Тема 5.7. Основные параметры цифровой фотокамеры
Рассмотрим основные параметры цифровых фотокамер и их влияние на качество съемки. Внешний вид цифровой фотокамеры показан на рис. 5.7.1.
Рисунок 5.7.1.
Основными параметрами, характеризующими цифровую камеру являются:
характеристика светочувствительной матрицы – тип светочувствительного элемента, разрешение, разрядность аналого-цифрового преобразователя и, соответственно, глубина цвета;
характеристика оптической системы (объектива) – фокусное расстояние, увеличение (zoom);
характеристика носителя информации – встроенная память, внешние носители, форматы записи файлов;
характеристика возможностей настройки параметров съемки – режим настройки (автоматический, полуавтоматический или ручной) и др;
характеристика конструктивных особенностей – наличие встроенной вспышки и возможности подключения внешней, наличие ЖК-монитора и видоискателя, подключение к компьютеру и др. интерфейсы.
Изображение в камере, пройдя через объектив и блок светофильтров, фокусируется на поверхности светочувствительной матрицы. Качество (четкость, резкость) изображения на данном этапе в основном будет зависеть от объектива.
Объективы отличаются светосилой, диапазоном фокусировки, фокусным расстоянием, минимальной дистанцией фокусировки и искажениями. По конструкции объективы бывают выдвигающиеся (складывающиеся) и неподвижные относительно корпуса.
Светосила – величина, показывающая, как много света проходит через объектив. Светосила определяется как отношение диаметра отверстия объектива к фокусному расстоянию. Именно поэтому значение этого параметра приводится в виде отношения, например, 1:2.8 или 1:4. Чем больше светосила, тем больше информации об объекте попадет в объектив, тем меньшую выдержку можно использовать при недостатке освещения. Поэтому необязательно объектив с большим отверстием имеет большую светосилу.
Фокусное расстояние и увеличение (zoom). Реальные значения фокусного расстояния в миллиметрах у цифровых камер, в отличие от пленочных, затруднительно оценивать. Поэтому указывается "эквивалентное" фокусное расстояние относительно обычной пленочной 35-мм камеры. В недорогих камерах фокусное расстояние фиксированное (обычно это 35–40 мм в упомянутом эквиваленте), поэтому приблизить изображение (увеличить) средствами объектива невозможно. В камерах с переменным фокусным расстоянием от 35–40 мм до 90–140 мм появляется возможность оптического увеличения, например, 3-х–4-х кратное увеличение и более.
Минимальная дистанция фокусировки – эта величина показывает минимальное расстояние, на котором камера способна сфокусироваться на объекте съемка. По большому счету, этот параметр относится не столько к объективу, как камере в целом, так как важную роль играют и программные функции камеры. Чем шире динамический диапазон фокусировки, тем шире диапазон расстояний, на которых можно делать снимки (от макродистанции до удаленного объекта).
Также как и в сканерах, аналоговые сигналы, величина которых пропорциональна интенсивности падающего светового потока, поступают на вход АЦП, а после оцифровки – в центральный процессор камеры, который и обрабатывает изображение в соответствии с условиями съемки, заданными пользователем параметрами.
В цифровых камерах значение имеет не только количество пикселей, но и размер каждого. В параметрах цифровой камеры указывается относительный размер матрицы, например, 1:1.8", где 1.8" – это длина диагонали матрицы. Чем больше линейные размеры матрицы, тем большую площадь имеет каждый ее светочувствительный элемент. Элементы большего размера формируют более точное изображение в целом, но существует технологический предел, связанный с увеличением стоимости матрицы при увеличении ее размеров. При низкой освещенности начинают сильно проявлять себя тепловые шумы, которые устраняются алгоритмами, заложенными в память фотокамеры, поэтому для одной и той же матрицы качество изображения может быть совершенно разным.
Разрядность АЦП влияет на динамический диапазон, передаваемый камерой (количество оттенков передаваемых цветов, а по яркости, количеству оттенков между самым ярким местом и самым темным на снимке). Наименьший диапазон составляет 8 бит (256 градаций каждого цвета). Чем выше разрядность АЦП, тем лучше цветопередача и естественнее полутона.
Программные функции определяют возможности настройки параметров съемки. В цифровых фотокамерах наряду с привычными для пленочных камер функциями, такими как режимы фокусировки и экспозамера, выбора сюжетной программы (портрет или ночная съемка), цифровые камеры обладают и дополнительными возможностями. К ним относятся, в первую очередь, настройки температуры белого цвета, контурной резкости, цветности, контрастности. Во вторую очередь – сервисные функции, такие как вывод гистограмм яркостей снимка, выбор лучшего снимка из серии и т.п. Рассмотрим наиболее значимые программные функции.
Баланс белого (температура белого цвета). В зависимости от условий съемки (помещение, яркое солнце, съемка в тени и т.д.), используется тот или иной цветовой профиль. Если в аналоговой камере используется пленка для соответствующих условий съемки или устанавливается светофильтр, то у цифровой камеры можно определить условия съемки в настройках. В случае затруднений в выборе режима съемки можно воспользоваться автоматическим режимом.
Режимы "ночной съемки" и шумопонижения. Хотя режим "ночной съемки" относится к разряду стандартных программ, в случае с цифровыми камерами именно этот режим имеет некоторые отличия. Он присутствует в большинстве аппаратов и позволяет снимать слабоосвещенные объекты с длительными выдержками. Однако одной лишь выдержки недостаточно, так как уровень шумов матрицы возрастает с увеличением выдержки, функция "ночной съемки" существенно ослабляет эти шумы.
Сервисные функции. В большинстве случаев их назначение – обеспечение дополнительных удобств при съемке или просмотре и помощь в неоднозначных ситуациях. Так, например, возможно построение гистограмм яркости по сделанным кадрам, что позволяет оценить, насколько правильно был снят тот или иной кадр. Возможность брекетинга – последовательная съемка нескольких кадров, когда кадры, следующие за первым, снимаются с заданным пользователем диапазоном значений экспозиции. Например, после кадра, сделанного с автоматически выбранной выдержкой 1/200 с, делаются еще два кадра – с выдержками 1/100 с и 1/400 с. В некоторых неоднозначных случаях подобный режим помогает добиться максимально правильной яркости снимка. Выбор лучшего снимка из серии происходит так: камера делает несколько снимков, далее сохраняется наиболее резкий.
После оцифровки и обработки встроенными алгоритмами изображение сохраняется в памяти камеры в соответствии с заданным форматом выходного файла. Необходимо учитывать, что чем выше разрешение снимка, тем больше его размер в байтах. Для уменьшения занимаемого пространства используется алгоритмы сжатия, например, формат графического файла JPEG.
Карты памяти. Обычно камера рассчитана на один определенный стандарт носителя, используемого в качестве памяти. Наиболее часто встречаются Compact Flash, Smart Media, Secure Digital, Memory Stick.
Форматы файлов. Наиболее распространены три типа файлов, используемых для записи изображения: JPEG, TIFF и RAW.
JPEG – формат, предусматривающий сжатие изображения с некоторыми потерями, размер которых определяется функцией "качества" в установках камеры: меньше потери – больше размер записываемого файла и качественнее изображение, и наоборот. Размер изображения с 3-х мегапиксельной матрицы составляет в режиме с наименьшими потерями около 1.3–1.5 мегабайта. В большинстве случаев в любительской фотографии используется именно JPEG.
TIFF – формат без сжатия, полиграфический стандарт. Используется в тех случаях, когда необходимо избежать любого рода потерь в исходном изображении. Размер одного файла для 3-х мегапиксельной камеры около 9 мегабайт. Размеры снимка в этом формате пропорционально увеличивают время записи каждого файла.
RAW – в отличие от первых двух, этот тип файла представляет данные во внутреннем формате камеры до преобразования их в RGB-файл. Работать с файлами в этом формате способна только программа, идущая в комплекте с камерой, она же позволяет конвертировать "сырые данные" с матрицы в какой-либо формат, понимаемый графическими редакторами, например, тот же TIFF. Размеры RAW-файла примерно в два раза меньше, чем у изображения, сохраняемого в TIFF, таким образом, камера записывает его быстрее.
Светочувствительность. В спецификациях цифровых камер чувствительность камер указывается в эквиваленте ISO – этот подход унаследован от аналоговых фотоаппаратов. Обычными значениями этого параметра являются значения 100, 200, 400 и 800 единиц чувствительности. Некоторые камеры допускают установку чувствительности более 800 единиц. При выборе камеры и установке этого параметра необходимо учитывать, что при установке чувствительности выше минимальной начинает заметно увеличиваться уровень шумов в изображении. Увеличение чувствительности происходит на стадии обработки информации с матрицы путем простого усиления сигнала, поэтому одновременно с полезным сигналом усиливаются и шумы. Под «шумом» здесь следует понимать количество точек изображения, яркость или цвет которых существенно отличаются от усредненного цвета объекта. Особенно заметен этот эффект на однородных по цвету (или со слабым градиентом) поверхностях. Именно по этой причине рекомендуется отключать автоматический выбор чувствительности в камере и использовать минимальный уровень светочувствительности из доступных значений. В любом случае возможность изменения чувствительности в цифровых камерах относится к их существенным преимуществам по сравнению с аналоговыми камерами, в которых изменение чувствительности связано со сменой пленки.