Пару лет назад одно издательство заказало мне книгу о цифровой фотографии в стиле "цифровое фото для начинающих + интересные приемы съемки".
Потом уволился зам. главного редактора этого издательства, с новым у меня работать не получилось, в общем на этот проект я забил. Осталось некоторое количество материала, который жалко смотреть как пылится на винте. Старался ж, картинки рисовал.. Выложу сюда главу о принципе работы ЦФК и основных фототерминах (разжевано на уровне "полностью на пальцах"). Может кому будет полезно.
Что нужно знать о цифровых фотокамерах
Глава 1. Как устроена незеркальная ЦФК. Фототерминология и основные понятия
Внутри:
1 - линзы объектива
2 - шестилепестковая диафрагма, совмещенная с затвором
3 - светочувствительная матрица
4 - процессор внутрикамерной обработки изображений (D!GIC II)
5 - батарейный отсек
Снаружи:
6 - кнопка спуска затвора, совмещенная с рычажком регулировки зума
7 - выключатель питания
8 - диск выбора режимов
9 - встроенная откидная вспышка
10 - динамик
11 - цветной поворотный ЖК-дисплей
В общих чертах процесс съемки незеркальной цифровой камерой выглядит следующим образом:
1. Камера включается в режим съемки, после чего объектив автоматически переводится сервоприводами в рабочее положение (выезжает или раскладывается), на цветном ЖК-дисплее в реальном времени виден будущий кадр
2. Фотограф с помощью органов управления устанавливает необходимые параметры съемки, такие как диафрагму, выдержку, чувствительность матрицы, баланс белого (возможна автоматическая или полуавтоматическая установка этих параметров процессором камеры), выбирает необходимое фокусное расстояние (регулирует зум), кадрирует сюжет поворотом/перемещениями корпуса камеры
3. После полунажатия на кнопку спуска камера производит замеры экспозиции и баланса белого будущего кадра (практически мгновенный процесс для любого типа камер), а также фокусировку по выбранной заранее точке кадра (у незеркальных камер это процесс далеко не мгновенный и может занимать до нескольких секунд, особенно в плохих условиях освещения). Готовность к съемке индицируется, как правило, зеленым цветом рамки фокусировки/светодиодом и/или коротким звуковым сигналом
4. После окончательного нажатия на кнопку спуска матрица, до того работавшая в режиме "предварительного просмотра" с низким разрешением, обнуляется и изображение с объектива проецируется на нее до тех пор пока не срабатывает затвор, отмеривший нужную выдержку. Далее, в полной темноте (затвор закрыт) считывается электрический "слепок" с миллионов фотодетекторов матрицы и переводится в формат растрового файла, после чего переписывается из промежуточного буфера на сменную карту памяти
5. Затвор открывается, матрица вновь начинает работать в "просмотровом" режиме низкого разрешения, на дисплей выводится картинка с объектива в реальном времени
Все цифровые фотокамеры устроены очень похоже. Есть светозащищённый корпус, в котором расположена светочувствительная матрица. Её физический размер и разрешение могут варьироваться от модели к модели и это оказывает большое влияние на результат съемки, как мы увидим далее; кроме того увеличение физических размеров матрицы влечёт пропорциональное увеличение размеров линз (при прочих равных). Надо ли говорить что качественные матрицы большого размера дороже мелких? Объектив, проецирующий сюжет на поверхность матрицы, тоже имеет ряд характеристик, такие как количество линз, материал из которого они сделаны, светосила, диапазон зуммирования - и от этого, как вы понимаете, также зависит не только качество снимков, но и цена/габариты камеры. Третий компонент - электронная начинка, к которой помимо собственно электроники и сменных носителей памяти можно причислить все органы управления вместе с ЖК-дисплеем (сложность этой начинки тоже напрямую влияет на цену). Наконец, любая цифровая камера не может обойтись без электропитания, то есть батареек или аккумуляторов. Аналогично, можно сказать что и все на свете автомобили устроены примерно одинаково: четыре колеса, кузов, двигатель... При этом всем понятно чем представительский Мерседес отличается от малолитражки и почему у них такая разница в цене. Стоит также отметить, что это вовсе не значит что дорогой лимузин всегда и во всем лучше. Всё зависит от потребностей владельца, кто-то фанатеет от полноприводных Subaru, а кому-то, из-за проблем с парковкой, ничего кроме компактного Smart-а не надо.
Если вы хотите серьезно заняться цифровым фото, то принципы функционирования камер, а также их классификацию знать просто необходимо. Нужно это для следующих целей:
- чтобы осознанно выбрать камеру, наиболее подходящую именно вам, оптимальную для ваших задач и потребностей
- чтобы максимально эффективно этой камерой в дальнейшем пользоваться
Поскольку вести разговор о характеристиках камер гораздо удобнее на профессиональном языке, предлагаю для начала этот язык изучить, то есть познакомиться с основными фотографическими терминами и понятиями. Итак, попытаемся понять что такое:
Фокусное расстояние
Рассмотрим схематично следующий процесс: мы снимаем дерево, причём обстоятельства чудесным образом сложились так, что оно в точности влазит в кадр (проецируемое объективом изображение ёлки по высоте равно вертикальному размеру светочувствительной матрицы). Двумя овалами на рисунке условно обозначены передняя и задняя линзы объектива, хотя, понятно, у настоящих объективов линз обычно побольше.
Теперь представим что мы захотели снять ствол дерева крупным планом, так чтобы крона в кадр вообще не попала (например, в стволе дупло и оттуда вылезла белка; или мы занимаемся исследованием надписей, вырезанных на коре деревьев несознательными гражданами). Для достижения этого результата есть два пути. Первый состоит в том, что мы ничего не трогаем у фотоаппарата, а просто подходим к дереву ближе, ближе и ближе: до тех пор пока нижняя часть дерева полностью не займет весь кадр (см. следующий рисунок):
Как видим, изменилось только расстояние (L2) от фотоаппарата до объекта съемки. Угол зрения объектива и фокусное расстояние остались неизменными. Но ходить к дереву, на самом деле, было необязательно (а иногда это просто невозможно по тем или иным причинам, например, между нами и деревом течет ручей). Можно произвести перенастройку оптики нашего объектива, иначе говоря осуществить зуммирование, с тем чтобы расстояние до дерева было как в первый раз, а в кадр, тем не менее, вошла только нижняя часть ёлки (см. следующий рисунок):
То, что объектив теперь перенастроен, на схеме показано тем что линзы раздвинулись, хотя, как уже было отмечено выше, в настоящих объективах и линз бывает больше десятка, и двигаются они по-другому. Как мы добились того, что при сохранении расстояния до объекта в кадр попадает только ствол дерева? Очевидно, тем что угол зрения объектива в процессе зуммирования уменьшился. Что из этого следует? Из этого следует одна интересная деталь: угол проецирования также уменьшился до значения "бета" и, поскольку высота светочувствительной матрицы есть величина постоянная и фиксированная, то для того чтобы проецированное изображение заняло всю площадь матрицы мы просто вынуждены отодвинуть матрицу подальше от задней главной точки объектива! Чистая геометрия.
Итак, мы с вами только что увеличили фокусное расстояние объектива, а проще говоря, "наехали зумом" на объект. Как видите, чем меньше фокусное расстояние, тем больше угол зрения и именно поэтому объективы с небольшим фокусным расстоянием называют широкоугольными. Физический размер матрицы ЦФК, как правило, заметно меньше кадра 35-мм пленки (36 х 24 мм, стандарт де-факто в мире фотографии), поэтому при равном угле обзора объектива фокусное расстояние будет меньше. Часто указывают эквивалентное фокусное расстояние (ЭФР) объектива, пересчитанное под 35-мм формат, - это позволяет сразу понять, о каком увеличении и угле обзора идет речь. Например, у показанного на рис. 3 Canon PowerShot S2 IS с матрицей типоразмера 1/2.5" (6 х 4.5 мм), диапазон фокусных расстояний составляет 6.0 - 72.0 мм (см. маркировку на ободке объектива). Это соответствует традиционным 36 - 432 мм, из чего любой более-менее опытный фотограф сделает вывод, что, в данном цифровом аппарате установлен 12-кратный зум-объектив, который к тому же не слишком широкоуголен в своем крайнем Wide-положении (настоящими широкоугольниками считаются объективы с ЭФР 24-28 мм или ещё меньше).
Напоследок стоит сделать одно существенное замечание. На самом деле, кадры 2 и 3 в нашем примере получились не такими уж одинаковыми. Хотя ствол дерева и там и там занимает всю высоту кадра, за счет разного фокусного расстояния перспективные искажения на снимках получаются совершенно разными! Это очень хорошо иллюстрирует следующая пара кадров, которую я снял только что, использовав первое что подвернулось под руку:
Как видите, широкоугольный объектив весьма причудливым образом передает пространство и искажает пропорции близкорасположенных предметов (и это с ЭФР 35 мм, на более широком угле эффект выражен еще сильнее). Иногда это может быть плюсом, придаёт снимку необходимый колорит и т.п., но, например, для портретной или предметной съемки более предпочтительны средне- и длиннофокусные объективы.
это интересно
Какое ЭФР у человеческого глаза?
Угол зрения (а точнее говоря восприятие пространства и степень перспективных искажений) человеческого глаза примерно соответствует объективу с эквивалентным фокусным расстоянием 50 мм. Именно поэтому так популярны 50-мм сменные объективы без зума (фиксы) для зеркальных фотокамер. Выпускаются и длиннофокусные фиксы, например 100 или 200 мм, они хорошо подходят для портретной или макросъемки.
Диафрагма
Она же апертура или относительное отверстие. Физически диафрагма представляет собой пластину с изменяемым размером отверстия, устанавливаемую внутри объектива. (см. рисунок):
Как правило, в цифровых фотокамерах применяются 6- или 7-лепестковые диафрагмы. Перемещением лепестков относительно друг друга можно регулировать диаметр светового пучка и, как следствие, интенсивность потока света, проходящего через объектив. Значение диафрагмы вычисляется относительно длины фокусного расстояния. Если текущий диаметр отверстия в два раза меньше длины фокусного расстояния, то диафрагма равна f/2, где 2 - диафрагменное число. Чаще всего говорят именно о диафрагменном числе и записывают его в виде f2, дабы не путаться с дробями.
Минимально достижимое для конкретного фокусного расстояния конкретного объектива диафрагменное число называют светосилой этого объектива. Значение светосилы теоретически может достигать 0,5, но на практике редко бывает лучше чем 1,8 (здесь, надеюсь, понятно: чем меньше значение, тем больше светосила). Это очень важный параметр оптической системы и его часто пишут на объективе вместе с фокусным расстоянием. В нашем примере (рис. 3) цифры 1:2.7 - 3.5 на ободке объектива Canon S2 IS обозначают именно светосилу, которая в широкоугольном положении равняется 2.7, а на длинном конце - 3.5 (кстати, это очень хорошие показатели).
Значения диафрагмы можно менять - это один из главных параметров при съемке. Изменением этим, во-первых, добиваются нужного ослабления потока света, а во-вторых, регулируют глубину резкости. Например, при значении диафрагмы, равном f3 (дырка открыта довольно широко), резким получится в основном тот объект, на который произведена фокусировка, а все, что лежит ближе и дальше него, получается размытым (так называемый портретный режим). При зажатой же диафрагме (например, f8 или больше) глубина резко изображаемого пространства (ГРИП) увеличивается и вы четко видите, как человека на переднем плане, так и деревья за его спиной. Чтобы проиллюстрировать это наглядно, я снял фигурку кошки на фоне монитора, на котором показывается только что снятый с такими же установками кадр (будь в моем распоряжении три одинаковых фигурки, всё бы заметно упростилось, но, согласитесь, было бы уже не так интересно). После трех итераций получился следующий результат :
Чтобы в два раза ослабить поток лучей света, проходящих через объектив, нужно в два раза уменьшить площадь диафрагменного отверстия, а его диаметр при этом меняется в 1,41 раза (квадратный корень из 2). Стандартный ряд диафрагменных чисел представляет собой геометрическую последовательность, каждый член которой больше предыдущего в 1,4 раза: f2, f2,8, f4, f5,6, f8 и т. д. Таким образом, например, переход с диафрагмы f4 на f5,6 ослабляет поток света в два раза.
Типоразмер матрицы и кроп-фактор
Выше мы уже несколько раз столкнулись с тем фактом, что светочувствительные матрицы ЦФК могут быть разных типоразмеров. Что же это за размеры?
Если вы вздумаете пересчитать дюймы в миллиметры, то обнаружите явное расхождение в цифрах. Дело в том, что по давней традиции здесь использованы нестандартные "телевизионные" дюймы, применявшиеся раньше для обозначения размеров видиконов телекамер.
Ещё один термин, напрямую связанный с размером кадра - кроп-фактор. Это всего лишь коэффициент, показывающий во сколько раз диагональ вашей матрицы меньше диагонали 35-мм кадра. Большинство зеркальных цифровых камер оснащены матрицей так называемого формата APS (22 х 15 мм), что означает кроп-фактор 1.6. Переход от миллиметров к кроп-фактору удобен по двум причинам:
1. Зеркальные цифровые аппараты используют объективы, предназначенные для 35-мм камер, и фокусное расстояние на этих объективах пишут в расчете именно на 35-м кадр. За счет того, что размер матрицы меньше, на ней запечатлевается только часть картинки, проецируемой объективом, то есть, на итоговом снимке мы имеем большее увеличение при прочих равных. Или, говоря другими словами, меньший угол обзора. Эквивалентное фокусное расстояние при этом увеличивается ровно в K раз, где K - кроп-фактор .
2. Даже если у вас незеркальная камера и ЭФР объектива вы уже знаете, кроп-фактор тоже может быть полезен. Например, для расчета зоны ГРИП (глубины резко изображаемого пространства), которая, скажем, в портретной зоне, после ряда упрощений определяется формулой (K*A)*P2/32, где К - кроп-фактор, А - диафрагменное число, Р - диагональ прямоугольника на расстоянии фокусировки, полностью занимающего кадр. Как видим, для портретной зоны ГРИП пропорциональна значению диафрагмы и при уменьшении размера матрицы уменьшается также пропорционально. Например, у компактной ЦФК с матрицей 1/1.8" (кроп-фактор примерно равен 5) при прочих равных (одинаковое ЭФР, расстояние до объекта, величина диафрагмы) ГРИП будет в 5 раз больше чем у пленочной камеры. Иногда это минус (хуже размывается фон при портретной съемке), но везде можно найти и плюсы. Так, для макросъемки увеличенная глубина резкости очень часто полезна.
Теперь давайте подумаем: зачем вообще делать матрицы разного размера? Причин для этого несколько. Во-первых, матрица небольшого размера позволяет резко уменьшить габариты и вес оптической системы, ведь сюжет теперь нужно проецировать на участок совсем небольшой площади и площадь линз тоже можно уменьшить. Во-вторых, себестоимость производства светочувствительных матриц сильно зависит от их размера (маленькая матрица на порядок дешевле полноразмерной). Именно поэтому любители фотографии получили в свое распоряжение недорогие компактные камеры с отличной "дальнобойной" оптикой. Но везде есть и оборотная сторона: у матриц небольшого типоразмера наблюдаются проблемы с размытием фона (см. выше) и с наличием шумов. Поэтому для тех, кому это критично, выпускаются более качественные модели с матрицами увеличенного размера, которые, конечно, и стоят подороже, и имеют бОльшие габариты/массу.
Выдержка
Время, в течение которого освещается светочувствительный слой при съемке кадра.
Экспозиция
Количество света, попавшего на светочувствительный слой за время съемки кадра. Экспозиция напрямую зависит от выдержки и диафрагмы. Сокращение выдержки в два раза вдвое уменьшает экспозицию, так же как и переход от текущего значения диафрагмы к меньшему из стандартного диафрагменного ряда. Таким образом, сокращение выдержки с 1/30 сек до 1/60 сек дает абсолютно такой же результат (уменьшение уровня экспозиции вдвое), как и переход от диафрагмы f2 к f2,8.
Экспозамер
Для того чтобы изображение не получилось излишне пересвеченным или, наоборот, чрезмерно затемненным, перед съемкой кадра камера должна как-то оценить освещенность матрицы. Существует несколько различных методов экспозамера, наиболее распространены центровзвешенный интегральный (Center-weighted), оценочный (Evaluative) и точечный (Spot).
Центровзвешенный алгоритм оценивает яркость по всей площади кадра, но больший вес придает точкам в центре. Данная зависимость нелинейна и, как правило, описывается кривой колоколообразной формы. В результате, например, участок в 12% площади из центра кадра имеет вес 70% при оценке освещенности (конкретные цифры зависят от модели камеры, а у профессиональных могут и регулироваться из сервисного меню). Как показывает практика, это самый предсказуемый и универсальный метод оценки экспозиции, и если вы хотите иметь полный контроль над съемкой, то рекомендуется включать именно его.
Оценочный (вариант обозначения: матричный) алгоритм старается подобрать экспозицию интеллектуальным методом, используя для этих целей специализированную базу данных, зашитую в память цифрового фотоаппарата, и учитывая текущую экспопару. Грубо говоря, при таком режиме экспозамера продвинутая камера в состоянии отличить закатный пейзаж от портрета человека на фоне окна и постарается в первом случае правильно передать освещенность неба, а во втором - получше проэкспонировать лицо человека в ущерб фону, который в итоге может оказаться пересвеченным. Беда в том что, как и всякая "интеллектуальная" система, такой экспозамер в некоторых случаях обнаруживает некоторую бестолковость и непредсказуемость (что не новость для людей, когда-либо пользовавшихся услугами компьютерного переводчика или распознаванием голоса). Впрочем, для новичков подобная автоматизация на первых порах может оказаться наилучшим выбором, а стараниями производителей интеллектуальные алгоритмы все более и более совершенствуются.
Точечный замер приводит к тому, что та точка в кадре, по которой производилось измерение, будет передана как "классический серый фотографический объект", то есть будет иметь яркость 18%. Все остальное в кадре будет проэкспонировано в соответствии с этой "точкой отсчета".
Итак, когда срабатывает экспозамер, автоматика камеры сообщает фотографу, какая в данный момент необходима экспозиция. Дальнейшие действия камеры зависят от того, в режиме какого приоритета вы находитесь (см. ниже).
Приоритет выдержки (S или Tv - от ShuTter Priority)
Фотограф устанавливает выдержку в соответствии со своим замыслом - это может быть любое значение из доступного ряда выдержек. После произведенного экспозамера (см. выше) камера автоматически подбирает и устанавливает подходящее значение диафрагмы.
Приоритет диафрагмы (Av - от Aperture Priority)
Фотограф жестко задает значение диафрагмы. Камера, в соответствии с результатами экспозамера, выставляет подходящую выдержку, дабы получить правильную экспозицию. Это самый ходовой режим для цифровой камеры, рекомендуется начинать обучение фотографии именно с него.
Экспопары
Экспопара - это сочетание выдержки и диафрагмы, однозначно определяющее экспозицию. Очевидно, что одной и той же экспозиции соответствует довольно много экспопар, например 1/30 с - f8, 1/60 с - f5,6, 1/120 с - f4 и т. д. Именно здесь появляется место для маневра и открывается простор для творчества: фотограф в соответствии со своим замыслом может специально открыть диафрагму для художественного размытия дальнего плана, а правильную экспозицию обеспечить за счет соответствующего уменьшения выдержки. И наоборот, можно придать снимку эффект "смазанности", передать движение в кадре, уменьшив выдержку до величины порядка 1/15 - 1/30 с. Переэкспозиция в данном случае исключается пропорциональным уменьшением диафрагмы.
Ступени или Стопы (stops)
Изменение выдержки или диафрагмы на одну ступень подразумевает изменение экспозиции в два раза. Таким образом, если уменьшить выдержку 1/125 сек на три ступени, она составит 1/1000 сек, а экспозиция уменьшится в восемь раз. Математик без труда поймет, что переход на n ступеней изменяет экспозицию в (2 в степени n) раз.
Экспокоррекция
Многие ЦФК имеют функцию экспокоррекции. Если вы предполагаете, что снимок получится чересчур светлым или темным, можно ввести отрицательную или, наоборот, положительную экспокоррекцию для получения желаемого результата. Отрицательная экспокоррекция на одну ступень обозначается как -1 EV. В режиме приоритета диафрагмы экспокоррекция осуществляется за счет изменения выдержки и, наоборот, в режиме приоритета выдержки - за счет диафрагмы: камера переключит выдержку или диафрагму на нужное число ступеней вверх или вниз.
Для более точной подгонки экспозиции часто используются промежуточные значения экспокоррекции. Большинство цифровых камер имеет шаг экспокоррекции 1/3 стопа. В этом случае ряд стандартных выдержек имеет вид: 1/30, 1/40, 1/50, 1/60, 1/80, 1/100, 1/125, 1/160, 1/200, 1/250 сек и так далее (жирным шрифтом выделены значения выдержек из стандартного ряда, отличающиеся на один стоп). Доступный набор значений диафрагмы у камеры Canon PowerShot G6, например, имеет следующий вид: f2,0; f2,2; f2,5; f2,8; f3,2; f3,5; f4,0; f4,5; f5,0; f5,6; f6,3; f7,1; f8.
Баланс белого (ББ или WB - White Balance)
Если вы занимались пленочной фотографией то, возможно, знаете, что профессионалы используют разные сорта пленок для искусственного и естественного освещения. Если снимать в комнате с лампами накаливания на дневную пленку, изображение получится неестественно желтым, ведь пленка не умеет приспосабливаться к различным условиям освещения, как это делает человеческий глаз. Наше зрение адаптируется к спектру источника освещения и поэтому лист бумаги, освещенный настольной лампой только в первые мгновения после смены освещения кажется нам желтоватым, а через некоторое время мы видим его белым, то есть в нашем мозгу срабатывает своеобразный "автоматический баланс белого" .
Почему же, снимая на самую обычную пленку, какой-нибудь Kodak Gold, мы получаем отпечатки из фотолаборатории с вполне реалистичными цветами - вне зависимости от того, на улице или в помещении производилась съемка? Во-первых, дело в том что в помещении вы скорее всего будете использовать вспышку, спектр излучения которой близок к солнечному. Во-вторых, в процессе печати правильность цветопередачи контролируется оператором, который в случае ее явного отклонения применяет цветокорректирующие светофильтры.
В цифровых камерах для обеспечения корректной цветопередачи используется настройка баланса белого. Данный параметр всего-навсего указывает электронике камеры, какую цветовую температуру при данном освещении имеет идеально белый (или нейтрально-серый) объект. В большинстве ЦФК есть несколько предустановленных значений ББ - дневной свет, пасмурно, лампы накаливания и проч. Часто есть возможность настроить пользовательский ББ, определяемый по листу белой бумаги или другому нейтрально-серому объекту с достаточной яркостью (например, потолку помещения). Но главным, конечно, является автоматический баланс белого (AWB), который самостоятельно определяет нужную цветовую температуру. В более продвинутых, профессиональных зеркальных камерах в дополнение к таким настройкам имеются дополнительные внешние датчики ББ, а также возможность ручной установки цветовой температуры в Кельвинах.
это интересно
Тайна серой подкладки
Как правило, человек, покупающий цифровую камеру, вынужден сразу же тратиться еще на две вещи: карту памяти (поставляющиеся с камерами в комплекте редко имеют емкость более 64 МБ, чего явно недостаточно для полноценной фотосессии) и сумку или чехол. Одним из самых известных производителей фотографических сумок является компания LowePro (www.lowepro.com). Но немногие знают, что фирменная серая подкладка сумок серии D-Res является самой что ни на есть фотографической! Оказывается, материал подобран таким образом, что, во-первых, он имеет нейтрально-серый цвет (удобно выставлять ручной баланс белого, не нужно таскать с собой лист бумаги), а во-вторых яркость этого серого составляет 18%, то есть, это тот самый "классический серый фотографический объект", который можно использовать, например, для точечного (Spot) режима экспозамера.
Распечатал и повесил на рабочем месте, хотя ремонтирую камеры уже 8 лет, никогда небыло времени вдаться в теорию, спасибо.
А издатель мог бы и издать книжку, хорошо"разжовано" 😊
все очень толково, ага.
Хорошо написано, хотя, конечно, терминов много... 😊
Вот где хорошо разжевано. И грамотно.
Вот только нужно сесть и немножко раздуплиться 😊