Выбор цифровой камеры – терминология и общие положения (Часть 3)

Предыдущие части статьи читайте здесь:
Выбор цифровой камеры – терминология и общие положения (Часть 1) и  ... (Часть 2)

Aвтофокус

В любой камере присутствует система автоматической фокусировки (исключение составляют лишь самые простые «мыльницы», фиксфокальные объективы которых всегда сфокусированы на «бесконечность»). Если автофокус не был отключен принудительно, он задействуется всякий раз, когда фотограф наполовину утапливает кнопку спуска затвора.

По конструктиву автофокусные системы можно разделить на два класса – активные и пассивные.

Активный автофокус действует по принципу радара. С помощью встроенного передатчика камера излучает в пространство серию инфракрасных импульсов, а затем пытается принять лучи, отраженные ближайшим объектом. По разности между количеством отправленного и принятого излучения (или по разности во времени) автоматика аппарата определяет расстояние до объекта и, согласно некоторой формуле, сдвигает линзы объектива таким образом, чтобы объект оказался в фокусе. Это очень простое и дешевое решение, которое, к тому же, отличается довольно высокой скоростью фокусировки. Кроме того, несомненным плюсом активного автофокуса является возможность его работы даже в полной темноте. Впрочем, не обошлось и без недостатков. Главный из них заключается в невозможности снимать объекты, находящиеся за стеклом (например, туристического автобуса). Инфракрасные лучи частично отражаются от поверхности стекла, и в результате объектив фокусируется именно на нем, а не на объекте съемки. Помимо этого, работе активного автофокуса могут мешать посторонние ИК-излучения – например, работающие нагреватели, пламя свечи или камина и т.д. Наконец, импульсы камеры могут практически полностью поглощаться черными поверхностями. Тем не менее, в большинстве ситуаций активный автофокус вполне надежен, поэтому он нашел весьма широкое применение в недорогих пленочных «мыльницах».

Работа пассивного автофокуса (или TTL-автофокуса) основана на анализе самого изображения, «пойманного» объективом. Для этого за объективом имеется одна (центральная) или несколько точек фокусировки, в которых расположены светочувствительные датчики. Грубо говоря, каждый такой датчик представляет собой прямоугольник разрешением в несколько десятков пикселей по длине и ширине. Предполагается, что резкое, хорошо сфокусированное изображение должно быть контрастным. Поэтому процессор камеры просто сравнивает яркость смежных пикселей в прямоугольнике и, если все пиксели имеют примерно одинаковую интенсивность (т.е. они неконтрастны), считается, что фокус не наведен. В этом случае приводу объектива подается команда немного сместить линзы относительно текущего положения. Так происходит до тех пор, пока датчиком не будет зафиксирована максимальная контрастность. Пассивный метод точнее активного, но он (по очевидной причине) и несколько медленнее. Кроме того, зачастую пассивный автофокус «сбивается» на слишком однородных сюжетах (например, безоблачное небо) или, наоборот, на слишком неоднородных (жалюзи). Впрочем, главным минусом пассивного автофокуса является его нестабильная работа в условиях плохого освещения. Для того, чтобы компенсировать этот недостаток, используется подсветка автофокуса: в момент фокусировки камера освещает сцену с помощью вспышки, встроенного светодиода или даже лазера (как в некоторых аппаратах фирмы Sony). Системы пассивного автофокуса используются, главным образом, в пленочных и цифровых зеркальных камерах (датчики располагаются между зеркалом и видоискателем), а также в абсолютном большинстве цифровых «мыльниц». При этом в «мыльницах» роль светочувствительных датчиков играет матрица самой камеры.

В некоторых аппаратах используются гибридные системы автофокуса, совмещающие активный и пассивный методы. Грубое наведение (а также фокусировка в темноте) производится с использованием активной системы, а тонкая подстройка – с помощью пассивной. Это существенно повышает скорость и точность автофокуса.

Как уже было сказано, пассивные системы автофокуса бывают как одноточечными, так и многоточечными. С одноточечными все понятно: точка фокусировки располагается в центре кадра, а также (в некоторых моделях) может быть определена произвольно. Многоточечная система замеряет контрастность одновременно в нескольких частях изображения и фокусирует объектив по наиболее контрастным участкам. В теории это должно обеспечивать большую точность, однако на практике «интеллектуальные» многоточечные системы довольно часто ошибаются в условиях плохого освещения. Ситуация усугубляется тем, что на небольшом ЖК-дисплее аппарата эти ошибки бывает довольно трудно разглядеть. По нашему субъективному мнению, в темноте одноточечная фокусировка более дает более предсказуемые результаты, в то время как на хорошо освещенных сценах многоточечный автофокус предпочтительнее. Крайне полезной является возможность самостоятельно задавать точку фокусировки.

Матрица (сенсор)

Наряду с объективом, матрица является важнейшией деталью цифрового аппарата. Однако подробно обсуждать матрицы мы не будем, потому что ранее на «Ферре» уже выходила статья нашего постоянного автора Сергея Аксенова («Его Величество Мегапиксель»), где этот вопрос был освещен достаточно подробно.

Хотелось бы особенно подчеркнуть лишь один момент, рассмотренный в упомянутой статье. А именно: не гонитесь за мегапикселами! Разрешение матрицы вовсе не является главным параметром цифровой камеры, а из большего разрешения не обязательно вытекает лучшее качество картинки. Помните, что для печати фотографий в формате 10x15 см или для публикации в интернете «с головой» хватает разрешения 3, максимум 4 мегапиксела (и это с запасом на кадрирование!). Даже в полупрофессиональных зеркальных камерах зачастую используются сенсоры с разрешением не выше 6 мегапикселей. Подумайте, нужно ли вам 7-8 в простой «мыльнице»? Вероятнее всего, оптическое разрешение «мыльничного» объектива окажется намного ниже разрешающей способности самой матрицы, так что на практике «магия больших чисел» обернется для вас лишь напрасной тратой флэш-памяти и повышенным уровнем шумов.

Обращайте внимание не только (и не столько) на «мегапиксели» сенсора, сколько на его физические размеры. Так, при одинаковом разрешении в 5 мегапикселей целесообразно отдать предпочтение камере с диагональю матрицы 1/1,8 дюйма, нежели 1/2,5-дюймовой модели. Простой принцип: чем больше матрица, тем выше ее светочувствительность, меньше уровень шумов, меньше влияние дифракции при закрытии диафрагмы. Не покупайтесь на рекламные обещания чувствительности ISO 400 или ISO 800 при размере матрицы 1/1,8-1/2,7” – скорее всего, шум в этих режимах будет такой, что вы сами признаете их абсолютно бесполезными.

Часто в продуктовых линейках производителей встречаются две абсолютно одинаковых модели, отличающихся только разрешением матрицы. В таких случаях всегда покупайте аппарат с меньшим разрешением – вы не только сэкономите, но и в большинстве случаев получите лучшее качество изображения. При равном же разрешении берите ту модель, у которой больше физический размер сенсора.

Понимайте разницу между типами матриц: маленький 6-мегапиксельный сенсор в «цифромыльнице» и 6-мегапиксельный КМОП-сенсор в профессиональной «зеркалке» - суть совершенно разные приборы.

Баланс белого

Баланс белого – это одна из ключевых функций цифрового аппарата, поэтому остановимся на этом понятии чуть более подробно. В чем его суть? Даже если вы имеете очень небольшой опыт цветной фотографии, наверняка вы сталкивались с явлением, когда снимок, сделанный, например, при освещении лампами накаливания, имел ярко выраженную желтую окрашенность, а при флуоресцентном освещении – зеленоватую. Почему это происходит?

Сделаем небольшое отступление и рассмотрим хрестоматийный пример из школьного курса физики. Возьмем воображаемую абсолютно черную нить накаливания, подключим ее к источнику тока через реостат и начнем постепенно увеличивать напряжение. В некоторый момент нить нагреется и слабо засветится красным светом. Продолжая действовать реостатом, мы заметим, что излучение нити становится не только ярче, но и последовательно меняет свой цвет: сначала на оранжевый, потом на желтый, потом на белый, затем на голубоватый и т.д. Таким образом, любой источник освещения имеет определенный цвет, и этому цвету можно поставить в соответствие некоторую температуру – то есть ту температуру, до которой надо нагреть абсолютно черное тело, чтобы его видимое излучение имело точно такой же спектральный состав. Эта температура получила название цветовой температуры, которую принято измерять в градусах Кельвина. Для сравнения: пламя свечи имеет цветовую температуру около 1800 К, свет лампы накаливания – 2500 К, восхода солнца – 3800 К, лампа вспышки – 5500 К, а голубое безоблачное небо в летний день – 11000 К и выше.

Теперь понятно, почему предметы, будучи освещенными лампами накаливания, отражают желтоватый свет. Однако почему же при любом освещении мы обычно видим белый лист бумаги как белый, а не как желтый или голубой? Дело в том, что человеческий мозг очень быстро адаптируется к обстановке и, основываясь на своем знании, что такое белое, «автоматически» производит необходимую «цветокоррекцию». В то же время, цветная пленка или матрица фотоаппарата бесстрастно фиксируют сцену в точности «как она есть», и результат порой бывает далек от ожидаемого.

Разумеется, с момента изобретения цветной фотографии люди пытались бороться с данной проблемой. В пленочной технологии для этого применяются конверсионные светофильтры, а также фотопленки, рассчитанные на разные цветовые температуры. Цифровая же технология предлагает более удобный подход, предполагающий автоматическую цветокоррекцию на уровне процессора камеры. Эта функция и носит название «баланса белого» (white balance). Как же она работает? Сравнительно просто. Логика аппарата исходит из предположения, что усредненно кадр нейтрален в цвете, и потому более яркие элементы картинки должны быть пропорциональны нейтральному белому. Таким образом, грубо говоря, самые яркие точки кадра условно принимаются за белый цвет, и все остальные цвета корректируются относительно них (в действительности все происходит несколько сложнее, однако общий принцип именно таков). Подобный алгоритм работает сравнительно неплохо в условиях хорошего освещения, однако в сложных условиях, когда даже самый яркий цвет бывает весьма далек от белого, результаты цветокоррекции могут быть непредсказуемы. Поэтому чаще всего предусматривается возможность «намекнуть» автоматике, какой источник света используется в данный момент. Как правило, пользователю доступно около пяти фиксированных предустановок («дневной свет», «лампа накаливания», «флуоресцентная лампа» и т.д.), которые можно переключать через меню или с помощью специальной кнопки. В зависимости от выбора пользователя, камера делает поправку на соответствующую цветовую температуру, и результат цветокоррекции оказывается намного ближе к реальности. Во многих аппаратах также предусмотрен ручной режим баланса белого. В этом режиме фотограф помещает рядом с объектом съемки лист белой бумаги и, прежде чем начать собственно съемку, калибрует камеру по этому листу. Конечно, калибровка требует некоторого времени и, соответственно, сказывается на оперативности съемки, однако и результаты в режиме ручного баланса белого обычно получаются наилучшие. Некоторые «продвинутые» аппараты позволяют задать источник освещения непосредственно в градусах Кельвина – это полезно при студийной съемке, когда цветовая температура осветительных приборов заранее известна из их паспортов или может быть измерена колориметром.

При выборе аппарата стоит помнить, что идеальных алгоритмов автоматического баланса белого не существует в принципе – можно говорить лишь о более или менее удачных реализациях. Если есть возможность, возьмите камеру, поснимайте ей в разных условиях освещения при соответствующих настройках баланса белого, а потом внимательно просмотрите результаты на откалиброванном мониторе. Частые «промахи» алгоритма будут означать для вас бессонные ночи над растровым редактором в попытках (как правило, бесплодных) привести снимки к более или менее естественному виду. Отдавайте предпочтение камерам с большим выбором предустановленных источников освещения и с возможностью ручной калибровки по эталонному белому листу. Хорошо работающий баланс белого – действительно важное преимущество аппарата.

Стабилизация изображения

Любой фотолюбитель рано или поздно сталкивается с проявлением так называемого эффекта «шевеленки» - «размазыванием» изображения при съемке с рук на достаточно больших выдержках. Опытным путем было установлено, что «шевеленка» начинает проявляться при выдержке, равной единице, деленной на ЭФР. Иными словами, при фокусном расстоянии 60 мм выдержки, длиннее чем 1/60 с, могут приводить к «сдергиванию» кадра (камера обычно предупреждает об этом специальной пиктограммой). Очевидно, что чем больше фокусное расстояние, тем выше шансы столкнуться с «шевеленкой». Так что съемка с рук на телеобъектив (да еще и в условиях недостаточного освещения) становится настоящей головной болью для фотографа, и спасает его лишь громоздкий штатив, который, мягко говоря, не всегда удобно иметь при себе. Закономерно, что производители фототехники искали пути решения этой проблемы, и в 1994 году фирмой Canon была представлена соответствующая технология, получившая название Image Stabilizer (IS). Принцип ее достаточно прост. В объективе имеется подвижный по вертикальной и горизонтальной осям стабилизирующий элемент, который в зависимости от своего положения искривляет путь света. Кроме того, в объектив встроены специальные сенсоры, устроенные по принципу гироскопов. Эти сенсоры постоянно определяют углы и скорости перемещения аппарата в пространстве и выдают команды электрическим приводам, которые отклоняют стабилизирующий элемент таким образом, чтобы проекция изображения на пленке (или матрице) полностью повторяла колебания аппарата. В результате, при условии умеренных колебаний, проекция всегда остается неподвижной относительно пленки (матрицы), что и обеспечивает картинке необходимую четкость. Правда, ценой характеристик объектива: наличие дополнительного оптического элемента отрицательно сказывается, прежде всего, на светосиле. Тем не менее, технология оптической стабилизации была с энтузиазмом подхвачена другими производителями и прекрасно зарекомендовала себя в целом ряде телеобъективов. Более того, если еще недавно она была сравнительно дорогой возможностью, присущей лишь сменным объективам, то сейчас ее можно встретить даже во вполне бюджетных цифровых камерах со встроенной оптикой и ценой до $500 (Canon, Panasonic).

Долгое время оптическая стабилизация была единственной технологией по борьбе с «шевеленкой», а для пленочных аппаратов она и до сих пор остается таковой. Однако специально для цифровых камер компания Konica Minolta недавно предложила весьма изящную альтернативу. Эта технология стабилизации, получившая незатейливое название Anti-Shake, основана на совершенно другом принципе: ускользающую картинку «ловит» не оптический элемент внутри объектива, а матрица самого аппарата, закрепленная на подвижной платформе. Главный плюс такого подхода – его независимость от объектива и, соответственно, работоспособность стабилизации с абсолютно любой оптикой. Это не слишком критично для камер с несменными объективами, однако имеет огромное значение для «зеркалок». Второе, и отнюдь не маловажное преимущество - стабилизация со сдвигом матрицы, в отличие от оптической, не вносит никаких искажений в картинку и никак не влияет на светосилу объектива. Третий плюс технологии заключается в том, что объективы становятся дешевле и проще, а значит и надежнее.

Пока технология Anti-Shake применяется лишь в нескольких камерах самой фирмы Konica Minolta, однако она, несомненно, весьма прогрессивна, и мы считаем, что за стабилизацией со сдвигом матрицы – большое будущее. В то же время, с увеличением фокусного расстояния объектива эффективность Anti-Shake снижается – на длинных фокусах матрице приходится совершать слишком быстрые перемещения со слишком большой амплитудой, и она просто перестает успевать за «ускользающей» проекцией. Так что в «дальнобойных» телеобъективах оптическая стабилизация, вероятно, все же сохранит свои позиции.

В любом случае, какая бы технология стабилизации ни использовалась в камере (или в объективе), ее наличие является несомненным преимуществом. В целом ряде случаев стабилизация бывает крайне полезна, позволяя увеличить выдержку на 3-4 ступени и спокойно снимать с рук в таких условиях освещения и на таких фокусных расстояниях, где владельцу камеры без стабилизатора однозначно понадобился бы штатив. Кроме того, иногда стабилизация позволяет избежать принудительного увеличения чувствительности матрицы, приводящего к росту уровня шумов.

(окончание читайте в четвертой части обзора)