифровых фотоаппаратов будут
взрывается в результате, но вы ошибаетесь. За последние несколько лет,
продажи цифровых фотоаппаратов падают одновременно с двузначным числом
с массовым ростом количества смартфонов и планшетов (которые сейчас продаются
более
чем 1,5 миллиарда каждый год). Посетите сайт обмена фотографиями, например
Flickr, и вы обнаружите, что самые популярные «камеры» на самом деле
телефоны: в сентябре 2019 г., когда я обновляю эту статью,
Все пять лучших камер Flickr
айфоны.Есть ли веская причина для владения автономным цифровым
камеры больше или теперь можно все делать с камерой телефона?

Фото: плюсы и минусы цифровых фотоаппаратов и смартфонов резюмированы на трех фотографиях. Даже цифровые камеры типа «наведи и снимай», такие как мой старый Canon Ixus, имеют большие, лучшие телескопические линзы (вверху) и сенсоры по сравнению с таковыми в лучших камерах для смартфонов, таких как мой новый LG (в центре). Но смартфоны, несомненно, имеют отличные возможности подключения, и у них большие, лучшие и четкие экраны (внизу).Здесь вы можете увидеть огромный экран моего смартфона, изображенный на превью фотографии на крошечном экране Canon.

Датчики и экраны

Сделайте шаг назад на десять лет, и не будет никакого сравнения между
грубые и неуклюжие снимки камер на мобильных телефонах и даже на самых
посредственные компактные цифровые фотоаппараты. В то время как цифровые устройства хвастались
постоянно увеличивающееся количество мегапикселей, мобильные телефоны сделали грубые снимки
немного лучше, чем у обычной веб-камеры (1
Мегапиксель или меньше было обычным явлением).Теперь все изменилось.
Цифровая камера Canon Ixus / Powershot 10-летней давности, которую я обычно использую, имеет разрешение 7,1 мегапикселя.
отлично подходит почти для всего, что я когда-либо хотел
делать. Мой новый смартфон LG имеет разрешение 13 мегапикселей, что
(по крайней мере теоретически) звучит так, как будто он должен быть вдвое лучше.

Но ждать! «Мегапиксели» — это маркетинговая уловка, вводящая в заблуждение: действительно важен размер
и качество самих датчиков изображения. Как правило, чем больше
датчик, тем лучше снимки.Сравнивая необработанные технические данные, Canon Ixus заявляет о ПЗС-матрицах размером 1 / 2,5 дюйма.
в то время как LG имеет 1 / 3,06-дюймовую CMOS (более новый, несколько иной тип сенсорного чипа).
Что на самом деле означают эти числа?
Измерения сенсора основаны на бесполезной запутанной математике, которую я не собираюсь здесь объяснять, и
Вы можете поверить в то, что обе эти камеры имеют крошечные сенсоры, примерно вдвое меньше ногтя на мизинце (измерения менее 5 мм в каждом направлении), хотя сенсор Canon значительно больше.
Digital Ixus, хотя на восемь лет старше смартфона LG и имеет вдвое меньше «мегапикселей»,
имеет значительно больший сенсорный чип, который, вероятно, превзойдет LG,
особенно в условиях низкой освещенности.

Canon также набирает намного лучше, чем на телескопический объектив.
(технически оцененный 5,8–17,4 мм, что эквивалентно 35–105 мм) — лучшее качество и телескопический при загрузке — который может снимать все с бесконечного расстояния
пейзажи и макро-снимки пауков и мух крупным планом. Но у меня есть
загрузить свои фотографии в компьютер, чтобы понять, насколько они хороши или плохи
потому что у Canon есть только крошечный 6-сантиметровый (2,5-дюймовый) ЖК-экран.
LG более чем в два раза лучше по диагонали экрана — 14 см (5.5 дюймов) «монитор».
По оценкам Canon, экран Ixus имеет 230 000 пикселей, а LG
может похвастаться четырехъядерным HD (2560 × 1440 пикселей), что примерно в шестнадцать раз больше.
Возможно, я не смогу делать более качественные фотографии с помощью LG, но, по крайней мере, я могу мгновенно оценить и оценить их на экране, не уступающем HD-телевизору (хотя и карманного размера).

Имейте в виду, что мой Canon — это всего лишь компактный, наведи и снимай, так что это не совсем
справедливое сравнение того, чего можно достичь с помощью действительно хорошей цифровой камеры и действительно хорошего смартфона.Мой LG лучше всех камер для смартфонов, но Ixus далеко не так хорош.
как лучшие цифровые фотоаппараты. Профессиональная цифровая зеркальная фотокамера будет иметь датчик , намного больший, чем у смартфона — до 3,6 см × 2,4 см, поэтому она сможет захватывать действительно мелкие детали даже при самом низком уровне освещенности.
У него также будет более крупный и лучший экран и лучшие (сменные) линзы.

Фото: это крупный план камеры внутри LG (со снятой крышкой).Что ты смотришь
А вот и объектив: чип датчика изображения находится прямо под ним. (Если неясно, я указываю на красную ручку.)

Социальные сети

Конечно, где камеры смартфонов действительно забивают, так это в «смартфонах».
отдела: по сути, это компьютеры, которые можно легко достать из кармана.
портативный и всегда онлайн. Так что вы не только с большей вероятностью
делать случайные фотографии (потому что у вас всегда есть фотоаппарат), но
вы можете мгновенно загрузить свои снимки в Instagram с метким названием,
Facebook или Twitter.И это настоящая причина, по которой смартфон
камеры превзошли цифровые модели старой школы: сама фотография
изменен с цифрового эквивалента дагерротипа XIX века
(само по себе возврат к портретным картинам старых времен) к чему-то
более непринужденный, немедленный и, конечно же, социальный . Для
цели Facebook или Twitter, часто просматриваемые на мобильных устройствах с маленьким экраном
устройств, вам не нужно больше пары мегапикселей, самое большее.
(Убедитесь в этом сами, загрузив изображение в высоком разрешении из Instagram или
Flickr, и редко бывает больше пары сотен
размер в килобайтах и ​​не более 1000 мегапикселей в каждом измерении,
всего меньше одного мегапикселя.) Даже лучше
сайты обмена фотографиями, такие как Instagram и Flickr, большинство людей будут
никогда не просматривайте фотографии в многомегапиксельном разрешении:
они просто не поместились бы на экране. Таким образом, даже если ваш смартфон не имеет большого количества мегапикселей, он
на самом деле не имеет значения: большинство людей просматривают ваши фотографии на своих
смартфоны не заметят — или не позаботятся. Социальные сети — значит никогда не иметь
сказать, что вам жаль, что вы забыли свою зеркалку и у вас был только iPhone!

Дополнения для смартфонов

Совершенно верно, что первоклассные фотографии
Canon или Nikon DSLR превзойдут, без сомнения, снимки даже с
лучшие смартфоны, но это часто потому, что это не
равное сравнение.Часто сравниваем хорошие любительские фото
снятые на смартфон, в блестящие профессиональные фотографии, снятые с
Зеркалки. Сколько из того, что мы видим, — это камера … и сколько
глаз фотографа? Иногда трудно разделить два
вещи

Профессионалы могут добиться потрясающих результатов со смартфонами, но и любители могут
с небольшой дополнительной помощью. Одним из недостатков камер смартфонов является отсутствие
ручное управление (обычно даже меньше, чем у базового компактного
цифровая камера).В определенной степени это можно обойти,
с помощью дополнительных приложений, которые дают вам гораздо больший контроль над
неудобные старые настройки, такие как ISO, диафрагма, выдержка и баланс белого.
(Найдите в своем любимом магазине приложений такие ключевые слова, как «профессиональная фотография»
или «ручная фотография».) Вы также можете добавить к смартфону съемные линзы, чтобы обойти недостатки
объектив с фиксированным фокусным расстоянием (хотя тут ничего не поделаешь)
о крошечном датчике изображения худшего качества). Как только ваши фотографии будут
надежно закреплены, есть множество приложений для редактирования фотографий для смартфонов, в том числе уменьшенное,
бесплатная версия PhotoShop, которая поможет вам ретушировать любительскую
«посеять уши» в профессиональные «шелковые кошельки».«

Так зачем все же покупать цифровые?

Поскольку сейчас у многих людей есть смартфоны, реальный вопрос
нужна ли вам еще и цифровая камера. Очень трудно увидеть
аргумент в пользу компактов наведи и стреляй больше: для социальных сетей
щелкает, большинство из нас может обойтись своими телефонами. Для этого сайта я использую много макросов
фотографии — крупные планы схем и механических частей — с моим Ixus, которые я не мог
захватить с LG, так что я не собираюсь прыгать с корабля в ближайшее время.

Если вы хотите делать фотографии профессионального качества, сравнивать между
смартфоны и зеркалки.Первоклассная зеркалка обеспечивает лучшее качество изображения
датчик (до 50 раз больше, чем в
смартфон) и гораздо лучший объектив:
эти две принципиально важные вещи делают «сырое» изображение
от зеркалки намного лучше. Добавьте все эти неудобные инструкции
управления у вас есть на DSLR, и вы сможете снимать далеко
больший диапазон фотографий при гораздо более широком диапазоне освещения
условия. Если вы действительно заботитесь о качестве своих фотографий,
мгновенная загрузка на сайты обмена может быть менее важной
соображение: вы захотите просматривать свои фотографии на большом мониторе,
ретушируйте их и делитесь ими только тогда, когда будете счастливы.Сказав
что теперь вы можете купить гибридные цифровые камеры со встроенным Wi-Fi,
предлагают удобство мгновенного обмена, аналогичное смартфонам. И из
Конечно, ничто не мешает носить с собой смартфон и зеркалку.
если вы действительно хотите получить лучшее из обоих миров!

Краткая история фотографии

Artwork: Оригинальная цифровая камера, изобретенная в 1970-х годах Стивеном Сассоном, немного напоминала старый.
видеокамера и нужен был отдельный монитор воспроизведения. Сначала (вверху) вы сделали фотографии с помощью камеры (синяя), которая использовала ПЗС-матрицу для записи их на магнитную ленту (красная).Позже (внизу), когда вы вернулись домой, вы достали ленту, вставили ее в компьютер (оранжевый) и просмотрели сделанные вами снимки на мониторе компьютера или телевизоре (зеленый). Изображение из патента США 4 131919: Электронный фотоаппарат Гарета А. Ллойда, Стивена Дж. Сассона любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

• 4 век до нашей эры: Китайцы изобрели камеру-обскуру (затемненная комната с дырой в шторах, которая проецирует изображение внешнего мира на дальнюю стену).
• Конец 1700-х: Thomas Wedgwood (1771–1805) и Сэр Хэмфри Дэви (1778–1829),
  два английских ученых провели первые эксперименты, пытаясь записать изображения на светочувствительной бумаге.Их фото не было
  постоянный: они стали черными, если не хранились постоянно в темном месте.
• 1827: французский Джозеф Нисефор Ньепс (1765–1833) сделал первый в мире
  фотографии. Его метод не годился для портретов людей, потому что затвор камеры нужно было оставлять открытым в течение восьми часов.
• 1839: Французский художник сцены из оперного театра Луи Дагер (1787–1851) объявил об изобретении фотографий на серебряных пластинах, которые стали известны как дагерротипы.
• 1839: Уильям Генри Фокс Талбот (1800–1877) изобрел фотографический негатив.
• 1851: британский художник и фотограф Фредерик Скотт Арчер (1813–1857) изобрел способ делать резкие фотографии на влажных стеклянных пластинах.
• 1870-е: Британский врач Доктор Ричард Мэддокс (1816–1902) разработал способ фотографирования с использованием сухих пластинок и желатина.
• 1883: американский изобретатель Джордж Истман (1854–1932) изобрел современную фотопленку.
• 1888: Джордж Истман выпустил на рынок свою простую в использовании камеру Kodak. Его девизом было: «Вы нажимаете кнопку, а мы делаем все остальное».
• 1947: Эдвин Лэнд (1909–1991) изобрел мгновенную поляроидную камеру.
• 1963: Эдвин Лэнд изобрел цветную поляроидную камеру.
• 1975: американский инженер-электрик Стивен Сассон вместе с Гаретом Ллойдом из Eastman Kodak изобрел первую электронную камеру на основе ПЗС.
• 1990-е: Цифровые фотоаппараты стали популярными, постепенно снимая пленочные фотоаппараты.
• 2000-е: Современные мобильные телефоны со встроенными цифровыми камерами начали делать автономные цифровые камеры ненужными для повседневной фотосъемки.

Как работает цифровая камера?

У вас могут возникнуть вопросы о лучшей цифровой камере, если пришло время ее купить.

Ответить на вопрос «как работает цифровая камера» не так сложно, как может показаться. Будь то лучшая камера для путешествий или простая камера для съемки, у нас есть информация ниже.

На самом деле, принципы, лежащие в основе цифровой камеры, не так уж и отличаются от принципов пленочной камеры.

Тем не менее, если вы относитесь к тем людям, которые не чувствуют себя комфортно при использовании технологий, если вы не понимаете, что заставляет их работать, продолжайте читать, чтобы узнать, как цифровая камера снимает фотографии, каковы ее основные компоненты и многое другое в этом руководстве по фотографии. .

Содержание:

Основы работы цифровой камеры

Базовый процесс работы камеры, независимо от того, является ли она лучшей цифровой камерой или камерой любого другого типа, например компактной камерой, не так уж и отличается: свет от сцены проходит через объектив и попадает в какой-то вид. светочувствительной поверхности внутри корпуса камеры.Но тип поверхности, которая измеряет свет, и метод, с помощью которого камера использует эту поверхность для создания фотографии, отделяют цифровые камеры от других типов камер.

Компоненты цифровой камеры

Базовая компоновка цифровой камеры и ее компонентов.

В каждом типе фотоаппарата используются похожие компоненты, такие как объектив и затвор. Когда затвор закрыт, свет не проходит через объектив. Но когда вы нажимаете кнопку спуска затвора, чтобы открыть затвор, свет может проходить через линзу и попадать на светочувствительный материал внутри камеры.На этом сходство заканчивается, поскольку цифровая камера использует множество компонентов, уникальных для цифровой фотографии. А они следующие:

• Датчик изображения: Датчик изображения в цифровой камере, который представляет собой полупроводниковый чип, содержит миллионы светочувствительных пикселей, также называемых массивами, которые индивидуально измеряют свет, падающий на каждый из них. Цветовой фильтр расположен над датчиком изображения, который позволяет только определенным пикселям измерять определенные цвета световых волн.Для пленочной камеры светочувствительная пластиковая полоса с покрытием будет записывать сцену.
• Цифровой преобразователь: Данные, собранные в каждом пикселе, должны быть преобразованы в цифровой сигнал, который обрабатывает этот чип преобразователя.
• Монтажная плата: Цифровая камера имеет монтажную плату, на которой находятся все компьютерные микросхемы, которые камера использует для записи данных. Схема на плате передает данные с датчика изображения и других микросхем на карту памяти.Для пленочной камеры не нужны ни печатная плата, ни цифровой преобразователь.
• Экран дисплея: Экран дисплея цифровой камеры используется для изменения настроек камеры, а также для компоновки фотографий и просмотра фотографий после их съемки. Пленочные камеры не имеют экрана, поэтому для кадрирования сцен используются видоискатель, а для изменения настроек — кнопки и диски. Некоторые цифровые камеры по-прежнему используют видоискатель для композиции сцены, предлагая экран дисплея в качестве второго варианта композиции.

Как работает цифровая камера: пошаговые инструкции

Цифровая камера Fujifilm X100T имеет ретро-вид, как пленочная камера, с многочисленными кнопками и дисками.

Независимо от того, используете ли вы простую водонепроницаемую цифровую камеру или усовершенствованную цифровую зеркальную камеру, процесс записи цифрового изображения и сохранения данных на карте памяти одинаков. Пошаговый процесс записи фотографии цифровой камерой:

1. Измерительный свет: Нажмите кнопку спуска затвора, чтобы открыть затвор, который позволяет свету проходить через объектив и попадать на датчик изображения.Затем отдельные пиксели на датчике изображения измеряют интенсивность света в миллионах различных точек на датчике изображения, обеспечивая точные измерения.
2. Фокусирующий свет: Поскольку свет от сцены проходит через объектив, он должен точно фокусироваться на датчике изображения. Различные стеклянные элементы в объективе будут вращаться, обеспечивая резкий фокус. Неточно сфокусированный свет приведет к размытой сцене. Цифровые камеры могут использовать автоматическую фокусировку, когда камера автоматически регулирует стеклянные элементы, или ручную фокусировку, когда фотограф вращает кольцо, чтобы вручную настроить стеклянные элементы.
3. Преобразование света: Каждый пиксель преобразует измеренный свет в электроны. Пиксель, который измеряет более яркий свет, будет содержать больше электронов, что приведет к большему накопленному заряду. Затем микросхема АЦП (аналого-цифровой преобразователь) преобразует световой сигнал в каждом пикселе в цифровое значение.
4. Сохранение данных: Теперь, когда свет от сцены преобразован в цифровое значение, камера может перемещать данные так же, как их перемещает любой компьютерный чип, перемещая цифровые двоичные биты через схемы на печатной плате.Когда биты достигают карты памяти, камера использует микропрограммное обеспечение для записи данных на карту.

Поскольку цифровая камера хранит изображения в виде цифровых битов данных, такие изображения легко передавать другим устройствам и другим людям. После того, как фотография будет сохранена в цифровом формате, вы можете обращаться с ней как с любым компьютерным файлом. Также легко вносить изменения в цифровые биты с помощью программного обеспечения для редактирования изображений, что позволяет исправить незначительные проблемы или добавить к изображениям потрясающие спецэффекты. Это верно и для лучших видеокамер.

Независимо от того, есть ли у вас одна из лучших цифровых фотоаппаратов на рынке или просто хороший фотоаппарат наведи и снимай, понимание того, как работает цифровая камера, позволяет легче понять, что вы хотите делать со своими изображениями, когда они созданный. И наличие такого количества возможностей для обработки ваших цифровых фотографий объясняет, почему цифровая фотография стала такой популярной в последнее десятилетие.

Статьи по теме:

Как работает сенсор цифровой камеры? | Коннор Гиллмор | Техническое обновление

Более сложный ответ заключается в том, что датчик состоит из миллионов полостей, называемых «фотосайтами», и эти фотосайты открываются при открытии затвора и закрываются после завершения экспозиции (количество фотосайтов равно количеству пикселей. ваша камера есть).Фотоны, попадающие в каждый фотосайт, интерпретируются как электрический сигнал, сила которого зависит от того, сколько фотонов было фактически захвачено в полости. Насколько точен этот процесс, зависит от разрядности вашей камеры.

Если бы мы посмотрели на изображение, которое было снято только с теми электрическими данными, которые были упомянуты ранее с датчика, то изображения фактически были бы в оттенках серого. Мы получаем цветные изображения с помощью так называемого «массива фильтров Байера». Фильтр Байера — это цветной фильтр, помещаемый поверх каждого фотосайта и используемый для определения цвета изображения на основе измерения электрических сигналов от соседних фотосайтов.Цвета фильтров — стандартные красный, зеленый и синий, с соотношением один красный, один синий и два зеленых в каждой секции четырех фотосайтов.

Изображение света, попадающего на фотосайты с наложенными фильтрами Байера. (рисунок / Кембридж в цвете)

Красный фильтр позволяет улавливать красный свет, синий пропускает синий свет, а зеленый пропускает зеленый свет. Свет, который не соответствует фильтру фотосайтов, отражается. Это означает, что мы теряем две трети света, который может быть захвачен, и это только один цвет для каждого фотосайта.Это заставляет камеру угадывать количество двух других цветов в каждом заданном пикселе.

Данные, которые интерпретируются датчиком с массивом фильтров Байера, представляют собой файл изображения RAW.

Затем камера выполняет процесс оценки количества света каждого цвета для каждого фотосайта и окрашивает изображение на основе этого предположения.

На этом этапе задействовано несколько процессов, но я думаю, что это и несколько других аспектов, таких как «микролинзы», выходят за рамки данной статьи.

Как работает цифровая камера

Цифровые фотоаппараты работают так же, как классические фотоаппараты. Оба типа камер должны иметь объектив, с помощью которого можно сфокусироваться на изображении, затвор, с помощью которого свет попадает в камеру, и диафрагму, с помощью которой можно регулировать количество света, попадающего в камеру.

Традиционная и цифровая фотография различаются, когда свет попадает в камеру. Традиционная камера сделает снимок на пленке.Цифровая камера сделает снимок на устройстве, которое называется датчиком изображения.

Датчик изображения — это электронное устройство, состоящее из электродов (также называемых фотосайтами). Эти электроды измеряют интенсивность света. ПЗС-матрица (устройство с зарядовой связью) является наиболее распространенным доступным датчиком изображения. Другие датчики включают CMOS и Foveon.

Цифровая камера получает свой рейтинг мегапикселей (также известный как миллионы пикселей) на основе количества фотосайтов, имеющихся на датчике изображения.Каждый фотосайт связан с пикселем на финальной фотографии. Это означает, что камера с разрешением 6 мегапикселей будет иметь датчик изображения размером 3008 пикселей в ширину и 2000 пикселей в высоту.

Свет, который соединяется с датчиком изображения, будет преобразован в электрические сигналы. Затем эти сигналы усиливаются и передаются на аналого-цифровой преобразователь. Этот аналого-цифровой преобразователь преобразует сигналы в двоичные числа.Эти двоичные числа затем вычисляются компьютером, который находится внутри корпуса камеры. После преобразования чисел результат изображения будет сохранен на карте памяти.

Фотосайты измеряют только интенсивность света. Они не измерят цвет. Если вы хотите создать цветное изображение, каждый фотосайт необходимо закрыть цветным фильтром. Цвета будут зелеными, синими или красными — тремя основными цветами.Эти основные цвета можно смешивать для создания всех остальных цветов, включая белый цвет.

Эти цветные фильтры затем помещаются на сетку. Зеленых фильтров будет в два раза больше, чем будет синих или красных. Причина этого в том, что ваш глаз вдвойне чувствителен к зеленому свету. Фильтры будут расположены по так называемой схеме Байера. Будет одна строка красного цвета, одна строка зеленого цвета, одна строка красного цвета и т. Д.Далее следует узор синего, зеленого, синего, зеленого и т. Д.

Помните, что каждый фотосайт можно использовать только с одним цветным фильтром. Это означает, что вам необходимо использовать компьютерную обработку для создания изображения с полным цветовым диапазоном. Каждый пиксель будет проанализирован, и будет получен составной цвет после того, как все они будут рассчитаны. Если красный пиксель находится посередине зеленого и синего пикселей, красный пиксель будет фактически белым.Это потому, что белый цвет — это то, что вы получите, если объедините красный, синий и зеленый. Название этого процесса — «демозаика».

После завершения демозаики изображение будет скорректировано в соответствии с настройками вашей камеры. Большинство цифровых камер имеют регулируемые настройки контрастности, яркости и цветовой насыщенности. После того, как вы сделаете настройки, многие камеры также добавят алгоритм повышения резкости, чтобы сделать изображение еще более четким.

Последний шаг перед сохранением изображения на карту памяти — «сжатие».Большинство цифровых фотоаппаратов используют для сжатия так называемый формат JPEG.