Глава 2. Устройство и основные параметры цифрового фотоаппарата

На рисунке 1 представлен фотоаппарат, состоящий из следующих блоков:

1. Объектив

2. Матрица

3. Процессор

4. Вспышка

5. ЖК-дисплей

6. Корпус

Рис. 1

Объектив - оптическое устройство, проецирующее изображение на матрицу, состоящее из набора подвижных линз. Основная характеристика, на которую обращают внимание большинство покупателей – это оптическое приближение, так называемый зум (zoom). С помощью оптического приближения пользователь получает возможность фотографировать крупным планом удаленные объекты. Разберем подробнее, что такое оптическое приближение. Это соотношение максимального фокусного расстояния к минимальному. Фокусное расстояние – это расстояние от оптического центра объектива фотоаппарата до светочувствительного элемента, т.е. матрицы. При этом оптический центр не означает физический или геометрический центр объектива, оптическим центром объектива называется точка, в которой пересекаются лучи света, проходящие через объектив. Показатели фокусного расстояния и оптического зума указываются на оправе объектива (см. рис. 2)

Рис.2

Оптический зум можно рассчитать самостоятельно, поделив значение максимального фокусного расстояния на минимальное (например, 28,4 мм делим на 7,1 мм; получаем 4 – это и есть оптическое приближение). Кроме этого, от фокусного расстояния зависит угол обзора объектива. Чем меньше показатель фокусного расстояния, тем шире угол обзора, а это означает, что в кадр попадет большее количество объектов. Этот показатель важен при съемке группы людей, пейзажей, архитектуры. На максимальном расстоянии угол обзора будет меньше, объектов в кадре тоже меньше, но зато они будут ближе.

Фокусное расстояние указывалось и на объективах пленочных фотоаппаратов, но показатели фокусного и пленочного фотоаппарата очень сильно отличаются.

В некоторых случаях производитель указывает не только фактическое фокусное расстояние, но и эквивалентное. Эквивалентное фокусное расстояние показывает не реальное фокусное расстояние, а его эквивалент для пленочного фотоаппарата. Разница между этими показателями объясняется тем, что размер матрицы цифрового фотоаппарата меньше, чем размер кадра 35мм пленки. Поэтому для достижения цифровым фотоаппаратом такого же размера фотографии как в пленочном, ему требуется значительно меньшее фокусное расстояние.

Следующий важный показатель оптической части фотоаппарата – это стабилизация изображения.

С применением новых технологий вес фотоаппарата становится меньше и при этом повышается вероятность получить нечеткое изображения из-за дрожания рук, особенно при использовании функции приближения. Для уменьшения этого эффекта производители фотоаппаратов используют различные системы стабилизации изображения, а именно оптическую стабилизацию, цифровую, а также их сочетание, так называемый двойной стабилизатор.

В оптическом стабилизаторе изображения для компенсации дрожания рук используется перемещение одного из элементов оптической системы (линзы) фотоаппарата или сдвиг матрицы. Специальный датчик определяет сдвиг корпуса объектива, после чего происходит смещение линзы или смещение матрицы на нужное расстояние в сторону, которая противоположна движению самой фотокамеры. Это компенсирует смещение фотоаппарата и изображение, проецируемое на матрицу, остается неподвижным.

Рис.3При цифровой стабилизации снимается изображение, меньшее по размеру, чем размер матрицы, и при смещении фотоаппарата это изображение имеет возможность смещаться на матрице в сторону, которая противоположна движению фотоаппарата (в пределах фактически снятого изображения), то есть изображение как бы «плавает» по матрице (см. рис 3).

В бюджетных фотоаппаратах при включении цифровой стабилизации часть элементов матрицы переходит в резерв для работы стабилизатора, что может уменьшить четкость фотографии. В дорогих моделях при стабилизации используются те элементы матрицы, которые не принимают участия в формировании изображения в обычном режиме, и поэтому четкость не будет уменьшаться.

Нужно отметить, что цифровой стабилизатор может помочь далеко не во всех случаях, поэтому для получения качественных снимков лучше ориентироваться на оптическую систему стабилизации. Разные производители используют разные названия для своих систем оптической стабилизации. Например, у Никона – это VR - Vibration Reduction (вибрейшн редакшен), у Панасоника - O.I.S. - Optical Image Stabilizer (оптикал имидж стейбилизер), у Сони - Optical Steady Shot (оптикал стеди шот), у Кэнона - IS - Image Stabilization (имидж стебилизейшн).

Двойной стабилизатор изображения представляет собой комбинацию оптического и цифрового стабилизаторов.

Не стоит также забывать, что отличной заменой стабилизаторов изображения может служить штатив (устройство для фиксации фотоаппарата в неподвижном состоянии).

На рисунке 2 можно заметить еще один показатель оптики – светосилу. Её величина характеризует степень ослабления объективом светового потока. Чем меньше это число, тем больше света пропустят линзы. Идеальный вариант F=1, он означает, что объектив пропустит около 100% света без потерь, но так, конечно, бывает только в теории. Светосила изменяется в зависимости от фокусного расстояния, поэтому указываются два значения (для минимального фокусного расстояния и максимального). То есть при увеличении объекта (приближении) падает светосила объектива.

Матрица - это светочувствительный элемент, который выполняет функцию пленки в цифровых фотоаппаратах, то есть фиксирует свет, прошедший через объектив в фотоаппарат. Состоит она из множества отдельных светочувствительных элементов – пикселей. Каждый такой элемент формирует одну точку на изображении. Происходит это следующим образом - пиксель воспринимает свет и преобразует его в электрический заряд (чем ярче свет - тем сильней заряд). Поскольку используется информация только о яркости света, картинка получается черно-белой. Чтобы она была цветной, ячейки с пикселями покрывают цветными фильтрами. Это так называемые RGB фильтры (Red – красный, Green – зеленый, Blue –синий). Эти три цвета являются основными, а все остальные цвета получаются путем наложения друг на друга (смешения) основных. Каждый пиксель состоит из четырех элементов: по одному на красный и синий цвет, и два на зеленый цвет. Наличие двух элементов на зеленый цвет объясняется тем, что чувствительность человеческого глаза к зеленому цвету выше, чем к другим цветам, и поэтому реалистичность изображения зависит от более точной передачи именно зеленого цвета.

Количество пикселей на матрице называется разрешением матрицы и измеряется в мега пикселях (миллионах пикселях). Данная характеристика показывает насколько детальной (четкой) получится фотография. Для фотографии формата 9x15 см достаточно 2х-3х-мегапиксельной матрицы (2-3 млн. элементов), для отпечатка формата A4 нужна 3х-4х-мегапиксельная матрица.

Разрешение современных фотоаппаратов значительно превосходит требуемый минимум, а количество мегапикселей матрицы увеличивается с каждым годом и достигает сегодня 15-20 мегапикселей. Такое высокое разрешение может пригодиться для печати фотографий больших размеров (больше, чем А4), либо при необходимости «кадрирования», то есть выделения части кадра с последующим ее увеличением.

Однако такая гонка за мегапикселями не всегда идет на пользу качеству, так как увеличение разрешения при неизменном физическом размере матрицы приводит к уменьшению размера пикселя. Это в свою очередь, увеличивает уровень «шумов» на фотографии (см. ниже). Разберем этот момент подробнее.

Что такое физический размер матрицы? Это ее диаметр, измеренный в дюймах. Например, значение 1/2,7 означает, что диагональ матрицы составляет 1/2,7 дюйма (1 дюйм = 2,54 см). Ниже приведена таблица, в которой размеры матрицы в дюймах переведены в миллиметры по длине и ширине. В последней колонке этой таблицы указан кроп-фактор, который показывает, во сколько раз диагональ матрицы меньше диагонали кадра 35 мм пленки.

Размер матрицы определяет размер и площадь наименьшего светочувствительного элемента - пикселя. Чем больше площадь матрицы, тем больше площадь пикселя (при одинаковом разрешении матрицы, конечно). Чем больше площадь пикселя, тем шире его диапазон светочувствительности (больше максимальное и меньше минимальное значение чувствительности). Этот показатель отражает, сколько света может зафиксировать и перевести пиксель в электрозаряд (чем ярче свет, тем мощнее заряд). Из светочувствительности пикселей складывается светочувствительность всей матрицы. Светочувствительность матрицы цифрового фотоаппарата, указывается в единицах системы ISO (International Standardization Organization – международная организация по стандартизации), по аналогии с пленочными фотоаппаратами. Чем выше этот показатель, тем больше возможностей для сюжетной съемки у цифрового фотоаппарата. Съемки в условиях низкой освещенности, съемки быстродвижущихся объектов требуют более высокой светочувствительности, чем съемка неподвижных объектов при солнечной погоде.

Кроме этого размеры матрицы влияют на уровень цифровых «шумов». Наличие цифрового «шума» придает фотографии неестественный вид, при котором создается впечатление, что на фотографию сверху наложена маска из точек различного цвета и яркости. Как уже писалось выше, чем больше физический размер матрицы, тем больше площадь пикселя, соответственно пиксель накопит бОльший заряд, в результате чего сигнал матрицы будет сильнее и соотношение сигнал / шум будет лучше. Матрица маленького размера из-за небольшого количества попадающего на нее света, имеет слабый полезный сигнал, в результате его приходиться сильнее усиливать, а вместе с полезным сигналом усиливаются и шумы, которые становятся более заметными.

Увеличение размера матрицы приводит к повышению ее стоимости и стоимости всего фотоаппарата.

Процессор в фотоаппарате играет роль «мозгов». Управление всеми настройками и функциями фотоаппарата происходит именно через процессор, кроме этого он отвечает за качество сжатия изображений перед записью на карту памяти. Процессор также должен успевать обрабатывать кадры максимально быстро – то есть позволять пользователю делать один кадр за другим без перерыва. Именно благодаря процессору современные фотоаппараты имеют возможность автоматически находить в кадре лицо человека и фокусироваться именно на него, обрабатывать фото непосредственно в самом фотоаппарате, а также производить видеосъёмку со звуком и в самом высоком разрешении.

Вспышка -это лампа, с помощью которой осуществляется мгновенное освещение пространства перед фотоаппаратом. Вспышка позволяет фотографировать в условиях недостаточной освещенности, например, вечером. С помощью вспышки можно повысить контраст в пасмурную погоду, а можно и снизить контраст, например, при съемке людей на ярком солнце. В фотоаппаратах используется несколько режимов вспышки. Вот основные из них:

· автоматический режим - процессор сам определяет степень освещенности и при недостатке света включает вспышку,

· принудительное включение – вспышка сработает при любом освещении. Такой режим нужен, например, при съемке объектов на фоне яркого света (человек у окна),

· принудительное выключение – вспышка не будет включаться, этот режим можно использовать при съемке с близкого расстояния (включенная вспышка может «засветить» объект и в итоге получиться просто белое пятно),

· устранение эффекта «красных глаз» - этот режим разберем подробнее.

Существует несколько способов устранения этого эффекта. Один из них – поднять вспышку как можно выше объектива. Но это не всегда возможно, так как фотоаппараты в большинстве случаев небольшие по размерам и вспышка с объективом находятся близко друг от друга. В этом случае используются другие методы, основанные на уменьшении пучка света, попадаемого в глаза. Первый вариант – предварительная вспышка, которая заставляет сузиться зрачок. Второй вариант – работа вспышки в режиме стробоскопа. В этом случае фотоаппарат перед съемкой включает на 1—1,5 секунды слабое мерцание вспышки и только потом срабатывает основной мощный импульс. Эффект такой же, как и в первом варианте, то есть – зрачок сузился и меньше света попало внутрь глаза.

ЖК-дисплей располагается на оборотной стороне фотоаппарата и используется для отображения получаемого изображения и просмотра будущего снимка. Кроме этого, на дисплее отображаются все настройки и режимы фотосъемки и производится просмотр отснятых кадров.

Чем больше размер дисплея, тем удобнее с ним работать. Размер дисплея характеризуется его диагональю, которая измеряется в дюймах. Наиболее распространенный размер сейчас составляет 2,5 - 3 дюйма (или 6 - 7,6 см).

Дополнительной характеристикой дисплея является его яркость. На дисплеях с низким показателем яркости затруднительно оценить будущий кадр, особенно в солнечную погоду.

В фотоаппаратах могут использоваться сенсорные дисплеи. С их помощью пользователь получает возможность управлять фотоаппаратом непосредственно нажатием пальца на элементы меню, отображаемые на экране.

Некоторые фотоаппараты имеют поворотный дисплей. Он может поворачиваться вокруг своей оси на 90 градусов или же открываться в сторону, как у видеокамер. Такой дисплей удобен при съемке в сложных ракурсах.

Корпус фотоаппарата может быть выполнен из пластика или металла и окрашен в различные цвета. Камера с корпусом из пластика легкая и относительно недорогая, но чувствительная к ударам. Металлический корпус повышает устойчивость фотоаппарата к повреждениям, но при этом увеличиваются ее вес и цена. Также существуют модели фотоаппаратов с водонепроницаемыми корпусами, которые защищают фотоаппарат от попадания влаги внутрь даже во время съемки, что даёт пользователю возможность делать снимки под водой без использования дополнительных боксов. В некоторых фотоаппаратах используются специальные корпуса, выдерживающие падения и сильные удары (так называемые противоударные корпуса). Существуют варианты совмещения водонепроницаемых и противоударных свойств корпусов.

На корпусе находятся элементы управления фотоаппаратом – кнопка включения, кнопка спуска, кнопка приближения объекта, кнопки вызова меню и перемещения между разделами меню (кнопки перемещения в некоторых фотоаппаратах заменены джойстиком).